钙镁磷肥中主要营养元素的功能及其施用效果

2020-01-12皇甫秋雁苗俊艳侯翠红

河南化工 2020年6期

皇甫秋雁，苗俊艳，张宇，路玉，周瑜，侯翠红

(郑州大学化工学院国家钙镁磷复合肥技术研究推广中心，河南郑州 450001)

1 钙镁磷肥的作用效果概述

钙镁磷肥，又称熔融含镁磷肥(Fused Calcium Magnesium Phosphate，简称FMP)，是一种含有磷酸根的硅铝酸盐玻璃体[1]。它除含磷元素外，同时含有钙、镁、硅等中微量营养元素，是一种枸溶性肥料，具有无毒、无腐蚀性、不易吸湿结块等优点。

钙镁磷肥中几乎所有养分均可为作物吸收利用，是含有除氮之外的全营养元素肥料，在育苗时可作为底肥，不会造成烧苗[2]。另外，钙镁磷肥中的钙、镁、硅可被作物根部分泌的弱酸(相当于2%的柠檬酸)溶解，由FMP提供的SiO2、CaO、MgO养分比绝大多数工业炉渣提供的更有效[3]。

FMP作为低浓度磷肥，能充分利用我国中低品位磷矿资源。资料显示，P2O5含量为20%～26%的磷矿经选矿后用于生产高浓度磷复肥时，磷的利用率<70%，而用于生产钙镁磷肥时磷的利用率可达95%[4]。钙镁磷肥采用玻璃结构因子配料方法在国内钙镁磷肥厂得到普遍应用，使可直接利用磷矿品位的P2O5含量由24%以上降为14%以上[2]。

钙镁磷肥呈碱性，在施用过程中能起到改良酸性土壤的作用。此外，FMP也能有效钝化土壤中的重金属，调节元素失衡，减少有机质流失等问题，对生态农业的建设有着积极的影响[5-6]。

目前，钙镁磷肥具有多方面的优越性，肥效理想且价格便宜，但由于国内外农业生产受很多因素的制约，市场占有率却很低。钙镁磷肥为粉状，运输和施用不方便；且被认作低浓度肥料，影响了其在国内的使用与发展。FMP含有中微量元素没有得到应有的重视，售价低，生产企业不断减少，总产量逐年降低[7]。随着土壤酸化和中微量元素缺乏问题的凸显，钙镁磷肥将有极大的市场发展空间，亟待我们的探索与发掘，使之在农业绿色可持续发展中发挥作用。

2 有效元素对作物生长的影响及施用效果

钙镁磷肥主要成分为Ca3(PO4)2、CaSiO3和MgSiO3，通常P2O5含量为12%～20%，CaO2含量为25%～32%，MgO含量为8%～20%，SiO2含量为25%～40%，还含有1%～2%的FeO，300×10-6～800×10-6的Mn，50×10-6～210×10-6的Zn，10×10-6～60×10-6的Cu，是一种多元素熔融磷肥[4]。

2.1 磷元素

磷是植物体内许多重要化合物的组成部分，如核酸、核蛋白、ATP等生物大分子以及磷脂、肌醇六磷酸、磷酸腺苷和多种酶；它参与植物光合作用、能量运输、新陈代谢等过程。磷元素是限制作物高产优质的主要营养元素之一，当磷浓度在合适的范围时，能提高植物抗逆性，提高作物的产量和品质。

大多数植物磷的质量分数为0.3%～0.4%。当作物缺磷时，植物生长矮小，发育缓慢，成熟较晚，茎杆较细，各种新陈代谢作用被抑制，叶片颜色呈暗绿或灰绿，缺乏光泽；严重缺磷时，植株体内糖类相对累积，形成较多的花青素，使茎叶上出现紫红色的条纹和斑点；极度缺磷时，则造成叶片脱落。但磷过量则会导致植物呼吸作用增强，营养生长期缩短、繁殖器官过早发育、成熟，养分大量消耗，致使禾谷类作物无效分蘖和空壳率增多，产量和品质降低。除此以外，磷元素也会影响植物的根系生长，比如缺磷情况下为吸取生长所需的磷，植物根系会因适应性反应产生改变，如根系伸长，侧根和根毛增多等。

土壤中磷的有效性直接决定农田生产力。农业土壤中无机态磷是主体，一般占土壤磷库的60%～80%。研究显示，土壤中速效磷含量60×10-6～90×10-6时可满足露天蔬菜的生产需要，温室栽培需要更高含量的速效磷，而农田作物相对少一些[8]。肥料施入土壤中，磷极易被固定，利用率低，仅10%～25%，必须通过科学施用肥料补充磷素[9]。钙镁磷肥中P2O5含量12%～20%，且其为枸溶性肥料，能缓慢被植物吸收，不易淋溶损失，利用效率比其他速效磷肥高，且长期施用后土壤中高稳定性有机磷活性提高，促进磷的移动和植物的吸收。

2.2 镁元素

镁是叶绿素的主要组成元素，植物体中约有35%的镁在叶绿体内，直接影响植物的光合作用，能增强RuBP羧化酶的活性，促进磷酸酶和葡萄糖的活化；镁对植物生命过程中300多种酶的激活和调控起作用[10]。镁是聚核糖体的重要成分，在植物合成蛋白质的过程中不可或缺，健康植株叶中约75%的镁与核糖体结构有关。在RNA的生物合成中，DNA指导RNA聚合酶反应需要Mg2+；缺镁时，RNA合成停止，加剧了缺锰小麦体内RNA的下降[11]。

植物缺镁症状：叶片失绿，叶尖和叶片边缘的颜色从绿色变为淡黄色，严重时叶片干枯脱落，易感染叶斑病等；当严重缺镁时植株生长受影响，抑制根茎生长，植物营养积累缓慢，导致农作物产量和品质下降。Mg过量时，会导致植物叶缘发黄、焦枯，同时也会抑制植物对氮、磷、钾、钙等元素的吸收，导致植株无法正常生长发育、开花结果，产量降低。

土壤缺镁与土壤质地都和土壤酸碱度有关。通常酸性砂质土、红黄壤中的镁含量不高，另外土壤质地越粗、酸性越强，镁含量越低。根据农业部测土配方施肥结果显示，中国土壤中的镁含量自北向南、自西向东逐渐降低，南方缺镁严重，尤其是如福建、江西、广西和海南等东南热带地区[12]。

土壤缺镁时需要施肥来补充镁元素。研究表明，镁肥能使大豆、早稻、晚稻、玉米、小米等的生物产量及籽粒产量增加[9]。钙镁磷肥中的MgO含量为8%～20%，能提供植物正常生长发育所需要的镁元素，还能兼顾钙、磷、硅等多种元素，尤其适用于酸性土壤中镁元素的补充。FMP是一种性能优良的酸性土壤调理剂，对土壤保护和改造、推动生态农业的建设有很大的帮助。

2.3 硅元素

硅元素可以提高作物的光合作用，增加根系活力，增强作物抗病、抗倒伏，抗逆性(如铁、锰、铝等重金属毒害、盐害、干旱胁迫等)，促进作物对养分和水分的吸收。硅肥能抑制作物对氮肥的过量吸收，促进同化产物向多糖物质转化；提高农业生产和资源利用效率，保证作物高产和提高作物品质。但硅的性质稳定，在土壤中以化合物的形态被固定，移动性差，无法满足植物的正常要求，需施用硅肥来进行补充[13]。

硅肥在水稻、小麦、甘蔗等茎杆类作物上施用效果尤其明显[14-16]。重庆市开县的平坝和山区开展的水稻施用硅肥试验显示，增施硅肥可使水稻有效穗减少，提高了实粒数、结实率和千粒重，水稻产量增加，提高了种植的经济效益[17]。若硅肥施用过多会导致分蘖能力受影响、植株矮小，作物的干重下降，产量受到影响。

FMP中硅元素主要以硅酸根离子的形式存在，SiO2含量25%～40%，能补充植物所需的硅元素。钙镁磷肥中硅、镁、磷与钾素配合，可减少稻米中的氮含量，提升稻米品质。合理使用硅肥对提高作物产量和品质意义重大。

2.4 钙元素

钙是植物细胞壁的主要组成成分，能增强作物抗病虫害能力，通过增强离子信号传导的方式增强对铝毒等多种毒性的抗逆能力，对植物的细胞和器官有一定的保护作用，有利于作物的储存和运输。钙离子也是植物中NAD激酶、环式核苷磷酸脂酶和Ca2+-ATP酶等多种酶的活化剂，促进植物多种生命活动的进行。

通常植物根系对钙的吸收能力不高，且钙离子与土壤中的NH4+、K+、Na+、Mg2+等离子存在拮抗作用，会抑制土壤中钙离子的吸收利用。土壤中钙元素主要以碳酸钙与磷酸钙的形式存在，有些砂质土壤、酸性土壤和盐碱地、涝洼地中的钙离子含量较低，可通过土壤施用钙肥或叶面喷施钙肥进行补充。外源喷施0.5%硝酸钙溶液有利于葡萄果实糖酸的积累；施用高水平(66 g/m2硝酸钙)钙肥能显著提高小白菜产量[18-19]。FMP中CaO含量25%～32%，其中90%以上的钙元素为枸溶性，不易流失，也不易被固定，有效性极高，适用于多种作物的钙元素补充。