有机碳养分组合的肥效研究

卫尤明，雷锋文，廖宗文，毛小云

（华南农业大学 资源环境学院，广东 广州 510642）

0 前言

碳是植物营养中的超大量元素。碳营养可分为无机碳（CO2）和有机碳两种形态。有机碳营养对作物增产的重要性及其在生产中的应用效果已日益受到产业界和学术界的重视［1-2］。有机碳种类繁多，远超17 种营养元素数十倍乃至数百倍。目前文献对有机碳的研究多为各种单一碳源的效果［3-5］，但对于各种碳源的组合效果研究几乎为空白。已有研究表明，不同氮水平下丙三醇、α-酮戊二酸单用都有较好的效果［1］。而各种碳源的组合效果研究，有可能进一步提高有机碳肥的增产效果，对于学术研究和技术开发均有重要意义。为此，在前人研究的基础上［1，3，6］，本研究通过多种作物的盆栽及田间试验，考察几种不含氮的小分子碳组合（α-酮戊二酸、丙酮酸、草酰乙酸）及其与氮肥配合施用对玉米、空心菜、苋菜等产量的影响，据此探讨不同有机碳及其组合对不同作物的增产效果，为今后进一步研究提供依据。

1 材料与方法

2016 年3 月至7 月在华南农业大学跃进北试验基地及2018 年1—2 月及6 月在华南农业大学资源环境学院大棚及草地分别开展大田及盆栽试验，以玉米、空心菜、苋菜、莴笋、蕨类为供试作物。供试土壤：大田土，w（全氮） 2.25 g/kg、w（速效磷）72.2 mg/kg、w（速效钾） 68 mg/kg、w（有机质）21.5 g/kg、pH 5.52；盆栽土，w（全氮）0.31 g/kg、w（速效磷）2.78 mg/kg、w（速效钾）18 mg/kg、w（有机质）15.6 g/kg、pH 5.42。

选用α-酮戊二酸、丙酮酸、草酰乙酸（均为分析纯）为供试有机碳营养；供试常规复合肥w（N）、w（P2O5）、w（K2O）均为15%；硫酸铵（w（N）21%）、碳酸氢铵（w（N）18%）、磷酸一铵（w（N）12%、w（P）27%）均为分析纯；福生碳，四川龙蟒福生科技有限公司提供，其中α-酮戊二酸质量浓度为24.2 g/L、丙酮酸质量浓度为22.5 g/L；柑液，江门和越生物科技有限公司生产，以新会陈皮丢弃的废果肉发酵而成，其中α-酮戊二酸、丙酮酸、柠檬酸质量浓度分别为0.267、0.141、38.9 g/L。

先后进行4次大田试验及一次盆栽、一次草地（景观蕨）试验。

1）大田玉米 试验设6 个处理、空白对照（CK0）和清水对照（CK1），各处理氮、磷、钾肥用量一致（习惯用量：基施复合肥300 kg/hm2，追施复合肥2次，一个月一次，每次525 kg/hm2）。供试玉米面积 0.025 hm2，每处理 31 m2。2016 年 3 月 20日移植玉米，在4月27日第一次喷叶面肥500 mL；5 月13 日（已抽穗）第二次喷叶面肥1 000 mL；5月31日收获玉米。施肥方案见表1。

表1 大田玉米试验施肥方案

2）大田空心菜 共设2 个处理和清水对照，各处理面积为9 m2，氮、磷、钾肥用量一致，出苗约15 cm 时施复合肥150 kg/hm2，生长至30 cm 时追施复合肥 300 kg/hm2。2016 年4月10日撒种，4月23日第一次喷叶面肥，每个处理喷600 mL；5月15日第二次喷叶面肥，每个处理喷800 mL；5月25日收获。施肥方案见表2。

表2 大田空心菜试验施肥方案

3）大田苋菜 试验设处理T1和清水对照，处理T1 和清水对照的面积均为9 m2，氮、磷、钾肥用量一致，出苗约15 cm 时施复合肥150 kg/hm2，生长至约30 cm时追施复合肥300 kg/hm2。2016年6月15日播种，7月18日生长至约15 cm高时喷第一次叶面肥500 mL，7月28日第二次喷叶面肥500 mL，每次对照分别喷清水。8月11日收获测产。施肥方案见表3。

表3 大田苋菜试验施肥方案

4）大田莴笋 试验设2 个处理和清水对照，均为2个重复。各处理面积为1.8 m2，氮、磷、钾肥用量一致，出苗约15 cm 时施复合肥150 kg/hm2，生长至30 cm 时追施复合肥300 kg/hm2。2018 年1月27 日第一次喷叶面肥，每个处理喷100 mL；2月5日第二次喷叶面肥，每个处理喷200 mL；2月23日收获测产。各处理施肥方案见表4。

表4 大田莴笋试验施肥方案

5）盆栽玉米 组合有机碳肥为笔者所在研究室配制；供试化肥为尿素（w（N）46%）、氯化钾（w（K2O）63%）、过磷酸钙（w（P2O5）12%）；供试玉米为华美糯七号；供试土壤为赤红壤，取自华南农业大学校园。试验共设3个处理和一个对照，每处理3次重复，各盆装土均为4 kg，每盆种3 棵玉米，各处理的氮、磷、钾肥用量均一致，即每千克土施N 120 mg、K2O 100 mg、P2O580 mg。2016年8月25 日育种催芽，8 月 27 日移栽，9 月 9 日第一次喷施叶面肥，每个处理（3 盆）共喷施50 mL，9 月26 日第二次喷施叶面肥，每处理喷施100 mL；10月31日收获玉米。各处理施肥量见表5。

表5 盆栽玉米试验施肥方案

6）景观蕨 共设2个处理和清水对照，均设2个重复。各处理面积为1 m2，供试蕨为自然生长2年的景观蕨。2018 年6 月15 日第一次喷施叶面肥，每个处理喷100 mL；6 月22 日第二次喷施叶面肥，每个处理喷200 mL；6月27日采样（每重复随机齐根剪10棵），记录鲜质量、干质量。有机碳肥施用方案见表6。

表6 景观蕨试验施肥方案

2 试验结果

2.1 大田玉米

大田玉米试验结果见表7。

表7 大田玉米收获结果

由表7可知，玉米喷施丙酮酸（T1）处理较清水对照（CK1）处理增产5.9%；α-酮戊二酸、丙酮酸、草酰乙酸混合施用（T2）的效果优于单一施用丙酮酸，较CK1增产达7.6%；α-酮戊二酸和硫酸铵混合施用（T3）的效果优于单一施用硫酸铵（T6），较CK1增产5.1%；硫酸铵和碳酸氢铵分别与有机碳混合使用（T4、T5）的效果相近，分别较CK1 增产10.8%、10.6%，增产幅度均高于其他处理。硫酸铵中w（N）为21.0%，碳酸氢铵中w（N）为17.7%，但两者的肥效差别甚少。从性价比看碳酸氢铵有一定优势。

2.2 大田空心菜

大田空心菜试验结果见表8。

表8 大田空心菜收获结果

由表8 可知，单一α-酮戊二酸（T1）处理较CK 增产达58%，3 种碳源配合（T2）施用较CK 增产达77%，这表明有机碳源增多有利于提高空心菜的增产效果。

2.3 大田苋菜

大田苋菜试验结果见表9。

由表9可知，复合碳氮对叶菜类显示了很高的增产效果，较CK处理增幅达近60%，结合2.2节空心菜的增产效果可知，有机碳及其组合施用在叶菜类的增产效果尤其明显。

表9 大田苋菜收获结果

2.4 大田莴笋

大田莴笋试验结果见表10。

表10 大田莴笋收获结果

由表10可知，T1、T2处理效果均优于CK且有显著性差异，T2 效果优于T1，增幅多7 个百分点。这也表明，在原有有机碳组合基础上增加一定量的P和N有利于进一步增产，增幅逾5%。

2.5 盆栽玉米

盆栽玉米试验结果见表11。

表11 盆栽玉米收获结果

由表11 可知，多种混合碳源对玉米的增产效果优于单一碳源。混合碳肥（T3）处理较CK 增产达13%，高于其他单一碳源的增产效果。而且混施有机碳在较低浓度（T3，50 mg/L）下的玉米产量优于较高浓度（T1、T2，80 mg/L）的单一有机碳源。这表明混施有机碳可以在较低浓度下（也即较低成本下），获得较高的肥效。通过混施适当配比的有机碳可达到节本增效的目的。

2.6 景观蕨

景观蕨试验结果见表12。

表12 景观蕨收获结果

由表12 分析可知，T1、T2 处理效果均优于CK，T1与CK相比，鲜质量增幅约23%，干质量增幅约30%；T2 与CK 相比，鲜质量增幅约31%，干质量增幅约32%。T2与CK相比，优于T1，鲜质量增幅多8 个百分点，干质量增幅多2 个百分点。柑液的有机组分不需分离，仅需加入稳定剂，即可达到与福生碳产品相当（或略高）的肥效水平。

3 讨论

3.1 组合碳源对作物增产效应不仅与组合碳源有关，还与作物种类有关

本系列试验中发现，组合碳源对作物的增产效应因作物种类不同而有较大变化。组合碳对玉米的增产效果仅为10%左右，而对2种蔬菜的增产效果可达60%以上，差异甚大。因此，根据作物种类配制相应的碳源组合，可进一步发挥有机碳的增产潜力。目前对有机碳的研究尚在以经验为主的初步阶段，深入研究则需要结合作物生理特征进行考虑。本试验所显示的玉米、蔬菜的肥效差别可能与作物种类的不同特性有关，尤其可能与C3、C4作物的光合作用生理生化特点有关。

3.2 单一有机碳与复配有机碳的肥效比较

系列试验显示，多种有机碳的配合效果优于单一有机碳，且单一碳源的浓度增加会导致增产幅度下降甚至减产［7］，但是大田玉米试验表明，通过有机碳的配合施用，碳质量浓度由50 mg/L（单一丙酮酸）增加到120 mg/L（3 种有机碳总浓度）时，碳质量浓度提高2倍多，仍可增产（见表7）。大田空心菜试验也显示了3种有机碳配合优于单一α-酮戊二酸肥效（见表8）。

试验结果还显示在组合碳源基础上，与适当氮源配合效果更优，分别优于组合碳源和单一氮源。这反映了组合碳源与氮配施具有协同作用。有机碳的配施以及与氮源的比例优化研究，是养分平衡研究的新课题和技术发展的新空间。

3.3 有机碳组合优化——养分平衡的理论研究与技术开发的新课题

有机碳的成分、种类繁多，单就其种类而言，就有羧酸、生物碱、醇、醛、酚、酮，还有链状结构、环状结构等差异，它们均依不同的生长时期而发挥相应的生理生化功能［8］。这些成分组合优化复杂程度远远超过17 种营养元素的组合优化，其中可发掘出一些很有价值的优化组合。本试验所涉及的有机碳组合施用效果研究仅是开端，显示了其中所蕴藏的巨大增产潜力，值得深入研究。

本试验的结果表明，有机碳配施的技术途径中，如果加入合适的有机碳及适量氮，可能降低成本且提高肥效。如一些高端有机碳产品（腐植酸、生物刺激剂等）增产效果好，但价格较高，而且合适用量不易把握，用量过高有副作用，用量不足则效果难显现。通过加入合适的有机碳（或适量氮）制成复方产品，就可降低腐植酸、生物刺激剂的施用浓度。这样，在降低成本同时还提高或保持肥效。本试验中有几种组合碳与氮配施效果很好，但是该配比及用量尚属经验性的初选，并非最优，需要进一步研究筛选出更好的优化组合。

本试验显示复合有机碳比单一有机碳有更好的效果，不仅为有机碳提高肥效提供了一个优化组合的技术途径，同时也为一些多组分的有机废料资源或副产品资源的利用提供了重要的思路。例如，新会陈皮柑液含有α-酮戊二酸和一些其他有机酸成分，这种原有的组分可以直接利用，而不必再分离单一组分。也可以在原有组分基础上加入某些组分，进行调整以实现优化组合。

关于有机碳浓度及比例优化的研究，有两点值得注意，一是有机碳各成分内的配施优化，包括不含氮的有机物，如羧酸、醇、醛、酮等，还包括含氮的有机物，如氨基酸类；二是有机碳与无机化肥的配合，如与铵态氮、硝态氮，与磷铵的配合。这些是目前养分平衡和测土配方施肥尚未涉及的新课题，深入研究将会把平衡施肥的效果提升到一个新的高度。