钙基膨润土鸟粪石肥养分释放特性及肥效研究

方雅瑜，胡逸萱，聂 芳，冉启洋，张赛辉，罗志诚

（湖南恒凯环保科技投资有限公司，湖南 长沙 410000）

在农业生产活动中，肥料对维护农业持续稳定发展重大意义，氮、磷等营养元素在植物生长过程中发挥了重要作用，是目前农用肥料的主要组成部分[1-2]。 据联合国粮食及农业组织出具的《2020年世界粮食及农业统计年鉴》统计表明，2020年全球磷肥施用量超过6000万t，氮肥施用量将近2亿t，并呈逐年增长趋势。但在当前世界各国尤其是我国磷资源紧张的情况下，有学者预测，磷矿的世界探明储量仅可维持80~100 a，而中国的磷肥需求2020—2025年预计将达1800万t[3-4]。

鸟粪石（磷酸铵镁）是从污水或工业废水中回收的氮磷产品[5]，可作为缓释肥施入土壤，为植物提供氮、磷、镁等营养元素，从而缓解当前磷酸盐储量紧张的局势[6]。钙基膨润土是一种层状硅铝酸盐，其阳离子交换性、吸附性、稳定性等较为突出，对废水中残留的氮、磷及未沉淀的鸟粪石晶体去除效果好[7-8]。因此，将钙基膨润土与鸟粪石通过一定化学手段结合，不仅可以提高污水中氮磷元素的回收效率，还可以作为一种优质载体材料促进鸟粪石的沉淀结晶，为农业生产提供绿色、高效的原材料。研究以自制钙基膨润土鸟粪石肥为材料，探究其在南方酸性红壤中的养分释放特性以及对生菜生长的促进作用，为实现城市生活污水资源化利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试作物为意大利耐抽薹生菜。土壤培养试验和盆栽试验均以长沙市周边0~20 cm深度酸性红壤为供试土壤，土样取回后置于室内通风处自然风干，除去枝叶和碎石等，研磨后过10目、100目筛备用。测定其土壤理化性质如下：土壤pH值4.98，有机质7.78 g/kg、全氮620 mg/kg、全磷344 mg/kg、全钾1.22×104mg/kg、水解性氮（碱解氮）32.4 mg/kg、有效磷1.8 mg/kg、速效钾52 mg/kg。

供试肥料为3种，分别为普通复混肥（NF）、缓释复合肥（SF）、钙基膨润土鸟粪石肥（MCF），其中普通复混肥和缓释复合肥为市面上常见肥料，钙基膨润土鸟粪石肥为实验室前期以钙基膨润土为晶核应用鸟粪石法从废水中提取N、P制成。3种肥料的pH值及养分含量见表1。

表1 3种肥料的pH值及养分含量

土壤培养试验供试容器为直径85 mm、高98 mm、 容量450 mL的广口高密度聚乙烯瓶；盆栽供试容器为上径24 cm、下径19.5 cm、高26 cm的带托加仑盆。

1.2 试验设计

1.2.1 土壤培养试验按MCF的用量，设置0（CK）、5（MCF1）、10（MCF2）和20 g/kg（MCF3）4个处理，分别与200 g供试土壤置于供试容器中，加入去离子水使含水量保持在田间最大持水量的60%左右（培养过程中定期采用称重差额法补充水分保持恒重），充分拌合均匀制成样品，覆好保鲜膜（设10个4~6 mm透气孔）随机放置于25℃恒温恒湿遮光培养箱内进行培养。培养1、7、14、21和28 d时，取样风干，测定土壤的pH值、有机质、全氮、全磷、有效磷，每个处理重复3次，培养期间一共取样5次，共计15瓶。

1.2.2 盆栽试验选取自制钙基膨润土鸟粪石肥与其他肥料进行植物盆栽试验，研究自制钙基膨润土鸟粪石肥与市售肥料对生菜生长状况的影响，盆栽试验于2020年3—6月在恒凯环保科技产业园试验大棚内进行。试验设4个处理：CK（空白对照），不施肥；MCF，施加自制钙基膨润土鸟粪石肥2.50 g，尿素2.08 g，氯化钾1.08 g；SF，施加缓释复合肥4.33 g，氯化钾0.72 g；NF，施加普通复混肥4.33 g，尿素0.94 g。除CK处理之外，其他各处理以N、P2O5、K2O计的施肥量分别为225、210和75 kg/hm2，试验以肥料含磷量来确定施用量，若有不足的，使用尿素、氯化钾补充各处理中氮、钾含量，试验过程中不再追肥。将过筛后的土壤和作基肥的各处理肥料充分混匀后装盆，添加适量超纯水，施用至少一周后再进行栽种，各处理随机排列。生菜每盆5穴，每穴1株，定期用去离子水补充水分。每个处理2盆，重复3次，共计盆栽24盆。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 土壤理化性质土壤基本理化性质测定方法如下：pH值采用玻璃电极法（水土比为2.5∶1）测定[9]；有机质含量采用重铬酸钾法测定；全氮含量采用全自动凯氏定氮仪测定；全磷含量采用碱熔-钼锑抗分光光度法测定；有效磷含量采用NaHCO3-钼锑抗比色法测定。

1.3.2 盆栽试验测量作物自然状态下最高点与土壤水平面的距离为株高。收获时用清水将作物泥土洗净，控干水分，称量作物鲜重。用清水、去离子水清洗作物直至干净放入牛皮袋，置于105℃鼓风烘箱箱中烘30 min，再降至60℃继续烘干至恒重，称量其干重。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2016软件进行数据整理，采用SPSS 22.0软件进行统计检验与分析，使用Origin 9.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 钙基膨润土鸟粪石肥对土壤pH值及养分的影响

2.1.1 pH值由图1可知，钙基膨润土鸟粪石肥对土壤pH值具有一定调节作用，且不同的施加浓度对土壤pH值的影响程度不同。培养1 d时，MCF3处理的pH值最高；培养7 d后，MCF1、MCF2和MCF3处理的pH值均显著高于CK（P＜0.05），且钙基膨润土鸟粪石施用量越大，土壤pH值升高越多，MCF1、MCF2、MCF3处理土壤pH值分别比CK提升了0.07~0.50、0.04~0.57、0.26~0.89；而且，土壤培养1、7、21和28 d时，MCF3处理的土壤pH值均显著高于其他处理（P＜0.05）。

图1 各处理土壤pH值的变化

2.1.2 有机质由图2可知，整个培养过程中施用了钙基膨润土鸟粪石肥的处理，土壤有机质含量均显著高于CK（P＜0.05），且施用量越大，土壤有机质含量越高。从培养时间来看，有机肥含量在培养初期（0~7 d）是增加的，但在培养中后期（7~28 d）略有下降趋势。培养第7天时，各处理有机质含量差异显著（P＜ 0.05），其中MCF3处理的有机质含量最高，比CK增加52.4%；在培养第28天时，MCF1、MCF2和MCF3处理有机质含量分别比CK增加18.2%、39.3%和44.3%。

图2 各处理土壤有机质含量的变化

2.1.3 全 氮由图3可知，整个培养过程中施用了钙基膨润土鸟粪石肥的处理土壤全氮含量均显著高于CK（P＜0.05）；且施用量越大，土壤全氮含量越高，培养28 d时，MCF1、MCF2和MCF3处理土壤全氮含量分别是CK的2.78、4.50、6.57倍；同时，施用量越大，土壤全氮含量也越稳定，整个培养过程中，MCF1、MCF2和MCF3处理的全氮含量最大值与最小值之间相差分别为13.1%、7.4%和1.7%；不同施用量处理间土壤全氮含量差异显著（P＜0.05），整个培养过程中，MCF3处理的土壤全氮含量是MCF1处理的2.24~2.53倍、是MCF2处理的1.4~1.57倍。

图3 各处理土壤全氮含量的变化

2.1.4 全磷及有效磷由图4可知，整个培养过程中施用了钙基膨润土鸟粪石肥的处理土壤全磷含量均显著高于CK（P＜0.05），MCF1、MCF2和MCF3处理的全磷含量分别比CK平均增加16.1%、34.1%和46.2%。自培养第1天开始，各个处理之间的全磷含量均呈现出显著性差异（P＜0.05）；培养28 d时， MCF1、MCF2和MCF3处理的全磷含量分别比CK高11.5%、27.1%和42.0%。

图4 各处理土壤全磷含量的变化

由图5可知，随着培养时间的变化，施加钙基膨润土鸟粪石肥的各处理土壤有效磷含量整体呈现出先上升后逐渐稳定的趋势，而对照处理中有效磷含量初期略有上升，其后呈下降趋势。整个培养过程中，施加钙基膨润土鸟粪石肥处理的土壤有效磷含量均显著高于CK（P＜0.05）。土壤培养第1天时，MCF1、MCF2和MCF3处理有效磷含量差异不显著（P＞0.05），分别比CK高25.6%、44.2%和34.9%；培养14 d时，MCF1、MCF2和MCF3处理的有效磷含量差异显著（P＜0.05），培养28 d时，MCF1、MCF2和MCF3处理的有效磷含量分别比CK高51.0%、84.3%和127.5%。

图5 各处理土壤有效磷含量的变化

2.2 钙基膨润土鸟粪石肥对生菜生长的影响

由表2可知，相较于CK，施加肥料的各处理均能在一定程度上提升生菜的株高、鲜重及干重，其中MCF处理效果最佳，其次是SF，NF的效果稍差。NF、SF和MCF处理的生菜株高分别是CK的1.48、2.39和2.58倍，单株鲜重分别是CK处理的1.87、2.69和3.07倍，单株干重分别是CK处理的1.95、3.26和3.95倍。NF、SF、MCF处理间生菜株高以及单株鲜重差异显著（P＜0.05），MCF、SF处理的生菜单株干重显著重于NF和CK处理（P＜0.05）。

表2 试验各处理的植株生物性状

3 结论与讨论

土壤培养试验中，与CK相比，施加钙基膨润土鸟粪石肥（MCF）能提高土壤pH值及有机质、全氮、全磷和有效磷含量；随培养时间的增加，施肥处理与CK之间的差异逐渐加大（P＜0.05）。随着MCF施用量的增加，土壤的pH值之间升高，有机质、全氮、全磷和有效磷含量也随之增加。土壤酸碱度对土壤内部养分以及植物生长有一定的动态调节作用，而pH值是其变化的具体体现。土壤培养试验结果表明，施用MCF能显著提升酸性土壤pH值，这是MCF中的钙基膨润土以及自身含有的镁元素等碱性物质与土壤酸性物质发生中和作用的结果[10]。土壤有机质对土壤的孔隙度、持水性能、缓冲能力也有显著改善作用[11]，同时也能为植物生长提供矿质营养和有机营养[12]。施用有机肥可增加土壤中有机质含量[13]。在试验过程中，添加MCF的各处理中土壤有效磷含量均高于CK，在培养期间整体呈先上升后缓慢稳定趋势，这主要是MCF成分中含有磷、钙、镁等外源元素，施用后缓慢融入土壤中的结果[14]。

生物量的提高是保障作物产量的前提条件，而施肥则是调控作物生物量的重要农业措施[15]。在盆栽试验中，施加的肥料对生菜的生长发育均有不同程度的促进作用，生菜株高、鲜重和干重均表现出MCF＞SF＞NF＞CK的趋势。NF的肥效稍差于SF和MCF，主要是因为SF和MCF在土壤中肥效释放较为缓慢，且不易随浇灌水分流失[16-17]。

有研究表明，与常规用肥处理相比，施用磷酸钙镁缓释肥可以提升作物产量[18]，并促进作物对土壤养分的吸收与转化[19]。而不同成分的缓释肥对作物的产量以及品质的影响不同[20]。笔者的试验结果表明，钙基膨润土鸟粪石肥（MCF）的肥效优于普通复混肥（NF） 与缓释复合肥（SF），在改良酸性土壤的同时，也可作为一种有效的生态肥料为植物提供生长营养元素。