褐煤基有机肥与农用磷酸二铵混施对玉米苗期生长的影响

2022-03-24林小妹王吉斌程凤娴张承林

磷肥与复肥 2022年2期

林小妹，王吉斌，程凤娴，张承林

（1. 华南农业大学资源环境学院，广东广州 510642；2. 元泰丰（包头）生物科技有限公司，内蒙古包头 014199）

随着我国优质煤炭能源的不断开采和消耗，低阶煤的开采和利用日益引起关注［1］。低阶煤主要包括褐煤、风化煤、泥炭等，褐煤中含有大量植物源物质，氢、氧、氮含量高，营养成分丰富［2］。如何有效开采利用以褐煤为主的低阶煤一度成为研究热点。有研究表明，利用产气微生物能够将褐煤直接转化为清洁能源［3-4］，多年来的研究主要集中在低阶煤及其废弃物的微生物转化制取甲烷气。但是，煤微生物转化产物的利用价值远不止这些。

自2000 年开始，研究者以低阶煤（烟煤、褐煤、草炭和泥炭）为主要原料，通过添加专利催化剂，利用生物、化学和工程手段激活和促进微生物活性，经过一级酸化水解阶段和二级产气阶段生产出一种褐煤基有机肥（以下简称BGF 粉剂），该有机肥具有有机质含量高、不含抗生素、中微量元素比例协调、微生物种类丰富且活性高等特点，可用作土壤调节剂，能够促进作物生长、促进根系吸收养分等［4-5］。目前，已形成具有年产50 万t 以上规模的技术及专利生产工艺。

磷肥是氮磷钾等大量元素中利用率最低的，主要原因是磷进入土壤后易与土壤中的钙、镁、铁、锰、铝等元素产生磷酸盐沉淀。如果把BGF粉剂与磷肥混合后施用，借助BGF粉剂减少磷与土壤的接触，防止磷的沉淀，可达到提高磷利用率的目的。基于此设想，笔者以玉米为试验材料，探究BGF粉剂与磷肥混施后玉米植株在苗期对磷的吸收利用情况，旨在为低阶煤转化产物的利用开拓新的途径和探究提高磷肥利用率的措施。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2021 年3 月21 日至2021 年4 月26 日在华南农业大学资源环境学院作物营养与施肥研究室温室内进行，采用盆栽试验。供试作物为玉米，品种为郑单958。

供试土壤为赤红壤，土壤基本理化性质为：pH 5.23、EC值195 μS/cm、w（有机质）2 960 mg/kg、w（碱解氮）29 mg/kg、w（有效磷）2.25 mg/kg、w（速效钾）20.3 mg/kg、w（有效锰）41.4 mg/kg、w（有效锌）0.7 mg/kg、w（有效铁）7.0 mg/kg、w（有效铜）1.0 mg/kg、w（交换性钙）408 mg/kg、w（交换性镁）11.60 mg/kg，属严重缺磷土壤。因赤红壤有机质含量低且具有较强的酸性，对进入赤红壤的磷肥会产生强烈的固定作用。

供试肥料为硫酸铵（（NH4）2SO4，w（N）21%）、农用磷酸二铵（w（N）18%，w（P2O5）46%，简称DAP）、氯化钾（KCl，w（K2O）60%）、BGF 粉剂（w（N）0.8%，w（P2O5）0.2%，w（K2O）0.1%。购自内蒙古元泰丰（包头）生物科技有限公司）。

装土塑料盆规格为：上部外径22.5 cm，上部内径20 cm，高14 cm，盆底直径14.5 cm。每盆可装土3 kg。

1.2 试验设计

试验设计BGF 粉剂与DAP 混合穴施，肥料施在玉米种子横向5 cm 处再垂直向下5 cm 位置，施肥后播种。试验共设4 个处理，分别为不施磷肥（CK）、BGF 粉剂（T1）、DAP（T2）、DAP+BGF 粉剂（T3）。DAP 的用量按每千克土施P2O5130 mg 计算，折每千克土施用290 mg。BGF 粉剂施用量为0.05 kg/株（参照田间推荐用量3 000 kg/hm2和每公顷6 万株玉米的种植密度计算），氮肥的用量按每1 kg土施N 260 mg（以DAP与BGF粉剂混合之后的总含氮量为标准），不足的氮用（NH4）2SO4补足。钾肥用量按每1 kg土施K2O 100 mg，使用KCl作为钾肥。BGF粉剂处理不施磷肥，除CK和T1处理外其余各处理的氮、磷、钾养分施用量一致。各处理的肥料施用量如表1所示。每个处理设置4次重复。

表1 各处理肥料用量 g/盆

取过2 mm 筛的风干土壤，将称量好的KCl 与土壤混合均匀，装入塑料盆中，每盆装3 kg土。将称量好的（NH4）2SO4、DAP 与BGF 粉剂混合均匀。选取大小均匀催芽的种子，先在盆中放一定量的土，接着在盆中央插上有刻度的玻璃棒（底部为0 cm），将混合后的BGF粉剂和肥料集中放置于0 cm处，然后每盆分别覆土至玻璃棒的5 cm处，以玻璃棒为基点，距离水平方向5 cm处播4粒种子，最后覆土3 cm。待玉米长至三叶期时进行间苗，每盆留1株。播种35 d后收获植株。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 植株样品采集与测试指标

收获时测量植株的株高、茎粗。垂直拉伸植株达到最高点，用卷尺测量从地表到植株最高点的高度即为株高；用游标卡尺测量茎基部直径即为茎粗；同时用叶绿素仪测定最新完全展开叶的SPAD值。

收获地上部鲜样的同时取完整的植株根系并进行清洗，洗净后称量地上部、根系样品的鲜质量。将洗净后的根系样品用根系扫描仪进行扫描获取根系图像，用WinRhizo 根系分析软件处理图像、获取根表面积和根体积等参数［6］。将植株鲜样于105 ℃杀青30 min，在75 ℃烘干72 h后称量，记录干物质量。植株干样粉碎后采用浓H2SO4-H2O2进行消煮［6］，测定消煮上清液中的全氮、全磷含量。植株全氮含量采用凯氏定氮法测定［7］，全磷含量采用钼锑钪比色法测定［6］。

1.3.2 相关指标参数计算方法

磷利用率=（施磷处理地上部与地下部吸磷总量-不施磷处理地上部吸与地下部吸磷总量）/施磷量×100%；植株（器官）磷积累量=植株（器官）磷含量×植株（器官）生物量；植株（器官）氮积累量=植株（器官）氮含量×植株（器官）生物量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2007 软件对数据进行处理，采用SPSS 26.0软件对数据进行差异性分析。

2 结果与分析

2.1 各处理对玉米苗期的株高、茎粗和SPAD值的影响

玉米苗期收获时各处理的株高、茎粗、SPAD值的测定结果见表2。由表2可知，从T2和T3的对比来看，DAP与BGF粉剂混合配施处理较单独施用DAP 处理，玉米的株高、茎粗和SPAD 值均有显著增加。T3处理的玉米株高比CK、T1、T2处理分别增加了124.0%、5.8%、85.4%，且处理之间的差异达到显著水平（P＜0.05）；T3 处理的玉米茎粗与CK、T1、T2 处理相比，分别增加了217.0%、3.8%、116.0%；各处理间的SPAD 值也存在差异。说明将BGF粉剂与农用磷酸二铵配施能够显著促进玉米的生长。

表2 各处理玉米的株高、茎粗和SPAD值

2.2 各处理对玉米苗期植株鲜质量和干质量的影响

玉米苗期收获时各处理植株鲜质量、干质量的测定结果见表3。由表3 可知，T3 处理的鲜质量和干质量与其余处理相比均有所增加，且各处理之间的差异显著（P＜0.05）。T3 处理的地上部鲜质量比CK、T1、T2 处理分别增加了3 264.00%、38.91%、1 147.00%；T3处理的根部鲜质量比CK、T1、T2处理提高了1 019.00%、16.21%、433.00%。T3处理的地上部干质量与CK、T1、T2 处理相比，依次增加了2 947.00%、42.29%、120.00%；各处理的根部干质量也存在差异，T3处理比CK、T1、T2处理分别提高了1 163.16%、15.75%、120.18%。

表3 各处理玉米植株的鲜质量和干质量 g/株

2.3 各处理对玉米苗期根表面积和根体积的影响

各处理植株根系的根表面积、根体积见表4。由表4 可知，T3 处理的根表面积和根体积与T2 处理相比，均存在显著差异，表明DAP 与BGF 粉剂配施可显著促进玉米苗期根系生长；同时也能看到T1 处理的根表面积和根体积与T3 处理差异较小，且与CK、T2 处理表现出显著的差异，这可能是因为BGF 粉剂比表面积大，施入土壤后能够疏松土壤，有利于根系的生长。

表4 各处理玉米植株根系的根表面积、根体积

2.4 各处理对玉米苗期植株氮、磷积累量及磷利用率的影响

各处理植株的氮、磷积累量及磷利用率见表5。由表5 可知，T2、T3 处理的植株中氮积累量都远远高于CK 处理，依次增加了1 086%、2 076%，这也说明磷肥的施用能够促进氮肥的吸收利用。T3处理的植株磷积累量与T2 处理相比，显著提高了200.0%。在磷利用率方面，T2处理的磷肥利用率仅为4.38%，而T3 处理的磷肥利用率为13.24%，与T2 相比提高了202.3%，说明与BGF 粉剂配施能够有效地提高农用磷酸二铵的利用率。

表5 各处理玉米植株的氮、磷积累量及磷利用率

3 讨论

BGF粉剂与农用磷酸二铵配施后能够有效促进玉米植株的生长和氮磷养分的累积。BGF粉剂与磷肥混施促玉米生长的原因可能是BGF粉剂本身是由褐煤通过微生物作用转化的代谢产物所得到的固体有机物质，其比表面积较大，施入土壤后可以疏松土壤，增加土壤的通气性，促进根系的生长，进而促进养分的吸收利用。有较多研究［8-9］表明，有机肥与化肥配施能够有效促进植株磷养分的累积，作用机制［10］主要包括：（1）有机肥腐解产生的有机酸类物质能够对难溶性磷化合物进行活化，增加土壤中的有效磷含量；（2）有机酸根与磷酸根竞争吸附位点，减少土壤对磷酸根的吸附；（3）有机酸根与铁、铝和钙等金属离子间的络合反应，消除土壤磷吸附位点［11］；（4）有机、无机肥料配施可以增加土壤有机质，间接提高微生物活性与数量，增强微生物对土壤磷的转化和循环等［12］。BGF 粉剂的原料是褐煤，褐煤本身水分和灰分含量高，而且含有较多的腐植酸，代谢产物中可能残留一部分腐植酸［13-14］，在与磷肥配施过程中残留腐植酸可能会对土壤中的难溶性磷化合物进行活化或者消除了土壤的磷酸根吸附位点。再者，在褐煤的微生物转化过程中加入了一定数量的微生物，转化产物中仍残留着部分微生物，BGF粉剂施入土壤后，增加了土壤中的微生物活性，因此，提高了对植物生长重要的营养物质和化合物的生物有效性［5］。

本试验表明在施磷条件下，玉米植株的株高、茎粗、干质量、根表面积、根体积均比不施磷处理有明显的增加，根系对磷的吸收利用能力有所提高，因此能够促进玉米植株对磷素养分的积累，这与前人的研究［15-16］结果一致。除此之外，本试验也表明与不施磷处理CK相比，施磷处理T2、T3的植株氮素积累量有显著的提高，氮肥、磷肥配施比单施氮肥更能促进植株的生长和氮素养分的累积［9］，与大多数研究的结果相似。磷肥利用率低主要是因为磷进入土壤后的移动方式以扩散为主，但由于极其容易被土壤固定，导致其移动性大大下降，移动距离一般只有3～5 cm，因此，磷肥的当季利用率一般为5%～20%，约80%的磷肥都以磷酸盐的形态被积累在土壤中。因为磷移动性差的特点，所以磷肥的施用更推荐采用穴施、条施等集中施用的方式，更有利于植株根系对磷肥养分的吸收利用，促进植株的生长。