硝基复合肥水溶性填充物对生菜生长指标及产量的影响

Effect of Water-Soluble Fillers of Nitro-Compound Fertilizer on Growth Indicators and Yield of Lettuce

朱忠坤 Zhongkun ZHU , 樊志磊 Zhilei FAN , 李圣君 Shengjun LI , 李花苗 Huamiao LI , 朱仁胜 Rensheng ZHU

河南心连心化学工业集团股份有限公司河南新乡 453731 Henan Xinlianxin Chemical Group Co., Ltd., Xinxiang, Henan 453731, China

Author notes:

Correspondence to: 樊志磊(1987—)，男，农艺师，主要从事新型肥料开发与水肥一体化技术研究；fanzhilei312@163.com

摘要：

硝基复合肥水溶性的改进主要通过提高原料品级进行，但会造成成本大幅上升，而通过水溶性填充料改进复合肥水溶性的研究相对较少。以生菜为试验对象，对硝基复合肥中填充不同量水溶性一水硫酸镁对生菜生长指标及产量进行了试验研究。研究结果表明：通过数据拟合，在硝基复合肥中填充质量分数4.42%一水硫酸镁具有最优的增产效果；在硝基复合肥中填充质量分数2.00%左右一水硫酸镁能有效提高植株体内氮、磷、钾干物质利用效率，与对照相比增长率为18.54%。

关键词：

硝基复合肥; 水肥一体化; 水溶性填充物; 一水硫酸镁; 生菜;

Abstract：

The improvement of water solubility of the nitro-compound fertilizer is mainly made by improving raw material grade, but this causes a significant increase in the cost, and the research on improving the water solubility of the compound fertilizer through water-soluble filler is relatively rare. Taking lettuce as the test object, the growth indicators and yield of lettuce are studied by filling different amounts of water-soluble magnesium sulfate monohydrate in nitro-compound fertilizer. Study results show that by data fitting, the magnesium sulfate monohydrate with mass fraction of 4.42% in the nitro-compound fertilizer has the best yield increasing effect; the nitro-compound fertilizer filled with magnesium sulfate monohydrate with mass fraction of about 2.00% can effectively improve the dry matter utilization efficiency of nitrogen, phosphorus and potassium in the plant, and the growth rate is 18.54% compared with the control.

Keyword：

nitro-compound fertilizer; water and fertilizer integration; water-soluble filler; magnesium sulfate monohydrate; lettuce;

随着水肥一体化的普及，对能够适应滴灌、喷灌、淋施等施肥方式的水溶肥的需求逐年增加。由于水溶肥对原料级别要求较高，造成生产成本偏高，同时高养分施肥伴随着养分浪费现象，故近年来低养分水溶性颗粒复合肥逐渐受到市场及用户的认可。灌溉施肥是利用微滴灌系统，在灌水的同时根据作物生长不同阶段对养分的需求、气候等条件，精准地将肥料补加和均匀地施在根系或叶面附近，供植物直接吸收利用^[1-4]，是定量供给作物水分和养分及维持适宜水分和养分浓度的有效方法。由于微滴灌系统喷滴头的出水口直径仅为0.4~1.0 mm，对低养分水溶性颗粒复合肥残留有较高要求^[5-8]。在低养分水溶性颗粒复合肥生产中，通常需加入水溶性物质填充，从而避免常规膨润土填充所产生的残渣。另外，硫酸镁在肥料与水的溶解过程中能释放能量，与普通氮磷钾原料在水中溶解吸热形成互补，从而有利于复合肥产品的崩解，提高颗粒水溶速率。为此，对水溶性填充物硫酸镁进行了梯度筛选，通过线性拟合寻找其理论最佳填充量，从而为硝基水溶灌溉肥的开发提供理论依据。

镁对植物具有重要的生理代谢功能，其最重要的功能是作为作物叶绿素的中心原子，位于叶绿素分子结构卟啉环的中间，是叶绿素的重要组成成分。镁占叶绿素分子量的2.7%，是叶绿体正常结构所必需的成分，对维持叶绿体结构具有举足轻重的作用。植物一旦缺镁，叶绿体的结构将受到破坏，基粒数量下降，类囊体数目降低^[9-10]。李延等^[11]通过液体培养试验研究表明，缺镁水稻各生育期叶绿素含量和光合速率显著降低，而充足的镁供应提高了水稻主茎和分蘖的糖、淀粉含量，促进了成熟期碳水化合物由茎鞘向穗部转运，使水稻产量增加。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2017年10月至2017年12月在河南心连心化学工业集团股份有限公司温室大棚中进行，试验用土壤理化性状及镁含量如表 1所示。试验选用上端直径20 cm、底面直径12 cm、高15 cm的塑料钵，每钵装风干土3 kg，各处理普通硝基复合肥(22-5-10)施用量均为4 g/盆。选取生长一致的生菜，每钵分别移入1株，自种植之日起精细管理并在整个生育期防治病虫害。试验共设10个处理(T1~T10)，各处理一水硫酸镁的填充质量分数分别为0.00%、1.00%、2.00%、3.00%、4.00%、5.00%、6.00%、7.00%、8.00%和9.00%，每个处理4次重复。

表 1

试验用土壤理化性状及镁含量

w(有机质)/%	ρ(铵态氮)/(mg·L^-1)	ρ(硝态氮)/(mg·L^-1)	ρ(P₂O₅)/(mg·L^-1)	ρ(K₂O)/(mg·L^-1)	ρ(Ca)/(mg·L^-1)	ρ(Mg)/(mg·L^-1)	ρ(S)/(mg·L^-1)
0.31	0.1	31.3	6.9	184.6	2 224.5	381.7	93.8

1.2 测定项目及方法

(1) 生长指标：于2017年11月5日对生菜叶片数、SPAD进行测定。叶片数以完全展开为标准进行统计，同时选取各处理1.5片叶片进行SPAD测定。

(2) 测产：2017年12月对盆栽进行收获测产，称取鲜重，于65 ℃下烘干后称取干重。

(3) N、P₂O₅、K₂O和Mg含量测定：植株样品放入网袋内标记并于80 ℃下烘干至恒重，然后用塑料袋密封降温至室温后粉碎；取粉碎后样品0.22~0.23 g，采用浓硫酸-催化剂法进行样品消煮(消煮条件为200 ℃、2 h和350 ℃、9 h)，采用Alliance-Futura连续流动注射分析仪测定样品组织中的N含量；粉碎后样品用H₂SO₄-H₂O₂法进行消煮，采用原子吸收分光光度计测定镁含量，采用火焰光度计测定K₂O含量，采用钼锑抗比色法测定P₂O₅含量。

(4) 相关指标计算：地上部分N累积量＝地上部分单株植株含N量与地上部分单株植株生物量的乘积；地上部分P₂O₅累积量＝地上部分单株植株P₂O₅含量与地上部分单株植株生物量的乘积；地上部分K₂O累积量＝地上部分单株植株K₂O含量与地上部分单株植株生物量的乘积。

1.3 数据计算与统计分析

所有数据均采用Excel(Microsoft office，2010)和Statistix 8.0程序进行整理和方差分析，同时采用SigmaPlot 10.0程序对叶绿素、产量与复合肥中一水硫酸镁填充量进行曲线拟合。

2 结果与分析

2.1 不同一水硫酸镁填充量对生菜叶片数和SPAD的影响

如图 1所示，随着普通硝基复合肥中一水硫酸镁填充量的增加，生菜叶片数呈现先升后降的抛物线趋势，表明一水硫酸镁填充质量分数在1.00%~9.00%均会对生菜叶片数的增加有促进作用。通过曲线拟合，普通硝基复合肥中一水硫酸镁填充量与生菜叶片数的拟合方程为y＝4.31+0.18x－0.01x²。根据二次函数y＝ax²+bx+c顶点式x＝－b/2a可知，在硝基复合肥生产中采用一水硫酸镁替代膨润土的最优理论极值出现在9.00%，即一水硫酸镁填充质量分数为9.00%时对生菜叶片数的促进作用最优。

图 1

不同一水硫酸镁填充量对生菜叶片数的影响

如图 2所示，随着普通硝基复合肥中一水硫酸镁填充量的增加，生菜SPAD呈现先升后降的抛物线趋势，其拟合方程为y＝12.57+0.37x-0.02x²。根据拟合方程，当一水硫酸镁填充质量分数为9.25%时出现理论最大值，表明一水硫酸镁填充质量分数在1.00%~9.25%范围内均会对生菜叶绿素含量的提高有促进作用，一水硫酸镁填充质量分数在9.25%时对提高生菜叶绿素含量的促进作用最优。

图 2

不同一水硫酸镁填充量对生菜SPAD的影响

2.2 不同一水硫酸镁填充量对生菜鲜重的影响

如图 3所示，普通硝基复合肥中一水硫酸镁填充量与生菜鲜重的拟合方程为y＝57.46+9.28x-1.05x²，表明随着一水硫酸镁填充量的增加，生菜鲜重呈先升后降的抛物线趋势，在一水硫酸镁填充质量分数为4.42%时出现理论鲜重最大值。这说明一水硫酸镁填充质量分数在1.00%~4.42%范围内，均会对生菜鲜重增产有促进作用，一水硫酸镁填充质量分数在4.42%时对提高生菜鲜重的促进作用最优。

图 3

不同一水硫酸镁填充量对生菜鲜重的影响

2.3 不同一水硫酸镁填充量对生菜镁含量的影响

如图 4所示，普通硝基复合肥中一水硫酸镁填充量与生菜镁含量的拟合方程为y＝0.44+0.02x－0.001x²，表明生菜植株镁含量随着一水硫酸镁填充量的增加呈现抛物线趋势，在一水硫酸镁填充质量分数为10.00%时出现理论极值。这说明在试验范围内，普通硝基复合肥生产中填充一水硫酸镁可以明显提高生菜植株中的镁含量。但上述试验结果表明，当一水硫酸镁填充质量分数为4.42%时已经满足增产的需求，此时生菜中镁含量为0.50 g/kg，若继续增大一水硫酸镁填充量，增产效果将逐渐下降。

图 4

不同一水硫酸镁填充量对生菜镁含量的影响

2.4 不同一水硫酸镁填充量对生菜植株中N、P₂O₅和K₂O含量的影响

如表 2所示，普通硝基复合肥中一水硫酸镁填充质量分数在4.00%时，生菜植株中含N、P₂O₅和K₂O质量分数分别为3.84%、0.64%和9.25%，与T1处理(对照)相比增长率分别为-1.03%、12.28%和5.96%。

表 2

不同一水硫酸镁填充量对生菜植株中N、P₂O₅和K₂O含量的影响 %

处理	w(一水硫酸镁)	w(N)	w(P₂O₅)	w(K₂O)
T1		3.88 a	0.57 b	8.73 b
T2	1.00	3.99 a	0.43 c	8.57 b
T3	2.00	2.98 a	0.26 c	8.55 b
T4	3.00	3.78 a	0.57 b	8.41 b
T5	4.00	3.84 a	0.64 a	9.25 a
T6	5.00	3.58 a	0.41 c	8.77 b
T7	6.00	3.95 a	0.53 b	8.41 b
T8	7.00	3.94 a	0.55 b	8.96 a
T9	8.00	3.93 a	0.54 b	8.80 b
T10	9.00	3.81 a	0.42 c	8.51 b

2.5 不同一水硫酸镁填充量对生菜植株氮、磷、钾干物质利用效率的影响

如表 3所示：普通硝基复合肥中一水硫酸镁添加质量分数为2.00%、3.00%、4.00%和5.00%时，生菜植株的氮素干物质利用效率(NUE_b)与T1处理(对照)相比有较明显的提高，其增长率分别为18.54%、2.56%、1.12%和8.34%；普通硝基复合肥中一水硫酸镁添加质量分数为1.00%、2.00%、5.00%和9.00%时，生菜植株的磷素干物质利用效率(PUE_b)与T1处理(对照)相比有较明显提高，其增长率分别为15.20%、14.52%、15.58%和17.75%；普通硝基复合肥中一水硫酸镁添加质量分数为1.00%、2.00%、3.00%、6.00%和9.00%时，生菜植株的钾素干物质利用效率(KUE_b)与T1处理(对照)相比有一定提高，其增长率分别为1.92%、2.10%、3.84%、3.76%和2.62%。综上所述，在普通硝基复合肥中添加镁能有效提高生菜植株氮、磷、钾干物质利用效率，且一水硫酸镁添加质量分数在2.00%时的效果较优，其氮、磷、钾干物质利用效率增长率分别为18.54%、14.52%和2.10%。

表 3

不同一水硫酸镁填充量对生菜植株氮、磷、钾干物质利用效率的影响 %

处理	w(一水硫酸镁)	肥料干物质利用效率
处理	w(一水硫酸镁)	NUE_b	PUE_b	KUE_b
T1		25.78	174.77	11.45
T2	1.00	25.04	201.33	11.67
T3	2.00	30.56	200.14	11.69
T4	3.00	26.44	175.15	11.89
T5	4.00	26.07	156.98	10.81
T6	5.00	27.93	202.05	11.41
T7	6.00	25.31	189.37	11.88
T8	7.00	25.46	183.22	11.17
T9	8.00	25.47	185.51	11.36
T10	9.00	26.26	205.79	11.75

3 结语

随着我国种植结构的调整，经济作物播种面积逐渐增加，这将促进水肥一体化的发展，复合肥水溶性改进以促进经济作物用肥专用化将有较广阔的前景^[12]。复合肥水溶性改进可以通过提高原料等级或增加水溶性填充料2个方向实现，但提高原料等级会增加生产成本，给农户带来负担，而在普通复合肥中加入水溶性填充料则为较优的方案。我国约有21%的土壤镁素缺乏，54%的土壤需不同程度补充含镁肥料，缺镁地区主要集中在长江以南的福建、江西、广东、广西、贵州、湖南、湖北等地，主要受南方成土母质、酸化、降雨量大等因素影响所致。

对采用水溶性较优的硫酸镁作为填充料替代开展了试验研究，通过普通硝基复合肥中硫酸镁添加梯度与作物叶片数、SPAD、产量、植株镁含量等进行曲线拟合发现：一水硫酸镁填充质量分数为4.42%时生菜鲜重出现理论极值；生菜植株内镁含量随着复合肥中一水硫酸镁填充量的增加呈现抛物线上升，在一水硫酸镁填充质量分数为10.00%时出现理论极值；生菜产量与生菜镁含量并未呈现线性相关关系，在生菜镁含量达到0.50 g/kg时(一水硫酸镁填充质量分数为4.42%)产量出现理论极值，满足增产需求；一水硫酸镁添加质量分数在2.00%、3.00%、4.00%和5.00%时的氮素干物质利用效率与T1处理(对照)相比均有较明显提高，其增长率分别为18.54%、2.56%、1.12%和8.34%，表明在普通硝基复合肥中加入质量分数2.00%一水硫酸镁能有效提升生菜氮素干物质利用效率，这可能与镁能有效提高植株光合作用有关。

综上所述，在硝基复合肥水溶性改进过程中，一水硫酸镁的填充质量分数在4.42%时能有效提高生菜产量及其氮素干物质利用效率。

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