The Production of Zinc Humic Acid Urea and Its Application Effects in Rice Planting
Abstract：
The production process of zinc humic urea is introduced, and a field plot experiment is carried out to study the effect of zinc humic urea on rice yield. A total of four treatments are set up in the experiment: application of ordinary urea as control (CK) treatment, application of zinc humic acid urea in the amount of equal (T1), reduced 10% (T2) and reduced 20% (T3) treatments of the CK treatment. Agronomic traits and yield constituting factors of different fertilization treatments are investigated. The results show that the treatments of equal and reduced 10% application of zinc humic urea promoted the agronomic traits and yield constituting factors of rice, with significant yield increases of 5.02% and 2.60%, respectively, compared with the CK treatment. The reduced 20% application of zinc humic urea lead to a decrease in rice yield, with a yield reduction of 1.31% compared with that of the CK treatment, but there is no significant difference between the treatments.
腐殖酸是动植物遗骸，主要是植物的遗骸，经过微生物的分解和转化，以及地球化学的一系列过程造成和积累起来的一类有机物质，其分子结构含有多种活性官能团，在土壤中施用，有利于土壤团粒结构的形成，可改善土壤结构，提升土壤保水、透气性能[1]。近年来，在国家农业发展政策的指引下，含腐殖酸肥料产业进入了快速发展期，已成为绿色农业、国家黑土地保护工程的重要抓手。含腐殖酸尿素作为含腐殖酸肥料中的重要一员，占有较大的市场份额，受到众多尿素生产企业的青睐。微量元素在作物体内的含量虽少，但其对植物的生长发育起着至关重要的作用，其中微量元素锌、硼可增强作物的抗逆性，提高叶片叶绿素含量，进而促进植株的光合作用，有利于实现产量提升的目的。
国内外含腐殖酸尿素的生产工艺有以下3种：①包裹法，将腐殖酸、助剂、黏结剂等直接包裹在尿素表面；②溶剂法，使用液氨、甲醇、乙醇或丙酮等有机溶液作为溶剂，在不高于80 ℃的温度下，腐殖酸与尿素反应制成产品；③热熔法，在尿素熔融状态下加入腐殖酸，充分混合均匀后经造粒塔喷淋造粒制得产品，该法是国内最常用的生产方法[2]。
四川泸天化股份有限公司将植物调理剂与微量元素相结合，开发了一种含微量元素锌、硼的腐殖酸尿素，即锌腐酸尿素，并在热熔法工艺的基础上通过技术创新开发了新的生产工艺，同时将生产的锌腐酸尿素用于大田小区试验，研究其对水稻产量的影响。
1
锌腐酸尿素的生产
四川泸天化股份有限公司开发的锌腐酸尿素生产工艺流程见图 1，具体的生产方法如下[3]。
图 1
(1) 在配制罐中加入腐殖酸溶液，引入70%(质量分数，下同)的稀尿素溶液，混合均匀后加入EDTA-Zn和硼酸，搅拌溶解并混匀，得到预浓缩液，并将其输送至中间储罐。腐殖酸、稀尿素溶液、EDTA-Zn、硼酸的质量比为16∶32∶2∶1，复配混合过程的温度和中间储罐的温度控制在50~60 ℃。
(2) 用计量泵将预浓缩液送至降膜式蒸发器中浓缩，真空度为20~30 kPa，蒸发温度为100~115 ℃。
(3) 将浓缩液用计量泵送至二段蒸发后与造粒前的熔融尿素中，控制浓缩液与熔融尿素的质量比为3∶97；然后通过尿素熔融泵将熔融尿素送至造粒塔塔顶，熔融尿素通过旋转造粒喷头喷出，在下落过程中自然冷却成粒，制得锌腐酸尿素，再通过筛分、包装得到锌腐酸尿素产品。
每生产500 t锌腐酸尿素从造粒塔后下料皮带处取一个样品，样品A、B、C、D分析测定结果见表 1。
表 1
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样品 |
w(总氮) |
w(水分) |
w(缩二脲) |
w(腐殖酸) |
w(锌) |
w(硼) |
|
A |
45.76 |
0.56 |
0.81 |
0.131 5 |
0.022 4 |
0.011 8 |
|
B |
45.83 |
0.61 |
0.80 |
0.128 9 |
0.020 8 |
0.012 1 |
|
C |
45.79 |
0.58 |
0.82 |
0.134 1 |
0.021 3 |
0.011 5 |
|
D |
45.91 |
0.57 |
0.79 |
0.130 5 |
0.021 6 |
0.010 9 |
为保证产品质量，制定了生产锌腐酸尿素的企业标准。企业标准参考了行业标准《含腐植酸尿素》(HG/T 5045—2016)中的指标要求，即w(总氮)≥45%、w(水分)≤1%、w(缩二脲)≤1.5%、w(腐殖酸)≥0.12%，并在此基础上增加了w(锌)≥0.02%、w(硼)≥0.01%。由表 1可知，生产的锌腐酸尿素能满足行业标准和企业标准的要求。
2
锌腐酸尿素的田间试验
2.1
试验区概况
试验在四川省泸州市江阳区丹林镇建设村5社进行。供试土壤为沙溪庙灰棕紫泥土，土壤肥力均匀、中等偏上，其基本理化性状：w(有机质)为2.19%，w(全氮)为0.121%，w(水解氮)为135.3 mg/kg，w(全磷)为21.7 mg/kg，w(有效磷)为14.8 mg/kg，w(速效钾)为109.4 mg/kg，w(有效锌)为0.03 mg/kg，w(有效硼)为0.002 mg/kg，pH为5.78。
2.2
供试材料
供试作物：水稻，隆两优1206(隆科638S×R1206)，袁隆平农业高科技股份有限公司。
供试肥料：锌腐酸尿素，w(总氮)≥45.0%，w(腐殖酸)≥1 200 mg/kg，w(锌)≥200 mg/kg，w(硼)≥100 mg/kg，四川泸天化股份有限公司；普通尿素，w(总氮)≥46.0%，四川泸天化股份有限公司；复合肥，N-P2O5-K2O=26-8-8，九禾股份有限公司。
2.3
试验方案
试验共设3个处理和1个对照(CK)，每个处理5次重复，CK不重复，共计16个小区。小区面积为20 m2(长×宽=5 m×4 m)，小区间用50 cm宽的田埂分隔开，用薄膜包埂隔肥水。每个小区设立单独的排灌系统，其他管理措施各处理一致。
不同处理施肥方式如下：CK，底施复合肥25 kg/亩(1亩=667 m2)，插秧15 d后施分蘖肥(普通尿素)10 kg/亩，插秧45 d后施穗肥(普通尿素)8 kg/亩；T1，底施复合肥25 kg/亩，插秧15 d后施分蘖肥(锌腐酸尿素)10 kg/亩，插秧45 d后施穗肥(锌腐酸尿素)8 kg/亩；T2，底施复合肥25 kg/亩，插秧15 d后施分蘖肥(锌腐酸尿素)9 kg/亩，插秧45 d后施穗肥(锌腐酸尿素)7.2 kg/亩；T3，底施复合肥25 kg/亩，插秧15 d后施分蘖肥(锌腐酸尿素)8 kg/亩，插秧45 d后施穗肥(锌腐酸尿素)6.4 kg/亩。
2.4
方案实施
2023年3月6日开始平整秧田，苗床施用农家肥500 kg/亩作为基肥；3月28日播种，采用薄膜覆盖秧田育秧；4月15日平整试验田并分区，施用复合肥25 kg/亩作为底肥；4月16日移栽；8月6日进行考种调查，8月8日分小区收割测产。水稻栽培规格：宽窄行移栽，宽行40 cm，窄行25 cm，退窝25 cm，每窝栽1粒种子带蘖苗。从小区的宽边分宽窄行，每小区栽秧240窝，折合亩植8 000窝。栽后追肥按试验方案执行，统一进行无差别病虫害防治和除草管理。
2.5
调查与分析
8月6日进行考种调查，在每一个重复小区随机选取10株水稻，在对照区随机选取50株水稻，记录植株株高、剑叶长、穗长、每穗粒数、每穗实粒数、千粒质量及产量，结果见表 2和表 3。采用Excel 2019和SPSS 19.0中文版软件进行数据统计分析。
表 2
|
处理 |
株高 |
剑叶长 |
穗长 |
|
CK |
110.54 b |
32.04 a |
24.03 a |
|
T1 |
116.67 a |
32.71 a |
24.21 a |
|
T2 |
113.32 a |
32.37 a |
24.12 a |
|
T3 |
111.18 b |
32.08 a |
23.96 a |
|
注：1)同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P＜0.05)，下同 |
表 3
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处理 |
每穗粒数/粒 |
每穗实粒数/粒 |
结实率/% |
千粒质量/g |
亩产量/kg |
增产率/% |
|
CK |
179.58 c |
153.26 c |
85.34 b |
26.18 a |
538.69 c |
|
|
T1 |
185.64 a |
166.98 a |
89.95 a |
26.26 a |
565.72 a |
5.02 |
|
T2 |
182.42 b |
161.46 b |
88.51 a |
26.22 a |
552.68 b |
2.60 |
|
T3 |
178.12 c |
150.62 d |
84.56 b |
26.02 ab |
531.65 c |
-1.31 |
由表 2可知：在株高方面，表现为T1＞T2＞T3＞CK，T1、T2、T3处理的株高较CK处理的分别增加5.55%、2.51%、0.58%，其中T1、T2处理与CK处理差异显著，说明所有施用锌腐酸尿素的处理都可促进水稻株高的增加。在剑叶长方面，表现为T1＞T2＞T3＞CK，T1、T2、T3处理的剑叶长较CK处理的分别增加2.09%、1.03%、0.12%，说明所有施用锌腐酸尿素的处理都可促进水稻剑叶长的增加。在穗长方面，表现为T1＞T2＞CK＞T3，T1、T2处理的穗长有所增加，而T3处理的有所减小，但各处理间无显著性差异，说明施用不同肥料对穗长无明显影响。
由表 3可知：T1、T2处理的每穗粒数比CK处理的分别增加3.37%、1.58%，T3处理则减少0.81%，T1、T2处理与CK处理差异显著，T3处理与CK处理差异不显著。T1、T2处理的每穗实粒数比CK处理的分别增加8.95%、5.35%，T3处理则减少1.72%，T1、T2、T3处理与CK处理差异显著。T1、T2处理的千粒质量比CK处理的分别增加0.31%、0.15%，T3处理则减少0.61%，但各处理间无显著性差异。T1处理的稻谷产量最大，比CK处理的增加5.02%，处理间存在显著性差异；T2处理的稻谷产量比CK处理的增加2.60%，T3处理则减少1.31%。
3
经济效益分析
按复合肥3 000元/t、普通尿素2 300元/t、锌腐酸尿素2 500元/t、稻谷3.2元/kg计算，不同施肥处理的经济效益见表 4。
表 4
|
处理 |
产量/ (kg·亩-1) |
产值/ (元·亩-1) |
肥料成本/ (元·亩-1) |
收益/ (元·亩-1) |
增加收益/ (元·亩-1) |
|
CK |
538.69 |
1 723.81 |
116.40 |
1 607.41 |
|
|
T1 |
565.72 |
1 810.30 |
120.00 |
1 690.30 |
82.89 |
|
T2 |
552.68 |
1 768.58 |
115.50 |
1 653.08 |
45.67 |
|
T3 |
531.65 |
1 701.28 |
111.00 |
1 590.28 |
-17.13 |
由表 4可知：在其他管理措施一致的情况下，等量和减量10%施用锌腐酸尿素可以增加水稻产量，分别增加收益82.89、45.67元/亩；减量20%施用锌腐酸尿素则会造成减产，减少收益17.13元/亩。
4
结语
田贵生等[4]、李伟等[5]的研究表明，在常规施肥的基础上适量增施含腐殖酸肥料，能促进水稻分蘖、生长，可有效提升水稻产量和种植经济效益，同时还能提高氮素利用率，减少氮素损失，对环境更友好。周群生等[6]、李建强等[7]的研究表明，水稻对锌敏感，增施锌肥可以有效促进水稻的生长，增强水稻对干旱、低温、高温、盐碱和病虫害的抗性，从而提高产量。赵仁欣等[8]的研究表明，适量增施硼肥能一定程度促进水稻分蘖，加快有效穗形成，增强叶片光合作用，促进水稻总粒数、实粒数和结实率等关键产量指标的提升，从而提高水稻产量。以上研究结果与本文锌腐酸尿素的田间试验结果基本一致。本试验结果显示：等量和减量10%施用锌腐酸尿素对水稻的株高、剑叶长和穗长有促进作用，稻穗更饱满，较显著地提高了结实率，有较好的增产效果，增产率分别为5.02%、2.60%，收益分别增加82.89、45.67元/亩；减量20%施用锌腐酸尿素则会造成减产1.31%，减少收益17.13元/亩。
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