• ISSN 1008-505X
  • CN 11-3996/S

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

不同磺化腐殖酸磷肥提高冬小麦产量和磷素吸收利用的效应研究

马明坤 袁亮 李燕婷 高强 赵秉强

引用本文:
Citation:

不同磺化腐殖酸磷肥提高冬小麦产量和磷素吸收利用的效应研究

    作者简介: 马明坤 E-mail:mamingkun94@163.com;
    通讯作者: 赵秉强, E-mail:zhaobingqiang@caas.com

The effect of sulfonated humus acid phosphate fertilizer on enhancing grain yield and phosphorus uptake and utilization in winter wheat

    Corresponding author: Bing-qiang ZHAO, E-mail:zhaobingqiang@caas.com
  • 摘要: 【目的】腐殖酸对磷肥增效的调控效应与其结构性密切相关。本文比较了不同磺化反应方法制备的腐殖酸磷肥对冬小麦磷素利用的影响,为制备调控磷肥专用的腐殖酸增效载体提供依据。【方法】采用磷酸与氢氧化钾反应法制备普通磷肥 (P)、普通腐殖酸磷肥 (HAP),并采用加双氧水、硝酸等方法制备了四种磺化腐殖酸磷肥 (HA1P、HA2P、HA3P和HA4P)。用田间土柱栽培试验方法,在等磷量基础上,设置普通磷肥 (P)、普通腐殖酸磷肥 (HAP)、磺甲基化腐殖酸磷肥 (HA1P)、双氧水+磺甲基化腐殖酸磷肥 (HA2P)、硝酸+磺甲基化腐殖酸磷肥 (HA3P)、双氧水+硝酸+磺甲基化腐殖酸磷肥 (HA4P) 6个处理,同时设置不施磷肥对照 (CK) 处理和施用等量腐殖酸处理 (C-HA、C-HA1、C-HA2、C-HA3、C-HA4)。调查了小麦产量和产量构成及经济效益,分析了0—80 cm土壤有效磷含量。【结果】1) 与CK相比,普通腐殖酸 (C-HA) 和磺化处理腐殖酸 (C-HA1、C-HA2、C-HA3、C-HA4) 对小麦籽粒产量无显著影响。与P处理比较,HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P处理的小麦籽粒产量分别提高了6.3%、17.8%、10.1%、17.5%、11.1%,4个腐殖酸磺化磷肥 (HA1P、HA2P、HA3P、HA4P) 处理均高于普通腐殖酸磷肥 (HAP) 处理。2)与HAP比较,磺化腐殖酸磷肥处理HA1P、HA2P、HA3P、HA4P分别提高小麦地上部磷吸收量12.3%、12.3%、9.2%、10.8%,其中HA1P和HA2P处理最高。3)与HAP比较,磺化腐殖酸磷肥处理HA1P、HA3P分别提高小麦磷肥农学效率23.6%和7.1%。4)与HAP比较,磺化腐殖酸磷肥处理HA1P、HA2P、HA4P可分别提高0—20 cm土层土壤速效磷含量17.5%、16.2%、17.2%。【结论】磺化腐殖酸磷肥比普通腐殖酸磷肥可以更有效地提高土壤中磷肥的有效性,提高冬小麦对磷素的吸收利用,进而提高冬小麦籽粒产量。四种磺化工艺中,以磺甲基化处理的腐殖酸磷肥 (HA1P) 效果最优。
  • 表 1  供试土壤化学性质

    Table 1.  The chemical properties of experimental soil

    土层深度 (cm)
    Soil depth
    pH 有机质 (g/kg)
    Organic matter
    全氮 (g/kg)
    Total N
    速效磷 (mg/kg)
    Available P
    速效钾 (mg/kg)
    Available K
    0—30 8.4 6.2 0.31 5.5 85
    30—90 8.5 5.6 0.28 4.7 139
    下载: 导出CSV

    表 2  供试肥料性质及代号

    Table 2.  Properties and codes of the tested fertilizers

    代号
    Code
    腐殖酸添加量 (‰)
    Humic add amount
    P2O5含量 (%)
    P2O5 content
    pH
    P 0 35.90 10.44
    HAP 5 33.60 10.32
    HA1P 5 37.63 10.36
    HA2P 5 35.19 10.41
    HA3P 5 35.64 10.38
    HA4P 5 36.02 10.36
    注(Note):P、HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P 分别代表普通磷肥、腐殖酸磷肥、磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥。 P, HAP, HA1P, HA2P, HA3+P, HA4P represent no humic acid phosphate fertilizer, humic acid phosphate fertilizer, sulfomethylation humic acid phosphate fertilizer, H2O2+ sulfonated humic acid phosphate fertilizer, HNO3+ sulfonated humic acid phosphate fertilizer, H2O2 +HNO3+ sulfonated humic acid phosphate fertilizer, respectively.
    下载: 导出CSV

    表 3  施用不同腐殖酸磷肥的小麦产量及产量构成因素

    Table 3.  Wheat yields and yield components applied with different phosphorous fertilizers

    处理
    Treatment
    穗数 (No./pot)
    Spike number
    穗粒数 (No./spike)
    Grain per spike
    千粒重 (g)
    1000-grain weight
    产量 (g/pot)
    Grain yield
    P 44.4 a 33.15 a 43.44 b 65.60 c
    HAP 45.2 a 32.62 a 45.67 ab 69.72 bc
    HA1P 47.8 a 33.69 a 45.46 ab 77.30 a
    HA2P 45.6 a 33.56 a 46.01 a 72.20 ab
    HA3P 45.0 a 35.75 a 44.7 ab 77.07 a
    HA4P 43.0 a 34.18 a 46.21 a 72.58 ab
    CK 20.0 b 22.90 b 35.61 d 20.01 d
    C-HA 20.0b 22.98 b 39.05 c 19.68 d
    C-HA1 22.8 b 20.01 b 37.83 cd 20.79 d
    C-HA2 19.0 b 21.81 b 40.08 c 20.19 d
    C-HA3 23.0 b 19.13 b 40.21 c 20.44 d
    C-HA4 21.0 b 21.41 b 38.53 c 20.32 d
    注(Note):CK—不施肥处理 No P fertilizer control; P、HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P 分别代表普通磷肥、腐殖酸磷肥、磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥;C-HA 到 C-HA4 分别代表腐殖酸处理,其投入量分别对应 HAP 到 HA4P 中腐殖酸的投入量。同列数据后不同字母表示处理间在 5% 水平差异显著。P, HAP, HA1P, HA2P, HA3P, HA4P represent no humic acid phosphate fertilizer, humic acid phosphate fertilizer, sulfomethylation humic acid phosphate fertilizer, H2O2 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, HNO3+ sulfonated humic acid phosphate fertilizer, H2O2 +HNO3+ sulfonated humic acid phosphate fertilizer. respectively. C-HA to C-HA4 represent humic treatments, and their input rates are equal to those in HAP to HA4P, respectively. Values followed by different letters in a column are significant among the treatments at the 5% level.
    下载: 导出CSV

    表 4  施用不同腐殖酸磷肥的小麦地上部磷吸收量 (g/pot)

    Table 4.  P uptakes in aboveground of wheat applied with different phosphorous fertilizers

    处理Treatment 秸秆Straw 籽粒Grain 总计Total
    CK 0.05 b 0.13 d 0.18 d
    C-HA 0.04 b 0.13 d 0.17 d
    C-HA 0.05 b 0.11 d 0.16 d
    C-HA2 0.06 b 0.12 d 0.18 d
    C-HA3 0.06 b 0.14 d 0.20 d
    C-HA4 0.07 b 0.15 d 0.21 d
    P 0.17 a 0.45 c 0.62 c
    HAP 0.19 a 0.46 bc 0.65 bc
    HA1P 0.21 a 0.52 ab 0.73 a
    HA2P 0.20 a 0.53 ab 0.73 a
    HA3P 0.17 a 0.54 a 0.71 a
    HA4P 0.19 a 0.53 ab 0.72 a
    注(Note):CK—不施肥处理 No P fertilizer control; P、HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P 分别代表普通磷肥、腐殖酸磷肥、磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥;C-HA 到 C-HA4 分别代表腐殖酸处理,其投入量分别对应 HAP 到 HA4P 中腐殖酸的投入量。同列数据后不同字母表示处理间在 5% 水平差异显著。P, HAP, HA1P, HA2P, HA3P, HA4P represent no humic acid phosphate fertilizer, humic acid phosphate fertilizer, sulfomethylation humic acid phosphate fertilizer, H2O2 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, HNO3 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, H2O2 + HNO3 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer. respectively. C-HA to C-HA4 represent humic treatments, and their input rates are equal to those in HAP to HA4P, respectively. Values followed by different letters in a column are significant among the treatments at the 5% level.
    下载: 导出CSV

    表 5  施用不同腐殖酸磷肥的小麦磷肥利用效率

    Table 5.  Phosphorus fertilizer efficiencies of wheat applied with different phosphorous fertilizers

    处理
    Treatment
    表观利用效率
    Recovery efficiency
    (%)
    偏生产力
    Partial productivity
    (kg/kg)
    农学效率
    Agronomic efficiency
    (kg/kg)
    P 66.60 a 43.74 c 31.16 e
    HAP 74.35 a 46.48 bc 35.99 cd
    HA1P 81.30 a 51.53 a 44.49 a
    HA2P 77.54 a 48.13 ab 37.22 c
    HA3P 77.85 a 51.38 a 38.55 a
    HA4P 77.75 a 48.57 ab 35.61 d
    注(Note):P、HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P 分别代表普通磷肥、腐殖酸磷肥、磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥。同列数据后不同字母表示处理间在 5% 水平差异显著。P, HAP, HA1P, HA2P, HA3+P, HA4P represent no humic acid phosphate fertilizer, humic acid phosphate fertilizer, sulfomethylation humic acid phosphate fertilizer, H2O2 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, HNO3 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, H2O2 + HNO3 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, respectively. Values followed by different letters in a column are significant among the treatments at the 5% level.
    下载: 导出CSV

    表 6  施用不同腐殖酸磷肥对不同土层土壤速效磷含量的影响 (mg/kg)

    Table 6.  Soil available phosphorus contents affected by different HA phosphorous fertilizers

    处理Treatment 土层Soil layer (cm)
    0—20 20—40 40—60 60—80
    CK 5.29 c 6.36 c 7.41 ab 7.41 a
    C-HA 6.00 c 5.99 c 7.21 b 7.76 a
    C-HA1 6.15 c 6.60 c 7.40 ab 8.12 a
    C-HA2 5.29 c 5.36 c 6.79 b 7.33 a
    C-HA3 5.85 c 6.61 c 7.44 ab 7.86 a
    C-HA4 5.59 c 6.58 c 6.44 b 7.24 a
    P 10.26 b 11.75 b 8.78 ab 7.95 a
    HAP 10.42 b 13.36 ab 9.37 ab 7.76 a
    HA1P 12.24 a 14.65 a 9.15 ab 7.70 a
    HA2P 12.11 a 14.12 ab 9.32 ab 8.02 a
    HA3P 11.63 ab 14.42 a 8.78 ab 8.79 a
    HA4P 12.21 a 14.48 a 10.42 a 8.65 a
    注(Note):CK—不施肥处理 No P fertilizer control; P、HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P 分别代表普通磷肥、腐殖酸磷肥、磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥;C-HA 到 C-HA4 分别代表腐殖酸处理,其投入量分别对应 HAP 到 HA4P 中腐殖酸的投入量。同列数据后不同字母表示处理间在 5% 水平差异显著。P, HAP, HA1P, HA2P, HA3P, HA4P represent no humic acid phosphate fertilizer, humic acid phosphate fertilizer, sulfomethylation humic acid phosphate fertilizer, H2O2 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, HNO3 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, H2O2 + HNO3 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer. respectively. C-HA to C-HA4 represent humic treatments, and their input rates are equal to those in HAP to HA4P, respectively. Values followed by different letters in a column are significant among the treatments at the 5% level.
    下载: 导出CSV
  • [1] 冯固, 杨茂秋, 白灯莎, 等. 用32P示踪法研究石灰性土壤中磷素的形态及有效性变化[J]. 土壤学报, 1996, 33(3): 301–307 doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.1996.03.010
    Feng G, Yang M Q, Bai D S, et al. Study on changes in fractions and availability of phosphorus in calcareous soil by 32P tracer method[J]. Acta Pedologica Sinica, 1996, 33(3): 301–307 doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.1996.03.010
    [2] Kleinman P J A, Sharpley A N, Wolf A M, et al. Measuring water-extractable phosphorus in manure as an indicator of phosphorus in runoff[J]. Soil Science Society of America Journal, 2002, 66: 2009–2015 doi: 10.2136/sssaj2002.2009
    [3] 张福锁, 王激清, 张卫峰, 等. 中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J]. 土壤学报, 2008, 45(5): 915–924 doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.2008.05.018
    Zhang F S, Wang J Q, Zhang W F, et al. Current status and improvement of fertilizer utilization rate of main grain crops in China[J]. Acta Pedologica Sinica, 2008, 45(5): 915–924 doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.2008.05.018
    [4] 程明芳, 何萍, 金继运. 我国主要作物磷肥利用率的研究进展[J]. 作物杂志, 2010, (1): 12–14 doi: 10.3969/j.issn.1001-7283.2010.01.004
    Cheng M F, He P, Jin J Y. Research progress on the utilization rate of phosphate fertilizer in main crops in China[J]. Crops, 2010, (1): 12–14 doi: 10.3969/j.issn.1001-7283.2010.01.004
    [5] Stevenson F J. Humus chemistry: genesis, composition, reactions[M]. New York: John Wiley & Sons, 1994.
    [6] Stefanova M, Velinova D, Marinov S P, et al. The composition of lignite humic acids[J]. Fuel, 1993, 72(5): 681–684 doi: 10.1016/0016-2361(93)90581-L
    [7] Kelleher B P, Simpson A J. Humic substances in soils: are they really chemically distinct?[J]. Environmental Science & Technology, 2006, 40(15): 4605–4611
    [8] Alvarez R, Evans L A, Milham P J, et al. Effects of humic material on the precipitation of calcium phosphate[J]. Geoderma, 2004, 118(3): 245–260
    [9] Jindo K, Martim S A, Navarro E C, et al. Root growth promotion by humic acids from composted and non-composted urban organic wastes[J]. Plant and Soil, 2012, 353(1–2): 209–220 doi: 10.1007/s11104-011-1024-3
    [10] Sinha M K. Organo-metallic phosphates[J]. Plant and Soil, 1971, 35(1–3): 471–484 doi: 10.1007/BF01372680
    [11] 王曰鑫, 侯宪文. 腐殖酸对土壤中无机磷活化效应的研究[J]. 腐殖酸, 2005, (2): 7–14
    Wang Y X, Hou X H. Effect of humic acid on the activation of inorganic phosphorus in soil[J]. Humic, 2005, (2): 7–14
    [12] 李志坚, 林治安, 赵秉强, 等. 增值磷肥对潮土无机磷形态及其变化的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(6): 1329–1336
    Li Z J, Lin Z A, Zhao B Q, et al. Effects of value-added phosphate fertilizers on yield and phosphorus utilization of winter wheat[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2013, 19(6): 1329–1336
    [13] Bermudez D, Juarez M, Sanchez Andreu J, et al. Role of eddha and humic acids on the solubility of soil phosphorus[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 1993, 24(7–8): 673–683 doi: 10.1080/00103629309368832
    [14] Delgado A, Madrid A, Kassem S, et al. Phosphorus fertilizer recovery from calcareous soils amended with humic and fulvic acids[J]. Plant and Soil, 2002, 245(2): 277–286 doi: 10.1023/A:1020445710584
    [15] 王亚军, 王威, 陈国华, 等. 准格尔旗风化煤中提取腐殖酸的工艺研究[J]. 内蒙古石油化工, 2010, (11): 3–5 doi: 10.3969/j.issn.1006-7981.2010.11.002
    Wang Y J, Wang W, Chen G H, et al. Study on the extracting technology of humic acid from weathered coal of Jungar in Inner Mongolia[J]. Inner Mongolia Petrochemical, 2010, (11): 3–5 doi: 10.3969/j.issn.1006-7981.2010.11.002
    [16] Nagata Y, Hirai K, Bandow H, et al. Decomposition of hydroxybenzoic and humic acids in water by ultrasonic irradiation[J]. Environmental Science & Technology, 1996, 30(4): 1133–1138
    [17] Wang G, Hsieh S, Hong C. Destruction of humic acid in water by UV light—catalyzed oxidation with hydrogen peroxide[J]. Water Research, 2000, 34(15): 3882–3887 doi: 10.1016/S0043-1354(00)00120-2
    [18] Bekbölet M, Balcioglu I. Photocatalytic degradation kinetics of humic acid in aqueous TiO2 dispersions: the influence of hydrogen peroxide and bicarbonate ion[J]. Water Science and Technology, 1996, 34(9): 73–80 doi: 10.2166/wst.1996.0180
    [19] Fong S S, Seng L, Mat H B. Reuse of nitric acid in the oxidative pretreatment step for preparation of humic acids from low rank coal of Mukah, Sarawak[J]. Journal of the Brazilian Chemical Society, 2007, 18(1): 41–46 doi: 10.1590/S0103-50532007000100004
    [20] Yıldırım M, özbayoǧlu G. Production of ammonium nitrohumate from Elbistan lignite and its use as a coal binder[J]. Fuel, 1997, 76(5): 385–389 doi: 10.1016/S0016-2361(97)85514-7
    [21] 徐革联, 邵景景, 熊楚安, 等. 磺化煤制备方法的研究[J]. 煤炭加工与综合利用, 1999, (5): 24–26 doi: 10.3969/j.issn.1005-8397.1999.05.008
    Xu G L, Shao J J, Xiong C A, et al. Study on the preparation method of sulfonated coal[J]. Coal Processing and Comprehensive Utilization, 1999, (5): 24–26 doi: 10.3969/j.issn.1005-8397.1999.05.008
    [22] 赵珂. 改性褐煤对石灰性土壤重金属形态转化的影响[D]. 郑州: 河南农业大学硕士学位论文, 2015.
    Zhao K. Effect of modified lignite on the transformation of heavy metals in calcareous soil[D]. Zhengzhou: MS Thesis of Henan Agricultural University, 2015.
    [23] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京: 中国农业科技出版社, 2000.
    Lu R K. Soil and agricultural chemistry analysis method[M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2000.
    [24] 鲁如坤. 土壤磷素水平和水体环境保护[J]. 磷肥与复肥, 2003, (1): 4–8 doi: 10.3969/j.issn.1007-6220.2003.01.002
    Lu R K. Soil phosphorus level and water environment protection[J]. Phosphate & Compound Fertilizer, 2003, (1): 4–8 doi: 10.3969/j.issn.1007-6220.2003.01.002
    [25] 王斌, 马兴旺, 许咏梅, 等. 腐殖酸对灰漠土棉田土壤无机磷形态的影响[J]. 新疆农业科学, 2007, (3): 312–317 doi: 10.3969/j.issn.1001-4330.2007.03.014
    Wang B, Ma X W, Xu Y M, et al. Effects of humic acids on inorganic phosphorus forms in gray desert soil cotton field[J]. Xinjiang Agricultural Science, 2007, (3): 312–317 doi: 10.3969/j.issn.1001-4330.2007.03.014
    [26] 杜伟, 赵秉强, 林治安, 等. 有机无机复混肥优化化肥养分利用的效应与机理研究 Ⅱ. 有机物料与磷肥复混对玉米产量及肥料养分吸收利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(4): 825–831
    Du W, Zhao B Q, Lin Z A, et al. Effect and mechanism of organic-inorganic compound fertilization on chemical fertilizer utilization Ⅱ.Effects of ammonium phosphate combined with organic material on maize yield and fertilizer utilization[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(4): 825–831
    [27] 郑平. 煤炭腐殖酸的生产和应用[J]. 北京: 化学工业出版社, 1991. 28.
    Zheng P. Production and application of coal humic acid[J]. Beijing: Chemical Industry Press, 1991. 28.
    [28] 成绍鑫. 重新认识腐殖酸对化肥的增效作用及有关对策[J]. 腐殖酸, 1998, (3): 1–9
    Cheng S X. Re-recognizing the synergistic effect of humic acid on chemical fertilizers and related countermeasures[J]. Humic, 1998, (3): 1–9
    [29] Sibanda H M, Young S D. Competitive adsorption of humus acids and phosphate on goethite, gibbsite and two tropical soils[J]. Journal of Soil Science, 1986, 37(2): 197–204 doi: 10.1111/ejs.1986.37.issue-2
    [30] 杜振宇, 王清华, 刘方春, 等. 腐殖酸物质对磷在褐土中迁移的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2012, (2): 14–17 doi: 10.3969/j.issn.1673-6257.2012.02.003
    Du Z Y, Wang Q H, Liu F C, et al. Effects of humic acid on the migration of phosphorus in cinnamon soil[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2012, (2): 14–17 doi: 10.3969/j.issn.1673-6257.2012.02.003
    [31] Schnitzer M. Humic substances: chemistry and reactions[M]. Elsevier, 1978.
    [32] Schnitzer M, Khan S U. Soil organic matter[Z]. Oxford, New York: Elsevier Scientific Publishing Company, 1978.
  • [1] 刘秀梅张夫道冯兆滨张树清何绪生王茹芳王玉军 . 风化煤腐殖酸对氮、磷、钾的吸附和解吸特性. 植物营养与肥料学报, 2005, 13(5): 641-646. doi: 10.11674/zwyf.2005.0512
    [2] 李军袁亮赵秉强李燕婷温延臣李伟林治安* . 磷肥中腐植酸添加比例对玉米产量、磷素吸收及土壤速效磷含量的影响. 植物营养与肥料学报, 2017, 25(3): 641-648. doi: 10.11674/zwyf.16319
    [3] 刘方春邢尚军刘春生马海林马丙尧袁素萍 . 褐煤腐殖酸对铵的吸附特性研究. 植物营养与肥料学报, 2005, 13(4): 514-518. doi: 10.11674/zwyf.2005.0414
    [4] 周丽平袁亮赵秉强李燕婷林治安 . 不同分子量风化煤腐殖酸对玉米植株主要代谢物的影响. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(1): 142-148. doi: 10.11674/zwyf.18403
    [5] 梁尧苑亚茹韩晓增李禄军邹文秀任军李刚 . 化肥配施不同剂量有机肥对黑土团聚体中有机碳与腐殖酸分布的影响. 植物营养与肥料学报, 2016, 24(6): 1586-1594. doi: 10.11674/zwyf.15453
    [6] 毕军夏光利毕研文张萍史桂芳朱国梁 . 腐殖酸生物活性肥料对冬小麦生长及土壤微生物活性的影响. 植物营养与肥料学报, 2005, 13(1): 99-103. doi: 10.11674/zwyf.2005.0116
    [7] 冯晨颜丽关连珠* . 有机酸对五种人工合成磷酸盐活化作用及活化途径的研究. 植物营养与肥料学报, 2011, 19(6): 1395-1402. doi: 10.11674/zwyf.2011.1128
    [8] 李志坚林治安*赵秉强袁亮李燕婷温延臣 . 增效磷肥对冬小麦产量和磷素利用率的影响. 植物营养与肥料学报, 2013, 21(6): 1329-1336. doi: 10.11674/zwyf.2013.0606
    [9] 胡承孝王运华谭启玲魏文学 . 钼、氮肥配合施用对冬小麦子粒蛋白质及其氨基酸组成的影响. 植物营养与肥料学报, 2002, 10(2): 224-228. doi: 10.11674/zwyf.2002.0218
    [10] 王文亮薛高峰孙清斌霍晓婷李红英尹春芹杨建堂 . Mn与N、K配施对冬小麦子粒中氨基酸含量的影响. 植物营养与肥料学报, 2007, 15(3): 373-380. doi: 10.11674/zwyf.2007.0304
    [11] 柳勇胡承孝谭启玲 . 施用钼肥对酸性黄棕壤上冬小麦叶片膜脂肪酸及叶细胞超微结构的影响. 植物营养与肥料学报, 2004, 12(1): 86-90. doi: 10.11674/zwyf.2004.0117
    [12] 赵荣芳邹春琴张福锁 . 长期施用磷肥对冬小麦根际磷、锌有效性及其作物磷锌营养的影响. 植物营养与肥料学报, 2007, 15(3): 368-372. doi: 10.11674/zwyf.2007.0303
    [13] 王凤仙陈研李韵珠 . 土壤水氮资源的利用与管理Ⅲ.冬小麦夏玉米水氮管理措施的优化. 植物营养与肥料学报, 2000, 8(1): 18-23. doi: 10.11674/zwyf.2000.0103
    [14] 刘宝存孙明德吴静黄德明 . 硫素营养对小麦子粒氨基酸含量的影响. 植物营养与肥料学报, 2002, 10(4): 458-461. doi: 10.11674/zwyf.2002.0415
    [15] 黄婷苗郑险峰侯仰毅李晓王朝辉 . 秸秆还田对冬小麦产量和氮、磷、钾吸收利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2015, 23(4): 853-863. doi: 10.11674/zwyf.2015.0404
    [16] 党红凯李瑞奇李雁鸣张馨文孙亚辉 . 超高产栽培条件下冬小麦对磷的吸收、积累和分配. 植物营养与肥料学报, 2012, 20(3): 531-541. doi: 10.11674/zwyf.2012.11361
    [17] 裴雪霞王秀斌何萍张秀芝李科江周卫梁国庆金继运 . 氮肥后移对土壤氮素供应和冬小麦氮素吸收利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2009, 17(1): 9-15. doi: 10.11674/zwyf.2009.0102
    [18] 孟晓瑜王朝辉*杨宁杨荣章孜亮赵护兵 . 底墒和磷肥对渭北旱塬冬小麦产量与水肥利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2011, 19(5): 1083-1090. doi: 10.11674/zwyf.2011.1097
    [19] 姚珊张东杰BatbayarJavkhlan刘琳李若楠周江香张树兰杨学云 . 冬小麦−夏玉米体系磷效率对鴥土磷素肥力的响应. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(6): 1640-1650. doi: 10.11674/zwyf.18262
    [20] 党廷辉郭胜利郝明德 . 旱地冬小麦氮磷自然供给能力及其吸收氮磷来源的长期定位试验. 植物营养与肥料学报, 2001, 9(2): 166-171. doi: 10.11674/zwyf.2001.0208
  • 加载中
表(6)
计量
  • 文章访问数:  109
  • HTML全文浏览量:  104
  • PDF下载量:  42
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-16
  • 刊出日期:  2019-03-01

不同磺化腐殖酸磷肥提高冬小麦产量和磷素吸收利用的效应研究

    作者简介:马明坤 E-mail:mamingkun94@163.com
    通讯作者: 赵秉强, zhaobingqiang@caas.com
  • 1. 吉林农业大学资源与环境学院,吉林长春 130118
  • 2. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与肥料重点实验室,北京 100081

摘要: 目的腐殖酸对磷肥增效的调控效应与其结构性密切相关。本文比较了不同磺化反应方法制备的腐殖酸磷肥对冬小麦磷素利用的影响,为制备调控磷肥专用的腐殖酸增效载体提供依据。方法采用磷酸与氢氧化钾反应法制备普通磷肥 (P)、普通腐殖酸磷肥 (HAP),并采用加双氧水、硝酸等方法制备了四种磺化腐殖酸磷肥 (HA1P、HA2P、HA3P和HA4P)。用田间土柱栽培试验方法,在等磷量基础上,设置普通磷肥 (P)、普通腐殖酸磷肥 (HAP)、磺甲基化腐殖酸磷肥 (HA1P)、双氧水+磺甲基化腐殖酸磷肥 (HA2P)、硝酸+磺甲基化腐殖酸磷肥 (HA3P)、双氧水+硝酸+磺甲基化腐殖酸磷肥 (HA4P) 6个处理,同时设置不施磷肥对照 (CK) 处理和施用等量腐殖酸处理 (C-HA、C-HA1、C-HA2、C-HA3、C-HA4)。调查了小麦产量和产量构成及经济效益,分析了0—80 cm土壤有效磷含量。结果1) 与CK相比,普通腐殖酸 (C-HA) 和磺化处理腐殖酸 (C-HA1、C-HA2、C-HA3、C-HA4) 对小麦籽粒产量无显著影响。与P处理比较,HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P处理的小麦籽粒产量分别提高了6.3%、17.8%、10.1%、17.5%、11.1%,4个腐殖酸磺化磷肥 (HA1P、HA2P、HA3P、HA4P) 处理均高于普通腐殖酸磷肥 (HAP) 处理。2)与HAP比较,磺化腐殖酸磷肥处理HA1P、HA2P、HA3P、HA4P分别提高小麦地上部磷吸收量12.3%、12.3%、9.2%、10.8%,其中HA1P和HA2P处理最高。3)与HAP比较,磺化腐殖酸磷肥处理HA1P、HA3P分别提高小麦磷肥农学效率23.6%和7.1%。4)与HAP比较,磺化腐殖酸磷肥处理HA1P、HA2P、HA4P可分别提高0—20 cm土层土壤速效磷含量17.5%、16.2%、17.2%。结论磺化腐殖酸磷肥比普通腐殖酸磷肥可以更有效地提高土壤中磷肥的有效性,提高冬小麦对磷素的吸收利用,进而提高冬小麦籽粒产量。四种磺化工艺中,以磺甲基化处理的腐殖酸磷肥 (HA1P) 效果最优。

English Abstract

  • 磷在土壤中易与Ca2+、Mg2+、Al3+及Fe3+等离子形成磷酸盐沉淀,或被土壤胶体吸附固定,作物难以吸收利用[12],导致其当季利用率仅为10%~20%[34]。因此,减少磷素在土壤中的固定是提高磷肥利用率的重要途径。

    腐殖酸 (HA) 是植物、动物和微生物通过物理、化学和生物作用形成的富含羧基、羟基、烷基等多种官能团的天然有机高分子混合物[56],广泛存在于土壤、水、沉积物和煤炭中[57]。大量研究表明,腐殖酸结构中的羧基、酚羟基等酸性官能团可以与磷酸根竞争土壤胶体表面的吸附位点,减少土壤对磷的吸附[8]。腐殖酸结构中的苯酚结构,可以活化土壤中难溶性磷[9]。因此,腐殖酸及其盐类可以不同程度地活化土壤中被固定的磷[10],腐殖酸类物质可使土壤中的磷更多地以对植物有效性高的Ca2-P、Ca8-P、Al-P的形态存在[1112]。腐殖酸与磷肥共同施用,可以减少磷素在土壤中的固定与吸附[8],提高土壤中有效磷的含量[1314]

    然而,采用“碱溶酸析”法从煤炭中提取的腐殖酸往往存在灰分高、活性官能团数量有限等缺点[15]。因此,需要通过不同方式对腐殖酸进行改性,增加活性腐殖酸官能团的丰富度,进一步增强腐殖酸对磷素的调控效应。已有的物理方法 (物理研磨、超声波) 可改变腐殖酸的比表面积,但很难改变腐殖酸的化学性质。超声波的声化学作用会使水产生氧自由基,这些氧自由基可以增加腐殖酸含氧官能团的数量及种类,但改变程度较弱[16]。氧化处理是增加官能团最直接的方法,双氧水和硝酸氧化均会使腐殖酸芳环断裂,增加活性官能团 (羧基) 的数量[1720]。磺化作用可将–SO3H引入到腐殖酸芳香环和侧链上,并生成更多的–COOH官能团,这些官能团可与金属离子结合[21],从而减少其对磷的固定。已有研究证明,磺化腐殖酸可提高腐殖酸络合Ca2+、Mg2+等金属的能力、提高腐殖酸抗硬水能力[22]

    本文采用不同反应法制备了磺化腐殖酸磷肥试验产品,通过田间土柱栽培试验,研究比较了这些产品提高冬小麦产量、磷肥利用率等效果,为有效改进腐殖酸磷肥提供可鉴技术。

    • 试验于2017年10月至2018年6月在中国农业科学院德州盐碱土改良实验站禹城试验基地进行 (N 36°49′,E 116°34′),供试冬小麦品种为‘济麦22’。供试土壤类型为潮土,质地为轻壤,采自试验基地连续三年不施肥料的匀地试验田,分别采集试验田0—30 cm耕层土及30—90 cm底层土,分别过1 cm筛、混匀、备用。土壤化学性质如表1

      土层深度 (cm)
      Soil depth
      pH 有机质 (g/kg)
      Organic matter
      全氮 (g/kg)
      Total N
      速效磷 (mg/kg)
      Available P
      速效钾 (mg/kg)
      Available K
      0—30 8.4 6.2 0.31 5.5 85
      30—90 8.5 5.6 0.28 4.7 139

      表 1  供试土壤化学性质

      Table 1.  The chemical properties of experimental soil

    • 供试腐殖酸材料 (HA) 为以风化煤为原料生产的腐殖酸钠 (产自内蒙古乌海)。HA1是由HA经磺甲基化 (亚硫酸氢钠−甲醛溶液) 反应,60℃烘干制得;HA2是由HA经15%双氧水氧化,再经磺甲基化,60℃烘干制得;HA3是由HA经20%硝酸氧化,再经磺甲基化,60℃烘干制得;HA4是由HA经15%双氧水和20%硝酸氧化,再经磺甲基化,60℃烘干制得。普通腐殖酸材料 (HA) 和磺化腐殖酸材料 (HA1、HA2、HA3、HA4) 含碳量依次为62.99%、46.15%、48.33%、40.54%、45.83%,含氮量依次为1.34%、1.00%、1.19%、3.62%、2.47%。

      将占磷酸溶液和氢氧化钾 (磷酸与氢氧化钾质量比为4.67/5.33) 质量总和5‰的腐殖酸材料 (HA、HA1、HA2、HA3、HA4) 分别添加到磷酸溶液中,搅拌均匀,再加入氢氧化钾,后迅速搅拌、研磨、过筛 (830 μm) 和干燥保存,即得到试验所用腐殖酸磷肥。制成的腐殖酸磷肥代号标记为HAP、HA1P、HA2P、HA3P和HA4P,并制得无腐殖酸添加的普通磷肥,代号为P,供试肥料性质及代号见表2

      代号
      Code
      腐殖酸添加量 (‰)
      Humic add amount
      P2O5含量 (%)
      P2O5 content
      pH
      P 0 35.90 10.44
      HAP 5 33.60 10.32
      HA1P 5 37.63 10.36
      HA2P 5 35.19 10.41
      HA3P 5 35.64 10.38
      HA4P 5 36.02 10.36
      注(Note):P、HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P 分别代表普通磷肥、腐殖酸磷肥、磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥。 P, HAP, HA1P, HA2P, HA3+P, HA4P represent no humic acid phosphate fertilizer, humic acid phosphate fertilizer, sulfomethylation humic acid phosphate fertilizer, H2O2+ sulfonated humic acid phosphate fertilizer, HNO3+ sulfonated humic acid phosphate fertilizer, H2O2 +HNO3+ sulfonated humic acid phosphate fertilizer, respectively.

      表 2  供试肥料性质及代号

      Table 2.  Properties and codes of the tested fertilizers

    • 试验采用土柱栽培方式,将高100 cm、内径25 cm的PVC管埋入土中,管口上部高出地面3 cm,下不封口,与自然土壤直接接触,模拟田间栽培状态。每个土柱装入50 kg干土,土层深90 cm,其中土层下部30—90 cm装底层土 (干土35 kg),上部0—30 cm装耕层土 (干土15 kg)。氮、钾施肥量以0—30 cm土壤干重15 kg计,各处理施用量一致,氮肥为尿素 (N 46.5%),施用量为N 0.15 g/kg干土,钾肥用氯化钾 (K2O 60%),施肥量为0.16 g/kg干土,均作为基肥一次性混施入0—30 cm土壤中。

      将制备的磺化磷肥按照P2O5 0.1 g/kg施入干土,以土壤干土重15 kg计。同时,设置了1个普通腐殖酸磷肥和4个磺化腐殖酸磷肥等量的腐植酸处理,这5个处理的氮、钾肥用量同其他处理,另外,还设置了不施磷肥对照 (只施氮、钾肥,用量与其它施肥处理相同) 处理 (CK)。试验共12个处理,重复7次。

      小麦于2017年10月20日播种,每个土柱留苗12株,生育期间按丰产要求管理,2018年6月收获测产。

    • 小麦籽粒和秸秆全磷含量测定采用H2SO4−H2O2消煮,钒钼黄比色法测定[23]

      相关计算公式如下[24]

      植株各部位磷吸收量 (g/pot) = 植株各部位干物质量 × 植株各部位磷含量;

      磷肥表观利用率 = (施磷处理地上部吸磷总量–不施磷处理地上部吸磷总量)/施磷量 × 100%;

      磷肥偏生产力 (kg/kg) = 施磷处理籽粒产量/施磷量;

      磷肥农学效率 (kg/kg) = (施磷处理籽粒产量–不施磷处理籽粒产量)/施磷量。

      试验数据采用Excel进行处理与作图,采用Q值检验法去除异常值,SAS 8.0软件进行数据统计分析,Duncan新复极差法进行多重比较 (P < 0.05)。

    • 表3可知,与对照 (CK) 比较,不施磷肥的腐殖酸处理对冬小麦籽粒产量无显著影响,而施磷肥处理可显著提高冬小麦籽粒产量。与普通磷肥 (P) 比较,普通腐殖酸磷肥 (HAP) 可提高小麦籽粒产量6.3%,磺化腐殖酸磷肥HA1P、HA2P、HA3P和HA4P处理分别提高小麦籽粒产量17.8%、10.1%、17.5%和11.1%,平均提高小麦籽粒产量14.1%,其中以HA1P处理增产幅度最高。

      处理
      Treatment
      穗数 (No./pot)
      Spike number
      穗粒数 (No./spike)
      Grain per spike
      千粒重 (g)
      1000-grain weight
      产量 (g/pot)
      Grain yield
      P 44.4 a 33.15 a 43.44 b 65.60 c
      HAP 45.2 a 32.62 a 45.67 ab 69.72 bc
      HA1P 47.8 a 33.69 a 45.46 ab 77.30 a
      HA2P 45.6 a 33.56 a 46.01 a 72.20 ab
      HA3P 45.0 a 35.75 a 44.7 ab 77.07 a
      HA4P 43.0 a 34.18 a 46.21 a 72.58 ab
      CK 20.0 b 22.90 b 35.61 d 20.01 d
      C-HA 20.0b 22.98 b 39.05 c 19.68 d
      C-HA1 22.8 b 20.01 b 37.83 cd 20.79 d
      C-HA2 19.0 b 21.81 b 40.08 c 20.19 d
      C-HA3 23.0 b 19.13 b 40.21 c 20.44 d
      C-HA4 21.0 b 21.41 b 38.53 c 20.32 d
      注(Note):CK—不施肥处理 No P fertilizer control; P、HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P 分别代表普通磷肥、腐殖酸磷肥、磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥;C-HA 到 C-HA4 分别代表腐殖酸处理,其投入量分别对应 HAP 到 HA4P 中腐殖酸的投入量。同列数据后不同字母表示处理间在 5% 水平差异显著。P, HAP, HA1P, HA2P, HA3P, HA4P represent no humic acid phosphate fertilizer, humic acid phosphate fertilizer, sulfomethylation humic acid phosphate fertilizer, H2O2 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, HNO3+ sulfonated humic acid phosphate fertilizer, H2O2 +HNO3+ sulfonated humic acid phosphate fertilizer. respectively. C-HA to C-HA4 represent humic treatments, and their input rates are equal to those in HAP to HA4P, respectively. Values followed by different letters in a column are significant among the treatments at the 5% level.

      表 3  施用不同腐殖酸磷肥的小麦产量及产量构成因素

      Table 3.  Wheat yields and yield components applied with different phosphorous fertilizers

      表3进一步可看出,P处理比CK处理小麦籽粒产量提高2.3倍,HAP比对应的腐殖酸处理 (C-HA) 可提高籽粒产量2.5倍,HA1P、HA2P、HA3P、HA4P比各自对应的腐殖酸对照处理C-HA1、C-HA2、C-HA3、C-HA4的籽粒产量提高了2.7、2.6、2.8、2.6倍,以HA3P交互作用最好。与普通磷肥 (P) 相比,HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P磺化腐殖酸磷肥对冬小麦的穗数、穗粒数均无显著影响,但提高了冬小麦籽粒千粒重,进而显著提高了籽粒产量,以HA4P处理效果最好 (表3)。

    • 表4看出,与对照处理 (CK) 比较,单独施用普通腐殖酸和磺化腐殖酸对小麦秸秆、籽粒和地上部磷素吸收量均无显著性影响。与普通磷肥 (P) 比较,普通腐殖酸磷肥 (HAP) 可提高小麦地上部磷吸收量4.8%,磺化腐殖酸磷肥 (HA1P、HA2P、HA3P和HA4P平均值) 可提高小麦地上部磷吸收量16.5%,其中HA1P、HA2P、HA3P和HA4P磺化腐殖酸磷肥处理分别提高小麦地上部磷吸收量17.7%、17.7%、14.5%和16.1%,以HA1P和HA2P处理最高。

      处理Treatment 秸秆Straw 籽粒Grain 总计Total
      CK 0.05 b 0.13 d 0.18 d
      C-HA 0.04 b 0.13 d 0.17 d
      C-HA 0.05 b 0.11 d 0.16 d
      C-HA2 0.06 b 0.12 d 0.18 d
      C-HA3 0.06 b 0.14 d 0.20 d
      C-HA4 0.07 b 0.15 d 0.21 d
      P 0.17 a 0.45 c 0.62 c
      HAP 0.19 a 0.46 bc 0.65 bc
      HA1P 0.21 a 0.52 ab 0.73 a
      HA2P 0.20 a 0.53 ab 0.73 a
      HA3P 0.17 a 0.54 a 0.71 a
      HA4P 0.19 a 0.53 ab 0.72 a
      注(Note):CK—不施肥处理 No P fertilizer control; P、HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P 分别代表普通磷肥、腐殖酸磷肥、磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥;C-HA 到 C-HA4 分别代表腐殖酸处理,其投入量分别对应 HAP 到 HA4P 中腐殖酸的投入量。同列数据后不同字母表示处理间在 5% 水平差异显著。P, HAP, HA1P, HA2P, HA3P, HA4P represent no humic acid phosphate fertilizer, humic acid phosphate fertilizer, sulfomethylation humic acid phosphate fertilizer, H2O2 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, HNO3 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, H2O2 + HNO3 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer. respectively. C-HA to C-HA4 represent humic treatments, and their input rates are equal to those in HAP to HA4P, respectively. Values followed by different letters in a column are significant among the treatments at the 5% level.

      表 4  施用不同腐殖酸磷肥的小麦地上部磷吸收量 (g/pot)

      Table 4.  P uptakes in aboveground of wheat applied with different phosphorous fertilizers

      表4进一步可看出,普通磷肥处理 (P) 比对应的对照处理 (CK) 地上部磷吸收量提高2.4倍,普通腐殖酸磷肥处理 (HAP) 比对应的腐殖酸处理 (C-HA) 地上部磷吸收量提高2.8倍,磺化腐殖酸磷肥 (HA1P、HA2P、HA3P、HA4P平均) 比对应的腐殖酸处理 (C-HA1、C-HA2、C-HA3、C-HA4) 地上部磷吸收量平均提高2.9倍。其中磺化腐殖酸磷肥 (HA1P、HA2P、HA3P、HA4P) 比对应的腐殖酸处理 (C-HA1、C-HA2、C-HA3、C-HA4) 地上部磷吸收量分别提高3.6、3.1、2.6、2.4倍,以HA1P处理最高。

    • 表5表明磺化腐殖酸磷肥HA1P、HA2P、HA3P、HA4P处理与普通磷肥的表观利用率差异不明显。与普通磷肥相比,磺化腐殖酸磷肥HA1P、HA2P、HA3P、HA4P可分别显著提高偏生产力17.9%、10.1%、17.6%、11.1%,平均提高14.1%。磺化腐殖酸磷肥HA1P、HA2P、HA3P、HA4P可分别提高农学利用效率42.8%、19.4%、23.7%、14.3%,平均提高了24.9%。

      处理
      Treatment
      表观利用效率
      Recovery efficiency
      (%)
      偏生产力
      Partial productivity
      (kg/kg)
      农学效率
      Agronomic efficiency
      (kg/kg)
      P 66.60 a 43.74 c 31.16 e
      HAP 74.35 a 46.48 bc 35.99 cd
      HA1P 81.30 a 51.53 a 44.49 a
      HA2P 77.54 a 48.13 ab 37.22 c
      HA3P 77.85 a 51.38 a 38.55 a
      HA4P 77.75 a 48.57 ab 35.61 d
      注(Note):P、HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P 分别代表普通磷肥、腐殖酸磷肥、磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥。同列数据后不同字母表示处理间在 5% 水平差异显著。P, HAP, HA1P, HA2P, HA3+P, HA4P represent no humic acid phosphate fertilizer, humic acid phosphate fertilizer, sulfomethylation humic acid phosphate fertilizer, H2O2 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, HNO3 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, H2O2 + HNO3 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, respectively. Values followed by different letters in a column are significant among the treatments at the 5% level.

      表 5  施用不同腐殖酸磷肥的小麦磷肥利用效率

      Table 5.  Phosphorus fertilizer efficiencies of wheat applied with different phosphorous fertilizers

    • 表6可以看出,与对照处理 (CK) 相比,在0—80 cm土层,单独施用腐殖酸对土壤速效磷含量无显著性影响。与普通磷肥 (P) 比较,普通腐殖酸磷肥可提高0—20 cm土层土壤速效磷含量1.6%,磺化腐殖酸磷肥 (HA1P、HA2P、HA3P和HA4P平均值) 可提高0—20 cm土层土壤速效磷含量17.4%,其中磺化腐殖酸磷肥 (HA1P、HA2P、HA3P和HA4P) 分别提高19.3%、18.0%、13.4%和19.0%。

      处理Treatment 土层Soil layer (cm)
      0—20 20—40 40—60 60—80
      CK 5.29 c 6.36 c 7.41 ab 7.41 a
      C-HA 6.00 c 5.99 c 7.21 b 7.76 a
      C-HA1 6.15 c 6.60 c 7.40 ab 8.12 a
      C-HA2 5.29 c 5.36 c 6.79 b 7.33 a
      C-HA3 5.85 c 6.61 c 7.44 ab 7.86 a
      C-HA4 5.59 c 6.58 c 6.44 b 7.24 a
      P 10.26 b 11.75 b 8.78 ab 7.95 a
      HAP 10.42 b 13.36 ab 9.37 ab 7.76 a
      HA1P 12.24 a 14.65 a 9.15 ab 7.70 a
      HA2P 12.11 a 14.12 ab 9.32 ab 8.02 a
      HA3P 11.63 ab 14.42 a 8.78 ab 8.79 a
      HA4P 12.21 a 14.48 a 10.42 a 8.65 a
      注(Note):CK—不施肥处理 No P fertilizer control; P、HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P 分别代表普通磷肥、腐殖酸磷肥、磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥、双氧水 + 硝酸 + 磺甲基化腐殖酸磷肥;C-HA 到 C-HA4 分别代表腐殖酸处理,其投入量分别对应 HAP 到 HA4P 中腐殖酸的投入量。同列数据后不同字母表示处理间在 5% 水平差异显著。P, HAP, HA1P, HA2P, HA3P, HA4P represent no humic acid phosphate fertilizer, humic acid phosphate fertilizer, sulfomethylation humic acid phosphate fertilizer, H2O2 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, HNO3 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer, H2O2 + HNO3 + sulfonated humic acid phosphate fertilizer. respectively. C-HA to C-HA4 represent humic treatments, and their input rates are equal to those in HAP to HA4P, respectively. Values followed by different letters in a column are significant among the treatments at the 5% level.

      表 6  施用不同腐殖酸磷肥对不同土层土壤速效磷含量的影响 (mg/kg)

      Table 6.  Soil available phosphorus contents affected by different HA phosphorous fertilizers

      与P处理比较,HAP处理可提高20—40 cm土层土壤速效磷含量13.7%,磺化腐殖酸磷肥处理HA1P、HA2P、HA3P和HA4P分别提高24.7%、20.2%、22.7%、23.2%,平均可提高22.7%。在40—60 cm和60—80 cm土层中,各施磷肥处理与CK处理间土壤速效磷含量差异不显著。

    • 腐殖酸作为富含羧基、羟基、烷基等多种官能团的天然有机高分子混合物[56],可活化土壤中难溶性磷,减少磷素在土壤中的吸附和固定,提高磷在土壤中速效磷的含量[8, 25]。但从本研究结果看,单施腐殖酸在冬小麦籽粒产量、地上部磷吸收量及0—40 cm土层中土壤速效磷含量上与对照相比均未达到显著性差异。其原因一方面可能是土壤中易转化态磷含量太低,导致腐殖酸对其的活化作用弱。另一方面可能是单施腐殖酸处理中腐殖酸的量少,导致腐殖酸对土壤中难溶性磷活化作用弱,进而难以提高土壤中速效磷含量。

      化学磷肥施入土壤中,其磷酸根离子极易与土壤胶体中的Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+等离子发生配位反应进而转化成作物难吸收的磷,导致磷肥利用率下降[26]。腐殖酸作为含有多种活性官能团的物质,可以减缓速效态磷向无效态磷的转化[27]。本研究结果表明,腐殖酸与磷肥有正交互作用,腐殖酸磷肥能优化作物对磷肥的吸收利用。与普通磷肥相比,各腐殖酸磷肥处理均可提高小麦籽粒产量、地上部吸磷量、磷肥表观利用率和0—40 cm土层中土壤速效磷含量,其中HA2P、HA3P、HA4P处理可以提高40—60 cm土层中土壤速效磷含量。原因可能是腐殖酸与磷肥可形成HA-M-P络合物[28],腐殖酸结构中的活性官能团可以与磷酸根离子竞争土壤胶体的吸附位点,从而减少磷酸根离子与钙、铁、铝离子络合,减少其对磷肥中磷素的固定[29],而且腐殖酸与磷肥共施可显著提高施肥微域中的水溶性磷含量,提高磷肥在土壤中的活性,促进磷在土壤中的扩散,增加磷在土壤中的迁移距离[30],同时腐殖酸可提高作物根系和囊泡质子泵活性,提高作物对土壤中磷的吸收利用[9]

      在本研究中,磺化腐殖酸磷肥比普通腐殖酸磷肥具有更好的增效作用。磺化腐殖酸磷肥处理的冬小麦籽粒产量、地上部吸磷量和磷肥表观利用率均高于普通腐殖酸磷肥处理,这是因为磺化作用可将–SO3H引入到腐殖酸芳香环和侧链上,并生成了更多的活性官能团,这些官能团上的氢离子可以被Ca2+、Al3+、Mg2+等金属置换[21],从而减少金属离子对磷酸根离子的络合,达到减少磷固定,增加土壤中的速效磷含量的作用。同时磺化腐殖酸可以更有效地吸附土壤中养分离子 (K+、NH4+、Ca2+等离子)、还原土壤中的重金属、增加阳离子交换量、降低表土含盐量、提高土壤缓冲性能[5, 27, 31-32],这使得磺化腐殖酸对土壤肥力下降、土壤养分库容偏低、土壤pH过高或过低等问题均有一定的改善作用,从而使磺化腐殖酸磷肥在东北黑土、华北盐碱土和南方红壤上均具有较好的应用前景。

      笔者发现,磺化腐殖酸磷肥对冬小麦籽粒产量的提高依次是HA1P > HA3P > HA4P > HA2P,其中HA1P、HA2P、HA3P、HA4P处理中添加的磺化腐殖酸是分别经过磺化、双氧水氧化再磺化、硝酸氧化再磺化、双氧水+硝酸氧化再磺化得到的材料。其中硝酸氧化的腐殖酸 (HA3P、HA4P) 会将–NO2、–NO引入到腐殖酸的芳环上[19],导致其氮含量升高,但由于肥料中腐殖酸添加量仅为5‰,腐殖酸中氮含量为2.5%~3.6%,使得腐殖酸磷肥中氮含量很少,对冬小麦籽粒产量不会产生较大的影响。而氧化过程会改变腐殖酸的分子量和结构特征,但关于腐殖酸分子量、结构特征、官能团含量与磷素利用的关系还需进一步研究。

      本研究中生产腐殖酸材料 HA、HA1、HA2、HA3、HA4 成本分别约为1000、2700、3100、4700、5000元/t,其中腐殖酸磷肥的添加量为5‰,即生产的腐殖酸磷肥 HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P 每吨分别增加成本5、13.5、15.5、23.5、25元。在大田等养分投入条件下,与普通磷肥 (P) 相比,腐殖酸磷肥 HAP、HA1P、HA2P、HA3P、HA4P 可使每公顷冬小麦分别增产659、1872、1056、1835、1117 kg,分别增收786、2232、1252、2179、1315元 (按小麦价格1.2元/kg计算)。由此可见,磺化腐殖酸磷肥比普通腐殖酸磷肥具有更好的经济效应,其中以磺甲基化腐殖酸磷肥的经济效益最高。

    • 与普通腐殖酸磷肥(HAP)相比,磺化腐殖酸磷肥HA1P、HA2P、HA3P、HA4P处理可分别提高小麦籽粒产量10.9%、3.5%、10.5%、4.5%。磺化腐殖酸磷肥HA1P、HA2P、HA4P处理可分别提高0—20 cm土层中土壤速效磷含量17.5%、16.2%和17.2%。磺化腐殖酸磷肥HA1P、HA3P处理可分别提高磷肥农学效率23.6%和7.1%。总之,四种磺化工艺中,以磺甲基化处理的腐殖酸磷肥(HA1P)的增产和经济效益最优。

参考文献 (32)

目录

    /

    返回文章
    返回