黄腐酸对磷的活化效果及活化磷肥的应用研究 卫尤明 廖宗文 毛小云 摘 要:腐植酸具有活化矿物磷的功能,可用于活化磷肥的开发。化学检测与肥效试验表明,与一般的有机活化剂相比,腐植酸中分子量较小的黄腐酸可在 2% 的添加量下发挥更大的磷活化效能。因黄腐酸活化磷肥第 1 次与第 3 次浸提溶出的水溶磷含量差别不超过 20%,表明该活化磷肥连续释磷更加平稳,更符合作物不同生长期的养分需求,因而获得更高的肥效。 关键词:黄腐酸 活化磷肥 活化剂 连续释磷
前言 迄今对腐植酸的研究与应用,主要在植物营养及生理方面。例如:气孔开闭,根系伸展,养分吸收等 [1]。对于腐植酸与肥料配合使用的增效作用,尤其是对磷肥的增效作用,也有较多报道 [1,2]。我们多年研究发现,它还有一种新的功能——对矿物磷元素的活化,可用于新型磷肥——活化磷肥的研发。活化磷肥是无需硫酸,以低品位磷矿为原料生产的环境友好型磷肥。在常温常压下进行温和反应即可生产。活化剂为有机、无机两类,主要来源于工农业废物,经物理、化学修饰等方法处理而制成 [3,4]。其生产主要的工序是低品位磷矿粉与活化剂研磨,能耗低,设备及工艺简捷,没有废气、废渣、废液排放,可简示如图 1。低品位磷矿粉 活化剂 研磨 活化磷18% 5% 中性、高效、安全+图 1 活化磷肥生产流程Fig.1 Production process of activated phosphorus fertilizer活化磷肥的技术关键是选择适合的活化剂。有机活化剂效果较好。本试验把腐植酸、黄腐酸与一般的有机活化剂进行使用量和活化效果的对比,为腐植酸开拓新的应用领域提供科学依据。
1 材料方法 1.1 原料 PR:磷矿粉,全磷 36%,斯里兰卡。WZ1:食品厂废渣,有机质 62%,pH≈1.0;WZ2:食品厂废渣,有机质 62%,pH≈0.8;WZ1 和 WZ2 为氨基酸厂的 2 个批次废渣。矿源 HA:矿源腐植酸,含量 40%,pH≈8,四川某公司;FA:黄腐酸,含量 35%,pH≈4,广西某公司。SP:过磷酸钙,有效 P2O5 12%。 1.2 活化试验 PR 中添加少量活化剂与水,充分研磨后得到活化磷肥(AP)。各 AP 处理分别为:T1:PR+5% WZ1+5% 水, 机 磨(70 Hz,1.5 min);T2:PR+5% WZ2+5% 水, 机 磨(70 Hz,1.5 min);T3:PR+2% 矿源 HA +5% 水,手磨 5 min;T4:PR+2% FA +5% 水, 机 磨(70 Hz,1.5 min)。(注:研磨机,宁波新芝科技股份有限公司,SCIENTZ- 48)矿源腐植酸和黄腐酸,以用量 2% 进行试验。因为之前预备试验显示矿源腐植酸和黄腐酸活化效果优于 WZ。所以本试验降低其用量以验证大幅减量的活化效果。 本研究的磷矿粉来自斯里兰卡,含磷量高达36%,是当地的廉价磷矿。在国内一般用含磷量20% 左右的低品位磷矿,不是只有高品位的磷矿才能进行活化 [4]。 1.3 肥效试验 试验于华南农业大学校内大棚进行,试验用土基本化学性质见表 1。 试验设 5 个处理,以常规磷肥 SP 为对照(CK)。每处理 3 次重复,每盆装土 4 kg、种植 3 株玉米。各处理氮、钾基肥用量一致,N:120 mg/kg 土,K2O:100 mg/kg 土,分别由尿素、KCl 供肥。磷肥中 SP 按 P2O5:80 mg/kg 土施入,各 AP 按等重量SP 2.67g/pot施入。具体处理设置及施肥量见表2。 试验连作两茬作物,分别为玉米(“华美甜 8号”)与大豆(“中黄 37”)。基肥与土壤充分混匀后种植一茬玉米,一茬玉米于 2021 年 5 月 17 日浸种,5 月 19 日育苗盘育苗,5 月 18 日装土混肥,5 月 24 日移栽入盆,6 月 29日收割,玉米在盆中生长期为 36 天。一茬玉米收割后,将表土铲碎、疏松混匀后种植二茬大豆,不再施用肥料。二茬大豆于 7 月10 日浸种,7 月 12 日育苗盘育苗,7 月 21 日移栽入盆,8 月 11 日收割,大豆在盆中生长期为21 天。 1.4 测定指标与方法 PR 与 AP 的连续水溶磷含量:用纯水浸提——钼锑抗比色法测定 [4,5]。 植株鲜重:收割后立即用天平称重,称取值即为鲜重。植株干重:称完鲜重的植株,立即用 105 ℃杀青,再在 60 ℃下烘至恒重后,记为干重。植株吸磷量:将干植株充分粉碎后,取样通过“硫酸——过氧化氢法湿式消解,钼锑抗比色法测磷”测定出植株含磷浓度后,再乘以干重,即得植株吸磷量。 2 结果与分析 2.1 活化剂的效果比较 由表 3 可知,各活化磷肥浸提水溶磷含量均高于 PR,增幅可达 168% ~ 475%(总量),其中 T3(2% 矿源 HA 手磨 AP)处理增幅最高,明显高于 2 个 5%WZ 处理(T1、T2)。T4(2% FA机磨 AP)处理虽然水溶磷含量增幅不及其他处理,但用量仅为 2%,不及 2 个 5% WZ 用量的一半,而且,3 次连续浸提水溶磷含量较均匀,浸提第1 次与浸提第 2 次之比为 86.5%,浸提第 3 次与浸提第 2 次之比为 76.2%,差异不超过 20%。而另3 个处理的浸提水溶磷含量均为“前高后低”波动幅度,幅度很大:浸提第 1 次溶出水溶磷含量最高,甚至远超后两次浸提水溶磷含量之和。T4 处理的水溶磷含量平稳释放,更适宜作物生长需求,在后续相应的肥效试验中也得到了证实。 2.2 活化磷肥的肥效比较 一茬玉米与二茬大豆的鲜重与植株吸磷量如表4 所示。 表 4 显示,在前期(一茬玉米),从植物鲜重看,2% 矿源 HA 处理(T3)很接近 SP(CK)水平、2% FA 处理(T4)的肥效达到 SP 水平,较 SP 略优;而 2 个 5%WZ 活化处理(T1、T2)的肥效均低于 SP 水平,植物鲜重约比 SP 处理低 10%。在后期的二茬大豆盆栽试验中,各活化磷肥处理均有更好的肥效表现。2 个 5% WZ 活化处理与 2% 矿源 HA 处理鲜重与 SP 相近,而 2% FA 处理的鲜重比 SP 高出约 10%。可见,从对植物鲜重的影响来看,活化磷肥对 SP 的肥效比较优势在后茬更为明显,表明其肥效更持久。2% FA 处理在一茬玉米中达到 SP 肥效水平,二茬大豆中略优于 SP 的肥效;2 个 5% WZ 活化处理(T1、T2)在一茬玉米时肥效虽然低于 SP 水平、但在二茬大豆中肥效接近或达到 SP 水平。 从植株吸磷量来看,一茬玉米中各处理植株吸磷量均不及 SP,而在二茬大豆中则缩短了与 SP 的吸磷量差距,甚至 T1 和 T3 处理略高于 SP。 以上均表明,活化磷肥肥效的相对优势在后期更为明显。但植物鲜重与吸磷量没有线性关系,如吸磷量最高的 T3 处理,其植物鲜重却不是最高,甚至在二茬大豆时鲜重最低,究其原因可能与一定程度的磷奢侈吸收有关。 2.3 不同活化剂的比较 矿源 HA 和 FA 的活化效果要明显高于 WZ,且用量还少于 WZ,更具综合效益。2% 矿源 HA活化处理的水溶磷含量增幅明显高于 5% WZ 处理,在肥效试验中也验证其前茬肥效优于 5% WZ处理、后茬肥效与 5% WZ 处理相近。2% FA 处理的水溶磷含量增幅虽然不及 5% WZ 处理,但由于其连续释磷较平稳,更适合作物生长需求 [3]。所以肥效利用明显更优。与矿源 HA 相比,2% FA的水溶磷总量的增幅虽然较低,但是其高低波动不大,稳定性更优,综合肥效试验结果,对植株鲜重表现最优。这也表明,活化磷肥与常规磷肥相比,不仅取决于磷总量的多少,而且还与其供磷稳定性有关、与作物各阶段的生长需求的匹配程度有关。 3 讨论 3.1 黄腐酸具有明显的活化优势 在供试验的各种有机活化剂中,矿源腐植酸和黄腐酸的效果比较好,用少量(2%)就可得到较好的活化效果,而且稳定性也较好,以黄腐酸最优。 试验还表明,腐植酸和黄腐酸理化性状不同,其活化后的肥效有较大差别(表 3)。腐植酸和过磷酸钙、磷铵混合堆沤使用对于提高磷的利用率已有很多研究 [1,2]。本试验证明,腐植酸的应用不限于作为磷肥的增效活化剂,而且还可以作为磷矿的增效活化剂,直接用于加工磷肥产品。腐植酸对磷矿的活化效果在于与磷矿研磨所产生的“机械力化学效应”,使磷矿的表面产生了大量断键,与腐植酸的官能团发生了充分的理化变化 [4,6,7],从而大大提高了有效性(表3),比简单的混合或者堆沤增效活化效果更佳。 本试验显示,同样以矿源腐植酸和黄腐酸进行研磨处理,其活化效果仍有差别。这与矿源腐植酸与黄腐酸不同的官能团的数量和种类有关。今后深入研究这些官能团(羧基、羟基、羰基等)的活化机理,将使腐植酸的活化研究从经验层面上升到理论高度,可望为高效利用磷矿作出新贡献。 3.2 活化磷肥供肥平稳性与肥效的关系 以黄腐酸为活化剂的活化磷肥的水溶磷总量,实际上远低于 SP。但是肥效却不低。原因就在于其释肥比较平稳,波动不大,而过磷酸钙前期高后期迅速的下降。这种前高后低的大波动供肥不适合作物的需肥规律。前期过高,超出了作物需求,作物吸收不了,反而被土壤固定转化为无效磷 [3,4],不仅造成浪费,而且还会导致过量的有效磷与土壤中的钙、镁、铁、锌发生沉淀,造成中微量元素的缺乏。而在后期,磷水平快速下降,供不应求而影响产量(图 2)。 3.3 活化效果评价的技术依据 本研究发现,肥效不仅和浸提出的水溶磷总量有关,而且跟各次水溶磷含量的稳定性有关。3 次浸提的水溶磷含量波动不大、前后均衡者的肥效较好。前高后低型,波动大者,则效果较差(表 3 和表 4)。例如鲜重最高的 T4 处理的水溶磷总量是最低的,但是在肥效试验中,它处理的两茬作物鲜重却是最高的。原因在于其每次浸提溶出的水溶磷含量较为稳定。比较各处理的水溶磷含量可知,T4 处理变化是最小的,第 1 次跟第 3 次浸提溶出的水溶磷含量的差别不超过 20%。其他的处理第 1 次跟第3 次差别超过 1 ~ 2 倍之多。虽然 T1、T2、T3 处理水溶磷总量均高于 T4 处理,但是他们肥效却低于 T4 处理。可见,肥料供应的稳定性对肥效的重要影响。对于活化效果的评价,不仅要看水溶磷总量,还要看其稳定性,才能作出与肥效相符的判断。
参考文献
参见《腐植酸》杂志2022年第3期
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