輻照風化煤在液體肥中的應用研究

梁宏斌，遲君道，斯琴圖雅，張玉寶，王 強

（1.黑龍江省科學院技術物理研究所，黑龍江哈爾濱150086；2.黑龍江省科學院生物肥料研究中心，黑龍江哈爾濱150086）

近幾年，我國化肥總用量增加了90.7%，而糧食總量僅增加了9.1%，氮素化肥的損失率高達65%，造成了嚴重的環(huán)境污染，不合理使用化肥的情況日益突出。據(jù)報道，我國有1/5的耕地受到重金屬、有機污染物、農用化學品等污染，這些污染已導致農產品的品質和產量下降，每年至少造成數(shù)百億元的直接經濟損失，土壤污染已對我國的環(huán)境質量，食物安全和公眾健康構成嚴重威脅。腐植酸在低階煤中含量豐富，不同產地的風化煤的腐植酸含量因地質成因、成煤環(huán)境等多方面因素，水溶性黃腐酸的含量只有百分之幾。液體肥是將有機肥、化肥、生物肥料、微量元素、腐植酸等各種原料溶解在水中制成的，其pH值在5.0～8.0之間，呈弱酸性或中性。實際上能夠溶解在液體肥中的成分只是黃腐酸及部分棕腐酸。因此提高風化煤中黃腐酸含量就具有了現(xiàn)實意義。輻射降解風化煤增加水溶性黃腐酸含量可以提高風化煤的使用效率，提高資源利用率。能夠使腐植酸液體肥中真正含有黃腐酸，并能真正發(fā)揮黃腐酸的作用。輻射降解方法是一種高效環(huán)保的加工方法，與傳統(tǒng)的化學降解手段相比較，輻射加工能源利用率更高，加工過程中不產生廢水、廢氣、廢物，是一種綠色加工方法[1～3]。

1 實驗

1.1 實驗材料

主要原料：風化煤，產地分別為鶴崗、雞西。使用前風化煤原料經過100目篩子篩分。

主要試劑：鹽酸，硫酸，氫氧化鈉均為化學純；焦磷酸鈉，重鉻酸鉀，硫酸亞鐵銨，鄰菲羅啉均為分析純。

主要儀器：DD1.2高頻高壓電子加速器（1.2MeV，1.0mA）；分析天平；馬弗爐；恒溫干燥箱；水浴鍋；離心機；自動電位滴定儀。

1.2 風化煤的工業(yè)分析

水分測定按GB/T212-91；灰分測定按GB/T212-77；腐植酸測定按GB/T11957-2001[4]。

表1 風化煤的工業(yè)分析Table 1 Analysis of weathered coal W/%

1.3 風化煤的輻照實驗

取30～50g風化煤密封在聚乙烯塑料袋內，袋內存少量空氣。使用DD1.2高頻高壓電子加速器輻照，能量1.2MeV束流0.3mA，劑量范圍0～400kGy。輻照方式采用移動輻照。輻照劑量通過FWT-60薄膜劑量計測定[5]。

圖1 電子束輻照風化煤示意圖Fig.1 Schematic diagram of irradiation weathered coal

1.4 輻照風化煤獲得的黃腐酸生物活性實驗

風化煤經能量1.0MeV電子射線輻照，劑量為100kGy。輻照后的風化煤經過堿溶酸析提取黃腐酸并測定濃度，再配制成濃度分別為5×10-6、10×10-6、30×10-6、50×10-6、100×10-6、200×10-6、300×10-6g/L黃腐酸溶液。

將水稻種子用蒸餾水浸泡一晝夜，把種子鋪在墊有濕潤紗布的培養(yǎng)皿內，在恒溫箱內使其發(fā)芽。選擇出現(xiàn)露白到胚芽不超過2mm的萌芽種子，放在燒杯的塑料網(wǎng)上，保持燒杯中的溶液剛好接觸到水稻種子，種子的溶液要充分接觸到燒杯中的溶液，每杯10粒種子，每個處理3個重復。以蒸餾水作對照與不同濃度黃腐酸培養(yǎng)液，在室溫20℃，經7晝夜培養(yǎng)后采收，測定主根長度[6]。

1.5 輻照風化煤獲得的黃腐酸生產液體肥肥效實驗

選用活性實驗中的雞西風化煤，經能量1.0MeV電子射線照射，劑量為100kGy。黃腐酸含量（干基）6.78%。以此黃腐酸含量為依據(jù)進行計算，液體肥中黃腐酸濃度噴施時控制為50ppm。液體肥由黑龍江省綠豐生物有機肥料有限責任公司按照原腐植酸生物液體肥（豐農寶）生產標準進行生產。分別生產兩種液體肥，即使用腐植酸的原豐農寶（Ⅰ）；使用輻射降解風化煤的豐農寶（Ⅱ）。

農作物選擇大豆（東農 42），玉米（東農 253），小區(qū)試驗，三次重復，隨機排列。以清水對照，腐植酸生物液體肥（豐農寶）Ⅰ、Ⅱ稀釋200倍。噴施時將液體肥料搖勻，選擇在無風無雨的天氣下午15點以后進行葉面噴施，噴頭距葉面保持35cm，均勻噴施在葉面上，噴后8h內如遇雨需要重新補噴。大豆整個生育期共噴灑2次，第一次在分枝初期，第二次在開花盛期。玉米整個生育期共噴灑2次，均在7葉期前。

2 結果與討論

2.1 輻照劑量對風化煤中黃腐酸含量的影響

圖2 電子射線輻射降解風化煤中黃腐酸含量影響Fig.2 Effects of radiation dose on the FA content of weathered coal

隨著輻照劑量增加，風化煤中黃腐酸含量上升。當劑量低于50kGy時，風化煤中的黃腐酸含量上升較快，在50kGy與100kGy之間黃腐酸含量上升減緩并出現(xiàn)明顯拐點。在劑量100kGy時，雞西、鶴崗兩地風化煤黃腐酸含量分別由1.16%、0.83%上升到7.38%、6.35%。當劑量高于100kGy后，風化煤中黃腐酸含量上升則變得更加緩慢，200kGy以后黃腐酸含量基本不再增加。由于風化煤分子結構極其復雜，不同產地風化煤其內部分子結構更是不盡相同，射線對其產生的作用會不一樣，因此，造成輻射降解的效果不同[7]。

2.2 輻射降解風化煤獲得的黃腐酸生物活性分析

2.2.1 雞西風化煤生物活性實驗

表2 不同濃度黃腐酸(雞西風化煤)水稻根長Table 2 Rice root length of different concentrations of fulvic acid(Jixi weathered coal)

表3 水稻根長方差分析表(雞西風化煤)Table 3 Analysis of variance table of rice root length(Jixi weathered coal)

表4 顯著水平分析表(雞西風化煤)Table 4 Analysis of significant level of rice root length(Jixi weathered coal)

2.2.2 鶴崗風化煤生物活性實驗結果

表5 不同濃度黃腐酸(鶴崗風化煤)水稻根長Table 5 Rice root length of different concentrations of fulvic acid(Hegang weathered coal)

表6 鶴崗風化煤水稻根長方差分析表Table 6 Analysis of variance table of rice root length(Hegang weathered coal)

方差分析使用DPS軟件進行分析。經過水稻幼苗水培實驗，劑量為100kGy的雞西、鶴崗兩種輻射降解風化煤中黃腐酸，在濃度5×10-6～50×10-6g/L范圍對水稻幼苗根系生長的刺激寬幅有效，水稻幼苗根系發(fā)育良好，輻射降解風化煤中黃腐酸具有較高活性。在濃度10×10-6～50×10-6g/L時，效果最佳，活性最高。當黃腐酸濃度過高超過100×10-6g/L時，反而對水稻根系生長起到抑制作用。

表7 鶴崗風化煤顯著水平分析表Table 7 Analysis of significant level of rice root length(Hegang weathered coal)

2.3 大田肥效結果分析

表8 生物液體肥（豐農寶Ⅰ、Ⅱ）對大豆、玉米產量影響Table 8 Effect of biological liquid fertilizer on yield of soybean and corn

腐植酸生物液體肥噴灑后較噴灑前植株葉面顏色變深，呈現(xiàn)濃綠顏色。大豆增產在8%～9%，玉米增產在7%左右。使用腐植酸生物液體肥Ⅰ、Ⅱ噴施大豆、玉米田間小區(qū)試驗，對農作物的增產效果明顯。使用輻射降解風化煤生產的腐植酸生物液體肥（豐農寶Ⅱ），與原腐植酸生物液體肥（豐農寶Ⅰ）相比肥效相當，無顯著差別。黃腐酸增加作物產量的直接因素是促進根系生長，提高根系活力，使作物吸收更多養(yǎng)分，生長健壯；增加植株葉面積，提高葉綠素含量，增加光合作用強度，從而提高作物產量[8]。

3 結 論

⑴風化煤經電子射線照射產生降解效果，風化煤中水溶部分黃腐酸含量增加。

⑵風化煤中黃腐酸含量隨輻照劑量增加而增加，當劑量大于100kGy時，黃腐酸含量增加緩慢，基本趨于平行。輻照劑量選擇在50～100kGy間較為適宜。

⑶電子束降解風化煤中黃腐酸具有生物活性，在黃腐酸濃度10×10-6～50×10-6g/L時，效果最佳，活性最高。

⑷輻射降解風化煤獲得的黃腐酸生產的液體肥與原液體肥相比，肥效相當，無顯著差別。

［1］侯憲文，王日鑫.腐植酸資源農業(yè)利用的現(xiàn)狀與前景［J］.腐植酸，2005，（1）：1～3.

［2］成紹鑫.腐植酸類物質概論［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2007，11～15.

［3］馬志軍.腐植酸生物肥料［C］.第七屆全國綠色環(huán)保肥料（農藥）新技術、新產品交流會論文集，中國·北京：2008，235～239.

［4］李善祥.腐植酸產品分析及標準［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2007，15～17.

［5］梁宏斌,蔣伯成.電子束輻射降解腐植酸［J］.黑龍江科學,2010,1(4)：12～14.

［6］馬志軍,楊旭升,郭春景.腐植酸生物活性影響植物根系發(fā)育的研究［J］.腐植酸,2004,(1)：16～20.

［7］梁宏斌，馬志軍，郭春景.輻射降解腐植酸及其生物活性的研究［C］.第六屆全國綠色環(huán)保肥料（農藥）新技術、新產品交流會論文集，南京，2006，2149～153.

［8］何立千.生物技術黃腐酸的研究和應用［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2000,66～68.