含鈦高爐渣葉面肥的大豆栽培實驗研究

張 悅，薛向欣

(1.東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院， 遼寧 沈陽 110819； 2.沈陽化工研究院有限公司農(nóng)藥研究所， 遼寧 沈陽 110021)

攀鋼每年排放300萬噸含TiO2(質(zhì)量分數(shù)19 %～25 %)的含鈦高爐渣，浪費資源且污染環(huán)境.我國先后將含鈦高爐渣用于制備硅鈦鐵合金、TiO2及TiCl4、釉面磚及陶瓷材料等[1].但這些方法或工藝過程復(fù)雜，或存在二次污染，難以工業(yè)化.含鈦高爐渣中不含重金屬及放射性元素，且含有對農(nóng)作物有益的營養(yǎng)元素鈣、鎂、硅、鐵和鈦[2-7].為解決含鈦高爐渣的環(huán)境污染防治問題和資源化利用問題，同時滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對植物營養(yǎng)元素的需求，考慮將含鈦高爐渣用于制備肥料.研究表明，由含鈦高爐渣制備的葉面肥對甜菜有增產(chǎn)作用[8].由于含鈦高爐渣的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，其中的鈣、鎂、硅、鐵和鈦元素均以不能被植物吸收利用的難溶性物質(zhì)的形式存在.因此，本研究將含鈦高爐渣轉(zhuǎn)化為易被植物吸收利用的水溶性物質(zhì)[9-10]，并將該葉面肥進行大豆栽培實驗，考察其施用效果.

1 實驗方法

含鈦高爐渣的化學(xué)組成見表1.由含鈦高爐渣制備葉面肥的工藝過程及葉面肥的元素組成見文獻[8].葉面肥中可被植物有效利用的元素有氮、硅、硫、鉀、鎂、鐵和鈦.

表1 含鈦高爐渣的化學(xué)組成

栽培實驗采取大田栽培方式，土壤為棕土，土質(zhì)松軟均勻，pH=7.3，有機質(zhì)18.6 g·kg-1，堿解氮53.94 mg·kg-1，速效磷(P2O5)34.08 mg·kg-1，速效鉀(K2O)101.9 mg·kg-1.隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)，每小區(qū)5行，行長4.2 m，行距0.6 m，設(shè)如下處理：

CK：未追肥.

cit1：含鈦高爐渣-檸檬酸葉面肥10 mg/L(以Ti計).

cit2：含鈦高爐渣-檸檬酸葉面肥20 mg/L(以Ti計).

edta1：含鈦高爐渣-EDTA葉面肥10 mg/L(以Ti計).

edta2：含鈦高爐渣-EDTA葉面肥20 mg/L(以Ti計).

L1：cit1的基體(含檸檬酸，不含爐渣成分).

L2：cit2的基體(含檸檬酸，不含爐渣成分).

設(shè)CK的目的是考察葉面肥的作用；設(shè)L1與cit1、edta1對比，L2與cit2、edta2對比(L1和cit1、edta1的氮營養(yǎng)水平一致，L2和cit2、edta2的氮營養(yǎng)水平一致)，考察葉面肥中來源于爐渣成分的作用.

以上處理均施用10 g·m-2的磷酸二氫鉀底肥，施用該葉面肥作追肥(大豆初花期和結(jié)莢期各1次)，常規(guī)管理.在大豆生長過程中觀察其生長狀況；收獲后測定其性狀、產(chǎn)量和化學(xué)指標.利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析大豆的磷、鈦、釩和鉻含量，利用原子吸收光譜分析大豆的鉀含量，利用蒸餾后滴定法測定大豆的氮含量，利用SPAD502型葉綠素測定儀測定大豆葉片的葉綠素含量.

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 大豆生長狀況

與對照組的大豆相比，施用該葉面肥的大豆生育期縮短2 d，這是因為鈦具有生物催化作用，能激發(fā)植物體內(nèi)酶的活性，促進植株的生長發(fā)育，使農(nóng)作物早熟和早產(chǎn)[6].

2.2 大豆的產(chǎn)量

每小區(qū)抽取第2行和第4行大豆測定產(chǎn)量，并進行方差分析和Duncan法多重比較分析，結(jié)果如表2、表3和表4所示.

表2 不同處理的大豆產(chǎn)量

表3 產(chǎn)量的方差分析

表4 產(chǎn)量的多重比較

由表2、表3和表4可知:各處理間差異顯著，但重復(fù)間差異不顯著，故該結(jié)果可信；追施葉面肥基體的大豆與未追肥的大豆相比，其產(chǎn)量差異不顯著；追施葉面肥的大豆較追施葉面肥基體的大豆明顯增產(chǎn)，說明葉面肥中來源于爐渣的成分(如鈦和鐵等)對大豆起到顯著的增產(chǎn)作用.從追肥的時間看，初花期和結(jié)莢期正值大豆營養(yǎng)生長和生殖生長旺盛的時期，亦是需肥的關(guān)鍵時期，特別是大豆屬高蛋白作物，而硫和氮均為蛋白質(zhì)的元素組成成分，此時追肥恰好滿足作物的需要，故肥效明顯.另外，檸檬酸葉面肥處理優(yōu)于EDTA葉面肥處理，這可能是由于檸檬酸具有更強的生物親和力，是植物體的組成成分、植物體內(nèi)鐵離子轉(zhuǎn)運的載體，對植物有良好的營養(yǎng)和促進生長的作用，更易于被植物吸收利用，從而使營養(yǎng)元素更好地發(fā)揮其作用[11].

2.3 大豆的性狀指標

大豆的性狀指標測定結(jié)果見表5.由表5可知:與對照組的大豆相比，施用該葉面肥的大豆百粒質(zhì)量、株高、節(jié)數(shù)、葉干質(zhì)量和葉綠素含量均明顯增加，說明該葉面肥促進大豆植株的生長.葉面肥中的鉀促進光合作用，氮和鎂均為合成葉綠素(C55H70O6N4Mg和C55H72O5N4Mg)的原料[12-13]，鐵是葉綠體和許多酶的構(gòu)成成分，促進葉綠素的合成；硫是鐵氧還蛋白的重要組分，在光合作用及氧化物如亞硝酸根的還原中起電子轉(zhuǎn)移作用；鈦具有光催化性能，促進光合作用過程中水的光解，提高光合作用強度，有利于糖類物質(zhì)的合成；硅能夠促進植物生長，以及對氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的吸收[14].幾方面共同作用，對大豆有增產(chǎn)作用.

表5 大豆的性狀指標

2.4 大豆的化學(xué)指標

大豆葉片和籽粒的大量元素含量見表6和表7.從表6和表7知:與對照組的大豆相比，施用該葉面肥的大豆葉片的氮、磷和鉀含量無明顯規(guī)律，而籽粒的氮、磷和鉀含量顯著增加.說明該葉面肥提高氮、磷和鉀向籽粒轉(zhuǎn)運的能力，因大豆屬高蛋白作物，氮向籽粒轉(zhuǎn)運對大豆至關(guān)重要.這是因為鈦和硅促進植物對氮、磷和鉀的吸收和轉(zhuǎn)運.

表6 大豆葉片的大量元素含量

表7 大豆籽粒的大量元素含量

大豆的蛋白質(zhì)和淀粉含量見表8.從表8可知:與對照組的大豆相比，施用該葉面肥的大豆蛋白質(zhì)和淀粉含量有一定的增加.這是因為鈦提高固氮酶的活性以及對氮元素的吸收利用能力，且葉面肥中的氮和硫均為蛋白質(zhì)的重要組成元素；另外，鈦提高硝酸鹽還原酶的活性，促進土壤提供給植物體的硝酸鹽氮向有機氮轉(zhuǎn)化，即促進氮素代謝及蛋白質(zhì)的合成[15]；此外，如上文所述，該葉面肥提高了葉綠素含量，使葉綠素合成更多的糖類物質(zhì)，而鈦加速糖類物質(zhì)和蛋白質(zhì)等物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運，最終使淀粉和蛋白質(zhì)含量增加[16-17].

表8 大豆的營養(yǎng)成分

大豆籽粒的鈦、釩和鉻含量見表9.從表9可見:與對照組的大豆相比，施用該葉面肥的大豆鈦含量明顯增加，這是由于大豆從葉面肥中吸收了較多的鈦；釩和鉻含量符合國家標準[18].這是由于該葉面肥中硅以硅酸的形式存在，硅酸進入大豆植株體內(nèi)后，在大豆植株根部與吸收的重金屬離子結(jié)合，形成難以移動的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使釩和鉻等重金屬難以向農(nóng)作物體內(nèi)遷移[19]；另外，籽粒不是釩和鉻在大豆體內(nèi)富集的部位.由此可知，該葉面肥的施用未導(dǎo)致釩和鉻等重金屬元素在大豆體內(nèi)的富集.

表9 大豆的鈦、釩和鉻含量

3 結(jié) 論

施用該葉面肥的大豆與對照組的大豆相比，其成熟時間較早，生育期縮短2 d；株高、節(jié)數(shù)、葉干質(zhì)量、百粒質(zhì)量和大豆葉片的葉綠素含量明顯增加；葉片的氮、磷和鉀含量無明顯規(guī)律，籽粒的氮、磷和鉀含量顯著增加；蛋白質(zhì)和淀粉含量略有增加；重金屬釩和鉻含量無明顯變化規(guī)律，且符合國家標準；施用該葉面肥并未導(dǎo)致釩和鉻等重金屬元素在大豆體內(nèi)的富集.

追施葉面肥基體的大豆與未追肥的大豆相比，其產(chǎn)量差異不顯著；追施葉面肥的大豆較追施葉面肥基體的大豆明顯增產(chǎn)，且高濃度處理優(yōu)于低濃度處理，檸檬酸葉面肥處理優(yōu)于EDTA葉面肥處理.

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