微晶化礦物磷肥對改善果樹栽培質(zhì)量的效果

杜玉鳳，蓋國勝，張仙梅，何振全，3，楊玉芬，4

（1.西安建筑科技大學(xué)材料與礦資學(xué)院，陜西 西安 710055；2.清華大學(xué)材料學(xué)院粉體工程研究室，北京 100084；3.山東濱州清大科技有限責(zé)任公司，山東 濱州 251800；4.無錫清大綠豐科技發(fā)展有限公司，江蘇 無錫 214155）

微晶化礦物磷肥對改善果樹栽培質(zhì)量的效果

杜玉鳳1，蓋國勝2，張仙梅1，何振全2，3，楊玉芬2，4

（1.西安建筑科技大學(xué)材料與礦資學(xué)院，陜西 西安 710055；2.清華大學(xué)材料學(xué)院粉體工程研究室，北京 100084；3.山東濱州清大科技有限責(zé)任公司，山東 濱州 251800；4.無錫清大綠豐科技發(fā)展有限公司，江蘇 無錫 214155）

以中低品位磷礦為原料，利用物理方法對磷礦粉進行微晶化加工處理。經(jīng)微晶化處理后的磷礦粉顆粒均勻性良好，結(jié)構(gòu)松散，粒徑整體變小，枸溶性磷提高77.99%。通過種植大田試驗探究礦物磷肥對蘋果栽培質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，礦物磷肥處理可以顯著提高單果重、糖酸比、葉片葉綠素，較空白處理分別提高了25.01%、13.07%、25.35%，有效改善了果品質(zhì)量。使用微晶化磷礦粉顯著增加了土壤速效磷含量，兩組施礦物磷肥處理在0～20 cm和20～40 cm分別提高了34.32%、84.42%和17.88%、44.18%。微晶化磷礦粉增量施用后蘋果栽培效果與普通過磷酸鈣處理相當(dāng)。

微晶化磷礦粉；礦物磷肥；蘋果品質(zhì)；栽培質(zhì)量

杜玉鳳，蓋國勝，張仙梅，等.微晶化礦物磷肥對改善果樹栽培質(zhì)量的效果［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，43（4）：93-97.

北京市昌平區(qū)具有悠久的蘋果種植歷史，也是全國最早種植紅富士蘋果的地區(qū)之一，京北地區(qū)也是重要的蘋果采摘地。隨著經(jīng)濟發(fā)展，人們生活質(zhì)量的提高，大量游客在蘋果成熟時期在京北地區(qū)進行觀光采摘。昌平地區(qū)有著優(yōu)越的光、溫、水等自然資源，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均光照長達2 684 h，年平均氣溫11.8℃，平均降水量550.3 mm［1］。蘋果含糖量高、著色快、營養(yǎng)豐富、口感好等特點使其揚名中外。近年來，果農(nóng)為追求經(jīng)濟效益，盲目、隨意、大量施肥，使土壤酸化板結(jié)，營養(yǎng)元素和土壤有機質(zhì)逐步流失，土壤結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞［2］，果樹生長過旺，果品品質(zhì)降低，耐儲性變差。

我國磷礦資源數(shù)量豐富，但中低品位磷礦多、富礦少。磷礦品位低于18%的儲量約占一半，P2O5＞30%的富礦儲量僅占全國儲量的22.5%。由于化學(xué)磷肥生產(chǎn)主要使用品位＞30%的優(yōu)質(zhì)磷礦［3-4］，因此中低品位磷礦因耗酸量大、選礦難度高而廢棄，尾礦堆積成山，造成環(huán)境污染。如何合理利用磷礦資源成為亟待解決的問題。本研究采用中低品位的磷礦原料，經(jīng)清華大學(xué)自主研制的WHJ-02物理活化處理制成礦物磷肥，該肥料是一種非水溶性磷肥，具有偏堿性、不易淋失特性，生產(chǎn)成本低、生態(tài)環(huán)保與節(jié)約磷資源等特點。施入土壤后，其元素的釋放是一個長效緩慢的過程，一方面可以增加土壤中全磷的含量，提高磷的庫容量，供給作物生長期充足的營養(yǎng)物質(zhì)；另一方面可以減少土壤中可溶性磷的積累，從而解決磷的額外流失，間接控制水的富營養(yǎng)化，減輕污染。

1 　材料與方法

1.1 材料制備與檢測

磷礦原料產(chǎn)地為河南尹川，全磷含量（P2O5）為25%，屬于中低品位磷礦，經(jīng)清華大學(xué)自主研制的WHJ-02物理活化處理，添加5%活化劑，不同時間分別取樣，對其性能進行測定。

枸溶性磷的測定，稱取混合均勻的磷礦粉（過150μm篩）1 000 g于250 mL三角瓶中，加入100 mL檸檬酸溶液，擰緊塞子，在20～25℃下震蕩30 min，用干燥濾紙和器皿過濾，吸取浸出濾液1.00 mL，放入50 mL容量瓶中，加水至35 mL，準(zhǔn)確吸入釩鉬酸銨溶液10 mL，用蒸餾水定容，搖勻，放置20 min。在分光光度計470 nm波長下比色測定，同時做空白試驗。掃描電子顯微鏡用于測定磷礦粉顆粒表面形貌。采用丹東百特科技有限公司生產(chǎn)的BT-9300H型激光粒度分析儀測定粒度分布。

1.2 試驗方法

2013—2014年進行大田試驗，地點位于北京市昌平區(qū)十三陵長陵園。供試蘋果品種為紅富士。供試微晶化礦物磷肥由山東濱州清大科技有限責(zé)任公司提供，具體養(yǎng)分狀況為全磷25%。所用氮肥為尿素（氮46%），磷肥為過磷酸鈣（12%），鉀肥為硫酸鉀（50%）。

在試驗點果園選取長勢一致、生長健碩、樹姿稍開張、無病蟲害蘋果樹為研究對象。定點試驗的土地結(jié)構(gòu)無較大差異。試驗設(shè)4個處理，即CK：不施用磷肥；SK：常規(guī)施肥處理，每株過磷酸鈣1.25 kg；PK1：微晶化礦物磷肥，等磷量處理，每株0.6 kg；PK2：微晶化礦物磷肥2倍量，每株1.2 kg，其余尿素和硫酸鉀等量處理，施用量分別為0.65、0.5 kg。每個處理3次重復(fù)，隨機排列。每小區(qū)10株果樹，連續(xù)分布于行內(nèi)。各處理肥料混合均勻后均分兩次施用，第1次作為基肥施入，第2次坐果時施入，所有肥料均采用條狀溝施方式，肥料播撒保持均勻。 所有供試點蘋果樹的剪枝、除蟲、疏花疏果等管理措施保持一致。

1.3 測定方法

隨機挑選生長均勻的成熟蘋果樹葉測定葉綠素，用葉綠素儀（HZY-I）測定；果實10月下旬收獲，每株從東、西、南、北4個方向隨機摘10個蘋果進行指標(biāo)測定。單果重用百分之一天平測量；可溶性糖用可視糖度儀（上海天壘儀器儀表有限公司）測定；可滴定酸采用標(biāo)準(zhǔn)法（以0.1 mol/L NaOH滴定）測定，糖酸比是糖度與酸度的比值。每個試驗點隨機選取3個地點采集土樣，用取土器切割未經(jīng)攪動的自然土壤，在土壤0～20 cm和20～40 cm深度分別取樣。土壤速效養(yǎng)分的測定：堿解氮采用堿解擴散法；土壤有效磷采用NaHCO3浸提，鉬銻抗吸光度法測定磷含量；土壤速效鉀采用乙酸銨提取，用火焰光度計測定［5］。

采用 Excel，Origin8.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用SPSS16.0軟件進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 礦物磷肥的性質(zhì)

2.1.1 不同處理磷礦粉的物理特性 不同時間處理的磷礦粉電鏡照片如圖1所示。由圖1可知，微晶化加工改善了磷礦粉的表面形貌，隨著時間的增加，細顆粒增多，結(jié)構(gòu)比較松散，顆粒剝離度增加，呈碎屑狀。這種表面形貌的改善提高了磷礦粉的比表面積和化學(xué)活性。微晶化磷礦粉的加工，利用機械力化學(xué)及高剪切的機械沖擊作用，使晶格內(nèi)部的化學(xué)鍵斷裂，晶格畸變，吉布斯自由能增大，晶格尺寸變小，比表面積增加，元素的溶出率增加。圖2是不同時間處理的磷礦粉粒度D50、D90的變化趨勢，普通磷礦粉的粒徑D50=28.13μm，D90=120.68μm，經(jīng)過160 min微晶化處理的磷礦粉粒徑為D50=2.54μm，D90=9.03μm，從圖2可以看出，研磨120 min后，粒徑變化趨于平穩(wěn)，D90最后減小到9.03μm，顆粒均勻性增加。

圖1 磷礦粉電鏡照片

圖2 不同研磨時間磷礦粉的D50和D90粒度曲線

2.1.2 不同處理磷礦粉枸溶性磷含量 磷礦粉的品位由全磷含量（P2O5）的含量評定，其枸溶性磷含量與全磷含量的比值則是評定它是否可以直接作為磷肥使用的標(biāo)準(zhǔn)［5］。由圖3可以看到，隨著時間的增加，磷礦粉的枸溶性增加，由原料的3.09%提高到5.5%，枸溶性磷提高了77.99%。對磷礦粉超細加工過程中，借助機械力化學(xué)激發(fā)作用，是磷礦顆粒表面產(chǎn)生晶格結(jié)構(gòu)缺陷，將機械能轉(zhuǎn)換為磷礦晶體內(nèi)的非穩(wěn)態(tài)化學(xué)能，與普通磷礦粉相比表現(xiàn)為磷元素的枸溶性提高數(shù)倍。微晶化磷礦粉屬于非水溶性磷肥，與化學(xué)磷肥相比，磷元素的釋放是緩慢的過程，由于植物在生長過程中根系還會分泌出甲酸、乙酸、檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸等有機酸［6］，使根系周圍的環(huán)境呈酸性。在酸性環(huán)境中，溶解過程為：Ca10（PO4）6F2+12H+→10Ca2++6H2PO4-+2F-；Ca10（PO4）3（CO3）3FOH+6H+→10Ca2++3H2PO4-+3CO32-+F-+OH-［7］。這些酸性物質(zhì)產(chǎn)生的H+可以持續(xù)與微晶化磷礦粉反應(yīng)，促使磷酸根不斷釋放。微晶化磷肥的磷元素不會一次完全釋放，其釋放是緩效的，可以避免植物生長過程早期磷過剩，后期缺磷，而影響植物生長。

2.2 施肥處理對蘋果生長的影響

2.2.1 對蘋果品質(zhì)的影響 不同試驗地點采取同等疏果管理，每棵樹的結(jié)果數(shù)量并無太大差異。由表1可知，不同磷肥處理能明顯提高單果重，表現(xiàn)為PK2＞SK＞PK1＞CK，各處理與空白對照差異顯著，分別提高單果重25.01%、24.34%、16.19%。等磷量處理PK1＜SK，可見增施礦物磷肥可以提高蘋果單果重，2倍施磷PK2處理達到SK處理等同的效果。

圖3 不同研磨時間磷礦粉的枸溶性磷含量

表1 不同處理蘋果品質(zhì)的相關(guān)指標(biāo)

從表1可以看出，2倍等磷量處理含糖量最高，PK1處理次之，所有處理均大于空白處理，但差異不顯著，礦物磷肥較化學(xué)磷肥可以提高果實糖度，PK2處理更加有利于提高果實的糖度。果實可滴定性酸含量無明顯規(guī)律差異，增施磷肥對果實可滴定性酸并無明顯效果。李寶江等［8］指出含酸量對蘋果風(fēng)味品質(zhì)影響較大，可滴定酸含量為0.2%～0.5%的品種較符合鮮食要求，在這個酸度范圍內(nèi)含糖量越高，風(fēng)味濃郁，優(yōu)質(zhì)率較高。賈定賢等［9］認為蘋果風(fēng)味除取決于糖、酸含量的絕對值外，還取決于糖、酸的配合即糖酸比。糖酸比值在20～60范圍內(nèi)風(fēng)味較好，口感隨著糖酸比增加。由表1可見，蘋果糖酸比值均大于20，各處理排列順序為PK2＞PK1＞SK＞CK，經(jīng)過微晶化礦物磷肥處理后的糖酸比較空白處理分別高4.66%、13.07%，等磷量處理礦物磷肥可以提高蘋果的糖酸比值，增加果實的口感，2倍施磷PK2礦物磷肥處理在提高果實品質(zhì)上有較好的效果。

2.2.2 對蘋果葉片葉綠素的影響 葉綠素是光合作用中最重要的物質(zhì)，對果樹的生長發(fā)育有著至關(guān)重要的影響。從圖4可以看出，蘋果葉片葉綠素含量表現(xiàn)為處理PK2＞SK＞PK1＞CK，磷肥處理葉綠素含量均高于空白對照，PK2與PK1差異顯著，與SK差異不顯著，較空白處理分別提高25.35%、8.56%、18.52%。施用等磷量PK1處理葉綠素含量小于SK處理，2倍施磷PK2處理葉綠素含量最高，增施礦物磷肥可以提高葉片葉綠素含量。

圖4 不同施肥處理對蘋果葉片葉綠素含量的影響

圖5 不同施肥處理對土壤速效磷含量的影響

圖6 不同施肥處理對土壤堿解鉀含量的影響

圖7 不同施肥處理對土壤速效氮含量的影響

2.2.3 施肥處理對土壤速效養(yǎng)分的影響 圖5顯示，施磷處理的土壤速效磷含量較空白對照顯著增加，但是增加量不同，在0～20 cm土層分別增加89.18%、34.32%、84.42%，增加量最大的為SK處理，2倍施磷PK2處理次之，增加最小的為等磷量PK1處理，在20～40 cm土層土壤有效磷分別增加32.36%、17.88%、44.18%。隨著微晶化磷礦粉施用量的增加，不同深度土壤中速效磷含量均有增加，2倍施磷處理的土壤速效磷含量與SK處理沒有顯著差異，增施微晶化礦物磷肥可以達到與化學(xué)磷肥等同的效果。土壤速效磷含量代表土壤可以供植物吸收的磷素水平，研究表明，經(jīng)過微晶化處理的磷礦粉，很大程度上提高磷的枸溶率，增加了土壤中速效磷含量。而化學(xué)磷肥是水溶性肥料，由于作物一次無法完全吸收，磷元素易流失，因而造成植物后期營養(yǎng)供應(yīng)不足；微晶化礦粉中的磷是非水溶性的，微晶化磷礦粉中元素釋放是緩慢的過程，在植物后期生長過程為其持續(xù)提供營養(yǎng)元素。圖6和圖7表明，施磷處理的土壤堿解氮和速效鉀的含量差異不顯著，施磷肥處理對土壤堿解氮和速效鉀含量的影響較小。0～20 cm土層土壤速效養(yǎng)分均高于20～40 cm土層。

3 　結(jié)論與討論

磷是植物生長必需的三大營養(yǎng)元素之一，對植物生長至關(guān)重要［10-11］。果園土壤養(yǎng)分是樹體生長和產(chǎn)量形成的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，施肥對維持果園高產(chǎn)和增加土壤肥力具有重要作用［12］。對于產(chǎn)量較高的蘋果園，每年需要從土壤中吸收 N、P、K約分別為 120、20、200 kg/hm2，氮磷鉀的合理施用對蘋果產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的提高及品質(zhì)的改善有重要作用［13］。但是長期大量使用化學(xué)肥料，對植物生長的環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。過磷酸鈣、硫酸鈣、氯化胺等化學(xué)肥料屬于酸性肥料，土壤酸化后會釋放有毒物質(zhì)，對植物生長產(chǎn)生不良影響［14］，同時，過量使用化肥，大量的NH4+、K+與土壤膠體吸附的Ca2+、Mg2+等陽離子發(fā)生交換，使土壤膠體分散，結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致土壤板結(jié)。呂樂福等［15］研究表明，微晶化磷礦粉的釋磷總量較普通磷礦粉處理提高了52.65%。解決普通磷礦粉有效磷含量過低不能滿足植物生長需要的缺點，同時又能避免普通磷肥磷釋放太快，造成早期磷過剩，而后期磷元素偏低的現(xiàn)象。Huang等［16］對磷礦進行超細粉碎，結(jié)果表明速效磷含量相比增加了40%，活性磷含量增加3.5倍以上，并且6次連續(xù)提取可溶性磷的積累量增加了24倍。李亞娟等［17］研究了磷礦粉經(jīng)高表面活性礦物活化后可明顯增加土壤有效磷含量，植株和根系的含磷量和吸磷量明顯增加，甚至高于水溶性磷肥處理。磷的釋放是一個緩慢的過程，元素以礦物態(tài)和緩效態(tài)為主，提高了土壤磷的儲備量，減少了磷的流失。

本研究采用低品位磷礦資源，對其進行物理活化加工，提高磷元素的釋放能力，礦物磷肥在蘋果栽培中的應(yīng)用結(jié)果表明，施用礦物磷肥可以改善蘋果的品質(zhì)，增加蘋果的口感，提高單果重和糖酸比；在果樹生長質(zhì)量上，葉綠素含量增加，提升光合作用效率，促進植物生長；礦物磷肥處理的土壤速效養(yǎng)分含量較CK處理均有所提高，由于礦物磷肥元素不易流失，緩效釋放，減少了對土壤和水資源的污染，礦物磷肥長期使用，會改善植物生長的生態(tài)環(huán)境，改善土壤理化狀態(tài)，豐富土壤礦質(zhì)元素。磷礦資源中含有豐富的鐵、鈣、鎂等元素，經(jīng)微晶化處理后這些元素對植物生長的影響還需進一步研究。

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（責(zé)任編輯 崔建勛）

Effects of microcrystalline mineral phosphate fertilizer on cultivation quality of apple trees

DU Yu-feng1，GAI Guo-sheng2，ZHANG Xian-mei1，HE Zhen-quan2，3，YANG Yu-fen2，4
（1.College of Materials and Mineral Resources，Xi'an University of Architecture and Technology，Xi'an 710055，China；2.Department of Material Science and Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China；3.Shandong Binzhou Tsingda Science and Technology Co.，Ltd.，Binzhou 251800，China；4.Wuxi Tsingda Lv Feng Science and Technology Development Co.， Ltd.，Wuxi 214155，China）

Taking middle grade phosphate rock as main material，the activation process of microcrystalline pho sphate rock was to characterize the performance by physical methods.The results showed that after the crystallization treatment，phosphate rock powder particles had good uniformity，loose structure，small size，and citric soluble phosphorus content increased by 77.99%.In 2013-2014，field experiments were conducted in Changping，Beijing，and the effects of mineral fertilizer on quality of apple cultivation was explored.Results indicated that the mineral fertilizer could significantly improve fruit weight，sugar acid ratio，chlorophyll，compared to the blank treatment，the index increased by 25.01%，13.07% and 25.35%，and it could effectively improve the quality of fruit.Microcrystalline phosphate rock significantly increased the content of soil available phosphorus，in the two groups appling mineral fertilizer，the available phosphorus in the 0-20 cm and 20-40 cm increased by 34.32%，84.42% and 17.88%，44.18% respectively.The cultivation effect of microcrystalline phosphate rock was similar to ordinary superphosphate treatment in apple.

microcrystalline phosphate rock powder；mineral phosphate fertilizer；apple quality；cultivation quality

S143.2+1

A

1004-874X（2016）04-0093-05

10.16768/j.issn.1004-874X.2016.04.019

2015-10-20

國家自然科學(xué)基金（51374136） ；江蘇省科技支撐計劃項目 （BE2013312） ；山東省科技成果轉(zhuǎn)化項目（2013ZHZX1A0307） ；無錫市創(chuàng)新基金 （CBE01G1232）

杜玉鳳（1990-），女，在讀碩士生，E-mail：duyfsdut@126.com

蓋國勝（1958-），男，教授，E-mail：gaigs@139.com