腐植酸對(duì)尿素硝銨溶液增效作用研究

腐植酸對(duì)尿素硝銨溶液增效作用研究

程學(xué)剛1，2洪丕征1，2陳士更1，2于 建1，2丁方軍1，2，3*

(1 山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司 泰安 271000 2 山東省腐植酸高效利用工程技術(shù)研究中心 泰安 271000 3 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 泰安 271018)

以菜花(Brassica oleracea L. var. botrytis L.)為供試作物，研究了在尿素硝銨溶液中添加腐植酸和黃腐酸2種增效劑的作用效果。結(jié)果表明，尿素硝銨溶液加入5%黃腐酸后植株葉綠素含量明顯升高，加入腐植酸有助于植株根系發(fā)育，提高了根系活力；同時(shí)加入腐植酸和黃腐酸2種增效劑后，菜花幼苗的株高、莖粗、干鮮重、葉綠素含量以及根系活力等指標(biāo)均顯著提高，氮肥利用率大幅度提升，對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育的促進(jìn)作用更為明顯。腐植酸與黃腐酸作為增效劑對(duì)速效氮肥的提質(zhì)增效作用顯著，以配比91%UAN+5%FA+4%HA效果最佳。

腐植酸 黃腐酸 尿素硝銨溶液 菜花 增效劑

氮肥作為最重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入品之一，為作物增產(chǎn)發(fā)揮了極大貢獻(xiàn)[1]。據(jù)世界糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計(jì)，世界氮肥用量自20世紀(jì)60年代到90年代的30年間增長(zhǎng)了6.5倍。其中，我國(guó)氮肥消費(fèi)穩(wěn)居世界首位，占全世界的30%[2]。然而，近年來農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的增速卻明顯低于氮肥使用量的增速，氮肥利用率偏低是目前氮肥使用中存在的主要問題，從而導(dǎo)致了氮肥的過量使用。研究發(fā)現(xiàn)，過量氮肥投入不僅無益于農(nóng)作物品質(zhì)的提高，還會(huì)造成硝酸鹽超標(biāo)，危害食用者健康。另一方面，過量施氮引起的養(yǎng)分流失還會(huì)使得土壤酸化、污染水體，引發(fā)一系列環(huán)境問題[3]。因此，研發(fā)廉價(jià)且高效的氮肥增效劑以及減施增效成為近年來的熱點(diǎn)。

氮肥增效劑是指進(jìn)入土壤后影響土壤生化環(huán)境，可調(diào)節(jié)某些土壤酶活性，影響土壤微生物對(duì)氮肥作用，從而降低氮素?fù)p失的一類物質(zhì)[4，5]。目前的氮肥增效劑以化學(xué)合成無機(jī)物為主，存在著價(jià)格昂貴、易揮發(fā)遷移、對(duì)動(dòng)植物產(chǎn)生毒害以及污染土壤等諸多局限性[6，7]，難以推廣和普及。近年來，具有多種功效的腐植酸、木質(zhì)素等無害的高分子物質(zhì)作為新型氮肥增效劑受到了重視[8～10]。陸欣等的研究驗(yàn)證了煤炭腐植酸作為脲酶抑制劑的可行性[8]。

本試驗(yàn)以菜花幼苗為研究對(duì)象，在尿素硝銨溶液中添加腐植酸和黃腐酸2種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，探究腐植酸和黃腐酸作為速效氮肥增效劑的效果，為速效氮肥的提質(zhì)增效及其在蔬菜上的應(yīng)用提供參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)：在山東農(nóng)大肥業(yè)有限公司的溫室大棚進(jìn)行。

供試作物：菜花，品種為“雪寶”。2016年7月25日把菜花種子播種于育苗盤中，8月15日從育苗盤中挑選出長(zhǎng)勢(shì)一致的菜花苗移栽到盆中。

供試土壤：采自山東肥城王瓜店鎮(zhèn)農(nóng)田表土，其基本理化性狀見表1。

表1 供試土壤基本理化性狀Tab.1 Basic physical and chemical properties of the tested soil

供試肥料：尿素硝銨溶液，N含量為28%。

所采用的2種增效劑分別為腐植酸和黃腐酸。供試腐植酸的原料為新疆風(fēng)化煤，經(jīng)堿溶酸析法提純獲得，游離腐植酸含量65%，pH 6.5；供試黃腐酸采用硫酸法抽提獲得，黃腐酸含量55%，pH 2.5。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究以盆栽試驗(yàn)形式進(jìn)行，每盆加入3 kg過5 mm篩的風(fēng)干土。為補(bǔ)充磷、鉀肥，每盆土中均一次性施過磷酸鈣350 mg和硫酸鉀300 mg。試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理(表2)，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，3盆為1個(gè)處理，每盆各移栽一棵長(zhǎng)勢(shì)一致的菜花苗。每個(gè)處理每次取肥液5 mL，溶于745 mL水中，攪拌均勻，向每盆施加250 mL稀釋后的肥液。所有處理每8天灌根1次，共施加6次。菜花自移栽起55天后收獲。各盆栽處理澆水、除草等日常管理措施均一致。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Tab.2 Table of experimental design

1.3 指標(biāo)測(cè)定

于2016年10月采樣前測(cè)定株高、莖粗和冠幅。植株葉綠素含量采用SPAD-502plus型葉綠素測(cè)定儀測(cè)定，每株選取三片功能葉的尖端，避開大的葉脈，原位測(cè)定其SPAD值。鮮重生物量用天平測(cè)定，采樣后用蒸餾水將植株沖洗干凈，吸干水分后稱量。植株根系活力采用TTC法測(cè)定。地上部分和地下部分干重用天平測(cè)定，將植株樣品于烘箱中105 ℃下殺青30 min，然后在65 ℃下烘干至恒重，稱量。根冠比為植株地下部分干重與地上部分干重之比。用半自動(dòng)定氮儀分別測(cè)定各植株葉片及莖稈的含氮量，氮肥利用率=(施氮處理地上部分吸氮量－空白處理地上部吸氮量)/施氮量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

方差分析利用IBM SPSS 20.0軟件進(jìn)行。圖表采用Microsoft Excel 2003繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)菜花幼苗生長(zhǎng)的影響

不同處理下菜花幼苗生長(zhǎng)各指標(biāo)如表3所示。與CK相比，尿素硝銨溶液中僅加入黃腐酸(T1、T2、T3)后，植株的各生長(zhǎng)指標(biāo)均未有顯著提高(P＞0.05)；當(dāng)尿素硝銨溶液中僅加入腐植酸(T4)后，植株的根冠比顯著提高，而其余指標(biāo)沒有顯著變化。由此可見，腐植酸可顯著促進(jìn)植株根系的發(fā)育。當(dāng)尿素硝銨溶液中同時(shí)加入黃腐酸和腐植酸(T5、T6、T7)后，植株的株高、莖粗、鮮重、干重及根冠比等指標(biāo)均有顯著提高，分別平均提高了23.07%、11.49%、84.83%、125.09%以及6%，T7處理的生長(zhǎng)狀況最好。

表3 不同處理對(duì)菜花幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響Tab.3 Effect of different treatments on the growth index of caulifl ower seedlings

2.2 不同處理對(duì)菜花幼苗葉綠素含量的影響

不同處理對(duì)菜花幼苗葉綠素含量的影響見圖1。由圖可知，單獨(dú)添加黃腐酸(T1、T2、T3)后，葉片的葉綠素含量較CK組分別提高了7.02%、10.67%、13.59%，且T3組與CK組差異顯著，因此適量的黃腐酸可提高植株葉綠素含量，促進(jìn)光合作用。單獨(dú)添加腐植酸(T4)后，與CK相比差異并不顯著，因此單獨(dú)添加腐植酸對(duì)植株葉綠素含

量無顯著影響。與單純添加黃腐酸(T1、T2、T3)和腐植酸(T4)的處理相比，同時(shí)添加腐植酸和黃腐酸(T5、T6、T7)后菜花幼苗葉片的葉綠素含量分別平均提高了7.94%、15.23%。

2.3 不同處理對(duì)菜花幼苗根系活力的影響

不同處理菜花幼苗根系活力的影響如圖2所示。由圖可見，與空白相比，施加尿素硝銨溶液后植株根系活力顯著提高(P＜0.05)。CK與單獨(dú)添加黃腐酸(T1、T2、T3)處理之間差異并不顯著，因此在尿素硝銨溶液加入少量黃腐酸對(duì)提高菜花幼苗根系活力的效果并不明顯。而在加入腐植酸(T4)后，植株根系活力顯著提高，較CK提高了27.02%。在同時(shí)加入腐植酸和黃腐酸(T5、T6、T7)后，菜花幼苗的根系活力又有明顯的提高。各處理中，T7的根系活力值最大，達(dá)到了205.21 mg/(g·h)。

圖1 不同處理對(duì)菜花幼苗葉綠素含量的影響Fig.1 Effect of different treatments on the chlorophyll content of caulifl ower seedlings

圖2 不同處理對(duì)菜花幼苗根系活力的影響Fig.2 Effect of different treatments on root activity of caulifl ower seedlings

2.4 不同處理對(duì)菜花幼苗氮肥利用率的影響

不同處理下對(duì)菜花幼苗氮肥利用率的影響如圖3所示。圖中顯示，無論是單獨(dú)施加腐植酸(T4)亦或是黃腐酸(T1、T2、T3)，菜花幼苗的氮素利用率均有顯著提升，分別平均提高了2.28%以及1.63%。同時(shí)添加2種增效劑(T5、T6、T7)后，菜花幼苗的氮肥利用率較單加腐植酸和黃腐酸分別平均提升了3.76%和4.41%。同時(shí)，隨著增效劑添加量的增加，氮肥利用率呈上升趨勢(shì)。其中，T7處理的氮肥利用率為11.80%，為各處理的最大值。

圖3 不同處理對(duì)菜花幼苗氮肥利用率的影響Fig.3 Effect of different treatments on N use effi ciencies of caulifl ower seedlings

3 討論與結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸對(duì)根系生長(zhǎng)發(fā)育具有良好的促進(jìn)作用，部分學(xué)者將腐植酸冠以“根系肥料”的稱號(hào)[11]。在本研究中，尿素硝銨溶液中添加腐植酸處理(T4)相比單施尿素硝銨溶液處理(CK)，根系活力提高了27.02%，根冠比提高了8%。其原因可能有以下3個(gè)方面：(1) 腐植酸中含有的多種活性基團(tuán)，增強(qiáng)了菜花幼苗體內(nèi)的SOD和POD活性，刺激了根系極端分生組織分裂與增長(zhǎng)，使菜花發(fā)根快，根系伸長(zhǎng)，根量增加，提高其根系活力；(2) 腐植酸中含有的酚羥基和羧基等官能團(tuán)具有很強(qiáng)的離子交換和吸附能力，可減少尿素硝銨溶液中銨態(tài)氮的損失，同時(shí)抑制土壤中脲酶活性，減少尿素?fù)]發(fā)，因此可全面提高速效氮肥的利用率，從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)；(3) 腐植酸可以促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，調(diào)節(jié)土壤水、肥、氣、熱等狀況，提高土壤保水保肥能力，促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)，增加微生物數(shù)量，改良土壤結(jié)構(gòu)，從而有利于根系生長(zhǎng)發(fā)育。因此，尿素硝銨溶液中加入腐植酸對(duì)植株地下部分的生長(zhǎng)發(fā)育具有更強(qiáng)的刺激作用。

黃腐酸是腐植酸中分子量最小、活性基團(tuán)含量最高的水溶性組分，易被植物吸收利用。其雖為腐植酸的一種組分，但兩者分子量和活性基團(tuán)卻差異明顯，因此其對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控作用也不盡相同。姚東偉認(rèn)為黃腐酸能夠促進(jìn)番茄對(duì)Mg2+或Fe2+的吸收，從而提高葉綠素含量[12]。另外，蘋果葉面噴施黃腐酸同樣能夠有效提高葉片中葉綠素和類胡蘿卜素含量[13]。而葉綠素含量能夠反映葉片進(jìn)行光合作用的能力，一定范圍內(nèi)光合作用與葉綠素含量呈顯著正相關(guān)[11]。本研究中在尿素硝銨溶液中加入黃腐酸后，菜花幼苗的葉綠素含量明顯提高，因此黃腐酸增效劑對(duì)于促進(jìn)植株光合同化的作用明顯，這與前人的研究結(jié)果一致[14]。

本研究中，尿素硝銨溶液中同時(shí)加入腐植酸和黃腐酸后，菜花幼苗的各生長(zhǎng)和生理指標(biāo)均高于單獨(dú)添加任一種增效劑。尤其是在減少9%的氮肥添加量的情況下，T7組株高較CK組提高了38.61%，其干物質(zhì)量和氮肥利用率分別為CK組的2.53和3.32倍，其增效作用極為明顯。究其原因，可能是黃腐酸可提高植株葉綠素含量，增強(qiáng)光合作用，增大干物質(zhì)積累；而腐植酸可顯著改善土壤生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)根系發(fā)育及其對(duì)養(yǎng)分的吸收，進(jìn)而提高了氮肥利用率。因此，當(dāng)腐植酸和黃腐酸同時(shí)添加時(shí)，對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育的促進(jìn)作用更為明顯。

本試驗(yàn)分別探究了腐植酸和黃腐酸2種增效劑在單獨(dú)和混配使用下的作用效果，但是在試驗(yàn)設(shè)計(jì)上存在一定的不足：由于單加腐植酸與黃腐酸的量并不一致，因此本試驗(yàn)尚無法確定兩者作為增效劑的優(yōu)劣；另一方面，2種增效劑混用的總添加量高于單施的量，而將3種處理下增效劑的添加量統(tǒng)一一致的話，結(jié)論將更具說服力。本試驗(yàn)僅是氮肥增效劑混配優(yōu)化之初探，初步驗(yàn)證了增效劑混配具有良好的效果，下一步將進(jìn)行補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，以得到更加深入準(zhǔn)確的結(jié)論。

綜上所述，在尿素硝銨溶液加入適量黃腐酸和腐植酸，可顯著促進(jìn)菜花幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育，提高氮肥的利用率。今后在速效氮肥的生產(chǎn)中，可以考慮加入適量的黃腐酸和腐植酸作為增效劑，本研究中得出，以配比為91%UAN+5%FA+4% HA時(shí)，效果最佳。

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Effect of Humic Acid on the Effi ciency of Urea Ammonium Nitrate Solution

Cheng Xuegang1,2, Hong Pizheng1,2, Chen Shigeng1,2, Yu Jian1,2, Ding Fangjun1,2,3*
(1 Shandong Agricultural University Fertilizer Science & Technology Co. Ltd., Tai’an, 271000 2 Engineering & Technology Research Center of High Effi cient Utilization of Humic Acid of Shandong Proince, Tai’an, 271000 3 College of Resources and Environment, Shandong Agricultural University, Tai’an, 271018)

The effect of adding humic acid and fulvic acid into urea ammonium nitrate solution as two kinds of synergist were studied with caulifl ower as test crops. The results showed that the content of chlorophyll was signifi cantly increased after adding urea ammonium nitrate solution with 5% fulvic acid, that could promote root growth and activity. Moreover, the height, stem diameter, fresh and dry weight, content of chlorophyll, root activity and N use effi -ciency of caulifl ower seedling all improved signifi cantly when both fulvic acid and humic acid added, indicating the promotion of plant growth and development. Humic acid and fulvic acid as synergist had obvious effect on the quality and effi ciency of available nitrogen fertilizer. The optimum composing ratio of humic acid and fulvic acid was 91%UAN+5%FA+4%HA.

humic acid; fulvic acid; urea ammonium nitrate solution; caulifl ower; synergist

TQ314.1

1671-9212(2017)02-0026-05

A

10.19451/j.cnki.issn1671-9212.2017.02.004

泰安市科技計(jì)劃“新型土壤調(diào)理劑關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用”(項(xiàng)目編號(hào)2015NS1060)。

2016-10-28

程學(xué)剛，男，1989年生，碩士，主要從事新型肥料研發(fā)、肥料應(yīng)用技術(shù)研究。*通訊作者：丁方軍，男，教授/博士生導(dǎo)師，E-mail:sdndfyjs@163.com。