氨基酸與氯化鉀復(fù)合型水溶肥料研究與應(yīng)用*

李 虎，王小嵩，韓效釗，沈 浩，劉 榮，黃晗達(dá)，蔡佳雄，張 旭

(1.合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院 安徽合肥 230009；2.安徽六國化工股份有限公司 安徽銅陵 244000；3.合肥綠農(nóng)肥業(yè)有限責(zé)任公司 安徽合肥 230088)

歐洲生物刺激素行業(yè)委員會(EBIC)認(rèn)為生物刺激素是包含功能性物質(zhì)和微生物及其次生代謝產(chǎn)物的一類物質(zhì)，可促進(jìn)作物養(yǎng)分吸收、增強養(yǎng)分利用效率和作物抗逆性、提高農(nóng)作物質(zhì)量等[1]。日本科學(xué)家將質(zhì)量分?jǐn)?shù)50 mg/kg的腐殖酸肥料施入土壤后，發(fā)現(xiàn)作物根系吸收有效養(yǎng)分能力提高，其中水稻、小麥、黃瓜分別提高155%、110%、86%。北京農(nóng)業(yè)大學(xué)通過放射元素示蹤法研究發(fā)現(xiàn)，在等氮條件下，過磷酸鈣利用率為23.3%；添加腐殖酸銨后，利用率為28.8%；添加硝基腐殖酸銨后，利用率為32.2%[2]。

李進(jìn)平等[3]在復(fù)合生物刺激素與肥藥協(xié)同作用研究中確定了復(fù)合生物刺激素在磷酸二銨(DAP)和NKP復(fù)合肥中添加量的計算方法。氨基酸是一種生物刺激素，其不僅是蛋白質(zhì)合成的必要底物，而且在植物初級代謝和次級代謝中也發(fā)揮著重要功能。一些氨基酸作用于氮源的同化和源-庫轉(zhuǎn)運，另一些則是次生代謝產(chǎn)物(如激素、植物防御相關(guān)物質(zhì)等)合成的前體。人們已經(jīng)認(rèn)識到外源氨基酸等有機態(tài)氮也能為植物生長提供重要的營養(yǎng)[4]。

本文選用氨基酸與氯化鉀開展小麥浸種試驗，通過對浸種效果的研究設(shè)計復(fù)合浸種液配方，從而為制備專用型水溶肥料提供配方依據(jù)和研究方法。

1 試驗儀器與材料

1.1 試驗儀器

VIS-7220N型可見分光光度計，北京瑞利分析儀器公司；HC-3018型高速離心機，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；DC-0510型低溫恒溫槽，上海衡平儀器儀表廠；DHG-9036A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實驗設(shè)備有限公司；SZCL型數(shù)顯智能控溫磁力攪拌器，鄭州長城科工貿(mào)有限公司。

1.2 試驗材料

氨基酸粉，上海某微生物技術(shù)有限公司，游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥60%，pH為3～5；氯化鉀(分析純)，國藥集團化學(xué)試劑有限公司，K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥62.86%；小麥品種，濟麥22。

1.3 試驗步驟

小麥預(yù)處理：選取大小均勻、籽粒飽滿的小麥種子置于10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))H2O2中消毒5 min，用蒸餾水沖洗6次，濾紙吸干水分后備用。培養(yǎng)皿用蒸餾水洗凈后置于烘箱內(nèi)于30 ℃烘干。

培養(yǎng)過程：小麥在浸種液中浸種12 h，然后取出種子，用蒸餾水沖洗3次，放入鋪有2層定性濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，于25 ℃露天培養(yǎng)進(jìn)行催芽。每個培養(yǎng)皿放25粒種子，每個處理重復(fù)3組，共75粒種子，空白對照用蒸餾水浸種。放置種子時應(yīng)注意種子腹溝朝下，使每粒種子留有均勻的間距，保證與水分良好接觸且有足夠的生長空間，防止發(fā)霉的種子互相感染[5]。每天統(tǒng)計小麥種子發(fā)芽數(shù)(以小麥芽長超過小麥種子自身長度一半時作為小麥種子發(fā)芽的標(biāo)準(zhǔn)[6])。第8 d計算其苗鮮重、根鮮重、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)[7]，測試過氧化物酶(POD)活性[8]、過氧化氫酶(CAT)活性[9]。

2 單因素浸種試驗

2.1 氨基酸

按試驗方法加入氨基酸進(jìn)行浸種試驗，結(jié)果見表1。

表1 氨基酸浸種試驗結(jié)果

由表1可知:當(dāng)游離氨基酸浸種質(zhì)量濃度為200 mg/L時，發(fā)芽率最高，其他指標(biāo)總體效果也較好，與對照組(游離氨基酸質(zhì)量濃度為0 mg/L)相比，苗鮮重提高19.31%，根鮮重提高21.14%，發(fā)芽率提高7.34%，發(fā)芽勢提高16.07%，發(fā)芽指數(shù)提高14.88%，POD活性提高6.79%，CAT活性提高6.51%。

2.2 氯化鉀浸種結(jié)果分析

按試驗方法加入氯化鉀進(jìn)行浸種試驗，結(jié)果見表2。

表2 氯化鉀浸種試驗結(jié)果

由表2可知，當(dāng)氯化鉀浸種質(zhì)量濃度為400 mg/L時，發(fā)芽率最高，其他指標(biāo)總體效果也較好，與對照組(氯化鉀質(zhì)量濃度為0 mg/L)相比，苗鮮重提高13.30%，根鮮重提高17.42%，發(fā)芽率提高5.72%，發(fā)芽勢提高11.87%，發(fā)芽指數(shù)提高15.00%，POD活性提高37.07%，CAT活性提高6.87%。

3 正交試驗

3.1 試驗?zāi)康?/h3>

通過正交試驗驗證氨基酸與氯化鉀復(fù)合溶液的浸種效果，為制備含鉀的氨基酸水溶肥料提供配方依據(jù)。

3.2 試驗方案

單因素試驗表明，浸種12 h時，游離氨基酸與氯化鉀比較好的浸種質(zhì)量濃度分別為200、400 mg/L。因此，正交試驗采用三因素四水平設(shè)計，因素水平設(shè)置見表3，試驗方案見表4。

表3 試驗因素與水平

3.3 試驗結(jié)果與分析

按正交試驗方案分別進(jìn)行浸種試驗，測定結(jié)果見表5，極差分析結(jié)果見表6。

表4 正交試驗方案

由表6可知，3個因素對各項目的影響規(guī)律不同 。比較極差結(jié)果可知：各因素出現(xiàn)在第1位的次數(shù)，A有4次，B有2次，C有1次；各因素出現(xiàn)在第2位的次數(shù)，A有1次，B有4次，C有2次；各因素出現(xiàn)在第3位的次數(shù)，A有2次，B有1次，C有4次?？梢?，對浸種總體效果影響大小順序為：A>B>C。從優(yōu)化水平組合可知：A1出現(xiàn)1次，A2出現(xiàn)1次，A3出現(xiàn)3次，A4出現(xiàn)2次；B1出現(xiàn)1次，B2出現(xiàn)3次，B3出現(xiàn)1次，B4出現(xiàn)2次；C1出現(xiàn)0次，C2出現(xiàn)4次，C3出現(xiàn)3次，C4出現(xiàn)0次。綜上分析，得出浸種總體效果最優(yōu)的水平組合為A3B2C2。

表5 正交試驗結(jié)果

表6 極差分析表

3.4 最優(yōu)水平組合驗證

最優(yōu)組合為A3B2C2，即游離氨基酸質(zhì)量濃度200 mg/L、氯化鉀質(zhì)量濃度400 mg/L(氧化鉀質(zhì)量濃度252 mg/L)、浸種12 h，結(jié)果見表7。

由表7可知：小麥浸種時，除發(fā)芽勢外，氨基酸與氯化鉀復(fù)合液浸種效果優(yōu)于單獨浸種的效果，兩者具有協(xié)同作用。復(fù)合液中游離氨基酸與氯化鉀的質(zhì)量比為1∶2，即游離氨基酸與氧化鉀質(zhì)量比為1∶1.26。

4 含氨基酸水溶肥料(大量元素型)制備

在50 L中試反應(yīng)釜中，加入31 kg水，加熱至40 ℃，加入6.8 kg氨基酸粉(游離氨基酸≥4.08 kg)，攪拌60 min使氨基酸粉全部溶解，再加入8.57 kg工業(yè)氯化鉀(K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥60.0%)攪拌至全部溶解，冷卻至室溫(25 ℃)，取樣測定含氨基酸水溶肥料(大量元素型)，技術(shù)指標(biāo)見表8。使用時用水稀釋至相應(yīng)質(zhì)量濃度。

5 結(jié)語

(1)在單因素浸種試驗基礎(chǔ)上設(shè)計正交試驗，研究多因素混合液浸種試驗最適宜條件，為復(fù)合型浸種液配方設(shè)計提供依據(jù)，也為多元素水溶肥料配方設(shè)計提供了一種科學(xué)有效、快速經(jīng)濟的研究方法。

(2)氨基酸粉與氯化鉀復(fù)合溶液小麥浸種最適宜質(zhì)量濃度為游離氨基酸200 mg/L、試劑氯化鉀(K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥62.86%)400 mg/L，游離氨基酸與氧化鉀質(zhì)量比為1∶1.26。

(3)采用工業(yè)氯化鉀(K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥60.0%)和氨基酸粉，按照上述配比制備出的含氨基酸水溶肥料(大量元素型)可以設(shè)定下列技術(shù)指標(biāo)：游離氨基酸質(zhì)量濃度≥100 g/L、大量元素(K2O)質(zhì)量濃度≥100 g/L、水不溶物質(zhì)量濃度≤50 g/L、pH(1∶250倍稀釋)為3.0～9.0。