褐煤基有機(jī)肥與農(nóng)用磷酸二銨混施對(duì)玉米苗期生長(zhǎng)的影響

林小妹，王吉斌，程鳳嫻，張承林

（1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642；2. 元泰豐（包頭）生物科技有限公司，內(nèi)蒙 古包頭 014199）

隨著我國(guó)優(yōu)質(zhì)煤炭能源的不斷開采和消耗，低階煤的開采和利用日益引起關(guān)注［1］。低階煤主要包括褐煤、風(fēng)化煤、泥炭等，褐煤中含有大量植物源物質(zhì)，氫、氧、氮含量高，營(yíng)養(yǎng)成分豐富［2］。如何有效開采利用以褐煤為主的低階煤一度成為研究熱點(diǎn)。有研究表明，利用產(chǎn)氣微生物能夠?qū)⒑置褐苯愚D(zhuǎn)化為清潔能源［3-4］，多年來的研究主要集中在低階煤及其廢棄物的微生物轉(zhuǎn)化制取甲烷氣。但是，煤微生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的利用價(jià)值遠(yuǎn)不止這些。

自2000 年開始，研究者以低階煤（煙煤、褐煤、草炭和泥炭）為主要原料，通過添加專利催化劑，利用生物、化學(xué)和工程手段激活和促進(jìn)微生物活性，經(jīng)過一級(jí)酸化水解階段和二級(jí)產(chǎn)氣階段生產(chǎn)出一種褐煤基有機(jī)肥（以下簡(jiǎn)稱BGF 粉劑），該有機(jī)肥具有有機(jī)質(zhì)含量高、不含抗生素、中微量元素比例協(xié)調(diào)、微生物種類豐富且活性高等特點(diǎn)，可用作土壤調(diào)節(jié)劑，能夠促進(jìn)作物生長(zhǎng)、促進(jìn)根系吸收養(yǎng)分等［4-5］。目前，已形成具有年產(chǎn)50 萬t 以上規(guī)模的技術(shù)及專利生產(chǎn)工藝。

磷肥是氮磷鉀等大量元素中利用率最低的，主要原因是磷進(jìn)入土壤后易與土壤中的鈣、鎂、鐵、錳、鋁等元素產(chǎn)生磷酸鹽沉淀。如果把BGF粉劑與磷肥混合后施用，借助BGF粉劑減少磷與土壤的接觸，防止磷的沉淀，可達(dá)到提高磷利用率的目的。基于此設(shè)想，筆者以玉米為試驗(yàn)材料，探究BGF粉劑與磷肥混施后玉米植株在苗期對(duì)磷的吸收利用情況，旨在為低階煤轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的利用開拓新的途徑和探究提高磷肥利用率的措施。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021 年3 月21 日至2021 年4 月26 日在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院作物營(yíng)養(yǎng)與施肥研究室溫室內(nèi)進(jìn)行，采用盆栽試驗(yàn)。供試作物為玉米，品種為鄭單958。

供試土壤為赤紅壤，土壤基本理化性質(zhì)為：pH 5.23、EC值195 μS/cm、w（有機(jī)質(zhì)）2 960 mg/kg、w（堿解氮）29 mg/kg、w（有效磷）2.25 mg/kg、w（速效鉀）20.3 mg/kg、w（有效錳）41.4 mg/kg、w（有效鋅）0.7 mg/kg、w（有效鐵）7.0 mg/kg、w（有效銅）1.0 mg/kg、w（交換性鈣）408 mg/kg、w（交換性鎂）11.60 mg/kg，屬嚴(yán)重缺磷土壤。因赤紅壤有機(jī)質(zhì)含量低且具有較強(qiáng)的酸性，對(duì)進(jìn)入赤紅壤的磷肥會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的固定作用。

供試肥料為硫酸銨（（NH4）2SO4，w（N）21%）、農(nóng)用磷酸二銨（w（N）18%，w（P2O5）46%，簡(jiǎn)稱DAP）、氯化鉀（KCl，w（K2O）60%）、BGF 粉劑（w（N）0.8%，w（P2O5）0.2%，w（K2O）0.1%。購(gòu)自內(nèi)蒙古元泰豐（包頭）生物科技有限公司）。

裝土塑料盆規(guī)格為：上部外徑22.5 cm，上部?jī)?nèi)徑20 cm，高14 cm，盆底直徑14.5 cm。每盆可裝土3 kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)BGF 粉劑與DAP 混合穴施，肥料施在玉米種子橫向5 cm 處再垂直向下5 cm 位置，施肥后播種。試驗(yàn)共設(shè)4 個(gè)處理，分別為不施磷肥（CK）、BGF 粉劑（T1）、DAP（T2）、DAP+BGF 粉劑（T3）。DAP 的用量按每千克土施P2O5130 mg 計(jì)算，折每千克土施用290 mg。BGF 粉劑施用量為0.05 kg/株（參照田間推薦用量3 000 kg/hm2和每公頃6 萬株玉米的種植密度計(jì)算），氮肥的用量按每1 kg土施N 260 mg（以DAP與BGF粉劑混合之后的總含氮量為標(biāo)準(zhǔn)），不足的氮用（NH4）2SO4補(bǔ)足。鉀肥用量按每1 kg土施K2O 100 mg，使用KCl作為鉀肥。BGF粉劑處理不施磷肥，除CK和T1處理外其余各處理的氮、磷、鉀養(yǎng)分施用量一致。各處理的肥料施用量如表1所示。每個(gè)處理設(shè)置4次重復(fù)。

表1 各處理肥料用量 g/盆

取過2 mm 篩的風(fēng)干土壤，將稱量好的KCl 與土壤混合均勻，裝入塑料盆中，每盆裝3 kg土。將稱量好的（NH4）2SO4、DAP 與BGF 粉劑混合均勻。選取大小均勻催芽的種子，先在盆中放一定量的土，接著在盆中央插上有刻度的玻璃棒（底部為0 cm），將混合后的BGF粉劑和肥料集中放置于0 cm處，然后每盆分別覆土至玻璃棒的5 cm處，以玻璃棒為基點(diǎn)，距離水平方向5 cm處播4粒種子，最后覆土3 cm。待玉米長(zhǎng)至三葉期時(shí)進(jìn)行間苗，每盆留1株。播種35 d后收獲植株。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 植株樣品采集與測(cè)試指標(biāo)

收獲時(shí)測(cè)量植株的株高、莖粗。垂直拉伸植株達(dá)到最高點(diǎn)，用卷尺測(cè)量從地表到植株最高點(diǎn)的高度即為株高；用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖基部直徑即為莖粗；同時(shí)用葉綠素儀測(cè)定最新完全展開葉的SPAD值。

收獲地上部鮮樣的同時(shí)取完整的植株根系并進(jìn)行清洗，洗凈后稱量地上部、根系樣品的鮮質(zhì)量。將洗凈后的根系樣品用根系掃描儀進(jìn)行掃描獲取根系圖像，用WinRhizo 根系分析軟件處理圖像、獲取根表面積和根體積等參數(shù)［6］。將植株鮮樣于105 ℃殺青30 min，在75 ℃烘干72 h后稱量，記錄干物質(zhì)量。植株干樣粉碎后采用濃H2SO4-H2O2進(jìn)行消煮［6］，測(cè)定消煮上清液中的全氮、全磷含量。植株全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定［7］，全磷含量采用鉬銻鈧比色法測(cè)定［6］。

1.3.2 相關(guān)指標(biāo)參數(shù)計(jì)算方法

磷利用率=（施磷處理地上部與地下部吸磷總量-不施磷處理地上部吸與地下部吸磷總量）/施磷量×100%；植株（器官）磷積累量=植株（器官）磷含量×植株（器官）生物量；植株（器官）氮積累量=植株（器官）氮含量×植株（器官）生物量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用SPSS 26.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理對(duì)玉米苗期的株高、莖粗和SPAD值的影響

玉米苗期收獲時(shí)各處理的株高、莖粗、SPAD值的測(cè)定結(jié)果見表2。由表2可知，從T2和T3的對(duì)比來看，DAP與BGF粉劑混合配施處理較單獨(dú)施用DAP 處理，玉米的株高、莖粗和SPAD 值均有顯著增加。T3處理的玉米株高比CK、T1、T2處理分別增加了124.0%、5.8%、85.4%，且處理之間的差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）；T3 處理的玉米莖粗與CK、T1、T2 處理相比，分別增加了217.0%、3.8%、116.0%；各處理間的SPAD 值也存在差異。說明將BGF粉劑與農(nóng)用磷酸二銨配施能夠顯著促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)。

表2 各處理玉米的株高、莖粗和SPAD值

2.2 各處理對(duì)玉米苗期植株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響

玉米苗期收獲時(shí)各處理植株鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的測(cè)定結(jié)果見表3。由表3 可知，T3 處理的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量與其余處理相比均有所增加，且各處理之間的差異顯著（P＜0.05）。T3 處理的地上部鮮質(zhì)量比CK、T1、T2 處理分別增加了3 264.00%、38.91%、1 147.00%；T3處理的根部鮮質(zhì)量比CK、T1、T2處理提高了1 019.00%、16.21%、433.00%。T3處理的地上部干質(zhì)量與CK、T1、T2 處理相比，依次增加了2 947.00%、42.29%、120.00%；各處理的根部干質(zhì)量也存在差異，T3處理比CK、T1、T2處理分別提高了1 163.16%、15.75%、120.18%。

表3 各處理玉米植株的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量 g/株

2.3 各處理對(duì)玉米苗期根表面積和根體積的影響

各處理植株根系的根表面積、根體積見表4。由表4 可知，T3 處理的根表面積和根體積與T2 處理相比，均存在顯著差異，表明DAP 與BGF 粉劑配施可顯著促進(jìn)玉米苗期根系生長(zhǎng)；同時(shí)也能看到T1 處理的根表面積和根體積與T3 處理差異較小，且與CK、T2 處理表現(xiàn)出顯著的差異，這可能是因?yàn)锽GF 粉劑比表面積大，施入土壤后能夠疏松土壤，有利于根系的生長(zhǎng)。

表4 各處理玉米植株根系的根表面積、根體積

2.4 各處理對(duì)玉米苗期植株氮、磷積累量及磷利用率的影響

各處理植株的氮、磷積累量及磷利用率見表5。由表5 可知，T2、T3 處理的植株中氮積累量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CK 處理，依次增加了1 086%、2 076%，這也說明磷肥的施用能夠促進(jìn)氮肥的吸收利用。T3處理的植株磷積累量與T2 處理相比，顯著提高了200.0%。在磷利用率方面，T2處理的磷肥利用率僅為4.38%，而T3 處理的磷肥利用率為13.24%，與T2 相比提高了202.3%，說明與BGF 粉劑配施能夠有效地提高農(nóng)用磷酸二銨的利用率。

表5 各處理玉米植株的氮、磷積累量及磷利用率

3 討論

BGF粉劑與農(nóng)用磷酸二銨配施后能夠有效促進(jìn)玉米植株的生長(zhǎng)和氮磷養(yǎng)分的累積。BGF粉劑與磷肥混施促玉米生長(zhǎng)的原因可能是BGF粉劑本身是由褐煤通過微生物作用轉(zhuǎn)化的代謝產(chǎn)物所得到的固體有機(jī)物質(zhì)，其比表面積較大，施入土壤后可以疏松土壤，增加土壤的通氣性，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，進(jìn)而促進(jìn)養(yǎng)分的吸收利用。有較多研究［8-9］表明，有機(jī)肥與化肥配施能夠有效促進(jìn)植株磷養(yǎng)分的累積，作用機(jī)制［10］主要包括：（1）有機(jī)肥腐解產(chǎn)生的有機(jī)酸類物質(zhì)能夠?qū)﹄y溶性磷化合物進(jìn)行活化，增加土壤中的有效磷含量；（2）有機(jī)酸根與磷酸根競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)，減少土壤對(duì)磷酸根的吸附；（3）有機(jī)酸根與鐵、鋁和鈣等金屬離子間的絡(luò)合反應(yīng)，消除土壤磷吸附位點(diǎn)［11］；（4）有機(jī)、無機(jī)肥料配施可以增加土壤有機(jī)質(zhì)，間接提高微生物活性與數(shù)量，增強(qiáng)微生物對(duì)土壤磷的轉(zhuǎn)化和循環(huán)等［12］。BGF 粉劑的原料是褐煤，褐煤本身水分和灰分含量高，而且含有較多的腐植酸，代謝產(chǎn)物中可能殘留一部分腐植酸［13-14］，在與磷肥配施過程中殘留腐植酸可能會(huì)對(duì)土壤中的難溶性磷化合物進(jìn)行活化或者消除了土壤的磷酸根吸附位點(diǎn)。再者，在褐煤的微生物轉(zhuǎn)化過程中加入了一定數(shù)量的微生物，轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中仍殘留著部分微生物，BGF粉劑施入土壤后，增加了土壤中的微生物活性，因此，提高了對(duì)植物生長(zhǎng)重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和化合物的生物有效性［5］。

本試驗(yàn)表明在施磷條件下，玉米植株的株高、莖粗、干質(zhì)量、根表面積、根體積均比不施磷處理有明顯的增加，根系對(duì)磷的吸收利用能力有所提高，因此能夠促進(jìn)玉米植株對(duì)磷素養(yǎng)分的積累，這與前人的研究［15-16］結(jié)果一致。除此之外，本試驗(yàn)也表明與不施磷處理CK相比，施磷處理T2、T3的植株氮素積累量有顯著的提高，氮肥、磷肥配施比單施氮肥更能促進(jìn)植株的生長(zhǎng)和氮素養(yǎng)分的累積［9］，與大多數(shù)研究的結(jié)果相似。磷肥利用率低主要是因?yàn)榱走M(jìn)入土壤后的移動(dòng)方式以擴(kuò)散為主，但由于極其容易被土壤固定，導(dǎo)致其移動(dòng)性大大下降，移動(dòng)距離一般只有3～5 cm，因此，磷肥的當(dāng)季利用率一般為5%～20%，約80%的磷肥都以磷酸鹽的形態(tài)被積累在土壤中。因?yàn)榱滓苿?dòng)性差的特點(diǎn)，所以磷肥的施用更推薦采用穴施、條施等集中施用的方式，更有利于植株根系對(duì)磷肥養(yǎng)分的吸收利用，促進(jìn)植株的生長(zhǎng)。

4 結(jié)論

（1）施磷條件下，玉米植株苗期的株高、莖粗、干質(zhì)量、根表面積、根體積、氮磷積累量均比不施磷處理有明顯的增加，氮、磷肥配施比單施氮肥更能促進(jìn)植株氮素養(yǎng)分的累積；

（2）在同等氮磷鉀施用量條件下，農(nóng)用磷酸二銨與BGF 粉劑混施處理植株的株高、莖粗、干質(zhì)量、根表面積、根體積、氮磷積累量均比單獨(dú)施用農(nóng)用磷酸二銨處理有顯著的增加；

（3）BGF粉劑與磷肥配施能夠有效促進(jìn)玉米苗期生長(zhǎng)和磷養(yǎng)分的吸收利用，兩者配施處理比單獨(dú)施用磷肥處理的氮積累量、磷積累量分別提高了83.5%和200.0%，磷肥利用率提高了202.3%。