含鈣鎂微量元素水溶肥料制備及其浸種性能分析

賀子健，韓效釗，2，黃晗達(dá)，張旭，2，劉亞華，2，孔帥

（1.合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，合肥 230009；2.安徽省水溶肥料工程技術(shù)研究中心，合肥 230009；3.合肥綠農(nóng)肥業(yè)有限責(zé)任公司，合肥 230088）

西瓜，屬葫蘆科，原產(chǎn)地非洲，具有豐富的營養(yǎng)與藥用價(jià)值［1］。由西瓜（均值）營養(yǎng)表可知，100 g可食部分中，Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu含量分別為8.00、8.00、0.30、0.10、0.05、0.05 mg（食品安全查詢系統(tǒng)http：//www.eshian.com/sat/yyss/list）；何偉忠等［2］對(duì)6種不同品種的西瓜進(jìn)行測定，結(jié)果表明，Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu的平均含量分別為183.68、151.11、3.15、0.94、0.39、0.37 mg/kg；梁克紅等［3］對(duì)8種不同種類的西瓜進(jìn)行測定，結(jié)果表明，Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu的平均含 量分別為127.11、187.35、4.29、0.89、0.43、0.54 mg/kg；周成偉［4］采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定鮮榨西瓜汁中Fe、Ca、Mg的含量分別為5.3、86.7、80.5 μg/mL。可見西瓜生長過程中需要重視補(bǔ)充中微量礦質(zhì)營養(yǎng)元素；上述研究數(shù)據(jù)還表明，西瓜對(duì)中量元素鈣和鎂的吸收量較大且其質(zhì)量比在1∶1左右。中國耕地土壤中鈣、鎂、錳、鋅、鐵、銅在缺素臨界值以下的比例分別為63%、53%、48%、42%、31%、25%［5］。因此，本研究結(jié)合西瓜對(duì)礦質(zhì)營養(yǎng)元素需求特點(diǎn)和中國土壤肥力現(xiàn)狀，選擇鈣、鎂、鋅、錳4種元素體系開展相平衡研究，以相圖為依據(jù)討論含鈣鎂的液體型微量元素水溶肥料制備方法，制備出符合NY 1428—2010《微量元素水溶肥料》標(biāo)準(zhǔn)的肥料產(chǎn)品［6］，并采用西瓜浸種方式驗(yàn)證肥料性能，為專用型液體水溶肥料開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

供試種子：西瓜品種“早佳8424”，由新疆某公司生產(chǎn)。

主要試劑：四水硝酸鈣、六水硝酸鎂、六水硝酸鋅、四水硝酸錳、氨水、硝酸，均為試劑級(jí)。

主要儀器：低溫恒溫槽（DC-0506），電動(dòng)攪拌器（D-8401 WZ），原子吸收分光光度計(jì)（WFX-130B），精密pH計(jì)（PHB-10），紫外分光光度計(jì)（WFX-130B），智能人工氣候培養(yǎng)箱（LHP-250），電導(dǎo)率儀（DDS-307）。

1.2 相圖繪制

1.2.1 試驗(yàn)方法向三口燒瓶中加入Ca（NO3）2·4H2O、Mg（NO3）2·6H2O、Zn（NO3）2·6H2O、Mn（NO3）2·4H2O和去離子水，并至少保持1種鹽過飽和；將三口燒瓶固定在低溫恒溫槽內(nèi)，溫度恒定（本試驗(yàn)為10℃），使用電動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌；每30 min關(guān)閉電動(dòng)攪拌器，靜置，進(jìn)行電導(dǎo)率測定以及pH的調(diào)節(jié)，重復(fù)3次電導(dǎo)率基本一致，pH穩(wěn)定在需求值（本試驗(yàn)為3），即可視為體系達(dá)到平衡；靜置一段時(shí)間后取上清液，用分光光度法測定溶液中鈣離子、鎂離子、鋅離子、錳離子質(zhì)量濃度。

1.2.2 繪制相圖固定Ca·Mg質(zhì)量比為1∶1，研究鈣（鎂）濃度分別在20、30、40 g/L時(shí)Zn（NO3）2-Mn（NO3）2-H2O體系的相平衡關(guān)系，繪制相應(yīng)的水鹽體系相圖，見圖1。A點(diǎn)表示定濃度Ca（NO3）2、Mg（NO3）2溶液中Mn（NO3）2飽和時(shí)錳離子質(zhì)量濃度；C點(diǎn)表示定濃度Ca（NO3）2、Mg（NO3）2溶液中Zn（NO3）2飽和時(shí)鋅離子質(zhì)量濃度；曲線A→B是在定濃度Ca（NO3）2、Mg（NO3）2溶液中，Zn（NO3）2對(duì)Mn（NO3）2飽和時(shí)錳離子質(zhì)量濃度影響曲線；曲線C→B是在定濃度Ca（NO3）2、Mg（NO3）2溶液中，Mn（NO3）2對(duì)Zn（NO3）2飽和時(shí)鋅離子質(zhì)量濃度影響曲線；B點(diǎn)為曲線A→B與曲線C→B的交點(diǎn)，此點(diǎn)Zn（NO3）2與Mn（NO3）2均飽和，即為共飽和點(diǎn)；區(qū)域OABC為液相區(qū)，其他區(qū)域?yàn)楣桃汗泊娑嘞鄥^(qū)。

圖1 10℃下Zn（NO3）2-Mn（NO3）2-H2O水鹽體系相圖

1.3 浸種試驗(yàn)

開展清水和自制的3種含鈣鎂的微量元素水溶肥料西瓜浸種試驗(yàn)，并與市場采購的瓜果蔬菜專用的微量元素水溶肥料（表1中Ⅰ和Ⅱ）浸種效果進(jìn)行對(duì)比分析。

浸種技術(shù)是一種重要的種子處理技術(shù)，科學(xué)的浸種液能夠有效增強(qiáng)西瓜種子的幼苗長勢(shì)［7］。浸種液以清水作為對(duì)照組，微量元素水溶肥料a、b、c，分別稀釋200、400、600、800、1 000倍；按照說明書要求，微量元素水溶肥料Ⅰ稀釋750倍、Ⅱ稀釋1 000倍。挑選大小基本一致、子粒飽滿的早佳8424西瓜種子，用10%次氯酸鈉溶液進(jìn)行10 min消毒，再用去離子水沖洗5?6次，最后將種子置于不同的浸種液中浸種24 h。開展種子萌發(fā)試驗(yàn)，采用培養(yǎng)皿紙床法，在直徑10 cm的培養(yǎng)皿（已滅菌）墊入2層濾紙，把20粒種子均勻地?cái)[放在充分濕潤的濾紙上。每個(gè)處理重復(fù)3次。將培養(yǎng)皿置于人工氣候培養(yǎng)箱中25℃避光催芽，定時(shí)潤濕濾紙。每24 h統(tǒng)計(jì)1次發(fā)芽數(shù)，4 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，7 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。10 d測幼苗株高、根長、莖粗、苗鮮重及生理指標(biāo)。抗壞血酸含量通過2，6-二氯酚靛酚滴定法測定，可溶性糖含量通過蒽酮試劑法測定，過氧化物酶（POD）活性通過愈創(chuàng)木酚法測定［8］；過氧化氫酶（CAT）活性通過高錳酸鉀滴定法測定［9］；丙二醛（MDA）含量通過分光光度法測定［10］。

2 結(jié)果與分析

2.1 相圖在液體水溶肥料制備中的應(yīng)用

圖1中直線DE滿足c（Zn2+）+c（Mn2+）=100 g/L，直線DE、縱坐標(biāo)軸與飽和曲線ABF所圍成區(qū)域的養(yǎng)分質(zhì)量濃度為c（Zn2+）+c（Mn2+）≥100 g/L，該區(qū)域中任意一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的肥料均符合微量元素水溶肥料中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY 1428—2010）。分別從圖1的配方區(qū)域中選取a、b、c狀態(tài)點(diǎn)作為肥料配方，制備的肥料成分見表1。

表1 微量元素水溶肥料產(chǎn)品

2.2 稀釋倍數(shù)對(duì)發(fā)芽指標(biāo)的影響

由圖2可知，肥料b稀釋600倍左右、肥料a和c稀釋800倍左右發(fā)芽勢(shì)最佳；由圖3可知，肥料a和b稀釋600倍左右、肥料c稀釋800倍左右發(fā)芽率最佳。

圖2 微量元素水溶肥料對(duì)西瓜種子發(fā)芽勢(shì)的影響

圖3 微量元素水溶肥料對(duì)西瓜種子發(fā)芽率的影響

2.3 稀釋倍數(shù)對(duì)幼苗生長指標(biāo)的影響

由圖4可知，肥料b稀釋600倍左右、肥料a和c稀釋800倍左右株高最高；由圖5可知，肥料a稀釋600倍左右、肥料b和c稀釋800倍左右根長最長；由圖6可知，肥料a、b和c稀釋600倍左右莖粗最粗；由圖7可知，肥料b和c稀釋600倍左右、肥料a稀釋800倍左右幼苗鮮重最重。

圖4 微量元素水溶肥料對(duì)西瓜幼苗株高的影響

圖5 微量元素水溶肥料對(duì)西瓜幼苗根長的影響

圖6 微量元素水溶肥料對(duì)西瓜幼苗莖粗的影響

圖7 微量元素水溶肥料對(duì)西瓜幼苗鮮重的影響

2.4 稀釋倍數(shù)對(duì)幼苗生理指標(biāo)的影響

由圖8可知，肥料a和c稀釋600倍左右、肥料b稀釋800倍左右幼苗POD酶活性最好；由圖9可知，肥料a和b稀釋400倍左右、肥料c稀釋600倍左右幼苗CAT酶活性最好；由圖10可知，肥料a、b和c分別稀釋600、400、800倍左右幼苗抗壞血酸含量最高；由圖11可知，肥料a和c稀釋600倍左右、肥料b稀釋800倍左右幼苗MDA含量最低；由圖12可知，肥料a和c稀釋600倍左右、肥料b稀釋400倍左右幼苗可溶性糖含量最高。

圖8 微量元素水溶肥料對(duì)西瓜幼苗POD酶活性的影響

圖9 微量元素水溶肥料對(duì)西瓜幼苗CAT酶活性的影響

圖10 微量元素水溶肥料對(duì)西瓜幼苗抗壞血酸含量的影響

圖11 微量元素水溶肥料對(duì)西瓜幼苗MDA含量的影響

圖12 微量元素水溶肥料對(duì)西瓜幼苗可溶性糖含量的影響

各指標(biāo)最適宜稀釋倍數(shù)見表2。由表2可知，肥料a最適宜稀釋倍數(shù)600出現(xiàn)7次，800出現(xiàn)3次，400出現(xiàn)1次；肥料b最適宜稀釋倍數(shù)600出現(xiàn)5次，800出現(xiàn)3次，400出現(xiàn)3次；肥料c最適宜稀釋倍數(shù)600出現(xiàn)6次，800出現(xiàn)5次。綜上所述，肥料a和肥料b最適宜稀釋倍數(shù)為600倍，肥料c適宜稀釋倍數(shù)為600倍、800倍。

表2 各指標(biāo)最適宜稀釋倍數(shù)

2.5 水溶肥料浸種效果對(duì)比

自制的水溶肥料a、b、c在最適宜的稀釋倍數(shù)時(shí)浸種與市場采購的微量元素水溶肥料Ⅰ、Ⅱ（按說明書稀釋倍數(shù)）浸種效果進(jìn)行對(duì)比，并設(shè)置清水浸種對(duì)照（CK），結(jié)果見表3、4。表3和表4中各項(xiàng)指標(biāo)，除MDA含量越低越好以外，其他指標(biāo)均是越高越好。

表3 不同水溶肥料對(duì)種子發(fā)芽、幼苗生長指標(biāo)的影響

表4 不同水溶肥料對(duì)幼苗生理指標(biāo)的影響

將由好到差用1?7數(shù)字來表示，清水及各種肥料最適宜稀釋倍數(shù)浸種對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)影響效果排序見表5。

由表5可知，除肥料Ⅱ發(fā)芽勢(shì)低于清水對(duì)照外，各種肥料浸種的其他指標(biāo)均優(yōu)于清水對(duì)照。清水對(duì)照及肥料對(duì)各指標(biāo)影響效果不同排序出現(xiàn)的次數(shù)見表6。

表5 不同肥料對(duì)浸種效果影響排序表

由表6可知，綜合考慮11項(xiàng)指標(biāo)，肥料a、b、c對(duì)西瓜浸種效果均優(yōu)于肥料Ⅰ、Ⅱ，其中，肥料a稀釋600倍浸種效果最好，肥料c稀釋800倍的效果略好于稀釋600的效果。

表6 不同肥料對(duì)指標(biāo)影響效果排序出現(xiàn)次數(shù)表

3 小結(jié)與討論

1）采用等溫溶解平衡法繪制了10℃，pH=3，Ca/Mg質(zhì)量比為1，Ca+Mg濃度分別為40、60、80 g/L時(shí)Zn（NO3）2-Mn（NO3）2-H2O的水鹽體系相圖，并依據(jù)相圖制備了適宜于西瓜的水溶肥料，產(chǎn)品含有中量元素鈣和鎂，執(zhí)行微量元素水溶肥料農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY 1428—2010），為液體水溶肥料制備提供了理論依據(jù)。

2）采用西瓜浸種試驗(yàn)和與清水對(duì)照、市購瓜果專用水溶肥料對(duì)比，考察了本試驗(yàn)制備的3種水溶肥料浸種性能，結(jié)果表明，西瓜浸種有助于促進(jìn)發(fā)芽和幼苗成長，制備的Ca+Mg=40 g/L，Zn+Mn=126 g/L液體水溶肥料稀釋600倍浸種效果較好，這也表明采用相圖設(shè)計(jì)制備液體水溶肥料的方法可行。

3）僅研究了含中量元素鈣、鎂和微量元素鋅、錳的水鹽體系相圖，所制備的水溶肥料未包含鐵、銅、硼、鉬等微量元素，因此，西瓜浸種肥料還可進(jìn)一步優(yōu)化配方。