硝硫基復(fù)合肥添加納米碳對(duì)上海青生長(zhǎng)和植株氮、磷、鉀含量的影響

梁元振， 朱忠坤， 樊志磊， 郭景麗， 王立欣， 張夢(mèng)君

(河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司 河南新鄉(xiāng) 453731)

化肥在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著重要作用，有資料顯示[1-2]，化肥對(duì)全球糧食的貢獻(xiàn)率在50%左右。但長(zhǎng)期以來(lái)，化肥的過(guò)量施用已造成資源浪費(fèi)，如氮、磷、鉀元素的揮發(fā)、固定和淋溶等，導(dǎo)致肥料利用率低下，并出現(xiàn)水體污染以及土壤板結(jié)、團(tuán)聚體破壞、鹽堿化和酸化等不良現(xiàn)象[3-5]，已引起全球的高度關(guān)注?；誓苁棺魑镌霎a(chǎn)，主要因?yàn)榛示哂叙B(yǎng)分含量高、見(jiàn)效快、易運(yùn)輸和保存等優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在成分單一、營(yíng)養(yǎng)不全面和肥效短等缺點(diǎn)，滿足不了作物后期對(duì)養(yǎng)分的需求，增加了農(nóng)戶投入成本[6-7]。

納米碳具有小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)[8]，與傳統(tǒng)的宏微觀離子等有不同的性質(zhì)，已被廣泛運(yùn)用到物理、化學(xué)、生物醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。趙楚等[9]將納米碳施入土壤，發(fā)現(xiàn)土壤酸度、保水性和營(yíng)養(yǎng)元素的持留能力等均有所改變，可使作物增產(chǎn)。李淑敏等[10]通過(guò)設(shè)置不同氮素水平，以玉米為試材，發(fā)現(xiàn)納米碳處理的生物量較對(duì)照有一定增加，植株吸氮量和根系活力也相應(yīng)提高與增強(qiáng)，從而促進(jìn)了玉米生長(zhǎng)。田艷飛等[11]用盆栽方式驗(yàn)證了納米碳對(duì)油菜株高和干質(zhì)量等指標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)納米碳處理較對(duì)照有不同程度的增加，同時(shí)降低了土壤總氮淋出量，減少了氮素的損失。盡管已有多項(xiàng)關(guān)于納米碳研究的報(bào)道，但不同作物和土壤類型可能會(huì)有不同表現(xiàn)，本文旨在驗(yàn)證減少肥料養(yǎng)分施用量后，添加納米碳對(duì)上海青各項(xiàng)指標(biāo)的影響，并探討納米碳對(duì)養(yǎng)分的緩控釋作用，為其在葉菜類的生產(chǎn)中應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心溫室大棚進(jìn)行，位于東經(jīng)113°42′，北緯35°05′。供試土壤為砂壤土，選用2 mm土篩進(jìn)行過(guò)篩，篩后裝盆，每盆裝風(fēng)干土8 kg，每個(gè)處理重復(fù)5次(5盆)。試驗(yàn)前土壤基本理化性狀見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)前土壤基本理化性狀

1.2 試驗(yàn)時(shí)間與材料

試驗(yàn)時(shí)間：2018年5—6月，5月27日種植移栽(三葉一心)，6月5日施肥(用量4 g/盆)，全生育期只進(jìn)行一次施肥。

供試材料：種植作物為上海青，品種為德高508；肥料為河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的硝硫基復(fù)合肥(15-15-15)及自配的硝硫基復(fù)合肥(18-5-10)；納米碳，黑色粉末，從市場(chǎng)采購(gòu)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，共設(shè)8個(gè)處理，見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4 測(cè)定指標(biāo)與測(cè)定方法

1.4.1 測(cè)定指標(biāo)

分別在2018年6月9日、12日、15日、18日和26日測(cè)定各處理葉片的相對(duì)葉綠素含量(SPAD值)；分別在6月9日、15日、22日和26日測(cè)定各處理的葉片數(shù)；6月30日收獲后測(cè)定各處理的單株鮮質(zhì)量，地上部干質(zhì)量，根干質(zhì)量，植株中氮、磷、鉀養(yǎng)分含量。

1.4.2 測(cè)定方法

SPAD值：用葉綠素儀測(cè)定。

葉片數(shù)：人工計(jì)數(shù)法。

單株鮮質(zhì)量：迅速剪取植物材料，裝入已知質(zhì)量的容器(或塑料袋)帶入室內(nèi)，用百分之一天平稱取鮮質(zhì)量。

地上部干質(zhì)量：提前打開(kāi)烘箱，溫度升至100～105 ℃；將已稱取鮮質(zhì)量的植物材料裝入紙袋中，放入烘箱內(nèi)，100～105 ℃殺青10 min，然后將烘箱的溫度降至70～80 ℃，烘至恒質(zhì)量；取出紙袋和材料，放入干燥器中冷卻至室溫，稱取干質(zhì)量。

根干質(zhì)量：根系從土中取出后，清洗干凈，用吸水紙吸干表面水分，放入80 ℃烘箱中10～20 h，稱取干質(zhì)量。

植株養(yǎng)分測(cè)定：首先采用H2SO4-H2O2消煮法對(duì)烘干的上海青植株樣品進(jìn)行消煮，然后采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定全氮含量，采用釩鉬黃比色法測(cè)定全磷含量；待測(cè)液中鉀主要以離子形式存在，用酸稀釋后，采用火焰光度法測(cè)定全鉀含量[12]。

1.5 大棚管理及觀察記載

盆栽試驗(yàn)和管理均采用當(dāng)?shù)卮筇锏某Ｒ?guī)方法，病蟲(chóng)害防治、澆水、松土和除草等，同一作業(yè)當(dāng)日完成。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

采用 Excel 2010和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)上海青葉片SPAD值的影響

不同施肥處理的上海青葉片SPAD值見(jiàn)圖1，圖中同一時(shí)期不同小寫字母表示處理間達(dá)5%顯著水平，下同。

從圖1可以看出，從6月9日開(kāi)始，8個(gè)處理的上海青葉片SPAD值均逐漸增大，12日達(dá)到最大值，到收獲期緩慢降低，呈先升后降趨勢(shì)，這可能是前期根系活力旺盛，對(duì)養(yǎng)分吸收能力強(qiáng)，加速了葉綠素的合成，促進(jìn)了光合作用；而后期根系活力下降，葉綠素合成速率減慢。在苗期(9日)，T1處理的SPAD值最高，為44.32，稍高于其他處理的，但處理間無(wú)顯著差異。隨后，根系吸收養(yǎng)分能力逐漸增強(qiáng)，到12日時(shí)，各處理的SPAD值較9日有所提高，光合能力達(dá)到最大；處理間雖無(wú)顯著差異，但T3、T4、T5、T6、T8處理的SPAD值分別較T1和T2的提高了0.35%、3.44%、2.25%、0.53%、3.31%和1.74%、4.88%、3.67%、1.92%、4.74%，表明硝硫基復(fù)合肥添加納米碳后，能不同程度提高SPAD值。此后，SPAD值逐漸降低，15日時(shí)，處理間差異不顯著，但T2、T3、T4、T5、T6、T7和T8處理的SPAD值分別較T1處理的提高了0.24%、2.21%、3.12%、3.05%、1.39%、3.93%和3.02%，仍表現(xiàn)出一定肥效優(yōu)勢(shì)。18日時(shí)，除T2處理的稍低外，其他處理間差異不顯著，T3、T4、T5、T6、T7和T8處理的SPAD值分別較T2處理的提高了2.75%、2.76%、2.77%、2.75%、2.77%和2.78%，表明添加納米碳后有優(yōu)越性。隨時(shí)間推移，土壤由疏松變密實(shí)，通氣量和根活性降低等均可影響葉綠素的合成。26日時(shí)，T4、T5、T6、T7、T8處理的SPAD值分別較T2處理的提高0.51%、0.51%、0.52%、0.52%、0.52%，依然能體現(xiàn)出添加納米碳后的優(yōu)越性。綜合整個(gè)生育期來(lái)看，不同時(shí)期內(nèi)比較各處理，15-15-15平衡型硝硫基復(fù)合肥降低12個(gè)養(yǎng)分為18-5-10后，對(duì)上海青葉片的SPAD值影響不大，并且18-5-10硝硫基復(fù)合肥與不同量的納米碳配合施用能增強(qiáng)光合作用，不同程度地提高SPAD值。

2.2 不同施肥處理對(duì)上海青葉片數(shù)的影響

不同施肥處理的上海青葉片數(shù)見(jiàn)圖2。

由圖2可知：6月9日—26日，各處理的葉片數(shù)均逐漸增多。移栽后的上海青處于苗期，根系尚不發(fā)達(dá)，對(duì)養(yǎng)分吸收能力不強(qiáng)，各處理的葉片數(shù)均在8～9片，處理間無(wú)顯著差異；到15日，T2處理的葉片數(shù)較少，而T1處理的葉片數(shù)與其他處理的差異不顯著，葉片數(shù)在12片左右。22日時(shí)，處理間差異不顯著，葉片數(shù)基本為14片，T3～T8處理較T2和T1處理無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。26日時(shí)，葉片數(shù)達(dá)最多，處理間差異不顯著，表現(xiàn)與22日相似。總體來(lái)看，隨生育期變化各處理的葉片數(shù)在增多。施肥4 d和10 d時(shí)，T1處理稍占優(yōu)勢(shì)，而在施肥17 d和21 d后，處理間無(wú)顯著差異，表明添加納米碳能彌補(bǔ)養(yǎng)分施用量減少帶來(lái)的不利影響[11,13]。

2.3 不同施肥處理對(duì)上海青生長(zhǎng)及氮、磷、鉀養(yǎng)分積累的影響

不同施肥處理的上海青植株生長(zhǎng)及氮、磷、鉀積累測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同施肥處理的上海青生長(zhǎng)及氮、磷、鉀積累測(cè)定結(jié)果

由表3可知，處理間單株鮮質(zhì)量有一定差異，T1處理較其他處理稍占優(yōu)勢(shì)，而T2～T8處理單株鮮質(zhì)量稍低。處理間地上部干質(zhì)量與單株鮮質(zhì)量表現(xiàn)相似，即T1處理較其他處理稍占優(yōu)勢(shì)，其原因是15-15-15硝硫基復(fù)合肥養(yǎng)分含量高，養(yǎng)分供給快；T3～T8處理雖然養(yǎng)分施用量減少，但添加納米碳后可能起到了緩慢釋放養(yǎng)分的作用[11,14-15]，在上海青收獲后，多余的養(yǎng)分還未釋放，沒(méi)達(dá)到完全被吸收的效果。T4、T5、T6、T7、T8處理的根干質(zhì)量分別較T2處理的提高了18.42%、21.05%、44.74%、2.63%、34.21%，而T4、T5、T6、T8較T1提高了4.65%、6.98%、27.91%、18.60%，T7處理的稍有降低，顯示了添加納米碳后的優(yōu)勢(shì)。

植株養(yǎng)分的含量在一定程度上反映了土壤養(yǎng)分供給的狀態(tài)。就植株全氮含量而言，T1處理的高于T2處理的，而T3～T8處理的較T2處理的分別提高了1.80%、5.71%、1.50%、7.21%、2.10%和7.21%，T4、T6和T8處理的也不同程度高于T1處理的；植株全磷含量中，T3～T8處理的較T2處理的分別提高了24.24%、0、33.33%、21.21%、21.21%和27.27%，T1處理的稍高；與T2處理的相比，T3～T8處理的植株全鉀含量分別提高了11.76%、4.91%、6.99%、5.51%、11.31%和12.20%，T3、T7和T8處理的也不同程度高于T1處理的。綜合上述幾個(gè)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，T8處理的效果最好。從養(yǎng)分角度分析，納米碳通過(guò)增強(qiáng)土壤對(duì)水分吸持能力，抑制硝態(tài)氮向下淋洗，并通過(guò)擴(kuò)散作用增加活化能，增大了上海青根系與土壤的接觸面積，提高了對(duì)氮肥的利用[10-11,13]；磷易被土壤固定，納米碳降低土壤pH使其接近中性，減少磷固定，提高了磷的有效性[16]；納米碳較強(qiáng)的吸附性使游離鉀元素暫時(shí)變?yōu)榉怯行顟B(tài)，降低澆水等對(duì)鉀元素的淋洗程度，提高了根系吸收效率。試驗(yàn)中個(gè)別納米碳處理出現(xiàn)植株中氮、磷、鉀含量稍低于T1處理的，可能與上海青為短期生長(zhǎng)作物而養(yǎng)分釋放較慢有關(guān)。

3 討論

硝硫基復(fù)合肥養(yǎng)分供給速率較快，但是肥效短，在考察SPAD值指標(biāo)時(shí)有所體現(xiàn)；施肥4 d后，養(yǎng)分充足的處理占據(jù)優(yōu)勢(shì)，這也是前期T1處理表現(xiàn)較好的原因。隨時(shí)間推移，盡管處理間差異不明顯，但T3～T8處理的優(yōu)勢(shì)逐漸體現(xiàn)，主要原因是納米碳可減少氮素的揮發(fā)和淋溶，能使氮素等養(yǎng)分緩慢釋放[11,13,17]，滿足上海青生育期用肥，促進(jìn)葉綠素的合成與后期氮素的大量積累。此外，有研究表明[8,14-15]，納米碳作為高表面能小尺寸材料，具有較強(qiáng)的吸附功能，可吸附作物生長(zhǎng)所需的離子并協(xié)助運(yùn)輸至根系附近，提高了根系對(duì)養(yǎng)分的吸收效率。納米碳施入土壤，可實(shí)現(xiàn)土壤微團(tuán)聚體重組，增大土壤孔隙，提高透氣性，在釋放土壤營(yíng)養(yǎng)的同時(shí)緩沖pH為中性[9-10,16-17]，為根系營(yíng)造了良好的生長(zhǎng)環(huán)境。試驗(yàn)中，根干質(zhì)量和植株氮、磷、鉀含量均說(shuō)明納米碳對(duì)根系養(yǎng)分吸收和干物質(zhì)的積累有很大的促進(jìn)作用，與王國(guó)棟等[18]在桃幼樹(shù)上的研究結(jié)果相符，而處理的單株鮮質(zhì)量與預(yù)期結(jié)果稍有不同，可能與收獲、洗根、烘干和稱重等測(cè)定誤差有一定關(guān)系。納米碳作為復(fù)合肥新型添加材料，對(duì)土壤和作物更深層次的作用機(jī)制將是今后研究的重點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

硝硫基復(fù)合肥添加納米碳能有效促進(jìn)上海青葉綠素含量的增加，提高地上和地下部干質(zhì)量；納米碳具有緩控釋養(yǎng)分作用，可延長(zhǎng)肥效，對(duì)作物氮、磷、鉀養(yǎng)分積累具有積極作用。