三種不同聚合度組成的聚磷酸銨對玉米苗期生長的影響

陳小娟，楊依彬，龔 林，張承林*

（1 華南農業大學資源環境學院，廣東廣州 510642；2 廣州一翔農業技術有限公司，廣東廣州 510650；3 東莞一翔液體肥料有限公司，廣東東莞 523135）

聚磷酸銨 (ammonium polyphosphate，簡稱APP)，是一種富含氮、磷的無機聚合物，分子通式為 (NH4)n+2PnO3n+1。根據其聚合度n的大小，分為低、中、高聚合度3大類，其聚合度越高，水溶性越小，當n ＜ 20時，為水溶性APP。近年來，由于低聚合度APP富含氮磷營養、水溶性好、具有一定的螯合能力等特點，作為一種新型磷源進入化肥領域，用于生產高濃度液體復合肥料[1]。另外，APP需要逐步水解為正磷酸鹽才能被作物吸收利用，因此被認為是一種長效緩釋型肥料[2]。

國內APP合成方法多樣，各個廠家的生產工藝及反應控制條件不同，得到的APP聚合度及組分差異大，APP聚合度的高低影響其水解速度[3]，水解的速度快慢與APP在某一時間的供磷能力有密切關系。苗期是磷的營養臨界期，當APP作為種肥或底肥施用時，不同聚合度組成的APP可能存在供磷時間上的差別，從而影響苗期的生長。本研究比較了三種不同聚合度的APP對玉米苗期生長的影響，旨在為APP作為種肥或底肥施用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

玉米品種為鄭單958，供試土壤為磚紅壤，取自廣東省徐聞縣。土壤基本性質：pH值4.98、EC值68.0 μS/cm、有機質13.6 g/kg、堿解氮65.8 mg/kg、有效磷1.60 mg/kg、速效鉀27.4 mg/kg、有效錳41.4 mg/kg、有效鋅0.70 mg/kg、有效鐵7.0 mg/kg、有效銅1.0 mg/kg、交換性鈣2.10 cmol (1/2Ca2+)/kg、交換性鎂1.48 cmol(1/2Mg2+)/kg，屬嚴重缺磷土壤。

供試肥料：工業級磷酸一銨 (12-60-0，簡稱MAP)，所有APP樣品由四川大學化工學院提供。在本試驗中，以不同聚合度的聚磷酸銨制備了三個種肥，簡稱APP1、APP2、APP3。一般來說，正磷酸和焦磷酸為低聚成分，三聚和四聚磷酸為中聚成分，五聚以上為高聚成分。APP1為 (含N 22%、P2O546%) 以中低聚組成為主，低聚∶中聚∶高聚 =55.5%∶43.7%∶0.8%，APP2 (含N 21%、P2O553%)以中高聚組成為主，低聚∶中聚∶高聚 = 20%∶72%∶8%，APP3 (含N 13%、P2O570%) 聚合度組成分布均勻，低聚∶中聚∶高聚 = 23%∶43%∶34%，具體聚磷酸銨組成成分及其提供的磷量見表1。

表1 供試聚磷酸銨組成分及P2O5總含量 (%)Table 1 Contents of components and P2O5 in the tested ammonium polyphosphates

1.2 試驗設計

試驗于華南農業大學作物營養與施肥研究室溫室中進行。取過2 mm的風干土壤，裝入塑料盆中，盆口直徑20 cm、高18 cm、盆底直徑15 cm，每盆裝4.5 kg土，播一粒種子。

共設8個處理，具體為：對照 (CK，不施磷肥)、MAP、APP1、APP2、APP3、APP1∶MAP(1∶1)、APP2∶MAP (1∶1) 及 APP3∶MAP (1∶1)，每個處理4次重復，每盆施用P2O50.74 g，則每盆施用 MAP、APP1、APP2、APP3、APP1∶MAP(1∶1)、APP2∶MAP (1∶1)、APP3∶MAP (1∶1) 分別為 1.22 g、1.61 g、1.40 g、1.06 g、0.80 g∶0.62 g、0.70 g∶0.62 g、0.53 g∶0.62 g。通過上述磷肥每盆施用的氮分別為0.15 g、0.35 g、0.29 g、0.14 g、0.25 g、0.22 g、0.14 g。氮用量為 N 0.35 g∕盆，不足的氮用硫酸銨 (N 21%) 補足。供試鉀肥為氯化鉀(K2O 60%)，按K2O 0.15 g/kg土施用，裝盆時與土壤混勻。依據前期試驗，APP種肥位置為距種子橫向4 cm處再垂直向下4 cm (圖1)。

圖1 肥料與種子放置示意圖Fig. 1 Fertilizer and seed placement diagram

2017年7月10日播種。先在盆中裝入一定量的土，在盆中央插上有刻度的玻璃棒 (底部為0 cm)，肥料集中放置于0 cm處，然后每盆分別覆土至玻璃棒的4 cm處，以玻璃棒為基點，距離水平方向4 cm處播1粒催芽種子，然后覆土2 cm。播種40 d后收獲植株。

1.3 測定項目及方法

株高和莖基部直徑：用卷尺測量地表到植株最高點的高度為株高，游標卡尺測量莖基部直徑。

土壤及植株取樣方法：拔出植株后，抖動分離根際土壤，其根際土用四分法取土，風干后研磨，分別過2.0 mm篩和0.15 mm篩備用；沿土面剪下地上部，洗凈根系，烘干后稱干重，粉碎后測定總磷，用H2SO4-H2O2消煮，鉬銻抗比色法進行測定；土壤有效磷用NH4F-HCl浸提—鉬銻抗比色法，土壤全磷用HClO4-H2SO4消煮—鉬銻抗比色法[4]。

磷吸收量 (g) = (地上部磷含量 × 地上部干重 + 地下部磷含量 × 地下部干重)/1000

磷利用率 = (施磷植株吸磷總量-不施磷植株吸磷總量)/施磷量 × 100%

2 結果與分析

2.1 不同聚磷酸銨處理對玉米苗期株高和莖粗的影響

由表2可知，播種40 d后，所有磷肥處理都可以顯著促進玉米苗期的生長，株高和莖粗都比不施磷處理顯著增加。各種APP單獨施用時，三種APP處理間株高和莖粗存在顯著差異，以APP3處理肥效最好，其次是APP1處理，APP2處理最差，MAP處理與APP1處理和APP3處理效果相似。當各APP配施MAP后，與單獨施用APP2和APP3處理相比，APP2∶MAP和APP3∶MAP處理株高均顯著增加，且APP2∶MAP處理莖粗顯著增加，而APP1∶MAP與APP1處理的株高和莖粗均無顯著差異。與MAP處理相比，APP1∶MAP和APP2∶MAP處理株高和莖粗無顯著差異。在所有處理中，APP3∶MAP處理株高和莖粗均達到最大值，表明該處理效果最好。

表2 不同聚磷酸銨對玉米苗期株高和莖粗的影響Table 2 Plant height and stem diameter of maize seedling affected by ammonium polyphosphates

2.2 不同聚磷酸銨處理對玉米苗期干重的影響

施磷處理顯著提高了玉米干重，但提高程度各不相同 (圖2)。單獨施用APP時，APP3處理地上部干重顯著高于APP1和APP2處理，而APP3處理地下部干重比APP2處理顯著增加，與APP1處理之間沒有顯著差別。當APP配施MAP后，與APP1和APP2處理相比，APP1∶MAP和APP2∶MAP處理地上部和地下部干重均得到顯著提高；與單獨施用APP3比較，APP3∶MAP處理地上部和地下部干重沒有顯著增加，表明APP3可以單獨施用。與MAP處理相比，APP1∶MAP和APP2∶MAP處理地上部干重無顯著差異，但APP3∶MAP處理地上部和地下部干重均顯著高于MAP處理。

2.3 不同聚磷酸銨處理對土壤全磷及有效磷含量的影響

各施肥處理間土壤全磷含量無顯著差異，APP3∶MAP處理土壤有效磷含量顯著高于其他處理，其他處理間差異不顯著，但均顯著高于對照 (圖3)。

圖2 不同聚磷酸銨對玉米苗期地上部和地下部干重的影響Fig. 2 Dry matter weight of above and underground parts of maize seedlings affected by ammonium polyphosphates

圖3 不同聚磷酸銨對土壤全磷及有效磷含量的影響Fig. 3 Total and available P contents of soils affected by ammonium polyphosphates

2.4 不同聚磷酸銨處理對玉米苗期磷吸收量的影響

不同磷肥處理對玉米磷吸收量的影響不同 (圖4)。APP1與MAP無顯著差異，APP2顯著低于MAP和其他所有處理，APP3顯著高于MAP、APP1和APP2。當APP1配施MAP后，效果顯著好于APP1或AMP單施，APP2與MAP配合效果與MAP相當，APP3與MAP配合的效果顯著好于二者單施，且與單施APP1、APP2和APP3相比，APP1∶MAP、APP2∶MAP和APP3∶MAP處理的磷吸收量分別提高了38.2%、259.3%、37.6%。

2.5 不同聚磷酸銨處理對磷利用率的影響

與磷吸收量相對應，各處理的磷利用率存在顯著差異 (表3)。植株吸磷量最低的APP2處理，磷利用率也最低。APP配施MAP后，磷的利用率均有一定程度的提高，其中APP2配施MAP后，提升幅度最大，是單獨施用APP2處理的4.17倍，而APP3配施MAP后磷的利用率是最高的。

3 討論

試驗結果表明，單獨施用APP時，不同聚合度組成的APP對玉米的株高、莖粗、干重及磷吸收量存在顯著影響，其中APP1處理玉米長勢與MAP處理相近，APP2處理顯著低于MAP處理，而APP3處理則顯著高于MAP處理。由此可見，單獨施用APP 時，其肥效 APP3 ＞ MAP ≈ APP1 ＞ APP2 處理。通過比較土壤全磷含量、土壤有效磷含量及磷利用率可知，單獨施用APP時，各施磷處理中磷的有效性也是 APP3 ＞ MAP ≈ APP1 ＞ APP2 處理。APP 一般包含正磷酸鹽、焦磷酸鹽、三聚磷酸鹽和四聚磷酸鹽等多種不同聚合態成分，APP在土壤中只有水解為正磷酸鹽后方能被植物吸收利用，水解反應速度控制著植物對磷的吸收速度[5]。APP在土壤中的水解是酶促反應，在磷酸酶的催化作用下分解為正磷酸鹽[6]，其聚合度越高，鏈越長，水解速率越慢。另外，APP的水解還受到土壤質地、pH值、溫度、金屬離子、土壤水分等因素的影響[7-9]，也有研究指出，APP的水解與其組分差異及分布水平有關[10]，四聚磷酸鹽水解為三聚磷酸鹽約需要1天，三聚磷酸鹽水解為焦磷酸鹽與正磷酸鹽約需要7天，而焦磷酸鹽水解為正磷酸鹽則需4～100天[11]。

通過分析發現，以中低聚成分為主的APP1，在試驗的40 d內，基本滿足了玉米生長對磷養分的需要。以中高聚成分為主的APP2，則表現為磷養分缺乏，玉米苗期磷供應不足而影響其形態的建成[12]。而聚合度組成分布較均勻的APP3，在土壤中緩慢水解而將有效磷釋放到土壤中，從而減少了土壤對磷的固定作用，提高了玉米植株對磷營養的利用，供磷效果最優。因此，APP的聚合度分布差異實際表現為水解速率的差異，最終表現為供磷速率的差異。

本試驗以磚紅壤為供試土壤，pH值4.98，屬于酸性，存在大量無定形氧化鐵和氧化鋁，磷肥施入土壤后極易被固定而降低磷的利用率[13]，MAP是一種速效磷肥，施入土壤后容易被土壤固定而降低當季利用效率，本試驗也驗證了MAP的利用率低于APP3。APP與MAP配施后，三種APP在土壤中的有效磷含量有不同幅度的提升，APP3∶MAP處理土壤有效磷含量最高，可能是三種APP中以APP3的聚合度組成分布較均勻，且高聚成分最多，高聚逐漸水解為低聚，促使土壤中有效磷含量增加；而三種APP中磷利用率均得到顯著提高。可見，APP與MAP的配合施用，彌補了聚磷酸銨分解慢、磷營養供應不足的缺點。不同磷肥的混配施用，也有利于提高施用磷肥的利用效率[14]，這與陳日遠等[15]應用APP配比DAP提高作物磷的積累量的結果是一致的。

圖4 不同聚磷酸銨對玉米苗期磷吸收量的影響Fig. 4 P uptake of maize seedling affected by ammonium polyphosphates

表3 不同聚磷酸銨對磷利用率的影響Table 3 P use efficiency of seedlings affected by ammonium polyphosphates

4 結論

聚磷酸銨，特別是以中、高度聚合磷酸銨為主時，不能很好地滿足作物苗期的磷素營養。將低、中、高度聚合的磷酸鹽等比例配合可以有效提高聚磷酸銨供應苗期磷營養的能力。將聚合度均勻的聚磷酸銨與磷酸一銨等比例配合作種肥，能發揮最好的苗期供磷效果。