硫酸鎂對含磷肥料中水溶性磷含量影響的研究

章明洪，商照聰，房 朋，黃河清，王 露

(上海化工院檢測有限公司/國家化肥質量監督檢驗中心〔上海〕 上海 200062)

0 前言

在植物營養學中，根據礦質營養元素在植物組織中的相對含量，可將礦質營養元素劃分為大量元素、中量元素和微量元素，這是從宏觀的角度對礦質營養元素的分類。在植物正常生長所需的礦質養分中[1]，除了大量元素氮、磷、鉀以外，鈣、鎂等中量元素在植物組織中的含量也是非常高的，甚至在某些組織中的含量高于一些大量元素。

磷是復混肥料總養分的重要組成部分，是植物生長所必需的最基本的營養元素之一，也是植物中重要化合物(如核酸、核蛋白、磷脂、腺苷三磷酸、多種酶)的組成成分；其次，磷參與植物體內三大物質代謝，不僅能加速幼芽和根系的生長，而且能增強作物的抗逆性，提高抗寒、抗旱和抗病能力，改善果實品質[1-2]。水溶性磷是指肥料中可溶于水的磷酸鹽[3]，是有效磷的重要組成部分，也是最易為作物吸收和利用的磷養分，典型的含水溶性磷的肥料有磷酸銨、重過磷酸鈣、過磷酸鈣、硝酸磷肥等。

表1 國家標準中水溶性磷占有效磷質量分數指標 %

近年來，許多歐洲學者把鎂列為僅次于氮、磷、鉀的植物第四大元素，同樣是植物所必需的重要營養元素之一[5-7]。在南方的經濟作物區，氮、磷、鉀這些大量元素的施用量一般都非常充足，因營養元素缺乏引發植物生理障礙的大都是中微量元素缺乏所致。在田間推廣中發現，植物鎂元素的缺乏癥狀在果樹以及一些速生性的作物上比較普遍。

鎂是構成植物體內葉綠素的主要成分之一，與植物的光合作用有關，是許多酶的活化劑，能促進碳水化合物的新陳代謝、核酸的合成、磷酸鹽的轉化等。鎂還能大幅促進作物對磷的吸收，促進作物生長酶的形成，進而促進作物維生素、碳水化合物、蛋白質及脂肪的形成，防止作物提前落葉和成熟期掉果現象的出現。植物缺鎂則體內代謝作用受阻，對幼嫩組織的發育和種子的成熟影響尤為明顯。當植物缺鎂時，其突出表現是葉綠素含量下降，并出現失綠癥[8]。

鑒于鎂對植物營養的重要性，目前一些肥料，特別是在有些專用復混肥的生產中通過添加硫酸鎂以提高肥料中鎂的含量，以滿足作物對鎂的需求。華中農業大學資源與環境學院周文兵等[9]對硫酸鎂直接加入到含有磷酸銨的氮磷鉀三元復混肥中開展了研究，以尿素、磷酸二銨、氯化鉀為原料肥，將硫酸鎂(MgSO4·7H2O)作為緩釋添加劑，制備了不同硫酸鎂添加量的磷素部分緩釋的復混肥料。然而有部分企業反映，在復混肥料或摻混肥料中添加硫酸鎂后，產品的水溶性磷占有效磷質量分數下降，甚至出現該指標不合格的現象，給含鎂專用肥的生產造成困難。針對此問題，以典型的含水溶性磷的磷酸二銨、磷酸一銨、過磷酸鈣、復合肥料(尿素、磷酸一銨、氯化鉀)、摻混肥料(尿素、磷酸二銨、氯化鉀)樣品為研究對象，模擬了不同添加量的硫酸鎂對肥料中有效磷、水溶性磷含量的影響，分析了影響肥料中水溶性磷占有效磷質量分數指標的因素，探索硫酸鎂對肥料中水溶性磷含量的影響程度及其機理。

1 試驗部分

1.1 方法提要

分別用水和EDTA溶液提取肥料中的水溶性磷和有效磷，提取液中正磷酸根離子在酸性介質中與喹鉬檸酮試劑生成黃色磷鉬酸喹啉沉淀，用磷鉬酸喹啉重量法測定磷的含量。

1.2 主要試劑和儀器

主要試劑：1+1硝酸溶液，37.5 g/L乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)溶液，喹鉬檸酮試劑。

主要儀器：實驗室常用儀器；恒溫水浴振蕩器，上海易友儀器有限公司；電熱恒溫干燥箱，上海實驗儀器廠有限公司；玻璃坩堝式濾器，4號，容積30 mL。

1.3 供試肥料樣品

供試肥料樣品如表2所示。

表2 供試肥料樣品

1.4 分析步驟

1.4.1 試樣溶液的制備

水溶性磷和有效磷的提取按照國家標準《復混肥料中有效磷含量的測定》(GB/T 8573—2017)[10]進行。

1.4.2 磷含量的測定

磷含量的測定按GB/T 8573—2017中的重量法進行。

1.4.3 空白試驗

除不加試樣外，其他步驟同試樣溶液的測定。

1.5 結果計算

磷含量以P2O5質量分數計，按式(1)計算：

(1)

式中：m1——樣品測定所得磷鉬酸喹啉沉淀的質量，g；

m2——空白試驗所得磷鉬酸喹啉沉淀的質量，g；

w——樣品中P2O5質量分數，%；

0.032 07——磷鉬酸喹啉質量換算為P2O5質量的系數；

mA——試料質量，g。

計算結果保留到小數點后面第2位，取平行測定結果的算術平均值作為測定結果。

2 試驗結果

2.1 硫酸鎂對磷酸二銨中磷含量的影響

以磷酸二銨為研究對象，在對磷酸二銨中的水溶性磷和有效磷含量進行測定時，分別添加不同量的硫酸鎂試劑，以考察硫酸鎂對磷酸二銨的水溶性磷和有效磷含量的影響，試驗結果如表3所示。

表3 硫酸鎂對磷酸二銨中磷含量的影響 %

試驗結果表明，添加硫酸鎂試劑后，對磷酸二銨中有效磷含量沒有明顯影響，但對水溶性磷含量有較大影響，在硫酸鎂試劑添加量分別為0.1、0.2和0.3 g時，其水溶性磷質量分數由原來的45.24%分別下降至41.83%、37.90%和33.86%，其水溶性磷占有效磷質量分數也由原來的95.7%分別下降至88.6%、79.8%和71.4%。

2.2 硫酸鎂對磷酸一銨和過磷酸鈣中磷含量的影響

選擇磷酸一銨和過磷酸鈣為研究對象，在對磷酸一銨和過磷酸鈣的水溶性磷和有效磷含量進行測定時，分別添加不同量的硫酸鎂試劑，以考察硫酸鎂對磷酸一銨和過磷酸鈣的水溶性磷和有效磷含量的影響，試驗結果如表4所示。

表4 硫酸鎂對磷酸一銨和過磷酸鈣中磷含量的影響 %

試驗結果表明，添加硫酸鎂試劑后，對磷酸一銨和過磷酸鈣中有效磷和水溶性磷含量均沒有影響，隨著硫酸鎂試劑添加量的增加，水溶性磷占有效磷質量分數基本保持不變。

2.3 硫酸鎂對復合肥和摻混肥中磷含量的影響

選擇采用不同磷素原料生產的復合肥料和摻混肥料為研究對象，其中復合肥料含磷酸一銨、摻混肥料含磷酸二銨，在對復合肥料和摻混肥料的水溶性磷和有效磷含量進行測定時，分別添加不同量的硫酸鎂試劑，以考察硫酸鎂對復合肥料和摻混肥料的水溶性磷和有效磷含量的影響，試驗結果如表5所示。

表5 硫酸鎂對復合肥料和摻混肥料中磷含量的影響 %

試驗結果表明，添加硫酸鎂試劑后，對復合肥料和摻混肥料中有效磷含量均沒有明顯影響，對復合肥料中水溶性磷含量也沒有大的影響，但對摻混肥料中水溶性磷含量有較大影響，在硫酸鎂試劑添加量分別為0.1、0.3和0.5 g時，摻混肥料中水溶性磷質量分數分別由原來的9.02%下降至7.08%、6.63%和6.50%，其水溶性磷占有效磷質量分數也由原來的85.7%分別下降至67.8%、62.1%和61.1%。

3 討論

試驗結果表明，硫酸鎂對肥料中有效磷含量沒有明顯影響，但對其水溶性磷含量有不同程度影響，這與部分企業反映的含鎂專用肥產品的水溶性磷占有效磷質量分數指標下降相一致。為更直觀地反映硫酸鎂對肥料中水溶性磷含量及水溶性磷占有效磷質量分數的影響，試驗得到的水溶性磷占有效磷質量分數可用圖1表示如下。

圖1 硫酸鎂對含磷肥料中水溶性磷含量的影響

從圖1可發現，隨著硫酸鎂添加量的增加，對于磷酸二銨和摻混肥料，其水溶性磷占有效磷質量分數指標不斷下降，而對于磷酸一銨、過磷酸鈣和復合肥料來說，該指標沒有明顯變化。進一步分析發現，試驗樣品選擇的復合肥料(尿素、磷酸一銨、氯化鉀)中的磷素原料為磷酸一銨，而摻混肥料(尿素、磷酸二銨、氯化鉀)中的磷素原料為磷酸二銨。因此可以得出如下結論：對含磷酸二銨的肥料樣品，添加硫酸鎂對水溶性磷含量、水溶性磷占有效磷質量分數指標有著不同程度的影響；而對含磷酸一銨的肥料樣品以及過磷酸鈣來說，添加硫酸鎂對水溶性磷含量、水溶性磷占有效磷質量分數指標沒有明顯的影響。

4 結語

研究了硫酸鎂對不同含磷肥料中有效磷、水溶性磷含量的影響，結果表明：硫酸鎂對不同含磷肥料中有效磷含量均沒有明顯影響，而對水溶性磷含量有不同程度的影響。對復混肥料(復合肥料)和摻混肥料而言，若以磷酸二銨為磷素原料，在生產中添加硫酸鎂時，其水溶性磷含量、水溶性磷占有效磷質量分數將隨硫酸鎂添加量的增加而下降；以磷酸一銨、過磷酸鈣為磷素原料時，添加硫酸鎂不影響其水溶性磷含量、水溶性磷占有效磷質量分數指標。