褐煤基有機肥與農(nóng)用磷酸二銨混施對玉米苗期生長的影響

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。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)物的利用價值遠不止這些。

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微生物活性，經(jīng)過一級酸化水解階段和二級產(chǎn)氣階段生產(chǎn)出一種褐煤基有機肥（以下簡稱BGF 粉劑），該有機肥具有有機質(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，可用作土壤調(diào)節(jié)劑，能夠促進作物生長、促進根系吸收養(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，可達到提高磷利用率的目的。基于此設(shè)想，筆者以玉米為試驗材料，探究BGF粉劑與磷肥混施后玉米植株在苗期對磷的吸收利用情況，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 試驗地概況及試驗材料

試驗于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)院作物營養(yǎng)與施肥研究室溫室內(nèi)進行，采用盆栽試驗。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。因赤紅壤有機質(zhì)含量低且具有較強的酸性，對進入赤紅壤的磷肥會產(chǎn)生強烈的固定作用。

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，上部內(nèi)徑20 cm，高14 cm，盆底直徑14.5 cm。每盆可裝土3 kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)計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。試驗共設(shè)4 個處理，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，距離水平方向5 cm處播4粒種子，最后覆土3 cm。待玉米長至三葉期時進行間苗，每盆留1株。播種35 d后收獲植株。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 植株樣品采集與測試指標(biāo)

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

收獲地上部鮮樣的同時取完整的植株根系并進行清洗，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進行消煮［6］，測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定［7］，全磷含量采用鉬銻鈧比色法測定［6］。

1.3.2 相關(guān)指標(biāo)參數(shù)計算方法

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 軟件對數(shù)據(jù)進行處理，采用SPSS 26.0軟件對數(shù)據(jù)進行差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理對玉米苗期的株高、莖粗和SPAD值的影響

玉米苗期收獲時各處理的株高、莖粗、SPAD值的測定結(jié)果見表2。由表2可知，從T2和T3的對比來看，DAP與BGF粉劑混合配施處理較單獨施用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玉米的生長。

表2 各處理玉米的株高、莖粗和SPAD值

2.2 各處理對玉米苗期植株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響

玉米苗期收獲時各處理植株鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的測定結(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玉米苗期根系生長；同時也能看到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，這可能是因為BGF 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。

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遠高于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玉米植株的生長和氮磷養(yǎng)分的累積。BGF粉劑與磷肥混施促玉米生長的原因可能是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，促進根系的生長，進而促進養(yǎng)分的吸收利用。有較多研究［8-9］表明，有機肥與化肥配施能夠有效促進植株磷養(yǎng)分的累積，作用機制［10］主要包括：（1）有機肥腐解產(chǎn)生的有機酸類物質(zhì)能夠?qū)﹄y溶性磷化合物進行活化，增加土壤中的有效磷含量；（2）有機酸根與磷酸根競爭吸附位點，減少土壤對磷酸根的吸附；（3）有機酸根與鐵、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［11］；（4）有機、無機肥料配施可以增加土壤有機質(zhì)，間接提高微生物活性與數(shù)量，增強微生物對土壤磷的轉(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對土壤中的難溶性磷化合物進行活化或者消除了土壤的磷酸根吸附位點。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，提高了對植物生長重要的營養(yǎng)物質(zhì)和化合物的生物有效性［5］。

本試驗表明在施磷條件下，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，根系對磷的吸收利用能力有所提高，因此能夠促進玉米植株對磷素養(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植株的生長和氮素養(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為磷進入土壤后的移動方式以擴散為主，但由于極其容易被土壤固定，導(dǎo)致其移動性大大下降，移動距離一般只有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。因為磷移動性差的特點，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磷肥養(yǎng)分的吸收利用，促進植株的生長。

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玉米苗期生長和磷養(yǎng)分的吸收利用，兩者配施處理比單獨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%。