硝硫基復合肥添加納米碳對上海青生長和植株氮、磷、鉀含量的影響

梁元振， 朱忠坤， 樊志磊， 郭景麗， 王立欣， 張夢君

(河南心連心化學工業集團股份有限公司 河南新鄉 453731)

化肥在現代農業生產中起著重要作用，有資料顯示[1-2]，化肥對全球糧食的貢獻率在50%左右。但長期以來，化肥的過量施用已造成資源浪費，如氮、磷、鉀元素的揮發、固定和淋溶等，導致肥料利用率低下，并出現水體污染以及土壤板結、團聚體破壞、鹽堿化和酸化等不良現象[3-5]，已引起全球的高度關注?；誓苁棺魑镌霎a，主要因為化肥具有養分含量高、見效快、易運輸和保存等優勢，但同時也存在成分單一、營養不全面和肥效短等缺點，滿足不了作物后期對養分的需求，增加了農戶投入成本[6-7]。

納米碳具有小尺寸效應、表面與界面效應和量子尺寸效應[8]，與傳統的宏微觀離子等有不同的性質，已被廣泛運用到物理、化學、生物醫藥和農業等多個領域。趙楚等[9]將納米碳施入土壤，發現土壤酸度、保水性和營養元素的持留能力等均有所改變，可使作物增產。李淑敏等[10]通過設置不同氮素水平，以玉米為試材，發現納米碳處理的生物量較對照有一定增加，植株吸氮量和根系活力也相應提高與增強，從而促進了玉米生長。田艷飛等[11]用盆栽方式驗證了納米碳對油菜株高和干質量等指標的影響，發現納米碳處理較對照有不同程度的增加，同時降低了土壤總氮淋出量，減少了氮素的損失。盡管已有多項關于納米碳研究的報道，但不同作物和土壤類型可能會有不同表現，本文旨在驗證減少肥料養分施用量后，添加納米碳對上海青各項指標的影響，并探討納米碳對養分的緩控釋作用，為其在葉菜類的生產中應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在河南心連心化學工業集團股份有限公司技術中心溫室大棚進行，位于東經113°42′，北緯35°05′。供試土壤為砂壤土，選用2 mm土篩進行過篩，篩后裝盆，每盆裝風干土8 kg，每個處理重復5次(5盆)。試驗前土壤基本理化性狀見表1。

表1 試驗前土壤基本理化性狀

1.2 試驗時間與材料

試驗時間：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工業集團股份有限公司生產的硝硫基復合肥(15-15-15)及自配的硝硫基復合肥(18-5-10)；納米碳，黑色粉末，從市場采購。

1.3 試驗設計

根據試驗目的，共設8個處理，見表2。

表2 試驗設計

1.4 測定指標與測定方法

1.4.1 測定指標

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

1.4.2 測定方法

SPAD值：用葉綠素儀測定。

葉片數：人工計數法。

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

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

根干質量：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，稱取干質量。

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

1.5 大棚管理及觀察記載

盆栽試驗和管理均采用當地大田的常規方法，病蟲害防治、澆水、松土和除草等，同一作業當日完成。

1.6 數據處理與分析

采用 Excel 2010和SPSS 19.0 軟件進行數據處理與分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對上海青葉片SPAD值的影響

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

從圖1可以看出，從6月9日開始，8個處理的上海青葉片SPAD值均逐漸增大，12日達到最大值，到收獲期緩慢降低，呈先升后降趨勢，這可能是前期根系活力旺盛，對養分吸收能力強，加速了葉綠素的合成，促進了光合作用；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，但處理間無顯著差異。隨后，根系吸收養分能力逐漸增強，到12日時，各處理的SPAD值較9日有所提高，光合能力達到最大；處理間雖無顯著差異，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，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%，仍表現出一定肥效優勢。18日時，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越性。隨時間推移，土壤由疏松變密實，通氣量和根活性降低等均可影響葉綠素的合成。26日時，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%，依然能體現出添加納米碳后的優越性。綜合整個生育期來看，不同時期內比較各處理，15-15-15平衡型硝硫基復合肥降低12個養分為18-5-10后，對上海青葉片的SPAD值影響不大，并且18-5-10硝硫基復合肥與不同量的納米碳配合施用能增強光合作用，不同程度地提高SPAD值。

2.2 不同施肥處理對上海青葉片數的影響

不同施肥處理的上海青葉片數見圖2。

由圖2可知：6月9日—26日，各處理的葉片數均逐漸增多。移栽后的上海青處于苗期，根系尚不發達，對養分吸收能力不強，各處理的葉片數均在8～9片，處理間無顯著差異；到15日，T2處理的葉片數較少，而T1處理的葉片數與其他處理的差異不顯著，葉片數在12片左右。22日時，處理間差異不顯著，葉片數基本為14片，T3～T8處理較T2和T1處理無明顯優勢。26日時，葉片數達最多，處理間差異不顯著，表現與22日相似?？傮w來看，隨生育期變化各處理的葉片數在增多。施肥4 d和10 d時，T1處理稍占優勢，而在施肥17 d和21 d后，處理間無顯著差異，表明添加納米碳能彌補養分施用量減少帶來的不利影響[11,13]。

2.3 不同施肥處理對上海青生長及氮、磷、鉀養分積累的影響

不同施肥處理的上海青植株生長及氮、磷、鉀積累測定結果見表3。

表3 不同施肥處理的上海青生長及氮、磷、鉀積累測定結果

由表3可知，處理間單株鮮質量有一定差異，T1處理較其他處理稍占優勢，而T2～T8處理單株鮮質量稍低。處理間地上部干質量與單株鮮質量表現相似，即T1處理較其他處理稍占優勢，其原因是15-15-15硝硫基復合肥養分含量高，養分供給快；T3～T8處理雖然養分施用量減少，但添加納米碳后可能起到了緩慢釋放養分的作用[11,14-15]，在上海青收獲后，多余的養分還未釋放，沒達到完全被吸收的效果。T4、T5、T6、T7、T8處理的根干質量分別較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勢。

植株養分的含量在一定程度上反映了土壤養分供給的狀態。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。綜合上述幾個指標發現，T8處理的效果最好。從養分角度分析，納米碳通過增強土壤對水分吸持能力，抑制硝態氮向下淋洗，并通過擴散作用增加活化能，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]；納米碳較強的吸附性使游離鉀元素暫時變為非有效狀態，降低澆水等對鉀元素的淋洗程度，提高了根系吸收效率。試驗中個別納米碳處理出現植株中氮、磷、鉀含量稍低于T1處理的，可能與上海青為短期生長作物而養分釋放較慢有關。

3 討論

硝硫基復合肥養分供給速率較快，但是肥效短，在考察SPAD值指標時有所體現；施肥4 d后，養分充足的處理占據優勢，這也是前期T1處理表現較好的原因。隨時間推移，盡管處理間差異不明顯，但T3～T8處理的優勢逐漸體現，主要原因是納米碳可減少氮素的揮發和淋溶，能使氮素等養分緩慢釋放[11,13,17]，滿足上海青生育期用肥，促進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，具有較強的吸附功能，可吸附作物生長所需的離子并協助運輸至根系附近，提高了根系對養分的吸收效率。納米碳施入土壤，可實現土壤微團聚體重組，增大土壤孔隙，提高透氣性，在釋放土壤營養的同時緩沖pH為中性[9-10,16-17]，為根系營造了良好的生長環境。試驗中，根干質量和植株氮、磷、鉀含量均說明納米碳對根系養分吸收和干物質的積累有很大的促進作用，與王國棟等[18]在桃幼樹上的研究結果相符，而處理的單株鮮質量與預期結果稍有不同，可能與收獲、洗根、烘干和稱重等測定誤差有一定關系。納米碳作為復合肥新型添加材料，對土壤和作物更深層次的作用機制將是今后研究的重點。

4 結語

硝硫基復合肥添加納米碳能有效促進上海青葉綠素含量的增加，提高地上和地下部干質量；納米碳具有緩控釋養分作用，可延長肥效，對作物氮、磷、鉀養分積累具有積極作用。