含鋅錳硼海藻酸體系Ca（NO3）2-Mg（NO3）2-H2O相圖繪制及其在水溶肥料制備中的應(yīng)用

張翠翠，孔 帥，吳安昌，阮 俊，張 旭，劉亞華，韓效釗

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.安徽輝隆集團(tuán)五禾生態(tài)肥業(yè)有限公司，安徽 蚌埠 233316；3.安徽農(nóng)巧施農(nóng)業(yè)科技有限公司，安徽 池州 242800）

海藻酸是海藻中的主要活性物質(zhì)［1］，在生物體內(nèi)既可以作為結(jié)構(gòu)成分，又可用于提供能量，能促使種子萌發(fā)，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)抗逆性，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，改善品質(zhì)。

鈣、鎂是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的中量營(yíng)養(yǎng)元素［2］，鈣可以提高植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性［3］，鎂能增強(qiáng)農(nóng)作物體內(nèi)各種代謝過(guò)程［4］。隨著農(nóng)作物高產(chǎn)及復(fù)種指數(shù)提高，土壤中有效中微量元素的供給量已經(jīng)不能滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)需求［5］，需要通過(guò)施肥的方式補(bǔ)充中微量元素。本研究旨在將相平衡原理引入液體水溶肥料制備，開(kāi)發(fā)含海藻酸中微量元素水溶肥料，并考察其對(duì)小麥的浸種效果。

1 實(shí)驗(yàn)材料

主要試劑：六水硝酸鎂、四水硝酸鈣、六水硝酸鋅、四水硝酸錳、硼酸均為試劑級(jí)；所用海藻濃縮液為安徽農(nóng)巧施農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。

主要儀器：低溫恒溫槽，DC-0510；電動(dòng)攪拌器，D-8401WZ；智能人工氣候培養(yǎng)箱，LHP-250；紫外分光光度計(jì)，VIS-7220N；原子吸收分光光度計(jì)，WFX-130B；離心機(jī)，HC-3018。

小麥品種：魯豐濟(jì)麥22。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 相平衡研究方法

低溫恒溫槽溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，將三口燒瓶固定在其中，并設(shè)置攪拌；將計(jì)量后的六水硝酸鋅、四水硝酸錳、硼酸、海藻濃縮液、蒸餾水加入三口燒瓶?jī)?nèi)。待固體溶解后，再向三口燒瓶?jī)?nèi)加入四水硝酸鈣和六水硝酸鎂，并至少保持其中一種鹽過(guò)飽和；每隔30 min停止攪拌，靜置，進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)定，重復(fù)3次，電導(dǎo)率基本一致，即可視為體系達(dá)到平衡；靜置一定時(shí)間，取上層清液，測(cè)定其中鈣、鎂、鋅、錳、硼元素的含量。

2.2 浸種實(shí)驗(yàn)方法

將水溶肥料稀釋至不同濃度，同時(shí)設(shè)等量清水及市場(chǎng)上同類型水溶肥料（記為A）對(duì)照。種子用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的過(guò)氧化氫消毒5 min，用蒸餾水充分洗凈，用濾紙吸干后在不同濃度水溶肥料中浸種12 h，然后取出種子用濾紙吸干表面游離水，以腹面朝下的方式均勻放置于培養(yǎng)皿中兩層清水潤(rùn)濕的濾紙上，將培養(yǎng)皿放入培養(yǎng)箱，設(shè)置溫度20 ℃，光照時(shí)間12 h/d，光強(qiáng)600 μmoL/（m2·s），相對(duì)濕度80%。每個(gè)濃度設(shè)置3次重復(fù)，每個(gè)培養(yǎng)皿放置30顆種子。

培養(yǎng)期間每天滴加清水以保持濾紙濕潤(rùn)。以第3 天發(fā)芽情況計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，以第7 天發(fā)芽情況計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)。并用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定發(fā)芽后幼苗的過(guò)氧化物酶（POD）活性，用高錳酸鉀法測(cè)定發(fā)芽后幼苗的過(guò)氧化氫酶（CAT）活性［6］。

3 海藻酸、Zn（NO3）2、Mn（NO3）2、H3BO3體系中Ca（NO3）2-Mg（NO3）2-H2O相圖繪制與應(yīng)用

3.1 Ca（NO3）2-Mg（NO3）2-H2O相圖繪制

開(kāi)展0、10、20 ℃下基礎(chǔ)體系（定量海藻酸、Zn（NO3）2、Mn（NO3）2、H3BO3溶液）中Ca（NO3）2-Mg（NO3）2-H2O相平衡研究，并繪制相圖，見(jiàn)圖1至圖3。圖中，A點(diǎn)表示基礎(chǔ)體系中Mg（NO3）2飽和時(shí)的Mg2+質(zhì)量濃度；C點(diǎn)表示基礎(chǔ)體系中Ca（NO3）2飽和時(shí)的Ca2+質(zhì)量濃度；曲線A→B是基礎(chǔ)體系中Ca（NO3）2對(duì)Mg（NO3）2飽和時(shí)Mg2+質(zhì)量濃度影響曲線；曲線C→B是基礎(chǔ)體系中Mg（NO3）2對(duì)Ca（NO3）2飽和時(shí)Ca2+質(zhì)量濃度影響曲線；B點(diǎn)為兩線交點(diǎn)，即為共飽和點(diǎn)；區(qū)域OABCO為液相區(qū)，其他區(qū)域?yàn)楣桃汗泊娑嘞鄥^(qū)。

圖1 0 ℃下基礎(chǔ)體系中Ca（NO3）2-Mg（NO3）2-H2O相圖

圖2 10 ℃下基礎(chǔ)體系中Ca（NO3）2-Mg（NO3）2-H2O相圖

圖3 20 ℃下基礎(chǔ)體系中Ca（NO3）2-Mg（NO3）2-H2O相圖

3.2 Ca（NO3）2-Mg（NO3）2-H2O相圖應(yīng)用

圖4為基礎(chǔ)體系中Ca（NO3）2-Mg（NO3）2-H2O的多溫相圖。隨著Ca（NO3）2和Mg（NO3）2的加入，各元素質(zhì)量濃度會(huì)發(fā)生變化，但變化幅度小，通過(guò)測(cè)定，上層清液（即OAiDiCiO液相區(qū)）中鋅離子質(zhì)量濃度穩(wěn)定在（16±1）g/L，錳離子質(zhì)量濃度穩(wěn)定在（8±0.5）g/L，硼質(zhì)量濃度穩(wěn)定在（2±0.1）g/L，海藻酸質(zhì)量濃度穩(wěn)定在（0.106±0.005）g/L。圖4 中直線FG滿足ρ（Ca2++Mg2+）為100 g/L。DiCiGDi區(qū)域的ρ（Ca2++Mg2+）≥100 g/L，即在該區(qū)域中任何一個(gè)系統(tǒng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的體系不僅均符合中量元素水溶肥料農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY 2266—2012）［7］要求，而且為均勻的液體；按照?qǐng)D4 中H、I、J點(diǎn)對(duì)應(yīng)的原料組合制備出來(lái)的水溶肥料檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

圖4 基礎(chǔ)體系中Ca（NO3）2-Mg（NO3）2-H2O多溫相圖

表l 水溶肥料產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo) g/L

4 浸種實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 不同水溶肥料及稀釋倍數(shù)對(duì)小麥發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)的影響

不同水溶肥料及稀釋倍數(shù)對(duì)小麥發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的影響見(jiàn)圖5 至圖7。與清水及市場(chǎng)上采購(gòu)的同類型水溶肥料A（ρ（Ca+Mg+Zn+B+Fe）≥140 g/L，ρ（糖醇）≥90 g/L）相比，本實(shí)驗(yàn)制備的3種水溶肥料在一定濃度范圍內(nèi)都能明顯提高小麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，綜合3項(xiàng)指標(biāo)，水溶肥料B 400倍稀釋液浸種效果最好。

圖5 不同水溶肥料及稀釋倍數(shù)對(duì)小麥發(fā)芽率的影響

圖6 不同水溶肥料及稀釋倍數(shù)對(duì)小麥發(fā)芽勢(shì)的影響

圖7 不同水溶肥料及稀釋倍數(shù)對(duì)小麥發(fā)芽指數(shù)的影響

4.2 不同水溶肥料及稀釋倍數(shù)對(duì)小麥幼苗POD 活性和CAT活性的影響

不同水溶肥料及稀釋倍數(shù)對(duì)小麥幼苗POD 活性和CAT 活性的影響分別見(jiàn)圖8、圖9。與清水及水溶肥料A 相比，3 種水溶肥料在一定濃度范圍內(nèi)均能提高小麥的POD 和CAT 活性，促進(jìn)其生長(zhǎng)，其中水溶肥料B 400倍稀釋液浸種效果最好。

圖8 不同稀釋倍數(shù)對(duì)小麥幼苗POD活性的影響

圖9 不同稀釋倍數(shù)對(duì)小麥幼苗CAT活性的影響

5 結(jié)論

依 據(jù) 定 量 海 藻 酸、Zn（NO3）2、Mn（NO3）2、H3BO3體系中Ca（NO3）2-Mg（NO3）2-H2O 相圖，制備出滿足NY 2266—2012要求的含海藻酸和中微量元素的液體水溶肥料產(chǎn)品，且鈣鎂含量可調(diào)。小麥浸種實(shí)驗(yàn)表明所制備水溶肥料的浸種效果均優(yōu)于市場(chǎng)上同類產(chǎn)品，其中，ρ（Ca）=71.0 g/L、ρ（Mg）=36.2 g/L、ρ（Zn）=16.15 g/L、ρ（Mn）= 8.09 g/L、ρ（B）=2.02 g/L、ρ（海藻酸）=0.106 1 g/L的配方水溶肥料400倍稀釋液浸種效果最好。