中低分子量腐殖酸提高冬小麦磷吸收和产量的机理

  【目的】  研究不同分子量腐殖酸与磷肥复合制备的腐殖酸磷肥对作物和土壤磷有效性的影响，为腐殖酸磷肥研发和磷素高效利用提供理论依据。  【方法】  利用超滤分级方法，将风化煤腐殖酸分子量分为 > 100 kDa、10～100 kDa和 < 10 kDa 3个部分，获得高 (HA_H)、中 (HA_M)、低 (HA_L) 不同分子量的腐殖酸，采用磷酸与KOH反应法制备普通磷肥 (P)、未分级腐殖酸磷肥 (PHA)、高分子量腐殖酸磷肥 (PHA_H)、中分子量腐殖酸磷肥 (PHA_M) 和低分子量腐殖酸磷肥 (PHA_L) 5种磷肥。采用深100 cm、内径25 cm的土柱进行冬小麦栽培试验，按等磷量原则，设置P、PHA、PHA_H、PHA_M、PHA_L 5个施磷处理，同时设置与4个施磷处理对应的等量腐殖酸处理 (HA、HA_H、HA_M、HA_L)，以不施磷肥为对照CK。测定小麦产量及产量构成因素、植株磷含量及不同层次土壤有效磷含量。  【结果】  1) 与CK相比，腐殖酸处理 (HA、HA_H、HA_M、HA_L) 小麦增产不明显。与普通磷肥相比，PHA、PHA_M和PHA_L处理产量显著提高了14.73%、18.84%、21.37% (P < 0.05)，3 个处理间产量差异不显著，PHA_H增产不明显。PHA_L处理千粒重显著高于普通磷肥处理，其余3个腐殖酸磷肥处理增幅未达显著水平。2) PHA、PHA_M和PHA_L处理籽粒吸磷量较普通磷肥处理分别显著提高14.97%、19.45%、22.68%，而PHA_H增幅未达显著水平；腐殖酸磷肥处理间秸秆吸磷量没有显著差异。3) 与普通磷肥相比，PHA、PHA_H、PHA_M、PHA_L磷肥偏生产力和农学效率分别提高14.71%、6.01%、18.82%、21.35%和14.95%、1.66%、20.18%、23.03%，磷肥表观利用率分别提高2.93、0.51、4.52、5.41个百分点，也以中、低分子量腐殖酸磷肥效果最为明显，腐殖酸中的氧烷基碳、羧基/酰胺基碳、烷基碳结构与小麦籽粒产量和磷肥利用率具有正相关性，与芳香碳、芳香C―O负相关。4) 4个腐殖酸磷肥处理间及其与普通磷肥处理间 0—20、20—40、40—60 cm 土层土壤有效磷含量差异不显著。  【结论】  田间土柱栽培条件下，单施腐殖酸对小麦没有表现出明显的增产效果。腐殖酸中的氧烷基碳、羧基/酰胺基碳、烷基碳结构与小麦磷素吸收具有正相关性，低分子量腐殖酸具有较多的烷基碳、氧烷基碳、羧基/酰胺基碳结构，因而低分子量腐殖酸提高磷肥中磷素利用率的作用好于中分子量腐殖酸，而高分子量腐殖酸的效果不显著。     

腐植酸的组成结构及其对作物根系调控的研究进展

  【目的】  综述腐植酸的结构及其对作物根系调控方面的研究进展,为腐植酸的进一步资源化利用提供理论依据。  主要进展  1)腐植酸结构复杂、功能多样,由C、H、O、N和S等元素构成。腐植酸是多价酚型芳香族化合物与氮化合物的缩聚物,其裂解产物主要有烷烃类、饱和醇类、非饱和线性醇类、吡啶类等,其形成机制主要基于氨基糖缩合理论、多酚理论和木质素理论。采用核磁共振、漫反射傅里叶变换红外光谱、表面加强拉曼光谱、X射线吸收近边结构和X射线吸收光谱法表征可知,各类来源腐植酸中均含有芳香碳、羧基碳、羰基碳和羟基碳等结构。化学改性可以改变腐植酸的功能组成,而氧化是增加腐植酸含氧官能团数量的重要方式,它可以使腐植酸或者煤中的H/C值、O/C值提高,腐植酸分子量向小分子量方向转移,增加羧酸、醇、胺、酯、醚等含氧基团数量。2)腐植酸含有很多活性官能团,具有较高的物理、化学和生物活性。腐植酸活性功能团对养分的有效性有双向调控,可影响植物生长的原生代谢和次生代谢过程,其对植物生长的影响与其结构关系密切,它可促进作物养分吸收,提高土壤中养分含量,综合调控作物生长环境,改善作物体的养分吸收、同化和利用状况。3)根系对腐植酸的响应是腐植酸促进植物生长的最初动力,它可通过影响根系形态、根系养分吸收、根系基因表达等来影响根系的生长发育,腐植酸对作物根系的作用效果受其来源、浓度、分子量、官能团、结构和成分的影响。  研究展望  今后应加强腐植酸结构特征研究,提高对腐植酸效果的机理认识。腐植酸对作物生长调控特别是对作物根系的调控机理的研究方式与实际有较大差距,因此,建立非破坏性手段还原腐植酸的结构特征,研究腐植酸对作物根系生长的作用机理,值得重视。     

海藻酸增效复合肥料减施的黄瓜肥料效应

化肥减施增效可助力农业绿色发展,通过探究新型海藻酸增效复合肥料及减施处理对黄瓜生长发育的影响,以期为新型增效复合肥料产品的改进和推广应用提供参考。开展温室大棚试验,设置不施肥对照、常规复合肥料、增效复合肥料、常规复合肥料减量20%和增效复合肥料减量20% 5个试验处理。结果表明:(1)与常规复合肥料处理相比,增效复合肥料处理能够增加黄瓜苗期、坐果期、盛果期和末果期的株高和叶面积指数。增效复合肥料处理的黄瓜苗期、坐果期、盛果期和末果期的叶面积指数分别增加了16.3%、8.2%、10.2%和5.7%,增效复合肥料减量20%处理的黄瓜苗期、坐果期、盛果期和末果期的叶面积指数分别增加了4.7%、0.9%、2.9%和0.4%。(2)增效复合肥料处理的地下部干物质量、地上部干物质量和果实干物质量比常规复合肥料处理分别增加了9.8%、12.6%和17.7%,增效复合肥料减量20%处理的黄瓜地上部干物质量和果实干物质量比常规复合肥料处理分别增加了4.8%和10.8%。(3)增效复合肥料处理的黄瓜与常规复合肥料处理相比,其地下部、地上部和果实氮含量分别增加了16.6%、17.3%和12.7%,黄瓜地下部、地上部和果实磷含量分别增加了24.3%、45.4%和22.4%,黄瓜地下部、地上部和果实钾含量分别增加了45.8%、45.7%和28.9%。(4)与常规复合肥料处理相比,增效复合肥料处理的黄瓜产量增加了11.1%,在各处理中,增效复合肥料的黄瓜瓜条数和单果重为最高。(5)与常规复合肥料相比,增效复合肥料和增效复合肥料减量20%处理的维生素C含量分别增加了9.5%和2.2%。硝态氮含量分别降低了23.8%和25.1%。综合考虑作物养分吸收状况、产量和作物品质,增效复合肥料的作用效果最好,其次为增效复合肥料减量20%处理,这说明,增效复合肥料减量处理能够实现黄瓜提质增产,在黄瓜中的推广应用具有较好的前景。     

氮锌配施对作物产量、品质及养分吸收利用的影响研究进展

锌是作物生长必需的微量元素之一,在作物生长发育过程中起着至关重要的作用。但众所周知,锌肥施入土壤后有效性下降,利用率较低,提高锌肥有效性一直以来广受关注。而氮是作物生长发育所必需且需求量较大的营养元素,与锌元素具有协同效应,氮锌科学配施不仅可以提高锌肥有效性,也能提高氮肥利用率,并能促进作物生长和养分吸收,提高产量,但氮锌的这种协同作用因土壤类型、作物种类等的不同而不同。所以了解氮锌配施在不同土壤类型、不同作物上的应用效果及其影响因素具有重要的生产意义。通过查阅大量文献,对氮锌肥配施在不同土壤类型、不同作物上的应用效果进行了综述,并分析了氮锌配施效果的影响因素。结果显示,氮能促进作物对锌的吸收和转运,提高作物籽粒中锌的浓度;锌可通过促进氮的代谢过程,提高作物对氮素的吸收利用。氮锌配施具有明显的协同效应:(1)促进作物生长,提高作物产量,改善作物品质;(2)增加作物对氮、锌的吸收。但这种协同效应受作物种类、土壤性质、氮锌配施比例及配施方式等因素的影响,导致氮锌配施的应用效果也不同,在生产中应根据不同土壤和作物科学配施氮锌,以实现高产高效。氮锌科学配施能够促进作物高产、优质,但目前关于氮锌配施的作用机理研究还较少,氮锌配施技术也还有待进一步优化。因此,未来应加强氮锌互作机理研究,明确不同条件下氮锌配施最优比例及方式,从而为促进锌高效利用及研发氮锌肥料新产品提供技术依据和理论指导。     

添加螯合剂对磷酸二铵溶解、固定及转化的影响

【目的】促进磷肥溶解、减少磷素固定是提高磷肥利用率的重要途径。本研究通过向磷酸二铵中添加羟基乙叉二膦酸和葡萄糖酸钠制备磷肥试验产品,研究其溶解和防固定性能及磷素肥际转化特征,为磷肥高效利用提供依据。【方法】选择羟基乙叉二膦酸（HEDP）和葡萄糖酸钠（SG）两种螯合剂,分别按0、0.5%、1%、3%、5%的添加比例与粉状磷酸二铵混匀并挤压造粒,制备出普通磷酸二铵（P）、HEDP_0.5%+P、HEDP_1%+P、HEDP_3%+P、HEDP_5%+P、SG_0.5%+P、SG_1%+P、SG_3%+P和SG_5%+P等9种颗粒磷酸二铵试验产品。分别采用水溶出率法和CaCl₂沉淀法分析比较不同磷酸二铵试验产品的水溶性磷的溶解速率和固定率,并利用土壤培养法研究其肥际移动和转化特征。【结果】（1）添加HEDP和SG的磷酸二铵平均溶解速率较普通磷酸二铵分别提高27.7%和20.0%;HEDP和SG在5%和0.5%添加量时溶解速率最高,分别达5.1%·min^-1和4.8%·min^-1,溶解15 min的溶出率分别为76.6%和72.6%,较普通磷酸二铵提高39.2%和32.6%。（2）添加HEDP和SG,磷酸二铵中水溶性磷固定率分别降低10.3%和6.6%,与普通磷酸二铵相比,HEDP和SG添加量分别为5%和3%时水溶性磷固定率最低,分别为58.1%和61.3%,较普通磷酸二铵降低17.0%和11.8%。（3）HEDP+P和SG+P处理肥际土壤有效磷含量较普通磷酸二铵分别显著提高39.5%和21.2%,以HEDP+P肥际土壤有效磷含量更高。HEDP和SG添加量均在3%时肥际微域有效磷含量最高,分别为2.9和2.5 g·kg^-1,较普通磷酸二铵提高53.3%和31.9%。（4）HEDP+P和SG+P处理肥际微域Ca₂-P含量较普通磷酸二铵分别提高38.2%和43.0%,均在螯合剂添加量为3%时最高;在施肥层上下5 mm肥际微域范围内,HEDP+P和SG+P的处理Ca₈-P含量较P处理分别降低33.6%和14.5%,HEDP和SG添加量分别在0.5%和3%时肥际微域Ca₈-P含量最低,分别为0.9和1.5 g·kg^-1,较P处理分别降低53.4%和25.8%。（5）肥际微域中有效磷和Ca₂-P含量与磷肥的溶解速率显著正相关,与水溶性磷固定率显著负相关（P<0.01）。【结论】添加羟基乙叉二膦酸和葡萄糖酸钠均可促进磷酸二铵溶解,有效减少磷素固定,其中羟基乙叉二膦酸的助溶解及防固定效果更好,且当其添加量为3%时能更显著地提高肥际土壤有效磷含量,并减少Ca₂-P向Ca₈-P的转化。     

设施菜地土壤中速效磷是镉生物有效性的关键调控因子

通过田间实地调查与取样分析,运用简单相关、回归方程拟合和主成分分析等方法,研究了关中设施蔬菜种植区土壤中镉(Cd)的生物有效性及其与土壤速效磷含量(AP)、有机质含量(OM)和pH值等土壤基本理化性质的相关性,并研究了各基本理化因子对其的调控作用。结果表明:(1)研究区内设施菜地土壤中镉的有效态含量(DTPA浸提,CdA)与设施菜地土壤中速效磷含量、有机质含量和pH值均存在显著相关关系(P0.05),与土壤阳离子交换量、电导率不相关。(2)通过对土壤有效镉含量和与其呈显著相关关系的土壤基本理化性质指标分别进行回归方程拟合得出:y1[CdA]=0.501 5x1[AP]+0.010 6(R2=0.345 2,P0.01)、y2[CdA]=0.370 7x2[OM]+0.028 6(R2=0.139 0,P0.01)、y3[CdA]=-0.055 2x3[pH]+0.564 1(R2=0.050 9,P0.05),土壤中有效镉含量主要受以上三个因子的影响;通过多元回归方程拟合,土壤有效态镉含量的表达式为y4[CdA]=0.174 8+0.435 2x1[AP]+0.049 0lgx2[OM]-0.013 2x3[pH](R2=0.368 6,P0.01);主成分分析发现,土壤速效磷含量是设施菜地土壤中镉的生物有效性的关键调控因子。(3)研究区蔬菜果实中镉含量与土壤镉有效态含量的相关系数为0.464,高于其与土壤镉全量(CdT)的相关系数(0.387),从食品安全和健康风险控制的角度考虑,在设施菜地土壤污染风险评价中,认为以土壤镉有效态含量替代土壤镉全量可以更准确地表征土壤镉的安全风险。因此,设施蔬菜生产过程中,应严格控制土壤速效磷含量,以降低土壤有效镉含量,从而保证设施蔬菜产品的食品安全。     

氨基酸发酵尾液可促进樱桃番茄对水溶肥料氮素的吸收利用

【目的】 氨基酸发酵尾液因富含多种有机营养成分,近年来被作为增效材料在肥料生产领域广泛应用。本文利用15N标记技术,研究了氨基酸发酵尾液对水溶肥料氮素利用效果的影响。 【方法】 以樱桃番茄为供试作物进行盆栽试验。试验共设置8个肥料处理,分别为:焦磷酸钾和氯化钾为材料配制水溶肥料 (F,N–P₂O₅–K₂O比例为0–14–24);15N尿素 (15N丰度为10.46%)、焦磷酸钾和氯化钾为材料配制水溶肥料 (P,N–P₂O₅–K₂O比例为18–14–24);在两个肥料基础上分别添加谷氨酸发酵尾液 (H)、赖氨酸和苏氨酸混合尾液 (B) 和聚合谷氨酸尾液 (S) 配制水溶肥料FH、FB、FS、PH、PB和PS(发酵尾液添加量为200 g/L)。每个处理重复6次,随机区组排列。供试肥料于番茄定植、坐果、膨果、初果和盛果五个时期等量施入,其中,肥料P、PH、PB和PS按等尿素氮量施入,每次施入量为纯氮60 mg/kg风干土,肥料F、FH、FB和FS保持相同施入量。植株保留三穗果实打顶,收获后测量番茄株高、茎粗、生物量和产量,并对植株各部和收获后土壤中全氮含量和15N丰度进行测定。 【结果】 1) 水溶肥料添加氨基酸发酵尾液可以明显优化肥料氮素在促生、增产方面的作用效果。与P处理相比,PH、PB和PS处理的番茄株高、茎粗、地上部干重、根干重和果实产量分别平均增加17.7%、3.8%、8.5%、12.5%和4.8%。2) 水溶肥料添加氨基酸发酵尾液可以显著提高植株对肥料氮素的吸收量,增加叶片、果实等主要功能部位的肥料氮累积量,提高氮素利用率。较P处理,施用水溶肥料PH、PB和PS处理的番茄植株总氮吸收量、肥料氮吸收量分别平均增加8.1%和9.9%,叶片、果实等主要功能部位肥料氮累积量分别平均增加18.2%和8.0%,肥料氮素利用率平均提高9.9%。 【结论】 水溶肥料中添加氨基酸发酵尾液,可以显著促进作物生长,增加作物产量,促进作物对肥料氮的吸收累积,从而有效地提高作物对水溶肥料中氮素的吸收利用。      

腐植酸尿素对玉米生长及肥料氮利用的影响

【目的】 利用腐植酸对氮肥的增效作用,通过研究尿素中腐植酸添加量对玉米生长及肥料氮 (15N) 吸收、分配的影响,以期为腐植酸提高尿素肥效提供理论及实践依据。 【方法】 将腐植酸增效剂按 1%、5%、10%、20% 的比例分别添加到普通尿素中,利用熔融法制备四种腐植酸尿素试验产品 (HAU1、HAU2、HAU3 和 HAU4) ,在土柱栽培试验中利用同位素15N 示踪法,研究在等氮量 (施氮量 0.1 g/kg 干土) 投入情况下,尿素中腐植酸添加量对玉米生长,玉米肥料氮吸收、分配及肥料氮在不同土层分布的影响。 【结果】 与普通尿素处理 (U) 相比,1) 四种腐植酸尿素处理均可显著提高玉米地上部生物量和籽粒产量,分别提高 5.5%～13.8% 和 6.3%～17.3%,且随着腐植酸添加量的增加而提高。2) 腐植酸尿素提高了玉米籽粒、茎、穗轴中的肥料氮含量,但差异不显著,同时降低了苞叶中的肥料氮含量;腐植酸尿素可显著提高玉米地上部和籽粒肥料氮的吸收量,分别增加 11.6%～17.0% 和 16.8%～25.9%,但随着腐植酸添加量的增加,叶和苞叶中的肥料氮吸收量会有所降低;腐植酸尿素的肥料氮收获指数提高 2.5～4.2 个百分点。3) 腐植酸尿素可显著提高15N 肥料利用率和15N 肥料土壤残留率,并降低15N 肥料损失率,15N 肥料利用率提高 5.9～8.6 个百分点,15N 壤残留率提高 1.4～2.5 个百分点,损失率降低 7.3～11.2 个百分点。4) 玉米收获后,土壤中的肥料氮主要残留在 0—50 cm 土层,腐植酸尿素在 0—90 cm 土层中的肥料氮累积残留量比普通尿素高 5.2%～10.1%。 【结论】 与普通尿素相比,在腐植酸增效剂添加比例为 1%～20% 的范围内,腐植酸对尿素均具有较好的增效作用,随着腐植酸添加量的增加,玉米籽粒产量逐渐增加;腐植酸还可促进玉米叶片和苞叶中的肥料氮向籽粒的转运,提高玉米肥料氮收获指数及籽粒肥料氮吸收量;同时还可提高尿素在土壤中的残留量,减少氮素淋溶损失。      

腐植酸促进植物生长的机理研究进展

【目的】腐植酸在我国农业生产中发挥了重要作用,许多研究证实,腐植酸具有促进植物生长的功能,本文从腐植酸刺激植物根系生长、调控土壤与肥料养分转化及肥料利用率和影响土壤微生物和酶活性方面,系统总结了国内外施用腐植酸促进植物生长的途径,阐述了腐植酸对植物生长促进作用的机理,旨在梳理腐植酸促进植物生长机理的研究现状,为腐植酸的进一步研究和应用提供参考依据。[主要进展]1）腐植酸能够对植物产生类似生物刺激素的效应。它能够提高植物根系H+-ATP酶等的活性、刺激植物根伸长和侧根生长点的增加,从而增加根系活力及植物根系与土壤养分的接触面积,增加植物对养分的吸收;2）逆境胁迫下,腐植酸能够通过调节植物体内的新陈代谢并改善植物生长环境,缓解甚至消除逆境胁迫对植物的伤害,从而促进植物生长;3）腐植酸能够通过与氮素、磷素和钾素发生结合效应,与磷酸盐产生竞争效应和对钾离子的吸附作用固持与活化土壤与肥料中的养分,提高土壤肥料有效性和缓释性能,提高肥料利用率,从而促进植物生长;4）腐植酸还能够影响土壤中与养分转化相关的酶活性和微生物群落结构及数量,在活化养分的同时,保蓄养分,降低养分的损失,为植物生长保障持久的养分供应;5）腐植酸对植物生长的促进效应受腐植酸结构特征、添加量和供试植物种类等因素的影响。[建议与展望]由于技术手段的限制和研究技术的差异,人们对腐植酸促进植物生长机理的认识还不够系统和深入,因此,腐植酸的基本特征、影响腐植酸作用的主控因子、土壤-植物系统中腐植酸促进植物生长的主要途径和腐植酸对土壤功能性微生物等的影响都将成为未来研究的重要方向。     

葡萄糖改性尿素的反应特征及其对尿素转化率的影响

  【目的】  利用葡萄糖对尿素改性可延缓尿素水解,提高尿素氮肥利用率。从葡萄糖与尿素的反应特征、产物结构方面,研究其作用机理及葡萄糖添加量对尿素分解的影响。  【方法】  将葡萄糖按10%的比例加入到熔融尿素中获得葡萄糖改性尿素,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和液相色谱–质谱联用(LC-MS)分析葡萄糖改性尿素的化学结构、物质组成和相对分子质量。将葡萄糖按照0.2%、0.5%和1.0%的比例添加到熔融尿素中制备出3种比例的葡萄糖改性尿素,在3个样品分别加入脲酶溶液(1 U/mg),于(25±2)℃恒温箱中培养30 min后,用比色法测定剩余尿素的含量,计算尿素的分解率。  【结果】  1)葡萄糖与尿素反应后,FTIR位于1599 cm?1处伯酰胺NH₂变角振动消失,3441 cm?1处伯胺NH₂反对称伸缩振动强度减弱,推测葡萄糖与尿素胺基发生反应,XPS C 1s和N 1s图谱分别出现未知形态的碳结构(―C_X)和氮结构(―N_X),醛基碳(―CHO)消失,O 1s图谱发现醛基的C=O化学键发生断裂,证明葡萄糖的醛基与尿素的胺基反应生成了新的产物。依据LC-MS分析,葡萄糖中的醛基与尿素的胺基发生亲核加成反应,生成了含有C=N结构的物质。2)与普通尿素的分解率(20.16%)相比,添加0.2%、0.5%和1.0%比例的葡萄糖改性尿素的转化率分别为15.5%、3.3%、11.0%,其中葡萄糖添加比例为0.5%的改性尿素处理降幅高达16.9个百分点。  【结论】  尿素熔融条件下加入葡萄糖,葡萄糖的C=O化学键断裂,碳原子与尿素中的氮原子结合形成C=N键。C=N键结构的存在延缓了尿素的水解,进而显著降低了脲酶对其分解率。葡萄糖添加量对葡萄糖改性尿素的分解率影响显著,以葡萄糖添加比例为0.5%的处理效果最佳。