王 偉，胡 鈺，孫志玲，蔡姍姍，李玉梅，李 艷，魏 丹，孫 磊

（1.黑龍江省黑土保護(hù)利用研究院，黑龍江 哈爾濱 150028；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院 植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100081）

0 引言

磷是植物生長必需的營養(yǎng)元素，對(duì)大豆生長發(fā)育有著重要作用［1］，土壤中少部分有機(jī)磷可被農(nóng)作物所利用［2］。磷肥施入土壤后，由于土壤的固定和吸附作用，僅有小部分磷溶解在土壤溶液中被農(nóng)作物吸收利用，降低了磷肥利用率［3］。大量施用磷肥，土壤磷素不斷積累，并通過淋濾的方式流失引起水體富營養(yǎng)化［4］。

沸石是一種多孔狀堿金屬和堿土金屬的硅鋁酸鹽礦物，由硅氧四面體（SiO4） 和鋁氧四面體（AlO4）構(gòu)成的獨(dú)特三維骨架決定了其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有良好的應(yīng)用性能。因?yàn)殇X是+3 價(jià)，硅是+4價(jià)，所以每個(gè)骨架鋁原子的引入都會(huì)相應(yīng)地產(chǎn)生一個(gè)單位的負(fù)電荷。為了保持沸石的電中性，沸石骨架需要吸附陽離子（如Na+、K+、Ca2+等）來平衡電荷，且不同的陽離子之間可以自由交換［5］，良好的陽離子吸附和交換性能，為沸石應(yīng)用于緩釋肥料提供了可能。沸石施入土壤后不但能提高化學(xué)肥料的利用率、改良土壤、保持土壤水分，還能修復(fù)土壤重金屬污染［6-7］，因此，沸石基緩釋肥料作為一種新型肥料具有良好的應(yīng)用前景［8］。

魏莎等［9］發(fā)現(xiàn)利用天然沸石作為土壤調(diào)理劑，能在一定程度上提高土壤速效磷的含量。邵宗臣等［10］研究發(fā)現(xiàn)，施用沸石能明顯改變土壤中不同形態(tài)無機(jī)磷的組成，提高土壤中水溶性磷的含量，并增加磷肥的生物有效性。趙斌等［11］研究表明，沸石包膜重過磷酸鈣（以下簡稱重鈣）肥料在土壤和石英砂中的磷素釋放速率明顯慢于普通重鈣肥料。李錄久［12］指出，沸石可以提高農(nóng)作物地上部各器官的磷含量，促進(jìn)其從根部運(yùn)輸?shù)降厣喜壳o葉，提高磷肥利用率。胡鈺［13］研究表明，沸石包膜重鈣肥料能顯著減少磷素的淋失，其中，在石英砂中施用20%沸石包膜重鈣肥料減少磷素淋失的效果最為顯著。沸石包膜重鈣肥料對(duì)大豆生長發(fā)育有明顯的促進(jìn)作用，施用20%沸石包膜重鈣肥料可以顯著提高大豆產(chǎn)量。

筆者利用沸石礦物材料和聚乙烯醇對(duì)普通重鈣進(jìn)行包膜制成沸石包膜重鈣肥料，并開展淋溶實(shí)驗(yàn)和田間試驗(yàn)探討其磷素釋放特性及生物效應(yīng)，以期為沸石包膜重鈣肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的進(jìn)一步研究、推廣及應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和參考。

1 材料與方法

1.1 材料

植物：供試大豆品種為黑河43。

肥料：尿素，w（N）為46%；重鈣，w（P2O5）為46%；氯化鉀，w（K2O）為60%；沸石包膜重鈣1（FT1），w（P2O5）為41.4%，w（沸石）為10%；沸石包膜重鈣2（FT2），w（P2O5）為36.8%，w（沸石）為20%。

包膜材料：沸石，粒徑≤0.025 mm；羧甲基纖維素鈉，分析純；聚乙烯醇。

1.2 包膜肥料的制備

將沸石末置于烘箱中在105 ℃條件下烘干2 h，取出備用。稱取聚乙烯醇5 g置于玻璃燒杯中，加入去離子水100 mL 和甲醛5 mL，然后于磁力攪拌器上攪拌10 min，使物料混合均勻。再將燒杯放入恒溫水浴鍋中，逐漸升溫使聚乙烯醇溶解，并不斷攪拌，在80 ℃恒溫條件下保持30 min。

稱取重鈣270 g置于勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的容器中，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的羧甲基纖維素鈉溶液噴灑于其表面，使顆粒表面形成一層黏液，將15 g沸石末撒在顆粒表面，并轉(zhuǎn)動(dòng)容器片刻，使顆粒表面形成一層緊密的包裹層，再噴灑一部分熱聚乙烯醇溶液以浸潤包裹層，再撒15 g沸石末，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)容器，直到黏結(jié)劑完全浸潤包裹層中，重復(fù)上述過程3～4次，包膜完成后將肥料敞開放置24 h使包裹層固化，得到沸石包膜重鈣1（FT1）。稱取240 g 重鈣，用同樣方法，分2次分別撒施30 g沸石末制備沸石包膜重鈣2（FT2）。

1.3 淋溶實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

土柱淋溶實(shí)驗(yàn)：參照PARAMASIVAM 等［14］提出的方法，向預(yù)先用孔徑為0.074 mm 濾布封底口（在濾布上墊少量的玻璃棉）的聚氯乙烯塑料管（內(nèi)徑5 cm，高40 cm）中模擬耕層以1.3 g/cm3的容重先裝入土壤（經(jīng)風(fēng)干處理，并過2 mm 篩） 200 g（約10 cm高），再在其上按同樣緊實(shí)度裝入土壤與肥料的混合物200 g（w（P）1 000 mg/kg），上面再以少量砂子（25 g）覆蓋以防加水時(shí)擾亂土層。以不加肥料的土柱作為對(duì)照，每個(gè)處理重復(fù)3 次。第1 次根據(jù)土壤的飽和水含量先加入100 mL去離子水使土壤水分接近飽和，培養(yǎng)1 d；再向淋溶柱中加入50 mL去離子水，收集5 h 內(nèi)的淋溶液，淋溶結(jié)束后以刺有小孔的保鮮薄膜封閉塑料管上口，室溫下培養(yǎng)2 d，用50 mL去離子水進(jìn)行第2 次淋溶；以后每隔2 d按同樣方法進(jìn)行操作，淋溶后收集淋溶液并分析各次淋溶液的全磷、有效磷含量。

石英砂淋溶實(shí)驗(yàn)：以洗凈的石英砂代替土柱，淋溶步驟與土柱淋溶實(shí)驗(yàn)相同（第1次淋溶前也加100 mL去離子水）。

1.4 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019 年在嫩江試驗(yàn)園區(qū)進(jìn)行，試驗(yàn)用土為黑土，質(zhì)地為黏壤，取土深度范圍為0～20 cm耕層土壤，w（有機(jī)質(zhì)）32.6 g/kg，w（堿解氮）、w（P2O5有效）、w（K2O速效）分別為147.7、45.0、189.8 mg/kg。

共設(shè)5個(gè)施肥處理（見表1），全部肥料作基肥施入，每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，每小區(qū)面積為39 m2。收獲后測(cè)定大豆的株高、百粒質(zhì)量、秸稈干質(zhì)量。

表1 各施肥處理肥料用量 kg/hm2

1.5 分析方法

全磷測(cè)定采用NaOH 熔融-鉬銻抗比色法［15］；速效磷測(cè)定采用碳酸氫鈉-鉬藍(lán)比色法［16］。

1.6 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2003完成數(shù)據(jù)計(jì)算及圖表繪制，利用SPSS19.0 軟件進(jìn)行相關(guān)性及顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 沸石包膜重鈣對(duì)磷素釋放特征的影響

2.1.1 沸石包膜重鈣在土壤中磷素淋溶特征

不同類型肥料在土壤中全磷淋溶情況如圖1所示。由圖1可以看出，3種肥料通過7次（14 d）土柱淋溶實(shí)驗(yàn)，全磷淋溶積累量為FT2＞重鈣＞FT1，與重鈣相比，F(xiàn)T2 全磷淋溶量增加31.83%，F(xiàn)T1減少19.72%。從3種肥料全磷的釋放曲線可以看出，全磷淋溶濃度呈波動(dòng)變化趨勢(shì)，施用重鈣和FT1，全磷濃度均在第6 次（第12 天）淋溶時(shí)達(dá)到最大值，而后下降。由此可見，在土壤中施用FT1能減少全磷淋溶量；施用FT2增加全磷淋溶量，可能是增大沸石與重鈣的質(zhì)量比，加速重鈣溶解，溶解的磷超出了沸石的吸附能力，增加了土壤全磷淋溶量。

圖1 不同類型肥料在土壤中全磷淋溶情況

不同類型肥料在土壤中有效磷淋溶情況如圖2所示。由圖2 可以看出，3 種肥料通過7 次（14 d）土柱淋溶實(shí)驗(yàn)，有效磷淋溶積累量為重鈣＞FT2＞FT1，與重鈣相比，F(xiàn)T2 有效磷淋溶量減少2.52%，F(xiàn)T1 減少41.67%。從3 種肥料有效磷的釋放曲線看，淋溶7次后，重鈣和FT2的有效磷淋溶濃度仍有較強(qiáng)的升高趨勢(shì)，F(xiàn)T1在第6次淋溶（第12天）時(shí)有效磷濃度達(dá)到最大值，而后下降。由此可見，在土壤中施用FT1肥料對(duì)減少有效磷淋溶的效果更好。

圖2 不同類型肥料在土壤中有效磷淋溶情況

2.1.2 沸石包膜重鈣在石英砂中磷素淋溶特征

不同類型肥料在石英砂中全磷淋溶情況如圖3所示。由圖3可知，3種肥料通過7次（14 d）石英砂柱淋溶實(shí)驗(yàn)，全磷淋溶累積量為FT2＞重鈣＞FT1，與重鈣相比，F(xiàn)T2 全磷淋溶量增加9.91%，F(xiàn)T1 減少7.30%。從3 種肥料全磷的釋放曲線上看，施用FT2 在第1 次（第2 天）淋溶時(shí)淋溶液全磷濃度達(dá)到最大，而后呈逐漸下降趨勢(shì)，施用重鈣在第3 次（第6 天）淋溶時(shí)淋溶液全磷濃度達(dá)到最大，施用FT1 在第2 次（第4 天）淋溶時(shí)淋溶液全磷濃度達(dá)到最大值，第4次淋溶后，全磷濃度平緩下降。3種磷肥在石英砂中全磷淋溶累積量明顯高于土壤；在石英砂中施用FT1 能減少全磷淋溶量，但較在土壤中施用效果差，可能是沸石在石英砂中的吸附能力較土壤中小，增加了全磷淋溶量；施用FT2增加全磷淋溶量。

圖3 不同類型肥料在石英砂中全磷淋溶情況

不同類型肥料在石英砂中有效磷淋溶情況如圖4所示。由圖4可知，3種肥料通過7次（14 d）石英砂柱淋溶實(shí)驗(yàn)，有效磷淋溶累積量為FT2＞重鈣＞FT1，與重鈣相比，F(xiàn)T2 有效全磷淋溶量增加7.64%，F(xiàn)T1減少1.49%。從3種肥料有效磷的釋放曲線來看，3種肥料有效磷在前期淋溶中，表現(xiàn)出“集中爆發(fā)式”釋放特征。3 種肥料在石英砂中有效磷淋溶累積量明顯高于土壤。由此可見，在石英砂中施用FT1 能減少有效磷淋溶量，但較在土壤中施用效果差，可能是沸石在石英砂中的吸附能力較土壤中小，增加了有效磷淋溶量；施用FT2增加有效磷淋溶量。

圖4 不同類型重鈣在石英砂中有效磷淋溶情況

2.2 沸石包膜重鈣對(duì)大豆生長及產(chǎn)量的影響

沸石包膜重鈣對(duì)大豆生長及產(chǎn)量的影響見表2。由表2 可知，與習(xí)慣施肥處理相比，優(yōu)化施肥處理的株高和秸稈量增加3.17%和5.10%，產(chǎn)量下降2.82%。優(yōu)化施肥處理與優(yōu)化施肥-不施磷處理相比，優(yōu)化施肥-不施磷處理株高降低1.62%，產(chǎn)量下降3.14%；與優(yōu)化施肥處理相比，優(yōu)化施肥減磷25%（FT1）處理和優(yōu)化施肥減磷25%（FT2）處理的株高分別降低3.74%和5.95%，產(chǎn)量分別提高3.86%和9.99%。施用20%沸石包膜重鈣肥料對(duì)促進(jìn)大豆生產(chǎn)和提高產(chǎn)量效果更好。

表2 沸石包膜重鈣對(duì)大豆生長及產(chǎn)量的影響

3 討論

通過電子顯微鏡觀察，沸石結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙較多、較大，這與姜新福等［17］的研究結(jié)果一致。石勤等［18］指出，沸石的類型和粒徑、施用量，土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)，以及肥料的類型和來源影響沸石基緩釋肥料的性能。本研究中通過土柱淋溶實(shí)驗(yàn)和石英砂淋溶實(shí)驗(yàn)得出，施用10%沸石包膜重鈣肥料能減少磷素淋溶損失，且在土壤中施用效果更好，施用20%沸石包膜重鈣肥料增加全磷淋溶量，這與胡鈺［13］的研究結(jié)果不一致，原因可能是實(shí)驗(yàn)土壤不同，實(shí)驗(yàn)所用沸石包膜重鈣肥料是由實(shí)驗(yàn)室制備，工藝尚未成熟，也可能是導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致的原因。施用20%沸石包膜重鈣肥料增加全磷淋溶量，可能是沸石與磷礦的質(zhì)量比值增大，加速重鈣溶解，但溶解的磷量超出了沸石的吸附能力，增加了全磷淋溶量。華利民［19］研究表明，增施磷肥能促進(jìn)根瘤生長，提高大豆固氮能力，提高大豆產(chǎn)量。施用沸石包膜重鈣肥料能提高土壤全磷和有效磷含量，提高大豆產(chǎn)量，施用20%沸石包膜重鈣肥料效果更好，這與胡鈺［13］研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

10%沸石包膜重鈣肥料能減少全磷、有效磷淋溶量，在土壤中的施用效果比石英砂中更好。20%沸石包膜重鈣肥料增加全磷淋溶量。

優(yōu)化施肥能促進(jìn)大豆生長，增加株高。優(yōu)化施肥水平下，施用沸石包膜重鈣肥料能提高大豆產(chǎn)量，施用20%沸石包膜重鈣肥料效果更好。