王連林,楊全慶,張志成，曹連志，江 瑤

(1.河北省玉田縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃辦公室 河北玉田 064100； 2.河北省玉田縣農(nóng)牧局 河北玉田 064100)

雙螯合多微復(fù)混肥的開發(fā)*

王連林1,楊全慶2,張志成2，曹連志2，江 瑤2

(1.河北省玉田縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃辦公室 河北玉田 064100； 2.河北省玉田縣農(nóng)牧局 河北玉田 064100)

當(dāng)前我國化肥生產(chǎn)與應(yīng)用中存在著嚴(yán)重的營養(yǎng)元素比例不協(xié)調(diào)、中微量元素缺失、土壤pH制約各種養(yǎng)分充分發(fā)揮作用這三大問題。針對化肥生產(chǎn)與應(yīng)用中存在的問題，結(jié)合各種作物對大量元素的吸收利用比例，目標(biāo)產(chǎn)量對中微量元素、各種氨基酸、腐殖酸的吸收消耗與土壤供給能力，土壤中有機(jī)質(zhì)、黃腐酸等對作物發(fā)育的影響程度，以氮、磷、鉀三大元素1.0∶0.3～0.5∶1.0的最佳質(zhì)量配比，輔以螯合態(tài)微量元素，配以氨基酸、腐殖酸、黃腐酸等活性物質(zhì)，開發(fā)出雙螯合多微復(fù)混肥。研究表明，施用雙螯合多微復(fù)混肥，對發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)、無公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)具有重要意義。

新型肥料 復(fù)混肥 開發(fā)

1 目前我國化肥生產(chǎn)與應(yīng)用中面臨的突出問題

我國單位耕地面積化肥的施用量是世界平均用量的3.75倍，是發(fā)達(dá)國家的8.85倍[1]。據(jù)農(nóng)業(yè)部最新發(fā)布的《中國三大糧食作物肥料利用率研究報(bào)告》，目前我國水稻、玉米、小麥三大糧食作物的氮肥、磷肥和鉀肥當(dāng)季平均利用率分別為33%，24%和42%，遠(yuǎn)低于世界平均水平，并且造成我國土壤質(zhì)量呈下降趨勢，面源污染和地下水污染較為嚴(yán)重。多種跡象表明，傳統(tǒng)化學(xué)肥料正在逐漸走向困境，而新型肥料的替代效應(yīng)正在逐漸顯現(xiàn)[1]。

長期以來，我國肥料的利用率低，養(yǎng)分流失嚴(yán)重，究其原因，主要是30多年大量元素肥料的不均衡施用，造成土壤中不同營養(yǎng)元素的富集，給大部分土壤造成了一定程度的破壞。主要表現(xiàn)為土壤活力下降、土壤板結(jié)和鹽漬化嚴(yán)重、有機(jī)質(zhì)含量不適宜高產(chǎn)高品質(zhì)需求、有益微生物銳減、蚯蚓消跡、有的菜區(qū)根結(jié)線蟲病蔓延、化肥報(bào)酬遞減等，隨之而來的是對土壤造成污染，相應(yīng)的土傳病害嚴(yán)重，作物缺素癥在一些集中產(chǎn)區(qū)發(fā)生，進(jìn)而影響作物的正常生長，給農(nóng)民收入造成損失，給食品安全帶來了隱患[2- 3]，特別是當(dāng)前肥料生產(chǎn)與應(yīng)用所面臨的三大突出問題亟待解決。

(1)化肥中營養(yǎng)元素的比例不協(xié)調(diào)

眾多的試驗(yàn)研究與生產(chǎn)實(shí)踐證明，糧食、水果、蔬菜、油、麻等作物對氮、磷和鉀的吸收量有差異，但比例趨勢是一致的，即N∶P2O5∶K2O=1.0∶0.3～0.5∶1.0～1.3(質(zhì)量比，下同)[4]，但目前多數(shù)企業(yè)所生產(chǎn)的化肥的N∶P2O5∶K2O=1∶1∶1，如15- 15- 15，16- 16- 16和17- 17- 17。據(jù)全國農(nóng)技推廣中心調(diào)查，上述3個(gè)配方的肥料占農(nóng)民選購肥料總量的90%以上。從作物對氮、磷、鉀的吸收比例分析，P2O5供給量比實(shí)際植物吸收利用量多1倍，致使P2O5的拮抗作用影響了整個(gè)化肥體系的轉(zhuǎn)化利用率，從而導(dǎo)致缺素癥、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降、病害嚴(yán)重等問題的發(fā)生[5]。

(2)中微量元素缺失

目前，國內(nèi)化肥品種繁雜而多，但大多數(shù)都是以氮、磷、鉀為核心變換比例，缺乏中微量元素，造成土壤養(yǎng)分供應(yīng)不均衡，違背了作物所需營養(yǎng)元素的“不可代替率”[6]。

(3)土壤pH限制營養(yǎng)元素作用的發(fā)揮

土壤pH會影響微量元素的利用。多數(shù)試驗(yàn)顯示，鐵、錳、銅、鋅、硼5種微量元素被作物利用的pH在5.5～6.5；肥料學(xué)測定pH在5以下或7以上，微量元素的活性會降低，甚至發(fā)生沉淀而不能被利用[7- 8]。

2 雙螯合多微復(fù)混肥的研發(fā)

面對化肥生產(chǎn)與應(yīng)用所面臨的三大問題，在遵循土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分現(xiàn)狀的情況下，以“最小養(yǎng)分律”為理論基礎(chǔ)[9]，結(jié)合氨基酸、腐殖酸、黃腐酸對土壤改良修復(fù)和對植物根、莖、葉以及葉綠素合成的激活作用[10- 11]，配以植物同化酶、轉(zhuǎn)氨酶、糖化酶等所必需的中微量元素，在充分考慮各營養(yǎng)元素的拮抗與促進(jìn)作用[12]的前提下，通過螯合工藝解決各元素之間的拮抗反應(yīng)，并利用原、輔料重組調(diào)節(jié)，在中微量元素能充分發(fā)揮作用的pH范圍內(nèi)(5.5～6.5)，實(shí)現(xiàn)拮抗元素在螯合態(tài)結(jié)構(gòu)下的高度同化與緩慢釋放，保證在作物不同生育時(shí)期對不同營養(yǎng)元素的吸收利用效果[13- 14]。灃田寶農(nóng)業(yè)科技有限公司經(jīng)10多年探索與實(shí)踐，結(jié)合各種作物對大量元素的吸收利用比例，目標(biāo)產(chǎn)量對中微量元素、各種氨基酸、腐殖酸的吸收消耗與土壤供給能力，土壤中有機(jī)質(zhì)、黃腐酸等對作物發(fā)育的影響度，以氮、磷、鉀三大元素1.0∶0.3～0.5∶1.0的最佳比例，輔以螯合態(tài)微量元素，配以氨基酸、腐殖酸、黃腐酸等活性物質(zhì)，完成了EDTA與氨基酸雙螯合多微添加劑及復(fù)混肥的研制。

2.1 雙螯合多微添加劑研發(fā)的技術(shù)理論

多年來，普遍認(rèn)為除了碳、氫、氧和氮之外，僅有幾種礦質(zhì)元素(灰分元素)是植物正常生長發(fā)育所必需的，即磷、鉀、鈣、鎂、硫。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，又證實(shí)了植物生長還需要若干微量元素，最重要的是硼、錳、鋅、鐵、銅和鉬，一些高等植物還需要鈷、鎳等元素，一些低等植物還需鋁、釩、鈧、鎵、鎢等元素。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，增施肥料是提高農(nóng)作物產(chǎn)量的一項(xiàng)主要措施，一般正常情況下，投入多才能產(chǎn)出多。若從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，農(nóng)作物需要的肥料可看作一個(gè)系統(tǒng),氮、磷、鉀及各種微量元素是此系統(tǒng)的組成因素,各種元素比例是否合理與產(chǎn)出效果有著密切的關(guān)系。

1843年，德國著名的農(nóng)業(yè)化學(xué)家李比西提出了“最小養(yǎng)分律”，即當(dāng)土壤中某一種養(yǎng)分短缺或不足時(shí)，其他養(yǎng)分再多，植物生長也會受到抑制，此短缺養(yǎng)分被稱為“最小養(yǎng)分”，后引伸為“限制因子論”。施肥時(shí)，應(yīng)首先補(bǔ)充此最小養(yǎng)分元素以維持土壤養(yǎng)分的平衡。近年來，我國有些地方化肥施用量增速驚人，但微量元素肥料卻沒有使用，而氮、磷等常量化肥作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)物質(zhì)技術(shù)因素組成之一已超越了其他因素，經(jīng)濟(jì)效益和增產(chǎn)效應(yīng)受到了微量元素等因素的制約，不能得到很好發(fā)揮。隨著化肥施用量的提高，微量元素肥料的推廣使用顯得越來越重要。

眾多試驗(yàn)研究表明，微量元素參與許多酶系統(tǒng)的活動，在氮、磷、碳的代謝過程中以及生物氧化過程中均有微量元素參與，呼吸作用、光合作用、碳水化合物的運(yùn)轉(zhuǎn)均離不開微量元素。因此，微量元素在植物體內(nèi)占有舉足輕重的地位，起著不可忽視的作用。鐵是植物體內(nèi)一些重要酶的輔基，如細(xì)胞色素、細(xì)胞色素氧化酶、過氧化氫酶等，在植物體內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)主要以檸檬酸絡(luò)合物形態(tài)存在，由于其常位于一些重要氧化還原酶結(jié)構(gòu)上的活性部位，起著電子傳遞的作用，因而對糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等物質(zhì)代謝過程中還原反應(yīng)的催化有著重要的影響，并與葉綠素形成以及碳、氮代謝有著密切聯(lián)系，其主要作用包括有助于葉綠素的形成、促進(jìn)氮素代謝和增強(qiáng)抗病能力[15- 16]。鋅是碳酸酐酶、胸腺嘧啶核苷激酶、DNA和RNA聚合酶、堿性磷酸酶、胰腺羥基肽酶及乳酸脫氫酶的主要成分，這些酶與生長素的合成、光合作用以及干物質(zhì)的積累有關(guān)，因此，鋅的主要作用包括增強(qiáng)光合作用、促進(jìn)氮素代謝、有利于生長素的合成、增強(qiáng)抗逆性[17- 18]和抑制植物對有毒元素鎘的吸收[20]。銅在植物體內(nèi)的功能是多方面的，是多種酶的組成部分，參與碳素同化、氮素代謝、呼吸作用以及氧化還原過程，其主要作用包括增強(qiáng)光合作用、有利于生長發(fā)育、提高抗病能力以及增強(qiáng)抗寒、抗旱、抗熱能力[20]。硼是作物生長必需的微量元素之一，硼充足時(shí)，能促進(jìn)植物體內(nèi)糖的運(yùn)輸，改善植物各器官有機(jī)物質(zhì)的供應(yīng)；可促進(jìn)細(xì)胞分裂和生長，促進(jìn)木質(zhì)素的生物合成；促進(jìn)花粉的萌發(fā)，促進(jìn)花粉管和根的生長[20]。錳也是作物生長的必需元素之一，它是許多呼吸酶的活化劑，能提高植株的呼吸強(qiáng)度，促進(jìn)碳水化合物的水解；調(diào)解體內(nèi)氧化還原過程，保持對鐵元素吸收的比例平衡；在葉綠體內(nèi)具有結(jié)構(gòu)作用，同時(shí)對于氮素代謝有重要影響，參與硝酸還原過程，促進(jìn)氨的形成[21]。鉬是植物體內(nèi)硝酸還原酶和固氮酶的組成部分，其主要作用是與電子傳遞系統(tǒng)相聯(lián)系，對于豆科作物來說具有十分重要的作用[22]。

多項(xiàng)研究表明，影響微量元素吸收利用的主要因素有5個(gè)方面：①土壤含水率。土壤含水率是影響微量元素有效性的一個(gè)主要因素，植物通過根部獲取土壤中的營養(yǎng)元素主要是以截獲、擴(kuò)散和質(zhì)流3種途徑進(jìn)行的，其中質(zhì)流是植物獲取營養(yǎng)的主要途徑，限制質(zhì)流的主要因素是土壤含水率，干旱土壤內(nèi)部質(zhì)流作用明顯低于濕潤土壤，從而在很大程度上降低了土壤中微量元素的有效性[22]。②土壤pH。pH是與微量元素有關(guān)的最重要的因子，正常的土壤pH在5～8。有的酸性土壤的pH小于4，堿性土壤則高達(dá)11，在這個(gè)pH范圍內(nèi)，許多微量元素形成難溶的氫氧化物沉淀，嚴(yán)重影響了微量元素的移動能力，從而降低了微量元素的有效性[23- 24]。③有機(jī)質(zhì)。土壤中有機(jī)質(zhì)含量高，有助于提高微量元素的有效性，這是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)中富含多種有機(jī)酸，可以溶解相當(dāng)一部分的微量元素，同時(shí)有機(jī)質(zhì)的存在也有助于減少微量元素與土壤顆粒的接觸，減少被固定的可能性，并隨著有機(jī)酸在土壤中流動，有助于微量元素在土壤中向根部的遷移，從而提高其有效性[25]。④氧化還原電位。氧化還原電位對一些微量元素的可給性有深刻的影響，特別是漬水土壤，如水稻土。通氣良好的土壤氧化還原電位介于400～700 mV，而在高度還原的漬水土壤中，則可能低至-300 mV。當(dāng)氧化還原電位發(fā)生改變時(shí)，鐵和錳的價(jià)態(tài)與結(jié)合狀態(tài)都會發(fā)生改變，如鐵在漬水狀態(tài)由三價(jià)鐵降為二價(jià)鐵，有效性得到提高，錳也隨著氧化還原電位的降低而增強(qiáng)自身的有效性[26]。⑤土壤質(zhì)地。由于土壤中的黏粒部分有助于富集各種營養(yǎng)元素，所以當(dāng)土壤中黏粒比例增加，在一定程度上也增加了土壤中微量元素的含量。各種黏粒礦物對微量元素的吸附能力大小為蛭石>鎂黏土>白云母>黑云母>斑脫石>高嶺石[27]。其他影響微量元素有效性的因素還有成土母質(zhì)、植物吸收、微生物活動以及人類活動等[22]。此外，稀土元素能夠調(diào)整植物細(xì)胞內(nèi)生化代謝網(wǎng)絡(luò)，維持植物自由基防御系統(tǒng)，增強(qiáng)植物對環(huán)境改變的耐受幅度。將外源的稀土元素(鑭、釹等)及其配合物加入到一般的肥料之中，也會影響植物細(xì)胞對土壤中微量元素的吸收和土壤微量元素的有效性[22]。

微量元素與果實(shí)品質(zhì)關(guān)系十分密切，對提高水果品質(zhì)有明顯的促進(jìn)作用，可增加維生素C含量、減少裂果率、延長保鮮時(shí)間、提高耐儲性。研究表明：噴施微肥對桃和草莓的維生素C、糖、酸等含量有很大影響；無籽西瓜施用鋅、硼等微肥，果皮變薄，可溶性固形物增加，中心部位與邊緣的可溶性固形物含量變化梯度減??；施用鋅+硼的西瓜邊緣部位的含糖量相當(dāng)于對照區(qū)西瓜中心部位含糖量，西瓜的甜度品質(zhì)大大改善[28]。

2.2 雙螯合多微復(fù)混肥的特點(diǎn)

雙螯合多微復(fù)混肥的主要特點(diǎn)如下：

(1)氮、磷、鉀嚴(yán)格按照作物所需配比，因其含有氨基酸、腐殖酸、黃腐酸、有機(jī)質(zhì)等，在效能上具有速效與緩釋、穩(wěn)控功能，使植物生長發(fā)育的每一個(gè)時(shí)期都能充分補(bǔ)給養(yǎng)分，不會出現(xiàn)浪費(fèi)和拮抗現(xiàn)象。

(2)在保證氮、磷、鉀三大營養(yǎng)元素供給的同時(shí)，將中量元素鈣、鎂、硫，微量元素鐵、錳、鋅、銅、硼、鉬和各種有機(jī)酸、有機(jī)質(zhì)等14種物質(zhì)復(fù)混配制于一體，植物在生長過程中不會出現(xiàn)缺素癥。

(3)在合成工藝中，通過添加碳酸氫銨等堿性調(diào)節(jié)劑將pH調(diào)整至5.5～6.5，產(chǎn)品施入土壤后，可對植物根際周圍土壤的pH進(jìn)行微觀調(diào)控，確保微量元素高效釋放和轉(zhuǎn)化，也是大、中量元素利用率最佳的條件之一，從而保證了作物對全元素的吸收利用。

(4)由于選用了特殊的螯合劑，使各元素之間不拮抗，相互協(xié)調(diào)。

(5)輔助添加植物生長與土壤調(diào)節(jié)劑，科學(xué)激活元素的轉(zhuǎn)化利用，使養(yǎng)分供應(yīng)充足，同時(shí)還具有釋放土壤中潛在養(yǎng)分的功能。

3 結(jié)語

肥料的復(fù)合化、多樣化，生產(chǎn)工藝的螯合化是肥料發(fā)展的趨勢。研究表明，施用雙螯合多微復(fù)混肥具有促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，有利于土壤中水、肥、氣、熱狀況的調(diào)節(jié)，改造貧瘠土壤及鹽堿地以及促進(jìn)土壤微生物的活性等功效，對發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)、無公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)具有重要意義。

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Development of Double Chelated Multi- Microelement Compound Fertilizer

WANG Lianlin1, YANG Quanqing2, ZHANG Zhicheng2, CAO Lianzhi2, JIANG Yao2

(1.Agriculture Planning Office of Yutian Country, Hebei Province Hebei Yutian 064100; 2.Agriculture and Animal Husbandry Bureau of Yutian Country, Hebei Province Hebei Yutian 064100)

There are three main problems in production and application of chemical fertilizer in China, they are serious disproportion of nutrients, lack of secondary and microelement nutrients, and conditioned functioning of nutrients caused by soil pH. In connection with problems in production and application of chemical fertilizers, based on absorption and consumption of secondary and microelements, different types of amino acid and humic acid corresponding to target yield, soil supply ability, and the effect of organic maters, fulvic acid etc. in soil on crop development, with optimum mass ratio of three major elements N∶P∶K of 1.0∶0.3～0.5∶1.0, accompanied by chelated microelements, supplemented by active substances such as amino acid, humic acid, fulvic acid, etc., the double chelated multi-microelement compound fertilizer is developed. Study shows that the application of double chelated multi- microelement compound fertilizer has an important significance in development of sustainable agriculture, and production of pollution free agricultural product.

new type of fertilizer compound fertilizer development

河北省科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目子課題，項(xiàng)目編號15227533。 作者簡介：王連林(1962—)，男，高級農(nóng)藝師，河北省玉田縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃辦公室主任，主要從事農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃、農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測與農(nóng)業(yè)資源調(diào)查等工作；ytwll2008@126.com。

TQ444.5

A

1006- 7779(2016)06- 0015- 04

2016- 05- 20)