辐照风化煤在液体肥中的应用研究

梁宏斌，迟君道，斯琴图雅，张玉宝，王 强

（1.黑龙江省科学院技术物理研究所，黑龙江哈尔滨150086；2.黑龙江省科学院生物肥料研究中心，黑龙江哈尔滨150086）

近几年，我国化肥总用量增加了90.7%，而粮食总量仅增加了9.1%，氮素化肥的损失率高达65%，造成了严重的环境污染，不合理使用化肥的情况日益突出。据报道，我国有1/5的耕地受到重金属、有机污染物、农用化学品等污染，这些污染已导致农产品的品质和产量下降，每年至少造成数百亿元的直接经济损失，土壤污染已对我国的环境质量，食物安全和公众健康构成严重威胁。腐植酸在低阶煤中含量丰富，不同产地的风化煤的腐植酸含量因地质成因、成煤环境等多方面因素，水溶性黄腐酸的含量只有百分之几。液体肥是将有机肥、化肥、生物肥料、微量元素、腐植酸等各种原料溶解在水中制成的，其pH值在5.0～8.0之间，呈弱酸性或中性。实际上能够溶解在液体肥中的成分只是黄腐酸及部分棕腐酸。因此提高风化煤中黄腐酸含量就具有了现实意义。辐射降解风化煤增加水溶性黄腐酸含量可以提高风化煤的使用效率，提高资源利用率。能够使腐植酸液体肥中真正含有黄腐酸，并能真正发挥黄腐酸的作用。辐射降解方法是一种高效环保的加工方法，与传统的化学降解手段相比较，辐射加工能源利用率更高，加工过程中不产生废水、废气、废物，是一种绿色加工方法[1～3]。

1 实验

1.1 实验材料

主要原料：风化煤，产地分别为鹤岗、鸡西。使用前风化煤原料经过100目筛子筛分。

主要试剂：盐酸，硫酸，氢氧化钠均为化学纯；焦磷酸钠，重铬酸钾，硫酸亚铁铵，邻菲罗啉均为分析纯。

主要仪器：DD1.2高频高压电子加速器（1.2MeV，1.0mA）；分析天平；马弗炉；恒温干燥箱；水浴锅；离心机；自动电位滴定仪。

1.2 风化煤的工业分析

水分测定按GB/T212-91；灰分测定按GB/T212-77；腐植酸测定按GB/T11957-2001[4]。

表1 风化煤的工业分析Table 1 Analysis of weathered coal W/%

1.3 风化煤的辐照实验

取30～50g风化煤密封在聚乙烯塑料袋内，袋内存少量空气。使用DD1.2高频高压电子加速器辐照，能量1.2MeV束流0.3mA，剂量范围0～400kGy。辐照方式采用移动辐照。辐照剂量通过FWT-60薄膜剂量计测定[5]。

图1 电子束辐照风化煤示意图Fig.1 Schematic diagram of irradiation weathered coal

1.4 辐照风化煤获得的黄腐酸生物活性实验

风化煤经能量1.0MeV电子射线辐照，剂量为100kGy。辐照后的风化煤经过碱溶酸析提取黄腐酸并测定浓度，再配制成浓度分别为5×10-6、10×10-6、30×10-6、50×10-6、100×10-6、200×10-6、300×10-6g/L黄腐酸溶液。

将水稻种子用蒸馏水浸泡一昼夜，把种子铺在垫有湿润纱布的培养皿内，在恒温箱内使其发芽。选择出现露白到胚芽不超过2mm的萌芽种子，放在烧杯的塑料网上，保持烧杯中的溶液刚好接触到水稻种子，种子的溶液要充分接触到烧杯中的溶液，每杯10粒种子，每个处理3个重复。以蒸馏水作对照与不同浓度黄腐酸培养液，在室温20℃，经7昼夜培养后采收，测定主根长度[6]。

1.5 辐照风化煤获得的黄腐酸生产液体肥肥效实验

选用活性实验中的鸡西风化煤，经能量1.0MeV电子射线照射，剂量为100kGy。黄腐酸含量（干基）6.78%。以此黄腐酸含量为依据进行计算，液体肥中黄腐酸浓度喷施时控制为50ppm。液体肥由黑龙江省绿丰生物有机肥料有限责任公司按照原腐植酸生物液体肥（丰农宝）生产标准进行生产。分别生产两种液体肥，即使用腐植酸的原丰农宝（Ⅰ）；使用辐射降解风化煤的丰农宝（Ⅱ）。

农作物选择大豆（东农 42），玉米（东农 253），小区试验，三次重复，随机排列。以清水对照，腐植酸生物液体肥（丰农宝）Ⅰ、Ⅱ稀释200倍。喷施时将液体肥料摇匀，选择在无风无雨的天气下午15点以后进行叶面喷施，喷头距叶面保持35cm，均匀喷施在叶面上，喷后8h内如遇雨需要重新补喷。大豆整个生育期共喷洒2次，第一次在分枝初期，第二次在开花盛期。玉米整个生育期共喷洒2次，均在7叶期前。

2 结果与讨论

2.1 辐照剂量对风化煤中黄腐酸含量的影响

图2 电子射线辐射降解风化煤中黄腐酸含量影响Fig.2 Effects of radiation dose on the FA content of weathered coal

随着辐照剂量增加，风化煤中黄腐酸含量上升。当剂量低于50kGy时，风化煤中的黄腐酸含量上升较快，在50kGy与100kGy之间黄腐酸含量上升减缓并出现明显拐点。在剂量100kGy时，鸡西、鹤岗两地风化煤黄腐酸含量分别由1.16%、0.83%上升到7.38%、6.35%。当剂量高于100kGy后，风化煤中黄腐酸含量上升则变得更加缓慢，200kGy以后黄腐酸含量基本不再增加。由于风化煤分子结构极其复杂，不同产地风化煤其内部分子结构更是不尽相同，射线对其产生的作用会不一样，因此，造成辐射降解的效果不同[7]。

2.2 辐射降解风化煤获得的黄腐酸生物活性分析

2.2.1 鸡西风化煤生物活性实验

表2 不同浓度黄腐酸(鸡西风化煤)水稻根长Table 2 Rice root length of different concentrations of fulvic acid(Jixi weathered coal)

表3 水稻根长方差分析表(鸡西风化煤)Table 3 Analysis of variance table of rice root length(Jixi weathered coal)

表4 显著水平分析表(鸡西风化煤)Table 4 Analysis of significant level of rice root length(Jixi weathered coal)

2.2.2 鹤岗风化煤生物活性实验结果

表5 不同浓度黄腐酸(鹤岗风化煤)水稻根长Table 5 Rice root length of different concentrations of fulvic acid(Hegang weathered coal)

表6 鹤岗风化煤水稻根长方差分析表Table 6 Analysis of variance table of rice root length(Hegang weathered coal)

方差分析使用DPS软件进行分析。经过水稻幼苗水培实验，剂量为100kGy的鸡西、鹤岗两种辐射降解风化煤中黄腐酸，在浓度5×10-6～50×10-6g/L范围对水稻幼苗根系生长的刺激宽幅有效，水稻幼苗根系发育良好，辐射降解风化煤中黄腐酸具有较高活性。在浓度10×10-6～50×10-6g/L时，效果最佳，活性最高。当黄腐酸浓度过高超过100×10-6g/L时，反而对水稻根系生长起到抑制作用。

表7 鹤岗风化煤显著水平分析表Table 7 Analysis of significant level of rice root length(Hegang weathered coal)

2.3 大田肥效结果分析

表8 生物液体肥（丰农宝Ⅰ、Ⅱ）对大豆、玉米产量影响Table 8 Effect of biological liquid fertilizer on yield of soybean and corn

腐植酸生物液体肥喷洒后较喷洒前植株叶面颜色变深，呈现浓绿颜色。大豆增产在8%～9%，玉米增产在7%左右。使用腐植酸生物液体肥Ⅰ、Ⅱ喷施大豆、玉米田间小区试验，对农作物的增产效果明显。使用辐射降解风化煤生产的腐植酸生物液体肥（丰农宝Ⅱ），与原腐植酸生物液体肥（丰农宝Ⅰ）相比肥效相当，无显著差别。黄腐酸增加作物产量的直接因素是促进根系生长，提高根系活力，使作物吸收更多养分，生长健壮；增加植株叶面积，提高叶绿素含量，增加光合作用强度，从而提高作物产量[8]。

3 结 论

⑴风化煤经电子射线照射产生降解效果，风化煤中水溶部分黄腐酸含量增加。

⑵风化煤中黄腐酸含量随辐照剂量增加而增加，当剂量大于100kGy时，黄腐酸含量增加缓慢，基本趋于平行。辐照剂量选择在50～100kGy间较为适宜。

⑶电子束降解风化煤中黄腐酸具有生物活性，在黄腐酸浓度10×10-6～50×10-6g/L时，效果最佳，活性最高。

⑷辐射降解风化煤获得的黄腐酸生产的液体肥与原液体肥相比，肥效相当，无显著差别。

［1］侯宪文，王日鑫.腐植酸资源农业利用的现状与前景［J］.腐植酸，2005，（1）：1～3.

［2］成绍鑫.腐植酸类物质概论［M］.北京：化学工业出版社，2007，11～15.

［3］马志军.腐植酸生物肥料［C］.第七届全国绿色环保肥料（农药）新技术、新产品交流会论文集，中国·北京：2008，235～239.

［4］李善祥.腐植酸产品分析及标准［M］.北京：化学工业出版社，2007，15～17.

［5］梁宏斌,蒋伯成.电子束辐射降解腐植酸［J］.黑龙江科学,2010,1(4)：12～14.

［6］马志军,杨旭升,郭春景.腐植酸生物活性影响植物根系发育的研究［J］.腐植酸,2004,(1)：16～20.

［7］梁宏斌，马志军，郭春景.辐射降解腐植酸及其生物活性的研究［C］.第六届全国绿色环保肥料（农药）新技术、新产品交流会论文集，南京，2006，2149～153.

［8］何立千.生物技术黄腐酸的研究和应用［M］.北京：化学工业出版社，2000,66～68.