磷镁促释基质养分释放特性及种植效果

张俊涛，叶少萍，廖宗文

(1.广州市林业和园林科学研究院，广东 广州510405； 2.华南农业大学资源环境学院，广东 广州 510642)

一般植物生长发育需要大量的营养物质，除了植物自身合成的物质，外源有机、无机营养物质也是调控植物生长发育的关键因子。在作物生产上，外源营养物质主要来源于施肥，但目前肥料的当季利用率普遍较低，比如施入土壤的磷肥当季利用率一般仅为10%～25%[1]，加之国内高品位肥料矿物资源日益紧缺，而中低品位肥料矿物资源则存在生产成本高、肥效低下等问题，对传统肥料工业带来了极大的挑战。非水溶性矿物肥源有磷矿粉、轻烧氧化镁、钾长石、硼泥等，均为中低品位矿物资源[2]，如何提高其养分释放效率、降低传统提取环节带来的潜在环境污染风险，成为缓解传统肥料工业困境的关键之一。近年来，研究人员利用促释技术对非水溶性矿物肥源进行促释处理，工艺简单、无需耗酸、无需煅烧，且能活化并促进矿物磷、钾、镁、硼等元素的释放、增加水溶性养分的含量，促进作物增产，取得了较好的效果[3-4]。促释材料是制备促释型肥料的活化剂，大多数来自于改性工农业废弃物[3]。此外，腐殖酸经过加工也可以成为磷矿、镁矿和钾矿的活化剂[5]，而研究发现,紫花苜蓿(Medicagosativa)盆栽试验中腐殖酸类肥料与磷肥可形成腐植酸-磷酸盐复合物，防止土壤对磷肥的固定，从而提高磷肥的肥效[6]。然而，目前促释技术更多是对单一矿物肥源进行活化处理，对于混合矿物肥源的促释效果研究仍未见报道。

在花卉生产中，无土栽培以省工省力、省水省肥、优质高效、环保、污染少、避免连作障碍、占地面积少等优点正逐渐被应用，无土基质栽培技术已成为设施园艺发展的新途径[7]。固体基质栽培是无土栽培的一种类型，一般选择泥炭、椰糠、珍珠岩、蛭石等材料配制通气性和透气性良好的复合基质，直接用于花卉栽培，有助于促进花卉的生长发育及获得最佳的观赏性状[8]。盆栽花卉一般生产周期短、生长迅速，营养生长期对氮素需求较大，在生殖生长期则对磷、钾的需求增大[9]。在采用固体基质栽培的基础上，外源添加肥料是花卉吸收养分的主要来源，因此施肥管理成为了花卉生产控制的关键环节之一。常见的花卉肥料包括有机肥、化肥、专用配方肥、缓释(控释)肥[10-11]。然而,花卉生产常规施肥大多以基肥和多次追施水肥为特征，不仅费时，而且成本高，如何改进常规施肥方式、降低生产成本是值得人们思考的问题[12]。促释磷、镁、钾、硼肥料作为基肥应用在番茄(Lycopersiconesculentum)、玉米(Zeamays)、大豆(Glycinemax)、烟草(Nicotianatapacum)等作物栽培中，均表现出持续均衡释放养分、促进作物生长的优点[4,13-14]，而在花卉栽培中的应用及释放效果仍未见报道。因此，本研究以磷矿粉、轻烧氧化镁等非水溶性矿物肥源作为研究对象，选用4种促释材料(W、Y、QW、FS)对两种矿物肥源混合物进行活化处理，配制磷镁促释基质，通过淋溶试验研究其水溶性磷、镁素释放特性，同时开展盆栽试验研究磷镁促释基质对夏堇(Toreniafournieri)、本地长春花(Catharanthusroseus)生长及开花的影响，以期为提高草花基质磷镁素的利用效率提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

4种促释材料W、Y、QW、FS由华南农业大学新肥料资源研究中心研制提供，pH 3.0～5.5，全磷(P2O5)含量分别为0.08%、0.06%、0.20%、0，均未检出镁。两种矿物肥源，一种为磷矿粉，全磷含量23.02%；另一种为轻烧氧化镁，全镁含量(MgO)70.00%。

草花基质由园林废弃物堆肥产品、国产泥炭、椰糠按照体积比3∶6∶1混匀配制而成，其基本理化性状为pH 5.56，可溶性盐含量(EC) 1.08 mS·cm-1，全氮(N)、全磷、全钾(K2O)含量分别为51.42、1.73、9.26 mg·kg-1。

1.2 促释磷镁的制备

磷镁矿物肥源混合物，将磷矿粉80%(质量分数，w)和轻烧氧化镁20%(w)混匀获得。Ⅰ型促释磷镁由4种促释材料3%(w)与磷镁矿物肥源混合物97%(w)配制而成，分别标记为W-Ⅰ、Y-Ⅰ、QW-Ⅰ、FS-Ⅰ；Ⅱ型促释磷镁由4种促释材料5%(w)与磷镁矿物肥源混合物95%(w)配制而成，分别标记为W-Ⅱ、Y-Ⅱ、QW-Ⅱ、FS-Ⅱ。混合材料研磨后加入适量水，在室温下培养2 d，风干，磨碎备用。

1.3 磷镁促释基质的养分释放特性研究

设计9个处理(表1)，以草花基质加入3.00 kg·m-3的磷镁矿物肥源混合物为对照(CK)，促释磷镁则以相等磷镁元素含量的原则加入草花基质中制备磷镁促释基质，其中T1、T2、T3、T4处理基质分别加入3.09 kg·m-3的W-Ⅰ、Y-Ⅰ、QW-Ⅰ、FS-Ⅰ，T5、T6、T7、T8处理基质分别加入3.16 kg·m-3的W-Ⅱ、Y-Ⅱ、QW-Ⅱ、FS-Ⅱ，每组处理3次重复。采用间歇淋溶法，具体步骤：用0.074 mm尼龙滤布封住PVC管(口径5 cm，高30 cm)底部，并在滤布上垫约25 g砂子，每根管装入200 g磷镁促释基质，并以少量砂子覆盖上层，使上层基质到管口距离为3～5 cm。第1次先缓慢加70 mL水使基质饱和，室温依次静置1、3、5、7、9、11 d后，再次缓慢加入70 mL水于管柱中，收集24 h内淋溶液，结束后用塑料薄膜(带小孔)封闭塑料管上口，共淋溶6次，收集并量取各次淋溶液体积。

表1 各处理基质所添加的促释磷镁原料、比例及添加量Table 1 The kinds and mixing ratio of promoted-release materials and additive amount for different promoted-release P-Mg substrates

1.4 磷镁促释基质盆栽试验

按照1.3磷镁促释基质的淋溶试验结果，选择水溶性磷淋溶效果较好的W-Ⅰ、Y-Ⅰ、FS-Ⅱ布置盆栽试验。设计4组处理，以草花基质加入3.00 kg·m-3的磷镁矿物肥源混合物为对照(CK)，T1、T2、T8处理每立方米基质分别加入3.09 kg W-Ⅰ、3.09 kg Y-Ⅰ、3.16 kg FS-Ⅱ。2012年4月19日开始夏堇、本地长春花盆栽试验，每种草花每组处理各重复200盆，每盆装入草花基质1 500 mL。5月8日进行长春花打顶，5月29日每盆夏堇、本地长春花均追施100 mL Hogland营养液(不含P、Mg元素)，保持正常水分管理。

1.5 测定指标及方法

1.5.1淋溶液水溶性磷含量的测定 水溶性磷含量测定采用过硫酸钾消煮、钼酸铵分光光度法：吸取10 mL淋溶液于具塞刻度管中，加入5%过硫酸钾2 mL，在高压灭菌锅中120 ℃消煮30 min后取出冷却，加蒸馏水稀释至50 mL，依次加入10%抗坏血酸溶液1 mL、钼酸盐溶液2 mL，显色后在700 nm波长下测定吸光度，计算每毫升淋溶液磷含量，统计淋溶液总磷含量[15]。

1.5.2淋溶液水溶性镁含量的测定 水溶性镁含量测定采用原子吸收分光光度法：直接吸取淋溶液稀释后，在原子吸收分光光度计上测定吸光度，计算每毫升淋溶液镁含量，统计淋溶液总镁含量[15]。

1.5.3生长指标测定 统计植物株高、冠幅、花朵数、分枝数，采用常规方法：长春花株高测定时间为生长第6、19、54、82、111天，冠幅为第6、55天，分枝数为第54、82天；由于夏堇生长速度快、垂枝多，其株高测定时间为生长第6、84天，冠幅为第6、36天，花朵数为第55天；每种植物每组处理分别测量20盆。

1.5.4生物量 第105天收割夏堇地上部，第111天收割本地长春花地上部，称量地上部鲜重；地上部鲜样放入105 ℃烘箱内杀青30 min，然后调至70 ℃烘干至恒重，称重即为地上部干重，每种植物每组处理分别测量20盆。

1.6 数据处理与分析

采用SPSS 16.0软件对试验数据进行统计分析，对不同磷镁促释基质处理的淋溶液水溶性磷、镁含量和盆栽夏堇、本地长春花生长指标进行单因素方差分析，并用Duncan法进行多重比较；图形绘制采用Excel 2010。

2 结果与分析

2.1 不同磷镁促释基质淋溶液水溶性磷含量变化

随着淋溶的进行，与非促释型磷镁矿物肥源混合物(CK)相比，草花基质添加Ⅰ、Ⅱ型磷镁促释材料的水溶性磷淋溶量呈现“先慢后快”的趋势，前4次淋溶时水溶性磷含量较低，在第5、6次淋溶时水溶性磷含量则明显增加(表2)。

从水溶性磷淋溶总量结果(表3)来看，除T3处理之外，其余处理磷镁促释基质的水溶性磷总量较CK处理显著增加了15.42%～27.10%(P<0.05)，其中添加W、Y磷镁促释材料的水溶性磷淋溶总量均高于添加QW、FS磷镁促释材料的处理(表3)。从不同添加比例来看， W-Ⅰ、FS-Ⅰ磷镁促释基质水溶性磷淋溶总量高于W-Ⅱ、FS-Ⅱ，而Y-Ⅱ、QW-Ⅱ磷镁促释基质水溶性磷淋溶总量则高于Y-Ⅰ、QW-Ⅰ。总的来看，添加促释材料可以改善磷矿粉磷素不易溶出的情况，且具有一定的长效释放效果。

表2 不同磷镁促释基质淋溶液中的水溶性磷含量Table 2 Water-soluble P contents of leaching solution from different promoted-release P-Mg substrates μg

同列不同小写字母表示不同处理之间差异显著(P<0.05)。下同。

Different lowercase letters indicate significant difference at the 0.05 level. similarly for the following tables.

2.2 不同磷镁促释基质淋溶液水溶性镁含量变化

随着淋溶次数增多，各处理的水溶性镁淋溶量呈现“先增加后减少”的趋势，处理间有一定差异(表4)。从淋溶总量结果来看(表3)，T1、T7、T8处理水溶性镁素淋溶总量较CK处理分别高出4.30%、1.92%、0.28%，其余处理反而降低了0.57%～6.17%，但所有处理之间差异并不显著(P>0.05)。

2.3 不同磷镁促释基质对本地长春花生长的影响

2.3.1株高增长量 本地长春花生长初期(第6-19天)，CK处理的株高增长量高于T1、T8处理,且显著高于T2处理(P<0.05)(表5)。从第19天开始，T2、T8处理的株高增长明显加快，增长总量较CK处理分别高出19.42%、16.33%，与T8间差异达到显著水平(P<0.05)。总体上，草花基质中添加促释磷镁W-Ⅰ、Y-Ⅰ、FS-Ⅱ，长春花的株高增长量随时间的延长表现出“先慢后快”的趋势，这与促释混合肥料的“高效持久”释放效应是一致的，其中添加Y-Ⅰ、FS-Ⅱ的效果要优于W-Ⅰ处理。

2.3.2冠幅、分枝数与生物量 T8处理第6-54天的本地长春花冠幅增长量显著高于CK处理(P<0.05)，而T2处理冠幅增长量最低(表6)。第54、82天的单株分枝数结果显示，T1处理的单株分枝数最大、显著高于CK处理(P<0.05)。从单株生物量结果来看，T1处理的本地长春花地上部鲜重、干重较CK处理分别高出65.07%、63.42%，差异达到显著水平(P<0.05)。可以看出，草花基质加入促释磷镁W-Ⅰ、Y-Ⅰ、FS-Ⅱ可明显促进长春花的冠幅增长、分枝以及地上部生物量积累，其中添加W-Ⅰ的处理效果最优。

2.4 不同磷镁促释基质对夏堇生长的影响

本研究中因夏堇生长速度快、垂枝多，因此主要分析前期营养生长期第6至84天的株高增长量以及第6至36天的冠幅增长量结果(表7)。结果表明，添加磷镁促释材料的3组处理夏堇株高、冠幅增长量均低于仅添加磷镁混合物的对照处理，其中T2处理的株高、冠幅增长量均显著低于其他处理(P<0.05)。从夏堇花朵数来看，T1处理的平均花朵数为99.37、显著高于其他处理(P<0.05)，T2、T8处理平均花朵数则较CK处理显著减少(P<0.05)。此外，T8处理的夏堇第105天地上部鲜重、干重最高，且显著高于T2处理(P<0.05)(图1)。总的来说，与仅添加磷镁混合物的草花基质相比，草花基质中添加促释磷镁W-Ⅰ有助于增加夏堇开花数量，FS Ⅱ则有利于地上部生物量的积累，而Y Ⅰ能够明显降低夏堇生长效果。

表3 不同磷镁促释基质淋溶液水溶性磷、水溶性镁淋溶总量Table 3 Total water-soluble P or Mg contents of leaching solution from different promoted-release P-Mg substrates

表4 不同磷镁促释基质淋溶液水溶性镁含量Table 4 Water-soluble Mg contents of leaching solution from different promoted-release P-Mg substrates mg

表5 不同磷镁促释基质对盆栽本地长春花株高增长量的影响Table 5 Effect of different promoted-release P-Mg substrates on height increments of Catharanthus roseus in pot experiment cm

表6 不同磷镁促释基质对盆栽本地长春花生长指标的影响Table 6 Effect of different promoted-release P-Mg substrates on growth parameters of Catharanthus roseus in pot experiment

本地长春花冠幅增长量统计时间为第6-55天，单株地上部生物量统计时间为第111天。

Crown diameter increments ofCatharanthusroseuswere counted from day 6 to day 55. Above-ground biomass per plant was recorded on day 111.

表7 不同磷镁促释基质对盆栽夏堇生长指标的影响Table 7 Effect of different promoted-release P-Mg substrates on growth parameters of Torenia fournieri in pot experiment

图1 不同磷镁促释基质处理的夏堇地上部单株生物量Fig. 1 Above-ground biomass per plant of Torenia fournieri planted in different promoted-release P-Mg substrates

不同小写字母表示不同磷镁促释基质处理之间差异显著(P<0.05)。

Different lowercase letters indicate significant difference at the 0.05 level among different promoted-release P-Mg substrates.

3 讨论与结论

磷矿是一种重要的难以再生的非金属矿产资源，全世界约90%的磷矿用于生产各类磷肥，然而磷矿日益稀缺[16]。对中低品位磷矿资源进行活化处理制作新型的磷肥品种促释磷肥，是实现中低品位磷矿资源新利用的途径[17]。刘洪峰等[18]发现,促释磷肥(17%)较新华牌磷肥、普钙对提高大田水稻(Oryzasativa)产量效果更明显，且肥料利用率更高。在花卉生产上，磷素对植物开花影响最为明显。陈尚平等[19]认为,磷在蝴蝶兰(Phalaenopsisamabilis)的花芽分化中起主要作用，氮、磷、钾比例为1∶3∶1(高磷)时，蝴蝶兰花枝数最多。在磷亏缺时，蝴蝶兰花茎和开花数量明显减少[20]，一串红(Salviasplendens)生长开花也会受到限制[21]。草花基质中磷素含量低且较易随淋水而流失，而磷矿粉中磷素又不易淋出，故利用促释材料研制促释磷矿粉，并将其添加到基质中，不仅可以防止磷素的过度流失，也可以明显促进磷矿粉中磷素的淋出，达到长效释放的效果。本研究结果显示，4种促释材料(W、Y、QW、FS)对磷矿粉表现出良好的促释效果，草花基质水溶性磷淋溶总量得以提高，明显改善磷矿粉磷素不易溶出的特点。其中，促释材料W、FS最适使用比例为3%，Y、QW最适使用比例为5%。

资料显示，作物生产中一般重视氮、磷、钾化肥的施用，随着作物产量的提高，植物消耗土壤镁素含量不断增加，加之没有及时补充镁素营养，植物、土壤同时出现了缺镁现象[22-23]。镁是植物生长所需的营养元素之一，参与植物体内多种生理反应，缺镁一般引起叶片失绿[24]，土壤有效镁含量、土壤中阳离子(如K+、Ca2+、Al3+)的竞争效应和土壤物理因素影响着植物对镁素的吸收[25]。然而，植物镁素关注度远低于磷素，尤其是在花卉生产基质研究中。基于此，本研究利用促释材料同时对磷矿粉和轻烧氧化镁进行促释处理，结果显示磷镁促释基质水溶性磷淋溶增加的同时，水溶性镁促释淋溶效果并不明显。促释材料是矿物肥活化的关键，而晶体结构的变化是引起元素释放增加或减少的原因，前期研究发现，单一轻烧氧化镁添加4%促释材料，轻烧氧化镁无定形程度提高，结构变得松散，镁素释放增加[13]。多种矿物肥源混合应用时，不同营养元素之间可能会表现出一定的交互作用(拮抗或协同作用)，在添加促释材料的情况下，这种交互作用会进一步发生改变。本研究使用的磷矿粉主要成分为磷灰石，含有较多磷素、钙素[26]，磷矿粉经过促释材料例如木质素磺酸钠处理后，磷矿粉化学成键结构被改变，促释难溶的或枸溶的Ca-P键转化为活性高的H2PO4-，降低磷灰石结晶程度，促使难溶的或枸溶的磷转化为活性磷[17]。磷释放增加的同时钙释放也增加，钙可能来自于碳酸钙的溶解[27]，磷、钙素促释后可能有更多的游离阴离子与镁离子结合，导致镁素释放并无明显改变。多种矿物肥源混合产生的交互作用不同于植物代谢活动中营养元素的交互作用，促释材料对混合矿物肥源营养元素交互作用的影响机理目前仍未明确。因此，下一步有必要继续开展试验研究单一与混合磷矿粉、轻烧氧化镁肥源的磷、镁素促释释放效率及交互作用，为磷矿粉和轻烧氧化镁的联合应用提供理论依据。

大量研究表明，矿物肥源经促释处理后，养分供应能力得到改善，在作物栽培中表现出良好的促进植物生长的效果，例如促释型镁肥处理的番茄果实鲜重和生物量可显著提高16.5%和14.1%[13]，促释型硼泥处理烟草的生长指标更优于非促释型硼泥处理[14]。本研究首次探索促释磷镁在花卉栽培中的应用效果，不同促释磷镁基质对夏堇、本地长春花的生长均产生了影响。一方面，草花基质中添加促释磷镁W-Ⅰ有助于增加夏堇开花数量，FS-Ⅱ则有利于地上部生物量的积累，而Y-Ⅰ则不利于夏堇的生长；另一方面，促释磷镁W-Ⅰ、Y-Ⅰ、FS-Ⅱ可明显促进长春花的冠幅增长、分枝以及地上部生物量积累，其中添加W-Ⅰ的处理效果最优。

综上所述，促释技术是活化矿物肥源营养元素的重要途径，促释肥料在花卉生产中同样具有应用潜力。供试4种促释材料(W、Y、QW、FS)对磷镁矿物肥源混合物磷素的促释效果最佳，尤其是草花基质添加促释磷镁W-Ⅰ、FS-Ⅱ应用效果最好，其最适添加比例分别为3.09、3.16 kg·m-3。草花生产中施肥管理是重要的技术措施，促释矿物肥源因具有节能、增效的优点，在草花生产中值得推广应用。然而，不同的草花品种对营养元素的需求存在一定差异，不同磷镁促释材料在草花生产中的适用范围及作用机制仍有待进一步研究。

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