三种不同聚合度组成的聚磷酸铵对玉米苗期生长的影响

陈小娟，杨依彬，龚 林，张承林*

（1 华南农业大学资源环境学院，广东广州 510642；2 广州一翔农业技术有限公司，广东广州 510650；3 东莞一翔液体肥料有限公司，广东东莞 523135）

聚磷酸铵 (ammonium polyphosphate，简称APP)，是一种富含氮、磷的无机聚合物，分子通式为 (NH4)n+2PnO3n+1。根据其聚合度n的大小，分为低、中、高聚合度3大类，其聚合度越高，水溶性越小，当n ＜ 20时，为水溶性APP。近年来，由于低聚合度APP富含氮磷营养、水溶性好、具有一定的螯合能力等特点，作为一种新型磷源进入化肥领域，用于生产高浓度液体复合肥料[1]。另外，APP需要逐步水解为正磷酸盐才能被作物吸收利用，因此被认为是一种长效缓释型肥料[2]。

国内APP合成方法多样，各个厂家的生产工艺及反应控制条件不同，得到的APP聚合度及组分差异大，APP聚合度的高低影响其水解速度[3]，水解的速度快慢与APP在某一时间的供磷能力有密切关系。苗期是磷的营养临界期，当APP作为种肥或底肥施用时，不同聚合度组成的APP可能存在供磷时间上的差别，从而影响苗期的生长。本研究比较了三种不同聚合度的APP对玉米苗期生长的影响，旨在为APP作为种肥或底肥施用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

玉米品种为郑单958，供试土壤为砖红壤，取自广东省徐闻县。土壤基本性质：pH值4.98、EC值68.0 μS/cm、有机质13.6 g/kg、碱解氮65.8 mg/kg、有效磷1.60 mg/kg、速效钾27.4 mg/kg、有效锰41.4 mg/kg、有效锌0.70 mg/kg、有效铁7.0 mg/kg、有效铜1.0 mg/kg、交换性钙2.10 cmol (1/2Ca2+)/kg、交换性镁1.48 cmol(1/2Mg2+)/kg，属严重缺磷土壤。

供试肥料：工业级磷酸一铵 (12-60-0，简称MAP)，所有APP样品由四川大学化工学院提供。在本试验中，以不同聚合度的聚磷酸铵制备了三个种肥，简称APP1、APP2、APP3。一般来说，正磷酸和焦磷酸为低聚成分，三聚和四聚磷酸为中聚成分，五聚以上为高聚成分。APP1为 (含N 22%、P2O546%) 以中低聚组成为主，低聚∶中聚∶高聚 =55.5%∶43.7%∶0.8%，APP2 (含N 21%、P2O553%)以中高聚组成为主，低聚∶中聚∶高聚 = 20%∶72%∶8%，APP3 (含N 13%、P2O570%) 聚合度组成分布均匀，低聚∶中聚∶高聚 = 23%∶43%∶34%，具体聚磷酸铵组成成分及其提供的磷量见表1。

表1 供试聚磷酸铵组成分及P2O5总含量 (%)Table 1 Contents of components and P2O5 in the tested ammonium polyphosphates

1.2 试验设计

试验于华南农业大学作物营养与施肥研究室温室中进行。取过2 mm的风干土壤，装入塑料盆中，盆口直径20 cm、高18 cm、盆底直径15 cm，每盆装4.5 kg土，播一粒种子。

共设8个处理，具体为：对照 (CK，不施磷肥)、MAP、APP1、APP2、APP3、APP1∶MAP(1∶1)、APP2∶MAP (1∶1) 及 APP3∶MAP (1∶1)，每个处理4次重复，每盆施用P2O50.74 g，则每盆施用 MAP、APP1、APP2、APP3、APP1∶MAP(1∶1)、APP2∶MAP (1∶1)、APP3∶MAP (1∶1) 分别为 1.22 g、1.61 g、1.40 g、1.06 g、0.80 g∶0.62 g、0.70 g∶0.62 g、0.53 g∶0.62 g。通过上述磷肥每盆施用的氮分别为0.15 g、0.35 g、0.29 g、0.14 g、0.25 g、0.22 g、0.14 g。氮用量为 N 0.35 g∕盆，不足的氮用硫酸铵 (N 21%) 补足。供试钾肥为氯化钾(K2O 60%)，按K2O 0.15 g/kg土施用，装盆时与土壤混匀。依据前期试验，APP种肥位置为距种子横向4 cm处再垂直向下4 cm (图1)。

图1 肥料与种子放置示意图Fig. 1 Fertilizer and seed placement diagram

2017年7月10日播种。先在盆中装入一定量的土，在盆中央插上有刻度的玻璃棒 (底部为0 cm)，肥料集中放置于0 cm处，然后每盆分别覆土至玻璃棒的4 cm处，以玻璃棒为基点，距离水平方向4 cm处播1粒催芽种子，然后覆土2 cm。播种40 d后收获植株。

1.3 测定项目及方法

株高和茎基部直径：用卷尺测量地表到植株最高点的高度为株高，游标卡尺测量茎基部直径。

土壤及植株取样方法：拔出植株后，抖动分离根际土壤，其根际土用四分法取土，风干后研磨，分别过2.0 mm筛和0.15 mm筛备用；沿土面剪下地上部，洗净根系，烘干后称干重，粉碎后测定总磷，用H2SO4-H2O2消煮，钼锑抗比色法进行测定；土壤有效磷用NH4F-HCl浸提—钼锑抗比色法，土壤全磷用HClO4-H2SO4消煮—钼锑抗比色法[4]。

磷吸收量 (g) = (地上部磷含量 × 地上部干重 + 地下部磷含量 × 地下部干重)/1000

磷利用率 = (施磷植株吸磷总量-不施磷植株吸磷总量)/施磷量 × 100%

2 结果与分析

2.1 不同聚磷酸铵处理对玉米苗期株高和茎粗的影响

由表2可知，播种40 d后，所有磷肥处理都可以显著促进玉米苗期的生长，株高和茎粗都比不施磷处理显著增加。各种APP单独施用时，三种APP处理间株高和茎粗存在显著差异，以APP3处理肥效最好，其次是APP1处理，APP2处理最差，MAP处理与APP1处理和APP3处理效果相似。当各APP配施MAP后，与单独施用APP2和APP3处理相比，APP2∶MAP和APP3∶MAP处理株高均显著增加，且APP2∶MAP处理茎粗显著增加，而APP1∶MAP与APP1处理的株高和茎粗均无显著差异。与MAP处理相比，APP1∶MAP和APP2∶MAP处理株高和茎粗无显著差异。在所有处理中，APP3∶MAP处理株高和茎粗均达到最大值，表明该处理效果最好。

表2 不同聚磷酸铵对玉米苗期株高和茎粗的影响Table 2 Plant height and stem diameter of maize seedling affected by ammonium polyphosphates

2.2 不同聚磷酸铵处理对玉米苗期干重的影响

施磷处理显著提高了玉米干重，但提高程度各不相同 (图2)。单独施用APP时，APP3处理地上部干重显著高于APP1和APP2处理，而APP3处理地下部干重比APP2处理显著增加，与APP1处理之间没有显著差别。当APP配施MAP后，与APP1和APP2处理相比，APP1∶MAP和APP2∶MAP处理地上部和地下部干重均得到显著提高；与单独施用APP3比较，APP3∶MAP处理地上部和地下部干重没有显著增加，表明APP3可以单独施用。与MAP处理相比，APP1∶MAP和APP2∶MAP处理地上部干重无显著差异，但APP3∶MAP处理地上部和地下部干重均显著高于MAP处理。

2.3 不同聚磷酸铵处理对土壤全磷及有效磷含量的影响

各施肥处理间土壤全磷含量无显著差异，APP3∶MAP处理土壤有效磷含量显著高于其他处理，其他处理间差异不显著，但均显著高于对照 (图3)。

图2 不同聚磷酸铵对玉米苗期地上部和地下部干重的影响Fig. 2 Dry matter weight of above and underground parts of maize seedlings affected by ammonium polyphosphates

图3 不同聚磷酸铵对土壤全磷及有效磷含量的影响Fig. 3 Total and available P contents of soils affected by ammonium polyphosphates

2.4 不同聚磷酸铵处理对玉米苗期磷吸收量的影响

不同磷肥处理对玉米磷吸收量的影响不同 (图4)。APP1与MAP无显著差异，APP2显著低于MAP和其他所有处理，APP3显著高于MAP、APP1和APP2。当APP1配施MAP后，效果显著好于APP1或AMP单施，APP2与MAP配合效果与MAP相当，APP3与MAP配合的效果显著好于二者单施，且与单施APP1、APP2和APP3相比，APP1∶MAP、APP2∶MAP和APP3∶MAP处理的磷吸收量分别提高了38.2%、259.3%、37.6%。

2.5 不同聚磷酸铵处理对磷利用率的影响

与磷吸收量相对应，各处理的磷利用率存在显著差异 (表3)。植株吸磷量最低的APP2处理，磷利用率也最低。APP配施MAP后，磷的利用率均有一定程度的提高，其中APP2配施MAP后，提升幅度最大，是单独施用APP2处理的4.17倍，而APP3配施MAP后磷的利用率是最高的。

3 讨论

试验结果表明，单独施用APP时，不同聚合度组成的APP对玉米的株高、茎粗、干重及磷吸收量存在显著影响，其中APP1处理玉米长势与MAP处理相近，APP2处理显著低于MAP处理，而APP3处理则显著高于MAP处理。由此可见，单独施用APP 时，其肥效 APP3 ＞ MAP ≈ APP1 ＞ APP2 处理。通过比较土壤全磷含量、土壤有效磷含量及磷利用率可知，单独施用APP时，各施磷处理中磷的有效性也是 APP3 ＞ MAP ≈ APP1 ＞ APP2 处理。APP 一般包含正磷酸盐、焦磷酸盐、三聚磷酸盐和四聚磷酸盐等多种不同聚合态成分，APP在土壤中只有水解为正磷酸盐后方能被植物吸收利用，水解反应速度控制着植物对磷的吸收速度[5]。APP在土壤中的水解是酶促反应，在磷酸酶的催化作用下分解为正磷酸盐[6]，其聚合度越高，链越长，水解速率越慢。另外，APP的水解还受到土壤质地、pH值、温度、金属离子、土壤水分等因素的影响[7-9]，也有研究指出，APP的水解与其组分差异及分布水平有关[10]，四聚磷酸盐水解为三聚磷酸盐约需要1天，三聚磷酸盐水解为焦磷酸盐与正磷酸盐约需要7天，而焦磷酸盐水解为正磷酸盐则需4～100天[11]。

通过分析发现，以中低聚成分为主的APP1，在试验的40 d内，基本满足了玉米生长对磷养分的需要。以中高聚成分为主的APP2，则表现为磷养分缺乏，玉米苗期磷供应不足而影响其形态的建成[12]。而聚合度组成分布较均匀的APP3，在土壤中缓慢水解而将有效磷释放到土壤中，从而减少了土壤对磷的固定作用，提高了玉米植株对磷营养的利用，供磷效果最优。因此，APP的聚合度分布差异实际表现为水解速率的差异，最终表现为供磷速率的差异。

本试验以砖红壤为供试土壤，pH值4.98，属于酸性，存在大量无定形氧化铁和氧化铝，磷肥施入土壤后极易被固定而降低磷的利用率[13]，MAP是一种速效磷肥，施入土壤后容易被土壤固定而降低当季利用效率，本试验也验证了MAP的利用率低于APP3。APP与MAP配施后，三种APP在土壤中的有效磷含量有不同幅度的提升，APP3∶MAP处理土壤有效磷含量最高，可能是三种APP中以APP3的聚合度组成分布较均匀，且高聚成分最多，高聚逐渐水解为低聚，促使土壤中有效磷含量增加；而三种APP中磷利用率均得到显著提高。可见，APP与MAP的配合施用，弥补了聚磷酸铵分解慢、磷营养供应不足的缺点。不同磷肥的混配施用，也有利于提高施用磷肥的利用效率[14]，这与陈日远等[15]应用APP配比DAP提高作物磷的积累量的结果是一致的。

图4 不同聚磷酸铵对玉米苗期磷吸收量的影响Fig. 4 P uptake of maize seedling affected by ammonium polyphosphates

表3 不同聚磷酸铵对磷利用率的影响Table 3 P use efficiency of seedlings affected by ammonium polyphosphates

4 结论

聚磷酸铵，特别是以中、高度聚合磷酸铵为主时，不能很好地满足作物苗期的磷素营养。将低、中、高度聚合的磷酸盐等比例配合可以有效提高聚磷酸铵供应苗期磷营养的能力。将聚合度均匀的聚磷酸铵与磷酸一铵等比例配合作种肥，能发挥最好的苗期供磷效果。