有機碳養分組合的肥效研究

衛尤明，雷鋒文，廖宗文，毛小云

（華南農業大學 資源環境學院，廣東 廣州 510642）

0 前言

碳是植物營養中的超大量元素。碳營養可分為無機碳（CO2）和有機碳兩種形態。有機碳營養對作物增產的重要性及其在生產中的應用效果已日益受到產業界和學術界的重視［1-2］。有機碳種類繁多，遠超17 種營養元素數十倍乃至數百倍。目前文獻對有機碳的研究多為各種單一碳源的效果［3-5］，但對于各種碳源的組合效果研究幾乎為空白。已有研究表明，不同氮水平下丙三醇、α-酮戊二酸單用都有較好的效果［1］。而各種碳源的組合效果研究，有可能進一步提高有機碳肥的增產效果，對于學術研究和技術開發均有重要意義。為此，在前人研究的基礎上［1，3，6］，本研究通過多種作物的盆栽及田間試驗，考察幾種不含氮的小分子碳組合（α-酮戊二酸、丙酮酸、草酰乙酸）及其與氮肥配合施用對玉米、空心菜、莧菜等產量的影響，據此探討不同有機碳及其組合對不同作物的增產效果，為今后進一步研究提供依據。

1 材料與方法

2016 年3 月至7 月在華南農業大學躍進北試驗基地及2018 年1—2 月及6 月在華南農業大學資源環境學院大棚及草地分別開展大田及盆栽試驗，以玉米、空心菜、莧菜、萵筍、蕨類為供試作物。供試土壤：大田土，w（全氮） 2.25 g/kg、w（速效磷）72.2 mg/kg、w（速效鉀） 68 mg/kg、w（有機質）21.5 g/kg、pH 5.52；盆栽土，w（全氮）0.31 g/kg、w（速效磷）2.78 mg/kg、w（速效鉀）18 mg/kg、w（有機質）15.6 g/kg、pH 5.42。

選用α-酮戊二酸、丙酮酸、草酰乙酸（均為分析純）為供試有機碳營養；供試常規復合肥w（N）、w（P2O5）、w（K2O）均為15%；硫酸銨（w（N）21%）、碳酸氫銨（w（N）18%）、磷酸一銨（w（N）12%、w（P）27%）均為分析純；福生碳，四川龍蟒福生科技有限公司提供，其中α-酮戊二酸質量濃度為24.2 g/L、丙酮酸質量濃度為22.5 g/L；柑液，江門和越生物科技有限公司生產，以新會陳皮丟棄的廢果肉發酵而成，其中α-酮戊二酸、丙酮酸、檸檬酸質量濃度分別為0.267、0.141、38.9 g/L。

先后進行4次大田試驗及一次盆栽、一次草地（景觀蕨）試驗。

1）大田玉米 試驗設6 個處理、空白對照（CK0）和清水對照（CK1），各處理氮、磷、鉀肥用量一致（習慣用量：基施復合肥300 kg/hm2，追施復合肥2次，一個月一次，每次525 kg/hm2）。供試玉米面積 0.025 hm2，每處理 31 m2。2016 年 3 月 20日移植玉米，在4月27日第一次噴葉面肥500 mL；5 月13 日（已抽穗）第二次噴葉面肥1 000 mL；5月31日收獲玉米。施肥方案見表1。

表1 大田玉米試驗施肥方案

2）大田空心菜 共設2 個處理和清水對照，各處理面積為9 m2，氮、磷、鉀肥用量一致，出苗約15 cm 時施復合肥150 kg/hm2，生長至30 cm 時追施復合肥 300 kg/hm2。2016 年4月10日撒種，4月23日第一次噴葉面肥，每個處理噴600 mL；5月15日第二次噴葉面肥，每個處理噴800 mL；5月25日收獲。施肥方案見表2。

表2 大田空心菜試驗施肥方案

3）大田莧菜 試驗設處理T1和清水對照，處理T1 和清水對照的面積均為9 m2，氮、磷、鉀肥用量一致，出苗約15 cm 時施復合肥150 kg/hm2，生長至約30 cm時追施復合肥300 kg/hm2。2016年6月15日播種，7月18日生長至約15 cm高時噴第一次葉面肥500 mL，7月28日第二次噴葉面肥500 mL，每次對照分別噴清水。8月11日收獲測產。施肥方案見表3。

表3 大田莧菜試驗施肥方案

4）大田萵筍 試驗設2 個處理和清水對照，均為2個重復。各處理面積為1.8 m2，氮、磷、鉀肥用量一致，出苗約15 cm 時施復合肥150 kg/hm2，生長至30 cm 時追施復合肥300 kg/hm2。2018 年1月27 日第一次噴葉面肥，每個處理噴100 mL；2月5日第二次噴葉面肥，每個處理噴200 mL；2月23日收獲測產。各處理施肥方案見表4。

表4 大田萵筍試驗施肥方案

5）盆栽玉米 組合有機碳肥為筆者所在研究室配制；供試化肥為尿素（w（N）46%）、氯化鉀（w（K2O）63%）、過磷酸鈣（w（P2O5）12%）；供試玉米為華美糯七號；供試土壤為赤紅壤，取自華南農業大學校園。試驗共設3個處理和一個對照，每處理3次重復，各盆裝土均為4 kg，每盆種3 棵玉米，各處理的氮、磷、鉀肥用量均一致，即每千克土施N 120 mg、K2O 100 mg、P2O580 mg。2016年8月25 日育種催芽，8 月 27 日移栽，9 月 9 日第一次噴施葉面肥，每個處理（3 盆）共噴施50 mL，9 月26 日第二次噴施葉面肥，每處理噴施100 mL；10月31日收獲玉米。各處理施肥量見表5。

表5 盆栽玉米試驗施肥方案

6）景觀蕨 共設2個處理和清水對照，均設2個重復。各處理面積為1 m2，供試蕨為自然生長2年的景觀蕨。2018 年6 月15 日第一次噴施葉面肥，每個處理噴100 mL；6 月22 日第二次噴施葉面肥，每個處理噴200 mL；6月27日采樣（每重復隨機齊根剪10棵），記錄鮮質量、干質量。有機碳肥施用方案見表6。

表6 景觀蕨試驗施肥方案

2 試驗結果

2.1 大田玉米

大田玉米試驗結果見表7。

表7 大田玉米收獲結果

由表7可知，玉米噴施丙酮酸（T1）處理較清水對照（CK1）處理增產5.9%；α-酮戊二酸、丙酮酸、草酰乙酸混合施用（T2）的效果優于單一施用丙酮酸，較CK1增產達7.6%；α-酮戊二酸和硫酸銨混合施用（T3）的效果優于單一施用硫酸銨（T6），較CK1增產5.1%；硫酸銨和碳酸氫銨分別與有機碳混合使用（T4、T5）的效果相近，分別較CK1 增產10.8%、10.6%，增產幅度均高于其他處理。硫酸銨中w（N）為21.0%，碳酸氫銨中w（N）為17.7%，但兩者的肥效差別甚少。從性價比看碳酸氫銨有一定優勢。

2.2 大田空心菜

大田空心菜試驗結果見表8。

表8 大田空心菜收獲結果

由表8 可知，單一α-酮戊二酸（T1）處理較CK 增產達58%，3 種碳源配合（T2）施用較CK 增產達77%，這表明有機碳源增多有利于提高空心菜的增產效果。

2.3 大田莧菜

大田莧菜試驗結果見表9。

由表9可知，復合碳氮對葉菜類顯示了很高的增產效果，較CK處理增幅達近60%，結合2.2節空心菜的增產效果可知，有機碳及其組合施用在葉菜類的增產效果尤其明顯。

表9 大田莧菜收獲結果

2.4 大田萵筍

大田萵筍試驗結果見表10。

表10 大田萵筍收獲結果

由表10可知，T1、T2處理效果均優于CK且有顯著性差異，T2 效果優于T1，增幅多7 個百分點。這也表明，在原有有機碳組合基礎上增加一定量的P和N有利于進一步增產，增幅逾5%。

2.5 盆栽玉米

盆栽玉米試驗結果見表11。

表11 盆栽玉米收獲結果

由表11 可知，多種混合碳源對玉米的增產效果優于單一碳源。混合碳肥（T3）處理較CK 增產達13%，高于其他單一碳源的增產效果。而且混施有機碳在較低濃度（T3，50 mg/L）下的玉米產量優于較高濃度（T1、T2，80 mg/L）的單一有機碳源。這表明混施有機碳可以在較低濃度下（也即較低成本下），獲得較高的肥效。通過混施適當配比的有機碳可達到節本增效的目的。

2.6 景觀蕨

景觀蕨試驗結果見表12。

表12 景觀蕨收獲結果

由表12 分析可知，T1、T2 處理效果均優于CK，T1與CK相比，鮮質量增幅約23%，干質量增幅約30%；T2 與CK 相比，鮮質量增幅約31%，干質量增幅約32%。T2與CK相比，優于T1，鮮質量增幅多8 個百分點，干質量增幅多2 個百分點。柑液的有機組分不需分離，僅需加入穩定劑，即可達到與福生碳產品相當（或略高）的肥效水平。

3 討論

3.1 組合碳源對作物增產效應不僅與組合碳源有關，還與作物種類有關

本系列試驗中發現，組合碳源對作物的增產效應因作物種類不同而有較大變化。組合碳對玉米的增產效果僅為10%左右，而對2種蔬菜的增產效果可達60%以上，差異甚大。因此，根據作物種類配制相應的碳源組合，可進一步發揮有機碳的增產潛力。目前對有機碳的研究尚在以經驗為主的初步階段，深入研究則需要結合作物生理特征進行考慮。本試驗所顯示的玉米、蔬菜的肥效差別可能與作物種類的不同特性有關，尤其可能與C3、C4作物的光合作用生理生化特點有關。

3.2 單一有機碳與復配有機碳的肥效比較

系列試驗顯示，多種有機碳的配合效果優于單一有機碳，且單一碳源的濃度增加會導致增產幅度下降甚至減產［7］，但是大田玉米試驗表明，通過有機碳的配合施用，碳質量濃度由50 mg/L（單一丙酮酸）增加到120 mg/L（3 種有機碳總濃度）時，碳質量濃度提高2倍多，仍可增產（見表7）。大田空心菜試驗也顯示了3種有機碳配合優于單一α-酮戊二酸肥效（見表8）。

試驗結果還顯示在組合碳源基礎上，與適當氮源配合效果更優，分別優于組合碳源和單一氮源。這反映了組合碳源與氮配施具有協同作用。有機碳的配施以及與氮源的比例優化研究，是養分平衡研究的新課題和技術發展的新空間。

3.3 有機碳組合優化——養分平衡的理論研究與技術開發的新課題

有機碳的成分、種類繁多，單就其種類而言，就有羧酸、生物堿、醇、醛、酚、酮，還有鏈狀結構、環狀結構等差異，它們均依不同的生長時期而發揮相應的生理生化功能［8］。這些成分組合優化復雜程度遠遠超過17 種營養元素的組合優化，其中可發掘出一些很有價值的優化組合。本試驗所涉及的有機碳組合施用效果研究僅是開端，顯示了其中所蘊藏的巨大增產潛力，值得深入研究。

本試驗的結果表明，有機碳配施的技術途徑中，如果加入合適的有機碳及適量氮，可能降低成本且提高肥效。如一些高端有機碳產品（腐植酸、生物刺激劑等）增產效果好，但價格較高，而且合適用量不易把握，用量過高有副作用，用量不足則效果難顯現。通過加入合適的有機碳（或適量氮）制成復方產品，就可降低腐植酸、生物刺激劑的施用濃度。這樣，在降低成本同時還提高或保持肥效。本試驗中有幾種組合碳與氮配施效果很好，但是該配比及用量尚屬經驗性的初選，并非最優，需要進一步研究篩選出更好的優化組合。

本試驗顯示復合有機碳比單一有機碳有更好的效果，不僅為有機碳提高肥效提供了一個優化組合的技術途徑，同時也為一些多組分的有機廢料資源或副產品資源的利用提供了重要的思路。例如，新會陳皮柑液含有α-酮戊二酸和一些其他有機酸成分，這種原有的組分可以直接利用，而不必再分離單一組分。也可以在原有組分基礎上加入某些組分，進行調整以實現優化組合。

關于有機碳濃度及比例優化的研究，有兩點值得注意，一是有機碳各成分內的配施優化，包括不含氮的有機物，如羧酸、醇、醛、酮等，還包括含氮的有機物，如氨基酸類；二是有機碳與無機化肥的配合，如與銨態氮、硝態氮，與磷銨的配合。這些是目前養分平衡和測土配方施肥尚未涉及的新課題，深入研究將會把平衡施肥的效果提升到一個新的高度。