含鈣鎂微量元素水溶肥料制備及其浸種性能分析

賀子健，韓效釗，2，黃晗達，張旭，2，劉亞華，2，孔帥

（1.合肥工業大學化學與化工學院，合肥 230009；2.安徽省水溶肥料工程技術研究中心，合肥 230009；3.合肥綠農肥業有限責任公司，合肥 230088）

西瓜，屬葫蘆科，原產地非洲，具有豐富的營養與藥用價值［1］。由西瓜（均值）營養表可知，100 g可食部分中，Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu含量分別為8.00、8.00、0.30、0.10、0.05、0.05 mg（食品安全查詢系統http：//www.eshian.com/sat/yyss/list）；何偉忠等［2］對6種不同品種的西瓜進行測定，結果表明，Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu的平均含量分別為183.68、151.11、3.15、0.94、0.39、0.37 mg/kg；梁克紅等［3］對8種不同種類的西瓜進行測定，結果表明，Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu的平均含 量分別為127.11、187.35、4.29、0.89、0.43、0.54 mg/kg；周成偉［4］采用電感耦合等離子體發射光譜法測定鮮榨西瓜汁中Fe、Ca、Mg的含量分別為5.3、86.7、80.5 μg/mL?？梢娢鞴仙L過程中需要重視補充中微量礦質營養元素；上述研究數據還表明，西瓜對中量元素鈣和鎂的吸收量較大且其質量比在1∶1左右。中國耕地土壤中鈣、鎂、錳、鋅、鐵、銅在缺素臨界值以下的比例分別為63%、53%、48%、42%、31%、25%［5］。因此，本研究結合西瓜對礦質營養元素需求特點和中國土壤肥力現狀，選擇鈣、鎂、鋅、錳4種元素體系開展相平衡研究，以相圖為依據討論含鈣鎂的液體型微量元素水溶肥料制備方法，制備出符合NY 1428—2010《微量元素水溶肥料》標準的肥料產品［6］，并采用西瓜浸種方式驗證肥料性能，為專用型液體水溶肥料開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設備

供試種子：西瓜品種“早佳8424”，由新疆某公司生產。

主要試劑：四水硝酸鈣、六水硝酸鎂、六水硝酸鋅、四水硝酸錳、氨水、硝酸，均為試劑級。

主要儀器：低溫恒溫槽（DC-0506），電動攪拌器（D-8401 WZ），原子吸收分光光度計（WFX-130B），精密pH計（PHB-10），紫外分光光度計（WFX-130B），智能人工氣候培養箱（LHP-250），電導率儀（DDS-307）。

1.2 相圖繪制

1.2.1 試驗方法向三口燒瓶中加入Ca（NO3）2·4H2O、Mg（NO3）2·6H2O、Zn（NO3）2·6H2O、Mn（NO3）2·4H2O和去離子水，并至少保持1種鹽過飽和；將三口燒瓶固定在低溫恒溫槽內，溫度恒定（本試驗為10℃），使用電動攪拌器進行攪拌；每30 min關閉電動攪拌器，靜置，進行電導率測定以及pH的調節，重復3次電導率基本一致，pH穩定在需求值（本試驗為3），即可視為體系達到平衡；靜置一段時間后取上清液，用分光光度法測定溶液中鈣離子、鎂離子、鋅離子、錳離子質量濃度。

1.2.2 繪制相圖固定Ca·Mg質量比為1∶1，研究鈣（鎂）濃度分別在20、30、40 g/L時Zn（NO3）2-Mn（NO3）2-H2O體系的相平衡關系，繪制相應的水鹽體系相圖，見圖1。A點表示定濃度Ca（NO3）2、Mg（NO3）2溶液中Mn（NO3）2飽和時錳離子質量濃度；C點表示定濃度Ca（NO3）2、Mg（NO3）2溶液中Zn（NO3）2飽和時鋅離子質量濃度；曲線A→B是在定濃度Ca（NO3）2、Mg（NO3）2溶液中，Zn（NO3）2對Mn（NO3）2飽和時錳離子質量濃度影響曲線；曲線C→B是在定濃度Ca（NO3）2、Mg（NO3）2溶液中，Mn（NO3）2對Zn（NO3）2飽和時鋅離子質量濃度影響曲線；B點為曲線A→B與曲線C→B的交點，此點Zn（NO3）2與Mn（NO3）2均飽和，即為共飽和點；區域OABC為液相區，其他區域為固液共存多相區。

圖1 10℃下Zn（NO3）2-Mn（NO3）2-H2O水鹽體系相圖

1.3 浸種試驗

開展清水和自制的3種含鈣鎂的微量元素水溶肥料西瓜浸種試驗，并與市場采購的瓜果蔬菜專用的微量元素水溶肥料（表1中Ⅰ和Ⅱ）浸種效果進行對比分析。

浸種技術是一種重要的種子處理技術，科學的浸種液能夠有效增強西瓜種子的幼苗長勢［7］。浸種液以清水作為對照組，微量元素水溶肥料a、b、c，分別稀釋200、400、600、800、1 000倍；按照說明書要求，微量元素水溶肥料Ⅰ稀釋750倍、Ⅱ稀釋1 000倍。挑選大小基本一致、子粒飽滿的早佳8424西瓜種子，用10%次氯酸鈉溶液進行10 min消毒，再用去離子水沖洗5?6次，最后將種子置于不同的浸種液中浸種24 h。開展種子萌發試驗，采用培養皿紙床法，在直徑10 cm的培養皿（已滅菌）墊入2層濾紙，把20粒種子均勻地擺放在充分濕潤的濾紙上。每個處理重復3次。將培養皿置于人工氣候培養箱中25℃避光催芽，定時潤濕濾紙。每24 h統計1次發芽數，4 d統計發芽勢，7 d統計發芽率。10 d測幼苗株高、根長、莖粗、苗鮮重及生理指標。抗壞血酸含量通過2，6-二氯酚靛酚滴定法測定，可溶性糖含量通過蒽酮試劑法測定，過氧化物酶（POD）活性通過愈創木酚法測定［8］；過氧化氫酶（CAT）活性通過高錳酸鉀滴定法測定［9］；丙二醛（MDA）含量通過分光光度法測定［10］。

2 結果與分析

2.1 相圖在液體水溶肥料制備中的應用

圖1中直線DE滿足c（Zn2+）+c（Mn2+）=100 g/L，直線DE、縱坐標軸與飽和曲線ABF所圍成區域的養分質量濃度為c（Zn2+）+c（Mn2+）≥100 g/L，該區域中任意一個狀態點對應的肥料均符合微量元素水溶肥料中華人民共和國農業行業標準（NY 1428—2010）。分別從圖1的配方區域中選取a、b、c狀態點作為肥料配方，制備的肥料成分見表1。

表1 微量元素水溶肥料產品

2.2 稀釋倍數對發芽指標的影響

由圖2可知，肥料b稀釋600倍左右、肥料a和c稀釋800倍左右發芽勢最佳；由圖3可知，肥料a和b稀釋600倍左右、肥料c稀釋800倍左右發芽率最佳。

圖2 微量元素水溶肥料對西瓜種子發芽勢的影響

圖3 微量元素水溶肥料對西瓜種子發芽率的影響

2.3 稀釋倍數對幼苗生長指標的影響

由圖4可知，肥料b稀釋600倍左右、肥料a和c稀釋800倍左右株高最高；由圖5可知，肥料a稀釋600倍左右、肥料b和c稀釋800倍左右根長最長；由圖6可知，肥料a、b和c稀釋600倍左右莖粗最粗；由圖7可知，肥料b和c稀釋600倍左右、肥料a稀釋800倍左右幼苗鮮重最重。

圖4 微量元素水溶肥料對西瓜幼苗株高的影響

圖5 微量元素水溶肥料對西瓜幼苗根長的影響

圖6 微量元素水溶肥料對西瓜幼苗莖粗的影響

圖7 微量元素水溶肥料對西瓜幼苗鮮重的影響

2.4 稀釋倍數對幼苗生理指標的影響

由圖8可知，肥料a和c稀釋600倍左右、肥料b稀釋800倍左右幼苗POD酶活性最好；由圖9可知，肥料a和b稀釋400倍左右、肥料c稀釋600倍左右幼苗CAT酶活性最好；由圖10可知，肥料a、b和c分別稀釋600、400、800倍左右幼苗抗壞血酸含量最高；由圖11可知，肥料a和c稀釋600倍左右、肥料b稀釋800倍左右幼苗MDA含量最低；由圖12可知，肥料a和c稀釋600倍左右、肥料b稀釋400倍左右幼苗可溶性糖含量最高。

圖8 微量元素水溶肥料對西瓜幼苗POD酶活性的影響

圖9 微量元素水溶肥料對西瓜幼苗CAT酶活性的影響

圖10 微量元素水溶肥料對西瓜幼苗抗壞血酸含量的影響

圖11 微量元素水溶肥料對西瓜幼苗MDA含量的影響

圖12 微量元素水溶肥料對西瓜幼苗可溶性糖含量的影響

各指標最適宜稀釋倍數見表2。由表2可知，肥料a最適宜稀釋倍數600出現7次，800出現3次，400出現1次；肥料b最適宜稀釋倍數600出現5次，800出現3次，400出現3次；肥料c最適宜稀釋倍數600出現6次，800出現5次。綜上所述，肥料a和肥料b最適宜稀釋倍數為600倍，肥料c適宜稀釋倍數為600倍、800倍。

表2 各指標最適宜稀釋倍數

2.5 水溶肥料浸種效果對比

自制的水溶肥料a、b、c在最適宜的稀釋倍數時浸種與市場采購的微量元素水溶肥料Ⅰ、Ⅱ（按說明書稀釋倍數）浸種效果進行對比，并設置清水浸種對照（CK），結果見表3、4。表3和表4中各項指標，除MDA含量越低越好以外，其他指標均是越高越好。

表3 不同水溶肥料對種子發芽、幼苗生長指標的影響

表4 不同水溶肥料對幼苗生理指標的影響

將由好到差用1?7數字來表示，清水及各種肥料最適宜稀釋倍數浸種對各項指標影響效果排序見表5。

由表5可知，除肥料Ⅱ發芽勢低于清水對照外，各種肥料浸種的其他指標均優于清水對照。清水對照及肥料對各指標影響效果不同排序出現的次數見表6。

表5 不同肥料對浸種效果影響排序表

由表6可知，綜合考慮11項指標，肥料a、b、c對西瓜浸種效果均優于肥料Ⅰ、Ⅱ，其中，肥料a稀釋600倍浸種效果最好，肥料c稀釋800倍的效果略好于稀釋600的效果。

表6 不同肥料對指標影響效果排序出現次數表

3 小結與討論

1）采用等溫溶解平衡法繪制了10℃，pH=3，Ca/Mg質量比為1，Ca+Mg濃度分別為40、60、80 g/L時Zn（NO3）2-Mn（NO3）2-H2O的水鹽體系相圖，并依據相圖制備了適宜于西瓜的水溶肥料，產品含有中量元素鈣和鎂，執行微量元素水溶肥料農業行業標準（NY 1428—2010），為液體水溶肥料制備提供了理論依據。

2）采用西瓜浸種試驗和與清水對照、市購瓜果專用水溶肥料對比，考察了本試驗制備的3種水溶肥料浸種性能，結果表明，西瓜浸種有助于促進發芽和幼苗成長，制備的Ca+Mg=40 g/L，Zn+Mn=126 g/L液體水溶肥料稀釋600倍浸種效果較好，這也表明采用相圖設計制備液體水溶肥料的方法可行。

3）僅研究了含中量元素鈣、鎂和微量元素鋅、錳的水鹽體系相圖，所制備的水溶肥料未包含鐵、銅、硼、鉬等微量元素，因此，西瓜浸種肥料還可進一步優化配方。