
【出版源】孙 鹏,余 赟,张洪江,等.柠檬酸在高塔复合肥中的肥效研究[J].生态产业科学与磷氟工程,2025,40(12):101-106.
孙 鹏,余 赟,张洪江,张汉卿
(龙蟒大地农业有限公司,四川 绵竹 618200)
[作者简介]孙 鹏,助理农艺师,主要从事复合肥开发及应用研究。
[通信作者]余 赟,女,博士。

[摘 要]为提升高塔增效复合肥养分利用率,探讨高塔复合肥添加柠檬酸与应用效果之间的关系。结果表明,高塔复合肥中添加柠檬酸量与肥效呈非正向关系,添加量为0.1%时可促进小麦苗地上部生长,但随添加量升高为0.3%、0.5%、1.0%时,出现了抑制小麦苗生长发育现象,随着小麦苗生长发育,抑制效果逐渐减弱。同时添加柠檬酸可提高养分在土壤中的迁移量,添加量为0.1%、0.3%、0.5%、1.0%时铵态氮迁移量分别提高12.07、18.27、18.43、24.40 mg/kg,有效磷迁移量提高0.25~8.27 mg/kg。当柠檬酸添加量为0.1%时,较未添加处理可提高玉米地上部鲜质量及茎粗,分别提高14.64%、16.67%。大田试验结果表明,高塔复合肥中添加柠檬酸较未添加处理可提高芹菜地上部鲜质量、株高,快速生长期分别提高26.9%、17.1%,成熟期分别提高20.4%、13.2%;较不添加处理,高塔复合肥中添加0.1%柠檬酸,在快速生长期芹菜中磷、铁、锰、锌元素质量分数分别提高了17.95%、61.94%、18.15%、33.55%,在收获期芹菜中磷、铁、锌、硼元素质量分数分别提高了30.00%、12.57%、41.73%、19.43%。
[关键词]柠檬酸;高塔复合肥;添加量;应用效果
2023年我国化肥总产量达到10 635.85万t,其中复合肥产量为5 683.83 万t,而复合肥需求量仅为2 401 万t,过剩产量占比高达57.8%[1]。在农业实际生产系统中氮肥支撑了50%的粮食增产,而我国氮肥利用率仅为40.2%;磷肥利用率在实际农田中很少超过30%,通常为15%~20%[2],大部分养分因固定、淋溶和挥发而损失,传统肥料难以适应农业绿色可持续发展要求。这也给肥料增效技术在化肥市场中创造了发展空间,新型肥料的发展方向主要体现在肥料形态、养分种类、养分形态组合、空间分布调控、增效剂应用和新材料研发等方面,其中添加增效剂是肥料生产过程中可以匹配工艺且比较好实现的增效方式。
研究发现,硝化抑制剂和脲酶抑制剂等化学肥料增效剂,具有较多来源与结构,通过提高土壤中氮素利用率达到作物增产增收的效果[3-9]。还有一些研究发现,生物刺激剂类增效剂与肥料混配后可提高养分利用率,如将腐植酸、氨基酸与大量元素普通掺混可有效促进作物生长、提高肥料利用率[10],聚谷氨酸增效复合肥在保水保肥、促进微量元素吸收、增强作物抗性等方面具有较好效果[11]。有机酸类物质可以在肥料生产阶段与原料发生反应,形成有机结构养分形态,可进一步提升养分在土壤中的有效性,如磷酸二铵与腐植酸在90 ℃反应条件下生成的腐植酸磷肥,有效提高了玉米种植的经济性与产量,提高了磷的利用率[12],腐植酸、氨基酸和海藻酸等有机羧酸类物质与熔融尿素科学配伍可改变尿素氮形态结构、降低尿素氮素损失、提高利用率,显著提高玉米、小麦产量[13-15],并且在低磷水平下磷素利用率可提高8.71%~26.21%,达到增产效果[16]。
柠檬酸作为低分子有机羧酸,具有螯合金属离子和活化养分效果,在复合肥中添加成本较低。柠檬酸作为高塔复合肥增效因子的相关研究较少,本文以添加量为研究对象,探索高塔工艺复合肥添加柠檬酸与应用效果之间的关系,以期为高塔增效复合肥的研制与高效利用提供理论依据。

复合肥原料为尿素、58%粉状磷酸一铵、73%工业级磷酸一铵、60%氯化钾、52%硫酸钾、无水硫酸钠、一水柠檬酸,模拟高塔工艺制备17-17-17配方样品,高塔复合肥产品为15-6-24,以上材料均来源于龙蟒大地农业有限公司。
1.2.1 试验设计
1)水培试验
试验共设置6 个处理,其中CK 为清水对照,T1至T5为17-17-17配方中添加不同质量分数柠檬酸处理(见表1)。按T1 至T5 处理设计配制样品1 000 倍稀释液300 mL,以300 mL 清水为空白处理,用滤网将小麦种子置于盛有处理液体的杯子上方,使液体刚好浸没过种子。各个处理设置5次重复,每次重复的小麦种子为30颗。
表1 水培试验设计Table 1 Hydroponic experiment design

分别在培养10、11、12 d 时采集小麦植株样品,每次重复取5株,各处理共采集25株样品,测定株高、地上部鲜质量、总根长。
2)土培试验
将200 g 风干土放置在相同大小培养皿中,加入60 mL 去离子水,密封放置24 h 使水分均匀分布。在土壤中部挖高度为3 mm的小洞加入0.5 g肥料样品,将培养皿重新密封培养。试验共设置6个处理,以不施肥为空白处理,T1、T2、T3、T4、T5 处理分别为17-17-17 配方未添加柠檬酸处理、17-17-17 配方添加质量分数0.1%的柠檬酸处理、17-17-17 配方添加质量分数0.3%的柠檬酸处理、17-17-17 配方添加质量分数0.5%的柠檬酸处理、17-17-17 配方添加质量分数1.0%的柠檬酸处理。各处理设置5次重复。
分别在培养3 h(0.125 d)、1 d、2 d、3 d、4 d取土壤样品,在距放肥点5 cm 处以放肥点为中心对称取样,每个取样点的体积为1 cm×1 cm×1 cm,测定土壤有效磷、铵态氮含量。
3)盆栽试验
试验共设置3 个处理,以不施肥为空白处理,T1、T2分别为高塔复合肥15-6-24未添加柠檬酸处理、15-6-24添加质量分数0.1%的柠檬酸处理。各处理设置5 次重复,每次重复栽种3 株玉米,每盆施肥量3 g。
在玉米拔节期采集样品,测量玉米株高、茎粗、总根长、地上部鲜质量。
4)大田试验
试验共设置3 个处理,以不施肥为空白处理,T1、T2分别为高塔复合肥15-6-24未添加柠檬酸处理、15-6-24添加质量分数0.1%的柠檬酸处理。各处理设置5 次重复,每次重复小区面积为4.6 m2,667 m2施肥量按照40 kg。
在芹菜快速生长期与收获期采集株高、地上部鲜质量、根质量,测定芹菜植株氮、磷、钾、钙、镁、锌、硼、铁、锰、铜含量。
1.2.2 数据分析
数据采用Microsoft Excel 软件进行处理,SPSS做T检验分析,显著性检测水平为P<0.05。

柠檬酸不同添加量对高塔复合肥肥效的影响见表2。由表2可知,在小麦生长10 d时,CK处理植株地上部鲜质量显著低于其他处理,T1、T2 和T5处理间无显著性差异,T3、T4、T5 处理间无显著性差异,T1、T2处理显著高于T3、T4处理;CK处理株高显著低于其他处理,T1、T2 处理显著高于T3、T4处理,与T5处理无显著性差异;CK处理总根长显著高于T3、T4、T5处理,CK、T1、T2处理间无显著性差异,T1 处理显著高于T4、T5 处理、T1、T2、T3 处理间无显著性差异。在小麦生长11 d 时,CK 处理地上部鲜质量显著低于其他处理,T1、T2、T3、T4、T5处理间无显著性差异;CK处理株高显著低于其他处理,T1、T2、T3、T4 处理间无显著性差异,T1、T2、T4 处理显著高于T5 处理;CK 处理总根长显著高于其他处理,T1、T2 处理无显著性差异,T2 处理显著高于T3、T4、T5 处理,T1 处理与T2、T3、T4 处理无显著性差异。在小麦生长12 d 时,CK 处理地上部鲜质量显著低于其他处理,T2 处理显著高于T1、T3、T4、T5 处理;CK 处理株高显著低于其他处理,T2 处理显著高于T1、T3、T4、T5处理;CK处理总根长显著高于其他处理,T1、T2、T3、T4、T5 处理间无显著性差异。
表2 柠檬酸不同添加量对高塔复合肥肥效的影响Table 2 Effect of different addition amounts of citric acid on fertilizer efficiency of high-tower compound fertilizer

柠檬酸不同添加量对高塔复合肥铵态氮迁移的影响如表3 所示。在培养3 h(0.125 d)后,T1、T2、T3处理土壤铵态氮含量显著高于CK、T4、T5处理,T3 处理显著高于T1 处理。在培养1 d 后,CK 处理土壤铵态氮含量显著低于其他处理。在培养2 d后,CK处理土壤铵态氮含量显著低于其他处理,T5 处理土壤铵态氮含量显著高于其他处理。在培养3 d后,CK处理土壤铵态氮含量显著低于其他处理,T5 处理土壤铵态氮含量显著高于其他处理,T3、T4 处理间土壤铵态氮含量无显著性差异,且显著高于T1、T2 处理,T1、T2 处理间无显著性差异。在培养4 d后,CK处理土壤铵态氮含量显著低于其他处理,T5 处理土壤铵态氮含量显著高于其他处理,T3、T4 处理间土壤铵态氮含量无显著性差异,且显著高于T1、T2 处理,T2 处理显著高于T1处理。
表3 柠檬酸不同添加量对高塔复合肥铵态氮和磷迁移的影响Table 3 Effect of different addition amounts of citric acid on ammonium nitrogen and phosphorus migration in hightower compound fertilizer

在培养3 h(0.125 d)后,CK处理土壤有效磷含量显著低于其他处理,T5 处理土壤有效磷含量显著高于其他处理。T4 处理有效磷含量显著高于T1、T2、T3 处理,T2 处理显著高于T1、T4 处理。在培养1、2 d后,各处理间有效磷含量无显著性差异。在培养3 d后,T3处理土壤有效磷含量显著高于T2 处理,T2 处理显著高于CK、T1、T4、T5 处理,且CK、T1、T4、T5处理间土壤有效磷含量无显著性差异。在培养4 d后,T3、T4处理间土壤有效磷含量无显著性差异,T3 处理显著高于CK、T1、T2、T5处理,T1、T2、T4处理间无显著性差异,且显著高于T5处理。
高塔复合肥添加柠檬酸对玉米生长的影响如表4所示。由表4可知,在玉米拔节期CK、T1、T2处理株高分别为50.53、58.80、58.65 cm,茎粗分别为4.73、5.40、6.30 mm,总根长分别为544.83、421.01、451.11 cm,地上部鲜质量分别为4.33、6.76、7.75 g。T1、T2处理玉米株高显著高于CK处理;T2处理玉米茎粗显著高于T1处理,T1处理玉米茎粗显著高于CK处理;CK处理总根长显著高于T1、T2处理;T2处理玉米地上部鲜质量显著高于T1处理,T1处理玉米地上部鲜质量显著高于CK处理。
表4 高塔复合肥添加柠檬酸对玉米生长的影响Table 4 Effect of adding citric acid to high-tower compound fertilizer on corn growth

高塔复合肥添加柠檬酸对芹菜快速生长期生长的影响如图1 所示。由图1 可知,在芹菜快速生长期时,T2、T1 处理芹菜株高、地上部鲜质量、根质量显著高于CK处理,T2处理株高、地上部鲜质量显著高于T1处理。

图1 高塔复合肥添加柠檬酸对芹菜快速生长期生长的影响Fig.1 Effect of adding citric acid to high-tower compound fertilizer on celery growth during rapid growth period
高塔复合肥添加柠檬酸对芹菜快速生长期养分含量的影响如表5所示。在芹菜快速生长气时,T2处理芹菜植株氮、磷、钾、铁、锰、锌含量显著高于CK处理,T1处理芹菜植株氮、磷、钾、铁含量显著高于CK 处理;T2 处理芹菜植株磷、铁、锰、锌元素含量显著高于T1处理。
表5 高塔复合肥添加柠檬酸对芹菜快速生长期养分含量的影响Table 5 Effects of adding citric acid to high-tower compound fertilizer on nutrient content of celery during rapid growth period

高塔复合肥添加柠檬酸对芹菜收获期生长的影响如图2所示,在芹菜收获期时,T1、T2处理芹菜株高、地上部鲜质量、根质量显著高于CK 处理,T2 处理芹菜株高、地上部鲜质量显著高于T1 处理,T1处理芹菜根质量显著高于T2处理。

图2 高塔复合肥添加柠檬酸对芹菜收获期生长的影响Fig.2 Effect of adding citric acid to high-tower compound fertilizer on celery growth during harvesting period
高塔复合肥添加柠檬酸对芹菜收获期养分含量的影响如表6所示。在芹菜收获期时,T2处理芹菜植株氮、磷、钾、铁、锌、硼含量显著高于CK处理,钙、镁含量显著低于CK处理;T1处理芹菜植株氮、磷、钾、铁含量显著高于CK处理,钙、镁含量显著低于CK处理;T2处理芹菜植株磷、铁、锌、硼含量显著高于T1处理,氮、锰、钙含量显著低于T1处理。
表6 高塔复合肥添加柠檬酸对芹菜收获期养分含量的影响Table 6 Effect of adding citric acid to high-tower compound fertilizer on nutrient content of celery during harvest period


本研究结果表明,高塔工艺复合肥中添加柠檬酸具有提高肥效作用,但提高效果并不随着添加量升高而呈正向变化,当添加质量分数大于0.1%时,并未明显提升肥料肥效,对小麦幼苗期生长可能存在一定的抑制作用,但随着小麦生长发育,抑制效果逐渐减弱,此结果可能是因为随着柠檬酸添加量升高,肥料溶液pH 降低,影响小麦生理代谢及根部生长发育,从而影响了养分吸收[17]。
在高塔复合肥中添加柠檬酸可提高土壤中铵态氮、有效磷的移动能力,在施入土壤4 d 后,添加质量分数0.1%、0.3%、0.5%、1.0%的柠檬酸处理较未添加柠檬酸处理w(铵态氮)分别提高12.07、18.27、18.43、24.40 mg/kg,w(有效磷)可提高0.25~8.27 mg/kg。此结果可能是因为在复合肥生产条件下柠檬酸中羧基与尿素中酰胺基发生脱水反应,生成含有O=C—NH—C(O)—NN2 结构的物质[18],同时柠檬酸可吸收尿素水解后产生的铵态氮[19],且柠檬酸在土壤中具有较强的活性,可带动铵态氮移动。另外,柠檬酸能够增加对矿质磷溶解性,进而提高磷的有效性。
在高塔复合肥中添加质量分数0.1%的柠檬酸处理较未添柠檬酸加处理可显著提高玉米地上部鲜质量和茎粗,增幅分别为14.64%、16.67%。
大田试验结果表明,T2 处理较T1 处理可显著提高芹菜地上部鲜质量及株高,此结果可能是因为高塔复合肥中添加质量分数0.1%的柠檬酸处理较未添加处理可不同程度地提高芹菜对磷及微量元素的吸收,在快速生长期对芹菜中磷、铁、锰、锌元素质量分数分别提高了17.95%、61.94%、18.15%、33.55%,在收获期对芹菜中磷、铁、锌、硼元素质量分数分别提高了30.00%、12.57%、41.73%、19.43%。此结果与前人研究相似,施用适当浓度的柠檬酸可增加棉花苗期植株磷素的含量[20];柠檬酸作为小分子有机物可降低土壤pH,也是土壤中微生物可利用碳源,可提高微生物活性改变土壤氧化还原电位,从而使土壤中Fe、Mn、Zn、B等元素活化[21-22]。在芹菜收获期,未添加柠檬酸处理芹菜氮、锰含量显著高于添加柠檬酸处理。此结果可能是由于高塔复合肥在生产过程中柠檬酸与尿素发生脱水反应,反应产物在土壤中水解后加快了铵态氮向硝态氮的转化,导致部分氮在土壤中淋失;高塔复合肥添加柠檬酸处理提高了芹菜中铁、锌含量,可能产生了离子间的拮抗作用,导致芹菜对锰的吸收量降低。
综上所述,在高塔工艺复合肥中添加质量分数为0.1%的柠檬酸时,添加成本低且具备增效作用。

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Research on fertilizer efficiency of citric acid in high-tower compound fertilizer
SUN Peng,YU Yun,ZHANG Hongjiang,ZHANG Hanqing(Lomon Land Agricultural Co.Ltd,Mianzhu 618200,China)
Abstract:The relationship between the addition of citric acid to high- tower compound fertilizer and its application effect is explored,aiming to improve the efficient utilization of high-tower efficiency compound fertilizer.The results show that there is no positive correlation between the amount of citric acid added to hightower compound fertilizer and its fertilizer efficiency.Adding 0.1% citric acid can promote the growth of the upper part of wheat seedlings,but as the addition amount increases to 0.3%,0.5% and 1.0%,it inhibits the growth and development of wheat seedlings.As the wheat seedlings grow,the inhibitory effect is gradually lifted.At the same time,adding citric acid can increase the migration of nutrients in soil.Adding 0.1%,0.3%,0.5% and 1.0% citric acid can increase the migration of ammonium nitrogen by 12.07,18.27,18.43 and 24.40 mg/kg,respectively,and increase the migration of available phosphorus by 0.25 - 8.27 mg/kg.When the addition amount of citric acid is 0.1%,the fresh weight and stem diameter of the upper part of corn seedlings are increased by 14.64% and 16.67%,respectively,compared to the untreated control.The results of field experiment show that the fresh weight and plant height of celery shoots are increased by 26.9% and 17.1% in the rapid growth period and 20.4% and 13.2% in the mature period when citric acid is added to the high-tower compound fertilizer; Adding 0.1% citric acid in the high-tower compound fertilizer, the contents of phosphorus,iron,manganese and zinc in celery are increased by 17.95%,61.94%,18.15% and 33.55% respectively in the rapid growth period,and by 30.00%,12.57%,41.73% and 19.43% respectively in the harvest period.
Key words:citric acid;high-tower compound fertilizer;addition amount;application effect
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