有機無機復混肥優(yōu)化化肥養(yǎng)分利用的效應與機理研究III．有機物料與鉀肥復混對玉米產(chǎn)量及肥料養(yǎng)分吸收利用的影響

杜 偉， 趙秉強， 林治安， 袁 亮， 李燕婷

(1 農(nóng)業(yè)部作物營養(yǎng)與施肥重點實驗室， 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所， 北京 100081；2 中國農(nóng)業(yè)科學院德州鹽堿土改良實驗站， 山東德州 253015； 3 清華大學環(huán)境學院， 北京 100084)

有機無機復混肥優(yōu)化化肥養(yǎng)分利用的效應與機理研究III．有機物料與鉀肥復混對玉米產(chǎn)量及肥料養(yǎng)分吸收利用的影響

杜 偉1，3， 趙秉強1*， 林治安2， 袁 亮2， 李燕婷1

(1 農(nóng)業(yè)部作物營養(yǎng)與施肥重點實驗室， 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所， 北京 100081；2 中國農(nóng)業(yè)科學院德州鹽堿土改良實驗站， 山東德州 253015； 3 清華大學環(huán)境學院， 北京 100084)

【目的】將有機物料與化學鉀肥按不同比例復混制成有機無機復混鉀肥，研究其對優(yōu)化化肥鉀的吸收利用效應和機理，可為復混肥的科學應用提供依據(jù)。【方法】以味精廠制糖形成的糖渣作為有機原料，與硫酸鉀按照3 ∶1、1 ∶1、1 ∶3(w/w)比例復混，采用團粒法制成含鉀量分別為K2O 12.2%、24.7%和37.3%的有機無機復混鉀肥。采用土柱栽培方法，設置K2O低(75 kg /hm2)、中(150 kg /hm2)、高(225 kg /hm2)3個施鉀水平，每個施鉀水平下，采用不同含鉀量的有機無機復混鉀肥為供試肥料，以硫酸鉀為對照，同時設置與鉀處理等量的糖渣施用量處理作為對照，以消除有機物料可能帶來的影響。以玉米為供試作物，玉米收獲后，分別測定葉片、莖鞘、籽粒中的含鉀量，并根據(jù)生物量計算鉀的累積量和化肥鉀的利用率。【結(jié)果】1)低鉀、高鉀水平下，復混鉀肥比硫酸鉀處理分別增產(chǎn)27.75%和10.77%；而中鉀水平下，復混鉀肥沒有表現(xiàn)出明顯的增產(chǎn)效果；低鉀、中鉀和高鉀水平，復混鉀肥玉米植株籽粒平均產(chǎn)量較硫酸鉀增產(chǎn)11.36%。2)低鉀、高鉀水平下，復混鉀肥玉米植株鉀素吸收量比硫酸鉀處理分別提高31.32%和16.11%；中鉀水平下，復混鉀肥植株鉀素吸收量較硫酸鉀處理沒有明顯增加；有機無機復混鉀肥處理在低鉀、中鉀和高鉀水平下的植株平均吸鉀量較硫酸鉀處理提高11.43%。3)低鉀、中鉀、高鉀水平復混鉀肥玉米植株平均吸鉀量較等量有機物料處理提高11.92%，而硫酸鉀處理較不施鉀肥的對照處理(CK)僅提高3.31%，有機物料與鉀復混后，顯著提高了玉米植株吸鉀量。4)低鉀、高鉀水平下，復混鉀肥的平均化肥鉀表觀利用率比硫酸鉀有所提高；中鉀投入水平下，復混鉀肥處理鉀的表觀利用率與硫酸鉀處理基本相同；低鉀、中鉀和高鉀水平，復混鉀肥平均鉀素表觀利用率比硫酸鉀處理提高17.92個百分點。【結(jié)論】有機物料與硫酸鉀復混，可以優(yōu)化硫酸鉀的肥效和玉米對其中鉀的吸收利用。綜合考慮玉米產(chǎn)量和鉀肥利用率，糖渣與硫酸鉀的適宜復混比例可定為1 ∶3(w/w)，其施用量在與本試驗類似的土壤條件下應低于硫酸鉀的施用量。

有機無機復混； 硫酸鉀； 鉀肥利用率； 作物產(chǎn)量

鉀離子較為活躍，化學鉀肥施人土壤后，受徑流、淋溶及土壤固定等作用使其當季利用率不高，約為35%_50%[1]。研究如何提高鉀肥利用率受到人們的廣泛關注[2-5]。一方面，人們通過合理施肥和培育鉀高效作物品種來提高鉀肥利用率；另一方面，通過研制新型肥料實現(xiàn)鉀肥的高效利用[6-7]。研制有機無機復混肥料是提高鉀肥利用率的有效途徑之一[8-10]。有機無機復混肥料中的有機物料含有豐富的官能團，可對鉀離子產(chǎn)生物理-化學吸附，減緩鉀離子的淋溶損失。如王德漢等研究證明[8]，木質(zhì)素鉀肥具有一定的緩釋性能，可以減少鉀素淋失。本試驗結(jié)果證明[11]，有機無機復混肥料可減少鉀素的固定，提高土壤速效鉀含量。利用紅外光譜對有機改性后的氯化鉀化肥結(jié)構(gòu)分析表明[10]，氯化鉀原有的高分子膜層雖然被破壞，但促進了鉀的有效性和長效性，施用后具有增加作物產(chǎn)量和提高肥料利用率的作用[5]。

以往有機無機復混肥料對作物產(chǎn)量和肥料利用的研究，多為有機物料與無機N、P、K等多元素進行復混，制成氮磷鉀等多元素有機無機復混肥料，來研究肥料的增產(chǎn)效果和增產(chǎn)機理。將有機物料按不同比例與化學氮肥、磷肥和鉀肥分別復混，制成有機無機復混氮肥、有機無機復混磷肥和有機無機復混鉀肥，深入系統(tǒng)研究有機物料與化肥復混對氮肥、磷肥和鉀肥的調(diào)控效應和機理，尚不多見。

本研究利用味精廠制糖工序產(chǎn)生的糖渣為有機物料，將其與硫酸鉀復混造粒，制成有機無機復混鉀肥，利用土柱栽培試驗，研究有機物料與硫酸鉀復混對化學鉀肥吸收利用的影響，以期為通過化學鉀肥與有機物料復混來優(yōu)化鉀肥的吸收利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土為采自中國農(nóng)業(yè)科學院德州鹽堿土改良實驗站禹城試驗基地三年以上不施用任何肥料的低肥力勻地農(nóng)田，取0—30 cm土壤，剔除石塊、根系等雜質(zhì)，過篩，充分混勻備用。土壤類型為石灰性潮土，質(zhì)地為輕壤，pH(1 ∶1土水比浸提)8.33，有機質(zhì)10.07 g/kg，全氮0.543 g/kg，速效磷(P2O5)3.58 mg/kg，速效鉀(K2O)82.7 mg/kg。

1.2 供試肥料與作物

利用味精廠制糖工序產(chǎn)生的廢渣(簡稱“糖渣”，風干基，代號：A)與硫酸鉀(代號：K，K2O含量50%)按重量比3 ∶1、1 ∶1和1 ∶3混配，利用圓盤工藝造粒，分別制成代號為A3K1、A1K1和A1K3三種有機無機復混鉀肥。供試有機物料糖渣(A)和三種有機無機復混鉀肥的養(yǎng)分含量見表1。

供試作物為玉米，品種為鄭單958號。

1.3 試驗處理與方法

有機無機復混鉀肥和化學鉀肥(硫酸鉀)按等全鉀量投入原則設計不同施鉀水平試驗，氮肥為尿素，施N量為300 kg/hm2；磷肥為過磷酸鈣，施P2O5量為180 kg/hm2，按充足供應原則設計。

試驗選擇A3K1、A1K1、A1K3和K(硫酸鉀)4個肥料品種試驗處理，以上四種供試鉀肥均設置K2O低(75 kg/hm2)、中(150 kg/hm2)和高(225 kg/hm2)3個施肥水平，共12個鉀肥用量處理。低鉀處理對應的糖渣(A)加入量分別為225、75、25和0 kg/hm2，中鉀處理對應的糖渣(A)加入量分別為450、150、50和0 kg/hm2，高鉀處理對應的糖渣(A)加入量分別為675、225、75和0 kg/hm2。為了便于比較不同處理中化學鉀肥的真實效果，了解有機物料與硫酸鉀復混后能否優(yōu)化化學鉀肥的利用，按照以上糖渣帶入量，設置了與不同鉀肥投入水平各處理對應的等量有機物料對照處理10個；以只施氮、磷肥，不施鉀肥為空白對照(CK)，試驗共22個處理，8次重復。試驗用土柱內(nèi)徑為25 cm，高100 cm，每個土柱裝土57 kg。氮、磷、鉀肥料均作基肥在播種前一次性施用，均勻混施于土柱表層0—30 cm土層中。

1.4 玉米栽培方法

土柱按照“40 cm + 80 cm”寬窄行種植方式排列，玉米株距30 cm。于2009年5月19日播種，每柱播種5粒玉米種子，出苗一周后間苗，最后每柱留1株玉米。玉米生長期間按常規(guī)栽培措施管理。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

使用EXCEL進行試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，SAS軟件包進行單因素分析，LSD方法對處理間差異進行多重比較，經(jīng)t檢驗進行顯著性分析。

供試肥料的養(yǎng)分表觀利用率和化肥養(yǎng)分表觀利用率通過式(1)、式(2)進行計算：

表觀肥料養(yǎng)分利用率(%)=(施肥處理養(yǎng)分吸收量-空白對照養(yǎng)分吸收量)/施肥量×100

[1]

表觀化肥養(yǎng)分利用率(%)=(復肥施肥處理養(yǎng)分吸收量-對應有機物料處理養(yǎng)分吸收量)/化肥施用量×100

[2]

2 結(jié)果與分析

2.1 有機無機復混鉀肥對玉米產(chǎn)量的影響

由表2數(shù)據(jù)計算，低、中和高水平鉀處理玉米籽粒平均產(chǎn)量分別比CK減少10.88%、8.00%和1.35%，平均減產(chǎn)7.87%，沒有表現(xiàn)出增產(chǎn)效果，但是復合鉀肥A3K1、A1K1和A1K3低鉀和高鉀處理較CK平均增產(chǎn)9.52%和9.28%，中鉀處理減產(chǎn)10.99%；有機物料低鉀、中鉀和高鉀處理(A-A3K1、A-A1K1和A-A1K3)玉米籽粒產(chǎn)量平均88.43 g，與CK(88.45 g)基本相同，單獨有機物料投入也沒有表現(xiàn)出增產(chǎn)效果；有機無機復混鉀肥低、中、高3個水平玉米籽粒較不施鉀肥CK平均增產(chǎn)2.60%，說明化學鉀肥與有機物料復混后，對玉米有一定的增產(chǎn)作用。由表2亦看出，復混鉀肥低、中和高水平處理(A3K1、A1K1和A1K3平均)玉米籽粒平均產(chǎn)量為90.75 g，比有機物料處理平均的88.43 g增產(chǎn)2.62%，比硫酸鉀(K)的81.49 g增產(chǎn)11.36%，有機無機復混在一定程度上顯示出對硫酸鉀的優(yōu)化效果。

表2結(jié)果顯示，A3K1、A1K1和A1K3低、中和高水平處理的玉米籽粒平均產(chǎn)量分別為95.79、88.21和88.26 g，有機無機復混鉀肥中有機物料比例的增高對玉米產(chǎn)量也表現(xiàn)出稍微的提高趨勢。不同施肥處理對生物產(chǎn)量的影響規(guī)律與籽粒產(chǎn)量的基本相似。

注(Note): A-A3K1、A-A1K1和 A-A1K3代表糖渣處理，其投入量分別對應于A3K1、A1K1和A1K3中糖渣的投入量A-A3K1、A-A1K1and A-A1K3represent sugar residue (A), their input rates are respectively equal to those in A3K1, A1K1and A1K3;同行數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間在5%水平差異顯著 Values followed by different letters in the same row are significant among treatments at the 5% level.

2.2 有機無機復混鉀肥對玉米植株鉀素吸收利用的影響

2.2.1 有機無機復混鉀肥對玉米植株鉀素含量的影響 由表3看出，化學鉀肥(K)低鉀和中鉀投入水平下玉米籽粒和秸稈鉀素含量與不施鉀對照相近, 高鉀水平下，玉米籽粒鉀素含量與CK相近，但秸稈鉀素含量稍高。有機無機復混鉀肥低、中和高鉀水平(A3K1、A1K1和A1K3)下玉米籽粒含鉀量平均為0.167%、0.165%和0.159%，與不施鉀對照的0.168%相近或稍低；秸稈鉀素含量平均分別為0.664%、0.647%和0.792%，比CK的0.616%稍高。有機無機復混鉀肥低、中和高鉀處理(A3K1、A1K1和A1K3)玉米籽粒和秸稈含鉀量平均分別為0.164%和0.701%，與化學鉀肥(K)處理的0.168%和0.672%相近。有機物料低、中和高鉀處理(A-A3K1、A-A1K1和A-A1K3)玉米籽粒和秸稈含鉀量平均為0.167%和0.618%，也與不施鉀肥處理的0.168%和0.616%相近。

由表3亦看出，有機無機復混鉀肥中有機物料比例的高低與玉米植株中的含鉀量之間沒有表現(xiàn)出明顯的相關性。

注(Note): A-A3K1、A-A1K1和 A-A1K3代表糖渣處理，其投入量分別對應于A3K1、A1K1和A1K3中糖渣的投入量A-A3K1、A-A1K1and A-A1K3represent sugar residue (A), their input rates are respectively equal to those in A3K1, A1K1and A1K3;同行數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間在5%水平差異顯著 Values followed by different letters in the same row are significant among treatments at the 5% level.

2.2.2 有機無機復混鉀肥對玉米鉀素吸收的影響 有機無機復混鉀肥提高了玉米植株的吸鉀量(表4)。A3K1、A1K1和A1K3低鉀、中鉀和高鉀處理玉米植株吸鉀量平均為0.7164 g，比不施鉀肥對照的0.6223 g提高15.12%，比硫酸鉀(K)處理的平均0.6429 g提高11.43%，比有機物料對照(A-A3K1、A-A1K1和A-A1K3)的平均0.6401 g提高11.92%，提高幅度高于化學鉀肥(K)處理較不施鉀肥對照處理CK的提高幅度(3.31%)。

注(Note): A-A3K1、A-A1K1和 A-A1K3代表糖渣處理，其投入量分別對應于A3K1、A1K1和A1K3中糖渣的投入量A-A3K1、A-A1K1and A-A1K3represent sugar residue (A), their input rates are respectively equal to those in A3K1, A1K1and A1K3;同行數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間在5%水平差異顯著 Values followed by different letters in the same row are significant among treatments at the 5% level.

由表4亦看出，有機無機復混鉀肥A3K1、A1K1和A1K3低鉀、中鉀和高鉀處理玉米植株吸鉀量平均分別為0.7228、0.7190和0.7072 g，結(jié)果非常相近，說明本研究條件下，玉米吸鉀量基本不受有機無機復混鉀肥中有機物料添加比例的影響。

2.2.3 有機無機復混鉀肥對化肥鉀素利用率的影響 化學鉀肥(K)處理與不施鉀肥比較，可以計算出化學鉀肥表觀利用率；同樣，有機無機復混鉀肥與相對應的等量有機物料投入對照處理比較，理論上剔除了有機物料A中鉀素的干擾，可以計算出有機無機復混鉀肥處理中化學鉀肥的利用率。由表5看出，低鉀水平下，有機無機復混鉀肥處理的化肥鉀表觀利用率高于化學鉀肥(K)；中鉀水平下，A1K3處理的低于化學鉀肥(K)，A3K1與化學鉀肥(K)相近，A1K1略有提高；高鉀水平下，A3K1處理的化肥鉀表觀利用率比化學鉀肥(K)處理稍低，A1K1與之相近，A1K3略有提高。有機無機復混鉀肥低鉀、中鉀和高鉀的平均化肥鉀表觀利用率比化學鉀肥(K)處理提高17.92個百分點，顯示出有機物料與化學鉀肥復混優(yōu)化化學鉀肥利用和提高化學鉀肥利用率的效果。有機無機復混鉀肥中有機物料比例的高低與提高化學鉀肥利用率之間沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。從玉米生物產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量、鉀肥利用率等方面綜合考查，本試驗以有機物料與化學鉀肥1 ∶3復混低鉀施肥量效果最優(yōu)。

注(Note): A-A3K1、A-A1K1和 A-A1K3代表糖渣處理，其投入量分別對應于A3K1、A1K1和A1K3中糖渣的投入量A-A3K1、A-A1K1and A-A1K3represent sugar residue (A), their input rates are respectively equal to those in A3K1, A1K1and A1K3;同行數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間在5%水平差異顯著 Values followed by different letters in the same row are significant among treatments at the 5% level.

3 討論

為了準確考查試驗肥料的真實效果，本試驗土壤采自連續(xù)3年不施用任何肥料的低肥力勻地農(nóng)田，但由于試驗所在土壤為黃河沖積物上發(fā)育形成的潮土，屬于富鉀土壤，雖然經(jīng)過幾年的勻地消耗，仍表現(xiàn)出相對缺氮、缺磷而富鉀，鉀素不是第一養(yǎng)分限制因素，因此施用化學鉀肥沒有表現(xiàn)出明顯的增產(chǎn)效果。然而，在這種背景下，有機物料與化學鉀肥復混造粒形成有機無機復混鉀肥，比不施鉀肥和施用化學鉀肥的處理仍能表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)效果。并且有機無機復混鉀肥玉米植株吸鉀量和復混鉀肥中的化肥鉀表觀利用率也比純化學鉀肥處理高，說明有機物料與鉀肥復混具有一定的優(yōu)化化學鉀肥利用的效果。有機物料與化學鉀肥復混后形成有機無機復混鉀肥，由于有機物料的某種“保護”效應，一方面可能減少了土壤對化學鉀的固定[11]，提高了鉀肥的有效性而改善了作物的鉀素營養(yǎng)。另一方面，有機物料的各種官能團也有可能通過與化學鉀肥的物理和化學吸附作用，使化學鉀肥具有一定的緩釋性[8]，減少鉀離子的淋失等，從而改善土壤供鉀性能。另外，本研究發(fā)現(xiàn)，單獨施用有機物料處理玉米籽粒產(chǎn)量與不施鉀肥的對照CK很接近，但產(chǎn)量高于化學鉀肥處理。說明，有機物料本身也有一定的增產(chǎn)作用。另外，華北潮土含鉀豐富，從本試驗看，施用化學鉀肥的增產(chǎn)效果不明顯。因此，有機物料與化學鉀肥復混雖對化肥鉀有一定的優(yōu)化效應，但不如對氮肥和磷肥的優(yōu)化效果明顯[12-13]。

從試驗結(jié)果看，有機無機復混鉀肥中有機質(zhì)含量超過20%的情況下，有機物料比例的高低對改善化肥鉀利用的效果不是很明顯。如果有機無機復混鉀肥中有機物料的比例更低一些，結(jié)果如何有待進一步研究。另外，有機無機復混肥料中的有機物料往往或多或少含有一定量的養(yǎng)分，在研究有機物料對優(yōu)化化肥利用的效應時，有機物料中的養(yǎng)分往往具有一定的干擾作用，因此需要設置與有機無機復混肥料中等量有機物料投入的“有機物料對照”處理，如本研究中A-A3K1處理只投入有機物料A，其投入量對應于A3K1處理中有機物料A的投入量。因此，化肥處理與不施鉀肥的對照CK比較，可以看出化肥的效果；同樣A3K1與A-A3K1比較可以看出有機無機復混鉀肥處理中化學鉀肥的效果，這樣從理論上剔除了有機物料A中養(yǎng)分的干擾。

本試驗中，有機物料與化學鉀肥復混后，在鉀肥施用量低量和高量條件下玉米表現(xiàn)出增產(chǎn)，而在中量鉀肥投入條件下玉米基本未表現(xiàn)增產(chǎn)效果，究其原因，有待進一步試驗驗證。

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Study on the enhancement and mechanism of organic-inorganic compound fertilizer on inorganic fertilizer utilization III. Effect of potassium sulfate combined with organic material on maize yield and K fertilizer utilization

DU Wei1,3, ZHAO Bing-qiang1*, LIN Zhi-an2, YUAN Liang2, LI Yan-ting1

(1MinistryofAgricultureKeyLaboratoryofCropNutritionandFertilization/InstituteofAgriculturalResourceandRegionalPlanning,
CAAS,Beijing100081,China; 2DezhouExperimentStation,CAAS,Dezhou，Shandong253015,China；
3SchoolofEnvironment,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

【Objectives】 Fewer researches have been done systemically on the adjustment of organic-inorganic recombination on the chemical K use efficiency. The study on the K efficiency of potassium sulphate after granulated with sugar residues in different ratios will be helpful to understand the beneficial mechanism of yield and profit increase of organic-inorganic compound fertilizer.【Methods】Three kinds of organic-inorganic compound K fertilizers were made via mixing sugar residues from monosodium glutamate factory with potassium sulfate in 3 ∶1, 1 ∶1 and 1 ∶3(w/w) and granulated using pan granulator. A pot experiment was carried out using the three compound K fertilizers and potassium sulphate. Three total K input levels of K2O 75, 150 and 225 kg/hm2were designed for each tested fertilizer, and the same input level of sugar residues without K was used as the corresponding control of the compound K fertilizer to eliminate the possible effect by organic materials. The crop yield, K uptake, K use efficiency were investigated. 【Results】 1) The maize grain yield was increased by 11.36% in average with application of compound K fertilizer. The maize grain yield was increased by 27.75% and 10.77% at the low and high input rates of compound K fertilizer, but decreased by 3.24% at medium input level, compared to potassium sulfate. 2) Application of compound K fertilizers could increase the K uptake of maize plant by 11.43% in average. The K uptake of maize plant was increased by 31.32% and 16.11% at the low and high K inputs of compound K fertilizers, but decreased by 9.11% at medium input, compared to potassium sulphate. 3) The increase of K uptake by maize plant with the application of compound K fertilizers was 11.92% higher than corresponding organic material treatments in average, which exceed the K uptake increase with potassium sulfate to the no K control. 4) The average K recovery of the three compound K fertilizers input rates was 17.92 percentage points higher, compared to potassium sulfate. Under the same total K input, inorganic-K recoveries were increased at both the low and high rates, but not at medium rate.【Conclusion】 The combination of sugar residue and potassium sulphate could effectively increase the K use efficiency in general. Comprehensive considering the yield and utilization of K，the relatively appropriate mix ratio of sugar residues and potassium sulphate should be in 1 ∶3 (w/w), and the application rate of the compound K fertilizer should be less than normal chemical K fertilizer under the similar soil condition tested.

organic-inorganic recombination; potassium sulphate; K fertilizer use efficiency; crop yield

2013-08-09 接受日期： 2014-12-10

“十一五”國家科技支撐計劃項目(2006BAD10B03)；“十二五”國家科技支撐計劃課題(2011BAD11B05)資助。

杜偉(1979—)， 男， 山東齊河縣人， 博士后， 主要從事資源與環(huán)境研究。Tel: 010-62784701, E-mail: sunsprit1@163.com * 通信作者 Tel: 010-82108658， E-mail: zhaobingqiang@caas.cn

S143.6； S513

A

1008-505X(2015)01-0058-06