微晶化鉀礦粉的釋鉀特征及對(duì)籽粒莧生長的影響

呂樂福,竇興霞,張紅衛(wèi),解興元,蓋國勝

(1.國家化肥產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，山東 臨沂 276000；2.臨沂市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，山東 臨沂 276000；

3.清華大學(xué)材料系教育部先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室，北京 100084)

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微晶化鉀礦粉的釋鉀特征及對(duì)籽粒莧生長的影響

呂樂福1，2,竇興霞1，2,張紅衛(wèi)1，2,解興元1，2,蓋國勝3

(1.國家化肥產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，山東 臨沂 276000；2.臨沂市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，山東 臨沂 276000；

3.清華大學(xué)材料系教育部先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室，北京 100084)

摘要：為了提高鉀礦粉中鉀素的有效性，以有機(jī)材料為活化劑，用微晶化設(shè)備對(duì)鉀礦粉進(jìn)行活化處理，研究了微晶活化后鉀礦粉的物理特性、鉀素釋放動(dòng)態(tài)及肥效。結(jié)果表明，與普通鉀礦粉相比，微晶活化后鉀礦粉的理化性狀得到明顯的改善，其中中位徑降低了37.22%，比表面積增大了194.14%，60 d鉀素累積釋放量提高了492.44%。施入土壤后，收獲時(shí)籽粒莧植株株高、莖粗和生物量較普通鉀礦粉處理分別提高了12.16%，20.55%和13.76%，差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；施用鉀礦粉還可以增加土壤速效鉀和緩效鉀的含量，并促進(jìn)籽粒莧對(duì)鉀素的吸收，其中微晶化鉀礦粉處理增加幅度明顯高于普通鉀礦粉處理。微晶化鉀礦粉增量施用或者等鉀量配施氯化鉀效果更好，肥效略差于常規(guī)施肥處理，但差異不顯著(P>0.05)。

關(guān)鍵詞：微晶化； 鉀肥； 籽粒莧； 土壤鉀

鉀是作物生長發(fā)育必要的營養(yǎng)元素之一，在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中起著不可替代的作用。我國50%以上的耕地需要補(bǔ)鉀，特別是在長江以南地區(qū)[1]。但我國鉀鹽資源比較匱乏，每年所需鉀肥絕大部分依賴進(jìn)口，鉀肥的供求已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的突出矛盾之一[2]。而我國非水溶性含鉀礦物資源豐富，分布廣泛，儲(chǔ)量超過100億t[3-4]，如何利用非水溶性鉀礦中的鉀，對(duì)于緩解我國鉀鹽資源緊缺有著重要的意義。國內(nèi)外對(duì)非水溶性鉀礦制造鉀肥的工藝研究按照提鉀原理可分為：直接法、濕化學(xué)法、高溫焙燒法、揮發(fā)法和微生物轉(zhuǎn)化法[5-6]。這些方法在實(shí)際生產(chǎn)中存在能耗高，周期長，工藝路線復(fù)雜，因而不能應(yīng)用于生產(chǎn)。有研究表明非水溶性含鉀礦物經(jīng)過簡單破碎處理后，直接施用可以促進(jìn)作物生長并達(dá)到增產(chǎn)增收的效果[7-8]，還可以改善酸性土壤pH值并增加土壤可溶性鹽含量[9]。但這一結(jié)果存在爭議，除了質(zhì)疑農(nóng)學(xué)效果外[10-11]，對(duì)于非水溶性含鉀礦物中礦質(zhì)元素釋放慢，有效性不高，施用量大的爭議也很大[12]。因此，如何促進(jìn)鉀礦粉中元素的釋放則成為利用難溶性鉀礦資源的關(guān)鍵。

籽粒莧(Amaranthushypochondriacus)是莧科(Amaranthceae)、莧屬(Amaranthus)的一年生糧食、飼料兼用作物。它適應(yīng)性廣，耐貧瘠，抗逆性強(qiáng)，生物產(chǎn)量大，適于在荒山荒地種植。同時(shí)籽粒莧還是一種富鉀作物，其含鉀量高，莖葉中鉀(K2O)的含量高達(dá)6%~12%，根系發(fā)達(dá)，對(duì)土壤潛在的鉀素具有較強(qiáng)的活化和吸收能力，因而常被用于土壤礦物鉀素利用研究工作。為了提高鉀礦粉中鉀素的有效性并驗(yàn)證其肥效，本研究利用微晶化技術(shù)，添加活化助劑后對(duì)含鉀礦物進(jìn)行活化處理，研究了活化前后鉀礦粉的物理特征、鉀素釋放動(dòng)態(tài)變化及對(duì)盆栽籽粒莧生長和土壤鉀素的影響，以期為微晶化鉀礦粉的工廠化生產(chǎn)及其在南方酸性土壤上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

供試普通鉀礦粉(potassium mineral，縮寫PM)產(chǎn)自安徽，為云母礦尾礦，主要物相為白云母，粒徑97%通過0.15 mm篩，其全鉀(K2O)含量為9.07%。供試活化劑為十八碳烷酸，起表面活化作用，均未檢測到氮、磷和鉀，由濱州清大科技責(zé)任有限公司提供。

盆栽試驗(yàn)選用籽粒莧為作物，品種為美國紅莧R104，由山東農(nóng)業(yè)大學(xué)種子公司提供。供試土壤類型為紅壤，采自浙江省長興縣水口鎮(zhèn)0~20 cm耕層土，混合土樣的基本理化性狀為：有機(jī)質(zhì)含量12.09 g/kg，全N含量1.21 g/kg，全P含量0.28 g/kg，全K含量10.80 g/kg，堿解N含量87.24 mg/kg，速效P含量31.82 mg/kg，速效K含量77.04 mg/kg，緩效K含量234.73 mg/kg，pH值5.51(水土質(zhì)量比5∶1)。所施肥料為：尿素，含氮46%；氯化鉀，K2O含量60%；過磷酸鈣，P2O5含量12%。

1.2研究方法

1.2.1微晶化鉀礦粉制備采用微晶化加工設(shè)備WJH-1系自行研制，其工作原理是：通過對(duì)物質(zhì)施加機(jī)械力而引起物質(zhì)發(fā)生結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性質(zhì)變化的過程。微晶化鉀礦粉(modified potassium mineral，MPM)制備方法為：活化劑1%(w)與普通鉀礦粉99%(w)混合均勻后，經(jīng)過微晶化設(shè)備加工處理120 min制得，其中活化劑添加比例和處理時(shí)間均為預(yù)試驗(yàn)最佳值，具體參數(shù)見表1。加工前后兩種鉀礦粉的粒度由丹東百特公司生產(chǎn)的BT-9300H激光粒度分析儀測定；比表面積由SBT-127型數(shù)顯勃氏透氣比表面積儀測定；日本JEOL公司生產(chǎn)的JSM-6301F型掃描電子顯微鏡用于鉀礦粉顆粒表面形貌表征。

1.2.2鉀素釋放動(dòng)態(tài)測定稱取供試樣品2.000 g放入50 mL離心管中，準(zhǔn)確加入20 mL的0.01 mol/L H+H2C2O4溶液，在(25.0±0.5)℃恒溫條件下，黑暗靜置24 h，取出離心管，以4500 r/min離心10 min，將上清液轉(zhuǎn)入200 mL三角瓶中，然后再在離心管中加入20 mL的0.01 mol/L H+H2C2O4溶液，并用玻璃棒將沉淀攪起，混合均勻，重復(fù)上述操作，連續(xù)60次[13-14]。每個(gè)處理3次重復(fù)，用上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的6400A火焰光度計(jì)測定濾液中的鉀含量。

1.2.3籽粒莧盆栽試驗(yàn)試驗(yàn)于2011年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)用不透光高強(qiáng)度聚乙烯盆缽(上徑21.5 cm，下徑16.5 cm，高17.5 cm)，每盆裝土3.50 kg。試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理：空白對(duì)照處理(T0)，不施鉀肥；常規(guī)施肥處理(T1)，每盆施用氯化鉀1.50 g；普通鉀礦粉處理(T2)，施鉀量等同于常規(guī)施肥處理，每盆施用普通鉀礦粉9.92 g；微晶化鉀礦粉處理(T3)，施鉀量等同于常規(guī)施肥處理，每盆施用微晶化鉀礦粉9.92 g；配施處理(T4)，施鉀量等同于常規(guī)施肥處理，每盆混施氯化鉀0.75 g和微晶化鉀礦粉4.96 g；增施處理(T5)，施鉀量為2倍常規(guī)施肥處理，每盆施用微晶化鉀礦粉19.84 g。6個(gè)處理施用尿素與過磷酸鈣一致，每盆分別為2.00 g和5.00 g。其中磷鉀肥作為基肥一次性施用；氮肥1/2用量作為底肥施用，1/2用量于現(xiàn)蕾期施用。每個(gè)處理4次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，共計(jì)24盆。籽粒莧于2011年3月19日播種，每盆播種20顆經(jīng)55℃溫燙浸種消毒15 min后的飽滿種子，期間用蒸餾水保持土壤濕潤，控制水量一致，長勢穩(wěn)定后，每盆定苗3株。籽粒莧生長期間其他管理?xiàng)l件一致。

籽粒莧整個(gè)生長期從2011年3月19日持續(xù)到2011年6月19日，共計(jì)93 d。分別于籽粒莧幼苗期(施肥第15天時(shí))、現(xiàn)蕾期(施肥第30天時(shí))、開花期(施肥第60天時(shí))和收獲期(施肥第90天時(shí))，在上午8:00-10:00，選擇籽粒莧植株中上部生長健壯的功能葉，用便攜式葉綠素儀(SPAD502)測定葉片中部葉綠素含量，并用游標(biāo)卡尺測定籽粒莧植株株高和基部莖粗。同時(shí)分別采取不同施肥處理的土壤樣品，經(jīng)風(fēng)干過篩分析土壤中速效鉀和緩效鉀含量。土樣速效鉀分析方法采用1 mol/L中性NH4OAc振蕩提取-火焰光度法測定；緩效鉀測定用1 mol/L HNO3煮沸10 min提取-火焰光度法[15]。籽粒莧植株樣品收獲后，用蒸餾水分別清洗地上和地下部分，并將樣品縱向切開、分段，于60℃條件下烘干，用精度0.01 g電子天平稱量干物重，并記錄數(shù)據(jù)。粉碎混合均勻后用濃H2SO4-H2O2消煮-火焰光度法測定植株全鉀含量[15]。鉀素利用率計(jì)算公式為：

1.3數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析，同時(shí)用Excel 2007和OriginPro 8.5進(jìn)行繪圖。

2結(jié)果與分析

2.1微晶化處理對(duì)鉀礦粉物理性狀的影響

微晶活化是在外機(jī)械力的作用下而引起物質(zhì)發(fā)生結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性質(zhì)變化的過程，這一過程需要消耗能量。在設(shè)定的條件下，微晶活化后的鉀礦粉每噸產(chǎn)品的加工能耗較普通鉀礦粉高了3.00×108J，而活化后的鉀礦粉中位粒徑較普通鉀礦粉的降低了37.22%，比表面積增加了1.94倍，活化前后兩個(gè)樣品的粒徑和比表面積變化差異顯著(表1)。利用電子顯微鏡對(duì)活化前后樣品進(jìn)行表面形貌觀察(圖1)，發(fā)現(xiàn)普通鉀礦粉整體顆粒大，呈板塊狀，質(zhì)感強(qiáng)，表面有明顯的斷口；而微晶活化后的鉀礦粉表面形貌得到明顯改善，其中微細(xì)顆粒增多，整體顆粒均一性良好，結(jié)構(gòu)疏松，呈碎屑狀。這說明在能耗較低的條件下，微晶活化可以顯著改善鉀礦粉的物理性狀。

表1　不同處理時(shí)間鉀礦粉的耗能量與物理參數(shù)

注：平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同一列中不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Means±standard deviation. The different letters in the same column indicate significant difference atP<0.05. The same below.

2.2微晶化處理對(duì)鉀礦粉中鉀素釋放的影響

由圖2可知，微晶化鉀礦粉累積釋鉀量在整個(gè)浸提過程中均顯著高于普通鉀礦粉。在0~12 d內(nèi)，兩種鉀礦粉累積釋鉀曲線均呈拋物線型，鉀素快速累積，在12 d時(shí)，微晶化鉀礦粉釋鉀總量高達(dá)4569.7 mg/kg， 較普通鉀礦粉高出了5.50倍。在12 d之后直至浸提結(jié)束，兩種鉀礦粉累積釋鉀曲線均表現(xiàn)為線性增加的趨勢，其中微晶化鉀礦粉增加幅度明顯高于普通鉀礦粉。浸提結(jié)束時(shí)，微晶化鉀礦粉累積釋鉀量為6644.9 mg/kg，而普通鉀礦粉僅為1121.6 mg/kg。這表明微晶活化可以促進(jìn)鉀礦粉中的鉀素釋放，微晶化鉀礦粉中鉀素釋放量增多，既可以解決普通鉀礦粉有效鉀含量過低不能滿足植物生長需要的缺點(diǎn)，同時(shí)又能避免水溶性鉀肥鉀釋放太快，造成早期鉀過剩，而后期鉀元素偏低的現(xiàn)象。

圖1　不同鉀礦粉電鏡照片F(xiàn)ig.1　SEM photograph of different potassium mineral　PM：普通鉀礦粉Potassium mineral；MPM：微晶化鉀礦粉Modified potassium mineral. 下同The same below.

圖2　不同處理鉀礦粉鉀素釋放動(dòng)態(tài)變化Fig.2　Changes of oxalic acid soluble K indifferent potassium mineral

圖3　籽粒莧不同生育期葉綠素含量Fig.3　Chlorophyll content of the grain amaranthat different growth periods　　　圖中不同字母表示各處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，下同。 The different letters affixed to treatment indicate significant difference at P<0.05. The same below.

2.3微晶化鉀礦粉肥對(duì)盆栽籽粒莧生長的影響

2.3.1籽粒莧葉片葉綠素由圖3可知，隨著籽粒莧的生長發(fā)育，各施肥處理的葉片葉綠素含量均呈先升后降的趨勢，其中在現(xiàn)蕾期明顯高于其他生育期。與不施鉀處理相比，施鉀均可以不同程度地提高籽粒莧葉片葉綠素含量，除T2處理外，其他施鉀處理較T0處理差異均達(dá)顯著水平。在相同施鉀條件下，籽粒莧葉綠素含量在整個(gè)生育期內(nèi)從大到小的順序均為T1>T4>T3>T2，其中常規(guī)施肥T1處理的葉綠素含量最高，顯著高于T2處理，而與T3處理相比，除收獲期外，生長中前期兩者差異均顯著。說明水溶性鉀肥對(duì)籽粒莧葉綠素含量增加的效果比施用鉀礦粉的好。2種鉀礦粉間相比較，T3處理葉綠素含量在各個(gè)生育期內(nèi)均高于T2處理，并在開花期和收獲期時(shí)差異變大，說明隨著籽粒莧的生長，對(duì)鉀肥需求量加大，微晶化鉀礦粉的供鉀能力強(qiáng)于普通鉀礦粉。配施T4處理的葉綠素含量除收獲期外均顯著高于T3處理，與T1處理相比，差異不顯著。增施T5處理的葉綠素含量較T3處理高了0.78%~11.49%，除現(xiàn)蕾期外，其他生育期差異不顯著；與T1處理相比，T5處理葉綠素含量均低于T1處理，除開花期外，差異不顯著。

2.3.2籽粒莧株高和莖粗由圖4可知，隨著籽粒莧的生長發(fā)育，各施肥處理的株高均呈增加的趨勢。與T0處理相比，施鉀處理對(duì)籽粒莧的地上部分生長均有促進(jìn)作用，且生長后期的作用大于生長前期。施鉀處理中，各生育期內(nèi)籽粒莧的株高均呈T1>T4>T5>T3>T2。幼苗期，常規(guī)施肥T1處理和配施T4處理的株高均顯著高于鉀礦粉處理，各鉀礦粉處理間差異不顯著。進(jìn)入現(xiàn)蕾期，各施鉀處理籽粒莧株高均有所提高，其中T1處理和T4處理仍高于鉀礦粉處理，而與T5處理相比，差異逐漸減小；T3處理和T2處理間差異不顯著，且明顯低于T5處理。進(jìn)入開花期以后，各施鉀處理籽粒莧株高進(jìn)一步提高，T1處理和T4處理較T5處理分別增加了5.49%和3.00%，差異不顯著；T3處理的株高較T2處理增加了22.03%，差異顯著；與T5處理相比，T3處理的株高低了8.90%，差異顯著。收獲期，各施鉀處理籽粒莧株高均達(dá)到最大值，生長趨勢與開花期相同。各施肥處理籽粒莧的莖粗也隨著籽粒莧生長發(fā)育而增加，且施鉀處理的莖粗增加幅度明顯快于不施鉀處理(圖4)。各生育期內(nèi)不同施肥處理籽粒莧的莖粗均呈T1>T4>T5>T3>T2>T0，與籽粒莧株高的生長趨勢一致。總的來看，在籽粒莧生長的前期，籽粒莧植株幼小，根系不發(fā)達(dá)，水溶性鉀肥對(duì)籽粒莧的生長促進(jìn)效果更為明顯。隨著籽粒莧植株的生長，植株逐漸健碩，光合作用增強(qiáng)，側(cè)根數(shù)目增多，籽粒莧植株對(duì)礦物鉀素的吸收和利用能力變強(qiáng)，施用鉀礦粉處理的促生效果逐漸顯現(xiàn)。

圖4　籽粒莧不同生育期植株的株高和莖粗Fig.4　Plant height and stem diameter of the grain amaranth at different growth periods

表2 籽粒莧植株的生物量和鉀素利用情況Table2 Biomassandpotassiumuseefficiencyofthegrainamaranthindifferentfertilizationtreatment處理Treatments生物量Biomass(g/pot,DW)吸鉀量Kuptake(mg/pot)鉀肥利用率Kuseefficiency(%)T016.36±0.76d551.70±36.51f-T124.87±1.34a885.02±41.76a44.63T218.32±0.74c628.54±31.51e10.29T320.84±0.57b725.15±13.02d23.22T424.09±1.22a852.54±41.35b40.28T523.36±0.54a824.46±14.98c18.26

2.3.3 籽粒莧生物量和吸鉀量 表2可知,施鉀對(duì)籽粒莧生物量有顯著影響,與T0處理相比,增加幅度為11.98%~52.02%。施鉀處理中,籽粒莧的生物量從大到小的順序?yàn)門1>T4>T5>T3>T2,其中T3處理的生物量較T2處理高了13.76%,差異顯著;與T1處理相比,生物量顯著低了16.20%。這說明在同一施鉀條件下,微晶化鉀礦粉促進(jìn)籽粒莧生長的效果優(yōu)于普通鉀礦粉,但比水溶性鉀肥差。與T3處理相比,T4處理和T5處理的生物量較T3處理分別增加了15.60%和12.09%,差異顯著;與T1處理相比,T4處理和T5處理的生物量分別低了3.14%和6.07%,差異不顯著。表明配施處理和增施處理效果優(yōu)于單獨(dú)施用微晶化鉀礦粉處理，但與常規(guī)施肥處理相比，效果略差。

各施鉀處理植株吸鉀量顯著高于T0處理，增幅為13.93%~60.42%。施鉀處理植株吸鉀量表現(xiàn)為T1>T4>T5>T3>T2，這與籽粒莧生長趨勢一致，且各處理間差異顯著(表2)。從鉀肥利用率上看，常規(guī)施肥T1處理當(dāng)季鉀肥利用率最高，其次為配施T4處理，兩個(gè)處理明顯高于單獨(dú)施用鉀礦粉處理，這可能與所施鉀肥中鉀素的形態(tài)有關(guān)。與T2處理相比，T3處理的鉀肥利用率提高了1.26倍，說明微晶化鉀礦粉的有效性強(qiáng)于普通鉀礦粉，促進(jìn)了植物對(duì)鉀素的吸收，提高了鉀素的利用效率。

2.4微晶化鉀礦粉肥對(duì)盆栽籽粒莧土壤鉀素的影響

圖5顯示，隨著籽粒莧的生長發(fā)育，不施鉀T0處理的土壤速效鉀含量逐漸下降；施用鉀礦粉處理均呈先升后降的趨勢，且在現(xiàn)蕾期速效鉀含量最高，整個(gè)生育期內(nèi)，變幅小；常規(guī)施肥T1處理和配施T4處理的土壤速效鉀含量均在幼苗期最大，隨后迅速降低，其中T1處理的變化幅度最大。等鉀量施肥處理中，T1處理的土壤速效鉀含量在籽粒莧生長期內(nèi)均最大，顯著高于施用鉀礦粉處理(T2和T3)，但隨著籽粒莧的生長，對(duì)鉀素的吸收和利用，3個(gè)處理土壤速效鉀含量差異逐漸減小。2種鉀礦粉間相比，T3處理各個(gè)時(shí)期的速效鉀含量均高于T2處理，并在施肥中后期，差異達(dá)到顯著水平，說明微晶化鉀礦粉有效性強(qiáng)于普通鉀礦粉，更易于被植物活化和利用。配施T4處理的速效鉀含量較T3處理有所提高，除收獲期外，差異顯著；增施T5處理的速效鉀含量較T3處理提高了3.31%~9.95%，除幼苗期外，差異顯著。表明配施和增施處理對(duì)土壤速效鉀含量增加的效果均強(qiáng)于單倍施用微晶化鉀礦粉處理，但增效表現(xiàn)的時(shí)期不同，配施處理主要表現(xiàn)在籽粒莧生長的中前期，而增施處理在籽粒莧生長的中后期效果更為明顯。

圖5　籽粒莧不同生育期土壤中速效鉀和緩效鉀含量Fig.5　Soil rapidly available K and slowly available K of the grain amaranth at different growth periods

由圖5還可以看出，隨著籽粒莧的生長發(fā)育，不施鉀T0處理和施用普通鉀礦粉T2處理的土壤緩效鉀含量逐漸降低，其他施鉀處理的土壤緩效鉀含量均呈先增后降的趨勢，其中T1處理的土壤緩效鉀含量變幅最大。與不施鉀處理相比，施鉀均可不同程度地提高土壤緩效鉀含量，且現(xiàn)蕾期的作用大于其他生育期。幼苗期，T1處理的土壤緩效鉀含量顯著高于其他施鉀處理，除T1處理外，各施鉀處理間差異不顯著。進(jìn)入現(xiàn)蕾期，除T2處理外，各施鉀處理土壤緩效鉀含量均有所提高，各處理間差異不顯著。進(jìn)入開花期以后，各施鉀處理土壤緩效鉀含量開始降低，當(dāng)進(jìn)入收獲期時(shí)，土壤緩效鉀含量繼續(xù)降低，此時(shí)，增施T5處理的緩效鉀含量較T1處理增加了1.30%，各施鉀處理間差異不顯著。

3討論

3.1微晶化鉀礦粉的釋鉀機(jī)理

礦質(zhì)元素從硅酸鹽礦物中釋放是一種表面擴(kuò)散的過程[16]，主要受顆粒粒徑、比表面積和晶格結(jié)構(gòu)的影響[17]。該溶解過程分為兩個(gè)階段，拋物線快速釋放期和線性平穩(wěn)釋放期，第一階段釋放主要是由于微細(xì)顆粒和活性晶位數(shù)引起的，反應(yīng)機(jī)理為表面離子交換；第二階段受固有晶格結(jié)構(gòu)和晶格缺陷數(shù)的束縛影響[18-19]。在強(qiáng)機(jī)械力的作用下，微晶化鉀礦粉的物理性狀得到明顯的改善，具有小粒徑、高比表面積和良好的表面形貌等特點(diǎn)。除了上述表觀現(xiàn)象外，強(qiáng)機(jī)械力作用也會(huì)促使礦物內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變和錯(cuò)位，導(dǎo)致晶體無序化組分增多，使礦物的晶格結(jié)構(gòu)處于亞穩(wěn)、高能活性狀態(tài)[20]。這些物理性狀的改善增大了單位質(zhì)量的礦粉與浸提溶液接觸的面積，提高了參與化學(xué)反應(yīng)的有效位點(diǎn)數(shù)，進(jìn)而加速了鉀礦粉中鉀素的溶出。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，微晶化鉀礦粉的釋鉀能力明顯優(yōu)于普通鉀礦粉，60 d累積釋鉀總量較普通鉀礦粉提高了4.92倍。這與Kleiv和Thornhill[21]，Priyono和Gilkes[22]在富鉀硅酸鹽礦物上的研究結(jié)果是一致的。

3.2微晶化鉀礦粉的肥效評(píng)估

關(guān)于非水溶性含鉀礦物作為肥料或者土壤改良劑直接施用的研究已有很多，但對(duì)其農(nóng)學(xué)效果的評(píng)價(jià)一直都存在爭議。Gillman等[23]，Coroneos等[24]和晏結(jié)義等[8]研究表明硅酸鹽含鉀礦物對(duì)改良土壤和促進(jìn)植物生長均有積極的作用；然而Bolland和Baker[10]及Bakken等[11]在小麥(Triticumaestivum)和黑麥草(Loliumperenne)上的研究則認(rèn)為硅酸鹽含鉀礦物不能滿足作物對(duì)鉀素的需求，甚至?xí)斐勺魑餃p產(chǎn)。對(duì)于上述爭議結(jié)果，Priyono和Arifin[25]認(rèn)為產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是試驗(yàn)選用的礦物顆粒粒徑大，鉀素釋放慢造成的。本試驗(yàn)結(jié)果也表明顆粒較大的普通鉀礦粉施用后對(duì)籽粒莧的生長促進(jìn)效果不明顯，而經(jīng)過微晶活化后的鉀礦粉的肥效明顯優(yōu)于普通鉀礦粉，差異達(dá)到顯著水平。

本研究還表明，等鉀量施用微晶化鉀礦粉的肥效明顯弱于水溶性鉀肥處理，而增加微晶化鉀礦粉的用量或配合施用微晶化鉀礦粉與氯化鉀都可以較大幅度促進(jìn)籽粒莧的生長，效果好于單倍施用微晶化鉀礦粉且肥效接近于水溶性鉀肥氯化鉀。用微晶化鉀礦粉代替部分氯化鉀，減少化學(xué)鉀肥的施用量，也是解決我國鉀肥不足問題的切實(shí)途徑。但微晶化鉀礦粉的施用量仍較大，今后要對(duì)微晶化鉀礦粉的二次活化、施用方法和肥料后效進(jìn)行更深入的研究。

3.3微晶化鉀礦粉的應(yīng)用前景

微晶化鉀礦粉屬于長效硅鉀肥，肥料中的養(yǎng)分不易隨水土流失，不含氯離子，可以作為忌氯作物和有機(jī)種植業(yè)的可靠鉀源。微晶化鉀礦粉的制備工藝簡單，不需耗酸，無需加熱，無有害物質(zhì)排放，其原料分布廣泛，可以就地取材，設(shè)備投入和運(yùn)行成本均低，可明顯降低成本。更重要的是，這一新產(chǎn)品的原料可以利用非水溶性鉀礦，為非水溶性鉀礦在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用提供了高效利用技術(shù)途徑，可以節(jié)約緊缺的鉀鹽資源，對(duì)于緩解日益尖銳的鉀危機(jī)有重要意義。

4結(jié)論

鉀礦粉經(jīng)過微晶活化120 min后，具有小粒徑，高比表面積，粗糙的表面形貌等物理特性。這些物理特性的改善促進(jìn)了鉀礦粉中鉀素的釋放，提高了鉀礦粉中鉀素的有效性。施入土壤后，微晶化鉀礦粉肥效明顯優(yōu)于普通鉀礦粉。合理施用微晶化鉀礦粉(配施和增施)還可以顯著促進(jìn)籽粒莧植株生長和對(duì)鉀素的吸收，并提高土壤中速效鉀和緩效鉀的含量，肥效接近于常規(guī)施肥處理。

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*Potassium release characteristics of microcrystalline potassium mineral and its effects on growth of grain amaranth

LV Le-Fu1,2, DOU Xing-Xia1,2, ZHANG Hong-Wei1,2, XIE Xing-Yuan1,2, GAI Guo-Sheng3

1.NationalCenterforQualitySupervisionandTestingforFertilizers(Shandong),Linyi276000,China；2.LinyiProductQualitySupervisionandTestingInstitute,Linyi276000,China； 3.KeyLaboratoryofAdvancedMaterialsSponsoredbytheEducationMinistryofChina,DepartmentofMaterialsScienceandEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China

Abstract:In order to improve potassium availability, potassium minerals were finely ground in a microcrystalline mill with an organic activator, and the physical properties studied, including kinetics of potassium release and fertilizer efficiency. The results showed that the physical and chemical characteristics of the microcrystalline potassium mineral were improved significantly. Compared to the untreated potassium mineral, the median particle size was decreased by 37.22%, the specific surface area was increased by 194.14% and the total dose of potassium in 60 days was improved by 492.44%. After application of the microcrystalline potassium mineral to soil as fertilizer, plant height, stem diameter and biomass were increased by 12.16%, 20.55% and 13.76%, respectively, compared to the unground potassium mineral treatment. Application of finely ground potassium minerals also raised the levels of soil rapidly available K， and slowly available K, and these differences were statistically significant, compared to application of unground potassium mineral. The stimulation to growth of grain amaranth from a treatment which applied increments of microcrystalline potassium feldspar mineral or a combined application of microcrystalline potassium mineral and potassium chloride was less than that obtained from a conventional potassium chloride fertilizer treatment, but not significantly so (P>0.05).

Key words:microcrystalline; potassium mineral; grain amaranth; soil potassium

作者簡介：呂樂福(1986-)，男，陜西乾縣人，工程師，博士。E-mail:lvlefu@126.com

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51374136)和山東省自主創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化重大專項(xiàng)支撐項(xiàng)目(2013ZHZXJA0307)資助。

*收稿日期：2015-02-05；改回日期：2015-05-06

DOI：10.11686/cyxb2015072

http://cyxb.lzu.edu.cn

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