雜鹵石對玉米生長及養分吸收的影響研究

王 媛，李文慶，趙麗婭，李晗灝

(土肥資源高效利用國家工程實驗室，山東農業大學資源與環境學院,山東 泰安 271018)

鉀是植物生長必需的大量營養元素，其參與60多種酶的活化，影響植物的生化過程如光合作用、同化產物的運輸、碳水化合物的代謝和蛋白質的合成等[1]。作物施鉀能提高抗寒、抗病能力并促進結果[2]。我國高質量的鉀礦資源相對匱乏，鉀肥國產滿足率僅占15%左右，每年需進口400萬t以上，鉀肥資源缺乏的問題十分突出，因此尋求新的鉀肥資源是緩解我國鉀肥供需矛盾的最有效途徑[3-5]。雜鹵石[K2MgCa2(SO4)4·2H2O]是一種多元素含鉀礦物，其K2O平均含量為8%，是優質鉀礦的潛在替代資源[6-9]。且雜鹵石在我國分布廣、礦藏量大，在四川、青海、湖北、江蘇、山東、陜西等省都有大量貯藏，其中以四川盆地及江漢盆地最多，儲量大、礦層厚，富集程度亦較高，據初步估算，僅四川東部雜鹵石資源折合K2O儲量約在百億噸以上[10-11]。目前我國雜鹵石的研究重點集中在開采和溶浸提取等方面，就雜鹵石對作物的生長影響方面，黃宣鎮[12]在南方的土壤上進行了初步的研究，而關于雜鹵石在北方土壤上的應用研究則尚未見報道，而且雜鹵石在生產上的應用也不多。為此本研究以玉米為供試作物，研究雜鹵石在北方棕壤上的應用效果，并比較其與傳統鉀肥在效果上的差異，以期為雜鹵石在農業生產上的推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

試驗采用盆栽方式在山東泰安花樣年華玻璃溫室進行，供試土壤為棕壤，質地為砂壤土(含粘粒14.23%，砂粒64.36%，粉粒21.41%)，供試雜鹵石為市售雜鹵石粉(K2O 15%)。供試作物為玉米，品種為登海605。試驗共設置雜鹵石、氯化鉀、硫酸鉀和硫酸鉀鎂4種肥料類型，每種肥料又設50、100、200、300 kg/hm2(K2O)4個肥料用量，以不施鉀肥為對照，共設17個處理，每個處理重復4次。除鉀肥外各處理均同時加入200 kg/hm2的N和P2O5，肥料在播種前作為基肥一次性施入，并與土壤充分混勻。

表1 供試土壤基本理化性質

表2 供試雜鹵石化學成分

注：各成分含量為重量百分數。

每盆播種3粒，在出苗后進行間苗，每盆留一株植株，定期澆水,并測定玉米株高、莖粗及葉片綠度(SPAD值)。植株收獲后分別采用火焰光度法測鉀，原子吸收法測鈣和鎂，比濁法測硫。

試驗數據采用SAS 8.0軟件進行統計分析，用Excel 2003軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 雜鹵石對玉米產量指標的影響

從測定結果來看，雜鹵石對玉米產量及千粒重均有明顯的影響(表3)。產量隨雜鹵石用量的增加呈先升高后降低趨勢，不同處理分別較空白對照增產31.54%、63.14%、56.34%及44.12%，且差異均達顯著水平，其中以用量為100 kg/hm2的處理玉米產量最高。玉米千粒重隨雜鹵石用量增加也呈先上升后下降趨勢，各處理玉米千粒重分別較空白對照增加了23.80%、45.02%、47.15%、44.12%，且差異均達顯著水平，其中以雜鹵石施用量為200 kg/hm2的處理玉米千粒重最高。與氯化鉀、硫酸鉀和硫酸鉀鎂相比雜鹵石能有效提高玉米產量及千粒重。雜鹵石處理玉米產量較氯化鉀、硫酸鉀及硫酸鉀鎂處理分別提高了22.72%、29.51%和22.17%，千粒重分別提高了7.67%、12.92%和10.91%，差異均達顯著水平。進一步分析玉米產量與肥料用量間相關關系發現(表4)，玉米產量與氯化鉀、硫酸鉀及硫酸鉀鎂用量均呈顯著正相關關系，而與雜鹵石用量呈極顯著正相關關系，說明這幾種鉀肥都可使玉米增產，但雜鹵石的增產效果要優于3種傳統鉀肥。

表3 不同處理玉米產量及千粒重

注：同一列中的平均數值采用鄧肯多重比較，標有相同字母的表示差異未達顯著水平(P<0.05)，下同；不同肥料種類施用K2O水平均為100 kg/hm2，各處理N及P2O5用量均為200 kg/hm2，下同。

表4 肥料用量與玉米產量及植株養分含量間相關系數

注:*表示P<0.05；**表示P<0.01。植株鈣含量與雜鹵石的相關系數0.998是雜鹵石用量0～100 kg/hm2時的統計結果。

2.2 雜鹵石對玉米生物性狀的影響

雜鹵石對玉米產量指標有較好的影響，而其對玉米其它生物性狀是否也存在影響呢？為此本文對玉米葉片綠度(SPAD值)、株高及莖粗等生物性狀進行了研究。

2.2.1 雜鹵石對玉米葉片綠度的影響

葉綠素是植物進行光合作用的重要組成部分，對作物光合產物的合成具有至關重要的作用，其與綠度(SPAD值)呈正相關關系，因此SPAD值能反應玉米葉片葉綠素的水平。結果表明，雜鹵石的施用提高了玉米葉片SPAD值，隨雜鹵石用量增加玉米葉片SPAD值呈先升高后降低趨勢(表5)。在玉米開花吐絲期以施肥量為50 kg/hm2的處理葉片SPAD值最高，較空白對照增加了13.85%，且差異達顯著水平。而在雜鹵石施用量達到300 kg/hm2時，小喇叭口期玉米葉片SPAD值較空白對照下降了4.52%，且差異達顯著水平，這可能與肥料用量過高造成了玉米的輕度鹽害有關。與其它鉀肥相比雜鹵石處理玉米葉片SPAD值差異未達顯著水平。因此適量施用雜鹵石能夠提高玉米葉片葉綠素含量，增強玉米葉片光合能力，有利于干物質的積累，但各鉀肥處理間差異未達顯著水平。

表5 不同雜鹵石處理玉米葉片SPAD值

2.2.2 雜鹵石對玉米株高及莖粗的影響

雜鹵石的施用可以提高玉米株高，但對玉米莖粗影響較小(表6)。玉米株高隨雜鹵石用量的增加而逐漸增加，雜鹵石用量為300 kg/hm2時，玉米株高達到最大值，較空白對照增加了13.43%，且差異達顯著水平，但各施肥水平處理間差異未達顯著水平。玉米莖粗隨雜鹵石用量的增加呈先升高后下降趨勢，各雜鹵石用量處理玉米莖粗較空白對照略有增加，但差異未達顯著水平。與氯化鉀、硫酸鉀和硫酸鉀鎂相比，雜鹵石處理玉米株高及莖粗未見明顯差異。因此，施用雜鹵石可以在一定程度上促進玉米的生長，但與其它鉀肥處理相比差異未達顯著水平。

表6 不同雜鹵石處理及不同鉀肥對玉米株高及莖粗的影響

2.3 雜鹵石對玉米養分吸收的影響

2.3.1 雜鹵石對玉米鉀及氮磷吸收的影響

為了探討雜鹵石對玉米養分吸收的影響及其用量與玉米產量的相關關系，本文對玉米植株養分狀況進行了測定。結果表明，雜鹵石能有效改善玉米對鉀的吸收，玉米植株鉀含量隨雜鹵石用量的增加而增加(表7)，植株鉀含量提高幅度為21.79%～93.50%。除用量為50 kg/hm2的處理外，其它雜鹵石處理玉米植株鉀含量較空白對照差異均達顯著水平，且以雜鹵石用量為300 kg/hm2處理植株鉀含量最高。因此，施用雜鹵石能有效促進玉米對鉀的吸收，提高玉米植株鉀含量。與氯化鉀、硫酸鉀及硫酸鉀鎂相比，雜鹵石處理玉米植株鉀含量略有提高，但差異未達顯著水平。進一步分析玉米植株鉀含量與肥料用量間的相關關系(表4)發現，玉米植株鉀含量與雜鹵石、氯化鉀及硫酸鉀用量均呈顯著正相關關系，與硫酸鉀鎂用量也表現出正相關關系，但相關關系未達顯著水平，這可能是因為硫酸鉀鎂中鎂含量較高，與鉀形成競爭性吸收。鄭圣先等[13]研究表明,鎂含量過高會抑制油菜對鉀的吸收，這與本研究結果一致。

雜鹵石對玉米植株氮磷含量的影響較小，各雜鹵石處理玉米植株氮磷含量均未表現出明顯差異(表7)。與3種傳統鉀肥相比，雜鹵石處理玉米植株氮含量低于氯化鉀處理，且差異達顯著水平，但與硫酸鉀及硫酸鉀鎂處理間差異未達顯著水平。不同類型肥料處理間玉米植株磷含量則未見明顯差異。進一步分析肥料用量與玉米植株氮磷含量間相關關系(表4)發現，玉米植株氮含量與雜鹵石、硫酸鉀及硫酸鉀鎂用量均呈正相關關系，但相關系數未達顯著水平，而其與氯化鉀用量則呈顯著正相關關系。這可能是由于氯化鉀中的氯能夠促進玉米對氮的吸收。董春華等[14-15]研究也表明，噴施氯化鉀能提高油菜角果初期全氮量，而噴施硫酸鉀則無明顯影響，這與本研究結果一致。玉米植株磷含量與雜鹵石、氯化鉀、硫酸鉀及硫酸鉀鎂用量也呈正相關關系，但相關系數均未達顯著水平。

表7 不同處理玉米植株鉀及氮磷含量

2.3.2 雜鹵石對玉米鈣、鎂、硫吸收的影響

除了鉀素外雜鹵石中還含有鈣、鎂、硫等作物必需的營養元素，其供應量的增加也可能會促進作物生長發育，為此本文就雜鹵石對玉米鈣、鎂、硫等養分元素吸收的影響進行了研究。結果表明，雜鹵石在一定程度上也能促進玉米對鈣和硫的吸收(圖1)。玉米植株鈣含量隨雜鹵石用量的增加呈先升高后下降趨勢，雜鹵石用量為100 kg/hm2時玉米植株鈣含量較空白對照增加52.7%，且差異達顯著水平，而其它施肥量與空白對照間差異未達顯著水平。且通過分析玉米植株鈣含量與雜鹵石用量間相關關系發現，雜鹵石用量為0～100 kg/hm2時，玉米植株鈣含量與雜鹵石用量呈顯著正相關關系(表4)，而雜鹵石的用量達到200 kg/hm2及以上時，與玉米鈣吸收呈負相關關系，這可能是由于高鉀會抑制玉米對鈣的吸收。姜維等[16]研究也表明外界K+等陽離子濃度過高時，對鈣的吸收會產生競爭性的抑制作用。與氯化鉀、硫酸鉀和硫酸鉀鎂相比，雜鹵石處理玉米植株鈣含量分別提高了30.59%～50.37%，且差異均達顯著水平，而3種傳統鉀肥處理間差異并未達顯著水平，且玉米植株鈣含量與氯化鉀、硫酸鉀及硫酸鉀鎂等肥料用量間相關關系均未達顯著水平。這說明雜鹵石中的鈣可以很好被玉米吸收，提高玉米植株鈣含量。

圖1 不同施肥量及不同肥料處理玉米植株鈣、鎂、硫含量

從玉米鎂的吸收來看，雜鹵石的施用也影響到玉米對鎂的吸收，玉米植株鎂含量隨雜鹵石用量增加呈先升高后降低的趨勢。除用量為50 kg/hm2時玉米植株鎂含量較空白對照略有增加外，其它雜鹵石處理玉米植株鎂含量均較空白對照有所下降，下降幅度為8.38%～10.17%，且差異均達顯著水平。與氯化鉀及硫酸鉀相比，雜鹵石處理玉米植株鎂含量略低，但差異未達顯著水平。而與硫酸鉀鎂相比，雜鹵石處理的玉米植株鎂含量下降18.87%，且差異達顯著水平，這可能是由于雜鹵石中的鈣或鉀對鎂的吸收產生了抑制。進一步分析玉米植株鎂含量與肥料用量間相關關系(表4)發現，玉米植株鎂含量與硫酸鉀鎂用量呈顯著正相關關系，與氯化鉀及硫酸鉀用量也呈正相關關系，但相關關系未達顯著水平。而其與雜鹵石用量則呈負相關關系，這是因為雜鹵石中除鉀外，還含有較多的鈣，與鎂形成競爭性吸收，減少了玉米對鎂的吸收。實踐表明，大量施用鉀肥、石灰等往往會加重植株缺鎂。Hall[17]也發現，在缺鈣的番茄組織中，極大地提高了鎂的含量；Grimme等[18]指出，在鉀供應缺乏時，鉀供應低會加強鎂的吸收，從而導致植物體內鎂含量增加，這與本研究結果一致。

就玉米硫的吸收來看，雜鹵石的施用可以促進玉米對硫的吸收，玉米植株硫含量隨雜鹵石用量的增加而增加。各雜鹵石處理玉米植株硫含量分別較空白對照增加了4.43%～52.22%，其中雜鹵石用量較高的處理與空白對照間差異達顯著水平。與其它鉀肥相比，雜鹵石處理玉米植株硫含量較氯化鉀處理提高22.10%，且差異達顯著水平，但與硫酸鉀及硫酸鉀鎂處理間玉米植株硫含量差異未達顯著水平。進一步分析玉米植株硫含量與肥料用量間相關關系(表4)發現，玉米植株硫含量與雜鹵石、硫酸鉀及硫酸鉀鎂用量均呈顯著正相關關系，與氯化鉀用量則呈負相關關系，但相關系數未達顯著水平。這是因為雜鹵石、硫酸鉀及硫酸鉀鎂中的硫元素均可有效被玉米吸收利用，而氯化鉀中本身不含硫，且其中的氯還可能會抑制玉米對土壤中硫的吸收。

2.3.3 玉米植株養分含量與玉米產量間的相關關系

通過對肥料用量與植株養分含量間相關關系(圖2)進行分析發現，雜鹵石用量與植株鉀、鈣及硫含量均呈顯著正相關關系，表明玉米植株鉀、鈣及硫含量的增加可能對玉米產量的提高有一定作用。因此，對植株養分含量與產量的相關關系進一步分析，結果表明，玉米植株鉀含量與玉米產量呈極顯著正相關關系(相關系數為0.722)，隨著植株鉀含量的增加玉米產量呈增加趨勢，說明鉀素的補充是玉米產量提高的重要因素。植株鈣含量與玉米產量也呈顯著正相關關系(相關系數為0.598)，說明植株鈣含量的增加對玉米產量的提高也有積極的作用。植株氮、磷、鎂及硫含量與玉米產量則未表現出顯著相關關系(相關系數分別為0.179、0.354、0.428和0.258)。因此玉米鉀素和鈣素營養的改善可能是雜鹵石處理玉米產量高于其它鉀肥處理的重要原因，而雜鹵石中鎂和硫的存在可能對玉米產量的影響不大。

圖2 植株養分含量與玉米產量間的相關關系

3 討論

施用雜鹵石能提高玉米產量，在特定施肥量下，雜鹵石處理玉米的增產效果優于3種傳統鉀肥，說明雜鹵石的增產不僅僅是因為補充了土壤鉀素，雜鹵石中其它養分的存在對玉米生長也可能有重要作用，而通過分析表明，雜鹵石處理較其它鉀肥處理玉米植株體內鈣、鎂、硫的含量也存在一定的差異，雜鹵石中鈣、鎂、硫等養分元素也可能是引起玉米增產的重要原因。通過分析植株養分含量與肥料用量間相關關系發現，玉米植株鈣含量與雜鹵石用量呈顯著正相關關系，而與氯化鉀、硫酸鉀及硫酸鉀鎂用量間相關關系均未達顯著水平，說明雜鹵石的施用明顯改善了玉米的鈣素營養，進一步分析植株鈣含量與產量的相關關系也發現，玉米植株鈣含量與產量呈顯著正相關關系，說明雜鹵石中鈣可能是其較傳統鉀肥處理玉米增產的重要原因。雜鹵石中雖也含有鎂，但由于其受到鉀或鈣的競爭性抑制，玉米植株鎂含量與雜鹵石用量間反而有一定負相關關系，說明其可能不是雜鹵石處理玉米增產的重要原因。進一步分析雜鹵石與硫酸鉀鎂用量對玉米鎂吸收的影響可發現，硫酸鉀鎂處理雖與雜鹵石處理鉀用量相同但并未降低其對鎂的吸收，說明鉀并不是抑制鎂吸收的元素，那么雜鹵石中抑制玉米鎂吸收的元素應該是鈣。玉米植株硫含量雖與雜鹵石用量也呈正相關關系，但其與硫酸鉀及硫酸鉀鎂處理玉米植株硫含量未表現出明顯差異，且通過分析玉米產量與玉米植株硫含量間相關關系發現，玉米產量雖與玉米植株硫含量呈正相關關系，但相關系數并未達顯著水平。且從硫酸鉀和氯化鉀處理來看，雖然硫酸鉀含硫而氯化鉀不含硫，但二者處理的玉米產量間差異未達顯著水平，進一步說明雜鹵石中的硫可能并不是影響玉米產量的重要因素。

雜鹵石能夠較傳統鉀肥提高玉米產量的原因可能是雜鹵石中的鈣改善了玉米鈣素營養，而鈣是作物必需的重要營養元素，有研究表明鈣能促進細胞伸長和根系生長，根生長又會進一步促進玉米對養分和水分的吸收，從而促進了玉米生長，提高產量[19-21]。但在雜鹵石用量達到200 kg/hm2及以上時，玉米植株鈣含量與雜鹵石用量反而呈負相關關系，這可能是因為肥料用量過高造成了鹽害，雜鹵石中鉀素含量低于傳統鉀肥，因此同樣的鉀素用量會導致加入土壤的其它離子的量高于其它鉀肥。而在南方養分缺乏的酸性土壤上應用則不僅出現鹽害的可能性變小，相反還可能補充土壤中缺乏的養分元素，效果可能會更好。陳際型[22]研究了雜鹵石在紅壤上的應用效果，發現施用雜鹵石能同時補給土壤上述4種養分元素，對作物生產十分有利。大量研究也表明，在缺鎂的酸性土壤和砂質土上含鎂肥料應用效果更明顯[23-27]。同時雜鹵石不含氯，可作為忌氯作物的理想鉀肥。在目前我國鉀資源匱乏的情況下，逐步開發并使用雜鹵石資源作為鉀肥資源具有一定的現實意義。

4 結論

雜鹵石施用顯著提高了玉米產量，與3種傳統鉀肥相比，雜鹵石處理玉米產量分別提高了22.17%～29.51%，千粒重分別提高了7.67%～12.92%，且差異均達顯著水平。

雜鹵石處理玉米葉片綠度及株高與傳統鉀肥相比差異未達顯著水平。

隨雜鹵石用量增加玉米植株鉀含量呈增加趨勢，較空白對照增加幅度為21.79%～93.50%，部分處理與空白對照間差異達顯著水平。雜鹵石與傳統鉀肥處理間差異未達顯著水平。

適量雜鹵石對玉米植株鈣含量有顯著提升作用，在用量為100 kg/hm2時玉米植株鈣含量較空白對照增加52.7%，且差異達顯著水平。雜鹵石處理玉米植株鈣含量較傳統鉀肥處理分別增加30.59%～50.37%，且差異均達顯著水平。

除50 kg/hm2的處理外，雜鹵石處理玉米植株鎂含量均呈下降趨勢，較對照下降幅度為8.38%～10.17%，且差異均達顯著水平。

隨雜鹵石用量增加玉米植株硫含量亦呈增加趨勢，部分處理間差異達顯著水平，且其與氯化鉀處理差異達顯著水平。