海藻酸對不結(jié)球白菜生長及鉀素吸收利用的影響

王敏欣，馬躍，劉杰，孫鷹翔，李軍，曲樹棟，王子浩，陳心想

（1.中化化肥有限公司，北京 100000；2.中化農(nóng)業(yè)<臨沂>研發(fā)中心有限公司，山東臨沂 276000）

鉀是肥料三要素之一，被譽為“品質(zhì)元素”，在保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食安全方面具有舉足輕重的作用。2017 年我國農(nóng)用鉀肥折純施用量（K2O）已達619.7 萬t（不含復(fù)合肥中鉀素）[1]。總體看來，鉀肥存在過量施用的問題[2]，尤其是果樹、蔬菜、水稻是鉀肥施用量較大的前三類作物。鉀肥的不合理及過量施用，導(dǎo)致我國鉀肥利用率偏低，我國主要糧食作物鉀肥利用率不同地區(qū)的變幅在21.2%～35.9%，平均為31.3%[3]。作為一個鉀鹽資源儲量（K2O）僅占世界總儲量7.93%的鉀資源嚴重缺乏的國家[4]，目前近50%的鉀肥需從國外進口，導(dǎo)致鉀肥自給率低，難以滿足國內(nèi)需求，對國外依賴度較高。針對我國鉀肥需求量大、資源匱乏、利用率較低的現(xiàn)狀，未來很長一段時間內(nèi)仍要面對國內(nèi)鉀肥供需之間的矛盾，因此“增效減量”是未來我國鉀肥發(fā)展的必然趨勢，針對鉀肥現(xiàn)狀，研究如何在有限的鉀肥資源條件下，通過對鉀肥的增效改性來提高鉀肥有效性及利用率具有重要意義。

海藻酸是以生長在海洋中的大型藻類為原料，通過物理、化學和生物等方法提取出的具有生理活性和富含多種營養(yǎng)的天然物質(zhì)，在作物及肥料中均具有良好的效果。海藻酸可促進作物根系生長，提高根系活力，提高葉綠素含量，增強光合速率，還可促進作物對土壤養(yǎng)分的吸收利用，進而提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)[5-9]。有研究表明，海藻酸可抑制脲酶活性，減緩氮素釋放，還可提高土壤有效磷含量，減少磷的固定，提高磷素有效性[10-12]。海藻酸作為一種良好的天然肥料增效劑，在氮肥和磷肥中的良好效果已得到驗證，但是當前的研究多集中在氮肥、磷肥和復(fù)合肥及水溶肥中，對鉀肥的效果研究較少。鑒于此，本研究中將海藻酸作為高效增效劑添加到氯化鉀中，制成海藻酸增效氯化鉀試驗產(chǎn)品，通過試驗研究氯化鉀中海藻酸不同添加量對不結(jié)球白菜產(chǎn)量、鉀素利用及根系生長的影響，以期為海藻酸在鉀肥中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試作物及土壤

供試作物為不結(jié)球白菜，品種為京冠一號。

供試土壤為紅壤，質(zhì)地為粘土，采自于江西南昌進賢縣，采集試驗田0～20 cm 耕層土，過2 mm 的篩，混勻備用，土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical-chemical properties of soil

1.2 供試肥料

利用復(fù)合微生物菌群發(fā)酵海帶，調(diào)節(jié)發(fā)酵罐內(nèi)的含水量、溫度、pH 等至適宜的條件后生物發(fā)酵7 d，然后經(jīng)過提純、烘干、粉碎等制成海藻酸增效劑，其中含海藻酸14%、pH7.98。將海藻酸增效劑與氯化鉀（農(nóng)業(yè)級優(yōu)等品，K2O＞60.0%）按比例混合均勻擠壓造粒制成8 種海藻酸增效氯化鉀產(chǎn)品，供試肥料性質(zhì)見表2。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用盆栽，共設(shè)置10 個處理：對照為不施鉀肥處理（CK），普通氯化鉀（K）、8 個不同海藻酸添加量的海藻酸增效氯化鉀產(chǎn)品HK1、HK2、HK3、HK4、HK5、HK6、HK7 和HK8。每個處理重復(fù)5 次，每個重復(fù)1 盆，隨機區(qū)組排列。

表2 供試鉀肥性質(zhì)Table 2 The properties of fertilizer

試驗播種前，將過2 mm 篩風干的土壤與肥料混勻，裝入內(nèi)徑為24 cm、高15 cm 的塑料盆中，每盆裝風干土6 kg。試驗用氮肥為尿素（N 46.2%）、磷肥為磷酸二銨（N-P2O518-46），鉀肥為試驗制備的增效鉀肥，各處理氮、磷施用量一致，施N 量0.25 g/kg 干土，施P2O5量0.15 g/kg 干土，將9 種試驗鉀肥按等鉀量原則施入，施K2O 量0.1 g/kg 干土。氮、磷、鉀肥均一次性施入。

試驗于2019 年3 月20 日播種，出苗后1 周定苗，每盆保留長勢一致的健壯苗4 株，不結(jié)球白菜生長期間按照常規(guī)栽培技術(shù)要求進行。于2019 年4 月28 日收獲測產(chǎn)，將不結(jié)球白菜根系洗凈利用根系掃描儀（WinRHIZO根系分析系統(tǒng)），測定根系的根長、根直徑、根表面積和根體積，將不結(jié)球白菜地上部分烘干粉碎，利用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度法測定全鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

鉀吸收量、鉀肥表觀利用率計算公式見式（1）（2）。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel進行數(shù)據(jù)處理與作圖，SAS8.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，Duncan新復(fù)極差法進行多重比較（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 海藻酸增效劑對不結(jié)球白菜產(chǎn)量的影響

圖1 顯示了氯化鉀中海藻酸增效劑添加量對不結(jié)球白菜產(chǎn)量的影響。由圖可看出，與普通氯化鉀（K）相比，當海藻酸增效劑添加量為0.3%～3.8%時（處理HK1～HK7），海藻酸增效氯化鉀處理，不結(jié)球白菜產(chǎn)量增加2.12%～14.59%，其中處理HK2、HK3、HK4 和HK5 顯著高于K 處理。從整體趨勢來看，隨著氯化鉀中海藻酸增效劑添加量的增加，不結(jié)球白菜產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當海藻酸增效劑添加量為0.8%（處理HK3）時，產(chǎn)量最高，海藻酸增效劑添加量繼續(xù)增加，不結(jié)球白菜產(chǎn)量開始下降，當添加量為5%（處理HK8）時，與K 相比產(chǎn)量降低6.20%，說明過量的海藻酸增效劑不利于不結(jié)球白菜產(chǎn)量的增加。

圖1 海藻酸氯化鉀對不結(jié)球白菜產(chǎn)量的影響Fig.1 Effect of alginate potassium chloride on the yield of non-heading Chinese cabbage

2.2 海藻酸增效劑對不結(jié)球白菜鉀素吸收的影響

2.2.1 全鉀吸收量的影響

圖2 海藻酸氯化鉀對全鉀吸收量的影響Fig.2 Effect of alginate potassium chloride on total potassium absorption

氯化鉀中海藻酸添加量對不結(jié)球白菜全鉀吸收量的影響如圖2 所示，由圖可知，與對照（CK）相比，施用鉀肥后均顯著提高了不結(jié)球白菜全鉀吸收量，與普通氯化鉀（K）相比，當海藻酸增效劑添加量為0.3%～3.8%（處理HK1-HK7）時，海藻酸增效氯化鉀處理的不結(jié)球白菜全鉀吸收量提高8.09%～21.63%。圖2 還顯示，隨著氯化鉀中海藻酸增效劑添加量的增加，全鉀吸收量呈先增加后降低的趨勢，當海藻酸增效劑添加量為0.8%（處理HK3）時，全鉀吸收量最高，此后，隨著海藻酸增效劑添加量的增加全鉀吸收量逐漸降低。

2.2.2 對鉀肥利用率的影響

圖3 顯示了海藻酸增效氯化鉀對鉀肥利用率的影響，由圖可知，與普通氯化鉀（K）相比，當海藻酸增效氯化鉀添加量為0.3%～3.8%（處理HK1～HK7）時，海藻酸增效氯化鉀處理顯著提高了鉀肥利用率，提高5.76%～15.37%，但是當添加量為5%（處理HK8）時鉀肥利用率降低0.42%；可見，隨著海藻酸增效劑添加量的增加，鉀肥利用率先增加后降低，當海藻酸增效氯化鉀添加量為0.8%（處理HK3）時，鉀肥利用率最高。

圖3 海藻酸氯化鉀對鉀肥利用率的影響Fig.3 Effect of alginate potassium chloride on potassium utilization rate

2.3 海藻酸增效劑對不結(jié)球白菜根系生長的影響

表3 顯示了海藻酸氯化鉀對不結(jié)球白菜根系生長的影響。由表3 可以看出，海藻酸增效劑可促進不結(jié)球白菜根系生長，提高根系的根長、根表面積和根體積。與普通氯化鉀（K）相比，當海藻酸增效劑添加量為0.3%～5%時，海藻酸增效氯化鉀根長增加3.08%～27.66%，表面積增加7.80%～27.37%，體積增加11.88%～29.69%，且隨著氯化鉀中海藻酸增效劑添加量的增加，不結(jié)球白菜的根長、表面積、體積均為先增加后降低，當增效劑添加量為1.2%（HK5）時最大。根系平均直徑中，處理HK1、HK2、HK3、HK7 和HK8 比K 處理增加7.66%～16.93%，而處理HK4、HK5 和HK6 則在一定程度上降低了不結(jié)球白菜的根系直徑。

表3 海藻酸增效氯化鉀對不結(jié)球白菜根系生長的影響Table 3 Effect of alginate potassium chloride on the growth of roots of non-heading Chinese cabbage

3 討論

在本研究中，海藻酸增效劑對氯化鉀具有良好的增效效果，可促進不結(jié)球白菜生長發(fā)育及鉀素吸收，在海藻酸增效劑0.3%～5%的添加量范圍內(nèi)，海藻酸增效劑對氯化鉀的促生效果先增加后降低，當氯化鉀中增效劑添加量為0.8%時對地上部的促生效果最好，當增效劑添加量為1.2%時對地下部效果最好，因此建議氯化鉀中海藻酸增效劑添加量為0.8%～1.2%。

對于海藻酸促進不結(jié)球白菜鉀素吸收、提高鉀肥利用率的特點，有學者分析，海藻酸是以生長在海洋中的大型藻類為原料，通過物理、化學和生物等方法提取出的具有生物活性和富含多種營養(yǎng)物質(zhì)的天然物質(zhì)，具有酸性、親水性、穩(wěn)定性、離子交換性、絡(luò)合性和較高的吸附、緩沖能力[13]，海藻酸的這些特性使其在肥料及作物中均具有良好的增效效果。海藻酸可提高鉀肥有效性，促進鉀素吸收，海藻酸含有的羥基、羧基等官能基團[14]，可以吸附鉀離子，既可防止其在沙土及淋溶性土壤中隨水流失，又可防止粘性土壤對鉀的固定，提高土壤速效鉀含量，減少鉀的損失和固定；同時，海藻酸分子中的羧基與羥基易與土壤中的金屬離子相結(jié)合，形成分子量倍增的交聯(lián)高分子，能牢固地與水分子結(jié)合，促進土壤形成團粒結(jié)構(gòu)并保持水分，減少鉀素流失，提高鉀肥有效性[15-16]，進而提高作物對鉀素的吸收利用。

海藻酸對作物生長同樣具有良好的促進作用[17-19]。溫延臣等[20]研究表明，適量施用海藻酸會促進玉米生長，提高根系活力，但是過量施用則會產(chǎn)生抑制作用。在本研究中，氯化鉀中海藻酸增效劑添加量為0.3%～5%時，隨著海藻酸添加量的增大，不結(jié)球白菜生物量呈先增加后降低趨勢，這與溫延臣等[20]的研究一致。本研究使用的海藻酸增效劑是以褐藻為主要原料利用生物法提取的，保留了褐藻中的海藻酸、甜菜堿、甘露醇、氨基酸、維生素、植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)等有效成分，在為作物生長提供營養(yǎng)的同時，含有的適量生長素、細胞分裂素和赤霉素等可以刺激作物生長，提高根系活力[21-23]，但是過量添加會抑制作物生長，產(chǎn)生不利影響。