玄武巖粉配施對鮮食甜糯玉米生長和產(chǎn)量品質(zhì)的影響

中圖分類號：S513.04 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）10-0095-0

實施負碳技術(shù)是實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》將全球增溫控制在 2°C 以內(nèi)目標(biāo)的必然選擇[1]。目前提出的負碳技術(shù)包括增強風(fēng)化、工業(yè)廢棄物碳酸鹽化、海洋堿化、植樹/重新造林、生物炭、土壤碳封存、泥炭地修復(fù)、生物質(zhì)能結(jié)合碳捕集與封存、藍碳、海洋施肥、人造海洋上升流、直接大氣捕獲和地質(zhì)封存等[2-5]。在地質(zhì)時間尺度上，硅酸鹽風(fēng)化是調(diào)節(jié)全球碳循環(huán)的重要機制[。作為凈碳匯，全球硅酸鹽的自然風(fēng)化每年可封存約0.312 Gt CO₂^[7] 。同時，研究顯示硅酸鹽巖石風(fēng)化產(chǎn)物有助于提高土壤肥力并逆轉(zhuǎn)土壤酸化[8-9]。由于硅酸鹽的風(fēng)化速率受控于其可反應(yīng)的表面積，Schuiling等提出，通過增加含Mg-Ca 硅酸鹽巖石和礦物的比表面積，將這些巖石和礦物粉末撒入耕地或林地，通過加速自然風(fēng)化過程實現(xiàn)大氣 CO₂ 封存[10]。該方法稱為增強風(fēng)化（enhanced weathering，EW）[11]。在全球氣候變暖和土壤酸化的背景下，實施增強風(fēng)化具有現(xiàn)實意義[12-14]。相關(guān)研究者篩選幾種硅酸鹽巖后發(fā)現(xiàn)[13，15-18]，玄武巖分布廣泛且相比于橄欖巖等其他硅酸鹽巖石，重金屬元素含量較低[19-21]，是進行農(nóng)田增強風(fēng)化的理想原料[22-23]。Kelland 等的研究發(fā)現(xiàn)，在高粱地按 100Vhm² 的量施加玄武巖粉（粒徑 lt;1 250μm 和 lt;128μm ），固碳量達到 2.36t （204號 CO₂/hm² 和 3.01tCO₂/hm^2[24] 。Goll 等的模型研究顯示，在5500萬 km² 的內(nèi)陸地區(qū)施加 5kg/m² 的玄武巖粉，可在超過50年的時間內(nèi)每年固碳2.5Gt ，并提出玄武巖粉可以作為土壤改良劑來提升土壤肥力[25]。雖然目前對農(nóng)田增強玄武巖風(fēng)化進行了較為細致的研究[3.8.24]，發(fā)現(xiàn)其具有提高土壤肥力、逆轉(zhuǎn)土壤酸化、減少 N₂O 排放和避免海洋酸化等潛在益處[8-9，26-27]，但是玄武巖粉配施對作物生長和產(chǎn)量品質(zhì)的影響研究較少。

Kelland等在高粱地施撒 100Vhm² 的玄武巖粉（粒徑 lt;1 250μm ），發(fā)現(xiàn)高梁的產(chǎn)量較對照組提高了 （21±9.4）%^[24] 。Lewis 等認為，玄武巖中磷（P）和鉀（K）的釋放量可能足以部分或完全替代常規(guī)肥料[28]。Haque 等的試驗發(fā)現(xiàn)，施撒硅灰石能使豆類的生物量增加 177% ，玉米的株高增加 59% 、干重增加 90% [17]。Leonardos 等的試驗表明，硅酸鹽粉應(yīng)用于堆肥可提高植物生長速率[29]。Anda 等將稻殼堆肥和玄武巖粉聯(lián)合施用，促進了可可的生長[30。Li等將多種硅酸鹽粉與稻草堆肥混合使用，提高了番茄的產(chǎn)量、品質(zhì)[31-32];在蘋果種植園施用，提高了蘋果的果實品質(zhì)且沒有增加植物毒性。目前，利用硅酸鹽粉提高作物產(chǎn)量品質(zhì)的研究多集中在蔬菜領(lǐng)域，對于種植范圍更大的玉米、小麥等糧食作物的研究相對偏少，且硅酸鹽施撒多通過與堆肥的混合進行，對于直接田間配施硅酸鹽粉的效果還需更進一步研究。

玉米是目前世界上產(chǎn)量第一的糧食作物，已成為世界糧食之首[33]。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)體系按照玉米的收獲物和用途，將其分為籽粒用玉米、青貯玉米和鮮食玉米3大類[34]，其中鮮食玉米主要包括糯玉米、甜玉米和甜加糯玉米3種類型[35]。本試驗以常見的鮮食甜糯玉米農(nóng)科玉368為研究對象，探究了配施不同粒徑和不同施加量的玄武巖粉對其生長和產(chǎn)量品質(zhì)的影響，并分析了玉米品質(zhì)指標(biāo)與籽粒重金屬含量之間的相關(guān)性。本研究旨在提供溫室大棚環(huán)境下玄武巖增強風(fēng)化對鮮食甜精玉米生長的影響效果，分析影響玉米生長情況的相關(guān)因素，為相關(guān)農(nóng)田增強巖石風(fēng)化試驗的研究提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗在的大棚內(nèi)進行，玉米育苗后移栽到大棚內(nèi)，種植周期為2022年4月6日至6月23日，共生長78d（不含育苗時間）。肥料按有機肥 6000kg/hm²?45% 復(fù)合肥 450kg/hm² 的標(biāo)準(zhǔn)施入。試驗采用分組平行種植，每個試驗組種植24株玉米植株，種植間距保持在 2m 。采集江蘇盱眙清明山的中新世下草灣組（ N1x 堿性玄武巖，使用球磨機將玄武巖磨成2種不同粒徑的粉末。按照玄武巖粒徑和施加量的不同進行分組，分別為F1 處理，粒徑 lt;100μm ，施加量為 1kg/m² ;F5 處理，粒徑 lt;100μm ，施加量為 5kg/m² ;C1處理，粒徑 lt;1000μm ，施加量為 1kg/m² ;C5處理，粒徑 ∠? 1000μm ，施加量為 5kg/m² ，并設(shè)置未施加玄武巖粉的為對照（CK）。使用堿熔消解法（偏離度 ∠?∠ 5% ）對2種粒徑的玄武巖粉進行處理后，測得其主微量元素含量，結(jié)果見表1。

1.2 測定指標(biāo)及方法

1.2.1測定生長指標(biāo)及樣品采集株高用卷尺（測量從玉米莖基部至頂端）莖粗用游標(biāo)卡尺（測量玉米莖基第1節(jié)間）測量;葉綠素含量用植物營養(yǎng)速測儀測定，在玉米苗期至抽雄前測定上位葉（即最新完全展開葉），抽雄后測定穗位葉，測定部位為玉米葉片長度的 50% 處，避開葉脈位置。在玉米成熟后采集各處理24株玉米植株的新鮮果穗，稱重測得產(chǎn)量并記錄有效穗數(shù)。玉米植株各器官在烘干磨碎后，測試其主量元素和微量元素含量。

1.2.2測定品質(zhì)指標(biāo)在冷藏保鮮狀態(tài)下，測定玉米籽粒含水率、可溶性蛋白含量、維生素C含量和淀粉含量等品質(zhì)指標(biāo)。籽粒品質(zhì)指標(biāo)中，維生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定，淀粉含量采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司的植物淀粉含量試劑盒測定，含水率采用烘干法測定。將采集的玉米籽粒樣品磨碎并混合均勻后，在馬弗爐中灼燒成灰分，再轉(zhuǎn)移至溶樣罐中，經(jīng)過蒸干、加酸、蒸至濕鹽狀、加酸提取等步驟，使用ICP-OES和ICP-MS測試主微量元素含量，分析誤差均小于 2% 。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

使用IBMSPSSStatistics29.0.2.0進行統(tǒng)計分析，通過單因素ANOVA方差分析和Duncan's檢驗法評估不同處理之間的差異，采用Origin2021作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1玄武巖粉配施對鮮食甜糯玉米生長狀況的影響在玉米生長過程中，風(fēng)化的玄武巖粉可以持續(xù)地為植株提供鈣、鎂、硅、鉀等營養(yǎng)元素，因此，不同的玄武巖粉配施處理下植株表現(xiàn)出一定的生長差異。不同玄武巖配施處理玉米的株高、莖粗和葉綠素含量（SPAD值）的變化趨勢基本一致，僅在部分生長階段表現(xiàn)出略微差別。各處理的株高在移栽第60天后達到最大值并保持不變，試驗將最后3次（移栽后第68、74、82天）測得的株高平均值作為最終株高；各處理的莖粗在移栽后前38d快速增加，38d后基本保持不變，試驗將移栽第38天后（包括第38天）測得的莖粗平均值作為最終莖粗。葉綠素含量的變化較大，但總體呈上升趨勢，在移栽第59天前，由于玉米出苗后進行光合作用，維持生長和發(fā)育，葉綠素含量在短時間內(nèi)基本穩(wěn)定；在移栽第59天后，玉米進入穗期，生長旺盛，葉綠素含量升高，能進一步促進生長和發(fā)育。

由表2可知，玉米株高的平均增長速度由移栽第24天的株高與最終株高（時間按移栽第68天計算）的平均增長量確定，莖粗的平均增長速度由移栽第24天的莖粗與最終莖粗（時間按移栽后第38天計算）的平均增長量確定。葉綠素平均含量由2段組成，分別是移栽第59天前（含第59天）的平均葉綠素含量和移栽第59天后的平均葉綠素含量。葉綠素含量平均增長速度由上述2個葉綠素平均含量與第59天和第68天（初次測得葉綠素含量2段穩(wěn)定的時間）之間的時間差作除得到。

由表2、表3可知，配施玄武巖粉顯著增加了鮮食甜糯玉米的最終株高（ Plt;0.01 ），減小了最終莖粗（ Plt;0.05） 。與CK相比，配施玄武巖粉處理的最終株高增長了 2.13% ，最終莖粗減少了 8.41% ：株高平均增長速度較快，莖粗平均增長速度相對較慢，平均比CK快 5.07% 和慢 2.71% 。葉片葉綠素含量與玄武巖配施不存在明顯的相關(guān)性，但葉綠素在移栽第59天前和移栽第59天后有不同的含量水平，SPAD平均值分別穩(wěn)定在36.82、60.93。配施的玄武巖粒徑和施加量與鮮食甜糯玉米的最終株高和莖粗呈顯著相關(guān)，即試驗中玄武巖粉的粒徑和施加量對鮮食甜糯玉米生長具有重要作用。分析發(fā)現(xiàn)，在細粒徑玄武巖粉處理組，玄武巖粉的施加量越大，鮮食甜糯玉米的最終株高越高、最終莖粗越粗，而在粗粒徑處理組的結(jié)果則相反。粒徑僅與最終莖粗呈極顯著相關(guān)（ Plt;0.001 ），與最終株高不存在相關(guān)關(guān)系。相同施加量下，玄武巖粉粒徑越細，鮮食甜糯玉米的最終莖粗越細。另外觀察到移栽第59天前，玄武巖粒徑越細，葉片葉綠素含量越高；移栽第59天后，玄武巖粒徑越粗，葉片葉綠素含量越高。

2.2玄武巖粉配施對鮮食甜糯玉米產(chǎn)量的影響鮮食甜糯玉米果穗的產(chǎn)量是評定農(nóng)田增強風(fēng)化玄武巖粉配施效果的重要標(biāo)準(zhǔn)。本試驗產(chǎn)量是各處理內(nèi)所有新鮮成熟果穗（包括苞葉）稱重的結(jié)果。如圖1所示，CK的產(chǎn)量和有效穗數(shù)大于玄武巖粉處理，綜合各處理內(nèi)僅種植24株玉米植株，認為CK的玉米植株出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的多穗現(xiàn)象。多穗是過多的營養(yǎng)物質(zhì)供給玉米莖節(jié)，造成多個腋芽萌動形成的，其會消耗玉米大量養(yǎng)分，影響玉米總體產(chǎn)量[36]。因此，本研究通過單果重（產(chǎn)量/有效穗數(shù)）來衡量各處理鮮食甜糯玉米的產(chǎn)量。對比粗粒玄武巖粉處理組，細粒玄武巖粉配施增加了鮮食甜糯玉米的單果重，平均增加了 0.50% 。同時施加量越大，單果越重，而配施粗粒玄武巖粉的處理則顯著降低了玉米的單果重，平均降低了 4.75% 。多穗現(xiàn)象隨配施玄武巖粉的粒徑變小而逐漸減少，配施細粒徑玄武巖粉處理的有效穗數(shù)比CK平均減少了29.73% ，由此可見，配施的玄武巖粉在一定程度上發(fā)揮了硅肥的作用，調(diào)節(jié)了玉米植株對氮磷鉀等不同養(yǎng)分的平衡吸收，進而抑制了玉米多穗現(xiàn)象的產(chǎn)生[37-38] 。

2.3玄武巖粉配施對鮮食甜糯玉米果實營養(yǎng)品質(zhì)的影響

鮮食甜糯玉米果實營養(yǎng)品質(zhì)是評價玄武巖粉配施的重要指標(biāo)。由圖2和表4可知，與CK相比，配施玄武巖粉處理鮮食甜糯玉米的淀粉含量和可溶性蛋白含量都有所降低，分別平均降低了 6.60% 和 9.96% 。淀粉含量與玄武巖粉粒徑呈顯著相關(guān)（ Plt;0.05 ），與施加量呈極顯著相關(guān)（ Plt;0.01 ），可溶性蛋白含量僅在細粒玄武巖粉配施處理與施加量呈顯著相關(guān)（ Plt;0.05， 。粗粒玄武巖粉施加量越多，鮮食甜糯玉米可溶性蛋白的含量越低。鮮食甜糯玉米籽粒中維生素C含量與粒徑呈顯著相關(guān)，與施加量呈極顯著相關(guān)，且玄武巖粉施加量越多、粒徑越粗，維生素C含量越高。玄武巖粉配施未對籽粒的含水率產(chǎn)生影響。

2.4玄武巖粉配施對鮮食甜糯玉米籽粒主要元素含量的影響

玉米籽粒的元素含量對比反映了玄武巖粉配施對玉米籽粒中營養(yǎng)元素和重金屬元素積累的影響，這有助于進一步分析處理效果并評估重金屬污染風(fēng)險。由表5可知，玄武巖粉處理玉米籽粒中的主量元素K、Ca、 Mg 和 P 整體明顯增加，而Si含量減少。籽粒中這些營養(yǎng)元素的含量變化直接影響了淀粉、可溶性蛋白和維生素C含量等籽粒營養(yǎng)品質(zhì)狀況。與CK相比，配施玄武巖粉增加了各種重金屬元素在籽粒中的積累，Ni元素含量隨著玄武巖粉的粒徑增大而減少。按照GB2762—2022《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》的標(biāo)準(zhǔn)，試驗測得的鮮食甜糯玉米籽粒中主要重金屬元素均未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

2.5籽粒重金屬含量與玉米產(chǎn)量品質(zhì)的相關(guān)性

經(jīng)過Shapiro-Wilk檢驗，表6中相關(guān)指標(biāo)的顯著性均大于0.1，滿足正態(tài)性，可進行皮爾遜相關(guān)性分析。籽粒Ni含量與籽粒中可溶性蛋白含量呈顯著負相關(guān)，即添加玄武巖粉增加了籽粒中的Ni含量進而抑制了鮮食甜糯玉米中可溶性蛋白的合成[39]。籽粒中的Ni含量與Cr含量存在顯著正相關(guān)，這表明兩者從玄武巖粉中溶解后在玉米籽粒中富集的程度是相當(dāng)?shù)模⑶一ハ嘀g存在協(xié)同作用[40-41] 。籽粒中Zn含量與單果重存在顯著負相關(guān)，結(jié)合 Z_n 能提高玉米籽粒重量[42-43]分析，籽粒中 Z_n 含量增加的同時可能會降低玉米棒芯和苞葉的質(zhì)量，進而降低整個玉米果穗的單果重。籽粒中其他重金屬元素與產(chǎn)量品質(zhì)不存在顯著相關(guān)性，但玉米其他器官的重金屬元素含量是否也會對產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生影響，需進一步研究。

3討論與結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，配施玄武巖粉可以提高鮮食甜糯玉米的生長狀態(tài)、產(chǎn)量和品質(zhì)。在溫室大棚試驗條件下，配施玄武巖粉顯著提高了鮮食甜糯玉米的最終株高和生長過程中株高的增長速度，其中l(wèi)t;100μmJkg/m² 的玄武巖粉處理效果最好。鮮食甜糯玉米株高的增加與玄武巖粉風(fēng)化出的Si、K、P，Ca，Mg 等營養(yǎng)元素供給有關(guān)。高偉斌等指出玄武巖等硅酸鹽粉末能提高農(nóng)田氮肥的利用率[26]，因此，玉米生長速度的增加還與玄武巖粉提升植物根系肥料利用率有關(guān)。玄武巖粉配施玉米莖粗的降低是因為植株偏向?qū)?K，Si，P，Ca，Mg 等營養(yǎng)元素提供給株高生長導(dǎo)致莖粗生長受限，也可能與株高生長過快導(dǎo)致植株間通風(fēng)不暢、植物根莖發(fā)育欠佳有關(guān)。移栽第59天前，由于細粒徑玄武巖粉處理的玉米株高較高，葉片有充足的空間接觸陽光進行光合作用，且施加量越大意味著玄武巖粉風(fēng)化產(chǎn)生的 Mg 越多，因此施加量越大，葉綠素含量越高。移栽第59天后，玉米植株高度恒定且差異不大，但粗粒玄武巖試驗組的莖粗更粗。因此，與細粒徑玄武巖粉處理相比，粗粒徑玄武巖粉處理玉米植株從土壤中吸收的 Mg 等營養(yǎng)元素就越多， Mg 含量與葉綠素含量直接相關(guān)[44-45]，葉綠素含量會隨粗粒徑玄武巖粉施加量增加而增高。

細粒徑玄武巖粉有更大的比表面積，能夠更快地風(fēng)化出礦物元素，這些元素在玉米生長過程中提供給玉米植株。多穗現(xiàn)象的產(chǎn)生與玉米第1腋芽生長受到抑制或第1腋芽營養(yǎng)物質(zhì)過剩有關(guān)[36]。CK沒有玄武巖粉調(diào)節(jié)，植株腋芽吸收復(fù)合肥和有機肥過快，產(chǎn)生多個腋芽發(fā)育，造成多穗現(xiàn)象。玄武巖粉配施調(diào)節(jié)了鮮食甜糯玉米吸收肥料的速率，并提供多種礦物元素，且玄武巖粉施加量越大，粒徑越細，調(diào)節(jié)效果越明顯。但本試驗產(chǎn)量測定采取的是新鮮果穗稱重，棒芯和苞葉重量影響較大，因此產(chǎn)量結(jié)果僅可作為特定情況的參考值，未來相關(guān)試驗要關(guān)注百粒重、平均穗粒數(shù)等能更準(zhǔn)確反映產(chǎn)量的指標(biāo)。

玄武巖粉配施提高了玉米籽粒中 K，Ca，Mg 和P等營養(yǎng)元素供給，為玉米籽粒中淀粉、可溶性蛋白和維生素C的合成提供了充足原料，但同時也造成重金屬元素 ΔCd，Cr，Cu，Ni 和 Z_n 在玉米籽粒中的積累。玄武巖粉配施處理的淀粉和可溶性蛋白含量降低，可能與玄武巖中的重金屬元素影響淀粉、植物蛋白合成或相關(guān)酶的活性降低有關(guān)[46-47]。玉米籽粒中富集的Ni元素會抑制蛋白的合成39，同時Ni和Cr兩者具有協(xié)同作用[40-41]（ Plt;0.05） 。淀粉含量和細粒徑玄武巖配施處理的可溶性蛋白含量與施加量、粒徑的存在顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系，表明玄武巖粉風(fēng)化出的營養(yǎng)元素會提升籽粒中的淀粉和可溶性蛋白含量，同時細粒徑玄武巖配施處理結(jié)果表明，玄武巖粉風(fēng)化出的Ni等重金屬元素會在一定程度上抑制植物蛋白的合成。玄武巖中相關(guān)礦物元素配施顯著促進了鮮食甜糯玉米籽粒中維生素C的合成，但維生素C含量與玄武巖粉粒徑呈顯著正相關(guān)，表明玄武巖中的重金屬元素同樣會抑制玉米籽粒中維生素C的合成。

綜合分析可知，玄武巖粉通過提供充足的營養(yǎng)元素促進鮮食甜精玉米生長，提高產(chǎn)量和品質(zhì)，但是玄武巖粉中含有的重金屬元素也會一定程度地抑制相關(guān)營養(yǎng)品質(zhì)和生長指標(biāo)的提高。因此，未來在實施相關(guān)礦物的增強風(fēng)化試驗時，需要對施撒的硅酸鹽粉進行成分篩選，盡可能選擇含有更少有害重金屬的硅酸鹽粉。

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