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(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,山東 泰安 271018)

鉀是植物生長必需的大量營養(yǎng)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(chǎn)物的運輸、碳水化合物的代謝和蛋白質(zhì)的合成等[1]。作物施鉀能提高抗寒、抗病能力并促進結(jié)果[2]。我國高質(zhì)量的鉀礦資源相對匱乏，鉀肥國產(chǎn)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(yōu)質(zhì)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(jù)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(zhèn)[12]在南方的土壤上進行了初步的研究，而關(guān)于雜鹵石在北方土壤上的應(yīng)用研究則尚未見報道，而且雜鹵石在生產(chǎn)上的應(yīng)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(yīng)用效果，并比較其與傳統(tǒng)鉀肥在效果上的差異，以期為雜鹵石在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

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(zhì)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(shè)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(shè)50、100、200、300 kg/hm2(K2O)4個肥料用量，以不施鉀肥為對照，共設(shè)17個處理，每個處理重復(fù)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(zhì)

表2 供試雜鹵石化學(xué)成分

注：各成分含量為重量百分?jǐn)?shù)。

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(shù)據(jù)采用SAS 8.0軟件進行統(tǒng)計分析，用Excel 2003軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜鹵石對玉米產(chǎn)量指標(biāo)的影響

從測定結(jié)果來看，雜鹵石對玉米產(chǎn)量及千粒重均有明顯的影響(表3)。產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量及千粒重。雜鹵石處理玉米產(chǎn)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(chǎn)量與肥料用量間相關(guān)關(guān)系發(fā)現(xiàn)(表4)，玉米產(chǎn)量與氯化鉀、硫酸鉀及硫酸鉀鎂用量均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而與雜鹵石用量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，說明這幾種鉀肥都可使玉米增產(chǎn)，但雜鹵石的增產(chǎn)效果要優(yōu)于3種傳統(tǒng)鉀肥。

表3 不同處理玉米產(chǎn)量及千粒重

注：同一列中的平均數(shù)值采用鄧肯多重比較，標(biāo)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(chǎn)量及植株養(yǎng)分含量間相關(guān)系數(shù)

注:*表示P<0.05；**表示P<0.01。植株鈣含量與雜鹵石的相關(guān)系數(shù)0.998是雜鹵石用量0～100 kg/hm2時的統(tǒng)計結(jié)果。

2.2 雜鹵石對玉米生物性狀的影響

雜鹵石對玉米產(chǎn)量指標(biāo)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(chǎn)物的合成具有至關(guān)重要的作用，其與綠度(SPAD值)呈正相關(guān)關(guān)系，因此SPAD值能反應(yīng)玉米葉片葉綠素的水平。結(jié)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(guān)。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(zhì)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(yǎng)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(yǎng)分吸收的影響及其用量與玉米產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系，本文對玉米植株養(yǎng)分狀況進行了測定。結(jié)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(guān)關(guān)系(表4)發(fā)現(xiàn)，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(guān)關(guān)系，與硫酸鉀鎂用量也表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)關(guān)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(jié)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(xiàn)出明顯差異(表7)。與3種傳統(tǒng)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(guān)關(guān)系(表4)發(fā)現(xiàn)，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(guān)關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)未達顯著水平，而其與氯化鉀用量則呈顯著正相關(guān)關(guān)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(jié)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(guān)關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)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(yǎng)元素，其供應(yīng)量的增加也可能會促進作物生長發(fā)育，為此本文就雜鹵石對玉米鈣、鎂、硫等養(yǎng)分元素吸收的影響進行了研究。結(jié)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(guān)關(guān)系發(fā)現(xiàn)，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(guān)關(guān)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(fù)相關(guān)關(guān)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(chǎn)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(tǒng)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(guān)關(guān)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(chǎn)生了抑制。進一步分析玉米植株鎂含量與肥料用量間相關(guān)關(guān)系(表4)發(fā)現(xiàn)，玉米植株鎂含量與硫酸鉀鎂用量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與氯化鉀及硫酸鉀用量也呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)關(guān)系未達顯著水平。而其與雜鹵石用量則呈負(fù)相關(guān)關(guān)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(fā)現(xiàn)，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(yīng)缺乏時，鉀供應(yīng)低會加強鎂的吸收，從而導(dǎo)致植物體內(nèi)鎂含量增加，這與本研究結(jié)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(guān)關(guān)系(表4)發(fā)現(xiàn)，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(guān)關(guān)系，與氯化鉀用量則呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)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(yǎng)分含量與玉米產(chǎn)量間的相關(guān)關(guān)系

通過對肥料用量與植株養(yǎng)分含量間相關(guān)關(guān)系(圖2)進行分析發(fā)現(xiàn)，雜鹵石用量與植株鉀、鈣及硫含量均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明玉米植株鉀、鈣及硫含量的增加可能對玉米產(chǎn)量的提高有一定作用。因此，對植株養(yǎng)分含量與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系進一步分析，結(jié)果表明，玉米植株鉀含量與玉米產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)為0.722)，隨著植株鉀含量的增加玉米產(chǎn)量呈增加趨勢，說明鉀素的補充是玉米產(chǎn)量提高的重要因素。植株鈣含量與玉米產(chǎn)量也呈顯著正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)為0.598)，說明植株鈣含量的增加對玉米產(chǎn)量的提高也有積極的作用。植株氮、磷、鎂及硫含量與玉米產(chǎn)量則未表現(xiàn)出顯著相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)分別為0.179、0.354、0.428和0.258)。因此玉米鉀素和鈣素營養(yǎng)的改善可能是雜鹵石處理玉米產(chǎn)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(chǎn)量的影響不大。

圖2 植株養(yǎng)分含量與玉米產(chǎn)量間的相關(guān)關(guān)系

3 討論

施用雜鹵石能提高玉米產(chǎn)量，在特定施肥量下，雜鹵石處理玉米的增產(chǎn)效果優(yōu)于3種傳統(tǒng)鉀肥，說明雜鹵石的增產(chǎn)不僅僅是因為補充了土壤鉀素，雜鹵石中其它養(yǎng)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(nèi)鈣、鎂、硫的含量也存在一定的差異，雜鹵石中鈣、鎂、硫等養(yǎng)分元素也可能是引起玉米增產(chǎn)的重要原因。通過分析植株養(yǎng)分含量與肥料用量間相關(guān)關(guān)系發(fā)現(xiàn)，玉米植株鈣含量與雜鹵石用量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而與氯化鉀、硫酸鉀及硫酸鉀鎂用量間相關(guān)關(guān)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(yǎng)，進一步分析植株鈣含量與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系也發(fā)現(xiàn)，玉米植株鈣含量與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說明雜鹵石中鈣可能是其較傳統(tǒng)鉀肥處理玉米增產(chǎn)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(fù)相關(guān)關(guān)系，說明其可能不是雜鹵石處理玉米增產(chǎn)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(fā)現(xiàn)，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(yīng)該是鈣。玉米植株硫含量雖與雜鹵石用量也呈正相關(guān)關(guān)系，但其與硫酸鉀及硫酸鉀鎂處理玉米植株硫含量未表現(xiàn)出明顯差異，且通過分析玉米產(chǎn)量與玉米植株硫含量間相關(guān)關(guān)系發(fā)現(xiàn)，玉米產(chǎn)量雖與玉米植株硫含量呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)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(chǎn)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(chǎn)量的重要因素。

雜鹵石能夠較傳統(tǒng)鉀肥提高玉米產(chǎn)量的原因可能是雜鹵石中的鈣改善了玉米鈣素營養(yǎng)，而鈣是作物必需的重要營養(yǎng)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(yǎng)分和水分的吸收，從而促進了玉米生長，提高產(chǎn)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(fù)相關(guān)關(guān)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(tǒng)鉀肥，因此同樣的鉀素用量會導(dǎo)致加入土壤的其它離子的量高于其它鉀肥。而在南方養(yǎng)分缺乏的酸性土壤上應(yīng)用則不僅出現(xiàn)鹽害的可能性變小，相反還可能補充土壤中缺乏的養(yǎng)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(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)施用雜鹵石能同時補給土壤上述4種養(yǎng)分元素，對作物生產(chǎn)十分有利。大量研究也表明，在缺鎂的酸性土壤和砂質(zhì)土上含鎂肥料應(yīng)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(fā)并使用雜鹵石資源作為鉀肥資源具有一定的現(xiàn)實意義。

4 結(jié)論

雜鹵石施用顯著提高了玉米產(chǎn)量，與3種傳統(tǒng)鉀肥相比，雜鹵石處理玉米產(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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。