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        海藻酸對(duì)不結(jié)球白菜生長及鉀素吸收利用的影響

        2019-11-14 04:09:00王敏欣馬躍劉杰孫鷹翔李軍曲樹棟王子浩陳心想
        中國果菜 2019年10期

        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(yù)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(dá)619.7 萬t(不含復(fù)合肥中鉀素)[1]??傮w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(gè)鉀鹽資源儲(chǔ)量(K2O)僅占世界總儲(chǔ)量7.93%的鉀資源嚴(yán)重缺乏的國家[4],目前近50%的鉀肥需從國外進(jìn)口,導(dǎo)致鉀肥自給率低,難以滿足國內(nèi)需求,對(duì)國外依賴度較高。針對(duì)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(shí)間內(nèi)仍要面對(duì)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(shì),針對(duì)鉀肥現(xiàn)狀,研究如何在有限的鉀肥資源條件下,通過對(duì)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(xué)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(jìn)作物根系生長,提高根系活力,提高葉綠素含量,增強(qiáng)光合速率,還可促進(jìn)作物對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用,進(jìn)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(yàn)證,但是當(dāng)前的研究多集中在氮肥、磷肥和復(fù)合肥及水溶肥中,對(duì)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(yàn)產(chǎn)品,通過試驗(yàn)研究氯化鉀中海藻酸不同添加量對(duì)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(hào)。

        供試土壤為紅壤,質(zhì)地為粘土,采自于江西南昌進(jìn)賢縣,采集試驗(yàn)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(jí)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(yàn)設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)采用盆栽,共設(shè)置10 個(gè)處理:對(duì)照為不施鉀肥處理(CK),普通氯化鉀(K)、8 個(gè)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(gè)處理重復(fù)5 次,每個(gè)重復(fù)1 盆,隨機(jī)區(qū)組排列。

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

        試驗(yàn)播種前,將過2 mm 篩風(fēng)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(fēng)干土6 kg。試驗(yàn)用氮肥為尿素(N 46.2%)、磷肥為磷酸二銨(N-P2O518-46),鉀肥為試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)于2019 年3 月20 日播種,出苗后1 周定苗,每盆保留長勢(shì)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(jìn)行。于2019 年4 月28 日收獲測(cè)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(cè)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(cè)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(jì)算公式見式(1)(2)。

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

        2 結(jié)果與分析

        2.1 海藻酸增效劑對(duì)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(duì)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(dāng)海藻酸增效劑添加量為0.3%~3.8%時(shí)(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(shì)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(shì),當(dāng)海藻酸增效劑添加量為0.8%(處理HK3)時(shí),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(dāng)添加量為5%(處理HK8)時(shí),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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(dāng)海藻酸增效劑添加量為0.3%~3.8%(處理HK1-HK7)時(shí),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(shì),當(dāng)海藻酸增效劑添加量為0.8%(處理HK3)時(shí),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(duì)鉀肥利用率的影響

        圖3 顯示了海藻酸增效氯化鉀對(duì)鉀肥利用率的影響,由圖可知,與普通氯化鉀(K)相比,當(dāng)海藻酸增效氯化鉀添加量為0.3%~3.8%(處理HK1~HK7)時(shí),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(dāng)添加量為5%(處理HK8)時(shí)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(dāng)海藻酸增效氯化鉀添加量為0.8%(處理HK3)時(shí),鉀肥利用率最高。

        圖3 海藻酸氯化鉀對(duì)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(duì)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(duì)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(jìn)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(dāng)海藻酸增效劑添加量為0.3%~5%時(shí),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(dāng)增效劑添加量為1.2%(HK5)時(shí)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(duì)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(duì)氯化鉀具有良好的增效效果,可促進(jìn)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(duì)氯化鉀的促生效果先增加后降低,當(dāng)氯化鉀中增效劑添加量為0.8%時(shí)對(duì)地上部的促生效果最好,當(dāng)增效劑添加量為1.2%時(shí)對(duì)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(duì)于海藻酸促進(jìn)不結(jié)球白菜鉀素吸收、提高鉀肥利用率的特點(diǎn),有學(xué)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(xué)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(jìn)鉀素吸收,海藻酸含有的羥基、羧基等官能基團(tuán)[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(duì)鉀的固定,提高土壤速效鉀含量,減少鉀的損失和固定;同時(shí),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(jìn)土壤形成團(tuán)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(jìn)而提高作物對(duì)鉀素的吸收利用。

        海藻酸對(duì)作物生長同樣具有良好的促進(jìn)作用[17-19]。溫延臣等[20]研究表明,適量施用海藻酸會(huì)促進(jìn)玉米生長,提高根系活力,但是過量施用則會(huì)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(shí),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(shì),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(shí),含有的適量生長素、細(xì)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(huì)抑制作物生長,產(chǎn)生不利影響。

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