杂卤石对玉米生长及养分吸收的影响研究

王 媛，李文庆，赵丽娅，李晗灏

(土肥资源高效利用国家工程实验室，山东农业大学资源与环境学院,山东 泰安 271018)

钾是植物生长必需的大量营养元素，其参与60多种酶的活化，影响植物的生化过程如光合作用、同化产物的运输、碳水化合物的代谢和蛋白质的合成等[1]。作物施钾能提高抗寒、抗病能力并促进结果[2]。我国高质量的钾矿资源相对匮乏，钾肥国产满足率仅占15%左右，每年需进口400万t以上，钾肥资源缺乏的问题十分突出，因此寻求新的钾肥资源是缓解我国钾肥供需矛盾的最有效途径[3-5]。杂卤石[K2MgCa2(SO4)4·2H2O]是一种多元素含钾矿物，其K2O平均含量为8%，是优质钾矿的潜在替代资源[6-9]。且杂卤石在我国分布广、矿藏量大，在四川、青海、湖北、江苏、山东、陕西等省都有大量贮藏，其中以四川盆地及江汉盆地最多，储量大、矿层厚，富集程度亦较高，据初步估算，仅四川东部杂卤石资源折合K2O储量约在百亿吨以上[10-11]。目前我国杂卤石的研究重点集中在开采和溶浸提取等方面，就杂卤石对作物的生长影响方面，黄宣镇[12]在南方的土壤上进行了初步的研究，而关于杂卤石在北方土壤上的应用研究则尚未见报道，而且杂卤石在生产上的应用也不多。为此本研究以玉米为供试作物，研究杂卤石在北方棕壤上的应用效果，并比较其与传统钾肥在效果上的差异，以期为杂卤石在农业生产上的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

试验采用盆栽方式在山东泰安花样年华玻璃温室进行，供试土壤为棕壤，质地为砂壤土(含粘粒14.23%，砂粒64.36%，粉粒21.41%)，供试杂卤石为市售杂卤石粉(K2O 15%)。供试作物为玉米，品种为登海605。试验共设置杂卤石、氯化钾、硫酸钾和硫酸钾镁4种肥料类型，每种肥料又设50、100、200、300 kg/hm2(K2O)4个肥料用量，以不施钾肥为对照，共设17个处理，每个处理重复4次。除钾肥外各处理均同时加入200 kg/hm2的N和P2O5，肥料在播种前作为基肥一次性施入，并与土壤充分混匀。

表1 供试土壤基本理化性质

表2 供试杂卤石化学成分

注：各成分含量为重量百分数。

每盆播种3粒，在出苗后进行间苗，每盆留一株植株，定期浇水,并测定玉米株高、茎粗及叶片绿度(SPAD值)。植株收获后分别采用火焰光度法测钾，原子吸收法测钙和镁，比浊法测硫。

试验数据采用SAS 8.0软件进行统计分析，用Excel 2003软件作图。

2 结果与分析

2.1 杂卤石对玉米产量指标的影响

从测定结果来看，杂卤石对玉米产量及千粒重均有明显的影响(表3)。产量随杂卤石用量的增加呈先升高后降低趋势，不同处理分别较空白对照增产31.54%、63.14%、56.34%及44.12%，且差异均达显著水平，其中以用量为100 kg/hm2的处理玉米产量最高。玉米千粒重随杂卤石用量增加也呈先上升后下降趋势，各处理玉米千粒重分别较空白对照增加了23.80%、45.02%、47.15%、44.12%，且差异均达显著水平，其中以杂卤石施用量为200 kg/hm2的处理玉米千粒重最高。与氯化钾、硫酸钾和硫酸钾镁相比杂卤石能有效提高玉米产量及千粒重。杂卤石处理玉米产量较氯化钾、硫酸钾及硫酸钾镁处理分别提高了22.72%、29.51%和22.17%，千粒重分别提高了7.67%、12.92%和10.91%，差异均达显著水平。进一步分析玉米产量与肥料用量间相关关系发现(表4)，玉米产量与氯化钾、硫酸钾及硫酸钾镁用量均呈显著正相关关系，而与杂卤石用量呈极显著正相关关系，说明这几种钾肥都可使玉米增产，但杂卤石的增产效果要优于3种传统钾肥。

表3 不同处理玉米产量及千粒重

注：同一列中的平均数值采用邓肯多重比较，标有相同字母的表示差异未达显著水平(P<0.05)，下同；不同肥料种类施用K2O水平均为100 kg/hm2，各处理N及P2O5用量均为200 kg/hm2，下同。

表4 肥料用量与玉米产量及植株养分含量间相关系数

注:*表示P<0.05；**表示P<0.01。植株钙含量与杂卤石的相关系数0.998是杂卤石用量0～100 kg/hm2时的统计结果。

2.2 杂卤石对玉米生物性状的影响

杂卤石对玉米产量指标有较好的影响，而其对玉米其它生物性状是否也存在影响呢？为此本文对玉米叶片绿度(SPAD值)、株高及茎粗等生物性状进行了研究。

2.2.1 杂卤石对玉米叶片绿度的影响

叶绿素是植物进行光合作用的重要组成部分，对作物光合产物的合成具有至关重要的作用，其与绿度(SPAD值)呈正相关关系，因此SPAD值能反应玉米叶片叶绿素的水平。结果表明，杂卤石的施用提高了玉米叶片SPAD值，随杂卤石用量增加玉米叶片SPAD值呈先升高后降低趋势(表5)。在玉米开花吐丝期以施肥量为50 kg/hm2的处理叶片SPAD值最高，较空白对照增加了13.85%，且差异达显著水平。而在杂卤石施用量达到300 kg/hm2时，小喇叭口期玉米叶片SPAD值较空白对照下降了4.52%，且差异达显著水平，这可能与肥料用量过高造成了玉米的轻度盐害有关。与其它钾肥相比杂卤石处理玉米叶片SPAD值差异未达显著水平。因此适量施用杂卤石能够提高玉米叶片叶绿素含量，增强玉米叶片光合能力，有利于干物质的积累，但各钾肥处理间差异未达显著水平。

表5 不同杂卤石处理玉米叶片SPAD值

2.2.2 杂卤石对玉米株高及茎粗的影响

杂卤石的施用可以提高玉米株高，但对玉米茎粗影响较小(表6)。玉米株高随杂卤石用量的增加而逐渐增加，杂卤石用量为300 kg/hm2时，玉米株高达到最大值，较空白对照增加了13.43%，且差异达显著水平，但各施肥水平处理间差异未达显著水平。玉米茎粗随杂卤石用量的增加呈先升高后下降趋势，各杂卤石用量处理玉米茎粗较空白对照略有增加，但差异未达显著水平。与氯化钾、硫酸钾和硫酸钾镁相比，杂卤石处理玉米株高及茎粗未见明显差异。因此，施用杂卤石可以在一定程度上促进玉米的生长，但与其它钾肥处理相比差异未达显著水平。

表6 不同杂卤石处理及不同钾肥对玉米株高及茎粗的影响

2.3 杂卤石对玉米养分吸收的影响

2.3.1 杂卤石对玉米钾及氮磷吸收的影响

为了探讨杂卤石对玉米养分吸收的影响及其用量与玉米产量的相关关系，本文对玉米植株养分状况进行了测定。结果表明，杂卤石能有效改善玉米对钾的吸收，玉米植株钾含量随杂卤石用量的增加而增加(表7)，植株钾含量提高幅度为21.79%～93.50%。除用量为50 kg/hm2的处理外，其它杂卤石处理玉米植株钾含量较空白对照差异均达显著水平，且以杂卤石用量为300 kg/hm2处理植株钾含量最高。因此，施用杂卤石能有效促进玉米对钾的吸收，提高玉米植株钾含量。与氯化钾、硫酸钾及硫酸钾镁相比，杂卤石处理玉米植株钾含量略有提高，但差异未达显著水平。进一步分析玉米植株钾含量与肥料用量间的相关关系(表4)发现，玉米植株钾含量与杂卤石、氯化钾及硫酸钾用量均呈显著正相关关系，与硫酸钾镁用量也表现出正相关关系，但相关关系未达显著水平，这可能是因为硫酸钾镁中镁含量较高，与钾形成竞争性吸收。郑圣先等[13]研究表明,镁含量过高会抑制油菜对钾的吸收，这与本研究结果一致。

杂卤石对玉米植株氮磷含量的影响较小，各杂卤石处理玉米植株氮磷含量均未表现出明显差异(表7)。与3种传统钾肥相比，杂卤石处理玉米植株氮含量低于氯化钾处理，且差异达显著水平，但与硫酸钾及硫酸钾镁处理间差异未达显著水平。不同类型肥料处理间玉米植株磷含量则未见明显差异。进一步分析肥料用量与玉米植株氮磷含量间相关关系(表4)发现，玉米植株氮含量与杂卤石、硫酸钾及硫酸钾镁用量均呈正相关关系，但相关系数未达显著水平，而其与氯化钾用量则呈显著正相关关系。这可能是由于氯化钾中的氯能够促进玉米对氮的吸收。董春华等[14-15]研究也表明，喷施氯化钾能提高油菜角果初期全氮量，而喷施硫酸钾则无明显影响，这与本研究结果一致。玉米植株磷含量与杂卤石、氯化钾、硫酸钾及硫酸钾镁用量也呈正相关关系，但相关系数均未达显著水平。

表7 不同处理玉米植株钾及氮磷含量

2.3.2 杂卤石对玉米钙、镁、硫吸收的影响

除了钾素外杂卤石中还含有钙、镁、硫等作物必需的营养元素，其供应量的增加也可能会促进作物生长发育，为此本文就杂卤石对玉米钙、镁、硫等养分元素吸收的影响进行了研究。结果表明，杂卤石在一定程度上也能促进玉米对钙和硫的吸收(图1)。玉米植株钙含量随杂卤石用量的增加呈先升高后下降趋势，杂卤石用量为100 kg/hm2时玉米植株钙含量较空白对照增加52.7%，且差异达显著水平，而其它施肥量与空白对照间差异未达显著水平。且通过分析玉米植株钙含量与杂卤石用量间相关关系发现，杂卤石用量为0～100 kg/hm2时，玉米植株钙含量与杂卤石用量呈显著正相关关系(表4)，而杂卤石的用量达到200 kg/hm2及以上时，与玉米钙吸收呈负相关关系，这可能是由于高钾会抑制玉米对钙的吸收。姜维等[16]研究也表明外界K+等阳离子浓度过高时，对钙的吸收会产生竞争性的抑制作用。与氯化钾、硫酸钾和硫酸钾镁相比，杂卤石处理玉米植株钙含量分别提高了30.59%～50.37%，且差异均达显著水平，而3种传统钾肥处理间差异并未达显著水平，且玉米植株钙含量与氯化钾、硫酸钾及硫酸钾镁等肥料用量间相关关系均未达显著水平。这说明杂卤石中的钙可以很好被玉米吸收，提高玉米植株钙含量。

图1 不同施肥量及不同肥料处理玉米植株钙、镁、硫含量

从玉米镁的吸收来看，杂卤石的施用也影响到玉米对镁的吸收，玉米植株镁含量随杂卤石用量增加呈先升高后降低的趋势。除用量为50 kg/hm2时玉米植株镁含量较空白对照略有增加外，其它杂卤石处理玉米植株镁含量均较空白对照有所下降，下降幅度为8.38%～10.17%，且差异均达显著水平。与氯化钾及硫酸钾相比，杂卤石处理玉米植株镁含量略低，但差异未达显著水平。而与硫酸钾镁相比，杂卤石处理的玉米植株镁含量下降18.87%，且差异达显著水平，这可能是由于杂卤石中的钙或钾对镁的吸收产生了抑制。进一步分析玉米植株镁含量与肥料用量间相关关系(表4)发现，玉米植株镁含量与硫酸钾镁用量呈显著正相关关系，与氯化钾及硫酸钾用量也呈正相关关系，但相关关系未达显著水平。而其与杂卤石用量则呈负相关关系，这是因为杂卤石中除钾外，还含有较多的钙，与镁形成竞争性吸收，减少了玉米对镁的吸收。实践表明，大量施用钾肥、石灰等往往会加重植株缺镁。Hall[17]也发现，在缺钙的番茄组织中，极大地提高了镁的含量；Grimme等[18]指出，在钾供应缺乏时，钾供应低会加强镁的吸收，从而导致植物体内镁含量增加，这与本研究结果一致。

就玉米硫的吸收来看，杂卤石的施用可以促进玉米对硫的吸收，玉米植株硫含量随杂卤石用量的增加而增加。各杂卤石处理玉米植株硫含量分别较空白对照增加了4.43%～52.22%，其中杂卤石用量较高的处理与空白对照间差异达显著水平。与其它钾肥相比，杂卤石处理玉米植株硫含量较氯化钾处理提高22.10%，且差异达显著水平，但与硫酸钾及硫酸钾镁处理间玉米植株硫含量差异未达显著水平。进一步分析玉米植株硫含量与肥料用量间相关关系(表4)发现，玉米植株硫含量与杂卤石、硫酸钾及硫酸钾镁用量均呈显著正相关关系，与氯化钾用量则呈负相关关系，但相关系数未达显著水平。这是因为杂卤石、硫酸钾及硫酸钾镁中的硫元素均可有效被玉米吸收利用，而氯化钾中本身不含硫，且其中的氯还可能会抑制玉米对土壤中硫的吸收。

2.3.3 玉米植株养分含量与玉米产量间的相关关系

通过对肥料用量与植株养分含量间相关关系(图2)进行分析发现，杂卤石用量与植株钾、钙及硫含量均呈显著正相关关系，表明玉米植株钾、钙及硫含量的增加可能对玉米产量的提高有一定作用。因此，对植株养分含量与产量的相关关系进一步分析，结果表明，玉米植株钾含量与玉米产量呈极显著正相关关系(相关系数为0.722)，随着植株钾含量的增加玉米产量呈增加趋势，说明钾素的补充是玉米产量提高的重要因素。植株钙含量与玉米产量也呈显著正相关关系(相关系数为0.598)，说明植株钙含量的增加对玉米产量的提高也有积极的作用。植株氮、磷、镁及硫含量与玉米产量则未表现出显著相关关系(相关系数分别为0.179、0.354、0.428和0.258)。因此玉米钾素和钙素营养的改善可能是杂卤石处理玉米产量高于其它钾肥处理的重要原因，而杂卤石中镁和硫的存在可能对玉米产量的影响不大。

图2 植株养分含量与玉米产量间的相关关系

3 讨论

施用杂卤石能提高玉米产量，在特定施肥量下，杂卤石处理玉米的增产效果优于3种传统钾肥，说明杂卤石的增产不仅仅是因为补充了土壤钾素，杂卤石中其它养分的存在对玉米生长也可能有重要作用，而通过分析表明，杂卤石处理较其它钾肥处理玉米植株体内钙、镁、硫的含量也存在一定的差异，杂卤石中钙、镁、硫等养分元素也可能是引起玉米增产的重要原因。通过分析植株养分含量与肥料用量间相关关系发现，玉米植株钙含量与杂卤石用量呈显著正相关关系，而与氯化钾、硫酸钾及硫酸钾镁用量间相关关系均未达显著水平，说明杂卤石的施用明显改善了玉米的钙素营养，进一步分析植株钙含量与产量的相关关系也发现，玉米植株钙含量与产量呈显著正相关关系，说明杂卤石中钙可能是其较传统钾肥处理玉米增产的重要原因。杂卤石中虽也含有镁，但由于其受到钾或钙的竞争性抑制，玉米植株镁含量与杂卤石用量间反而有一定负相关关系，说明其可能不是杂卤石处理玉米增产的重要原因。进一步分析杂卤石与硫酸钾镁用量对玉米镁吸收的影响可发现，硫酸钾镁处理虽与杂卤石处理钾用量相同但并未降低其对镁的吸收，说明钾并不是抑制镁吸收的元素，那么杂卤石中抑制玉米镁吸收的元素应该是钙。玉米植株硫含量虽与杂卤石用量也呈正相关关系，但其与硫酸钾及硫酸钾镁处理玉米植株硫含量未表现出明显差异，且通过分析玉米产量与玉米植株硫含量间相关关系发现，玉米产量虽与玉米植株硫含量呈正相关关系，但相关系数并未达显著水平。且从硫酸钾和氯化钾处理来看，虽然硫酸钾含硫而氯化钾不含硫，但二者处理的玉米产量间差异未达显著水平，进一步说明杂卤石中的硫可能并不是影响玉米产量的重要因素。

杂卤石能够较传统钾肥提高玉米产量的原因可能是杂卤石中的钙改善了玉米钙素营养，而钙是作物必需的重要营养元素，有研究表明钙能促进细胞伸长和根系生长，根生长又会进一步促进玉米对养分和水分的吸收，从而促进了玉米生长，提高产量[19-21]。但在杂卤石用量达到200 kg/hm2及以上时，玉米植株钙含量与杂卤石用量反而呈负相关关系，这可能是因为肥料用量过高造成了盐害，杂卤石中钾素含量低于传统钾肥，因此同样的钾素用量会导致加入土壤的其它离子的量高于其它钾肥。而在南方养分缺乏的酸性土壤上应用则不仅出现盐害的可能性变小，相反还可能补充土壤中缺乏的养分元素，效果可能会更好。陈际型[22]研究了杂卤石在红壤上的应用效果，发现施用杂卤石能同时补给土壤上述4种养分元素，对作物生产十分有利。大量研究也表明，在缺镁的酸性土壤和砂质土上含镁肥料应用效果更明显[23-27]。同时杂卤石不含氯，可作为忌氯作物的理想钾肥。在目前我国钾资源匮乏的情况下，逐步开发并使用杂卤石资源作为钾肥资源具有一定的现实意义。

4 结论

杂卤石施用显著提高了玉米产量，与3种传统钾肥相比，杂卤石处理玉米产量分别提高了22.17%～29.51%，千粒重分别提高了7.67%～12.92%，且差异均达显著水平。

杂卤石处理玉米叶片绿度及株高与传统钾肥相比差异未达显著水平。

随杂卤石用量增加玉米植株钾含量呈增加趋势，较空白对照增加幅度为21.79%～93.50%，部分处理与空白对照间差异达显著水平。杂卤石与传统钾肥处理间差异未达显著水平。

适量杂卤石对玉米植株钙含量有显著提升作用，在用量为100 kg/hm2时玉米植株钙含量较空白对照增加52.7%，且差异达显著水平。杂卤石处理玉米植株钙含量较传统钾肥处理分别增加30.59%～50.37%，且差异均达显著水平。

除50 kg/hm2的处理外，杂卤石处理玉米植株镁含量均呈下降趋势，较对照下降幅度为8.38%～10.17%，且差异均达显著水平。

随杂卤石用量增加玉米植株硫含量亦呈增加趋势，部分处理间差异达显著水平，且其与氯化钾处理差异达显著水平。