海藻酸对不结球白菜生长及钾素吸收利用的影响

王敏欣，马跃，刘杰，孙鹰翔，李军，曲树栋，王子浩，陈心想

（1.中化化肥有限公司，北京 100000；2.中化农业<临沂>研发中心有限公司，山东临沂 276000）

钾是肥料三要素之一，被誉为“品质元素”，在保障农业生产、粮食安全方面具有举足轻重的作用。2017 年我国农用钾肥折纯施用量（K2O）已达619.7 万t（不含复合肥中钾素）[1]。总体看来，钾肥存在过量施用的问题[2]，尤其是果树、蔬菜、水稻是钾肥施用量较大的前三类作物。钾肥的不合理及过量施用，导致我国钾肥利用率偏低，我国主要粮食作物钾肥利用率不同地区的变幅在21.2%～35.9%，平均为31.3%[3]。作为一个钾盐资源储量（K2O）仅占世界总储量7.93%的钾资源严重缺乏的国家[4]，目前近50%的钾肥需从国外进口，导致钾肥自给率低，难以满足国内需求，对国外依赖度较高。针对我国钾肥需求量大、资源匮乏、利用率较低的现状，未来很长一段时间内仍要面对国内钾肥供需之间的矛盾，因此“增效减量”是未来我国钾肥发展的必然趋势，针对钾肥现状，研究如何在有限的钾肥资源条件下，通过对钾肥的增效改性来提高钾肥有效性及利用率具有重要意义。

海藻酸是以生长在海洋中的大型藻类为原料，通过物理、化学和生物等方法提取出的具有生理活性和富含多种营养的天然物质，在作物及肥料中均具有良好的效果。海藻酸可促进作物根系生长，提高根系活力，提高叶绿素含量，增强光合速率，还可促进作物对土壤养分的吸收利用，进而提高作物产量及品质[5-9]。有研究表明，海藻酸可抑制脲酶活性，减缓氮素释放，还可提高土壤有效磷含量，减少磷的固定，提高磷素有效性[10-12]。海藻酸作为一种良好的天然肥料增效剂，在氮肥和磷肥中的良好效果已得到验证，但是当前的研究多集中在氮肥、磷肥和复合肥及水溶肥中，对钾肥的效果研究较少。鉴于此，本研究中将海藻酸作为高效增效剂添加到氯化钾中，制成海藻酸增效氯化钾试验产品，通过试验研究氯化钾中海藻酸不同添加量对不结球白菜产量、钾素利用及根系生长的影响，以期为海藻酸在钾肥中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试作物及土壤

供试作物为不结球白菜，品种为京冠一号。

供试土壤为红壤，质地为粘土，采自于江西南昌进贤县，采集试验田0～20 cm 耕层土，过2 mm 的筛，混匀备用，土壤基本理化性质见表1。

表1 供试土壤基本理化性质Table 1 Basic physical-chemical properties of soil

1.2 供试肥料

利用复合微生物菌群发酵海带，调节发酵罐内的含水量、温度、pH 等至适宜的条件后生物发酵7 d，然后经过提纯、烘干、粉碎等制成海藻酸增效剂，其中含海藻酸14%、pH7.98。将海藻酸增效剂与氯化钾（农业级优等品，K2O＞60.0%）按比例混合均匀挤压造粒制成8 种海藻酸增效氯化钾产品，供试肥料性质见表2。

1.3 试验设计

试验采用盆栽，共设置10 个处理：对照为不施钾肥处理（CK），普通氯化钾（K）、8 个不同海藻酸添加量的海藻酸增效氯化钾产品HK1、HK2、HK3、HK4、HK5、HK6、HK7 和HK8。每个处理重复5 次，每个重复1 盆，随机区组排列。

表2 供试钾肥性质Table 2 The properties of fertilizer

试验播种前，将过2 mm 筛风干的土壤与肥料混匀，装入内径为24 cm、高15 cm 的塑料盆中，每盆装风干土6 kg。试验用氮肥为尿素（N 46.2%）、磷肥为磷酸二铵（N-P2O518-46），钾肥为试验制备的增效钾肥，各处理氮、磷施用量一致，施N 量0.25 g/kg 干土，施P2O5量0.15 g/kg 干土，将9 种试验钾肥按等钾量原则施入，施K2O 量0.1 g/kg 干土。氮、磷、钾肥均一次性施入。

试验于2019 年3 月20 日播种，出苗后1 周定苗，每盆保留长势一致的健壮苗4 株，不结球白菜生长期间按照常规栽培技术要求进行。于2019 年4 月28 日收获测产，将不结球白菜根系洗净利用根系扫描仪（WinRHIZO根系分析系统），测定根系的根长、根直径、根表面积和根体积，将不结球白菜地上部分烘干粉碎，利用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度法测定全钾含量。

1.4 数据处理与分析

钾吸收量、钾肥表观利用率计算公式见式（1）（2）。

试验数据采用Excel进行数据处理与作图，SAS8.0软件进行数据统计分析，Duncan新复极差法进行多重比较（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 海藻酸增效剂对不结球白菜产量的影响

图1 显示了氯化钾中海藻酸增效剂添加量对不结球白菜产量的影响。由图可看出，与普通氯化钾（K）相比，当海藻酸增效剂添加量为0.3%～3.8%时（处理HK1～HK7），海藻酸增效氯化钾处理，不结球白菜产量增加2.12%～14.59%，其中处理HK2、HK3、HK4 和HK5 显著高于K 处理。从整体趋势来看，随着氯化钾中海藻酸增效剂添加量的增加，不结球白菜产量呈现先增加后降低的趋势，当海藻酸增效剂添加量为0.8%（处理HK3）时，产量最高，海藻酸增效剂添加量继续增加，不结球白菜产量开始下降，当添加量为5%（处理HK8）时，与K 相比产量降低6.20%，说明过量的海藻酸增效剂不利于不结球白菜产量的增加。

图1 海藻酸氯化钾对不结球白菜产量的影响Fig.1 Effect of alginate potassium chloride on the yield of non-heading Chinese cabbage

2.2 海藻酸增效剂对不结球白菜钾素吸收的影响

2.2.1 全钾吸收量的影响

图2 海藻酸氯化钾对全钾吸收量的影响Fig.2 Effect of alginate potassium chloride on total potassium absorption

氯化钾中海藻酸添加量对不结球白菜全钾吸收量的影响如图2 所示，由图可知，与对照（CK）相比，施用钾肥后均显著提高了不结球白菜全钾吸收量，与普通氯化钾（K）相比，当海藻酸增效剂添加量为0.3%～3.8%（处理HK1-HK7）时，海藻酸增效氯化钾处理的不结球白菜全钾吸收量提高8.09%～21.63%。图2 还显示，随着氯化钾中海藻酸增效剂添加量的增加，全钾吸收量呈先增加后降低的趋势，当海藻酸增效剂添加量为0.8%（处理HK3）时，全钾吸收量最高，此后，随着海藻酸增效剂添加量的增加全钾吸收量逐渐降低。

2.2.2 对钾肥利用率的影响

图3 显示了海藻酸增效氯化钾对钾肥利用率的影响，由图可知，与普通氯化钾（K）相比，当海藻酸增效氯化钾添加量为0.3%～3.8%（处理HK1～HK7）时，海藻酸增效氯化钾处理显著提高了钾肥利用率，提高5.76%～15.37%，但是当添加量为5%（处理HK8）时钾肥利用率降低0.42%；可见，随着海藻酸增效剂添加量的增加，钾肥利用率先增加后降低，当海藻酸增效氯化钾添加量为0.8%（处理HK3）时，钾肥利用率最高。

图3 海藻酸氯化钾对钾肥利用率的影响Fig.3 Effect of alginate potassium chloride on potassium utilization rate

2.3 海藻酸增效剂对不结球白菜根系生长的影响

表3 显示了海藻酸氯化钾对不结球白菜根系生长的影响。由表3 可以看出，海藻酸增效剂可促进不结球白菜根系生长，提高根系的根长、根表面积和根体积。与普通氯化钾（K）相比，当海藻酸增效剂添加量为0.3%～5%时，海藻酸增效氯化钾根长增加3.08%～27.66%，表面积增加7.80%～27.37%，体积增加11.88%～29.69%，且随着氯化钾中海藻酸增效剂添加量的增加，不结球白菜的根长、表面积、体积均为先增加后降低，当增效剂添加量为1.2%（HK5）时最大。根系平均直径中，处理HK1、HK2、HK3、HK7 和HK8 比K 处理增加7.66%～16.93%，而处理HK4、HK5 和HK6 则在一定程度上降低了不结球白菜的根系直径。

表3 海藻酸增效氯化钾对不结球白菜根系生长的影响Table 3 Effect of alginate potassium chloride on the growth of roots of non-heading Chinese cabbage

3 讨论

在本研究中，海藻酸增效剂对氯化钾具有良好的增效效果，可促进不结球白菜生长发育及钾素吸收，在海藻酸增效剂0.3%～5%的添加量范围内，海藻酸增效剂对氯化钾的促生效果先增加后降低，当氯化钾中增效剂添加量为0.8%时对地上部的促生效果最好，当增效剂添加量为1.2%时对地下部效果最好，因此建议氯化钾中海藻酸增效剂添加量为0.8%～1.2%。

对于海藻酸促进不结球白菜钾素吸收、提高钾肥利用率的特点，有学者分析，海藻酸是以生长在海洋中的大型藻类为原料，通过物理、化学和生物等方法提取出的具有生物活性和富含多种营养物质的天然物质，具有酸性、亲水性、稳定性、离子交换性、络合性和较高的吸附、缓冲能力[13]，海藻酸的这些特性使其在肥料及作物中均具有良好的增效效果。海藻酸可提高钾肥有效性，促进钾素吸收，海藻酸含有的羟基、羧基等官能基团[14]，可以吸附钾离子，既可防止其在沙土及淋溶性土壤中随水流失，又可防止粘性土壤对钾的固定，提高土壤速效钾含量，减少钾的损失和固定；同时，海藻酸分子中的羧基与羟基易与土壤中的金属离子相结合，形成分子量倍增的交联高分子，能牢固地与水分子结合，促进土壤形成团粒结构并保持水分，减少钾素流失，提高钾肥有效性[15-16]，进而提高作物对钾素的吸收利用。

海藻酸对作物生长同样具有良好的促进作用[17-19]。温延臣等[20]研究表明，适量施用海藻酸会促进玉米生长，提高根系活力，但是过量施用则会产生抑制作用。在本研究中，氯化钾中海藻酸增效剂添加量为0.3%～5%时，随着海藻酸添加量的增大，不结球白菜生物量呈先增加后降低趋势，这与温延臣等[20]的研究一致。本研究使用的海藻酸增效剂是以褐藻为主要原料利用生物法提取的，保留了褐藻中的海藻酸、甜菜碱、甘露醇、氨基酸、维生素、植物生长调节物质等有效成分，在为作物生长提供营养的同时，含有的适量生长素、细胞分裂素和赤霉素等可以刺激作物生长，提高根系活力[21-23]，但是过量添加会抑制作物生长，产生不利影响。