全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2015072 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
吕乐福,窦兴霞,张红卫,解兴元,盖国胜.微晶化钾矿粉的释钾特征及对籽粒苋生长的影响.草业学报,2016,25(1):126133.
LVLeFu,DOUXingXia,ZHANGHongWei,XIEXingYuan,GAIGuoSheng.Potassiumreleasecharacteristicsofmicrocrystalinepotassium
mineralanditseffectsongrowthofgrainamaranth.ActaPrataculturaeSinica,2016,25(1):126133.
微晶化钾矿粉的释钾特征及对籽粒苋生长的影响
吕乐福1,2,窦兴霞1,2,张红卫1,2,解兴元1,2,盖国胜3
(1.国家化肥产品质量监督检验中心,山东 临沂276000;2.临沂市产品质量监督检验所,山东 临沂276000;
3.清华大学材料系教育部先进材料实验室,北京100084)
摘要:为了提高钾矿粉中钾素的有效性,以有机材料为活化剂,用微晶化设备对钾矿粉进行活化处理,研究了微晶
活化后钾矿粉的物理特性、钾素释放动态及肥效。结果表明,与普通钾矿粉相比,微晶活化后钾矿粉的理化性状得
到明显的改善,其中中位径降低了37.22%,比表面积增大了194.14%,60d钾素累积释放量提高了492.44%。施
入土壤后,收获时籽粒苋植株株高、茎粗和生物量较普通钾矿粉处理分别提高了12.16%,20.55%和13.76%,差
异达显著水平(犘<0.05);施用钾矿粉还可以增加土壤速效钾和缓效钾的含量,并促进籽粒苋对钾素的吸收,其中
微晶化钾矿粉处理增加幅度明显高于普通钾矿粉处理。微晶化钾矿粉增量施用或者等钾量配施氯化钾效果更好,
肥效略差于常规施肥处理,但差异不显著(犘>0.05)。
关键词:微晶化;钾肥;籽粒苋;土壤钾
犘狅狋犪狊狊犻狌犿狉犲犾犲犪狊犲犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳犿犻犮狉狅犮狉狔狊狋犪犾犻狀犲狆狅狋犪狊狊犻狌犿犿犻狀犲狉犪犾犪狀犱犻狋狊犲犳犳犲犮狋狊
狅狀犵狉狅狑狋犺狅犳犵狉犪犻狀犪犿犪狉犪狀狋犺
LVLeFu1,2,DOUXingXia1,2,ZHANGHongWei1,2,XIEXingYuan1,2,GAIGuoSheng3
1.犖犪狋犻狅狀犪犾犆犲狀狋犲狉犳狅狉犙狌犪犾犻狋狔犛狌狆犲狉狏犻狊犻狅狀犪狀犱犜犲狊狋犻狀犵犳狅狉犉犲狉狋犻犾犻狕犲狉狊(犛犺犪狀犱狅狀犵),犔犻狀狔犻276000,犆犺犻狀犪;2.犔犻狀狔犻犘狉狅犱狌犮狋犙狌犪犾犻
狋狔犛狌狆犲狉狏犻狊犻狅狀犪狀犱犜犲狊狋犻狀犵犐狀狊狋犻狋狌狋犲,犔犻狀狔犻276000,犆犺犻狀犪;3.犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犃犱狏犪狀犮犲犱犕犪狋犲狉犻犪犾狊犛狆狅狀狊狅狉犲犱犫狔狋犺犲犈犱狌犮犪狋犻狅狀
犕犻狀犻狊狋狉狔狅犳犆犺犻狀犪,犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳犕犪狋犲狉犻犪犾狊犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵,犜狊犻狀犵犺狌犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犅犲犻犼犻狀犵100084,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Inordertoimprovepotassiumavailability,potassiummineralswerefinelygroundinamicrocrystal
linemilwithanorganicactivator,andthephysicalpropertiesstudied,includingkineticsofpotassiumrelease
andfertilizerefficiency.Theresultsshowedthatthephysicalandchemicalcharacteristicsofthemicrocrystal
linepotassiummineralwereimprovedsignificantly.Comparedtotheuntreatedpotassiummineral,themedian
particlesizewasdecreasedby37.22%,thespecificsurfaceareawasincreasedby194.14%andthetotaldoseof
potassiumin60dayswasimprovedby492.44%.Afterapplicationofthemicrocrystalinepotassiummineralto
soilasfertilizer,plantheight,stemdiameterandbiomasswereincreasedby12.16%,20.55%and13.76%,
respectively,comparedtotheungroundpotassiummineraltreatment.Applicationoffinelygroundpotassium
mineralsalsoraisedthelevelsofsoilrapidlyavailableK,andslowlyavailableK,andthesedifferenceswere
statisticalysignificant,comparedtoapplicationofungroundpotassiummineral.Thestimulationtogrowthof
grainamaranthfromatreatmentwhichappliedincrementsofmicrocrystalinepotassiumfeldsparmineralora
combinedapplicationofmicrocrystalinepotassiummineralandpotassiumchloridewaslessthanthatobtained
126-133
2016年1月
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
第25卷 第1期
Vol.25,No.1
收稿日期:20150205;改回日期:20150506
基金项目:国家自然科学基金项目(51374136)和山东省自主创新成果转化重大专项支撑项目(2013ZHZXJA0307)资助。
作者简介:吕乐福(1986),男,陕西乾县人,工程师,博士。Email:lvlefu@126.com
fromaconventionalpotassiumchloridefertilizertreatment,butnotsignificantlyso(犘>0.05).
犓犲狔狑狅狉犱狊:microcrystaline;potassiummineral;grainamaranth;soilpotassium
钾是作物生长发育必要的营养元素之一,在农业生态系统中起着不可替代的作用。我国50%以上的耕地需
要补钾,特别是在长江以南地区[1]。但我国钾盐资源比较匮乏,每年所需钾肥绝大部分依赖进口,钾肥的供求已
经成为农业生产的突出矛盾之一[2]。而我国非水溶性含钾矿物资源丰富,分布广泛,储量超过100亿t[34],如何
利用非水溶性钾矿中的钾,对于缓解我国钾盐资源紧缺有着重要的意义。国内外对非水溶性钾矿制造钾肥的工
艺研究按照提钾原理可分为:直接法、湿化学法、高温焙烧法、挥发法和微生物转化法[56]。这些方法在实际生产
中存在能耗高,周期长,工艺路线复杂,因而不能应用于生产。有研究表明非水溶性含钾矿物经过简单破碎处理
后,直接施用可以促进作物生长并达到增产增收的效果[78],还可以改善酸性土壤pH值并增加土壤可溶性盐含
量[9]。但这一结果存在争议,除了质疑农学效果外[1011],对于非水溶性含钾矿物中矿质元素释放慢,有效性不高,
施用量大的争议也很大[12]。因此,如何促进钾矿粉中元素的释放则成为利用难溶性钾矿资源的关键。
籽粒苋(犃犿犪狉犪狀狋犺狌狊犺狔狆狅犮犺狅狀犱狉犻犪犮狌狊)是苋科(Amaranthceae)、苋属(犃犿犪狉犪狀狋犺狌狊)的一年生粮食、饲料兼
用作物。它适应性广,耐贫瘠,抗逆性强,生物产量大,适于在荒山荒地种植。同时籽粒苋还是一种富钾作物,其
含钾量高,茎叶中钾(K2O)的含量高达6%~12%,根系发达,对土壤潜在的钾素具有较强的活化和吸收能力,因
而常被用于土壤矿物钾素利用研究工作。为了提高钾矿粉中钾素的有效性并验证其肥效,本研究利用微晶化技
术,添加活化助剂后对含钾矿物进行活化处理,研究了活化前后钾矿粉的物理特征、钾素释放动态变化及对盆栽
籽粒苋生长和土壤钾素的影响,以期为微晶化钾矿粉的工厂化生产及其在南方酸性土壤上的应用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试普通钾矿粉(potassiummineral,缩写PM)产自安徽,为云母矿尾矿,主要物相为白云母,粒径97%通过
0.15mm筛,其全钾(K2O)含量为9.07%。供试活化剂为十八碳烷酸,起表面活化作用,均未检测到氮、磷和钾,
由滨州清大科技责任有限公司提供。
盆栽试验选用籽粒苋为作物,品种为美国红苋R104,由山东农业大学种子公司提供。供试土壤类型为红壤,
采自浙江省长兴县水口镇0~20cm耕层土,混合土样的基本理化性状为:有机质含量12.09g/kg,全 N含量
1.21g/kg,全P含量0.28g/kg,全K含量10.80g/kg,碱解N含量87.24mg/kg,速效P含量31.82mg/kg,速
效K含量77.04mg/kg,缓效K含量234.73mg/kg,pH值5.51(水土质量比5∶1)。所施肥料为:尿素,含氮
46%;氯化钾,K2O含量60%;过磷酸钙,P2O5 含量12%。
1.2 研究方法
1.2.1 微晶化钾矿粉制备 采用微晶化加工设备 WJH1系自行研制,其工作原理是:通过对物质施加机械
力而引起物质发生结构及物理化学性质变化的过程。微晶化钾矿粉(modifiedpotassiummineral,MPM)制备方
法为:活化剂1%(w)与普通钾矿粉99%(w)混合均匀后,经过微晶化设备加工处理120min制得,其中活化剂添
加比例和处理时间均为预试验最佳值,具体参数见表1。加工前后两种钾矿粉的粒度由丹东百特公司生产的
BT9300H激光粒度分析仪测定;比表面积由SBT127型数显勃氏透气比表面积仪测定;日本JEOL公司生产的
JSM6301F型扫描电子显微镜用于钾矿粉颗粒表面形貌表征。
1.2.2 钾素释放动态测定 称取供试样品2.000g放入50mL离心管中,准确加入20mL的0.01mol/L
H+H2C2O4溶液,在(25.0±0.5)℃恒温条件下,黑暗静置24h,取出离心管,以4500r/min离心10min,将上清
液转入200mL三角瓶中,然后再在离心管中加入20mL的0.01mol/LH+H2C2O4 溶液,并用玻璃棒将沉淀搅
起,混合均匀,重复上述操作,连续60次[1314]。每个处理3次重复,用上海精密科学仪器有限公司生产的6400A
火焰光度计测定滤液中的钾含量。
1.2.3 籽粒苋盆栽试验 试验于2011年在山东农业大学玻璃温室内进行。试验用不透光高强度聚乙烯盆钵
721第25卷第1期 草业学报2016年
(上径21.5cm,下径16.5cm,高17.5cm),每盆装土3.50kg。试验设6个处理:空白对照处理(T0),不施钾肥;
常规施肥处理(T1),每盆施用氯化钾1.50g;普通钾矿粉处理(T2),施钾量等同于常规施肥处理,每盆施用普通
钾矿粉9.92g;微晶化钾矿粉处理(T3),施钾量等同于常规施肥处理,每盆施用微晶化钾矿粉9.92g;配施处理
(T4),施钾量等同于常规施肥处理,每盆混施氯化钾0.75g和微晶化钾矿粉4.96g;增施处理(T5),施钾量为2
倍常规施肥处理,每盆施用微晶化钾矿粉19.84g。6个处理施用尿素与过磷酸钙一致,每盆分别为2.00g和
5.00g。其中磷钾肥作为基肥一次性施用;氮肥1/2用量作为底肥施用,1/2用量于现蕾期施用。每个处理4次
重复,随机区组排列,共计24盆。籽粒苋于2011年3月19日播种,每盆播种20颗经55℃温烫浸种消毒15min
后的饱满种子,期间用蒸馏水保持土壤湿润,控制水量一致,长势稳定后,每盆定苗3株。籽粒苋生长期间其他管
理条件一致。
籽粒苋整个生长期从2011年3月19日持续到2011年6月19日,共计93d。分别于籽粒苋幼苗期(施肥第
15天时)、现蕾期(施肥第30天时)、开花期(施肥第60天时)和收获期(施肥第90天时),在上午8:00-10:00,选
择籽粒苋植株中上部生长健壮的功能叶,用便携式叶绿素仪(SPAD502)测定叶片中部叶绿素含量,并用游标卡
尺测定籽粒苋植株株高和基部茎粗。同时分别采取不同施肥处理的土壤样品,经风干过筛分析土壤中速效钾和
缓效钾含量。土样速效钾分析方法采用1mol/L中性NH4OAc振荡提取-火焰光度法测定;缓效钾测定用1
mol/LHNO3 煮沸10min提取-火焰光度法[15]。籽粒苋植株样品收获后,用蒸馏水分别清洗地上和地下部分,
并将样品纵向切开、分段,于60℃条件下烘干,用精度0.01g电子天平称量干物重,并记录数据。粉碎混合均匀
后用浓H2SO4-H2O2 消煮-火焰光度法测定植株全钾含量[15]。钾素利用率计算公式为:
钾素利用率(%)=
施钾区每盆吸钾量-缺钾区每盆吸钾量
施用钾肥量×钾肥中钾素含量 ×100
1.3 数据处理
采用SPSS18.0进行数据方差分析,同时用Excel2007和OriginPro8.5进行绘图。
2 结果与分析
2.1 微晶化处理对钾矿粉物理性状的影响
微晶活化是在外机械力的作用下而引起物质发生结构及物理化学性质变化的过程,这一过程需要消耗能量。
在设定的条件下,微晶活化后的钾矿粉每吨产品的加工能耗较普通钾矿粉高了3.00×108J,而活化后的钾矿粉
中位粒径较普通钾矿粉的降低了37.22%,比表面积增加了1.94倍,活化前后两个样品的粒径和比表面积变化
差异显著(表1)。利用电子显微镜对活化前后样品进行表面形貌观察(图1),发现普通钾矿粉整体颗粒大,呈板
块状,质感强,表面有明显的断口;而微晶活化后的钾矿粉表面形貌得到明显改善,其中微细颗粒增多,整体颗粒
均一性良好,结构疏松,呈碎屑状。这说明在能耗较低的条件下,微晶活化可以显著改善钾矿粉的物理性状。
表1 不同处理时间钾矿粉的耗能量与物理参数
犜犪犫犾犲1 犈狀犲狉犵狔犮狅狀狊狌犿狆狋犻狅狀狊犪狀犱狆犺狔狊犻犮犪犾狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊狅犳狆狅狋犪狊狊犻狌犿犿犻狀犲狉犪犾犪狋狆狉狅犵狉犲狊狊犻狏犲犵狉犻狀犱犻狀犵狋犻犿犲
处理
Treatments
活化时间
Grindingtime(min)
功率
Power(kW)
喂料量
Feed(kg)
每吨能耗
Energyconsumption(J)
中位径
Medianparticlesize(μm)
比表面积
Specificsurfacearea(m2/kg)
PM 0 2.50 60.00 - 21.33±0.58a 434.64±6.46b
MPM 120 2.50 60.00 3.00×108 13.29±0.50b 1278.47±61.09a
注:平均值±标准差,同一列中不同字母表示处理间差异显著(犘<0.05),下同。
Note:Means±standarddeviation.Thedifferentlettersinthesamecolumnindicatesignificantdifferenceat犘<0.05.Thesamebelow.
2.2 微晶化处理对钾矿粉中钾素释放的影响
由图2可知,微晶化钾矿粉累积释钾量在整个浸提过程中均显著高于普通钾矿粉。在0~12d内,两种钾矿
粉累积释钾曲线均呈抛物线型,钾素快速累积,在12d时,微晶化钾矿粉释钾总量高达4569.7mg/kg,较普通钾
821 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.1
图1 不同钾矿粉电镜照片
犉犻犵.1 犛犈犕狆犺狅狋狅犵狉犪狆犺狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狆狅狋犪狊狊犻狌犿犿犻狀犲狉犪犾
PM:普通钾矿粉Potassiummineral;MPM:微晶化钾矿粉 Modifiedpotassiummineral.下同Thesamebelow.
矿粉高出了5.50倍。在12d之后直至浸提结束,两
图2 不同处理钾矿粉钾素释放动态变化
犉犻犵.2 犆犺犪狀犵犲狊狅犳狅狓犪犾犻犮犪犮犻犱狊狅犾狌犫犾犲犓犻狀
犱犻犳犳犲狉犲狀狋狆狅狋犪狊狊犻狌犿犿犻狀犲狉犪犾
图3 籽粒苋不同生育期叶绿素含量
犉犻犵.3 犆犺犾狅狉狅狆犺狔犾犮狅狀狋犲狀狋狅犳狋犺犲犵狉犪犻狀犪犿犪狉犪狀狋犺
犪狋犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉狅狑狋犺狆犲狉犻狅犱狊
图中不同字母表示各处理间差异达显著水平(犘<0.05),下同。The
differentlettersaffixedtotreatmentindicatesignificantdifferenceat
犘<0.05.Thesamebelow.
种钾矿粉累积释钾曲线均表现为线性增加的趋势,其
中微晶化钾矿粉增加幅度明显高于普通钾矿粉。浸提
结束时,微晶化钾矿粉累积释钾量为6644.9mg/kg,
而普通钾矿粉仅为1121.6mg/kg。这表明微晶活化
可以促进钾矿粉中的钾素释放,微晶化钾矿粉中钾素
释放量增多,既可以解决普通钾矿粉有效钾含量过低
不能满足植物生长需要的缺点,同时又能避免水溶性
钾肥钾释放太快,造成早期钾过剩,而后期钾元素偏低
的现象。
2.3 微晶化钾矿粉肥对盆栽籽粒苋生长的影响
2.3.1 籽粒苋叶片叶绿素 由图3可知,随着籽粒
苋的生长发育,各施肥处理的叶片叶绿素含量均呈先
升后降的趋势,其中在现蕾期明显高于其他生育期。
与不施钾处理相比,施钾均可以不同程度地提高籽粒
苋叶片叶绿素含量,除T2 处理外,其他施钾处理较T0
处理差异均达显著水平。在相同施钾条件下,籽粒苋
叶绿素含量在整个生育期内从大到小的顺序均为T1
>T4>T3>T2,其中常规施肥T1 处理的叶绿素含量
最高,显著高于T2 处理,而与T3 处理相比,除收获期
外,生长中前期两者差异均显著。说明水溶性钾肥对
籽粒苋叶绿素含量增加的效果比施用钾矿粉的好。2
种钾矿粉间相比较,T3 处理叶绿素含量在各个生育期
内均高于T2 处理,并在开花期和收获期时差异变大,
说明随着籽粒苋的生长,对钾肥需求量加大,微晶化钾
矿粉的供钾能力强于普通钾矿粉。配施T4 处理的叶绿素含量除收获期外均显著高于T3 处理,与T1 处理相比,
差异不显著。增施T5 处理的叶绿素含量较T3 处理高了0.78%~11.49%,除现蕾期外,其他生育期差异不显
著;与T1 处理相比,T5 处理叶绿素含量均低于T1 处理,除开花期外,差异不显著。
921第25卷第1期 草业学报2016年
2.3.2 籽粒苋株高和茎粗 由图4可知,随着籽粒苋的生长发育,各施肥处理的株高均呈增加的趋势。与T0
处理相比,施钾处理对籽粒苋的地上部分生长均有促进作用,且生长后期的作用大于生长前期。施钾处理中,各
生育期内籽粒苋的株高均呈T1>T4>T5>T3>T2。幼苗期,常规施肥T1 处理和配施T4 处理的株高均显著高
于钾矿粉处理,各钾矿粉处理间差异不显著。进入现蕾期,各施钾处理籽粒苋株高均有所提高,其中T1 处理和
T4处理仍高于钾矿粉处理,而与T5 处理相比,差异逐渐减小;T3 处理和T2 处理间差异不显著,且明显低于T5
处理。进入开花期以后,各施钾处理籽粒苋株高进一步提高,T1 处理和T4 处理较T5 处理分别增加了5.49%和
3.00%,差异不显著;T3 处理的株高较T2 处理增加了22.03%,差异显著;与T5 处理相比,T3 处理的株高低了
8.90%,差异显著。收获期,各施钾处理籽粒苋株高均达到最大值,生长趋势与开花期相同。各施肥处理籽粒苋
的茎粗也随着籽粒苋生长发育而增加,且施钾处理的茎粗增加幅度明显快于不施钾处理(图4)。各生育期内不
同施肥处理籽粒苋的茎粗均呈T1>T4>T5>T3>T2>T0,与籽粒苋株高的生长趋势一致。总的来看,在籽粒苋
生长的前期,籽粒苋植株幼小,根系不发达,水溶性钾肥对籽粒苋的生长促进效果更为明显。随着籽粒苋植株的
生长,植株逐渐健硕,光合作用增强,侧根数目增多,籽粒苋植株对矿物钾素的吸收和利用能力变强,施用钾矿粉
处理的促生效果逐渐显现。
图4 籽粒苋不同生育期植株的株高和茎粗
犉犻犵.4 犘犾犪狀狋犺犲犻犵犺狋犪狀犱狊狋犲犿犱犻犪犿犲狋犲狉狅犳狋犺犲犵狉犪犻狀犪犿犪狉犪狀狋犺犪狋犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉狅狑狋犺狆犲狉犻狅犱狊
2.3.3 籽粒苋生物量和吸钾量 表2可知,施钾对
籽粒苋生物量有显著影响,与T0 处理相比,增加幅度
为11.98%~52.02%。施钾处理中,籽粒苋的生物量
从大到小的顺序为T1>T4>T5>T3>T2,其中T3 处
理的生物量较T2 处理高了13.76%,差异显著;与T1
处理相比,生物量显著低了16.20%。这说明在同一
施钾条件下,微晶化钾矿粉促进籽粒苋生长的效果优
于普通钾矿粉,但比水溶性钾肥差。与T3 处理相比,
T4 处理和 T5 处理的生物量较 T3 处理分别增加了
15.60%和12.09%,差异显著;与T1 处理相比,T4 处
理和T5 处理的生物量分别低了3.14%和6.07%,差
异不显著。表明配施处理和增施处理效果优于单独施
表2 籽粒苋植株的生物量和钾素利用情况
犜犪犫犾犲2 犅犻狅犿犪狊狊犪狀犱狆狅狋犪狊狊犻狌犿狌狊犲犲犳犳犻犮犻犲狀犮狔狅犳狋犺犲犵狉犪犻狀
犪犿犪狉犪狀狋犺犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犪狋犻狅狀狋狉犲犪狋犿犲狀狋
处理
Treatments
生物量
Biomass
(g/pot,DW)
吸钾量
Kuptake
(mg/pot)
钾肥利用率
Kuseefficiency
(%)
T0 16.36±0.76d 551.70±36.51f -
T1 24.87±1.34a 885.02±41.76a 44.63
T2 18.32±0.74c 628.54±31.51e 10.29
T3 20.84±0.57b 725.15±13.02d 23.22
T4 24.09±1.22a 852.54±41.35b 40.28
T5 23.36±0.54a 824.46±14.98c 18.26
用微晶化钾矿粉处理,但与常规施肥处理相比,效果略差。
各施钾处理植株吸钾量显著高于T0 处理,增幅为13.93%~60.42%。施钾处理植株吸钾量表现为T1>T4
>T5>T3>T2,这与籽粒苋生长趋势一致,且各处理间差异显著(表2)。从钾肥利用率上看,常规施肥T1 处理
当季钾肥利用率最高,其次为配施T4 处理,两个处理明显高于单独施用钾矿粉处理,这可能与所施钾肥中钾素
031 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.1
的形态有关。与T2 处理相比,T3 处理的钾肥利用率提高了1.26倍,说明微晶化钾矿粉的有效性强于普通钾矿
粉,促进了植物对钾素的吸收,提高了钾素的利用效率。
2.4 微晶化钾矿粉肥对盆栽籽粒苋土壤钾素的影响
图5显示,随着籽粒苋的生长发育,不施钾T0 处理的土壤速效钾含量逐渐下降;施用钾矿粉处理均呈先升
后降的趋势,且在现蕾期速效钾含量最高,整个生育期内,变幅小;常规施肥T1 处理和配施T4 处理的土壤速效
钾含量均在幼苗期最大,随后迅速降低,其中T1 处理的变化幅度最大。等钾量施肥处理中,T1 处理的土壤速效
钾含量在籽粒苋生长期内均最大,显著高于施用钾矿粉处理(T2 和T3),但随着籽粒苋的生长,对钾素的吸收和
利用,3个处理土壤速效钾含量差异逐渐减小。2种钾矿粉间相比,T3 处理各个时期的速效钾含量均高于T2 处
理,并在施肥中后期,差异达到显著水平,说明微晶化钾矿粉有效性强于普通钾矿粉,更易于被植物活化和利用。
配施T4 处理的速效钾含量较T3 处理有所提高,除收获期外,差异显著;增施T5 处理的速效钾含量较T3 处理提
高了3.31%~9.95%,除幼苗期外,差异显著。表明配施和增施处理对土壤速效钾含量增加的效果均强于单倍
施用微晶化钾矿粉处理,但增效表现的时期不同,配施处理主要表现在籽粒苋生长的中前期,而增施处理在籽粒
苋生长的中后期效果更为明显。
图5 籽粒苋不同生育期土壤中速效钾和缓效钾含量
犉犻犵.5 犛狅犻犾狉犪狆犻犱犾狔犪狏犪犻犾犪犫犾犲犓犪狀犱狊犾狅狑犾狔犪狏犪犻犾犪犫犾犲犓狅犳狋犺犲犵狉犪犻狀犪犿犪狉犪狀狋犺犪狋犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉狅狑狋犺狆犲狉犻狅犱狊
由图5还可以看出,随着籽粒苋的生长发育,不施钾T0 处理和施用普通钾矿粉T2 处理的土壤缓效钾含量
逐渐降低,其他施钾处理的土壤缓效钾含量均呈先增后降的趋势,其中T1 处理的土壤缓效钾含量变幅最大。与
不施钾处理相比,施钾均可不同程度地提高土壤缓效钾含量,且现蕾期的作用大于其他生育期。幼苗期,T1 处理
的土壤缓效钾含量显著高于其他施钾处理,除T1 处理外,各施钾处理间差异不显著。进入现蕾期,除T2 处理
外,各施钾处理土壤缓效钾含量均有所提高,各处理间差异不显著。进入开花期以后,各施钾处理土壤缓效钾含
量开始降低,当进入收获期时,土壤缓效钾含量继续降低,此时,增施 T5 处理的缓效钾含量较 T1 处理增加了
1.30%,各施钾处理间差异不显著。
3 讨论
3.1 微晶化钾矿粉的释钾机理
矿质元素从硅酸盐矿物中释放是一种表面扩散的过程[16],主要受颗粒粒径、比表面积和晶格结构的影
响[17]。该溶解过程分为两个阶段,抛物线快速释放期和线性平稳释放期,第一阶段释放主要是由于微细颗粒和
活性晶位数引起的,反应机理为表面离子交换;第二阶段受固有晶格结构和晶格缺陷数的束缚影响[1819]。在强机
械力的作用下,微晶化钾矿粉的物理性状得到明显的改善,具有小粒径、高比表面积和良好的表面形貌等特点。
除了上述表观现象外,强机械力作用也会促使矿物内部的晶格结构发生畸变和错位,导致晶体无序化组分增多,
使矿物的晶格结构处于亚稳、高能活性状态[20]。这些物理性状的改善增大了单位质量的矿粉与浸提溶液接触的
面积,提高了参与化学反应的有效位点数,进而加速了钾矿粉中钾素的溶出。本试验结果也表明,微晶化钾矿粉
131第25卷第1期 草业学报2016年
的释钾能力明显优于普通钾矿粉,60d累积释钾总量较普通钾矿粉提高了4.92倍。这与Kleiv和Thornhil[21],
Priyono和Gilkes[22]在富钾硅酸盐矿物上的研究结果是一致的。
3.2 微晶化钾矿粉的肥效评估
关于非水溶性含钾矿物作为肥料或者土壤改良剂直接施用的研究已有很多,但对其农学效果的评价一直都
存在争议。Gilman等[23],Coroneos等[24]和晏结义等[8]研究表明硅酸盐含钾矿物对改良土壤和促进植物生长均
有积极的作用;然而Boland和Baker[10]及Bakken等[11]在小麦(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿)和黑麦草(犔狅犾犻狌犿狆犲狉犲狀狀犲)
上的研究则认为硅酸盐含钾矿物不能满足作物对钾素的需求,甚至会造成作物减产。对于上述争议结果,Priyo
no和Arifin[25]认为产生这种现象的原因是试验选用的矿物颗粒粒径大,钾素释放慢造成的。本试验结果也表明
颗粒较大的普通钾矿粉施用后对籽粒苋的生长促进效果不明显,而经过微晶活化后的钾矿粉的肥效明显优于普
通钾矿粉,差异达到显著水平。
本研究还表明,等钾量施用微晶化钾矿粉的肥效明显弱于水溶性钾肥处理,而增加微晶化钾矿粉的用量或配
合施用微晶化钾矿粉与氯化钾都可以较大幅度促进籽粒苋的生长,效果好于单倍施用微晶化钾矿粉且肥效接近
于水溶性钾肥氯化钾。用微晶化钾矿粉代替部分氯化钾,减少化学钾肥的施用量,也是解决我国钾肥不足问题的
切实途径。但微晶化钾矿粉的施用量仍较大,今后要对微晶化钾矿粉的二次活化、施用方法和肥料后效进行更深
入的研究。
3.3 微晶化钾矿粉的应用前景
微晶化钾矿粉属于长效硅钾肥,肥料中的养分不易随水土流失,不含氯离子,可以作为忌氯作物和有机种植
业的可靠钾源。微晶化钾矿粉的制备工艺简单,不需耗酸,无需加热,无有害物质排放,其原料分布广泛,可以就
地取材,设备投入和运行成本均低,可明显降低成本。更重要的是,这一新产品的原料可以利用非水溶性钾矿,为
非水溶性钾矿在农业上的应用提供了高效利用技术途径,可以节约紧缺的钾盐资源,对于缓解日益尖锐的钾危机
有重要意义。
4 结论
钾矿粉经过微晶活化120min后,具有小粒径,高比表面积,粗糙的表面形貌等物理特性。这些物理特性的
改善促进了钾矿粉中钾素的释放,提高了钾矿粉中钾素的有效性。施入土壤后,微晶化钾矿粉肥效明显优于普通
钾矿粉。合理施用微晶化钾矿粉(配施和增施)还可以显著促进籽粒苋植株生长和对钾素的吸收,并提高土壤中
速效钾和缓效钾的含量,肥效接近于常规施肥处理。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊:
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