有机无机复混肥优化化肥养分利用的效应与机理研究III．有机物料与钾肥复混对玉米产量及肥料养分吸收利用的影响

杜 伟， 赵秉强， 林治安， 袁 亮， 李燕婷

(1 农业部作物营养与施肥重点实验室， 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所， 北京 100081；2 中国农业科学院德州盐碱土改良实验站， 山东德州 253015； 3 清华大学环境学院， 北京 100084)

有机无机复混肥优化化肥养分利用的效应与机理研究III．有机物料与钾肥复混对玉米产量及肥料养分吸收利用的影响

杜 伟1，3， 赵秉强1*， 林治安2， 袁 亮2， 李燕婷1

(1 农业部作物营养与施肥重点实验室， 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所， 北京 100081；2 中国农业科学院德州盐碱土改良实验站， 山东德州 253015； 3 清华大学环境学院， 北京 100084)

【目的】将有机物料与化学钾肥按不同比例复混制成有机无机复混钾肥，研究其对优化化肥钾的吸收利用效应和机理，可为复混肥的科学应用提供依据。【方法】以味精厂制糖形成的糖渣作为有机原料，与硫酸钾按照3 ∶1、1 ∶1、1 ∶3(w/w)比例复混，采用团粒法制成含钾量分别为K2O 12.2%、24.7%和37.3%的有机无机复混钾肥。采用土柱栽培方法，设置K2O低(75 kg /hm2)、中(150 kg /hm2)、高(225 kg /hm2)3个施钾水平，每个施钾水平下，采用不同含钾量的有机无机复混钾肥为供试肥料，以硫酸钾为对照，同时设置与钾处理等量的糖渣施用量处理作为对照，以消除有机物料可能带来的影响。以玉米为供试作物，玉米收获后，分别测定叶片、茎鞘、籽粒中的含钾量，并根据生物量计算钾的累积量和化肥钾的利用率。【结果】1)低钾、高钾水平下，复混钾肥比硫酸钾处理分别增产27.75%和10.77%；而中钾水平下，复混钾肥没有表现出明显的增产效果；低钾、中钾和高钾水平，复混钾肥玉米植株籽粒平均产量较硫酸钾增产11.36%。2)低钾、高钾水平下，复混钾肥玉米植株钾素吸收量比硫酸钾处理分别提高31.32%和16.11%；中钾水平下，复混钾肥植株钾素吸收量较硫酸钾处理没有明显增加；有机无机复混钾肥处理在低钾、中钾和高钾水平下的植株平均吸钾量较硫酸钾处理提高11.43%。3)低钾、中钾、高钾水平复混钾肥玉米植株平均吸钾量较等量有机物料处理提高11.92%，而硫酸钾处理较不施钾肥的对照处理(CK)仅提高3.31%，有机物料与钾复混后，显著提高了玉米植株吸钾量。4)低钾、高钾水平下，复混钾肥的平均化肥钾表观利用率比硫酸钾有所提高；中钾投入水平下，复混钾肥处理钾的表观利用率与硫酸钾处理基本相同；低钾、中钾和高钾水平，复混钾肥平均钾素表观利用率比硫酸钾处理提高17.92个百分点。【结论】有机物料与硫酸钾复混，可以优化硫酸钾的肥效和玉米对其中钾的吸收利用。综合考虑玉米产量和钾肥利用率，糖渣与硫酸钾的适宜复混比例可定为1 ∶3(w/w)，其施用量在与本试验类似的土壤条件下应低于硫酸钾的施用量。

有机无机复混； 硫酸钾； 钾肥利用率； 作物产量

钾离子较为活跃，化学钾肥施人土壤后，受径流、淋溶及土壤固定等作用使其当季利用率不高，约为35%_50%[1]。研究如何提高钾肥利用率受到人们的广泛关注[2-5]。一方面，人们通过合理施肥和培育钾高效作物品种来提高钾肥利用率；另一方面，通过研制新型肥料实现钾肥的高效利用[6-7]。研制有机无机复混肥料是提高钾肥利用率的有效途径之一[8-10]。有机无机复混肥料中的有机物料含有丰富的官能团，可对钾离子产生物理-化学吸附，减缓钾离子的淋溶损失。如王德汉等研究证明[8]，木质素钾肥具有一定的缓释性能，可以减少钾素淋失。本试验结果证明[11]，有机无机复混肥料可减少钾素的固定，提高土壤速效钾含量。利用红外光谱对有机改性后的氯化钾化肥结构分析表明[10]，氯化钾原有的高分子膜层虽然被破坏，但促进了钾的有效性和长效性，施用后具有增加作物产量和提高肥料利用率的作用[5]。

以往有机无机复混肥料对作物产量和肥料利用的研究，多为有机物料与无机N、P、K等多元素进行复混，制成氮磷钾等多元素有机无机复混肥料，来研究肥料的增产效果和增产机理。将有机物料按不同比例与化学氮肥、磷肥和钾肥分别复混，制成有机无机复混氮肥、有机无机复混磷肥和有机无机复混钾肥，深入系统研究有机物料与化肥复混对氮肥、磷肥和钾肥的调控效应和机理，尚不多见。

本研究利用味精厂制糖工序产生的糖渣为有机物料，将其与硫酸钾复混造粒，制成有机无机复混钾肥，利用土柱栽培试验，研究有机物料与硫酸钾复混对化学钾肥吸收利用的影响，以期为通过化学钾肥与有机物料复混来优化钾肥的吸收利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试土为采自中国农业科学院德州盐碱土改良实验站禹城试验基地三年以上不施用任何肥料的低肥力匀地农田，取0—30 cm土壤，剔除石块、根系等杂质，过筛，充分混匀备用。土壤类型为石灰性潮土，质地为轻壤，pH(1 ∶1土水比浸提)8.33，有机质10.07 g/kg，全氮0.543 g/kg，速效磷(P2O5)3.58 mg/kg，速效钾(K2O)82.7 mg/kg。

1.2 供试肥料与作物

利用味精厂制糖工序产生的废渣(简称“糖渣”，风干基，代号：A)与硫酸钾(代号：K，K2O含量50%)按重量比3 ∶1、1 ∶1和1 ∶3混配，利用圆盘工艺造粒，分别制成代号为A3K1、A1K1和A1K3三种有机无机复混钾肥。供试有机物料糖渣(A)和三种有机无机复混钾肥的养分含量见表1。

供试作物为玉米，品种为郑单958号。

1.3 试验处理与方法

有机无机复混钾肥和化学钾肥(硫酸钾)按等全钾量投入原则设计不同施钾水平试验，氮肥为尿素，施N量为300 kg/hm2；磷肥为过磷酸钙，施P2O5量为180 kg/hm2，按充足供应原则设计。

试验选择A3K1、A1K1、A1K3和K(硫酸钾)4个肥料品种试验处理，以上四种供试钾肥均设置K2O低(75 kg/hm2)、中(150 kg/hm2)和高(225 kg/hm2)3个施肥水平，共12个钾肥用量处理。低钾处理对应的糖渣(A)加入量分别为225、75、25和0 kg/hm2，中钾处理对应的糖渣(A)加入量分别为450、150、50和0 kg/hm2，高钾处理对应的糖渣(A)加入量分别为675、225、75和0 kg/hm2。为了便于比较不同处理中化学钾肥的真实效果，了解有机物料与硫酸钾复混后能否优化化学钾肥的利用，按照以上糖渣带入量，设置了与不同钾肥投入水平各处理对应的等量有机物料对照处理10个；以只施氮、磷肥，不施钾肥为空白对照(CK)，试验共22个处理，8次重复。试验用土柱内径为25 cm，高100 cm，每个土柱装土57 kg。氮、磷、钾肥料均作基肥在播种前一次性施用，均匀混施于土柱表层0—30 cm土层中。

1.4 玉米栽培方法

土柱按照“40 cm + 80 cm”宽窄行种植方式排列，玉米株距30 cm。于2009年5月19日播种，每柱播种5粒玉米种子，出苗一周后间苗，最后每柱留1株玉米。玉米生长期间按常规栽培措施管理。

1.5 数据处理与分析

使用EXCEL进行试验数据统计分析，SAS软件包进行单因素分析，LSD方法对处理间差异进行多重比较，经t检验进行显著性分析。

供试肥料的养分表观利用率和化肥养分表观利用率通过式(1)、式(2)进行计算：

表观肥料养分利用率(%)=(施肥处理养分吸收量-空白对照养分吸收量)/施肥量×100

[1]

表观化肥养分利用率(%)=(复肥施肥处理养分吸收量-对应有机物料处理养分吸收量)/化肥施用量×100

[2]

2 结果与分析

2.1 有机无机复混钾肥对玉米产量的影响

由表2数据计算，低、中和高水平钾处理玉米籽粒平均产量分别比CK减少10.88%、8.00%和1.35%，平均减产7.87%，没有表现出增产效果，但是复合钾肥A3K1、A1K1和A1K3低钾和高钾处理较CK平均增产9.52%和9.28%，中钾处理减产10.99%；有机物料低钾、中钾和高钾处理(A-A3K1、A-A1K1和A-A1K3)玉米籽粒产量平均88.43 g，与CK(88.45 g)基本相同，单独有机物料投入也没有表现出增产效果；有机无机复混钾肥低、中、高3个水平玉米籽粒较不施钾肥CK平均增产2.60%，说明化学钾肥与有机物料复混后，对玉米有一定的增产作用。由表2亦看出，复混钾肥低、中和高水平处理(A3K1、A1K1和A1K3平均)玉米籽粒平均产量为90.75 g，比有机物料处理平均的88.43 g增产2.62%，比硫酸钾(K)的81.49 g增产11.36%，有机无机复混在一定程度上显示出对硫酸钾的优化效果。

表2结果显示，A3K1、A1K1和A1K3低、中和高水平处理的玉米籽粒平均产量分别为95.79、88.21和88.26 g，有机无机复混钾肥中有机物料比例的增高对玉米产量也表现出稍微的提高趋势。不同施肥处理对生物产量的影响规律与籽粒产量的基本相似。

注(Note): A-A3K1、A-A1K1和 A-A1K3代表糖渣处理，其投入量分别对应于A3K1、A1K1和A1K3中糖渣的投入量A-A3K1、A-A1K1and A-A1K3represent sugar residue (A), their input rates are respectively equal to those in A3K1, A1K1and A1K3;同行数据后不同字母表示处理间在5%水平差异显著 Values followed by different letters in the same row are significant among treatments at the 5% level.

2.2 有机无机复混钾肥对玉米植株钾素吸收利用的影响

2.2.1 有机无机复混钾肥对玉米植株钾素含量的影响 由表3看出，化学钾肥(K)低钾和中钾投入水平下玉米籽粒和秸秆钾素含量与不施钾对照相近, 高钾水平下，玉米籽粒钾素含量与CK相近，但秸秆钾素含量稍高。有机无机复混钾肥低、中和高钾水平(A3K1、A1K1和A1K3)下玉米籽粒含钾量平均为0.167%、0.165%和0.159%，与不施钾对照的0.168%相近或稍低；秸秆钾素含量平均分别为0.664%、0.647%和0.792%，比CK的0.616%稍高。有机无机复混钾肥低、中和高钾处理(A3K1、A1K1和A1K3)玉米籽粒和秸秆含钾量平均分别为0.164%和0.701%，与化学钾肥(K)处理的0.168%和0.672%相近。有机物料低、中和高钾处理(A-A3K1、A-A1K1和A-A1K3)玉米籽粒和秸秆含钾量平均为0.167%和0.618%，也与不施钾肥处理的0.168%和0.616%相近。

由表3亦看出，有机无机复混钾肥中有机物料比例的高低与玉米植株中的含钾量之间没有表现出明显的相关性。

注(Note): A-A3K1、A-A1K1和 A-A1K3代表糖渣处理，其投入量分别对应于A3K1、A1K1和A1K3中糖渣的投入量A-A3K1、A-A1K1and A-A1K3represent sugar residue (A), their input rates are respectively equal to those in A3K1, A1K1and A1K3;同行数据后不同字母表示处理间在5%水平差异显著 Values followed by different letters in the same row are significant among treatments at the 5% level.

2.2.2 有机无机复混钾肥对玉米钾素吸收的影响 有机无机复混钾肥提高了玉米植株的吸钾量(表4)。A3K1、A1K1和A1K3低钾、中钾和高钾处理玉米植株吸钾量平均为0.7164 g，比不施钾肥对照的0.6223 g提高15.12%，比硫酸钾(K)处理的平均0.6429 g提高11.43%，比有机物料对照(A-A3K1、A-A1K1和A-A1K3)的平均0.6401 g提高11.92%，提高幅度高于化学钾肥(K)处理较不施钾肥对照处理CK的提高幅度(3.31%)。

注(Note): A-A3K1、A-A1K1和 A-A1K3代表糖渣处理，其投入量分别对应于A3K1、A1K1和A1K3中糖渣的投入量A-A3K1、A-A1K1and A-A1K3represent sugar residue (A), their input rates are respectively equal to those in A3K1, A1K1and A1K3;同行数据后不同字母表示处理间在5%水平差异显著 Values followed by different letters in the same row are significant among treatments at the 5% level.

由表4亦看出，有机无机复混钾肥A3K1、A1K1和A1K3低钾、中钾和高钾处理玉米植株吸钾量平均分别为0.7228、0.7190和0.7072 g，结果非常相近，说明本研究条件下，玉米吸钾量基本不受有机无机复混钾肥中有机物料添加比例的影响。

2.2.3 有机无机复混钾肥对化肥钾素利用率的影响 化学钾肥(K)处理与不施钾肥比较，可以计算出化学钾肥表观利用率；同样，有机无机复混钾肥与相对应的等量有机物料投入对照处理比较，理论上剔除了有机物料A中钾素的干扰，可以计算出有机无机复混钾肥处理中化学钾肥的利用率。由表5看出，低钾水平下，有机无机复混钾肥处理的化肥钾表观利用率高于化学钾肥(K)；中钾水平下，A1K3处理的低于化学钾肥(K)，A3K1与化学钾肥(K)相近，A1K1略有提高；高钾水平下，A3K1处理的化肥钾表观利用率比化学钾肥(K)处理稍低，A1K1与之相近，A1K3略有提高。有机无机复混钾肥低钾、中钾和高钾的平均化肥钾表观利用率比化学钾肥(K)处理提高17.92个百分点，显示出有机物料与化学钾肥复混优化化学钾肥利用和提高化学钾肥利用率的效果。有机无机复混钾肥中有机物料比例的高低与提高化学钾肥利用率之间没有表现出明显的规律性。从玉米生物产量、籽粒产量、钾肥利用率等方面综合考查，本试验以有机物料与化学钾肥1 ∶3复混低钾施肥量效果最优。

注(Note): A-A3K1、A-A1K1和 A-A1K3代表糖渣处理，其投入量分别对应于A3K1、A1K1和A1K3中糖渣的投入量A-A3K1、A-A1K1and A-A1K3represent sugar residue (A), their input rates are respectively equal to those in A3K1, A1K1and A1K3;同行数据后不同字母表示处理间在5%水平差异显著 Values followed by different letters in the same row are significant among treatments at the 5% level.

3 讨论

为了准确考查试验肥料的真实效果，本试验土壤采自连续3年不施用任何肥料的低肥力匀地农田，但由于试验所在土壤为黄河冲积物上发育形成的潮土，属于富钾土壤，虽然经过几年的匀地消耗，仍表现出相对缺氮、缺磷而富钾，钾素不是第一养分限制因素，因此施用化学钾肥没有表现出明显的增产效果。然而，在这种背景下，有机物料与化学钾肥复混造粒形成有机无机复混钾肥，比不施钾肥和施用化学钾肥的处理仍能表现出一定的增产效果。并且有机无机复混钾肥玉米植株吸钾量和复混钾肥中的化肥钾表观利用率也比纯化学钾肥处理高，说明有机物料与钾肥复混具有一定的优化化学钾肥利用的效果。有机物料与化学钾肥复混后形成有机无机复混钾肥，由于有机物料的某种“保护”效应，一方面可能减少了土壤对化学钾的固定[11]，提高了钾肥的有效性而改善了作物的钾素营养。另一方面，有机物料的各种官能团也有可能通过与化学钾肥的物理和化学吸附作用，使化学钾肥具有一定的缓释性[8]，减少钾离子的淋失等，从而改善土壤供钾性能。另外，本研究发现，单独施用有机物料处理玉米籽粒产量与不施钾肥的对照CK很接近，但产量高于化学钾肥处理。说明，有机物料本身也有一定的增产作用。另外，华北潮土含钾丰富，从本试验看，施用化学钾肥的增产效果不明显。因此，有机物料与化学钾肥复混虽对化肥钾有一定的优化效应，但不如对氮肥和磷肥的优化效果明显[12-13]。

从试验结果看，有机无机复混钾肥中有机质含量超过20%的情况下，有机物料比例的高低对改善化肥钾利用的效果不是很明显。如果有机无机复混钾肥中有机物料的比例更低一些，结果如何有待进一步研究。另外，有机无机复混肥料中的有机物料往往或多或少含有一定量的养分，在研究有机物料对优化化肥利用的效应时，有机物料中的养分往往具有一定的干扰作用，因此需要设置与有机无机复混肥料中等量有机物料投入的“有机物料对照”处理，如本研究中A-A3K1处理只投入有机物料A，其投入量对应于A3K1处理中有机物料A的投入量。因此，化肥处理与不施钾肥的对照CK比较，可以看出化肥的效果；同样A3K1与A-A3K1比较可以看出有机无机复混钾肥处理中化学钾肥的效果，这样从理论上剔除了有机物料A中养分的干扰。

本试验中，有机物料与化学钾肥复混后，在钾肥施用量低量和高量条件下玉米表现出增产，而在中量钾肥投入条件下玉米基本未表现增产效果，究其原因，有待进一步试验验证。

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Study on the enhancement and mechanism of organic-inorganic compound fertilizer on inorganic fertilizer utilization III. Effect of potassium sulfate combined with organic material on maize yield and K fertilizer utilization

DU Wei1,3, ZHAO Bing-qiang1*, LIN Zhi-an2, YUAN Liang2, LI Yan-ting1

(1MinistryofAgricultureKeyLaboratoryofCropNutritionandFertilization/InstituteofAgriculturalResourceandRegionalPlanning,
CAAS,Beijing100081,China; 2DezhouExperimentStation,CAAS,Dezhou，Shandong253015,China；
3SchoolofEnvironment,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

【Objectives】 Fewer researches have been done systemically on the adjustment of organic-inorganic recombination on the chemical K use efficiency. The study on the K efficiency of potassium sulphate after granulated with sugar residues in different ratios will be helpful to understand the beneficial mechanism of yield and profit increase of organic-inorganic compound fertilizer.【Methods】Three kinds of organic-inorganic compound K fertilizers were made via mixing sugar residues from monosodium glutamate factory with potassium sulfate in 3 ∶1, 1 ∶1 and 1 ∶3(w/w) and granulated using pan granulator. A pot experiment was carried out using the three compound K fertilizers and potassium sulphate. Three total K input levels of K2O 75, 150 and 225 kg/hm2were designed for each tested fertilizer, and the same input level of sugar residues without K was used as the corresponding control of the compound K fertilizer to eliminate the possible effect by organic materials. The crop yield, K uptake, K use efficiency were investigated. 【Results】 1) The maize grain yield was increased by 11.36% in average with application of compound K fertilizer. The maize grain yield was increased by 27.75% and 10.77% at the low and high input rates of compound K fertilizer, but decreased by 3.24% at medium input level, compared to potassium sulfate. 2) Application of compound K fertilizers could increase the K uptake of maize plant by 11.43% in average. The K uptake of maize plant was increased by 31.32% and 16.11% at the low and high K inputs of compound K fertilizers, but decreased by 9.11% at medium input, compared to potassium sulphate. 3) The increase of K uptake by maize plant with the application of compound K fertilizers was 11.92% higher than corresponding organic material treatments in average, which exceed the K uptake increase with potassium sulfate to the no K control. 4) The average K recovery of the three compound K fertilizers input rates was 17.92 percentage points higher, compared to potassium sulfate. Under the same total K input, inorganic-K recoveries were increased at both the low and high rates, but not at medium rate.【Conclusion】 The combination of sugar residue and potassium sulphate could effectively increase the K use efficiency in general. Comprehensive considering the yield and utilization of K，the relatively appropriate mix ratio of sugar residues and potassium sulphate should be in 1 ∶3 (w/w), and the application rate of the compound K fertilizer should be less than normal chemical K fertilizer under the similar soil condition tested.

organic-inorganic recombination; potassium sulphate; K fertilizer use efficiency; crop yield

2013-08-09 接受日期： 2014-12-10

“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAD10B03)；“十二五”国家科技支撑计划课题(2011BAD11B05)资助。

杜伟(1979—)， 男， 山东齐河县人， 博士后， 主要从事资源与环境研究。Tel: 010-62784701, E-mail: sunsprit1@163.com * 通信作者 Tel: 010-82108658， E-mail: zhaobingqiang@caas.cn

S143.6； S513

A

1008-505X(2015)01-0058-06