鄂西黄壤和紫色土上小麦施用杂卤石效果研究

吴茂前　程子珍　刘冬碧　周继文　孔祥琼　张祥城　李永鹏　Robert Meakin　范晓晖

摘要：采用全生育期温室盆栽试验方法，以氯化钾处理为对照，研究了鄂西黄壤和紫色土上小麦施用杂卤石的效果。结果表明，在2种土壤上小麦施用杂卤石均显著增产，黄壤和紫色土上小麦子粒产量分别比对照高28.7%和46.6%，主要是由于杂卤石处理显著增加了小麦的有效穗数，黄壤和紫色土上小麦有效穗数分别比对照高31.2%和37.5%。在黄壤上，杂卤石处理的小麦，其钙和镁吸收量与对照基本持平，硫吸收量比对照增加44.6%;在紫色土上，施用杂卤石显著提高了小麦对钙、镁和硫的吸收量，提高幅度分别为7.7%、25.0%和81.8%，杂卤石在紫色土小麦上的施用效果比黄壤好，与紫色土有效钙、有效镁和有效硫的含量均较低有关。

关键词：杂卤石;黄壤;紫色土;小麦;产量;养分吸收

中图分类号：S143.3;S512 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020） 16-0034-04

DOI： 10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.16.007

杂卤石（K2S04·MgS04· 2CaS04·2H20）是一种硫酸盐型含钾矿物，世界上大型杂卤石矿床主要集中分布在二叠纪、三叠纪以及古近纪-新近纪的地层中，一直被认为是具有钾、钙、镁、硫综合利用价值的矿石资源[1]，其溶解度较低，在水、盐溶液以及酸碱溶液中的养分平衡浓度各不相同英国蔡希斯坦盆地约克郡是世界杂商石矿最大产地之一[3];中国四川、青海、湖北、江苏、山东、陕西等省区的海相沉积盆地深部，蕴藏着丰富的杂卤石矿，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[1]。有研究报道，经粉碎加工之后，杂卤石在长三角小麦轮作体系的农田土壤中，可以缓慢释放出钾、硫、钙、镁等多种养分，或者在根系分泌物的作用下释放出钾、硫、钙、镁等养分供作物吸收利用，在小麦产量和吸钾量方面的效果与等钾量的氯化钾肥料相当[4]。黄壤和紫色土是湖北省的重要土壤类型，主要分布于鄂西山地丘陵区[5]。本研究在鄂西兴山县分别采集代表性黄壤和紫色土，通过全生育期温室盆栽试验，探讨黄壤和紫色土上小麦施用杂卤石的产量和养分吸收效应，为杂卤石肥料产品在黄壤和紫色土区域小麦上的科学应用提供依据。

1材料与方法

1.1 供试土壤与作物

供试两种土壤为黄壤和紫色土，均采自湖北省兴山县峡口镇白鹤村低肥力地块，该区域为低山地形地貌。供试耕层土壤（0～20cm）的部分理化性质如表1所示，可见黄壤pH接近中性，为低硼土壤;紫色土呈弱酸性，为低硫、低硼和低锌土壤，且土壤有效鈣和有效镁的含量低于黄壤。供试作物为小麦，品种为郑麦9023。

1.2试验设计

盆栽试验在潜江实验站网室内进行。试验盆钵为直径25cm、高25cm的陶瓷钵，底部中间有1个1cm大小的渗水孔，陶瓷钵下面垫一个接水盘。装土前，先在钵底放一张400目网纱，小孔上方放一个略大于小孔的小石头镇压，使用前用自来水将盆钵、接水盘和小石块洗净晾干，每盆装10kg风干土。

每种土壤设置对照（氯化钾）和杂卤石2个试验处理，处理除了钾的来源不同以外，氮、磷和硼的来源和用量均相同，即风干土氮（N）、磷（P205）、钾（K20）用量分别为0.25、0.15、0.12 g/kg，硼（B）施入量为2mg/kg。每处理重复4次，共计16盆。肥料品种为磷酸二铵（N18%，P20546%）、尿素（N 46%）、氯化钾（K2060%）、杂卤石（K2014%，S19%，CaO17%，MgO6%，由 Sirius Minerals 公司提供）和万力硼（B12%），其中，50%的氮肥和全部其他肥料与试验土壤混合均匀，25%的氮在苗期随浇水追施，余下25%的氮在拔节之前随浇水追施。肥料养分施用量详见表2。

小麦于2017年11月12日播种，每钵播8粒种子，出苗生长稳定后用剪刀齐地剪去多余的幼苗，定苗3株。晴天将盆钵移至室外、雨天置于室内，每天观察，水分不足时用去离子水浇灌，及时防治病虫草害。2018年5月8日齐地收获。

1.3 观测指标与分析方法

基础土样的分析采用常规方法植株氮、磷和钾的分析用硫酸-过氧化氢消煮，氮和磷的测定用连续流动方法，钾的测定用火焰光度计法;植株钙、镁和硫的分析用硝酸-高氯酸消煮[6]，ICP法测定。

越冬期调查小麦株高和分蘖数，用SPAD-502plus叶绿素测定仪测定小麦倒2叶SPAD。成熟后从根茎交接处收割植株地上部分，快速地用流水（自来水）冲净植株上沾有的泥土和灰尘，装入种子袋中，记录每盆小麦株高和有效穗数，晾干后脱粒，记录子粒和秸秆重量，考察千粒重和平均穗粒数，最后将子粒和秸秆分别烘干制样，分析养分含量，计算养分吸收量。

数据在Microsoft Excel中计算，采用DPS软件的单因素LSD检验法统计分析。

2结果与分析

2.1 杂卤石对小麦生长的影响

从表3可以看出，在黄壤上，施用杂卤石显著增加了小麦越冬期和收获期株高，在一定程度上增加了小麦越冬期分蘖数，但显著降低了小麦越冬期倒2叶SPAD;在紫色土上，施用杂卤石显著增加小麦越冬期株高和分蘖数，其中分蘖数比对照处理平均高2.0个/盆，增加幅度为16.4%，同时杂卤石还在一定程度上增加了小麦越冬期倒2叶SPAD。结果初步表明，与黄壤相比，紫色土上小麦施用杂卤石的效果较好。

从表3还可看出，氯化钾处理的小麦，其越冬期和收获期株高，紫色土分别平均比黄壤高5.1cm和2.6cm，越冬期分蘖数紫色土比黄壤平均高3.0个/盆，倒2叶SPAD略低;杂卤石处理的小麦，其越冬期株高紫色土平均比黄壤高5.5cm，收获期株高紫色土平均比黄壤低1.3cm，分蘖数紫色土比黄壤平均高4.6个/盆，倒2叶SPAD高2.0，表明与黄壤相比，紫色土上小麦前期长势较好。

2.2 杂卤石对小麦产量及其构成因素的影响

由表4可知，与氯化钾对照处理相比，不同土壤上施用杂卤石小麦增产显著，其中，黄壤和紫色土上小麦子粒分别平均增产10.2 g/盆和15.3 g/盆，增产幅度分别为28.7%和46.6%，进一步证实了小麦施用杂卤石的效果，紫色土较黄壤好。从产量构成因素来看，黄壤和紫色土施用杂卤石，小麦有效穗数分别平均增加8.2个/盆和10.3个/盆，增加幅度分别为31.2%和37.5%;但不同土壤上杂卤石对小麦穗粒数和千粒重的影响略有不同，黄壤上杂卤石处理的小麦其穗粒数显著增加、千粒重显著降低，增加幅度分别为20.7%和-17.9%，紫色土上杂卤石处理的小麦，其穗粒数和千粒重增幅均较小，分别为3.9%和1.4%。由此可见，本试验条件下，杂卤石处理显著增加了小麦分蘖数，通过增加收获期有效穗数，从而显著增产，但对2种土壤上穗粒数和千粒重的影响还不尽一致，有待进一步研究。

2.3 杂卤石对小麦秸秆产量的影响

由图1可以看出，在不同土壤上施用杂卤石，小麦秸秆产量增加显著，其中，黄壤和紫色土上小麦秸秆产量分别平均增产11.9 g/盆和12.5 g/盆，增产幅度分别为26.2%和28.1%。与小麦子粒产量相比，杂卤石对不同土壤上秸秆的增产效果略低。

2.4 杂卤石对小麦养分吸收的影响

由表5可知，黄壤上杂卤石处理的小麦，其磷、钙、镁吸收量与对照基本持平，氮、钾和硫吸收量分别比对照提高了12.8%、16.7%和44.6%，均达到显著水平;紫色土上杂卤石处理显著提高了小麦对氮、磷、钾、钙、镁和硫的吸收量，提高幅度分别为36.4%、21.1%、31.5%、7.7%、25.0% 和 81.8%，表明就杂卤石促进小麦养分吸收效果而言，紫色土优于黄壤，且硫的效果尤其明显。比较表1和表2可以发现，本试验中通过杂卤石施入土壤中的钙和镁，分别占黄壤有效钙和有效镁含量的3.44%和5.29%、占紫色土有效钙和有效镁的4.45%和9.34%，而通过杂卤石施入土壤中的硫，则分别是黄壤和紫色土有效硫含量的6.15倍和14.40倍，因此杂卤石对不同土壤上小麦钙、镁和硫的养分吸收效应，与施入养分对土壤本底有效养分提高的幅度密切相关，而杂卤石在小麦上的应用效果表现为紫色土优于黄壤，则与紫色土有效钙、有效镁和有效硫含量均明显低于黄壤密切相关。

3小结与讨论

综上所述，在本研究鄂西黄壤和紫色土上，杂卤石处理的小麦比氯化钾对照处理分别增产28.7%和46.6%，主要是由于雜卤石处理显著增加了小麦有效穗数;黄壤上杂卤石处理的小麦，磷、钙、镁养分吸收量与对照基本持平，氮、钾和硫吸收量分别比对照增加12.8%、16.7%和44.6%，紫色土上施用杂卤石显著提高了小麦对氮、磷、钾、钙、镁和硫的吸收量，提高幅度分别为36.4%、21.1%、31.5%、7.7%、25.0%和81.8%。杂卤石对小麦钙、镁和硫的养分吸收效应与施入的养分对土壤本底有效养分提高的幅度密切相关;杂卤石在紫色土小麦上的施用效果较黄壤好，这与紫色土有效钙、有效镁和有效硫的含量均较低有关。

中国目前关于杂卤石的研究多集中于开采和提取硫酸钾、硫酸镁和建筑石膏等方面，在农业生产上的应用研究相对较少[7]。陈际型[8]在浅海沉积物发育的赤红壤（pH 5.44）和花岗岩发育的砖红壤（pH6.16）上进行的盆栽试验结果表明，每千克土壤施2g杂卤石粉时，与等当量的硫酸钾、硫酸钙和硫酸镁水溶性盐相比，大麦的干物质重量与之相接近，钾总吸收量高1.2～2.1倍、钙高1.3～1.5倍、镁高1.5～?1.7倍，即杂卤石粉在酸性土壤上的肥效不亚于水溶性盐。黄宣镇[9]在四川盆地多种作物上通过小区对比试验，发现杂卤石作钾肥增产幅度一般可达15%～?20%，在烟草、柑橘等作物上比氯化钾效果更好。Tiwari等[10]研究表明，杂卤石能够提高芥菜和芝麻产量，提高土壤中有效硫和有效钾的含量。王媛等[11]在pH7.12的山东棕壤上的盆栽试验结果表明，杂卤石处理的玉米产量较氯化钾处理增产22.7%，玉米植株钙和硫的含量分别比氯化钾处理提高了30.59%和22.10%，钾含量有所提高，而镁的含量则有所降低;李晗灏等[7]用同一种土壤开展的花生盆栽试验结果表明，在每千克土壤施用89 mg K20的条件下，杂卤石处理的花生其荚果质量较氯化钾处理增产12.32%，花生秧干质量提高25.44%，杂卤石处理植株的氮、磷、钾、钙、镁和硫吸收量分别较氯化钾处理提高 6.78%、3.99%、13.6%、9.86%、-2.27% 和19.13%。可见，与氯化钾处理相比，杂卤石在不同土壤、不同作物上的施用效果表现为钾、钙、镁、硫、氯等多种元素与其他因素综合作用的结果，不仅与土壤是否缺乏这些元素、作物是否忌氯密切相关，还与不同作物对这些元素的敏感程度、以及生态气候条件有关，对此还缺乏较系统的研究，值得进一步探讨。杂卤石中养分的释放比较缓慢，施用杂卤石能同时补给钾和中量元素，在中国南方酸性土壤或中量元素较低的土壤上施用杂卤石，对维持和提高土壤钾和中量元素平衡、有效减少养分淋失，解决国家钾肥短缺问题具有重要意义[2]。

参考文献：

[1]高文远，冯文平，汤建良，等.杂卤石综合开发利用研究进展[J].盐业与化工，2016，45（5）：9-13.

[2]赵丽娅，李文庆.杂卤石，一种潜在的钾肥资源[J].磷肥与复肥，2015，30（4）：18-21.

[3]刘成林，王弭力，焦鹏程，等.世界主要古代钾盐找矿实践与中国找钾对策[J].化工矿产地质，2006，28（1）： 1-8.

[4]王火焰，鲁剑巍.主要作物钾肥高效施用技术规程[M].北京：中国农业出版社，2017.119-121.

[5]湖北省农业科学院土壤肥料研究所.湖北土壤钾素肥力与钾肥应用[M].北京：中国农业出版社，1996.6-7.

[6]鲍士旦.土壤农化分析[M].第3版.北京：中国农业出版社，2000.30-107，127.

[7]李晗灏，李文庆，王媛，等.杂卤石对花生生长及养分吸收的影响[J].农业资源与环境学报，2019，36（2）： 169-175.

[8]陈际型.杂肉石在红壤上的肥效[J].土壤，1999，31（1）：33-35，53.

[9]黄宣镇.杂肉石——一种理想的钾肥[A].非金属矿物材料与环保、生态、健康研讨会论文集[C].中国硅酸盐学会，2003.

[10]TIWARI D D，PANDEY S B，KATIYAR N K. Effecis of polyhaliteas a fertilizer on yield and quality of the oilseed crops mustard andsesame [J].International potash institute，2015，42： 10-17.

[11]王媛，李文庆，赵丽娅，等.杂卤石对玉米生长及养分吸收的影响研究[J].中国土壤与肥料，2018（6）： 166-173.

收稿日期：2020-01-22

基金项目：英美资源集团作物养分公司国际合作项目（SOW46000-HUB-46013-17）

作者简介：吴茂前（1984-），男，湖北武汉人，助理研究员，主要从事作物营养与施肥、农业面源污染防治技术研究，（电话）027-88430570（电子信箱）22391013@qqxom;通信作者，刘冬碧，（电子信箱）595049768@qq.com。