海藻酸對不結球白菜生長及鉀素吸收利用的影響

王敏欣，馬躍，劉杰，孫鷹翔，李軍，曲樹棟，王子浩，陳心想

（1.中化化肥有限公司，北京 100000；2.中化農業<臨沂>研發中心有限公司，山東臨沂 276000）

鉀是肥料三要素之一，被譽為“品質元素”，在保障農業生產、糧食安全方面具有舉足輕重的作用。2017 年我國農用鉀肥折純施用量（K2O）已達619.7 萬t（不含復合肥中鉀素）[1]。總體看來，鉀肥存在過量施用的問題[2]，尤其是果樹、蔬菜、水稻是鉀肥施用量較大的前三類作物。鉀肥的不合理及過量施用，導致我國鉀肥利用率偏低，我國主要糧食作物鉀肥利用率不同地區的變幅在21.2%～35.9%，平均為31.3%[3]。作為一個鉀鹽資源儲量（K2O）僅占世界總儲量7.93%的鉀資源嚴重缺乏的國家[4]，目前近50%的鉀肥需從國外進口，導致鉀肥自給率低，難以滿足國內需求，對國外依賴度較高。針對我國鉀肥需求量大、資源匱乏、利用率較低的現狀，未來很長一段時間內仍要面對國內鉀肥供需之間的矛盾，因此“增效減量”是未來我國鉀肥發展的必然趨勢，針對鉀肥現狀，研究如何在有限的鉀肥資源條件下，通過對鉀肥的增效改性來提高鉀肥有效性及利用率具有重要意義。

海藻酸是以生長在海洋中的大型藻類為原料，通過物理、化學和生物等方法提取出的具有生理活性和富含多種營養的天然物質，在作物及肥料中均具有良好的效果。海藻酸可促進作物根系生長，提高根系活力，提高葉綠素含量，增強光合速率，還可促進作物對土壤養分的吸收利用，進而提高作物產量及品質[5-9]。有研究表明，海藻酸可抑制脲酶活性，減緩氮素釋放，還可提高土壤有效磷含量，減少磷的固定，提高磷素有效性[10-12]。海藻酸作為一種良好的天然肥料增效劑，在氮肥和磷肥中的良好效果已得到驗證，但是當前的研究多集中在氮肥、磷肥和復合肥及水溶肥中，對鉀肥的效果研究較少。鑒于此，本研究中將海藻酸作為高效增效劑添加到氯化鉀中，制成海藻酸增效氯化鉀試驗產品，通過試驗研究氯化鉀中海藻酸不同添加量對不結球白菜產量、鉀素利用及根系生長的影響，以期為海藻酸在鉀肥中的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試作物及土壤

供試作物為不結球白菜，品種為京冠一號。

供試土壤為紅壤，質地為粘土，采自于江西南昌進賢縣，采集試驗田0～20 cm 耕層土，過2 mm 的篩，混勻備用，土壤基本理化性質見表1。

表1 供試土壤基本理化性質Table 1 Basic physical-chemical properties of soil

1.2 供試肥料

利用復合微生物菌群發酵海帶，調節發酵罐內的含水量、溫度、pH 等至適宜的條件后生物發酵7 d，然后經過提純、烘干、粉碎等制成海藻酸增效劑，其中含海藻酸14%、pH7.98。將海藻酸增效劑與氯化鉀（農業級優等品，K2O＞60.0%）按比例混合均勻擠壓造粒制成8 種海藻酸增效氯化鉀產品，供試肥料性質見表2。

1.3 試驗設計

試驗采用盆栽，共設置10 個處理：對照為不施鉀肥處理（CK），普通氯化鉀（K）、8 個不同海藻酸添加量的海藻酸增效氯化鉀產品HK1、HK2、HK3、HK4、HK5、HK6、HK7 和HK8。每個處理重復5 次，每個重復1 盆，隨機區組排列。

表2 供試鉀肥性質Table 2 The properties of fertilizer

試驗播種前，將過2 mm 篩風干的土壤與肥料混勻，裝入內徑為24 cm、高15 cm 的塑料盆中，每盆裝風干土6 kg。試驗用氮肥為尿素（N 46.2%）、磷肥為磷酸二銨（N-P2O518-46），鉀肥為試驗制備的增效鉀肥，各處理氮、磷施用量一致，施N 量0.25 g/kg 干土，施P2O5量0.15 g/kg 干土，將9 種試驗鉀肥按等鉀量原則施入，施K2O 量0.1 g/kg 干土。氮、磷、鉀肥均一次性施入。

試驗于2019 年3 月20 日播種，出苗后1 周定苗，每盆保留長勢一致的健壯苗4 株，不結球白菜生長期間按照常規栽培技術要求進行。于2019 年4 月28 日收獲測產，將不結球白菜根系洗凈利用根系掃描儀（WinRHIZO根系分析系統），測定根系的根長、根直徑、根表面積和根體積，將不結球白菜地上部分烘干粉碎，利用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度法測定全鉀含量。

1.4 數據處理與分析

鉀吸收量、鉀肥表觀利用率計算公式見式（1）（2）。

試驗數據采用Excel進行數據處理與作圖，SAS8.0軟件進行數據統計分析，Duncan新復極差法進行多重比較（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 海藻酸增效劑對不結球白菜產量的影響

圖1 顯示了氯化鉀中海藻酸增效劑添加量對不結球白菜產量的影響。由圖可看出，與普通氯化鉀（K）相比，當海藻酸增效劑添加量為0.3%～3.8%時（處理HK1～HK7），海藻酸增效氯化鉀處理，不結球白菜產量增加2.12%～14.59%，其中處理HK2、HK3、HK4 和HK5 顯著高于K 處理。從整體趨勢來看，隨著氯化鉀中海藻酸增效劑添加量的增加，不結球白菜產量呈現先增加后降低的趨勢，當海藻酸增效劑添加量為0.8%（處理HK3）時，產量最高，海藻酸增效劑添加量繼續增加，不結球白菜產量開始下降，當添加量為5%（處理HK8）時，與K 相比產量降低6.20%，說明過量的海藻酸增效劑不利于不結球白菜產量的增加。

圖1 海藻酸氯化鉀對不結球白菜產量的影響Fig.1 Effect of alginate potassium chloride on the yield of non-heading Chinese cabbage

2.2 海藻酸增效劑對不結球白菜鉀素吸收的影響

2.2.1 全鉀吸收量的影響

圖2 海藻酸氯化鉀對全鉀吸收量的影響Fig.2 Effect of alginate potassium chloride on total potassium absorption

氯化鉀中海藻酸添加量對不結球白菜全鉀吸收量的影響如圖2 所示，由圖可知，與對照（CK）相比，施用鉀肥后均顯著提高了不結球白菜全鉀吸收量，與普通氯化鉀（K）相比，當海藻酸增效劑添加量為0.3%～3.8%（處理HK1-HK7）時，海藻酸增效氯化鉀處理的不結球白菜全鉀吸收量提高8.09%～21.63%。圖2 還顯示，隨著氯化鉀中海藻酸增效劑添加量的增加，全鉀吸收量呈先增加后降低的趨勢，當海藻酸增效劑添加量為0.8%（處理HK3）時，全鉀吸收量最高，此后，隨著海藻酸增效劑添加量的增加全鉀吸收量逐漸降低。

2.2.2 對鉀肥利用率的影響

圖3 顯示了海藻酸增效氯化鉀對鉀肥利用率的影響，由圖可知，與普通氯化鉀（K）相比，當海藻酸增效氯化鉀添加量為0.3%～3.8%（處理HK1～HK7）時，海藻酸增效氯化鉀處理顯著提高了鉀肥利用率，提高5.76%～15.37%，但是當添加量為5%（處理HK8）時鉀肥利用率降低0.42%；可見，隨著海藻酸增效劑添加量的增加，鉀肥利用率先增加后降低，當海藻酸增效氯化鉀添加量為0.8%（處理HK3）時，鉀肥利用率最高。

圖3 海藻酸氯化鉀對鉀肥利用率的影響Fig.3 Effect of alginate potassium chloride on potassium utilization rate

2.3 海藻酸增效劑對不結球白菜根系生長的影響

表3 顯示了海藻酸氯化鉀對不結球白菜根系生長的影響。由表3 可以看出，海藻酸增效劑可促進不結球白菜根系生長，提高根系的根長、根表面積和根體積。與普通氯化鉀（K）相比，當海藻酸增效劑添加量為0.3%～5%時，海藻酸增效氯化鉀根長增加3.08%～27.66%，表面積增加7.80%～27.37%，體積增加11.88%～29.69%，且隨著氯化鉀中海藻酸增效劑添加量的增加，不結球白菜的根長、表面積、體積均為先增加后降低，當增效劑添加量為1.2%（HK5）時最大。根系平均直徑中，處理HK1、HK2、HK3、HK7 和HK8 比K 處理增加7.66%～16.93%，而處理HK4、HK5 和HK6 則在一定程度上降低了不結球白菜的根系直徑。

表3 海藻酸增效氯化鉀對不結球白菜根系生長的影響Table 3 Effect of alginate potassium chloride on the growth of roots of non-heading Chinese cabbage

3 討論

在本研究中，海藻酸增效劑對氯化鉀具有良好的增效效果，可促進不結球白菜生長發育及鉀素吸收，在海藻酸增效劑0.3%～5%的添加量范圍內，海藻酸增效劑對氯化鉀的促生效果先增加后降低，當氯化鉀中增效劑添加量為0.8%時對地上部的促生效果最好，當增效劑添加量為1.2%時對地下部效果最好，因此建議氯化鉀中海藻酸增效劑添加量為0.8%～1.2%。

對于海藻酸促進不結球白菜鉀素吸收、提高鉀肥利用率的特點，有學者分析，海藻酸是以生長在海洋中的大型藻類為原料，通過物理、化學和生物等方法提取出的具有生物活性和富含多種營養物質的天然物質，具有酸性、親水性、穩定性、離子交換性、絡合性和較高的吸附、緩沖能力[13]，海藻酸的這些特性使其在肥料及作物中均具有良好的增效效果。海藻酸可提高鉀肥有效性，促進鉀素吸收，海藻酸含有的羥基、羧基等官能基團[14]，可以吸附鉀離子，既可防止其在沙土及淋溶性土壤中隨水流失，又可防止粘性土壤對鉀的固定，提高土壤速效鉀含量，減少鉀的損失和固定；同時，海藻酸分子中的羧基與羥基易與土壤中的金屬離子相結合，形成分子量倍增的交聯高分子，能牢固地與水分子結合，促進土壤形成團粒結構并保持水分，減少鉀素流失，提高鉀肥有效性[15-16]，進而提高作物對鉀素的吸收利用。

海藻酸對作物生長同樣具有良好的促進作用[17-19]。溫延臣等[20]研究表明，適量施用海藻酸會促進玉米生長，提高根系活力，但是過量施用則會產生抑制作用。在本研究中，氯化鉀中海藻酸增效劑添加量為0.3%～5%時，隨著海藻酸添加量的增大，不結球白菜生物量呈先增加后降低趨勢，這與溫延臣等[20]的研究一致。本研究使用的海藻酸增效劑是以褐藻為主要原料利用生物法提取的，保留了褐藻中的海藻酸、甜菜堿、甘露醇、氨基酸、維生素、植物生長調節物質等有效成分，在為作物生長提供營養的同時，含有的適量生長素、細胞分裂素和赤霉素等可以刺激作物生長，提高根系活力[21-23]，但是過量添加會抑制作物生長，產生不利影響。