-專業文檔，值得下載!-專業文檔，值得珍藏！-含硅熔渣對水稻養分吸收及產量的影響高明，魏朝富，車福才，慈恩，謝德體西南農業大學資源環境學院，重慶400716摘要：采用盆栽試驗方法，研究了不同含硅熔渣對水稻養分的吸收和產量的影響，結果表明，在施用氮、磷、鉀肥的基礎上，增施不同類型的含硅熔渣，可提高水稻中硅和磷的含量，降低根系、莖葉和籽粒中的氮、鉀含量，增加水稻對氮、磷、鉀、硅的總吸收量。不同含硅熔渣的增產效果差異較大，增產最顯著的是鐵渣和黃磷爐渣，分別比對照增產43.4%和31.6%，施用含硅熔渣的各處理比對照平均增產19.1%，各處理間的產量經方差分析和多重比較達顯著或極顯著差異水平。擴散方程、Elovich方程和多項式方程均能很好地描述水稻生長期內水稻對N、P、K、Si的吸收過程，尤以多項式方程擬合最佳。關鍵詞：含硅熔渣；水稻；養分；產量中圖分類號：X705文獻標識碼：A文章編號：1672-2175（2004）04-0587-05含硅熔渣是冶煉工業中，原料在爐內經高溫變成液態、分層，通過排渣口分離、冷卻、凝固后廢棄的固態物質。含硅熔渣作為一種重要的硅肥資源和土壤改良劑，在農業生產上早已被廣泛應用13。自20世紀50年代，日本人應用含硅爐渣改良退化稻田成功后，有關土壤和水稻中硅的研究文獻日漸增多。20世紀70年代后，些主要產稻國已將施用硅肥作為提高水稻產量的重要措施研究表明46，適量供給硅可以促進水稻生長發育，提高光能利用率，改善呼吸作用，降低蒸騰作用，增強抗逆性，調節水稻對某些養分的吸收和利用，進而保證水稻的高產穩產。此外硅還有提高水稻遺傳物質穩定性的作用7因此，硅已被列入水稻生長必需的大量元素之中1據有關資料表明8，我國目前缺硅土壤面積相當大，每年需要硅肥30004000萬t，可是目前生產硅肥能力只有30萬t，并且只集中在個別省份。因而，利用各種工業含硅熔渣廢物生產硅肥，不僅資源豐富，而且生產成本低，最重要的是為廢物資源的有效化利用開辟一條新的途徑，具有良好的社會效益、環境效益和經濟效益。本研究試圖通過對重慶地區不同冶煉廠生產的不同熔渣類型對水稻養分吸收及產量的影響研究，以期篩選出增產潛力大的熔渣類型，為生產含硅多元復合肥提供理論依據。1材料與方法1.1材料1.1.1供試土壤選用由三迭系須家河組石英砂巖母質發育的黃砂土為供試土壤，其pH5.4，有機質13.4g/kg，全氮1.15g/kg，全磷0.293g/kg，全鉀15.41g/kg，有效硅54mg/kg。1.1.2作物種類水稻，品種為優838，秧齡57d。1.2試驗方法1.2.1試驗處理在對重慶主要含硅廢渣調查、取樣、分析的基礎上，選取有效硅含量較高，年排放量大的不同含硅熔渣類型進行盆栽試驗，供試熔渣的主要化學組成和有效硅含量分別見表1。每盆缽裝過3mm篩的風干土9kg，在土裝缽之前，每缽施用w（N）46%的尿素3.02g，w（N）12%、w（P2O5）42%的磷酸銨，w(K2O)60%的氯化鉀1.35g，不同類型的硅渣10g，各肥料與土壤充分混合后裝缽(底肥一次施用)，淹水浸泡7d后栽秧，每缽栽均勻一致的秧苗3株，其試驗處理編號如下:CK1：N+P+K(CK1)，CK2：N+P+K+偏硅酸鈉10g/缽(CK2)，R1：N+P+K+含硅鐵渣10g/缽(江津鋼廠)，R2：N+P+K+硅錳渣10g/缽(重慶鐵合金廠)，R3：N+P+K+中低微碳鉻渣10g/缽(重慶鐵合金廠)，R4：N+P+K+黃磷爐渣10g/缽(長壽化工廠)。R5：N+P+K+硅錳渣10g/缽(重鋼四廠)R6：N+P+K+鐵渣10g/缽(重鋼七廠)CK1R4重復9次，其中6次用于水稻吸收硅、氮、磷、鉀養分的動力學研究，3次重復用于收產；R5、R6重復3次。隨機區組排列。表1供試含硅熔渣的主要化學組成及有效硅含量采樣地點熔渣類型處理號pHFe2O3Al2O3SiO2CaOMgOK2OP2O5MnO可溶性硅水溶性硅有效性硅w/(gkg-1)w(SiO2)/(gkg-1)江津鋼廠鐵渣R19.810.3155.2330.1425.560.417.00.767.82130.917.85重慶鐵合金廠硅錳渣R29.010.3189.2346.1341.7.22.821.20.4714.12260.344.68重慶鐵合金廠中低微碳鉻渣R311.117.3133.5306.7459.665.80.70.620.92245.310.79長壽化工廠黃磷爐渣R410.57.652.8331.8450.411.816.88.0565.1751.274.16重鋼四廠硅錳渣R59.44.9116.8322.5433.361.78.30.97105.51662.513.42重鋼七廠鐵渣R68.953.3139.0318.6418.265.38.81.0911.21400.768.27588生態環境第13卷第4期（2004年11月）1.2.2分析方法含硅熔渣主要化學成分的測定采用NaOH熔融，硅用質量法；磷用鉬銻抗比色法；鋁用鋁試劑比色法；鐵、錳、鈣、鎂用原子吸收分光光度計法；pH用電極法。植株硅含量用H2SO4-H2O2消煮-質量法測定，植株氮、磷、鉀含量用H2SO4-H2O2消煮，分別采用蒸餾法，比色法，火焰光度計法測定9。2結果與分析2.1含硅熔渣對水稻產量的影響試驗結果表明（表2），在N、P、K肥施用的基礎上，增施不同類型的含硅熔渣對水稻均表現出不同程度的增產效果。其中增產幅度最大的是施用重鋼七廠的含硅鐵渣，與CK1和CK2比較，籽粒產量差異達到了極顯著水平，分別增產43.4%和25.7%；其次是重鋼四廠的硅錳渣和長壽化工廠的黃磷爐渣，其水稻籽粒產量比CK1分別增產31.6%和21.3%，其它幾個處理的產量比CK1高，而比CK2低。從表2還可看出：不同處理間每缽穗數，每穗粒數也有很大的差異，施用了硅渣肥的普遍比對照高。根質量和千粒質量各處理間差異不大。由此可見，在施用氮、磷、鉀肥的基礎上，增施不同類型的含硅熔渣，具有增穗、促粒的作用，與魏朝富和陳進紅等10,11研究的結果相似。施用不同含硅熔渣增產效果不一致的原因，主要與含硅熔渣的物質組成，硅的含量及有效性有關。方差分析表明，不同處理間的水稻籽粒產量、莖葉質量和生物量的差異均達到了顯著或極顯著差異水平；根質量和區組間的差異不顯著。導致盆栽試驗中水稻籽粒產量、莖葉質量和生物量差異的原因主要是施用了不同類型的硅肥所致。2.2含硅熔渣對水稻N、P、K、Si養分吸收及積累分配的影響2.2.1氮從表3可以看出，在施用氮、磷、鉀肥的基礎上，增施不同類型的含硅熔渣，各處理水稻根和籽粒的氮含量相差不大，莖葉氮含量略有降低。從水稻植株對氮的吸收總量來看，雖然水稻植株體內氮含量略有降低，但由于對硅酸的吸收使植物干物質總量增加，水稻對氮吸收總量還是略有增加，與魏朝富10等的研究結果一致。水稻施用硅后，根系和籽粒吸收的氮量增加，莖葉吸氮量減少，氮主要分配在水稻籽粒中，其次才是莖葉。不同生育期水稻對氮的吸收速率變化較大（圖1），在移栽后15d的苗期，由于秧苗小，根系不發達，稻株對氮的吸收速率遠不如分蘗盛期。施用硅肥后，在苗期能顯著地提高水稻對氮的吸收速率，R1處理比對照增加了40.8%，增長較小的R4處理比對照也提高了9.7%。水稻對氮的吸收高峰期在4560d這個范圍，施用中低微碳鉻渣處理的在這段時間最高吸氮速率達55.87mg/(缽d)，比其它處理都高。整個水稻生育期對氮的平均吸收速率大的還是施用黃磷爐渣表2不同含硅熔渣對水稻產量和經濟性狀的影響編號有效穗數/(穗缽-1)(根)/(g缽-1)(莖葉)/(g缽-1)(籽粒)/(g缽-1)(生物量)/(g缽-1)m(千粒)/g穗粒數/粒CK128.510.6468.1062.90141.6425.7384.2CK232.09.3570.5571.73151.6324.9989.8R130.89.1573.8068.84151.7925.0689.8R224.810.5867.3263.45141.3525.67100.2R329.010.3273.0069.01152.3325.5992.8R430.59.6875.2576.30161.2325.6597.5R535.311.8380.6782.77175.2725.4092.8R634.014.8787.1390.18192.1825.33105.5F1)2.425.95*2)4.24*3)20.54*1）F0.05=2.77,F0.01=4.28；2）*為1%顯著水平；3）*為5%顯著水平圖1水稻對氮的吸收速率-200-150-100-50050100020406080100120移栽后的天數/d氮吸收速率/(mg缽-1d-1)CK1CK2R1R2R3R4表3含硅熔渣對水稻吸收N、P、K、Si養分的影響處理w/(mgg-1)吸收量/(mg缽-1)根莖葉籽粒根莖葉籽粒總量NCK110.912.816.9116.0871.71063.02050.7CK211.212.117.7104.7853.71269.62228.0R112.810.817.4117.1797.01177.22091.3R210.711.017.8113.2740.51129.41983.1R312.011.916.0123.8868.71104.22096.7R412.311.517.2119.1865.41312.42296.9R511.09.718.1130.1782.51498.12410.7R610.46.714.7154.6588.11325.62068.3PCK13.121.343.0533.291.3191.8316.3CK23.301.433.2830.8100.9235.3367.0R13.021.503.0627.6110.7210.6348.9R23.761.503.0039.8101.0190.4331.2R33.971.713.0941.1124.8213.2379.1R43.761.592.9036.4119.6221.3377.3R52.501.123.2029.690.4264.9384.9R62.150.722.9332.062.7264.2358.9KCK13.282.663.8334.91811.5240.91846.4CK23.352.703.8431.31904.9275.42211.6R14.222.463.6438.61815.5250.62104.7R24.462.343.1847.21575.3201.81824.3R34.422.043.2345.61489.2222.91757.7R44.282.183.2941.41640.4251.01932.8R53.311.933.5839.21556.9296.31892.4R63.312.343.5546.22038.8320.12405.1SiCK169.331.411.9737.42128.3748.53624.2CK270.537.314.2659.22631.51018.64309.3R176.332.515.1698.12398.51039.5413.61R294.535.613.9999.82396.6882.04278.4R381.845.017.8844.23285.01228.45357.6R477.851.319.5753.13860.21487.96101.2R558.634.415.4693.22775.01274.74742.9R649.026.610.5728.62317.6910.83957.0高明等：含硅熔渣對水稻養分吸收及產量的影響589的R4處理，達21.67mg/(缽d)。2.2.2磷早期的試驗認為硅可部分地代替植物對磷的作用，后來，許多學者的研究表明，硅的這種效果不是由于它的生理作用而是由于施硅改善了磷的有效性10,11。GileP.L.等發現，硅酸存在時水稻對磷的吸收受到一定的促進作用，而當磷酸存在時硅酸的吸收只受到輕微的抑制，他們認為兩種元素在代謝方面有密切關系。表3表明：水稻在施用氮、磷、鉀肥的基礎上，增施不同類型的硅渣肥，可促進水稻對磷的吸收。水稻根系和莖葉的含磷量除施用鐵渣和硅錳渣的R5和R6處理外，其余施用了硅肥處理的均比對照提高。R3處理水稻根系和莖葉的磷含量比對照分別增加了27.2和27.6，籽粒中磷的含量各處理間差異不顯著。從表3還可看出，水稻根系和籽粒中的含磷量比莖葉中的含磷量高，磷在水稻各器官的分配以籽粒中最多。盡管R5和R6處理根系和莖葉的磷含量不如對照高，但由于生物量大，總的水稻植株吸磷量比照還是大。因此，施用含硅熔渣有利于水稻對磷的吸收。從水稻對磷的吸收速率（圖2）來看，施用硅錳渣、鐵渣和偏硅酸鈉處理的水稻總平均吸附速率比對照增加了19.4%、19.1%和15.7%，在移栽后的最初15d內，施用黃磷爐渣處理的吸磷速率比對照高3.16倍，各處理對磷的吸收都有兩個高峰值，一個是在水稻移栽后4045d，另一個是在8090d，90d后各處理對磷的吸收速率顯著下降，到106d時水稻體內的磷素呈現負增長，這與水稻的生長發育期有關。2.2.3鉀鉀主要分布在水稻的莖葉中(表3)。從水稻各器官的鉀含量來看，施用含硅熔渣有利于提高根系鉀含量，降低籽粒和莖葉中鉀的含量；水稻植株對鉀的吸收總量仍是施用了硅素營養的高，但每個處理差異較大，其原因有待進一步研究。不同施硅處理的水稻對鉀的吸收速率與氮相似(圖3)，在氮、磷、鉀施用的基礎上，增施不同類型的硅渣肥，各處理的水稻對鉀的總平均吸收速率差異不明顯。從水稻整個生育期吸收鉀的速率情況來看，施用了硅渣肥處理的在90d內吸鉀速率較平均，出現的吸鉀高峰在6090d這個范圍，而對照的吸鉀高峰比較提前，在栽秧后3045d，這樣施用了硅肥有利于處理后期光合物質向籽粒中輸送，為水稻高產奠定物質基礎。2.2.4硅表3表明，水稻在施用氮、磷、鉀肥的基礎上，施用不同類型的硅渣肥后水稻根系、莖葉和籽粒的硅含量及每缽植株硅的吸收總量均有不同程度的提高。不同硅渣類型對水稻各器官的硅含量影響程度不一樣，施用硅錳渣的R2處理水稻根系的硅含量最高達9.45%，比對照的6.93%增加了36.3個百分點，而莖葉和籽粒中硅含量最高的則是施用黃磷爐渣的R4處理，分別比對照含量提高了63.4%和63.9%。水稻植株硅吸收量最高的也是R4處理，其次是R3和R5處理。植物中硅的含量高低和吸收量的多少除了因種類不同而有較大的差異外，最主要的影響因素是土壤和水分。對于同一水稻品種而言，其含硅量和吸收量與土壤溶液中SiO2的含量成正相關；同時，還受土壤中氧化鐵和氧化鋁含量的影響，因為鐵、鋁吸附土壤中的SiO2，影響土壤溶液中SiO2的含量，從而降低植物中SiO2含量。本試驗不同類型硅渣處理水稻含硅量的差異可能與硅渣中鐵、鋁的含量有關。增施不同類型的硅渣肥能提高水稻生長期內對硅的總平均吸收速率(圖4)。其中施用黃磷爐渣的R4處理比對照提高了68.4，居所有處理中增幅之首，其次是施用中低微碳鉻渣的R3處理，施用鐵硅渣和硅錳渣的R1、R2處理與施用偏硅酸鈉(CK2)處理的吸硅速率相似。從整個水稻生育期吸圖2水稻對磷的吸收速率-10-5051015020406080100120移栽后的天數/d磷吸收速率/(mg缽-1d-1)CK1CK2R1R2R3R4圖3水稻對鉀的吸收速率-60-40-200204060020406080100120移栽后的天數/d鉀吸收速率/(mg缽-1d-1)CK1CK2R1R2R3R4圖4水稻對硅的吸收速率-150-100-50050100150200020406080100120栽秧后的天數/d硅吸收速率/(mg缽-1d-1)CK1CK2R1R2R3R4590生態環境第13卷第4期（2004年11月）收硅的速率來看，各處理在不同時段的吸收速率不同，對照處理在水稻移栽后3045d這段時間吸硅的速率最快，達63.84g/(缽d)，而施用了硅肥的各處理均推遲到6090d這個時段，且這段時間施硅處理比對照的吸收速率提高了102.1%223.1%。圖4還顯示，水稻在生長過程中隨著植株體的長大對硅的吸收量逐漸增加，吸收高峰都在90d左右，在收獲前的最后16d左右的時間內，水稻基本上不再吸收土壤中的硅素，反而因地下部根系和下部葉片的枯萎、衰老等因素而使植株體內硅含量降低。2.3水稻對N、P、K、Si的吸收動力學利用動力學方程描述植物對養分的吸收已有研究報道10。常用的方程有拋物線擴散方程、Elovich方程、Freundiich方程、一級動力學方程和多項式方程。本文分別用擴散方程、Elovich方程和多項式方程對水稻生長期內(106d)吸收硅、氮、磷、鉀的量隨時間變化規律進行了動力學方程擬合。結果(見表4)表明：三個方程對每種處理下水稻吸收硅、氮、磷、鉀養分情況的擬合度都達到了極顯著性相關水平(相關系數r值在0.887*到0.991*之間變化)；以r均值和r值的變異系數為方程擬合度高低的標準可看出，水稻對四種養分元素的吸收規律均以多項式方程的擬合度最好，該方程對四種養分元素而言均具有最高的r值及最小的變異系數。對硅而言，多項式方程對每種處理擬合的相關系數平均值為0.941*，變異系數為0.61，相比之下，Elovich方程對它的擬合度就差一些，相關系數均值為0.900*，變異系數為1.20。三種方程擬合所得的b值與水稻的吸硅量、吸硅速率之間的相關性都達到了顯著或極顯著差異水平(r0.857*0.992*)，b值可用來預測水稻的吸硅量與吸硅速度。水稻吸氮的情況雖以多項式方程擬合最好，六個處理的相關系數均值為0.986*，但其b值與水稻吸氮量與吸氮速率之間的相關性很差；相反，擴散方程與Elovich方程擬合所得的b值與水稻吸氮量之間的相關性都達到了顯著性水平(r0.975*，0.967*)。可以由這兩個方程的b值來預測水稻的吸氮量，就這一點而論，擴散方程和Elovich方程對水稻吸氮的擬合度比多項式方程更好，相比之下又以擴散方程為最佳。多項式方程對水稻吸磷和吸鉀的擬合相關系數均值分別為0.941*和0.964*，對磷、鉀而言三個方程的擬合度大小順序為：多項式方程擴散方程Elovich方程。Elovich方程擬合表4水稻對N、P、K、Si的吸收動力學數學模型處理擴散方程qtabt1/2Elovich方程qtablnt多項式方程Yax2bxcrabrabrabcNCK10.971-1152.2340.260.973-30641135.20.988-0.26855.94-739.4CK20.971-1133.2356.740.980-31701198.50.991-0.31162.18-774.1R10.947-1078.9348.900.960-30931177.70.984-0.37469.23-900.4R20.945-1011.6329.980.958-29181114.30.981-0.35265.21-845.4R30.957-1107.4344.670.963-30611154.30.980-0.30860.96-781.2R40.983-1316.9373.430.976-33681233.50.990-0.20650.81-637.4CV/%1.570.950.47PCK10.947-237.7959.130.929-554.02193.090.955-0.0267.31-115.02CK20.938-260.8968.110.927-631.24224.000.946-0.0389.29-137.90R10.924-262.4366.050.900-610.20214.280.933-0.0267.75-116.75R20.945-229.7861.220.936-565.11201.970.957-0.0419.11-135.62R30