含硅熔渣對水稻養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量的影響.doc

-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-含硅熔渣對水稻養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量的影響高明，魏朝富，車福才，慈恩，謝德體西南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶400716摘要：采用盆栽試驗(yàn)方法，研究了不同含硅熔渣對水稻養(yǎng)分的吸收和產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，在施用氮、磷、鉀肥的基礎(chǔ)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(chǎn)效果差異較大，增產(chǎn)最顯著的是鐵渣和黃磷爐渣，分別比對照增產(chǎn)43.4%和31.6%，施用含硅熔渣的各處理比對照平均增產(chǎn)19.1%，各處理間的產(chǎn)量經(jīng)方差分析和多重比較達(dá)顯著或極顯著差異水平。擴(kuò)散方程、Elovich方程和多項(xiàng)式方程均能很好地描述水稻生長期內(nèi)水稻對N、P、K、Si的吸收過程，尤以多項(xiàng)式方程擬合最佳。關(guān)鍵詞：含硅熔渣；水稻；養(yǎng)分；產(chǎn)量中圖分類號(hào)：X705文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-2175（2004）04-0587-05含硅熔渣是冶煉工業(yè)中，原料在爐內(nèi)經(jīng)高溫變成液態(tài)、分層，通過排渣口分離、冷卻、凝固后廢棄的固態(tài)物質(zhì)。含硅熔渣作為一種重要的硅肥資源和土壤改良劑，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上早已被廣泛應(yīng)用13。自20世紀(jì)50年代，日本人應(yīng)用含硅爐渣改良退化稻田成功后，有關(guān)土壤和水稻中硅的研究文獻(xiàn)日漸增多。20世紀(jì)70年代后，些主要產(chǎn)稻國已將施用硅肥作為提高水稻產(chǎn)量的重要措施研究表明46，適量供給硅可以促進(jìn)水稻生長發(fā)育，提高光能利用率，改善呼吸作用，降低蒸騰作用，增強(qiáng)抗逆性，調(diào)節(jié)水稻對某些養(yǎng)分的吸收和利用，進(jìn)而保證水稻的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。此外硅還有提高水稻遺傳物質(zhì)穩(wěn)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(jù)有關(guān)資料表明8，我國目前缺硅土壤面積相當(dāng)大，每年需要硅肥30004000萬t，可是目前生產(chǎn)硅肥能力只有30萬t，并且只集中在個(gè)別省份。因而，利用各種工業(yè)含硅熔渣廢物生產(chǎn)硅肥，不僅資源豐富，而且生產(chǎn)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(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。本研究試圖通過對重慶地區(qū)不同冶煉廠生產(chǎn)的不同熔渣類型對水稻養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量的影響研究，以期篩選出增產(chǎn)潛力大的熔渣類型，為生產(chǎn)含硅多元復(fù)合肥提供理論依據(jù)。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(zhì)發(fā)育的黃砂土為供試土壤，其pH5.4，有機(jī)質(zhì)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(yōu)838，秧齡57d。1.2試驗(yàn)方法1.2.1試驗(yàn)處理在對重慶主要含硅廢渣調(diào)查、取樣、分析的基礎(chǔ)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(jìn)行盆栽試驗(yàn)，供試熔渣的主要化學(xué)組成和有效硅含量分別見表1。每盆缽裝過3mm篩的風(fēng)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(yàn)處理編號(hào)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(fù)9次，其中6次用于水稻吸收硅、氮、磷、鉀養(yǎng)分的動(dòng)力學(xué)研究，3次重復(fù)用于收產(chǎn)；R5、R6重復(fù)3次。隨機(jī)區(qū)組排列。表1供試含硅熔渣的主要化學(xué)組成及有效硅含量采樣地點(diǎn)熔渣類型處理號(hào)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(tài)環(huán)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(xué)成分的測定采用NaOH熔融，硅用質(zhì)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(jì)法；pH用電極法。植株硅含量用H2SO4-H2O2消煮-質(zhì)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(jì)法測定9。2結(jié)果與分析2.1含硅熔渣對水稻產(chǎn)量的影響試驗(yàn)結(jié)果表明（表2），在N、P、K肥施用的基礎(chǔ)上，增施不同類型的含硅熔渣對水稻均表現(xiàn)出不同程度的增產(chǎn)效果。其中增產(chǎn)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(chǎn)量差異達(dá)到了極顯著水平，分別增產(chǎn)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(chǎn)量比CK1分別增產(chǎn)31.6%和21.3%，其它幾個(gè)處理的產(chǎn)量比CK1高，而比CK2低。從表2還可看出：不同處理間每缽穗數(shù)，每穗粒數(shù)也有很大的差異，施用了硅渣肥的普遍比對照高。根質(zhì)量和千粒質(zhì)量各處理間差異不大。由此可見，在施用氮、磷、鉀肥的基礎(chǔ)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(jìn)紅等10,11研究的結(jié)果相似。施用不同含硅熔渣增產(chǎn)效果不一致的原因，主要與含硅熔渣的物質(zhì)組成，硅的含量及有效性有關(guān)。方差分析表明，不同處理間的水稻籽粒產(chǎn)量、莖葉質(zhì)量和生物量的差異均達(dá)到了顯著或極顯著差異水平；根質(zhì)量和區(qū)組間的差異不顯著。導(dǎo)致盆栽試驗(yàn)中水稻籽粒產(chǎn)量、莖葉質(zhì)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(yǎng)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(chǔ)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(nèi)氮含量略有降低，但由于對硅酸的吸收使植物干物質(zhì)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(jié)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(fā)達(dá)，稻株對氮的吸收速率遠(yuǎn)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(gè)范圍，施用中低微碳鉻渣處理的在這段時(shí)間最高吸氮速率達(dá)55.87mg/(缽d)，比其它處理都高。整個(gè)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(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)性狀的影響編號(hào)有效穗數(shù)/(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(shù)/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(shù)/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(yǎng)分的影響處理w/(mgg-1)吸收量/(mg缽-1)根莖葉籽粒根莖葉籽?？偭縉CK110.912.816.9116.0871.71063.02050.7CK211.212.117.7104.7853.71269.62228.0R112.810.817.4117.1797.01177.22091.3R210.711.017.8113.2740.51129.41983.1R312.011.916.0123.8868.71104.22096.7R412.311.517.2119.1865.41312.42296.9R511.09.718.1130.1782.51498.12410.7R610.46.714.7154.6588.11325.62068.3PCK13.121.343.0533.291.3191.8316.3CK23.301.433.2830.8100.9235.3367.0R13.021.503.0627.6110.7210.6348.9R23.761.503.0039.8101.0190.4331.2R33.971.713.0941.1124.8213.2379.1R43.761.592.9036.4119.6221.3377.3R52.501.123.2029.690.4264.9384.9R62.150.722.9332.062.7264.2358.9KCK13.282.663.8334.91811.5240.91846.4CK23.352.703.8431.31904.9275.42211.6R14.222.463.6438.61815.5250.62104.7R24.462.343.1847.21575.3201.81824.3R34.422.043.2345.61489.2222.91757.7R44.282.183.2941.41640.4251.01932.8R53.311.933.5839.21556.9296.31892.4R63.312.343.5546.22038.8320.12405.1SiCK169.331.411.9737.42128.3748.53624.2CK270.537.314.2659.22631.51018.64309.3R176.332.515.1698.12398.51039.5413.61R294.535.613.9999.82396.6882.04278.4R381.845.017.8844.23285.01228.45357.6R477.851.319.5753.13860.21487.96101.2R558.634.415.4693.22775.01274.74742.9R649.026.610.5728.62317.6910.83957.0高明等：含硅熔渣對水稻養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量的影響589的R4處理，達(dá)21.67mg/(缽d)。2.2.2磷早期的試驗(yàn)認(rèn)為硅可部分地代替植物對磷的作用，后來，許多學(xué)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(fā)現(xiàn)，硅酸存在時(shí)水稻對磷的吸收受到一定的促進(jìn)作用，而當(dāng)磷酸存在時(shí)硅酸的吸收只受到輕微的抑制，他們認(rèn)為兩種元素在代謝方面有密切關(guān)系。表3表明：水稻在施用氮、磷、鉀肥的基礎(chǔ)上，增施不同類型的硅渣肥，可促進(jìn)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(nèi)，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(gè)高峰值，一個(gè)是在水稻移栽后4045d，另一個(gè)是在8090d，90d后各處理對磷的吸收速率顯著下降，到106d時(shí)水稻體內(nèi)的磷素呈現(xiàn)負(fù)增長，這與水稻的生長發(fā)育期有關(guān)。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(yǎng)的高，但每個(gè)處理差異較大，其原因有待進(jìn)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(chǔ)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(gè)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(nèi)吸鉀速率較平均，出現(xiàn)的吸鉀高峰在6090d這個(gè)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(zhì)向籽粒中輸送，為水稻高產(chǎn)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。2.2.4硅表3表明，水稻在施用氮、磷、鉀肥的基礎(chǔ)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(dá)9.45%，比對照的6.93%增加了36.3個(gè)百分點(diǎn)，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(guān)；同時(shí)，還受土壤中氧化鐵和氧化鋁含量的影響，因?yàn)殍F、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(yàn)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(guān)。增施不同類型的硅渣肥能提高水稻生長期內(nèi)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(gè)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(shù)/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(shù)/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(shù)/d硅吸收速率/(mg缽-1d-1)CK1CK2R1R2R3R4590生態(tài)環(huán)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(shí)段的吸收速率不同，對照處理在水稻移栽后3045d這段時(shí)間吸硅的速率最快，達(dá)63.84g/(缽d)，而施用了硅肥的各處理均推遲到6090d這個(gè)時(shí)段，且這段時(shí)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(shí)間內(nèi)，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(nèi)硅含量降低。2.3水稻對N、P、K、Si的吸收動(dòng)力學(xué)利用動(dòng)力學(xué)方程描述植物對養(yǎng)分的吸收已有研究報(bào)道10。常用的方程有拋物線擴(kuò)散方程、Elovich方程、Freundiich方程、一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和多項(xiàng)式方程。本文分別用擴(kuò)散方程、Elovich方程和多項(xiàng)式方程對水稻生長期內(nèi)(106d)吸收硅、氮、磷、鉀的量隨時(shí)間變化規(guī)律進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)方程擬合。結(jié)果(見表4)表明：三個(gè)方程對每種處理下水稻吸收硅、氮、磷、鉀養(yǎng)分情況的擬合度都達(dá)到了極顯著性相關(guān)水平(相關(guān)系數(shù)r值在0.887*到0.991*之間變化)；以r均值和r值的變異系數(shù)為方程擬合度高低的標(biāo)準(zhǔn)可看出，水稻對四種養(yǎng)分元素的吸收規(guī)律均以多項(xiàng)式方程的擬合度最好，該方程對四種養(yǎng)分元素而言均具有最高的r值及最小的變異系數(shù)。對硅而言，多項(xiàng)式方程對每種處理擬合的相關(guān)系數(shù)平均值為0.941*，變異系數(shù)為0.61，相比之下，Elovich方程對它的擬合度就差一些，相關(guān)系數(shù)均值為0.900*，變異系數(shù)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(guān)性都達(dá)到了顯著或極顯著差異水平(r0.857*0.992*)，b值可用來預(yù)測水稻的吸硅量與吸硅速度。水稻吸氮的情況雖以多項(xiàng)式方程擬合最好，六個(gè)處理的相關(guān)系數(shù)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(guān)性很差；相反，擴(kuò)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(guān)性都達(dá)到了顯著性水平(r0.975*，0.967*)。可以由這兩個(gè)方程的b值來預(yù)測水稻的吸氮量，就這一點(diǎn)而論，擴(kuò)散方程和Elovich方程對水稻吸氮的擬合度比多項(xiàng)式方程更好，相比之下又以擴(kuò)散方程為最佳。多項(xiàng)式方程對水稻吸磷和吸鉀的擬合相關(guān)系數(shù)均值分別為0.941*和0.964*，對磷、鉀而言三個(gè)方程的擬合度大小順序?yàn)椋憾囗?xiàng)式方程擴(kuò)散方程Elovich方程。Elovich方程擬合表4水稻對N、P、K、Si的吸收動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型處理擴(kuò)散方程qtabt1/2Elovich方程qtablnt多項(xiàng)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