Research and Development of Silicon-Calcium-Potassium-Magnesium Fertilizer Soil Conditioner and Application
Abstract：
In connection with problems of soil acidification, salinization, soil pollution, etc., with activated humic acid combined with raw mineral materials such as potassium feldspar and limestone, etc., which are rich in potassium, calcium and silicon, research and development are carried out for the second time, and silicon-calcium-potassium-magnesium fertilizer soil conditioner is developed which can be used for improving the soil. And contrast experiment on soil improvement is carried out in orchard acid soil with common soil conditioner (phosphogypsum soil conditioner). Experimental results show that using silicon-calcium-potassium-magnesium fertilizer as soil conditioner, apple yield increases by 12.31% and 5.85% respectively compared with applying no soil conditioner treatment and applying phosphogypsum as soil conditioner treatment, yield increase effect is significant; compared with phosphogypsum soil conditioner, silicon-calcium-potassium-magnesium fertilizer soil conditioner has more obvious effect on soil improvement, soil pH increases by 0.27 and 0.15 respectively compared with applying no soil conditioner treatment and applying phosphogypsum as soil conditioner treatment, and soil cation exchange capacity increases by 0.32 cmol/kg and 0.1 cmol/kg respectively.
目前，土壤酸化已经成为影响农业生产和生态环境的一个重要因素[1-2]。土壤酸化会影响肥料的有效性，加剧土壤矿物质营养元素的流失，使得钾、钠、钙、镁等离子的淋溶加剧，导致土壤肥力下降。土壤酸化可促进有毒有害金属元素的活化和溶出，加重铝、锰、铬、镉有毒金属离子的淋失和溶出，使得土壤退化加剧，污染土壤和水环境[3-4]。土壤酸化会影响土壤微生物的生命活动，抑制土壤有益微生物的生长、繁殖和活动，从而影响土壤有机质的分解和土壤中碳、氮、磷、硫的循环。土壤酸化也会导致土壤板结，使得土壤耐寒能力降低，影响作物对水分和养分的吸收，抑制作物的正常生长发育。造成土壤酸化的原因很多：①氮肥和磷肥施用过量，而有机肥和微量元素施用不足；②盐基离子淋失、土壤交换性Al3+和H+增多；③酸雨及大量酸性气体的排放[5-7]。近年来，在设施栽培条件下，由于速效性有机肥(如粪尿肥)和化肥用量大，设施棚室内温度高、蒸发量大、雨水淋溶作用少等，耕层土壤盐分积累严重，常引起不同程度的次生盐渍化[4]。迄今为止，在土壤改良中所涉及到的非金属矿物主要有膨润土、石灰岩、白云石、沸石、泥炭等，已形成以矿物肥料、改良剂、营养物质载体等为主的系列产品，在改良土壤方面成为促进农业发展较为重要的物质条件[5]。
本研究中的硅钙钾镁肥是在腐殖酸活化基础上进行二次研发，结合钾长石和石灰石资源，通过高温高压水热反应，对钾长石和石灰石尾矿资源再利用，研发出一系列硅钙钾镁肥。硅钙钾镁肥中添加了钙、镁、硅等中微量元素，不仅能改良土壤酸化，还能够满足作物对钙、镁等中微量元素和硅有益元素的吸收。目前，针对硅钙钾镁肥的土壤酸化改良研究相对较少，本研究以硅钙钾镁肥为新型土壤调理剂，以磷石膏为传统土壤调理剂，以不施用土壤调理剂为空白对照，在胶东酸化果园土壤上进行试验，以期为土壤酸化改良提供一条新途径。
1
研发工艺
主要研发工艺是将矿石中的矿质元素整体活化分解，并补充多种中微量营养元素，以提高土壤肥力水平、促进植物营养平衡、改善土壤肥力退化和土壤贫瘠。采用不同矿源的煤基腐殖酸的新型固相活化工艺技术，筛选干法快速活化剂和高效催化剂，以提高活化效率、降低生产能耗，并与钾长石和石灰石尾矿利用生产工艺技术相结合，实现低成本新型土壤调理剂中活化腐殖酸的工程化。硅钙钾镁肥生产工艺流程如图 1所示。
图 1
2
试验材料与方法
2.1
供试土壤
试验地设在山东省威海市环翠区桥头镇碑鲁村，属于温带季风性气候区，近3年年平均温度11.8 ℃，年平均降水量890.1 mm。供试土壤按土壤系统命名为普通简育湿润淋溶土，其基本理化性状如表 1所示。
表 1
|
有机质/ (mg·kg -1) |
碱解氮/ (mg·kg -1) |
速效磷/ (mg·kg -1) |
速效钾/ (mg·kg -1) |
pH |
交换酸/ (cmol·kg -1) |
容重/ (g·cm -3) |
机械组成/%(质量分数) |
|
黏粒 |
粉粒 |
砂粒 |
|
10.42 |
112.5 |
37.13 |
115.49 |
4.08 |
2.85 |
1.52 |
25.5 |
40.6 |
33.9 |
试验区土壤试验前pH为4.08，达强酸性，严重制约果树产量和品质，亟需进行土壤改良。
2.2
供试作物与肥料
供试作物：苹果，品种为红富士，11年生，种植密度为45棵/亩(1亩=666.67 m2)，树龄相同，树势整齐。
供试肥料：有机无机复混肥，w(有机质)≥20%，N-P2O5-K2O为15-5-10；复混肥，N-P2O5- K2O为15-15-15；硅钙钾镁肥土壤调理剂，w(CaO) ≥20%，w(MgO)≥5%，w(SiO2)≥10%，w(K2O) ≥4%，w(腐殖酸)≥3%，pH为10~13；磷石膏。
2.3
试验设计
试验共设3个处理：常规施肥(CK)；磷石膏土壤调理剂+常规施肥(NAF)，磷石膏土壤调理剂施用量为850 kg/hm2；硅钙钾镁肥土壤调理剂+常规施肥(AF)，硅钙钾镁肥土壤调理剂施用量为850 kg/hm2)。常规施肥是指试验进行中分别于2014年3月20日统一施用有机无机复混肥2 250 kg/hm2；2014年6月22日施用复混肥3 000 kg/hm2。每个处理3次重复，一棵树为一次重复。施肥方式按照在树冠下距离果树主干1 m左右处挖穴，穴深约20 cm，直径约25 cm，每株果树挖穴8个。各小区除了施用肥料不同外，其他农艺措施和田间管理均一致。
2.4
样品采集与测定项目
样品采集于2014年10月25日(果实成熟期)进行。土样采集方法是在距离树干0.8~1.2 m范围内随机选取0~40 cm 4个点采集土样，将土样充分混匀、风干，然后分别过0.425 mm(40目)筛和0.150 mm(100目)筛并贮存备用。
主要测定项目[8]：土壤pH按土水比1 :5，采用Sartorius PB-10酸度计测定；果实硬度采用硬度计法测定；还原糖含量采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；可溶性固形物含量采用折光仪法测定；总糖量采用酸水解铜还原直接滴定法测定；总酸度采用滴定法测定。
产量测定按照每个处理在果树的不同方位随机采集28个苹果，称重，取平均值计算单果重。根据每棵树的苹果数量计算出单株产量，再根据每公顷种植670株果树计算出每公顷产量。
试验数据采用Excel 2007与SAS 8.1软件进行处理和统计分析；采用Duncan软件进行差异显著性检验，分析不同处理间的显著性(p＜0.05)水平。
3
结果分析
3.1
硅钙钾镁肥土壤调理剂对苹果产量及品质的影响
如表 2所示：无论是硅钙钾镁肥土壤调理剂还是磷石膏土壤调理剂，施用后的苹果产量均有增加趋势，与CK处理相比，施用土壤调理剂后苹果产量提高6.10%~12.31%，其中以硅钙钾镁肥土壤调理剂处理的产量最高，与磷石膏土壤调理剂处理差异显著；硅钙钾镁肥土壤调理剂较CK处理增产率达12.31%，较施用磷石膏土壤调理剂增产率达5.85%，增产效果显著。
表 2
|
处理 |
产量/ (kg·hm -2) |
硬度/ (kg·cm -2) |
可溶性固形物/% |
总糖含量/ (mg·g -1) |
可滴定酸含量/% |
糖酸比 |
|
CK |
27 839.4 c |
8.7 a |
14.4 b |
8.39 ab |
0.31 a |
28.66 b |
|
NAF |
29 539.2 b |
7.8 ab |
15.4 ab |
9.02 a |
0.31 a |
28.92 b |
|
AF |
31 267.1 a |
8.4 a |
16.2 a |
9.56 a |
0.28 ab |
33.37 a |
果实的硬度、可溶性固形物含量、总糖含量、可滴定酸含量均是衡量苹果果实品质的重要指标。由表 2可看出：施用土壤调理剂处理的苹果硬度均低于CK处理；与磷石膏土壤调理剂处理相比，硅钙钾镁肥土壤调理剂处理的苹果可溶性固形物含量相对较高，但各处理间差异不显著；在各处理中，施用土壤调理剂能提高果实总糖含量并降低可滴定酸的含量，但硅钙钾镁肥土壤调理剂处理与磷石膏土壤调理剂处理间差异不显著；硅钙钾镁肥土壤调理剂处理的苹果糖酸比有所提高，且差异达到显著性水平，与CK和施用磷石膏土壤调理剂处理相比，苹果糖酸比分别提高16.43%和15.39%，而施用磷石膏土壤调理剂的苹果糖酸比与CK处理无显著差异。这是由于硅钙钾镁肥土壤调理剂添加了钙、镁、硅等中微量元素，可有效抑制缺素型生理病害的发生，促进作物新陈代谢。此外，硅钙钾镁肥土壤调理剂施用方便，安全无污染，有效节约成本，具有显著的社会、生态和经济效益。
3.2
硅钙钾镁肥土壤调理剂对土壤酸化的改良效果
如表 3所示：施用土壤调理剂后，果园土壤pH均呈升高趋势，其中硅钙钾镁肥土壤调理剂的酸化改良效果较显著，较CK处理提高了0.27，较施用磷石膏土壤调理剂处理提高了0.15；施用土壤调理剂后，果园土壤的阳离子交换量(CEC)均呈升高趋势，其中硅钙钾镁肥土壤调理剂处理的CEC提高幅度较大，较CK处理提高0.32 cmol/kg，较施用磷石膏土壤调理剂处理提高0.11 cmol/kg。
表 3
|
处理 |
土壤pH |
CEC/(cmol·kg -1) |
|
AF |
5.39 |
9.78 |
|
NAF |
5.27 |
9.67 |
|
CK |
5.12 |
9.46 |
4
结语
(1) 与未施土壤调理剂处理以及施用磷石膏土壤调理剂处理相比，施用硅钙钾镁肥土壤调理剂的苹果增产率分别达到12.31%和5.85%，增产效果显著。
(2) 新型硅钙钾镁肥土壤调理剂较普通土壤调理剂有明显的土壤改良效果，与未施土壤调理剂处理以及施用磷石膏土壤调理剂处理相比，土壤pH分别提高了0.27和0.15，土壤的CEC分别提高了0.32 cmol/kg和0.11 cmol/kg。
(3) 在发生土壤酸化的果园中施用硅钙钾镁肥土壤调理剂可改善苹果品质，果实糖酸比较未施用土壤调理剂处理和施用磷石膏土壤调理剂处理分别提高16.43%和15.39%。
沪公网安备 31010702007066号