Effects of Combined Application of Fully Water-Soluble Potassium Magnesium Sulfate Fertilizer with Nitrogen and Phosphorus Fertilizers on the Growth of Pakchoi
摘要：
为探究氮、磷肥与不同量的全水溶型硫酸钾镁肥配施对小白菜生长发育的影响, 并为后续配方肥的开发提供参考，开展了盆栽试验。试验共设置7个处理，以不施肥、施用氮磷肥(N+P2O5=1.5 g+0.5 g)为对照(CK1、CK2)处理，氮磷肥分别添加全水溶型硫酸钾镁肥0.5、1.0、1.5、2.0、3.0 g为T1~T5处理，考察了不同处理的小白菜生长指标、土壤养分指标和植株养分指标。结果表明：相较于CK1、CK2处理，T3~T5处理在不同程度上提高了小白菜的生长指标(株高、干质量、鲜质量、最大叶叶宽和叶长)、土壤养分指标(全氮、有效钾、有效镁、有效硫含量)和植株养分指标(氮、钾、镁、硫含量)，其中对土壤中有效硫含量的提升效果最为显著；从经济效益和减肥增效角度考虑，在试验条件下，T3处理的效果较好。
Abstract：
To investigate the effects of combined application of nitrogen (N) and phosphorus (P) fertilizers with different rates of fully water-soluble potassium magnesium sulfate fertilizer on the growth and development of pakchoi, and to provide a reference for the subsequent development of compound fertilizers, a pot experiment is conducted. Seven treatments are established. No fertilization and the application of N and P fertilizers alone (N+P2O5=1.5 g+0.5 g) served as the controls (CK1 and CK2, respectively). Treatments T1 to T5 are composed of N and P fertilizers supplemented with fully water-soluble potassium magnesium sulfate fertilizer at rates of 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, and 3.0 g, respectively. The study examines growth indicators of pakchoi, soil nutrient indicators, and plant nutrient indicators across different treatments. The results show that, compared with the CK1 and CK2 treatments, T3 to T5 treatments enhance the growth indicators of pakchoi (plant height, dry weight, fresh weight, maximum leaf width and length), soil nutrient indicators (total nitrogen, available potassium, available magnesium, available sulfur contents), and plant nutrient indicators (nitrogen, potassium, magnesium, sulfur contents) to varying degrees. The improvement effect on soil available sulfur content is the most significant. Considering economic benefits and the principles of fertilizer reduction and efficiency enhancement, T3 treatment exhibits a relatively better effect under the experimental conditions.
全水溶型硫酸钾镁肥是以地下卤水为原料，经浮选分离工艺制成的天然钾镁肥，其中w(K2O)≥24.0%，w(Mg)≥6.0%，w(S)≥16.0%，pH为7.0~9.0，是一类优质无氯肥料，不仅能为土壤提供丰富的钾、镁、硫等营养元素，还能在一定程度上改善土壤结构，促进作物根系生长发育，增强作物抗病性[1]。
钾是植物生长发育必需的大量元素，参与光合作用、营养物质转运，并能增强植物抗逆性等。相关研究表明，植物长期缺钾，叶片易出现皱曲反卷、干枯坏死，后期形成褐色斑点并逐渐扩大连片，最终导致老叶和新叶相继干枯坏死至脱落。长期钾胁迫会一定程度抑制植物光合效率和水分利用率，从而影响植物的生长发育及产量[2-3]；缺钾还会影响根系生长发育，导致植物出现烂根坏根，表现为植株生长发育受抑，植株变得矮小枯萎[4]。因此，合理施用钾肥能够提高作物产量及品质，但过量施钾则会阻碍作物生长发育，并产生拮抗作用[5]，影响作物对钙、镁、锰等元素的吸收。
镁和硫是植物生长发育必需的中量元素，其中镁是构成叶绿素的主要成分，参与植株的光合作用，也是多种酶的催化剂，能够参与植物体内一系列的酶促反应，进一步影响植株代谢和物质合成[6]。研究表明，叶菜种植过程中施用适量的镁肥，可以使叶片更加青绿、厚实，叶菜长势更加均一，从而提高商品价值[7]。硫在叶菜生长发育过程中参与了蛋白质和氨基酸的合成，对维持叶菜细胞的正常结构和功能提供了保障。合理配施硫肥不仅能提高作物的抗逆性，还能促进作物根系生长，增强作物对土壤养分吸收的能力[8-9]。总之，在叶菜生长发育过程中，配施适量的镁肥和硫肥是必要的。
随着对农业种植技术理解的日益加深，种植户更加注重作物养分的需求与平衡。全水溶型硫酸钾镁肥较单纯钾肥优势更为明显，其不仅能同时补充钾、镁、硫等3种营养元素，而且价格更为亲民，性价比较高。本文以国家大力发展高附加值蔬菜产业和高端精品蔬菜种植为契机，通过盆栽试验，探究氮、磷肥与不同梯度的全水溶型硫酸钾镁肥配施对小白菜生长发育的影响，以期为后续配方肥的开发提供一定的科学支撑。
1
试验设计
1.1
试验地概况
试验于2024年6月—11月在河北省三河市国投罗钾智慧农业研发基地的智能温控玻璃大棚内进行。试验采用盆栽土培，供试土壤取自河北省三河地区大田种植区，取样地当季种植的作物为夏玉米，土壤类型为偏砂质土。取土深度为0~20 cm，按对角线取样法在取样地随机选取5处取样，混合均匀后作为供试土壤。供试土壤经风干磨细并过1.69 mm(15目)筛网后，即为试验土壤，其理化性状见表 1，表中数据为3次测定结果的平均值及标准偏差。
表 1
|
w(全氮)/(g·kg-1) |
w(有机质)/(g·kg-1) |
w(碱解氮)/(mg·kg-1) |
w(有效磷)/(mg·kg-1) |
w(速效钾)/(mg·kg-1) |
w(有效镁)/(mg·kg-1) |
w(有效硫)/(mg·kg-1) |
pH |
|
1.09±0.01 |
13.40±0.05 |
107.00±9.24 |
52.50±0.18 |
372.67±5.39 |
309.00±10.97 |
5.83±0.01 |
7.85±0.01 |
1.2
供试材料
供试作物：不结球白菜(以下简称“小白菜”)，品种为“京油一号”，种子在当地农资店购买。
试验用盆：长、宽、高分别为50、18.8、15 cm，满盆可装风干土10.3 kg，试验时每盆装风干土7 kg。
供试肥料：尿素[w(N)为46.7%]、磷酸二氢铵[w(N)为11.8%，w(P2O5)为60.0%]，天津市致远化学试剂有限公司；全水溶型硫酸钾镁肥[w(K2O)≥35.0%，w(Mg)≥5.0%，w(S)≥17.0%]，国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司。
1.3
试验设计
依据北方地区大棚种植小白菜的常用施肥习惯，结合土壤养分本底值与小白菜养分需求规律[10-12]，确定盆栽试验氮、磷施肥比例为3∶1。氮肥用量按1 hm2施用纯氮150 kg，换算成1 kg风干土施用纯氮0.214 g，每盆施用纯氮1.50 g，则每盆作物整个生育期内施用尿素3.00 g、磷酸二氢铵0.83 g。以不施肥、施用氮磷肥(N+P2O5=1.5 g+0.5 g)为对照(CK1、CK2)处理，以全水溶型硫酸钾镁肥用量为试验施钾变量(T1~T5)，通过设置梯度试验确定硫酸钾镁肥适宜的添加量。7个处理的氮、磷、钾施用量见表 2。
表 2
|
处理 |
施肥种类 |
施肥量/g |
|
CK1 |
不施肥 |
0 |
|
CK2 |
N+P2O5 |
1.5+0.5 |
|
T1 |
N+P2O5+K2O |
1.5+0.5+0.5 |
|
T2 |
N+P2O5+K2O |
1.5+0.5+1.0 |
|
T3 |
N+P2O5+K2O |
1.5+0.5+1.5 |
|
T4 |
N+P2O5+K2O |
1.5+0.5+2.0 |
|
T5 |
N+P2O5+K2O |
1.5+0.5+3.0 |
按照基肥+一次追肥进行施肥，单次施用量为整个生育期施肥量的50%。每次施肥时，将肥料溶于1 000 mL纯净水中随水施肥。幼苗长至4片真叶时，选取长势均一的植株进行移栽，每盆移植幼苗6棵，其中每盆相邻两棵作物当作一个重复，每盆作为1个处理，重复3次。9月7日施基肥，9月14日施追肥，10月12日测定生长指标，并取植株和土壤样品测定相关指标。
1.4
指标测定
植株生长指标(株高、最大叶片的宽度和长度、单株植株地上部鲜质量、单株植株干质量)采用直接测量法测定；土壤理化指标(全氮、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、有效镁、有效硫含量及pH)、植株养分指标(氮、磷、钾、镁、硫含量)均委托北京市农林科学院进行测定。
1.5
数据分析
采用SPSS 20.0软件进行显著水平为P＜0.05的数据间差异性ANOVA检验，采用RStudio(版本为4.4.2)中的ggplot2函数完成所有分析的可视化。
2
结果与分析
2.1
不同处理的小白菜生长指标
不同处理的小白菜生长指标见表 3，表中同列数据后不同小写字母表示各处理间差异显著(P＜0.05)，下同。
表 3
|
处理 |
株高/cm |
最大叶叶宽/cm |
最大叶叶长/cm |
鲜质量/g |
干质量/g |
|
CK1 |
12.77±0.19 b |
4.73±0.23 c |
10.66±1.48 a |
90.70±1.14 b |
0.87±0.03 b |
|
CK2 |
17.25±0.53 ab |
7.56±0.35 ab |
11.49±1.17 a |
93.97±0.32 a |
1.94±0.02 ab |
|
T1 |
15.39±0.53 ab |
7.24±0.53 b |
12.54±0.24 a |
93.73±0.67 a |
1.82±0.45 ab |
|
T2 |
16.57±0.91 ab |
6.41±0.32 bc |
11.75±0.63 a |
93.93±0.48 a |
1.84±0.27 ab |
|
T3 |
19.07±2.13 a |
9.67±0.32 a |
10.45±1.25 a |
94.60±0.15 a |
2.75±0.46 a |
|
T4 |
16.93±0.32 ab |
8.00±0.67 ab |
11.80±0.86 a |
93.67±0.48 a |
2.25±0.34 ab |
|
T5 |
15.26±0.95 ab |
8.13±0.46 ab |
11.38±0.72 a |
93.67±0.48 a |
1.83±0.33 ab |
从表 3可看出：施肥处理显著影响了小白菜的最大叶叶宽、鲜质量指标；T3处理的株高、最大叶叶宽、鲜质量、干质量指标显著优于CK1处理的；施肥处理对小白菜最大叶叶长无显著性影响。总体来说，T3处理的小白菜各项生长指标较为突出。
2.2
不同处理的土壤理化指标
不同处理的土壤理化指标见图 1~图 5，图中不同小写字母表示各处理间差异显著(P＜0.05)，下同。
图 1
图 2
图 3
图 4
图 5
从图 1可看出：施肥处理对土壤中全氮含量产生了显著影响(P=0.003 9)；CK2处理的全氮含量最高，与CK1、T4处理的差异显著，与T1、T2、T3、T5处理无显著性差异。这表明施肥能够提高土壤中全氮的含量。
从图 2可看出：施肥处理对土壤中有机质和碱解氮含量未产生显著性影响(P分别为0.062和0.279)；T3处理的土壤中有机质含量最高(13.73 g/kg)，相较于其他处理，T3处理对原始土壤中有机质含量(13.40 g/kg)的改变最小。CK2、T1处理的土壤中碱解氮含量均较高，分别为204.67、194.33 mg/kg；相较于原始土壤和CK1处理，CK2、T1处理均提高了土壤中碱解氮含量，但差异不显著。这表明施肥处理并未显著改变土壤中有机质和碱解氮的含量。
从图 3可看出：施肥处理能够显著提高土壤中有效磷和有效镁的含量(P均＜0.001)；随着全水溶型硫酸钾镁肥施用量的增加，土壤中有效磷和有效镁含量均呈现不断提高的趋势，其中T3~T5处理的土壤中有效镁含量显著高于其他处理的；T5处理的土壤中有效磷、有效镁含量最高，分别为63.77、472.00 mg/kg。
从图 4可看出：施肥处理显著改变了土壤中速效钾和有效硫含量(P均＜0.001)；相较于CK1、CK2处理，T3、T5处理均显著提高了土壤中速效钾和有效硫含量；与原始土壤中有效硫质量分数(5.83 mg/kg)相比，T3(168.50 mg/kg)、T5(240.67 mg/kg)处理的提升幅度可达27.9、40.3倍。
从图 5可看出：施肥处理对土壤pH产生了显著影响；与CK1处理相比，T1~T5处理显著降低了土壤pH，土壤pH呈现由弱碱性向中性变化的趋势。
2.3
不同处理的小白菜植株养分指标
不同处理的小白菜植株养分指标见图 6~图 8。
图 6
图 7
图 8
从图 6可看出：与CK1处理相比，施肥处理对小白菜植株中氮素和镁素的含量均有显著影响(P分别为＜0.001和0.036 4)；施肥处理能够显著提高小白菜植株中氮素含量，但各施肥处理的植株中氮素含量无显著性差异；与CK1处理相比，仅T5处理显著提高了小白菜植株中镁素含量，其他施肥处理间植株镁素含量差异不显著。
从图 7可看出：施肥处理显著影响了小白菜植株中钾素、硫素的含量(P均＜0.001)，随着全水溶型硫酸钾镁肥施用量的增加，植株中钾素、硫素含量整体呈上升趋势；T3处理的植株中钾素质量分数最高，T5处理的植株中硫素质量分数最高，分别为6.490%、1.303%(占植株干质量比例)；与CK1、CK2处理相比，T3~T5处理显著提高了小白菜植株中钾素含量，T2、T4、T5处理显著提高了小白菜植株中硫素含量。总之，在氮磷肥中适当提高全水溶型硫酸钾镁肥的添加量，能够在一定程度上提升小白菜植株中钾素和硫素的含量。
从图 8可看出：施肥处理对小白菜植株中磷素含量无显著影响(P=0.71)；T2处理的植株中磷素质量分数最高，为0.456%。这表明植株中磷素含量对不同施肥处理的响应并不敏感。
3
讨论
随着全水溶型硫酸钾镁肥施用量增加，小白菜的株高、最大叶叶宽、鲜质量、干质量呈先升高后降低的趋势，这与罗春梅等[13]的研究结果一致。T3处理的小白菜株高、最大叶叶宽、鲜质量、干质量数值最大，对小白菜生长指标的提升最明显。这表明硫酸钾镁肥施用量需根据当地土壤的供钾水平来确定，土壤中过高的钾镁比会抑制作物的生长发育[14-15]。
施用全水溶型硫酸钾镁肥能够显著提高土壤中相关养分指标，显著降低土壤pH。随着全水溶型硫酸钾镁肥施用量的不断提高，土壤中速效钾、有效镁、有效硫含量不断增加，尤其是对土壤中有效硫含量的提升最为显著，提升幅度达到了28~40倍，这主要得益于全水溶型硫酸钾镁肥中含有丰富的硫元素。赵洁等[16]的研究发现，在钾镁含量较低的土壤中施用硫酸钾镁肥对土壤中有效硫含量的提升不明显，同时还会降低土壤中速效钾和有效镁的含量。这与试验结果不一致，可能是由于土壤对硫酸钾镁肥中钾、镁、硫元素的吸附能力受土壤原始养分有效性的影响[17]。因此，在施用硫酸钾镁肥时，应充分考虑土壤养分的本底值，以避免养分之间产生拮抗作用，影响作物对养分的吸收利用。综合来看，T3、T5处理对土壤养分各项指标的提升效果较突出。
与CK1处理相比，施用全水溶型硫酸钾镁肥主要改变了小白菜植株中氮、钾、硫、镁等元素的含量，对植株中磷元素的含量无显著影响。T1~T5处理的植株养分指标(氮、磷、钾、镁、硫)无显著性差异，这与罗春梅等[13]的研究结果不一致。可能是土壤中氮、磷、钾、镁有效养分水平较高，导致作物对肥料的依赖性降低[18]；而作物对硫吸收的能力受土壤供硫水平的影响，研究表明，适宜的土壤供硫能力有助于提高植株的硫吸收积累量，过高的土壤硫水平则会抑制作物的硫吸收能力[19-20]。总的来说，与植株中氮、磷、镁元素相比，植株中钾、硫元素对施肥处理的响应相对敏感，全水溶型硫酸钾镁肥施用量的变化并不能显著改变植株养分指标。
4
结语
通过盆栽试验，验证了氮磷肥与全水溶型硫酸钾镁肥混合施用对小白菜生长有一定程度的提升作用，其中T3和T5处理的小白菜生长指标(叶宽、叶长、干鲜质量)、植株养分指标(钾、镁、硫含量)、土壤养分指标(速效氮、有效磷、有效镁、有效硫含量)均较为突出，尤其是对土壤中有效硫含量的提升幅度达28~40倍。从经济效益和作物营养角度考虑，T3处理为较理想的肥料配比。
沪公网安备 31010702007066号