钾硅肥替代化学钾肥施用效果及钝化土壤重金属效果研究

摘要

钾是植物生长过程中所必需的大量营养元素之一，合理施用钾肥是保证作物产量和品质的重要途径。但我国可溶性钾矿资源短缺，寻找合适钾肥替代措施关系国民粮食安全。由难溶性含钾矿物制成的钾硅肥对作物生长起到一定促进作用。为探究钾硅肥替代化学钾肥的施用技术，本研究采用盆栽试验，研究了水旱轮作模式下不同钾肥种类，钾硅肥不同用量，不同形态钾肥配比对油菜-水稻生长，钾素吸收及钾肥利用率的影响，明确了钾硅肥替代钾肥施用技术。在此基础上，为探究钾硅肥中含有的硅、钙等元素对土壤铅、镉的钝化效果，进一步研究了钾硅肥及其副产品（硅钙肥）施用对重金属污染土壤上水稻生长及重金属吸收的影响，结合土壤有效态重金属含量变化，分析了钾硅肥及硅钙肥降低水稻地上部各部位重金属含量的机制。为钾硅肥合理施用及改良重金属污染土壤提供理论依据。主要研究结果如下:
　　1.在等量钾肥(K2O)投入的情况下，钾硅肥施用效果和硫酸钾施用效果等同，都显著增加了两季作物的生物量。与不施钾处理相比，钾硅肥处理前、后两季的作物增产率分别为61.2％和37.8％，粉碎性钾矿粉对两季作物增产效果均不显著。钾硅肥施用显著增加了前季油菜和后季水稻茎秆的钾素含量，钾硅肥处理前、后两季的钾肥吸收利用率分别为50.7％和26.0％。钾硅肥施用显著增加了前季作物种植后土壤钾素含量。从钾的养分供应角度考虑，钾硅肥可以替代水溶性钾肥。
　　2.盆栽试验条件下，钾硅肥的适宜用量为0.15-0.225 g K2O/kg。前季油菜生物量随着钾硅肥用量的增加而增加，当施肥量达到2.25 g K2O/盆时，油菜生物量达到最大值，最大增产率为70.6％，显著高于其他处理。后季水稻生物量随着施肥量增加而增加，当施肥量为3.00 g K2O/盆时，生物量最大，最大增产率为57.0％。两季作物种植后，只有当施肥量为3.00 g K2O/盆时，偏养分平衡值小于1，此时土壤钾素处于盈余状态。
　　3.综合结果表明，含25％～50％水溶性钾的钾硅肥效果较好。不同形态的钾肥配比均能显著提高两季作物生物量和钾素积累量。与不施用钾肥处理相比，25％水溶性钾的钾硅肥处理春油菜和水稻的增产率分别为61.5％和50.7％，显著高于其他处理。含50％水溶性钾的钾硅肥处理两季作物总吸钾量最高，春油菜和水稻钾肥吸收利用率分别为58.0％和52.0％，钾肥真实利用率分别为98.3％和58.4％。钾肥施用显著增加第一季作物种植后土壤速效钾和缓效钾含量。
　　4.钾硅肥的施用显著降低了水稻地上部各部位铅、镉的积累量，且水稻地上部铅、镉的积累量随着钾硅肥用量的增加而降低。钾硅肥的施用显著降低了水稻茎、叶和籽粒中铅和镉的积累量，与施用硫酸钾处理相比，水稻茎、叶和籽粒中铅和镉的积累量分别降低了34.2％、49.0％、18.6％和28.2％、42.4％、24.4％，且随着钾硅肥用量的增加，水稻地上部各部位铅镉的积累量显著降低，但水稻根部重金属积累量并无显著差异。土壤中有效态铅、镉经过一季水稻种植后均有不同程度降低，钾硅肥处理和硫酸钾处理土壤有效铅、镉含量并无明显差异。钾硅肥的施用即满足了水稻对钾素的需求，又降低了水稻地上部各部位对土壤重金属的吸收。
　　5硅钙肥施用显著提高了水稻产量，显著抑制水稻对重金属的吸收与积累。与对照处理相比，水稻产量增加51.9％;与重金属处理(M)相比，重金属+硅钙肥处理(MF)的水稻茎秆、叶片和籽粒中Pb浓度分别降低了50.9％，56.3％和24.3％，水稻茎秆和籽粒中Cd浓度则分别下降36.1％和60.4％;硅钙肥施用增加了水稻各部位硅浓度，水稻地上部重金属浓度减少的原因可能是硅的沉积，各部位硅的浓度和重金属浓度呈现明显的负相关。水稻种植后，土壤Pb、Cd浓度都有一定程度的降低，硅钙肥施用未能明显促进土壤重金属从酸可溶态和可还原态向可氧化态和残渣态的转化。

目录

声明

论文说明

摘要

1 文献综述

1．1 农田主要作物钾肥施用状况及钾肥替代措施

1．1．1 我国农田钾素缺乏现状

1．1．2 我国农田钾肥施用情况

1．1．3 我国主要钾肥替代措施

1．2 钾硅肥研究进展

1．2．1 难溶性钾资源利用状况

1．2．2 钾硅肥的生产流程

1．2．3 钾硅肥的施用效果

1．3 钾硅肥钝化重金属情况

1．3．1 我国农田重金属污染现状及主要修复措施

1．3．2 钾硅肥钝化重金属的效果

1．3．3 钾硅肥钝化土壤重金属机制

2 研究内容和技术路线

2．1 研究内容

2．2．1 钾硅肥替代化学钾肥施用效果研究

2．2．2 钾硅肥改良重金属污染土壤效果研究

2．2．3 硅钙肥钝化土壤重金属效果研究

2．2 技术路线

3 钾硅肥的替代钾肥效果研究

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 供试材料

3．2．2 试验设计

3．2．3 样品测定与数据分析

3．3 结果与分析

3．3．1 不同钾肥种类对油菜-水稻生长的影响

3．3．2 钾硅肥不同用量对油菜-水稻的生长及土壤钾素的影响

3．3．3 不同形态钾肥配比对油菜-水稻生长及钾肥利用率的影响

3．3．4 不同钾硅肥对油菜施用效果比较

3．4 讨论

3．5 小结

4 钾硅肥对水稻吸收铅、镉的影响

4．2．1 供试土壤和供试作物

4．2．2 供试肥料

4．2．3 试验设计

4．2．4 样品测定和数据处理

4．3 结果与分析

4．3．1 钾硅肥对水稻各部位生物量的影响

4．3．2 钾硅肥对水稻各部位钾素积累量的影响

4．3．3 钾硅肥对水稻各部位重金属吸收量的影响

4．3．4 水稻种植后土壤重金属含量变化

4．4 讨论

4．5 小结

5．硅钙肥改良铅、镉污染土壤效果研究

5．1 前言

5．2 材料与方法

5．2．1 供试材料

5．2．2 试验方法及处理

5．2．3 植物和土壤样品采集与分析

5．3 结果与分析

5．3．1 硅钙肥对水稻各部位生物量的影响

5．3．2 硅钙肥对水稻各部位铅镉浓度及转移的影响

5．3．3 水稻种植前后土壤pH值及土壤各形态重金属浓度变化

5．4 讨论

5．5 小结

6．总结和展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

硕士研究生期间发表的论文

获奖情况

致谢