含硅熔渣对水稻养分吸收及产量的影响

生态环境2004,13(4):[e-mail]基金项目：重庆市重点科技项目（980056）作者简介：高明（1965－），男，博士，副研究员，研究方向为土壤生态和土壤肥力。E-mail:[e-mail]收稿日期：2004-05-24含硅熔渣对水稻养分吸收及产量的影响高明，魏朝富，车福才，慈恩，谢德体西南农业大学资源环境学院，重庆400716摘要：采用盆栽试验方法，研究了不同含硅熔渣对水稻养分的吸收和产量的影响，结果表明，在施用氮、磷、钾肥的基础上，增施不同类型的含硅熔渣，可提高水稻中硅和磷的含量，降低根系、茎叶和籽粒中的氮、钾含量，增加水稻对氮、磷、钾、硅的总吸收量。不同含硅熔渣的增产效果差异较大，增产最显著的是铁渣和黄磷炉渣，分别比对照增产43.4%和31.6%，施用含硅熔渣的各处理比对照平均增产19.1%，各处理间的产量经方差分析和多重比较达显著或极显著差异水平。扩散方程、Elovich方程和多项式方程均能很好地描述水稻生长期内水稻对N、P、K、Si的吸收过程，尤以多项式方程拟合最佳。关键词：含硅熔渣；水稻；养分；产量中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：1672-2175（2004）04-0587-05含硅熔渣是冶炼工业中，原料在炉内经高温变成液态、分层，通过排渣口分离、冷却、凝固后废弃的固态物质。含硅熔渣作为一种重要的硅肥资源和土壤改良剂，在农业生产上早已被广泛应用[1~3]。自20世纪50年代，日本人应用含硅炉渣改良退化稻田成功后，有关土壤和水稻中硅的研究文献日渐增多。20世纪70年代后，—些主要产稻国已将施用硅肥作为提高水稻产量的重要措施．研究表明[4~6]，适量供给硅可以促进水稻生长发育，提高光能利用率，改善呼吸作用，降低蒸腾作用，增强抗逆性，调节水稻对某些养分的吸收和利用，进而保证水稻的高产稳产。此外硅还有提高水稻遗传物质稳定性的作用[7]．因此，硅已被列入水稻生长必需的大量元素之中[1]．据有关资料表明[8]，我国目前缺硅土壤面积相当大，每年需要硅肥3000~4000万t，可是目前生产硅肥能力只有30万t，并且只集中在个别省份。因而，利用各种工业含硅熔渣废物生产硅肥，不仅资源丰富，而且生产成本低，最重要的是为废物资源的有效化利用开辟一条新的途径，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益。本研究试图通过对重庆地区不同冶炼厂生产的不同熔渣类型对水稻养分吸收及产量的影响研究，以期筛选出增产潜力大的熔渣类型，为生产含硅多元复合肥提供理论依据。1材料与方法1.1材料1.1.1供试土壤选用由三迭系须家河组石英砂岩母质发育的黄砂土为供试土壤，其pH5.4，有机质13.4g/kg，全氮1.15g/kg，全磷0.293g/kg，全钾15.41g/kg，有效硅54mg/kg。1.1.2作物种类水稻，品种为Ⅱ优838，秧龄57d。1.2试验方法1.2.1试验处理在对重庆主要含硅废渣调查、取样、分析的基础上，选取有效硅含量较高，年排放量大的不同含硅熔渣类型进行盆栽试验，供试熔渣的主要化学组成和有效硅含量分别见表1。每盆钵装过3mm筛的风干土9kg，在土装钵之前，每钵施用w（N）≥46%的尿素3.02g，w（N）≥12%、w（P2O5）≥42%的磷酸铵，w(K2O)≥60%的氯化钾1.35g，不同类型的硅渣10g，各肥料与土壤充分混合后装钵(底肥一次施用)，淹水浸泡7d后栽秧，每钵栽均匀一致的秧苗3株，其试验处理编号如下:CK1：N+P+K(CK1)，CK2：N+P+K+偏硅酸钠10g/钵(CK2)，R1：N+P+K+含硅铁渣10g/钵(江津钢厂)，R2：N+P+K+硅锰渣10g/钵(重庆铁合金厂)，R3：N+P+K+中低微碳铬渣10g/钵(重庆铁合金厂)，R4：N+P+K+黄磷炉渣10g/钵(长寿化工厂)。R5：N+P+K+硅锰渣10g/钵(重钢四厂)表1供试含硅熔渣的主要化学组成及有效硅含量采样地点熔渣类型处理号pHFe2O3Al2O3SiO2CaOMgOK2OP2O5MnO可溶性硅水溶性硅有效性硅w/(g·kg-1)w(SiO2)/(g·kg-1)江津钢厂铁渣R19.810.3155.2330.1425.560.417.00.767.82130.917.85重庆铁合金厂硅锰渣R29.010.3189.2346.1341.7.22.821.20.4714.12260.344.68重庆铁合金厂中低微碳铬渣R311.117.3133.5306.7459.665.80.70.620.92245.310.79长寿化工厂黄磷炉渣R410.57.652.8331.8450.411.816.88.0565.1751.274.16重钢四厂硅锰渣R59.44.9116.8322.5433.361.78.30.97105.51662.513.42重钢七厂铁渣R68.953.3139.0318.6418.265.38.81.0911.21400.768.27588生态环境第13卷第4期（2004年11月）R6：N+P+K+铁渣10g/钵(重钢七厂)CK1~R4重复9次，其中6次用于水稻吸收硅、氮、磷、钾养分的动力学研究，3次重复用于收产；R5、R6重复3次。随机区组排列。1.2.2分析方法含硅熔渣主要化学成分的测定采用NaOH熔融，硅用质量法；磷用钼锑抗比色法；铝用铝试剂比色法；铁、锰、钙、镁用原子吸收分光光度计法；pH用电极法。植株硅含量用H2SO4-H2O2消煮-质量法测定，植株氮、磷、钾含量用H2SO4-H2O2消煮，分别采用蒸馏法，比色法，火焰光度计法测定[9]。2结果与分析2.1含硅熔渣对水稻产量的影响试验结果表明（表2），在N、P、K肥施用的基础上，增施不同类型的含硅熔渣对水稻均表现出不同程度的增产效果。其中增产幅度最大的是施用重钢七厂的含硅铁渣，与CK1和CK2比较，籽粒产量差异达到了极显著水平，分别增产43.4%和25.7%；其次是重钢四厂的硅锰渣和长寿化工厂的黄磷炉渣，其水稻籽粒产量比CK1分别增产31.6%和21.3%，其它几个处理的产量比CK1高，而比CK2低。从表2还可看出：不同处理间每钵穗数，每穗粒数也有很大的差异，施用了硅渣肥的普遍比对照高。根质量和千粒质量各处理间差异不大。由此可见，在施用氮、磷、钾肥的基础上，增施不同类型的含硅熔渣，具有增穗、促粒的作用，与魏朝富和陈进红等[10,11]研究的结果相似。施用不同含硅熔渣增产效果不一致的原因，主要与含硅熔渣的物质组成，硅的含量及有效性有关。方差分析表明，不同处理间的水稻籽粒产量、茎叶质量和生物量的差异均达到了显著或极显著差异水平；根质量和区组间的差异不显著。导致盆栽试验中水稻籽粒产量、茎叶质量和生物量差异的原因主要是施用了不同类型的硅肥所致。2.2含硅熔渣对水稻N、P、K、Si养分吸收及积累分配的影响2.2.1氮从表3可以看出，在施用氮、磷、钾肥的基础上，增施不同类型的含硅熔渣，各处理水稻根和籽粒的氮含量相差不大，茎叶氮含量略有降低。从水稻植株对氮的吸收总量来看，虽然水稻植株体内氮含量略有降低，但由于对硅酸的吸收使植物干物质总量增加，水稻对氮吸收总量还是略有增加，与魏朝富[10]等的研究结果一致。水稻施用硅后，根系和籽粒吸收的氮量增加，茎叶吸氮量减少，氮主要分配在水稻籽粒中，其次才是茎叶。不同生育期水稻对氮的吸收速率变化较大（图1），在移栽后15d的苗期，由于秧苗小，根系不发达，稻株对氮的吸收速率远不如分蘖盛期。施用硅肥后，在苗期能显著地提高水稻对氮的吸收速率，R1处理比对照增加了40.8%，增表2不同含硅熔渣对水稻产量和经济性状的影响编号有效穗数/(穗·钵-1)ρ(根)/(g·钵-1)ρ(茎叶)/(g·钵-1)ρ(籽粒)/(g·钵-1)ρ(生物量)/(g·钵-1)m(千粒)/g穗粒数/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）**为1%显著水平;3）*为5%显著水平图1水稻对氮的吸收速率-200-150-100-50050100020406080100120移栽后的天数/d氮吸收速率/(mg·钵-1·d-1)CK1CK2R1R2R3R4表3含硅熔渣对水稻吸收N、P、K、Si养分的影响处理w/(mg·g-1)吸收量/(mg·钵-1)根茎叶籽粒根茎叶籽粒总量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：含硅熔渣对水稻养分吸收及产量的影响589长较小的R4处理比对照也提高了9.7%。水稻对氮的