硅钙钾镁肥对小麦土壤、产量、养分利用的影响
doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.24535
张占田1 ， 樊兆博1 ， 冷伟锋1 ， 姚杰1 ， 杨天景1 ， 张智涵2 ， 陈海宁1 ， 刘保友1,2
1. 山东省烟台市农业科学研究院，山东 烟台 265500
2. 烟台大学生命科学学院，山东 烟台 264005
基金项目: 烟台市科技计划项目 (2023YD079) ； 山东省科技型中小企业创新能力提升工程项目 (2023TSGC0829)
Effects of silicon-calcium-potassium-magnesium fertilizer on wheat soil，yield and nutrient utilization
ZHANG Zhan-tian1 ， FAN Zhao-bo1 ， LENG Wei-feng1 ， YAO Jie1 ， YANG Tian-jing1 ， ZHANG Zhi-han2 ， CHEN Haining1 ， LIU Bao-you1,2
1. Yantai Academy of Agricultural Sciences，Yantai Shandong 265500
2. College of Life Sciences，Yantai University，Yantai Shandong 264005
摘要
硅钙钾镁肥的应用步入施肥结构优化和推广集成阶段，分析其对小麦土壤、植株、肥料养分吸收利用和产量效益的影响，为制定合理的施肥决策提供理论基础。以冬小麦为研究对象，多元统计及分析不施肥（CK）、复合肥（NPK）、复合肥 + 硅钙钾镁肥（NPKG）对土壤理化性质、产量及构成因素、植株氮磷钾含量及吸收量、肥料利用效率、经济效益的影响。结果显示，与 CK 相比，NPK 土壤碱解氮、钾分别显著上升 19.97%、17.50%，植株全氮、磷、钾养分含量、吸收量分别显著升高 8.85% ～ 18.92%、21.81% ～ 49.43%，分别显著增加粒数及产量 14.41%、14.55%，收入提高 329 元 /hm2 ，但 pH、作物指数、籽粒收获指数降低或显著降低 0.48% ～ 3.06%、 4.21%、2.13% ～ 9.57%。与 NPK 相比，NPKG 耕作层速效钾显著上升 21.32%，显著提升秸秆钾含量及氮、磷、钾吸收量 7.80%、5.45% ～ 16.13%，产量及构成 7.93% ～ 11.35%，增加产值 1898 元 /hm2 ，收入及产投比提高 6.58%、31.96%，肥料农学利用率及综合肥料利用率显著提升 31.50% ～ 62.13%。可见，复合肥显著提高土壤生产力，对植株养分、产量、经济效益有显著提升作用，但土壤 pH、作物指数和籽粒收获指数降低。复合肥基础上施用硅钙钾镁肥，显著提高与小麦各指标提升相关性最显著的耕作层速效钾，且相比氮、磷，土壤速效钾、植株全钾含量及吸收量增加率最高，进而显著提升植株全养分吸收量，有助于穗数、粒数、肥料利用效率显著增加，进一步显著增加产量及产值，使收入及产投比增加，体现硅钙钾镁肥良好的土壤生产力和经济环境效益。
Abstract
The application of silicon-calcium-potassium-magnesium fertilizer（Si-Ca-K-Mg fertilizer）had entered stage of fertilization structure optimization and promotion integration. The effects of Si-Ca-K-Mg fertilizer on the uptake and utilization soil and fertilizers nutrients，and winter wheat yield and benefits were analyzed to provide a theoretical basis for accurately formulating reasonable fertilization decisions. Taking winter wheat as the research object，the effects of no fertilization（CK），compound fertilizer（NPK）and compound fertilizer combined with Si-Ca-K-Mg fertilizer（NPKG）on soil physicochemical properties，yield and component indicators，nutrient content and uptake of nitrogen（N），phosphorus（P）and potassium（K），fertilizer use efficiency and economic benefits were analyzed by multivariate statistics and analysis. Results showed that，compared with CK， the soil available N and available K of NPK significantly increased by 19.97%，17.50-20.72%，the plant content and absorption of total N，P and K increased by 8.85%-18.92%，21.81%-49.43%，respectively，and the grain number（GNH），yield and income increased by 14.41%，14.55% and 329 Yuan/hm2 ，respectively. However，pH，crop index（CI），harvest index of grain（HIG）decreased or significantly decreased by 0.48%-3.06%，4.21%，2.13%-9.57%，respectively. Compared with NPK，NPKG increased significantly available K in the tillage soil by 21.32%，significantly increased the plant content of K by 7.80%，uptake of N，P and K by 5.45%-16.13%，yield and component indicators by 7.93%-11.35%，output（OP）by 1898 Yuan/hm2 ，input（IP）and fertilizer output-to input ratio（FOIR）by 6.58% and 31.96%，respectively，increased significantly agronomic utilization efficiency and comprehensive fertilizer utilization efficiency by 31.50%-62.13%. Obviously，the application of compound fertilizer significantly increased soil productivity，plant nutrients，yield and economic benefits，but decreased soil pH， CI and HIG. On the basis of compound fertilizer，Si-Ca-K-Mg fertilizer was applied. The available K in the tillage layer，which was most significantly correlated with the improvement of each index of wheat，was significantly increased. Compared with AN and OP，the increase rate of available K，total K content and absorption in soil and plant was the highest，and then the total nutrient absorption of plant was significantly increased. It was helpful to significantly increase fertilizer use efficiency，the spike number （SNH）and GNH，further significantly increase yield and OP，and increase FOIR. It reflected the good soil productivity and economic and environmental benefits of Si-Ca-K-Mg fertilizer.
小麦（Triticum aestivum L.）是我国三大粮食作物之一，对稳定全球粮食安全具有重要意义[1-2]。胶东地区是全国小麦优势产区，多次创下全国小麦单产纪录[3-4]。施用氮、磷、钾大量元素是提高产量和农艺性状的重要手段[5]，钙、镁、硫、硅等中微量元素在植物生长发育、逆境胁迫、土壤改良等方面起积极作用[6]，但目前小麦生产存在大量元素施用过量的问题，造成肥料利用效率低，土壤酸化且质量下降[7]，导致小麦产业可持续发展和竞争力受阻[8]。
硅钙钾镁肥作为中微量元素及调理剂肥料[9]，是磷石膏、钾长石煅烧形成的环保微碱性肥料，提供枸溶及水溶性养分（钾、硅、钙、镁等），弥补石灰施用导致的土壤养分失衡、恶化及二氧化碳排放等缺点[10-11]。硅钙钾镁肥在不同土壤类型（红壤、棕壤、潮土、稻田土）[12-14]及不同作物[15-16] 中均有研究，具有调酸改土[17]、降低铝离子[13]、提高肥力[18-19]、增强透气性和酶活性[15]、提高微生物多样性[20]，改善农艺性状、提高产量和品质、防虫抗逆[18]，增强根系活性、上调转运体表达[21]、促进养分吸收[22]，降低重金属积累[23]，从而提高肥料利用效率[24]、缓解过量施肥危害[25] 等重要功能。
多元统计分析中的相关性分析有助于明确指标间的显著相关性及调控关系，主成分分析是基于数据统计特征的多维正交型变换，在损失较少信息前提下，利用降维思想将多组变量转化成少数独立综合变量（主成分），解决指标反映信息时存在的重叠问题并进行差异性分析[26]。曹胜等[27-28]利用多元分析研究蜜柑养分与土壤的相关性；邓仁菊等[29] 利用典型相关分析明确影响甘薯品质的是有机肥； 栗海鹏等[30]利用相关性及主成分分析探明土壤细菌多样性与养分的显著关系及不同处理的差异性； 江伟等[31]利用主成分分析将小麦品质指标分为 4 类；陈亚男等[32]利用主成分分析计算土壤质量得分并进行评级。
硅钙钾镁肥在不同耕作模式下对改善土壤理化性质、作物产量和品质、养分吸收、肥料利用、促生抗逆均有明显效果，且相关研究主要集中在经济作物上，但对胶东小麦产区多元统计及分析硅钙钾镁肥对产量效益、植株及肥料养分利用效率的研究鲜有报道。以冬小麦为研究对象进行田间试验，采用标准方法及规程，对土壤、植株、肥料养分吸收利用和产量效益进行测算，并对各指标进行相关性及主成分分析，明确指标间相关性及处理间差异性，探明复合肥及在复合肥基础上施用硅钙钾镁肥影响小麦各指标的作用机制，以期为胶东小麦长期合理施用硅钙钾镁肥，提升土壤质量和促进农业可持续发展提供理论依据和技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验设于山东省莱州市神堂村（37.13°N、 119.87°E），交通便利、水浇优良、地形平坦、肥力均匀，属温带季风气候，年均气温 11.4℃，降水 692 mm，相对湿度 70.6%，日照 2641 h，无霜期 152 d。供试土壤类型为棕壤，土壤质地为壤土，前茬作物为玉米，未进行过其他试验，试验前土壤基本理化性质见表1。
表1试验前土壤理化性质
根据试验规程[33]，设 3 个处理，3 个重复，共 9 个小区，随机区组排列，小区面积 30 m2，设保护行。处理 1（CK）：不施肥；处理 2（NPK）：基施三元复合肥；处理 3（NPKG）：基施复合肥 + 硅钙钾镁肥。小麦目标产量定为 7.5 t/hm2，NPK 和 NPKG 推荐施肥量及施肥结构见表2。
表2试验设置及施肥量
1.2 材料
硅钙钾镁肥，山东来丰农业科技有限公司，CaO ≥ 30%、SiO2 ≥ 20%、MgO ≥ 9%、 K2O ≥ 8%、pH 10.5～12.5； 复合肥，河北纪衡赛瑞化工有限公司，N-P2O5-K2O=15%-15%-15%。小麦品种‘济麦 44’。
1.3 方法
1.3.1 施肥方法及管理
采用随机区组设计，量取试验区并利用分组技术局部控制，使分组误差仅来自组内。2022 年 10 月 14 日进行整地翻耕的同时，喷造墒水 225 m3 /hm2； 2022 年 10 月 18 日量地划区及基肥撒施；10 月 19 日田间种植小麦，不掺肥，种肥同播机起垄（垄宽 15 cm，垄距 65 cm）。2023 年 6 月 10 日测产收获。根据土壤及天气状况，喷灌越冬水（2022 年 11 月 24 日）、返青水（2023 年 3 月 18 日）和灌浆水（2023 年 5 月 4 日）。试验期间采取的其他措施严格一致，且无严重病虫害、洪涝、低温等影响试验结果的因素发生。
1.3.2 土壤基本理化性质测定
于小麦种植（2022 年 10 月 11 日）及成熟（2023 年 6 月 8 日） 期利用取土器采集耕作层（0～20 cm）和犁底层（20～40 cm）土样，风干后过 2 mm 筛，10.00 g 采用酸度计法测定 pH，2.00 g 采用碱解扩散法测定碱解氮[34]，CH3COONH4 浸提-原子吸收分光光度法测定有效镁及有效钙[35]， 5.00 g 采用 NH4F（HCl）浸提-钼锑抗比色法测定有效磷，CH3COONH4 浸提-原子吸收分光光度法测定速效钾[34]，2.00 g 采用 C6H8O7 浸提-钼蓝比色法测定有效硅[36]，过 0.149 mm 筛 0.200 g 采用元素分析仪法测定有机质[37]。
1.3.3 作物产量及养分含量测定
于小麦成熟期（2023 年 6 月 8 日）去掉两侧边行及两端 1 m 作收获区（长 5 m、宽 4 m），全收计产，脱粒后按 10% 含水率折算产量。另取连续 1 m2 麦穗，计算穗粒数、穗数、粒数，同时测千粒重[5]。小麦分籽粒、秸秆于热风烘箱 105℃杀青 30 min，65℃烘至恒重，组织粉碎机粉碎过 0.25 mm 筛备用，于消解炉经硫酸-双氧水消解定容，采用定氮仪法测定全氮，钼锑抗比色法测定全磷，原子吸收分光光度法测定全钾[34]。
1.3.4 计算方法
产量 t/hm2= 籽粒 ( 秸秆 ) 产量 ×0.90( 损失系数 )×1000020( 有效面积 )×1000×1000
(1)
作物指数 (%)= 籽粒产量 ( 籽粒 + 秸秆 ) 产量 ×100
(2)
籽粒（秸秆）养分吸收量kg/hm2=养分含量 × 籽粒（秸秆）产量 ×1000[5,38]
(3)
籽粒养分收 获指数 (%)= 籽粒氮、磷、钾吸收量 ( 籽粒+秸秆 ) 氮、磷、钾吸收量 ×100[39]
(4)
综合肥料利 用率 (%)=( 处理区-无肥区 ) 氮磷钾总吸收量 氮磷钾总施肥量 ×100[40]
(5)
肥料农学利 用率 (kg/kg)=( 处理区-无肥区 ) 籽粒产量 [41] 氮磷钾施肥量
(6)
产值 元 /hm2= 籽粒产量 ×1000×3（小麦单价）
(7)
投入 元 /hm2= 管理成本 + 肥料本成
(8)
净收入 元 /hm2= 产值 - 投入 [5]
(9)
施肥产投比 ( 元 / 元 )=( 处理区 - 无肥区 ) 产值 [42] 肥料投人
(10)
1.4 数据处理
数据由 3 个独立生物学试验得出，为确定处理间显著性，采用 SPSS 20.0 进行单因素方差分析，F 检验过程中进行最小显著性差异 P<0.05 及 <0.01 的邓肯多重范围检验，主成分分析（PCA）和相关性分析（CCA）采用 Origin Pro 2024，利用 Office2010 和 GraphPad Prism 8.0 进行统计分析与作图。
2 结果与分析
2.1 不同处理对土壤基本理化性质的影响
如表3所示，经过 232 d 小麦种植季，CK 土壤 pH 最高，有机质和有效碱解氮、有效磷、速效钾最低，相比 NPK，0～20 cm 碱解氮和 0～20、 20～40 cm 速效钾分别显著降低 16.65%、14.89% 和 17.17%；相比 NPKG，碱解氮、有效磷、速效钾降低更多，0～20 cm 有效磷显著降低 24.09%。 NPKG 土壤 pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾较 NPK 均进一步增加，其中，0～20 cm 速效钾显著增加且增加率（21.32%）最大。可见，复合肥导致土壤 pH 降低，有机质和有效养分升高或显著升高，体现肥料施用对土壤养分提升的积极作用； 在 NPK 基础上施用硅钙钾镁肥，土壤 pH、有机质和有效养分进一步升高，同时耕作层速效钾显著上升率最大，可能与硅钙钾镁肥中钾额外投入及其提升了土壤钾的有效性有关，体现硅钙钾镁肥对土壤质量的提升作用。
表3小麦土壤基本理化性质
注：表中数值为平均值 ± 标准误差（n=3）；同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。
2.2 不同处理对产量及构成指标的影响
如表4所示，CK 处理生物量和构成指标最低，且籽粒产量、秸秆产量、地上部产量、粒数分别显著低于 NPK 12.70%、20.47%、16.27%、12.70% 和 NPKG 19.21%、24.51%、21.61%、19.12%，穗数显著低于 NPKG 13.75%，但作物指数显著高于 NPK、 NPKG 4.21%、3.03%。NPKG 产量和构成指标较 NPK 进一步增加，且籽数产量、秸秆产量、地上部产量、穗数、粒数分别显著提高 8.05%、5.34%、 6.81%、11.35%、7.93%。说明，复合肥有助于粒数显著上升，导致产量显著提升，同时作物指数显著下降，在复合肥基础上施用硅钙钾镁肥，通过显著增加穗数、粒数，进而显著增加小麦产量，同时有助于作物指数增加。
表4小麦产量和构成指标
2.3 不同处理对植株氮磷钾养分含量的影响
如图1所示，CK 养分含量最低，低于 NPK（籽粒氮磷钾 5.63%～13.61%、秸秆 8.61%～15.91%、地上部 8.13%～13.12%），其中，籽粒、地上部氮、磷含量，秸秆、地上部钾含量，植株总养分含量显著降低；CK 养分含量显著低于 NPKG（12.45%～13.66%、 15.22%～17.91%、12.61%～16.89%）。NPKG 养分含量最高，高于 NPK（0.06%～7.79%、0.01%～7.80%、 0.38%～6.76%），其中，秸秆钾含量显著上升，且籽粒、秸秆、地上部钾含量上升率（7.79%、7.80%、 6.76%）较地上部氮、磷含量最高。可见，复合肥有助于提升或显著提升植株氮、磷、钾含量，在复合肥基础上施用硅钙钾镁肥，养分含量进一步增加，且秸秆地上部钾含量显著上升，体现硅钙钾镁肥投入有助于钾养分含量上升或显著上升且上升率较氮、磷最大。
图1籽粒、秸秆、地上部氮、磷、钾、总养分含量
注：图柱表示平均值 ± 标准误差（n=3）；小写字母不同表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。
2.4 不同处理对植株养分吸收量、籽粒收获指数及肥料利用效率的影响
如图2所示，CK 养分吸收量最低，显著低于 NPK（ 籽粒氮磷钾 17.90%～24.66%、秸秆 27.33%～30.86%、地上部 10.88%～27.30%）和 NPKG（29.31%～30.30%、36.07%～37.96%、 31.36%～34.93%），但籽粒收获指数升高，显著高于 NPK（氮 3.66%、钾 10.59%、总养分 3.96%）和 NPKG（氮 2.84%、钾 8.64%、总养分 4.26%）。NPKG 养分吸收量最高，显著高于 NPK（8.09%～16.13%、 5.45%～13.68%、7.27%～14.08%），且 NPKG 植株钾吸收量显著增加率（16.13%、13.68%、14.08%） 较氮磷吸收量最大籽粒收获指数升高，氮、磷、钾肥农学利用率、综合肥料利用率显著升高 31.50%～62.13%，其中，钾肥利用率低于氮磷肥利用率，原因为硅钙钾镁肥中钾投入的升高。可见，复合肥显著提升养分吸收量，降低或显著降低籽粒收获指数，在复合肥基础上施用硅钙钾镁肥，养分吸收量进一步显著增加，显著提高肥料农学利用率、综合肥料利用率，籽粒收获指数亦提升，但应注意钾肥农学利用率的降低问题，同时体现了硅钙钾镁肥投入有助于养分吸收量显著上升且钾吸收量上升率较氮、磷最大。
图2籽粒、秸秆、地上部氮、磷、钾、总养分吸收量，籽粒收获指数及肥料利用效率
2.5 不同处理对经济效益的影响
如表5所示，CK 仅有管理投入而无肥料投入，故肥料投入最低，且产值显著下降，收入最低。与 CK 相比，NPK 增加肥料投入 2725 元 /hm2，收入 329 元 /hm2，显著增加产值 3054 元 /hm2。相比 NPK，NPKG 的产值、肥料投入、收入、肥料产投比分别增加 7.95%、21.24%、6.58%、31.96%，且产值显著增加。可见，复合肥施用因籽粒产量显著上升，故产值显著上升，从而明确复合肥对小麦经济效益的显著积极作用，在 NPK 基础上施用硅钙钾镁肥，在肥料投入上升不多（600 元 /hm2）的情况下，显著增加产值 1898 元 /hm2，收入、肥料产投比上升，体现硅钙钾镁肥对经济效益的进一步促进作用。
表5经济效益指标
注：复合肥 3.5 元 /kg，硅钙钾镁肥 3 元 /kg；施肥处理（NPK、NPKG）管理成本投入 1500 元 /hm2，不施肥处理（CK）管理成本 1400 元 /hm2； 小麦 3 元 /kg。
2.6 小麦产量、养分指标主成分分析及与土壤理化的相关性分析
如图3A、C、E 所示，0～20 cm 碱解氮与速效钾呈极显著正相关（R=0.86），20～40 cm 碱解氮与有机质（R=0.76）、0～20 与 20～40 cm 有效磷（R=0.74）呈显著正相关，0～20 cm pH 与 20～40 cm 速效钾呈显著负相关（R=-0.75），可能体现土壤微生物及各因素作用下的碳氮比动态转化平衡、磷的缓效性及复杂的协同及拮抗作用；产量呈极显著自相关性（0.96<R<0.99），作物指数与秸秆产量、地上部产量呈显著负相关（-0.77<R<-0.71），穗数与粒数呈显著正相关（R=0.87），穗数（0.70<R<0.75）、粒数 （0.86<R<0.93）与产量呈显著或极显著正相关，表明小麦生长的整体一致性；产量与 0～20 cm 碱解氮（0.82<R<0.87）和速效钾（0.86<R<0.87）呈极显著正相关，与 0～20 cm 有效磷（0.71<R<0.79） 和 20～40 cm 速效钾（0.73<R<0.78） 呈显著正相关； 穗数、粒数与 0～20 cm 碱解氮呈显著正相关（0.68<R<0.82），与 0～20 cm 速效钾呈极显著正相关（0.90<R<0.90）。养分含量呈显著或极显著自相关性（0.75<R<1），吸收量呈极显著自相关性（0.93<R<1），体现养分吸收一致性；0～20 cm 有效磷与大部分养分含量无显著相关（0.48<R<0.68），与部分吸收量呈显著正相关 （0.67<R<0.75）；20～40 cm 速效钾与全部养分含量呈显著正相关（0.68<R<0.76），与全部吸收量呈显著或极显著正相关（0.74<R<0.81）；0～20 cm 碱解氮与部分养分含量呈显著或极显著正相关 （0.70<R<0.86），与全部吸收量呈极显著正相关 （0.82<R<0.88）；0～20 cm 速效钾与全部养分含量呈显著或极显著正相关（0.68<R<0.77），与全部吸收量呈极显著正相关（0.74<R<0.82）。因此，土壤理化性质与产量养分指标的显著相关性顺序均为 0～20 cm 速效钾 >0～20 cm 碱解氮 >20～40 cm 速效钾 >0～20 cm 有效磷。
如图3B、D、F 所示，第一、二主成分贡献率均涵盖主要差异信息。穗数与粒数的夹角最小，表明其较高的相关性，与相关性热图（图3A）一致； NPKG 处理与其他两个处理的产量构成置信椭圆重叠度均不高（图3B）。养分含量及吸收量均与其第一主成分呈正相关，与第二主成分相关性不高（图3D、F），箭头夹角分析，养分指标相关性较大，与对应的相关性热图（图3C、E）一致，体现小麦对同一部位及同一种养分吸收的一致性；CK 处理与其他两个处理的养分含量重叠度均最低，且 NPKG 与 CK 处理吸收量置信椭圆重叠度最低。可见，复合肥施用对产量构成、养分含量指标产生差异性影响，且在复合肥基础上施用硅钙钾镁肥，小麦养分吸收量与不施肥的差异性最大，且构成指标差异性亦增加，体现硅钙钾镁肥对产量指标和养分指标更大的差异性影响。
图3产量、养分指标主成分分析及与土壤理化的相关性分析
注 : OM、AN、OP、EK 分别为有机质、碱解氮、有效磷、速效钾。G、S、G+SNCN、NUN，G、S、G+SNCP、NUP，G、S、G+SNCK、NUK，G、S、 G+SNCNPK、NUNPK 分别表示籽粒、秸秆、地上部氮、磷、钾、总养分含量、吸收量。A、C、E 为产量、地上部总养分含量、吸收量与土壤理化性质的相关性热图；皮尔逊（Pearson）计算相关性系数 R 和显著性 P，图中 R 用不同色块显示，具体数值为对角线右上部分，P 用星号显示，*、** 分别表示在 0.05、0.01 水平显著相关。B 为产量构成、养分含量、吸收量指标主成分分析图，椭圆为各处理 95% 置信椭圆。下同。
2.7 小麦全部指标主成分分析及与土壤理化的相关性分析
0～20 cm pH、20～40 cm pH、有机质、碱解氮、有效磷、千粒重与经济效益无显著相关性（数据未列出），部分土壤理化指标、产量与构成指标（图3A）、植株养分指标（图3C、E）、经济效益指标（图4A）呈显著或极显著相关性及自相关性，为便于图像精简可视化，故仅列土壤理化性质与生物量、地上部养分、经济效益的全指标综合多元统计分析结果。如图3A 所示，对不同指标间进行相关性分析，产量与植株养分显著或极显著正相关（0.75<R<0.97）； 肥料投入除 0～20 cm 外有效磷、有机质与其他指标极显著正相关（0.81<R<0.99）；收入与 0～20 cm 有机质、地上部产量呈显著正相关，与籽粒产量、有效磷呈极显著正相关。进一步明确了土壤理化与全指标显著相关性顺序为 0～20 cm 速效钾 （0.68<R<0.90）>碱解氮（0.68<R<0.88）>20～40 cm 速效钾（0.68<R<0.81）>0～20 cm 有效磷（0.67<R<0.79） （图3A、C、E，图4A）。
如图4B 所示，作物指数、0～20 cm pH、养分收获指数与第一主成分呈负相关，其他指标呈正相关。箭头夹角分析相关性较高的指标为植株养分，其他同一性指标相关性亦较高，体现植株养分最大的相关性及同一性指标的高相关性，再次印证小麦生长的一致性。NPK 与 NPKG 重叠度较小，与 CK 重叠度更小，且 NPKG 与 CK 置信椭圆几乎无重叠，故 3 个处理全指标差异度均较大，且 NPKG 与 CK 存在较显著差异性。可见，在单一指标主成分分析基础上（图3B、D、F）进行全指标主成分分析（图4B），施肥相比不施肥的全指标差异性较大，且在复合肥基础上施用硅钙钾镁肥差异性进一步增大，与不施肥呈较显著差异性。
图4土壤理化性质、产量、地上部总养分含量、吸收量、经济效益指标主成分分析及相关性分析
注：A 为产量、地上部总养分含量、吸收量、经济效益与土壤理化的相关性热图；B 为全部指标主成分分析图。其中，产量构成指标、养分含量指标和养分吸收量指标已在图3 中详细标注。为保证图像规范性与结构合理性，图4B 中不再重复标注，仅列土壤理化、产量与经济效益指标的缩写字母，IP、OV、NOP 分别为投入、产值、收入。
3 讨论
3.1 利用多元统计分析明确指标间的相关性及处理间的差异性
相关性分析显示，肥料施用后耕作层碱解氮、速效钾呈极显著正相关（R=0.86）（图4A），这与曹胜等[28]柑橘园土壤氮钾含量呈不显著正相关 （R=0.09）部分一致，与郑锡良等[43]杨梅果园土壤氮钾含量、袁泉等[44]在不同质地土壤中氮钾含量均呈显著正相关（R=0.66、0.122）一致，可见，土壤各理化性质的相关性保障了植物的正常生育[45]。小麦产量（0.96<R<0.99）、产量构成（R=0.87）、养分含量（0.75<R<1）、吸收量（0.93<R<1）呈显著自相关性（ 图3A、C、E、图4A）； 穗数、粒数与产量显著正相关（0.70<R<0.93）（ 图3A），印证产量构成显著正向影响产量，保证生长及养分一致性，与牛颖等[46]、高海涛等[47]、杨秋侠等[48]得出的产量与穗数极显著相关（0.617<R<0.76） 结果一致；吸收量与产量、养分含量显著或极显著正相关（0.75<R<0.97）（图4A），印证吸收量为产量和含量计算所得；投入与大部分指标显著或极显著相关（0.71<R<0.99）（图3A），说明投入显著正向影响土壤理化、产量及构成、养分、经济效益，与前人研究结果一致[5，49-50]。
耕作层有效磷与产量（0.71<R<0.79）、部分养分吸收量（0.67<R<0.75）、经济效益（0.71<R<0.79）显著正相关（图4A），与孙为[51]在小麦上的研究结果一致。犁底层速效钾与产量（0.73<R<0.78）、养分含量（0.68<R<0.76）显著正相关，与养分吸收量（0.74<R<0.81）、经济效益（0.73<R<0.81）显著或极显著正相关（图4A），这与谭德水[52]在东北、华北、西北 3 区小麦、玉米钾吸收量与土壤速效钾呈显著相关的结论一致。耕作层碱解氮与穗数、粒数显著正相关（0.68<R<0.82），与产量极显著正相关（0.82<R<0.87）（图3A），与部分养分含量显著或极显著正相关（0.70<R<0.86），与吸收量（0.82<R<0.88）、经济效益（0.82<R<0.86） 极显著正相关（ 图3C、E、图4A），与陈树人等[53]、谷晓博等[54] 的研究结果一致。耕作层速效钾与穗数（R=0.90）、粒数（R=0.90）、产量 （0.86<R<0.87）、吸收量（0.74<R<0.82）、经济效益（0.86<R<0.86）极显著正相关，与养分含量显著或极显著正相关（0.68<R<0.77）（图3A、C、E、图4A），与侯永侠等[55]、苏亮亮等[56]、谭德水[52] 的土壤钾与果实产量及品质、养分吸收呈显著相关结论一致。因此，总结土壤理化与全指标显著相关性顺序为耕作层速效钾（0.68<R<0.90）>碱解氮（0.68<R<0.88）>犁底层速效钾（0.68<R<0.81）>耕作层有效磷（0.67<R<0.79），这是本研究的特色及创新点，即通过相关性分析阐明肥料施用通过影响土壤有效养分，显著正向影响作物产量及构成、养分吸收利用、经济效益，同时参考以上指标，对不同土壤养分进行了显著相关性排序。
分析主成分置信椭圆，不施肥与其他两个处理的植株养分置信椭圆重叠度均较低（图3D、F），施用硅钙钾镁肥与其他两个处理的土壤理化、产量构成置信椭圆重叠度均较低（图3B），可见，肥料施用对土壤理化、小麦产量、植株养分指标有综合差异性影响，特别是与施用复合肥相比，施用硅钙钾镁肥对土壤、小麦产量构成、产量综合指标有较大影响。综合以上指标进行主成分分析，各处理差异度增大，且施用硅钙钾镁肥与不施肥处理差异度最大，即显著性较大，这也是本研究的特色及创新点，即通过主成分多元统计分析进一步明确了复合肥 + 硅钙钾镁肥对小麦土壤理化、产量及构成、植株养分、经济效益的显著差异影响。
3.2 氮磷钾复合肥对小麦土壤、植株养分有效性和产量效益的影响
研究表明，氮磷钾肥料对产量贡献率达 50%～60 %[57-58]，可促进养分吸收、提高产量及农艺性状[5，59]。本研究中氮磷钾复合肥经济效益升高 329 元 /hm2，pH 降低 0.48%～3.06%，可能与根系和土壤的离子吸收交换机制有关，土壤碱解氮、速效钾分别显著升高 19.97%、17.50～20.72%，体现较高的土壤生产力，与 Hu 等[60]、Wang 等[61]、查燕等[62]、张崑等[63]、解秋等[64] 的研究结果一致； 复合肥显著增加粒数及产量 14.41%、14.55%，同时提高或显著提高植株养分含量 8.85%～18.92%，显著提升吸收量 21.81%～49.43%，与 Pandey 等[59]、范雅琦等[65]、白东萍等[49]、林光号等[66]、杨梅等[50]、熊又升等[67]、解秋等[64]在小麦、玉米、水稻上的研究结果一致。施用复合肥作物指数显著下降 4.21%，与杨梅等[50]施肥导致小麦收获指数下降一致；籽粒收获指数降低或显著降低 2.13%～9.57%，与白东萍等[49]冬小麦籽粒氮素收获指数升高的结论不一致，而与林光号等[66]的水稻籽粒收获指数显著降低的结论一致，说明施肥量不足可能优先供应生殖器官籽粒生长及养分吸收，此仍需进一步探究。
3.3 硅钙钾镁肥对小麦土壤、植株、肥料养分有效性和产量效益的影响
硅钙钾镁肥为作物提供硅、钙、镁、钾等营养元素[12，21]，本研究施用硅钙钾镁肥可以提高土壤质量，并缓解施肥造成的酸化趋势，与 Yang 等[17]、Goulding 等[10]研究结果一致；耕作层速效钾显著上升 21.32%，与栗方亮等[16]、孙希武等[15]、陈海宁等[14]在茄子、桃树、苹果土壤 pH、速效氮磷钾均上升的结论一致；分别显著增加穗数及粒数 11.35%、7.93%，进而显著增加产量 8.05%，与解秋等[64]在水稻的研究结果一致；作物指数亦增加，并通过显著增加产值 1898 元 /hm2，使收入及产投比上升 6.17%、33.77%，与王建康等[68]在果蔗上的研究一致；小麦养分含量增加 0.01%～7.80%，吸收量显著上升 5.45%～16.13%，农学利用率及综合肥料利用率显著增加 31.50%～62.13%，并增加籽粒收获指数，与解秋等[64]、黄奇伟等[24-25]在水稻、黄瓜上的研究结果一致。
相比氮、磷，施用硅钙钾镁肥植株钾含量增加幅度（籽粒 7.79%、秸秆显著增加 7.80%、地上部 6.76%）和吸收量增加幅度（16.13%、13.68%、 14.08%）最高，说明施用硅钙钾镁肥导致耕作层土壤速效钾显著上升率（21.32%）最高、土壤速效钾正向影响小麦产量及构成、养分、经济效益全指标的显著相关性最高。通过土壤及植株不同养分间与小麦各指标的相关性对比及不同养分间的增加率对比，明确硅钙钾镁肥的添加对小麦生长指标正向影响的作用机制，即通过显著增加土壤速效钾及植株钾含量，进而显著正向影响产量构成因素穗数、粒数，最终提升了产量及植株养分吸收量，同时显著增加了肥料利用率及经济效益，另外，需注意由于肥料钾的额外投入导致钾肥农学利用率降低 32.50%，但仍显著高于复合肥。
3.4 对小麦硅钙钾镁肥施用若干问题的思考展望
土壤中大、中、微量元素的拮抗与互作是影响小麦营养吸收和生长发育的重要因素[59]，本研究对硅钙钾镁肥提升土壤-植株-肥料-产量-效益指标的最主要原因归结为耕作层土壤速效钾的显著上升，推测上升的原因为硅钙钾镁肥中钾的带入及硅钙钾镁肥提高土壤质量进而提高土壤钾有效性两方面。在此推测的基础上，应针对硅钙钾镁肥中单一元素及多元素协同调控机理、硅钙钾镁肥提升土壤质量机理进行深入研究，同时，为进一步完善硅钙钾镁肥的最佳应用方案，应开展多年、多地、多指标、多试验因素等完备体系试验，且需注意肥料钾额外投入造成钾肥偏生产力下降以及肥料投入引起土壤 pH、作物指数及籽粒收获指数下降的问题。
在实际生产中，首先，本研究中的配方肥用量 N-P2O5-K2O 为 112.5-112.5-112.5 kg/hm2，根据小麦对大量元素氮磷钾的需求规律（N>K>P）[69]、小麦植株氮磷钾含量及吸收量规律（N>K>P）[67]、全国第二次土壤普查养分分级标准评价本试验地土壤质量[70]（氮缺乏、磷很丰富、钾很丰富），应减少磷、钾肥用量，增加氮肥用量和施用次数[71]及新型肥料的应用[72]，进而提高肥料利用效率。然后，可以在此施肥结构基础上进一步减少钾肥投入，以硅钙钾镁肥中的钾替代配方肥中的钾，以进一步提高钾肥农学利用率、综合肥料利用率。最后，为显示硅钙钾镁肥的肥效差异性，本研究中硅钙钾镁肥用量较多，为 200 kg/hm2，故应减少硅钙钾镁肥用量，在保持土壤-植株-肥料-产量-效益指标高水平前提下，保证最大的籽粒产量及经济、环境效益。因此，此硅钙钾镁肥配套施肥技术可应用于胶东地区冬小麦生产，为优化配方栽培提供技术支撑，并解决过度施肥带来的环境问题，促进我国生态环境及现代农业的可持续发展。
4 结论
本研究通过相关性分析确定耕作层速效钾对小麦生长指标的显著性最高的影响；运用主成分分析比较了不同肥料处理对小麦生长指标的综合差异性影响；研究了肥料施用后土壤和植株中钾、氮、磷含量及吸收量的变化，揭示了肥料如何提高小麦的养分利用效率。研究表明，在基施复合肥基础上施用硅钙钾镁肥，能够以较低投入成本有效增加土壤有效养分，尤其显著提升耕作层速效钾含量且增加幅度最大。这种正向作用显著提高了小麦产量构成指标，包括单位面积穗数和每穗粒数等，同时显著增加了秸秆钾含量及其全养分吸收量，且钾含量及其吸收量的增加幅度均超过了氮、磷元素，充分显现了硅钙钾镁肥在养分供应方面的独特优势，最终有效提升了小麦产量、肥料利用效率以及经济效益。
在未来研究中，根据小麦对大、中、微量元素的需求规律、植株养分吸收量及转运效率、土壤类型及质量等因素，最大化利用硅钙钾镁肥中钾的小麦高效利用机制，配套三新技术工艺，满足优化施肥及节本增效的要求，为小麦产业绿色高质量发展提供样板，保证胶东传统小麦优势主产区焕发新机。
图1籽粒、秸秆、地上部氮、磷、钾、总养分含量
图2籽粒、秸秆、地上部氮、磷、钾、总养分吸收量，籽粒收获指数及肥料利用效率
图3产量、养分指标主成分分析及与土壤理化的相关性分析
图4土壤理化性质、产量、地上部总养分含量、吸收量、经济效益指标主成分分析及相关性分析
表1试验前土壤理化性质
表2试验设置及施肥量
表3小麦土壤基本理化性质
表4小麦产量和构成指标
表5经济效益指标
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