張春梅，趙 靜，閆治斌，秦嘉海，肖占文，王愛(ài)勤

（1.河西學(xué)院 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅 張掖734000；2.甘肅敦煌種業(yè)股份有限公司，甘肅 酒泉735000；3.中國(guó)科學(xué)院 蘭州化學(xué)物理研究所，甘肅 蘭州731000）

甘肅省河西走廊地區(qū)擁有耕地面積6.74×105hm2，日照時(shí)間3 000～3 400h，年均溫度7.0～7.5℃，≥10℃的積溫為2 400～2 800℃，年降水量80～250mm，年蒸發(fā)量1 800～2 500mm［1］，海拔1 400～1 650m。近10a來(lái)吸引了國(guó)內(nèi)外制種企業(yè)建立了雜交玉米制種基地1.00×105hm2，年生產(chǎn)玉米種子6.5×108kg，成為全國(guó)最大的玉米種子生產(chǎn)基地［2］。由于制種玉米種植面積大，不利于輪作倒茬，連作年限長(zhǎng)，土壤養(yǎng)分比例失衡，根系生長(zhǎng)過(guò)程中分泌的有毒有害物質(zhì)的積累，玉米產(chǎn)量和品質(zhì)下降［3］。長(zhǎng)期大量施用化肥，導(dǎo)致土壤板結(jié)，容重增大，孔隙度降低［4］；長(zhǎng)期施用磷酸氫二胺，磷酸氫二胺中的磷酸根離子與河西石灰性土壤中的Ca2＋結(jié)合，降低了磷的利用率［5］；化肥氮磷投入量與有機(jī)肥氮磷投入量之比為1∶0.28，導(dǎo)致施肥成本高，經(jīng)調(diào)查每生產(chǎn)7.50t／hm2玉米種子，尿素投入量為0.90t／hm2，磷酸氫二胺投入量為0.45t／hm2，施肥成本為3 600元／hm2［6］；市場(chǎng)上流通的復(fù)混肥有效成分和比例不符合雜交玉米對(duì)養(yǎng)分的吸收比例，且不具備保水、改土、抗重茬功能，導(dǎo)致制種玉米品質(zhì)和產(chǎn)量下降，給制種企業(yè)、農(nóng)戶帶來(lái)了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。近年來(lái)，有關(guān)復(fù)合肥研究受到了廣泛關(guān)注［7－11］，而制種玉米生物活性肥的研發(fā)未見文獻(xiàn)報(bào)道。本研究采用作物營(yíng)養(yǎng)平衡施肥理論和改土培肥理論，將自主研發(fā)的功能性改土劑、生物菌肥、多元復(fù)混肥融為一體，合成生物活性肥，解決傳統(tǒng)復(fù)混肥只具備營(yíng)養(yǎng)，不具備改土、保水、抗重茬的瓶頸問(wèn)題，為河西走廊制種玉米合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2010—2013年在甘肅省張掖市甘州區(qū)甘俊鎮(zhèn)晨光村連續(xù)種植制種玉米12a的基地上進(jìn)行，試驗(yàn)地海拔高度為1 600m，年均溫7.2℃，年均降水量106mm，年均蒸發(fā)量1 900mm，無(wú)霜期160d，土壤類型是淡灌漠土，0—20cm耕作層有機(jī)質(zhì)含量為18.31g／kg，堿解氮為 67.24mg／kg，速效磷為9.68mg／kg，速效鉀為148.40mg／kg，pH 值8.33，土壤質(zhì)地為輕壤質(zhì)土，前茬作物是制種玉米。

1.2 試驗(yàn)材料

尿素，粒徑2～3mm，含氮46%，甘肅省劉家峽化工廠產(chǎn)品；磷酸氫二胺，粒徑2～5mm，含氮18%，五氧化二磷46%，云南省云天化國(guó)際化工股份有限公司產(chǎn)品；ZnSO4·7H2O，粒徑1～2mm，甘肅省劉家峽化工廠產(chǎn)品；鉬酸銨含鉬50%，粒徑1～2mm，鄭州市裕達(dá)化工原料有限公司產(chǎn)品；生物菌肥，有效活菌數(shù)≥20億個(gè)／g，粒徑1～2mm，華遠(yuǎn)豐農(nóng)生物科技有限公司產(chǎn)品；多元復(fù)混肥（甘肅省河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院自主配制），將尿素、磷酸氫二胺、七水硫酸鋅、鉬酸銨重量比按569∶391∶30∶10混合，含氮33%，五氧化二磷18%，鋅0.69%，鉬0.50%；功能性改土劑（甘肅省河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院自主研發(fā)），將聚乙稀醇、檸檬酸、保水劑重量比按0.307 1∶0.230 9∶0.462 0混合；生物活性肥（甘肅省河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院自主研發(fā)），將功能性改土劑、生物菌肥、多元復(fù)混肥重量比按0.085 1∶0.063 8∶0.851 1混合，含氮9.14%，五氧化二磷15.84%，鋅0.61%，鉬0.44%；玉米品系為吉祥一號(hào)，由甘肅省敦煌種業(yè)股份有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)處理

（1）試驗(yàn)1。生物活性肥配方篩選。2010年選擇功能性改土劑、生物菌肥、多元復(fù)混肥為3個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)計(jì)3個(gè)水平，按正交表L9（33）設(shè)計(jì)9種生物活性肥配方（表1），稱取各種材料混合，在玉米播種前做底肥施入20cm土層，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)單獨(dú)收獲，折算小區(qū)產(chǎn)量（hm2），計(jì)算因素間的效應(yīng)（R）和各因素不同水平的T值，組成生物活性肥配方。

表1 L9（33）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（2）試驗(yàn)2。生物活性肥經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量的確定。2011—2013年按照試驗(yàn)1篩選的生物活性肥配方比例，將功能性改土劑、生物菌肥、多元復(fù)混肥重量比按0.085 1∶0.063 8∶0.851 1混合得到生物活性肥，生物活性肥施用量梯度設(shè)計(jì)為對(duì)照（不施肥），0.45，0.90，1.35，1.80，2.25，2.70t／hm2共 7 個(gè)處理，以處理1為對(duì)照，每個(gè)試驗(yàn)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。

（3）試驗(yàn)3。生物活性肥與傳統(tǒng)化肥的肥效比較。2011—2013年在純氮、五氧化二磷投入量相等的條 件 下 〔純 氮 （437.10kg／hm2）＋ 五 氧 化 二 磷（237.60kg／hm2）〕。試驗(yàn)共設(shè)計(jì) 3 個(gè)處理：處理1：對(duì)照（不施肥）；處理 2：傳統(tǒng)化肥，尿素施用量748.05kg／hm2＋磷酸氫二銨施用量516.45kg／hm2；處理3：生物活性肥，施用量為1 500kg／hm2。

1.3.2 種植方法 小區(qū)面積為32m2（4m×8m），生物活性肥在播種前施入0—20cm耕作層做肥底，在玉米大喇叭口期和開花期結(jié)合灌水，每次追施尿素300kg／hm2，追肥方法為穴施，播種時(shí)間為2013年4月16日，播種深度為4～5cm，株距為22cm，行距為50cm，父母本行比為1∶6，再配置滿天星父本，株距為50cm。分別在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、開花期、灌漿期、乳熟期各灌水1次，每個(gè)小區(qū)灌水量相等。

1.3.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法 玉米出苗49d后測(cè)玉米植物學(xué)性狀，莖粗采用游標(biāo)卡尺法；地上部分干重、根系干重采用105℃烘箱殺青30min，80℃烘干至恒重。連續(xù)定點(diǎn)試驗(yàn)3a后，于2013年9月14日玉米收獲時(shí)，在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)采集30個(gè)果穗，風(fēng)干30d后，測(cè)定玉米經(jīng)濟(jì)性狀，玉米收獲后，分別在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)按S形路線布點(diǎn)，采集0—20cm耕作層土樣4kg，用四分法帶回1kg混合土樣室內(nèi)風(fēng)干化驗(yàn)分析（土壤容重、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)用環(huán)刀取原狀土）。測(cè)定土壤pH值、容重、總孔隙度、團(tuán)聚體、田間持水量、飽和持水量［12－13］。采用經(jīng)濟(jì)學(xué)原理計(jì)算邊際產(chǎn)量、邊際產(chǎn)值、邊際成本和邊際利潤(rùn)［14］。

經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量采用DPS軟件分析，差異顯著性采用多重比較，LSR檢驗(yàn)。

2 結(jié)果分析

2.1 生物活性肥配方篩選

由2010年9月22日玉米收獲后測(cè)定結(jié)果可知，因素間效應(yīng)（R）大小排序?yàn)椋篊＞A＞B，說(shuō)明影響玉米產(chǎn)量大小的因素依次為：多元復(fù)混肥＞功能性改土劑＞生物菌肥。比較各因素不同水平的T值，可以看出，TA1＞TA3和TA2，TB1＞TB3和TB2，說(shuō)明功能性改土劑和生物菌肥適宜用量為0.12和0.09t／hm2。TC2＞TC3和TC1，說(shuō)明玉米產(chǎn)量隨多元復(fù)混肥施用量的增大而增加，但多元復(fù)混肥施用量超過(guò)1.20t／hm2后，玉米產(chǎn)量又隨著多元復(fù)混肥施用量的增大而降低。從各因素的T值可以看出，最佳組合為：A1（功能性改土劑0.12t／hm2）：B1（生物菌肥0.09t／hm2）：C2（多元復(fù)混肥1.20t／hm2），（將功能性改土劑、生物菌肥、多元復(fù)混肥重量組合比按0.085 1∶0.063 8∶0.851 1混合得到生物活性肥）（表2）。

2.2 施用生物活性肥對(duì)土壤理化性質(zhì)影響

2.2.1 對(duì)土壤容重的影響 2013年9月11日玉米收獲后采集耕作層0—20cm土樣測(cè)定結(jié)果可知，隨著生物活性肥施用量梯度的增加，土壤容重下降，生物活性肥容重最小，施用量2.70t／hm2，平均為1.20 g／cm3；對(duì)照容重最大，平均為1.51g／cm3，生物活性肥施用量2.70t／hm2，與對(duì)照比較，容重降低了0.31 g／cm3，差異極顯著（p＜0.01）。經(jīng)線性回歸分析可知，生物活性肥施用量與土壤容重之間呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.969 4（表3）。

表2 L9（33）正交試驗(yàn)分析

2.2.2 對(duì)土壤總孔隙度的影響 隨著生物活性肥施用量梯度的增加，總孔隙度增大，總孔隙度最大的是生物活性肥施用量2.70t／hm2，平均為54.72%，對(duì)照總孔隙度最小，平均為43.02%，生物活性肥施用量2.70t／hm2，與 對(duì) 照 比 較，總 孔 隙 度 增 加 了11.70%，差異極顯著（p＜0.01）。經(jīng)相關(guān)分析可知，生物活性肥施用量與總孔隙度之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.969 5（表3）。

2.2.3 對(duì)＞0.25mm土壤團(tuán)聚體的影響 隨著生物活性肥施用量梯度的增加，團(tuán)聚體增加，生物活性肥團(tuán)聚體最大，施用量2.70t／hm2，平均為33.04%，對(duì)照最小，平均為22.34%，生物活性肥施用量2.70 t／hm2，與對(duì)照比較，團(tuán)聚體增大了10.70%，差異極顯著（p＜0.01）。經(jīng)線性回歸分析可知，生物活性肥施用量與團(tuán)聚體之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.988 4（表3）。

2.2.4 對(duì)土壤田間持水量和飽和持水量的影響 隨著生物活性肥施用量梯度的增加，土壤田間持水量增加，生物活性肥田間持水量最大，施用量2.70t／hm2，平均為22.91%，對(duì)照最小，平均為13.11%，生物活性肥 施 用 量 2.70t／hm2，與 對(duì) 照 比 較，增 大 了9.80%，差異極顯著（p＜0.01），經(jīng)相關(guān)分析可知，生物活性肥施用量與土壤田間持水量之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R＝0.988 3。隨著生物活性肥施用量梯度的增加，土壤飽和持水量增加，生物活性肥最大，施用量2.70t／hm2，平均為1 094.40，對(duì)照最小，平均為860.40，生物活性肥施用量2.70t／hm2，與對(duì)照比較，增大了234t／hm2，差異極顯著（p＜0.01）。經(jīng)線性回歸分析可知，生物活性肥施用量與土壤飽和持水量之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.957 3（表3）。

2.2.5 對(duì)土壤pH值的影響 隨著生物活性肥施用量梯度的增加，pH值開始減小，施用生物活性肥的土壤pH 值最小，施肥2.70t／hm2，pH 值平均為8.07，對(duì)照pH值最大，平均值為8.33，生物活性肥施用量2.70t／hm2與對(duì)照比較，pH 值降低了0.26，差異顯著（p＜0.05）。經(jīng)相關(guān)分析可知，生物活性肥施用量與土壤pH值之間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為－0.963 1（表3）。

表3 生物活性肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

2.3 施用生物活性肥對(duì)玉米幼苗植物學(xué)性狀和經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量的影響

2.3.1 對(duì)玉米幼苗植物學(xué)性狀的影響 將2013年6月15日玉米出苗49d后的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析可知，生物活性肥施用量與玉米幼苗株高、莖粗、生長(zhǎng)速率、地上部分干重、根系干重呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.971 2，0.927 4，0.972 8，0.989 8，0.984 0。生物活性肥施用量2.70t／hm2的處理與對(duì)照比較，幼苗株高增加了14.2cm，差異極顯著（p＜0.01）；莖粗增加了4.6mm，差異顯著（p＜0.05）；生長(zhǎng)速度增加了4.2mm／d，差異極顯著（p＜0.01）；地上部分干重增加了14.62g，差異極顯著（p＜0.01）；根系干重增加了1.82g，差異極顯著（p＜0.01）（表4）。

表4 生物活性肥對(duì)玉米幼苗植物學(xué)性狀的影響

2.3.2 對(duì)玉米經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量的影響 將2013年9月11日玉米收獲后的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析可知，生物活性肥施用量與玉米穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重、產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.959 9，0.926 7，0.821 1，0.973 3。生物活性肥施用量2.70t／hm2與對(duì)照比較，穗粒數(shù)增加了77粒，差異極顯著（p＜0.01）；穗粒重增加了 19.48g，差異極顯著（p＜0.01）；百粒重增加了4.61g，差異極顯著（p＜0.01）；產(chǎn)量增加了1 886.73kg／hm2，差異極顯著（p＜0.01）（表5）。

表5 生物活性肥對(duì)玉米經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量的影響

2.4 施用生物活性肥對(duì)玉米施肥利潤(rùn)的影響

從表6可知，生物活性肥施用量由0.45t／hm2，增加到1.80t／hm2時(shí)，施肥利潤(rùn)隨著生物活性肥施用量的增加而遞增，當(dāng)生物活性肥施用量大于1.80 t／hm2時(shí)，施肥利潤(rùn)隨著生物活性肥施用量的增加而遞減，出現(xiàn)了報(bào)酬遞減律。由此可見，生物活性肥適宜用量為1.80t／hm2（表6）。

2.5 生物活性肥經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量和理論產(chǎn)量的確定

生物活性肥不同施用量與玉米產(chǎn)量間的關(guān)系可用二次函數(shù)進(jìn)行擬合，顯著性測(cè)驗(yàn)結(jié)果表明，回歸方程擬合良好。生物活性肥價(jià)格（Px）為4.53元／kg，玉米價(jià)格（Py）為5.00元／kg，將（Px）、（Py）、回歸方程的參數(shù)b和c，代入經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量計(jì)算公式為：

求得生物活性肥經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量（x0）為1.80t／hm2，求得玉米的理論產(chǎn)量 y 為 6 597.24 kg／hm2，計(jì)算結(jié)果與田間小區(qū)試驗(yàn)處理5相吻合（表6）。

表6 生物活性肥對(duì)玉米施肥利潤(rùn)的影響

2.6 生物活性肥與傳統(tǒng)化肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

2013年9月14日玉米收獲后測(cè)定數(shù)據(jù)可知，不同處理容重變化順序?yàn)椋簩?duì)照＞傳統(tǒng)化肥＞生物活性肥，生物活性肥與傳統(tǒng)化肥比較，容重降低了0.05 g／cm3，差異極顯著（p＜0.01）。總孔隙度變化順序?yàn)椋荷锘钚苑剩緜鹘y(tǒng)化肥＞對(duì)照，生物活性肥與傳統(tǒng)化肥比較，總孔隙度增加了2.26%，差異極顯著（p＜0.01）。團(tuán)聚體變化順序?yàn)椋荷锘钚苑剩緜鹘y(tǒng)化肥＞對(duì)照，生物活性肥與傳統(tǒng)化肥比較，團(tuán)聚體增加了1.28%，差異極顯著（p＜0.01）。pH值變化順序?yàn)椋荷锘钚苑剩紓鹘y(tǒng)化肥＜對(duì)照，生物活性肥與傳統(tǒng)化肥比較，pH降低了0.06個(gè)單位，差異顯著（p＜0.05）。飽和持水量變化順序?yàn)椋荷锘钚苑剩緜鹘y(tǒng)化肥＞對(duì)照，生物活性肥與傳統(tǒng)化肥比較，飽和持水量增加了45.20m3／hm2，差異顯著（p＜0.05）（表7）。

表7 生物活性肥與傳統(tǒng)化肥對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

2.7 不同類型肥料對(duì)玉米幼苗植物學(xué)性狀的影響

2013年6月15日玉米出苗49d后測(cè)定結(jié)果可知，不同處理玉米幼苗植物學(xué)性狀從好到差的變化順序?yàn)椋荷锘钚苑剩緜鹘y(tǒng)化肥＞對(duì)照。

生物活性肥與傳統(tǒng)化肥比較，玉米生長(zhǎng)速度增加了0.73mm／d，差異極顯著（p＜0.01）。地上部分干重增加了0.78g／株，差異顯著（p＜0.05）；根系干重增加了0.06g／株，差異顯著（p＜0.05）（表8）。

表8 生物活性肥與傳統(tǒng)化肥對(duì)玉米幼苗植物學(xué)性狀的影響

2.8 生物活性肥與傳統(tǒng)化肥對(duì)玉米經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量及施肥利潤(rùn)的影響

2013年9月14日，玉米收獲后測(cè)定結(jié)果可知，不同處理玉米經(jīng)濟(jì)性狀、產(chǎn)量、施肥利潤(rùn)變化順序依次為：生物活性肥＞傳統(tǒng)化肥，生物活性肥與傳統(tǒng)化肥比較，玉米穗粒數(shù)增加了13.32粒／穗，差異顯著（p＜0.05）；穗粒重增加了9.06g／穗，差異極顯著（p＜0.01）；百粒重增加了1.20g，差異顯著（p＜0.05）；產(chǎn)量增加了823.64kg／hm2，差異極顯著（p＜0.01）；施肥利潤(rùn)增加了885.12元／hm2（表9）。

表9 生物活性肥與傳統(tǒng)化肥對(duì)玉米經(jīng)濟(jì)性狀和增產(chǎn)效果的影響

3 討論與結(jié)論

土壤容重是土壤重要的物理性質(zhì)，是計(jì)算土壤孔隙度的重要參數(shù)［15－19］。土壤總孔隙度是表征土壤松緊程度的一個(gè)重要指標(biāo)。土壤團(tuán)聚體是表征肥沃土壤的指標(biāo)之一［20－22］，研究結(jié)果表明，隨著生物活性肥施用量梯度的增加，土壤容重降低，總孔隙度增大，團(tuán)聚體增加，究其原因，生物活性肥中的聚乙烯醇是一種膠結(jié)物質(zhì)，可以把小土粒粘在一起，形成較穩(wěn)定的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增大了土壤孔隙度，降低了土壤容重［23－25］。pH值是土壤重要的化學(xué)性質(zhì)，隨著生物活性肥施用量梯度的增加，pH值在降低，究其原因是生物活性肥中的檸檬酸是一種酸性化合物，明顯降低土壤pH值。土壤持水量是評(píng)價(jià)土壤涵養(yǎng)水源及調(diào)節(jié)水分循環(huán)的重要指標(biāo)［26－27］，隨著生物活性肥施用量梯度的增加，土壤田間持水量、飽和持水量在增加，分析這一結(jié)果產(chǎn)生的原因是生物活性肥中的保水劑是一類高分子聚合物，這類物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，本身不溶于水，卻能在10min內(nèi)吸附超過(guò)自身重量100～1 400倍的水分，體積大幅度膨脹后形成飽和吸附水球，吸水倍率很大，在提高土壤持水性能方面具有重要的作用［28］。研究結(jié)果表明，生物活性肥配方最佳組合為功能性改土劑0.12t，生物菌肥0.09t，多元復(fù)混肥1.20t。生物活性肥施用量與土壤總孔隙度、團(tuán)聚體、持水量、玉米經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，與土壤容重、pH值呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。生物活性肥經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量為1.80t／hm2，玉米的理論產(chǎn)量為6 597.24kg／hm2。

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