劉 蘋(píng),李慶凱,林海濤*,劉開(kāi)昌,趙海軍,宋效宗,沈玉文,王江濤

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/山東省環(huán)保肥料工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250100;2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物研究所，山東 濟(jì)南 250100;3.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100)

施肥在增加農(nóng)作物產(chǎn)量、補(bǔ)充耕地養(yǎng)分不足等方面起到了不可替代的作用。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計(jì),在提高作物單產(chǎn)中,化肥所起的作用占40%～60%[1]。當(dāng)前我國(guó)糧食增產(chǎn)主要建立在農(nóng)業(yè)資源高投入、高消耗的基礎(chǔ)上,普遍存在氮肥施用過(guò)量、磷鉀肥施用不足的現(xiàn)象,從而造成肥料利用率低、農(nóng)田土壤及地下水環(huán)境被污染等弊端[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì),1980年至今的30多年間,我國(guó)糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)了近85%,但化肥施用量增長(zhǎng)了450%,化肥施用量的增速遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了糧食產(chǎn)量的增速[3]。因此開(kāi)發(fā)高產(chǎn)、高效、生態(tài)、簡(jiǎn)化的施肥技術(shù)體系對(duì)當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

緩控釋肥料是指以各種調(diào)控機(jī)制使其養(yǎng)分釋放延緩,延長(zhǎng)植物對(duì)其有效養(yǎng)分吸收利用的期限,使其養(yǎng)分按照設(shè)定的釋放率和釋放期緩慢或控制釋放的肥料[4]。研究表明,緩控釋肥不僅能滿(mǎn)足作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的需要,還具有全生育期肥料一次性基施和節(jié)省追肥所需的勞動(dòng)力投入、減少肥料用量、提高氮肥利用率并減輕環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)[5]。玉米是我國(guó)三大作物之一,其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及附加價(jià)值高,在國(guó)家糧食生產(chǎn)與糧食安全中占有重要地位[6]。近年來(lái),雖然測(cè)土配方施肥技術(shù)和穴播穴施肥技術(shù)等節(jié)肥技術(shù)得到了推廣應(yīng)用,但玉米單產(chǎn)增速仍顯著低于肥料施用量的增速[7]。玉米是一種需肥較多的作物,尤其是需氮量較大，因此,緩控釋肥在玉米生產(chǎn)上具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前市場(chǎng)上緩控釋肥品種繁多,不同緩控釋肥在不同作物、不同土壤條件下的應(yīng)用效果有所差異。為此,我們研究了施用6種不同緩控釋肥品種對(duì)玉米養(yǎng)分吸收、氮肥利用率及產(chǎn)量的影響,以期篩選出適于山東中部玉米產(chǎn)區(qū)土壤條件及玉米栽培的優(yōu)質(zhì)、高效的緩控釋肥品種,為該地區(qū)玉米田科學(xué)施肥和提高玉米種植效益提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2018年在山東省泰安市泰山區(qū)邱家店鎮(zhèn)黃溝崗村(117°29′E,36°18′N(xiāo))進(jìn)行,該地屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候,年均降水量803.7 mm,年均氣溫13.2 ℃,年均日照時(shí)數(shù)2581.9 h;試驗(yàn)田土壤類(lèi)型為褐土,質(zhì)地為粘土,地勢(shì)平坦,灌溉條件良好。前茬作物為大蒜;不同土層的基本理化性狀見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)地土壤的基本理化性狀

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為鄭單958。供試肥料:尿素(N 46%)、重過(guò)磷酸鈣(P2O543%)、硫酸鉀(K2O 50%)、緩釋肥A(眾德?lián)交旆柿?多功能長(zhǎng)效肥，N∶P2O5∶K2O=25∶13∶7)、緩釋肥B(五洲豐納米控釋肥,N∶P2O5∶K2O=25∶12∶8)、緩釋肥C(魯西脲甲醛復(fù)合肥,N∶P2O5∶K2O=26∶6∶8)、緩釋肥D(魯西緩釋摻混肥,N∶P2O5∶K2O=25∶6∶9)、自制控釋氮肥A(N 44%)、自制控釋氮肥B(N 44%)。其中緩釋肥A、B、C、D為試驗(yàn)地點(diǎn)常見(jiàn)的市售緩控釋肥品種;自制控釋氮肥A、B由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所肥料創(chuàng)制團(tuán)隊(duì)研制。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用大區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì),每個(gè)大區(qū)的面積為100 m2,長(zhǎng)15.2 m,寬6.6 m,10行區(qū)。試驗(yàn)共設(shè)8個(gè)處理(表2)。在大蒜收獲后,將肥料均勻撒施到對(duì)應(yīng)大區(qū),旋耕3遍。玉米種植采用夏直播,行距0.66 m,株距0.33 m,南北種植,每公頃種植45915株。于2018年6月1日播種,9月25日收獲。其他田間栽培管理按玉米高產(chǎn)要求進(jìn)行。

表2 試驗(yàn)處理情況

注:處理T1～T6的N、P2O5、K2O施用量與OPT處理相同;CK的P2O5、K2O施用量與OPT處理相同。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素 于玉米成熟期,各處理收取10 m一行,重復(fù)3次,待其自然風(fēng)干后考種,分別考察穗粒數(shù)和千粒重等指標(biāo);實(shí)際產(chǎn)量由各小區(qū)所取10 m一行籽粒的風(fēng)干質(zhì)量折算獲得。

1.4.2 玉米秸稈及籽粒養(yǎng)分含量 在玉米成熟期,各處理分別選取有代表性的玉米5 株,重復(fù)3次,放入烘箱中于105 ℃下殺青30 min,再于80 ℃烘干至恒重,稱(chēng)取莖、葉的干物質(zhì)量,根據(jù)株行距折合計(jì)算單位面積秸稈干物質(zhì)量；然后將所有重復(fù)的秸稈、籽粒單獨(dú)粉碎，用于養(yǎng)分含量的測(cè)定。玉米籽粒及秸稈養(yǎng)分含量的測(cè)定參考《土壤農(nóng)化分析》[8]中的方法:將粉碎的玉米秸稈和籽粒用硫酸-雙氧水消化后,用凱氏定氮法測(cè)定全氮含量，用釩鉬黃比色法測(cè)定全磷含量，用火焰光度法測(cè)定全鉀含量。

1.4.3 氮肥利用率 其計(jì)算公式[9]為:氮肥利用率(%)=(施肥區(qū)作物地上部分吸氮量-對(duì)照區(qū)作物地上部分吸氮量)/施氮量×100%。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2013處理試驗(yàn)數(shù)據(jù),用SPSS 16.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理間各指標(biāo)的差異顯著性檢驗(yàn),顯著性水平設(shè)為α=0.05；采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同緩控釋肥處理對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由表3可知,與CK相比,施氮肥的7個(gè)處理的玉米產(chǎn)量均顯著增加(P<0.05)。在供試的6種緩控釋肥中,以T5的玉米產(chǎn)量最高,比常規(guī)尿素處理增產(chǎn)15.16%;而T6的產(chǎn)量與常規(guī)尿素處理基本持平。在市售的4種緩釋肥產(chǎn)品中,T1和T4的玉米產(chǎn)量高于常規(guī)尿素處理,其中前者的產(chǎn)量顯著高于OPT,可增產(chǎn)10.42%。另外兩種緩釋肥T2和T3的玉米產(chǎn)量均低于常規(guī)尿素處理,但差異均未達(dá)到顯著水平。各施肥處理對(duì)玉米穗粒數(shù)和千粒重的影響與對(duì)產(chǎn)量的影響類(lèi)似,均以T5處理的值最高,其次為T(mén)1和T4,其中T5的穗粒數(shù)和千粒重比OPT分別增加了6.63%和8.47%。

2.2 不同緩控釋肥處理對(duì)玉米籽粒養(yǎng)分含量的影響

由表4可以看出,施氮肥的7個(gè)處理的玉米籽粒氮、磷、鉀含量均高于對(duì)照。籽粒氮的含量以T6最高,顯著高于市售的4種緩釋肥產(chǎn)品和T5(P<0.05);T3和T5籽仁中氮含量較低,顯著低于OPT(P<0.05)；其他緩釋肥處理的玉米籽粒氮含量與常規(guī)氮肥處理之間差異不顯著。各處理的玉米籽粒鉀含量以T5最高,在其他處理之間差異均不顯著;各處理的玉米籽粒磷含量均不存在差異顯著性。

表3 不同緩控釋肥處理對(duì)玉米產(chǎn)量性狀的影響

注:同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05),下同。

表4 不同緩控釋肥處理對(duì)玉米籽粒養(yǎng)分含量的影響

2.3 不同緩控釋肥處理對(duì)玉米秸稈干重及養(yǎng)分含量的影響

從表5可以看出,在不同處理間玉米秸稈干重差異明顯:眾德?lián)交旆柿?多功能長(zhǎng)效肥和自制控釋肥B處理的玉米秸稈干重顯著低于OPT的；其他緩控釋肥處理的玉米秸稈干重均顯著高于OPT的(P<0.05)。在不同緩控釋肥處理中，玉米秸稈氮含量以T5最高,顯著高于OPT和其他緩控釋肥處理的(P<0.05)。玉米秸稈磷含量以T1、T2和T5處理較高,顯著高于OPT和其他緩控釋肥處理的(P<0.05),但在前三者之間不存在差異顯著性。與OPT相比,T5的玉米秸稈鉀含量顯著增加,T4顯著降低;在市售的4種緩釋肥處理中,T1的玉米秸稈鉀含量顯著高于其他3種緩控釋肥處理的(P<0.05)。

2.4 不同緩控釋肥處理對(duì)氮肥利用率的影響

由圖1可見(jiàn)：T3處理的氮肥利用率低于OPT的；T2的氮肥利用率與常規(guī)尿素施肥處理基本持平；其他4種緩控釋肥處理的氮肥利用率均高于常規(guī)尿素處理的。在不同緩控釋肥處理中，以T5的氮肥利用率最高,其次為T(mén)6處理和T1處理。其中,T5的氮肥利用率顯著高于其他6種施肥處理的,比常規(guī)尿素施肥處理增加了58.25% (P<0.05)。處理T1、T4和T6的氮肥利用率均顯著高于T3的(P<0.05);除T3和T5以外,在其他各處理之間玉米的氮肥利用率差異均未達(dá)到顯著水平。

表5 不同緩控釋肥處理對(duì)玉米秸稈養(yǎng)分含量的影響

圖1 不同緩控釋肥處理對(duì)玉米氮肥利用率的影響

3 討論與結(jié)論

據(jù)鄭國(guó)棟等[10]報(bào)道，施用不同緩控釋肥均有利于增加花生單株結(jié)果數(shù)和單株果重,但各處理間產(chǎn)量差異較大。謝宜等[11]比較了4種不同緩控釋肥在直播早稻上的應(yīng)用效果,發(fā)現(xiàn)JT-05和JT-06處理促進(jìn)了水稻生長(zhǎng),提高了氮和磷的收獲指數(shù)以及實(shí)粒數(shù)、穗重、齊穗期劍葉SPAD值,而JZ-01和JZ-02處理降低了上述指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)：在供試的6種緩控釋肥處理中，僅眾德?lián)交旆柿?多功能長(zhǎng)效肥和自制緩釋肥A處理的玉米產(chǎn)量顯著高于常規(guī)尿素處理的,而在其他品種緩釋肥處理與常規(guī)尿素處理間玉米產(chǎn)量均不存在差異顯著性；玉米對(duì)不同品種緩控釋肥的氮肥利用率存在一定差異,以自制緩釋肥A、自制緩釋肥B和眾德?lián)交旆柿陷^高。緩控釋肥提高作物的產(chǎn)量建立在養(yǎng)分的釋放切合作物生長(zhǎng)發(fā)育需求的基礎(chǔ)上,其實(shí)際應(yīng)用效果受到作物品種[12]、運(yùn)籌方式[13]、地力水平[14]和灌溉方式[15]等因素的影響。在本研究中,不同品種緩控釋肥處理的玉米產(chǎn)量及氮肥利用率存在差異，可能與其對(duì)當(dāng)?shù)赝寥罈l件的適應(yīng)能力不同有關(guān)。另一方面,不同品種緩控釋肥在生產(chǎn)原料、加工工藝、控釋機(jī)制等方面的差異也在一定程度上影響了其在玉米生產(chǎn)上的應(yīng)用效果[16-18]。

與常規(guī)肥料相比,緩控釋肥可通過(guò)提高肥料利用率[19]、調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分含量及理化性狀[20]和優(yōu)化作物形態(tài)生理特征[21]等途徑來(lái)提高作物產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn),不同緩控釋肥通過(guò)改變穗粒數(shù)和千粒重影響了玉米產(chǎn)量,其中眾德?lián)交旆柿?多功能長(zhǎng)效肥顯著增加了玉米穗粒數(shù),自制緩釋肥A顯著增加了玉米千粒重和穗粒數(shù),且兩者的產(chǎn)量均顯著增加,這與趙斌等[22]、侯紅乾[23]的研究結(jié)果基本一致。施用緩控釋肥可提高作物的根體積、總吸收面積、傷流強(qiáng)度和氨基酸輸出強(qiáng)度,從而擴(kuò)大根系養(yǎng)分吸收范圍,強(qiáng)化根系向地上部供應(yīng)養(yǎng)分的能力[24,25]。本研究結(jié)果表明,與常規(guī)尿素處理相比,眾德?lián)交旆柿?多功能長(zhǎng)效肥和自制緩釋肥A處理增加了玉米秸稈中氮、磷、鉀含量及籽粒中鉀含量,但其秸稈干物質(zhì)重顯著降低。植物中氮、磷、鉀元素在物質(zhì)代謝中起重要作用,參與糖類(lèi)、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的代謝,并能促進(jìn)糖類(lèi)物質(zhì)的運(yùn)輸[26]。較高的氮、磷、鉀含量促進(jìn)了秸稈中干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn),從而降低了秸稈干重,增加了玉米產(chǎn)量。玉米籽粒中較高的鉀元素含量促進(jìn)了蛋白質(zhì)和糖類(lèi)的合成,這在一定程度上增加了玉米千粒重和產(chǎn)量。綜合各緩控釋肥處理對(duì)玉米產(chǎn)量和肥料利用率等的影響,自制控釋氮肥A和眾德牌摻混肥料-多功能長(zhǎng)效肥一次性施入,可減少常規(guī)施肥方式追肥的用工成本,在優(yōu)化節(jié)肥的情況下,不僅有利于玉米的增產(chǎn),還能提高肥料利用率,效果較好,建議在泰安地區(qū)推廣使用。