魏建林，李燕，馬寧，李國生，崔榮宗，鄭福麗，譚德水

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所／農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廢棄物基質(zhì)化利用重點實驗室，山東濟南 250100；2.五洲豐農(nóng)業(yè)科技有限公司，山東煙臺 264000）

玉米是我國重要的糧食作物，具有食用、飼料、工業(yè)原料等用途，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有舉足輕重的作用，對保障我國糧食安全意義重大［1，2］。建國以來我國玉米單產(chǎn)提高了4 270.5 kg／hm2，增幅為 380.1%，年均增加 101.85 kg／hm2［3］，其中肥料的施用發(fā)揮了不可替代的作用［4，5］。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)化的推進，農(nóng)業(yè)勞動力逐漸減少，夏玉米生產(chǎn)中的輕簡化施肥成為趨勢［6，7］；另一方面也出現(xiàn)了施肥過量、肥料利用率低等問題，導致資源浪費，而且?guī)韲乐氐纳鷳B(tài)風險［8］。因此減少化肥投入、提高肥料利用率成為業(yè)界共識，各類新型功能性肥料應(yīng)運而生［9，10］。海藻酸類肥料即是在普通化肥基礎(chǔ)上添加海藻酸類物質(zhì)的一種新型肥料。海藻酸是從海生植物體內(nèi)提取的一類天然多糖聚合物［11］，可活化土壤中的養(yǎng)分，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高養(yǎng)分利用效果［12，13］。海藻酸類肥料在蔬菜［14-16］、果樹［17，18］及大豆［19］、棉花［20］、煙草［21］等經(jīng)濟作物上的效應(yīng)研究有較多報道，在玉米上，周勇明［22］、王海標［23］等研究了較高土壤肥力條件下海藻酸類肥料對玉米產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收的影響。關(guān)于在低肥力土壤上添加海藻酸復合肥對玉米生長及收獲后土壤的影響尚未見報道。本試驗以夏玉米為材料，在魯東丘陵地區(qū)瘠薄地上設(shè)置缺素處理和添加海藻酸復合肥不同用量水平處理，探討玉米簡化生產(chǎn)中肥料一次性施用條件下，添加海藻酸復合肥對夏玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收利用及收獲后土壤的影響，以期探明海藻酸復合肥在夏玉米上的減施增產(chǎn)效果和施用方法，為其在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試作物：夏玉米，品種為登海3622。

供試肥料：海心花肥即添加海藻酸的復合肥（N-P2O5-K2O＝23-10-12）、尿素（N 46%）、重過磷酸鈣（P2O542%）、氯化鉀（K2O 60%）。

1.2 試驗地概況

試驗于2019年6—9月在煙臺市芝罘區(qū)只楚街道南上坊村進行。試驗地耕層土壤基礎(chǔ)理化性狀見表1。

表1 試驗地耕層土壤基礎(chǔ)理化性狀

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)9個處理，重復3次，具體見表2。所有處理肥料均一次性基施，后期不追肥，小區(qū)面積28 m2。2019年6月18日先撒肥翻地，再條播玉米種；等行距種植，行距0.61 m，株距0.26 m，每公頃密度62 580株。

表2 試驗設(shè)計

1.4 樣品采集與分析

試驗前及收獲后各小區(qū)按照“S”形多點取樣法取0～20 cm土層土樣，風干后磨碎過20目篩備用。試驗前土樣測定pH值、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。收獲后土樣測定pH值、EC值、全氮、全磷、全鉀及有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。以上各指標均采用常規(guī)方法測定［24］。

在玉米拔節(jié)期（7月26日）、吐絲期（8月20日）、成熟期（9月29日），每小區(qū)選擇代表性植株3株，測定葉面積、株高、莖粗、葉片SPAD值（成熟期為統(tǒng)計綠葉片數(shù)）。葉面積采用直尺測量每片展開綠葉的長和寬，葉片SPAD值采用SPAD-502便攜儀在上午（9∶00—11∶00）測量穗位葉或最上展開葉（若尚無穗位葉）。

玉米成熟期每小區(qū)選擇代表性植株3株，地上部分分為秸稈和籽粒兩部分制成樣品。H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮后分別測定全氮（凱式定氮法）、全磷（釩鉬黃比色法）、全鉀（火焰光度計法）含量［25］。

小區(qū)全部收獲計產(chǎn)，隨機取玉米穗10個進行考種。計算傳統(tǒng)施肥和等養(yǎng)分量海心花肥料的氮、磷、鉀養(yǎng)分利用率。

1.5 有關(guān)指標計算與數(shù)據(jù)分析

葉面積＝長×寬×0.75；

經(jīng)濟系數(shù)＝籽粒產(chǎn)量／生物產(chǎn)量；

養(yǎng)分積累量＝籽粒干重×籽粒養(yǎng)分含量＋秸稈干重×秸稈養(yǎng)分含量；

氮素利用率（%）＝（施肥區(qū)植株地上部氮積累量 -不施氮區(qū)植株地上部氮積累量）／施氮量 ×100；

磷素利用率（%）＝［施肥區(qū)植株地上部磷（P）積累量-不施磷區(qū)植株地上部磷（P）積累量］×2.292／施磷（P2O5）量 ×100；

鉀素利用率（%）＝［施肥區(qū)植株地上部鉀（K）積累量-不施鉀區(qū)植株地上部鉀（K）積累量］×1.206／施鉀（K2O）量 ×100。

采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05軟件處理和統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對玉米植株農(nóng)藝性狀的影響

由圖1可以看出，吐絲期和成熟期，不同處理玉米株高和莖粗差異明顯，其中海藻肥全量養(yǎng)分的T處理在兩個時期株高均為最高，傳統(tǒng)施肥的FP處理較之降低；隨著總養(yǎng)分用量減少，株高和莖粗逐漸降低。T處理在拔節(jié)期和吐絲期葉面積大小與最終的籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)較一致，產(chǎn)量較高的處理葉面積較大。T、T1和T2處理收獲時的綠葉數(shù)具有一定優(yōu)勢，能夠保證后期有足夠的光合產(chǎn)物合成。3個減量處理中除不施氮處理外，P0和K0處理較全量養(yǎng)分處理各指標減幅較小，從而保證形成一定的籽粒產(chǎn)量。

圖1 不同處理對玉米不同生育期植株農(nóng)藝性狀的影響

2.2 不同施肥處理對玉米葉片葉綠素含量的影響

由圖2可以看出，拔節(jié)期和吐絲期，T處理葉片SPAD值均為最高，吐絲期表現(xiàn)尤其明顯；吐絲期減量10%的T1處理SPAD值也高于FP處理，隨肥料用量逐漸降低，SPAD值下降明顯。

圖2 不同施肥處理對玉米葉片SPAD值的影響

2.3 不同施肥處理對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

如表3所示，各處理產(chǎn)量表現(xiàn)為T＞T1＞T2＞P0＞FP＞K0＞T3＞CK＞N0。其中海藻肥全量T處理產(chǎn)量最高，顯著高于傳統(tǒng)肥料處理FP（增產(chǎn)10.6%），主要表現(xiàn)為穗行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重的協(xié)同提高；隨總養(yǎng)分投入量的減少，產(chǎn)量呈下降趨勢，但減量10%和20%的海藻肥能獲得比全量傳統(tǒng)肥料更高的籽粒產(chǎn)量（分別增產(chǎn)7.5%和2.6%），減量30%處理比FP處理顯著減產(chǎn)。以上各處理的產(chǎn)量差異主要來自于行粒數(shù)和百粒重的變化。在缺素處理中，不施磷處理（P0）產(chǎn)量高于不施鉀處理（K0），不施氮處理（N0）產(chǎn)量最低，與空白處理產(chǎn)量相當，穗行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重均表現(xiàn)下降。

相比傳統(tǒng)肥料施用處理，施用海藻肥各處理經(jīng)濟系數(shù)均不同程度提高，而缺素處理的經(jīng)濟系數(shù)均表現(xiàn)下降。

2.4 不同施肥處理對玉米氮磷鉀養(yǎng)分吸收的影響

玉米成熟期秸稈和籽粒中氮磷鉀養(yǎng)分含量與肥料種類和養(yǎng)分投入量密切相關(guān)（表4）。缺素處理的秸稈和籽粒養(yǎng)分吸收均明顯低于全養(yǎng)分處理。與FP處理相比，T處理籽粒氮和秸稈鉀含量明顯提高。隨著總養(yǎng)分投入量減少，海藻肥系列處理的玉米秸稈和籽粒養(yǎng)分含量隨之降低，以氮含量下降較為明顯。

表3 不同處理對籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

表4 不同施肥處理對成熟期玉米秸稈和籽粒NPK含量的影響 （%）

如圖3所示，各處理玉米養(yǎng)分的積累總體隨著投入量的增加而增加，其中T和T1處理的氮磷鉀養(yǎng)分積累總量均高于FP處理，減量20%的T2處理和減量30%的T3處理氮積累量下降明顯，其中T3處理降幅最大；缺素處理的養(yǎng)分積累與地上部生物量密切相關(guān)。

與FP相比，T處理的氮磷鉀養(yǎng)分利用率分別提高4.9、5.8、9.5個百分點（圖4）。

圖3 不同施肥處理玉米氮磷鉀養(yǎng)分積累量

圖4 海藻酸復合肥與傳統(tǒng)施肥NPK養(yǎng)分利用率比較

2.5 不同施肥處理對玉米收獲后土壤理化性狀的影響

由表5看出，施用海藻肥處理玉米收獲后耕層土壤堿解氮、速效磷、速效鉀等有效養(yǎng)分比傳統(tǒng)肥料處理均有提高，對土壤肥力提升有促進作用，同時能降低土壤pH值。隨著用量減少，EC值逐漸降低，對全量氮磷鉀和有機質(zhì)含量影響不明顯。由于地上部收獲帶走養(yǎng)分使得不施用某種養(yǎng)分的土壤該養(yǎng)分含量下降明顯。

表5 不同處理對玉米收獲后土壤理化性狀的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 海藻酸中含有鉀、鈣、鎂、鋅、碘等多種礦物質(zhì)元素和豐富的維生素，特別是含有高生物活性的多糖類、甜菜堿、蛋白類以及萜類等天然生長調(diào)節(jié)物質(zhì)。作為添加劑加入到肥料中，集營養(yǎng)成分、抗生物質(zhì)、植物激素于一體，對刺激植物生長起著重要作用［26］，在小麥［12］、水稻［27］等作物上能夠顯著提高有效穗數(shù)從而實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。本研究發(fā)現(xiàn)施用海藻酸復合肥在等養(yǎng)分量投入情況下比傳統(tǒng)肥料表現(xiàn)出相對較優(yōu)的植株性狀，尤其是葉面積、收獲時綠葉數(shù)與葉綠素含量。葉綠素含量是表征植物光合作用強弱的重要參數(shù)。光合產(chǎn)物形成干物質(zhì)是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)［28］，提高干物質(zhì)積累速率是實現(xiàn)高產(chǎn)的基本途徑［29，30］，而綠色葉面積也是干物質(zhì)形成的基礎(chǔ)。添加海藻酸復合肥處理的各項指標均優(yōu)于傳統(tǒng)施肥，因此玉米產(chǎn)量比施用傳統(tǒng)肥料增產(chǎn)10.6%，在減量10%和20%水平下也能夠表現(xiàn)出增產(chǎn)效果，與前人研究結(jié)論基本一致［17，23，24］。從玉米產(chǎn)量構(gòu)成三要素看，穗行數(shù)和行粒數(shù)對增產(chǎn)貢獻較大。

3.2 施用海藻酸復合肥處理的玉米生物量、養(yǎng)分吸收高于傳統(tǒng)肥料處理，氮磷鉀養(yǎng)分表觀利用率均高于傳統(tǒng)施肥。因此施用添加海藻酸的復合肥可以提高肥料利用效率，減少肥料損失，降低對生態(tài)環(huán)境的污染。養(yǎng)分積累是玉米干物質(zhì)及產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，充足的養(yǎng)分供應(yīng)是夏玉米獲得高產(chǎn)的保證［26］。本研究中，減量30%肥料處理表現(xiàn)為顯著減產(chǎn)，從產(chǎn)量形成三要素看，百粒重降幅最大，說明后期肥料養(yǎng)分不足嚴重影響籽粒灌漿，從而導致產(chǎn)量下降。因此要保證玉米高產(chǎn)，中后期的養(yǎng)分供應(yīng)一定要充足，盲目減少肥料投入存在減產(chǎn)風險［31］。

3.3 海藻酸中的主要成分海藻多糖是天然的土壤調(diào)節(jié)劑，能夠提高土壤中有效成分的有效性和持久性，促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤結(jié)構(gòu)［32］。計小江等［33］在水稻上研究發(fā)現(xiàn)施用海藻酸復合肥能夠增加土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、速效磷和速效鉀含量，提高土壤肥力效果明顯；高巖等［34］在設(shè)施大棚土壤上研究發(fā)現(xiàn)海藻酸肥料可在一定程度上降低土壤容重、增加土壤孔隙度及土壤呼吸強度，從而提高土壤肥力。本研究也得出相似結(jié)論，即添加海藻酸復合肥處理耕層土壤速效養(yǎng)分相比施用傳統(tǒng)肥料均有不同程度提高?？梢?，添加海藻酸復合肥在提高玉米產(chǎn)量同時還可促進地力提升。

綜合分析，在本試驗條件下，一次性施用傳統(tǒng)施肥量80%～90%的海藻酸復合肥綜合效果較好。