王修康，馬金昭，孫 瑤，孫景寬，楊紅軍，王學江，王發(fā)啟，王永剛

(1.五洲豐農業(yè)科技有限公司，山東 煙臺 264000；2.濱州學院，山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點實驗室，山東 濱州 256603；3.煙臺市農業(yè)技術推廣中心，山東 煙臺 264000)

玉米是中國的主要糧食作物之一，其生產水平與國家糧食安全密切相關。東北地區(qū)作為玉米的主產區(qū)之一，其土壤類型主要為黑土和黑鈣土，具有腐殖質層厚、有機質含量高和保水保肥等特點[1-2]。隨著不斷開墾和玉米連作等現(xiàn)象，導致東北地區(qū)的土壤肥力退化嚴重[2-3]。近年來，由于生產中的不合理施肥尤其是過量施肥，導致玉米產量不穩(wěn)定和耕地質量嚴重下降，致使農民的生產收益降低[4-5]。有研究表明：這不僅使得肥料利用率低下，還造成了土壤酸化、水體富營養(yǎng)化和溫室氣體排放等一系列環(huán)境污染問題，嚴重制約著東北乃至中國糧食生產與經濟可持續(xù)發(fā)展[1,6]。因此，降低化肥使用量、提高肥料利用率、減少農民的施肥成本和環(huán)境污染風險已成為亟待解決的問題。

海藻肥是以天然海藻為原料加工而成的新型有機肥，其含有大量的營養(yǎng)元素和有效活性成分，主要包括氮、磷、鉀等大量元素和鐵、錳、銅、鋅等微量元素，還含有一定數(shù)量的蛋白質、氨基酸、多糖、微生物、甜菜堿、甘露醇和植物生長素等多種活性物質[7-9]，且富含大量的活性酶和豐富的微生物群體[10]。研究表明：施用海藻肥能夠顯著促進根系的生長，增強土壤酶和土壤微生物的活性以及作物抵抗脅迫的能力，進而有效提高作物的產量和改善品質[8,11]。涂海華等[12]發(fā)現(xiàn)：將海藻肥噴施于葡萄葉片，可顯著促進葡萄的生長進而達到增產15% 的效果；YAO 等[13]施用海藻肥提高了番茄葉片的光合能力，使得番茄產量增加了4.6%～6.9%。海藻肥不僅能為植物的生長發(fā)育提供必需的營養(yǎng)，還能提供生長調節(jié)劑，促進植物生長發(fā)育；并且與普通化學肥料相比，具有安全無毒、環(huán)境友好等特點[14]。然而關于新型海藻肥與復合肥配施對東北地區(qū)春玉米的生長效應影響的研究較少。本研究采用不同劑量新型海藻肥與復合肥一同施入土壤中，研究其對春玉米產量、生物量和農藝性狀的影響，以明確該新型海藻肥合理的使用量及對春玉米的增產效應，為其應用推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)和供試材料

試驗地位于遼寧省阜新市彰武縣雙廟鎮(zhèn)(N42°40′，E122°38′)，屬溫帶季風氣候，年平均氣溫7～8 ℃，年均降雨量約510 mm，降雨多集中在7—8 月。試驗區(qū)地勢平坦，當?shù)馗鞣绞綖橐砸患敬河衩诪橹鞯倪B年淺旋耕。供試土壤為沙壤土，在播種前采集0～20 cm 的基礎土壤樣品，并按照鮑士旦[15]的方法測定其理化性質為：容重1.45 g/cm3、pH 6.24、有機質含量為7.23 g/kg、全氮含量為0.56 g/kg、全磷含量為0.28 g/kg、全鉀含量為27.05 g/kg、堿解氮含量為64.27 mg/kg、有效磷含量為20.60 mg/kg、速效鉀含量為74.32 mg/kg。

供試玉米品種為金禾658 (購于遼寧金禾偉業(yè)種子有限公司)；供試復合肥m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)為27∶10∶13；供試海藻肥含海藻酸29.2%、粗蛋白14.1%、甘露醇10.9%、灰分30.2%和鉀6.63%，是采用混合菌種的半固體好氧發(fā)酵工藝發(fā)酵褐藻，并采用德國先進的冷鮮造粒技術得到的新型海藻肥，與傳統(tǒng)生產方式相比能夠有效避免生產過程中的高溫加熱以及強酸堿的腐蝕，最大限度保存了海藻中海藻寡糖等提取物的活性[13-14]。供試復合肥和海藻肥均由煙臺五洲豐農業(yè)科技有限公司提供。

1.2 試驗設計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設計，共7 個處理：CK (施用普通復合肥1 500 kg/hm2)、CF1+S1、CF2+S1、CF3+S1、CF1+S2、CF2+S2和CF3+S2；其中，CF1～CF3分別為復合肥1 500、1 350 和1 200 kg/hm2，S1～S2分別為海藻肥7.5 和15 kg/hm2。每個處理3 次重復，每重復小區(qū)面積為10 m×66 m。

試驗于2017 年5 月4 日播種、9 月28 日收獲。供試玉米種植密度為6 萬株/hm2，種植行距50 cm，株距33 cm。所有處理復合肥與海藻肥充分混勻后作為基肥均勻撒施，并采用旋耕機翻入土壤，翻耕深度約13 cm。各小區(qū)均采用常規(guī)高產方式進行田間管理，并保持一致。

1.3 測定指標與方法

玉米產量：在玉米收獲時進行產量的測定，每個處理小區(qū)隨機選取3 個具有代表性的10 m2樣本測產，調查成穗數(shù)，用水分儀測定水分，按14%含水量折合成籽粒產量。

玉米產量構成因素：從每個小區(qū)取有代表性的15 株玉米，按常規(guī)方法測定穗行數(shù)、行粒數(shù)、禿尖和百粒質量等產量構成因素[5]。在苗期(2017 年5 月25 日)、拔節(jié)期(2017 年6 月20 日)、灌漿期(2017 年7 月20 日)、乳熟期(2017 年8 月20 日)和收獲期(2017 年9 月27 日)從每個小區(qū)選擇生長發(fā)育一致、葉片無病斑和破損的植株地上部15 株，烘箱105 ℃殺青0.5 h 后，80 ℃烘干至恒質量，計算玉米單株干物質量[16-17]。

玉米株高、莖粗和葉面積：從各處理小區(qū)選取10 株代表性植株掛牌標記，在苗期和拔節(jié)期采用米尺測定玉米株高，并用游標卡尺測定第2 節(jié)間(基部扁面)莖粗；在灌漿期采用長寬系數(shù)法測量葉面積，葉面積(LA)=L(葉片最大長度)×A(最大寬度)×0.75[4]。

葉片葉綠素含量：在苗期、拔節(jié)期、灌漿期和乳熟期使用SPAD-502 葉綠素儀(日本美能達公司制造) 測定植株從上數(shù)第2 個展開功能葉的SPAD 值，取10 株的平均值作為該小區(qū)的SPAD 值[11]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010 和SAS 8.0 進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，不同處理間采用Duncan’s 多重檢驗方法對各處理的差異顯著性進行檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同處理對玉米產量及其構成因素的影響

海藻肥配施復合肥對玉米有增產效應(表1)，其中以添加7.5 和15 kg/hm2海藻肥的CF1+S1和CF1+S2處理的產量最高，較CK 處理分別顯著增加了18.9% 和15.9%。在添加7.5 kg/hm2海藻肥處理中，復合肥減量10% (CF2+S1) 處理和減量20% (CF3+S1) 處理與CK 相比依然未減產，但較CF1+S1處理分別顯著減少了12.3%和17.7%。在相同復合肥用量下，添加不同量的海藻肥對產量均無顯著影響，表明翻倍施用的海藻肥增產效果并不顯著。與CK 處理相比，添加海藻肥的CF1+S1、CF2+S1、CF1+S2和CF3+S2處理顯著增加了玉米的百粒質量。CF1+S2處理較其他處理顯著增加了穗行數(shù)。

表1 不同處理的玉米產量及其構成因素(mean±SD)Tab.1 Yield and yield components of maize under different treatments

2.2 不同處理對玉米各時期單株干物質量的影響

不同處理在各時期的玉米單株干物質量不同(表2)。在苗期，添加15 kg/hm2海藻肥的CF1+S2處理的植株干物質量最高，較CK 處理顯著增加9.9%；海藻肥配施減量復合肥處理(CF2+S1、CF3+S1、CF2+S2和CF3+S2)與CK 相比其干物質量未顯著降低。在拔節(jié)期、灌漿期、乳熟期和收獲期，添加海藻肥的CF1+S1與CF1+S2處理的干物質量均較CK 處理顯著提高。在收獲期，海藻肥配施減量10% 復合肥處理(CF2+S1和CF2+S2)的單株干物質量仍較CK 顯著增加4.5%與4.0%；海藻肥配施減量20%復合肥處理(CF3+S1和CF3+S2)的單株干物質量依然能與CK 處理持平。在灌漿期、乳熟期和收獲期，相同復合肥用量下添加不同劑量海藻肥的單株干物質量均無顯著差異。

表2 不同處理在各生育期的單株玉米干物質量(mean±SD)Tab.2 Biomass per plant of maize at different stages under different treatments g

2.3 不同處理對玉米株高、莖粗和葉面積指數(shù)的影響

由圖1 可知：在玉米苗期，添加15 kg/hm2海藻肥(CF1+S2) 處理的株高較未添加海藻肥的CK 處理顯著增加8.5%，較減量20% 復合肥的CF3+S2處理顯著增加11.9%，其他各處理組間的株高均無顯著差異。在拔節(jié)期，翻倍添加海藻肥(CF1+S2)處理的株高最高；添加海藻肥(CF1+S1和CF1+S2)處理的株高分別較CK 顯著增加5.1%和8.0%，其他處理與CK 處理之間的株高均無顯著差異。

由圖1 還可知：添加7.5 kg/hm2海藻肥的CF1+S1處理在苗期的莖粗最粗，為26.6 mm，較CK、CF2+S1和CF3+S1處理分別顯著增加12.2%、9.0%和11.8%；海藻肥配施減量復合肥的處理(CF2+S1、CF3+S1、CF2+S2和CF3+S2) 與復合肥未減量的CK 處理間的莖粗差異均不顯著。在拔節(jié)期，添加海藻肥的CF1+S1和CF1+S2處理的莖粗最粗，較CK 處理分別顯著增加8.9%和7.2%；在相同用量復合肥下，翻倍施用海藻肥對莖粗的影響不顯著。

圖1 不同處理的玉米株高和莖粗Fig.1 Plant height and stem diameter of maize under different treatments

對灌漿期不同處理玉米的葉面積指數(shù)分析(圖2) 發(fā)現(xiàn)：施用海藻肥的CF1+S1和CF1+S2處理效果最好，較CK 處理分別顯著增加6.5%和9.9%。海藻肥配施減量10%復合肥的CF2+S1和CF2+S2處理與CK 處理差異不顯著。CF1+S1與CF1+S2之間、CF2+S1與CF2+S2之間、CF3+S1與CF3+S2之間的葉面積指數(shù)差異不顯著，表明在相同復合肥用量下，翻倍海藻肥對玉米葉面積指數(shù)影響不顯著。

圖2 灌漿期不同處理的玉米葉面積指數(shù)Fig.2 Leaf area index of maize under different treatments

2.4 不同處理對玉米葉綠素含量的影響

不同處理在各時期的玉米葉片SPAD 值有所差異(表3)。在苗期，CK 處理的SPAD 值最低，較添加海藻肥的CF1+S1和CF1+S2處理分別顯著降低8.8% 和14.1%，但與海藻肥配施減量20%復合肥的CF3+S1和CF3+S2處理相比無顯著差異。在拔節(jié)期和灌漿期，不同用量海藻肥配施減量10% 和20% 復合肥處理的SPAD 值與CK 均無顯著差異。在乳熟期，添加海藻肥的CF1+S1與CF1+S2處理的SPAD 值最高，分別較CK 顯著增加9.7%和11.8%；施用15 kg/hm2海藻肥配施減量10% 與20% 復合肥處理的SPAD 值較CK 依然顯著增加。然而各個時期復合肥相同用量的條件下，不同海藻肥用量的處理之間SPAD值無顯著差異。

表3 不同處理的玉米葉綠素SPAD 值Tab.3 SPAD value of maize leaves under different treatments

2.5 相關性分析

通過對產量及其農藝性狀各指標的相關性分析(表4)發(fā)現(xiàn)：產量與SPAD 值、葉面積指數(shù)、干物質量、株高和莖粗均呈極顯著正相關(P＜0.01)，說明SPAD 值、葉面積指數(shù)、干物質量、株高和莖粗的提高可以促進產量的增加。玉米葉片SPAD 值與葉面積指數(shù)、干物質量、株高和莖粗均呈極顯著正相關(P＜0.01)，且干物質量與株高和莖粗也呈極顯著正相關(P＜0.01)。

表4 產量及其農藝性狀間的相關性分析Tab.4 Correlation analysis among yield and agronomic traits

2.6 不同處理對玉米季經濟效益的影響

由表5 可知：各處理每公頃產出的經濟收入為CF1+S1＞CF1+S2＞CF2+S1＞CF2+S2＞CF3+S2＞CF3+S1＞CK。充足的養(yǎng)分供應是作物高產的有力保證，在相同復合肥的條件下，添加海藻肥處理(CF1+S1和CF1+S2) 有效地促進了玉米的生長發(fā)育，每公頃經濟效益較CK 增加了27.2%～32.5%。在復合肥減量20%的條件下，添加海藻肥(CF3+S1和CF3+S2處理)后依然保持平產，最終使得每公頃經濟效益提高了8.9%～9.8%。

表5 不同處理的玉米季每公頃經濟效益Tab.5 Economic benefits per hectare in maize under different treatments

3 討論

玉米在生長發(fā)育過程中需要大量的養(yǎng)分，海藻肥作為天然的綠色有機肥料，含有豐富的營養(yǎng)元素和多種活性物質，能夠促進作物的生長，并且具有對人體無毒害和環(huán)境無污染的特性[18]。本研究發(fā)現(xiàn)：在傳統(tǒng)復合肥(CK 處理)的基礎上施用7.5 和15 kg/hm2的海藻肥均能夠顯著提高玉米的產量、干物質量以及葉片的SPAD 值，這與姜潔等[7]和殷穎等[11]的研究結果相似。劉培京[19]采用不同稀釋濃度的海藻液對黃瓜、辣椒和番茄浸種及噴施發(fā)現(xiàn)其對3 種蔬菜幼苗的株高、葉綠素含量和葉面積均有顯著的提高。這主要是因為海藻肥中除了具有大量的營養(yǎng)元素外，還含有氨基酸、多糖、甜菜堿和植物生長素等活性物質，或作為營養(yǎng)成分參與植物的生命活動，或作為植物刺激素對植物生理活性起到積極的促進作用[7-8]。研究發(fā)現(xiàn)：海藻提取物的施用使得葉片中的葉綠素含量增加[13]，這與本試驗結果吻合。BLUNDEN等[20]認為這可能是由于海藻提取物中的甜菜堿減少了植物體內葉綠素的降解；且海藻肥的施用顯著增大了葉片的葉面積[21]。

海藻提取物的成分、結構和來源顯著影響著其有效性，本試驗的海藻肥含有29.2%海藻酸、14.1%粗蛋白、10.9%甘露醇、30.2%灰分、6.6%鉀以及一些植物激素，通過尺寸排阻色譜測定發(fā)現(xiàn)其低分子量(MW＜5 ku)的相關成分占比高達87.8%，高分子量(MW＞5 ku)的相關成分占比為12.2%[13]，說明它是一種較其他海藻提取物分子量更低的植物刺激素物質，能夠更容易被作物根系吸收[22]。海藻肥還可以通過吸附土壤中的有機分子，經過催化作用促進小分子聚合形成有機質，防止肥料的流失和浪費，并因為其本身含有一定的有機質，長期施用可顯著提高土壤中的有機質含量[23]。海藻肥自身含有豐富的酶和微生物，能夠提高土壤酶和土壤微生物活性，進而提高養(yǎng)分的利用率，促進作物的生長發(fā)育[10]。此外，海藻肥中的海藻酸能夠有效降低水的表面張力，在植物表面形成一層使水溶性物質容易透過的薄膜，提高吸收海藻肥營養(yǎng)成分的效率[24]，還能夠增加作物抵抗干旱、鹽堿和病蟲害等生物或非生物脅迫的能力，增加根系活力，減少活性氧和丙二醛的積累，提高植株的抗逆性[25-26]。本試驗中，普通復合肥在減少20%使用量時，施用海藻肥仍能和常規(guī)用量復合肥(CK 處理)的產量無顯著差異，說明海藻肥的配施可以減少普通肥料的使用量，提高肥料利用率。與CK 處理相比，CF1+S1和CF1+S2處理顯著增加了玉米的株高、莖粗、葉面積指數(shù)和SPAD 值等性狀，具有良好的促生增產效果。

4 結論

與傳統(tǒng)復合肥(CK)相比，添加7.5 kg/hm2海藻肥(CF1+S1) 顯著提高了玉米的干物質量、株高、莖粗與SPAD 值，進而使得玉米的產量顯著增加18.9%，玉米季經濟效益提高32.5%；并且在其配施減量10%乃至20%復合肥的情況下玉米依然未減產。然而，在相同復合肥用量下施用翻倍海藻肥(15 kg/hm2)處理的玉米產量、莖粗和葉片SPAD 值與正常施用量(7.5 kg/hm2)之間均無顯著差異。綜合來看，在傳統(tǒng)復合肥中添加7.5 kg/hm2的海藻肥能夠有效地提高玉米的生長性狀，進而達到增產效果。