劉金萍，劉艷麗，邵雨晴，李銀輝，王修康，薛韌，李成亮

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安，271018； 2.五洲豐農(nóng)業(yè)科技有限公司，山東 煙臺(tái)，264002)

玉米是中國三大主要糧食作物之一，種植范圍集中在北方地區(qū)，在確保糧食安全方面始終扮演了重要角色。隨著玉米新品種的不斷培育和產(chǎn)量的不斷提高，肥料品種和施肥量也逐漸增加。目前在玉米施肥方面存在一些問題：一方面注重底肥忽視追肥，注重氮肥投入忽視磷鉀肥投入，為了獲得玉米高產(chǎn)，過量且不均衡施肥，直接導(dǎo)致作物抗病蟲害和抗倒伏力減弱，繼而抗病蟲農(nóng)藥使用量增加，從而使玉米品種安全受到威脅[1],當(dāng)肥料用量超過土壤的保持能力時(shí)，會(huì)造成農(nóng)業(yè)面源污染，河流湖泊等水體富營養(yǎng)化，水質(zhì)惡化，魚蝦和底棲生物大量死亡；另一方面，不注重有機(jī)肥的投入，因?yàn)橛袡C(jī)肥使用時(shí)消耗的人工較多，且增產(chǎn)效果短時(shí)間內(nèi)不宜反映出來。然而研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥不僅污染小，長期施用還能給小麥、玉米等糧食作物帶來其生長所需要的更多的養(yǎng)分[2-4]。

在保證作物高產(chǎn)且穩(wěn)產(chǎn)的情況下，減少化肥使用量，提高肥料的利用率，成為亟待解決的重要問題[5]。化肥減施增效技術(shù)是利用現(xiàn)代技術(shù)手段，在農(nóng)作物的各生長期按照一定的比例將肥料施于作物葉面、種子或者根系附近，或施用可以延長養(yǎng)分有效期的包膜控釋肥、穩(wěn)定性肥料，從而確保作物高效利用，減少資源浪費(fèi)和農(nóng)業(yè)面源污染，以滿足農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求。與傳統(tǒng)的粗放式施肥相比，化肥減施增效技術(shù)更加符合糧食增產(chǎn)、資源高效、生產(chǎn)高效和生態(tài)環(huán)保的理念[6]。

海藻提取物含海藻寡糖、海藻酸、天然有機(jī)酸等多種陸源植物無法比擬的有機(jī)態(tài)營養(yǎng)和調(diào)節(jié)作物生長的類內(nèi)源激素活性物質(zhì)，可直接被作物根系吸收利用，促進(jìn)作物生長。已有研究表明，海藻提取物可以滿足多種植物的生長需求，增強(qiáng)植物的抗逆性，減少作物生產(chǎn)中的化肥用量[7]。據(jù)研究，對(duì)“夏黑”葡萄葉面噴施1 500倍液的海藻肥，可顯著增加其可溶性固形物和糖度等品質(zhì)要素指標(biāo)，每667 m2增產(chǎn)近15%[8]。用稀釋1 600倍的液體海藻肥對(duì)紫油菜進(jìn)行澆灌，顯著增加了紫油菜青花素、可溶性蛋白、維生素C等含量[9]。海藻肥的施用對(duì)提高草莓、蘆筍等作物的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和其耐儲(chǔ)性效果顯著，減少環(huán)境脅迫對(duì)作物的傷害[10]。一定濃度的海藻提取液對(duì)種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢也有良好影響[11-12]。將海藻提取物與傳統(tǒng)復(fù)合肥進(jìn)行有機(jī)結(jié)合生產(chǎn)海藻復(fù)合肥，不僅提供植物生長所需營養(yǎng)，還可以調(diào)節(jié)作物根際微生物區(qū)系組成，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)等[13-15]，正在被越來越多的人所認(rèn)可并在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用。

雖然前人對(duì)海藻提取物衍生的各種肥料用于果蔬效果研究較多，但對(duì)于海藻復(fù)合肥在夏玉米的用量效應(yīng)及作用效果方面卻鮮見報(bào)道。基于此，本研究以不施用氮磷鉀肥、常規(guī)施肥處理為對(duì)照，設(shè)置等養(yǎng)分量、減量10%、20%和30%的海藻復(fù)合肥處理，通過田間試驗(yàn)探究其不同施用量對(duì)土壤肥力、玉米生長的影響，明確其減量施用效果，以期為海藻復(fù)合肥的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)地位于煙臺(tái)五洲豐農(nóng)業(yè)科技有限公司的試驗(yàn)基地(121°30’ N，37°49’ E),土壤類型為棕壤，地力均勻，排灌條件良好。供試土壤部分基本理化性能指標(biāo)見表1。供本試驗(yàn)所采用的夏玉米品種為金海5號(hào)，在本試驗(yàn)中施用海藻復(fù)合肥(23-10-12)、尿素(N∶46%)、重過磷酸鈣(P2O5∶ 42%)和氯化鉀(K2O∶60%)。該海藻復(fù)合肥是以銅藻為原料藻，以嗜牙糖胞桿菌、巨大芽孢桿菌為發(fā)酵菌株，運(yùn)用海藻細(xì)胞破壁技術(shù)和先進(jìn)的冷鮮造粒技術(shù)制得。

表1 土壤基礎(chǔ)理化性能指標(biāo)Table 1 Soil basic physical and chemical properties

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理，分別為1)不施肥(T0)；2)不施氮肥，磷鉀投入量與常規(guī)施肥相同(TN0)；3)不施磷肥，氮鉀投入量與常規(guī)施肥相同(TP0)；4)不施鉀肥，氮磷投入量與常規(guī)施肥相同(TK0)；5)常規(guī)施肥(T1)；6)與常規(guī)處理等養(yǎng)分用量的海藻復(fù)合肥(T2)；7)較常規(guī)處理總養(yǎng)分減少10%的海藻復(fù)合肥(TJ1)；8)較常規(guī)處理總養(yǎng)分減少20%的海藻復(fù)合肥(TJ2)；9)較常規(guī)處理總養(yǎng)分減少30%的海藻復(fù)合肥(TJ3)。本試驗(yàn)中常規(guī)處理的氮肥(N)用量為206.9 kg·hm-2，磷肥(P2O5)用量為89.96 kg·hm-2，鉀肥(K2O)用量為107.95 kg·hm-2。各小區(qū)面積30 m2(4 m×7.5 m)，采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，共計(jì)27個(gè)小區(qū)，于2019年6月15日播種、10月3日收獲；夏玉米種植密度為67 466株·hm-2，種植的行距為0.6 m，株距為0.25 m，其他參照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理執(zhí)行。

1.3 樣品采集與測定

分別于夏玉米拔節(jié)期(7月23日)、抽雄期(8月26日)和成熟期(10月3日)，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)選擇6株具有代表性的植株，測量其株高、莖粗、葉面積長寬以及葉片SPAD值。收獲時(shí)，在每小區(qū)選取具有代表性1行玉米，收獲玉米穗，全部脫粒后曬干稱質(zhì)量，并計(jì)算產(chǎn)量；另外將地上部分秸稈全部收獲，稱質(zhì)量并測定秸稈的含水量，計(jì)算地上部分的生物量。調(diào)查穗粒數(shù)，測定玉米百粒質(zhì)量。

子粒樣品和玉米秸稈在105 ℃下殺青30 min，并在75 ℃烘箱中烘干后測定其干物質(zhì)質(zhì)量。將所有樣品磨細(xì)過2 mm篩，得到分析樣品。

植株樣品和子粒樣品均用H2SO4-H2O2消煮，然后分別采用凱式定氮法測N含量，釩鉬黃比色法測P含量，火焰光度計(jì)法測K含量，最后計(jì)算植株樣品和子粒樣品中養(yǎng)分含量。

玉米成熟期在小區(qū)內(nèi)，按照5點(diǎn)采樣原則在玉米株間采樣深度為0～20 cm，將采集的土壤充分混勻，利用四分法取500 g左右的土壤樣品。利用部分新鮮土壤樣品，經(jīng)過2 mol·L-1的KCl溶液浸提后，紫外分光光度法測定硝態(tài)氮含量，靛酚藍(lán)比色法測定銨態(tài)氮含量。剩余土壤自然風(fēng)干后研磨，分別過孔徑為0.85和0.25 mm網(wǎng)篩后封口保存待測。利用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定速效磷含量，利用醋酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀含量，利用重鉻酸鉀-外加熱法測定有機(jī)質(zhì)含量。

利用夏玉米地上部分生物量和養(yǎng)分含量計(jì)算其養(yǎng)分積累量、肥料利用率。

氮積累總量/(kg·hm-2)= 子粒產(chǎn)量/(kg·hm-2)×子粒含氮量/(g·kg-1)+秸稈量/(kg·hm-2)×秸稈含氮量/(g·kg-1)×10-3；

磷積累總量/(kg·hm-2)= 子粒產(chǎn)量/(kg·hm-2)×子粒含磷量/(g·kg-1)+秸稈量/(kg·hm-2)×秸稈含磷量/(g·kg-1)×10-3；

鉀積累總量/(kg·hm-2)= 子粒產(chǎn)量/(kg·hm-2)×子粒含鉀量/(g·kg-1)+秸稈量/(kg·hm-2)×秸稈含鉀量/(g·kg-1)×10-3；

氮肥利用率=(施氮處理植株吸氮量/(kg·hm-2)-不施氮處理植株吸氮量/(kg·hm-2))/施氮量/(kg·hm-2)×100%；

磷肥利用率=(施磷處理植株吸磷量/(kg·hm-2)-不施磷處理植株吸磷量/(kg·hm-2))/施磷量/(kg·hm-2)×100%；

鉀肥利用率=(施鉀處理植株吸鉀量/(kg·hm-2)-不施鉀處理植株吸鉀量/(kg·hm-2))/施鉀量/(kg·hm-2)×100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用EXCEL進(jìn)行整理，SPSS 19.0進(jìn)行方差分析，Duncan新復(fù)極差法檢驗(yàn)處理間差異顯著性(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

表2表明，T2較T1顯著增產(chǎn)15.27%，TJ1與T1產(chǎn)量無顯著差異，說明施用該海藻復(fù)合肥可顯著提高夏玉米產(chǎn)量，且在肥料用量減少10%的情況下，依舊可保證夏玉米穩(wěn)產(chǎn)。

從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，T2、TJ1、TJ2、TJ3較T1穗粒數(shù)分別增加14.22%、22.31%、12.98%、17.37%(表2)。T2和TJ1夏玉米百粒質(zhì)量較T1有所提高，但效果不顯著。這說明海藻復(fù)合肥主要通過增加穗粒數(shù)來使夏玉米增產(chǎn)。

表2 不同處理的夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 2 Summer maize yield and yield components of different treatments

2.2 不同施肥處理對(duì)夏玉米SPAD值的影響

葉綠素的多少?zèng)Q定了作物光合作用的強(qiáng)弱。在夏玉米拔節(jié)期，等養(yǎng)分用量情況下，T2的SPAD值相比T1有所提高，TJ1和TJ2與T1無差異，T2的SPAD值顯著高于TJ3；在玉米抽雄期，仍以T2的SPAD值最高，其次是T1，T2與T1無顯著差異，且兩處理的夏玉米SPAD值要顯著高于TJ2和TJ3(圖1)。與常規(guī)施肥相比，施用等量養(yǎng)分的海藻復(fù)合肥與海藻復(fù)合肥減量10%均可保持夏玉米生育前中期較高的SPAD值，有利于同化作用。

注：圖中不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同。Note:The different lower case letters in the figure indicate significant differences among different treatments at the 0.05 level,the same as below.

2.3 不同施肥處理對(duì)夏玉米生長發(fā)育的影響

從表3可以看出，在夏玉米拔節(jié)期，與T1相比，T2夏玉米株高、莖粗、葉面積分別提高8.41%、14.73%、9.14%，TJ1葉面積較T1提高14.04%，其余海藻復(fù)合肥減量處理對(duì)夏玉米株高、莖粗、葉面積促進(jìn)效果不明顯；在抽雄期，與T1相比，T2夏玉米株高、莖粗分別提高5.38%、10.14%，葉面積顯著提高17.61%，TJ1較T1葉面積也顯著提高；在夏玉米成熟期，與T1相比，T2、TJ1、TJ2、TJ3株高和莖粗均無顯著提高。這說明施用海藻復(fù)合肥可促進(jìn)夏玉米生育前中期株高、莖粗和葉片發(fā)育。

表3 不同施肥處理的夏玉米株高、莖粗及葉面積Table 3 Plant height, stem diameter and leaf area of summer maize under different fertilization treatments

2.4 不同施肥處理對(duì)成熟期夏玉米養(yǎng)分累積量的影響

圖2表明，T2養(yǎng)分累積量最大，氮磷鉀養(yǎng)分累積量分別為146.88、47.77、106.84 kg· hm-2，均顯著高于T1。TJ1氮磷累積量與T1無差異，TJ2、TJ3較T1養(yǎng)分累積量均顯著降低。這表明較常規(guī)施肥，施用等養(yǎng)分量海藻復(fù)合肥可顯著提高夏玉米養(yǎng)分累積量，海藻復(fù)合肥減量10%可穩(wěn)定夏玉米氮磷累積量。

圖2 不同施肥處理的夏玉米養(yǎng)分累積量Fig.2 Nutrient accumulation of summer maize under different fertilization treatments

2.5 不同施肥處理對(duì)肥料利用率的影響

圖3表明，T2較T1氮肥利用率提高29.17%，磷肥利用率提高57.89%，鉀肥利用率提高84.21%。養(yǎng)分用量相同情況下，施用海藻復(fù)合肥較常規(guī)施肥提高了氮磷鉀肥利用率。

圖3 不同施肥處理的肥料利用率Fig.3 Fertilizer utilization rate of different fertilization treatments

2.6 不同施肥處理對(duì)夏玉米成熟期土壤養(yǎng)分含量的影響

表4表明，夏玉米成熟期T2較T1土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷含量分別顯著提高了22.56%、16.71%、18.93%；TJ1較T1土壤銨態(tài)氮、有效磷含量分別顯著增加21.06%、15.52%，其他養(yǎng)分含量無顯著差異；TJ2、TJ3與T1土壤硝銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量均無顯著差異。不同處理之間土壤有機(jī)質(zhì)含量均無顯著差異。這些說明養(yǎng)分用量相同情況下，施用海藻復(fù)合肥可顯著提高土壤速效氮磷養(yǎng)分含量，海藻復(fù)合肥養(yǎng)分減少10%情況下，仍有較好培肥效果。

表4 不同施肥處理的成熟期土壤養(yǎng)分含量Table 4 Soil nutrient content of different fertilization treatments in mature stage

3 討論與結(jié)論

海藻酸可通過分泌酸性物質(zhì)來促進(jìn)土壤中難溶性磷酸鹽的溶解，提高土壤的供磷水平，從而促進(jìn)葉綠素的合成，促進(jìn)作物光合作用的進(jìn)行[16-17]。本試驗(yàn)施用海藻復(fù)合肥玉米葉綠素含量較養(yǎng)分等量的常規(guī)施肥處理有所提高，與前人研究結(jié)果一致[18]，這為提高作物養(yǎng)分積累和磷肥利用率奠定了基礎(chǔ)。

本研究與常規(guī)施肥相比，施用養(yǎng)分等量的海藻復(fù)合肥夏玉米穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量有所增加，產(chǎn)量顯著提高，且在海藻復(fù)合肥養(yǎng)分減少10%的情況下依舊可以保證玉米穩(wěn)產(chǎn)，這與前期作物較好的光合作用有關(guān)。另一方面，養(yǎng)分用量相同的情況下，施用海藻復(fù)合肥的夏玉米氮磷鉀養(yǎng)分累積量比常規(guī)施肥處理分別提高27.05%，26.11%，20.31%，顯著提高了作物養(yǎng)分累積量，從而增加了養(yǎng)分利用率。根系作為作物的吸收器官，在植物對(duì)養(yǎng)分吸收中起關(guān)鍵作用。根系活力是一種能客觀反映根系吸收、合成、氧化、還原能力的重要指標(biāo)[19]。已有研究顯示一定濃度的褐藻寡糖對(duì)植物根系活力有顯著促進(jìn)作用[20-21]。本研究所用的海藻復(fù)合肥中含有海藻精華，其中的海藻寡糖、活性肽、氨基酸等成分可直接被作物根系吸收利用，使玉米根系長得早，長得快，長得旺，可極大地提高玉米對(duì)養(yǎng)分的吸收能力，促進(jìn)其生長，在養(yǎng)分減少10%情況下依然可以保證作物正常生長。

本試驗(yàn)綜合考慮產(chǎn)量、作物養(yǎng)分吸收情況、土壤肥力以及肥料投入成本，海藻復(fù)合肥減量10%施用能維持較好的葉綠素含量和養(yǎng)分累積量，維持作物產(chǎn)量，可以穩(wěn)定土壤肥力，具有進(jìn)一步推廣的良好潛力。