郭志剛，胡山鷹，金 涌，張麗平，崔同華，李冬蓮，陳怡彤

(1.清華大學(xué)化工系 北京 100084；2.浙江清華長三角研究院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所 浙江嘉興 314000；3.北京市平谷區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站 北京 101207)

玉米是世界上最重要的糧食作物之一，廣泛分布于美國、中國、巴西和其他國家[1]。與傳統(tǒng)的水稻和小麥等糧食作物相比，玉米具有很強(qiáng)的耐旱性、耐寒性、耐貧瘠性以及極好的環(huán)境適應(yīng)性[2]。玉米的營養(yǎng)價值較高，不但可以作為食品、優(yōu)良的畜禽和魚類飼料，同時也是醫(yī)療衛(wèi)生、輕工業(yè)、化工業(yè)等不可缺少的原料之一[3]。玉米還具有多種生物活性，如抗氧化、抗腫瘤、降血糖、提高免疫力和抑菌殺菌等，有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景[4]。玉米由于資源豐富、產(chǎn)量高、價格低廉且易于大面積機(jī)械化種植，為廣大農(nóng)民所喜愛。玉米在我國已栽培470多年，目前全國播種面積約為3×107hm2，僅次于水稻和小麥，在糧食作物中居第3位，在世界上僅次于美國[5]。我國是玉米生產(chǎn)大國和消費(fèi)大國，也是肥料施用大國，施肥能夠促進(jìn)玉米高產(chǎn)，但過量施用化肥，特別是偏施氮肥和磷肥，會導(dǎo)致土壤鹽漬化、板結(jié)硬化、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)破壞、土壤理化性質(zhì)劣化等一系列生態(tài)問題；同時造成肥料利用率低、資源浪費(fèi)、玉米抗逆能力減弱、品質(zhì)下降等問題，嚴(yán)重影響了種植農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，減少施肥量、提高肥料利用率、確保糧食安全、改善玉米品質(zhì)已經(jīng)成為玉米種植業(yè)的重要研究課題之一。此外，因玉米為大宗農(nóng)產(chǎn)品，種植面積廣，減少氮肥和磷肥施用量，對于改善土壤環(huán)境、降低生產(chǎn)成本，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會意義。

本文研制和開發(fā)的玉米均衡營養(yǎng)肥，是根據(jù)玉米在整個生長發(fā)育周期對氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵等營養(yǎng)元素的消耗量而設(shè)計(jì)的專用配方肥，是一種全營養(yǎng)、高效、精準(zhǔn)、配比科學(xué)的新型肥料，具有調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)、活化土壤礦物養(yǎng)分、促進(jìn)農(nóng)作物光合作用與調(diào)控物質(zhì)代謝的功能。為了驗(yàn)證玉米均衡營養(yǎng)肥的減氮、減磷效果，在北京市平谷區(qū)進(jìn)行了肥料對比試驗(yàn)，探討了玉米均衡營養(yǎng)肥對玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，旨在為指導(dǎo)種植戶科學(xué)精準(zhǔn)施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)在北京市平谷區(qū)峪口鎮(zhèn)楊橋村、峪口村(北京谷利果蔬專業(yè)合作社)和平谷區(qū)興谷街道杜辛莊等3個試驗(yàn)點(diǎn)開展。楊橋村的試驗(yàn)品種為京科25，峪口村的試驗(yàn)品種為華農(nóng)866，杜辛莊第1年和第2年的試驗(yàn)品種分別為京農(nóng)科728和京農(nóng)科828。

供試玉米均衡營養(yǎng)肥由清華大學(xué)化工系課題組設(shè)計(jì)，由北京水木沃土生物科技有限公司配制并提供。對照處理所使用的肥料是市場銷售的復(fù)合肥(N-P2O5-K2O=15-15-15)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

第1年：杜辛莊玉米均衡營養(yǎng)肥處理的試驗(yàn)田面積為6.66 hm2，施肥量為300 kg/hm2，氮、磷、鉀施用量為N+P2O5+K2O=29.40+13.80+41.40=84.60(kg/hm2)；對照田面積為6.66 hm2，復(fù)合肥施用量為375 kg/hm2，氮、磷、鉀施用量為N+P2O5+K2O=56.25+56.25+56.25=168.75(kg/hm2)。楊橋村玉米均衡營養(yǎng)肥處理的試驗(yàn)田面積為1 hm2，施肥量為600 kg/hm2，氮、磷、鉀施用量為N+P2O5+K2O=58.80+27.60+82.80=169.20(kg/hm2)；對照田面積為1 hm2，復(fù)合肥施用量為600 kg/hm2，氮、磷、鉀施用量為N+P2O5+K2O=90.00+90.00+90.00=270.00(kg/hm2)。峪口村玉米均衡營養(yǎng)肥處理的試驗(yàn)田面積為1.34 hm2，施肥量為600 kg/hm2，氮、磷、鉀施用量為N+P2O5+K2O=58.80+27.60+82.80=169.20(kg/hm2)；對照田面積為5.33 hm2，復(fù)合肥施用量為600 kg/hm2，氮、磷、鉀施用量為N+P2O5+K2O=90.00+90.00+90.00=270.00(kg/hm2)。

第2年：杜辛莊玉米均衡營養(yǎng)肥處理的試驗(yàn)田面積為3.33 hm2，施肥量為525 kg/hm2，氮、磷、鉀施用量為N+P2O5+K2O=51.45+24.15+72.45=148.05(kg/hm2)；對照田面積為3.34 hm2，復(fù)合肥施用量為525 kg/hm2，氮、磷、鉀施用量為N+P2O5+K2O=78.75+78.75+78.75=236.25(kg/hm2)。

施肥方案為一次性施肥，采用機(jī)施，播種和施肥同時進(jìn)行。播種期為7月上旬，收獲期為11月上旬。采收后測產(chǎn)，并分別取樣分析玉米品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)。

1.3 樣品采集和預(yù)處理

在玉米植株不同生長發(fā)育階段觀測其形態(tài)變化，并做好相應(yīng)記錄。收獲后測產(chǎn)，隨機(jī)取樣，自然風(fēng)干后選擇中部籽粒粉碎，用于營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)測定。在施肥前后分別取試驗(yàn)田土樣用于測定其養(yǎng)分變化，取樣時注意避開施肥溝和根系，以免對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。采用垂直取樣法用取土器取0～20 cm耕作層土壤樣品，將土樣混勻后放入取樣袋并做好標(biāo)記。每個試驗(yàn)處理分別在3個不同地點(diǎn)采取土樣，取回后放置，自然風(fēng)干，篩出根系和石子等雜物，采用四分法處理，分別取適量土樣再過篩，用于測定各項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

玉米籽粒的干物質(zhì)含量、百粒質(zhì)量的測定參考《糧油籽粒品質(zhì)及其分析技術(shù)》[6]，淀粉含量采用雙波長法測定[7-8]，類胡蘿卜素含量采用比色法測定[9-10]。

土壤養(yǎng)分采用JN-QYF型全項(xiàng)目土壤肥料養(yǎng)分檢測儀測定，各項(xiàng)指標(biāo)測定方法均采用該儀器配套的快速檢測方法包。

1.5 數(shù)據(jù)分析處理

數(shù)據(jù)處理使用軟件Excel 2007，采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同施肥處理對玉米長勢、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

根據(jù)現(xiàn)場觀察得知，楊橋村、峪口村以及杜辛莊的試驗(yàn)田施用玉米均衡營養(yǎng)肥后，玉米秸稈粗壯，葉色油綠，葉片挺拔，高度均一，玉米穗較大，根系發(fā)達(dá)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的生長勢。而對照處理的玉米植株葉片相對較小，莖稈較細(xì)，葉色偏黃，玉米穗略小。不同施肥處理對玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響見表1。

表1 不同施肥處理對玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

從表1可以看出：杜辛莊第1年施用玉米均衡營養(yǎng)肥的試驗(yàn)田玉米單產(chǎn)比對照田的提高了7.09%；試驗(yàn)田玉米中的干物質(zhì)含量與對照田的相比沒有顯著性差異，但是其百粒質(zhì)量、類胡蘿卜素含量、總淀粉含量和支鏈淀粉含量均顯著高于對照田的。結(jié)果表明，盡管玉米均衡營養(yǎng)肥的氮、磷、鉀總施用量只有對照田的一半，但是基本上滿足了玉米生長發(fā)育的需求，沒有表現(xiàn)出缺肥狀況。這是因?yàn)橥寥乐袃Υ媪溯^多的養(yǎng)分，能夠及時補(bǔ)充并滿足玉米生長發(fā)育過程中對養(yǎng)分的需求。

楊橋村施用玉米均衡營養(yǎng)肥的試驗(yàn)田玉米單產(chǎn)比對照田的提高了3.28%；試驗(yàn)田玉米的百粒質(zhì)量和類胡蘿卜素含量顯著高于對照田的，干物質(zhì)含量和淀粉含量無顯著差異。與杜辛莊的試驗(yàn)結(jié)果相比，雖然供試的玉米品種不同，玉米均衡營養(yǎng)肥的用量增加了約1倍，但玉米產(chǎn)量沒有明顯提高，而且其支鏈淀粉含量也未提高，影響了玉米的糯性。

峪口村施用玉米均衡營養(yǎng)肥的試驗(yàn)田玉米單產(chǎn)比對照田的提高了3.73%；試驗(yàn)田的氮、磷、鉀施用量雖然比對照田的減少了約37.33%，但玉米的干物質(zhì)含量、百粒質(zhì)量、類胡蘿卜素含量和直鏈淀粉含量均沒有顯著性差異，僅總淀粉含量和支鏈淀粉含量稍有減少。

第2年在杜辛莊重復(fù)進(jìn)行了玉米均衡營養(yǎng)肥試驗(yàn)，為了滿足玉米整個生長發(fā)育周期對養(yǎng)分的需求，適當(dāng)提高了施肥量。測產(chǎn)結(jié)果如下：對照田的單產(chǎn)為8 396 kg/hm2，試驗(yàn)田的單產(chǎn)達(dá)到了9 237 kg/hm2，產(chǎn)量提高了10.02%。

2.2 不同施肥處理對玉米田土壤養(yǎng)分的影響

施肥前后杜辛莊玉米田土壤養(yǎng)分狀況見表2。與對照田相比，施肥后試驗(yàn)田土壤的酸堿度略有升高，但差異不顯著；2種施肥處理后土壤的可溶性鹽濃度(EC值)均有所降低，表明種植玉米后，除了所施用的肥料外，土壤中少量養(yǎng)分也被玉米吸收利用；施肥前后土壤中的總氮含量基本沒有變化；施肥后試驗(yàn)田土壤中P2O5和K2O的含量略有升高，說明磷、鉀施用量略多；對照田的鉀肥用量過多，在下一茬種植時應(yīng)適當(dāng)減少；玉米種植前后土壤中的有效Ca2+的含量基本沒有變化，有效Mg2+和S6+的含量均有所降低，表明玉米偏好吸收Mg2+和S6+，必要時應(yīng)增加肥料中Mg2+和S6+的含量；土壤有機(jī)質(zhì)的含量基本沒有變化。

表2 施肥前后杜辛莊玉米田土壤養(yǎng)分狀況

從施用氮、磷、鉀的總量來看，試驗(yàn)田為84.60～169.20 kg/hm2，對照田為168.75～270.00 kg/hm2，試驗(yàn)田氮、磷、鉀用量減少了84.15～100.80 kg/hm2，但單產(chǎn)卻比對照田的提高了3.28%～10.02%。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)玉米的單產(chǎn)在9 000 kg/hm2左右時，施用150 kg/hm2左右的氮、磷、鉀就可以充分滿足玉米的生長發(fā)育需要，并能夠提高玉米的營養(yǎng)價值。過量施用肥料并不能提高玉米單產(chǎn)，甚至因氮、磷、鉀比例不均衡而影響產(chǎn)量，也會影響玉米的品質(zhì)。因此，大力推廣使用玉米均衡營養(yǎng)肥，不但可以降低肥料成本，還可減輕土壤鹽漬化和板結(jié)，有利于修復(fù)土壤生態(tài)，維持健康的土壤環(huán)境。

3 結(jié)語

試驗(yàn)結(jié)果表明，施用玉米均衡營養(yǎng)肥可以大幅減少肥料的施用量，尤其是氮、磷肥的施用量，還能相對提高玉米單產(chǎn)，促進(jìn)玉米中抗氧化物質(zhì)類胡蘿卜素的合成。土壤養(yǎng)分含量的檢測結(jié)果表明，施用玉米均衡營養(yǎng)肥雖然減少了氮、磷、鉀用量，但因土壤中有少量磷、鉀積累，還可以進(jìn)一步減少施肥量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥。