史秋哲， 朱學(xué)強(qiáng)， 楊艷霞， 韓燕來(lái)，3， 王 祎，3

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450002； 2.西平縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河南西平 463900；3.河南省糧食作物營(yíng)養(yǎng)與施肥野外科學(xué)觀測(cè)研究站，河南許昌 461101）

氮肥減量增效已成為農(nóng)業(yè)化肥施用的指導(dǎo)方針與方向，國(guó)家通過(guò)實(shí)施《到2020年化肥使用零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》以及“十三五”“化學(xué)肥料和農(nóng)藥減施增效綜合技術(shù)研發(fā)”專項(xiàng)，在提高肥料利用率上提出了多項(xiàng)措施，其中新型肥料的研發(fā)和施用在其中起到了重要作用［1］. 新型肥料是指通過(guò)一定的工藝或方法，添加某些添加劑或利用包膜材料包膜，從而達(dá)到提高化肥利用率的一類肥料. 區(qū)別于傳統(tǒng)肥料的利用率低，新型肥料能夠順應(yīng)作物的需肥規(guī)律，在保證高效利用的同時(shí)提高作物的產(chǎn)量及品質(zhì)［2］. 已有的一些有機(jī)復(fù)合肥料、新型生物肥料以及增強(qiáng)作物抗逆、提高資源利用效率的多功能肥料等也都是順應(yīng)了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要而產(chǎn)生的新型肥料類型，是當(dāng)今肥料研發(fā)、推廣的熱點(diǎn)［2］.

目前已有大量新型肥料在提高產(chǎn)量、提高肥料利用率以及減少環(huán)境污染上的效果的相關(guān)研究：任人等研究表明，海藻素有機(jī)肥能夠顯著促進(jìn)葉菜的生長(zhǎng)，顯著增加干重和鮮重［3］；段永華等研究結(jié)果表明，施用海藻肥平均增產(chǎn)8.1%，增收16.4%，但薯重?zé)o顯著性差異［4］；刁倩等研究證明施用γ-聚谷氨酸復(fù)合肥可提高農(nóng)作物發(fā)育期對(duì)養(yǎng)分的吸收利用率，同時(shí)能促進(jìn)作物葉片生長(zhǎng)和根莖的發(fā)育［5］；吳萍萍研究發(fā)現(xiàn)腐植酸尿素較普通尿素相比，有利于提高小麥地上部氮素吸收量和氮肥利用率，腐植酸尿素效果也高于控失尿素［2］；劉文璐等發(fā)現(xiàn)含腐植酸復(fù)合肥增產(chǎn)幅度可達(dá)10.72%～16.46%，腐植酸復(fù)合肥可顯著提高茄子對(duì)氮素、磷素、鉀素的吸收利用率、生理利用率和農(nóng)學(xué)利用率，特別是含腐植酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的腐植酸復(fù)合肥效果最佳［6］；有研究表明，與同等養(yǎng)分含量的普通化肥相比，施用控失肥能夠通過(guò)增加小麥籽粒的穗數(shù)和穗粒數(shù)以及通過(guò)增加水稻的實(shí)粒數(shù)來(lái)提高作物的產(chǎn)量，也能夠提高每畝玉米2.2 kg的產(chǎn)量［7-9］；繆杰杰等研究也發(fā)現(xiàn)，施用控失肥替代部分化肥氮，可顯著提高作物的產(chǎn)量及降低稻田氮流失風(fēng)險(xiǎn)［10］；張學(xué)娟等研究發(fā)現(xiàn)，硫酸鉀型控失肥能顯著提高產(chǎn)量，畝產(chǎn)提高10.57%，降低裂果率，改善蜜柚品質(zhì)，提高維生素C、可溶性糖含量，提高糖酸比［11］；劉佃平等研究結(jié)果表明，在相等施肥量下，與普通肥料相比施用多功能復(fù)合肥提高番茄株高、莖粗［12］. 綜上，不同新型肥料因土壤類型、種植作物等方面的不同表現(xiàn)出的效果也不同，所以在新型肥料的研究中，必須考慮土壤類型和作物種類等方面的影響.

砂姜黑土是我國(guó)主要中低產(chǎn)田土壤類型之一，也是我國(guó)黃淮海地區(qū)主要耕作土壤，面積約為370 萬(wàn)hm2，占該地區(qū)耕地面積的1/4［13］. 黃淮海平原是我國(guó)重要糧食主產(chǎn)區(qū)，種植模式主要以冬小麥、夏玉米一年兩熟為主，長(zhǎng)期采用冬小麥播前旋耕或淺旋耕和玉米播前免耕的耕作方式，使得土壤耕層變淺，犁層變硬，不利于作物養(yǎng)分的吸收和產(chǎn)量的增加［14］. 因此選用不同的新型肥料，通過(guò)設(shè)置正常氮、減氮20%大田試驗(yàn)，研究不同新型肥料在砂姜黑土上施用對(duì)玉米產(chǎn)量、氮肥利用率的影響，以期篩選出適宜在砂姜黑土上夏玉米種植中施用的新型肥料，為該地區(qū)玉米高產(chǎn)、高效生產(chǎn)提供參考依據(jù).

1 材料及方法

1.1 試驗(yàn)田概況

玉米大田試驗(yàn)于2018年在河南省駐馬店市西平縣進(jìn)行，該地區(qū)位于黃淮海平原南部，年均日照時(shí)長(zhǎng)為2 157.2 h，平均氣溫14.8 ℃，無(wú)霜期221 d，降雨量852 mm. 土壤類型為砂姜黑土，供試土壤0～20 cm土層基本理化性質(zhì)如下：全氮1.21 g/kg，有機(jī)質(zhì)21.07 g/kg，速效磷16.34 mg/kg，速效鉀108.52 mg/kg，pH 5.26.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施

試驗(yàn)共選用9種新型肥料和普通復(fù)合肥（28-6-6）作為研究對(duì)象；設(shè)置2個(gè)氮水平：正常施氮肥（210 kg/hm2）和減氮20%（168 kg/hm2）；并設(shè)置不施氮肥對(duì)照處理，共21個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次. 肥料用量根據(jù)各自養(yǎng)分含量以及施氮量進(jìn)行折算，其中P2O545 kg/hm2，K2O 45 kg/hm2. 不足的磷鉀肥用過(guò)磷酸鈣及氯化鉀補(bǔ)充. 供試玉米品種為“鄭單958”，供試肥料有普通復(fù)合肥（28-6-6）、控失尿素（含N4 3.2%）、腐植酸尿素（含N 46.0%）、腐植酸復(fù)合肥（29-6-5）、海藻酸復(fù)合肥（29-6-5）、聚谷氨酸尿素（含N 46.0%）、超控失尿素（含N 46.0%）、多功能肥料（30-5-5）、含生物炭肥（28-6-6）、控失復(fù)合肥（28-6-6）. 每個(gè)小區(qū)10行，行長(zhǎng)6 m，行距66 cm，面積約40 m2. 肥料一次性底施，6月5日播種，9月22日收獲. 灌溉、病蟲害防治和除草等按當(dāng)?shù)毓芾泶胧┻M(jìn)行.

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 玉米植株性狀與產(chǎn)量 在玉米收獲期每小區(qū)采集10株長(zhǎng)勢(shì)均一、有代表性的植株測(cè)產(chǎn)，并測(cè)定穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)和行粒數(shù)等指標(biāo)，同時(shí)測(cè)量各處理植株干物質(zhì)重.

1.3.2 玉米穗位葉相對(duì)葉綠素含量（SPAD 值） 在玉米吐絲期每個(gè)小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)均一、有代表性的5 株玉米，在穗位葉中部10 cm左右區(qū)間處用葉綠素SPAD-502儀連續(xù)測(cè)量5次（避開葉脈）取平均值作為一株玉米穗位葉SPAD值.

1.3.3 氮肥利用效率 對(duì)不同肥料類型的處理進(jìn)行氮肥利用效率統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，計(jì)算公式如下：

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施肥處理玉米籽粒產(chǎn)量/氮肥施用量，

氮肥農(nóng)學(xué)效率（kg/kg）=（施肥處理玉米籽粒產(chǎn)量-不施氮肥處理玉米籽粒產(chǎn)量）/氮肥施用量.

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 9.01進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最小顯著差數(shù)法（LSD）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，GraphPad PRISM 8.4.3制作圖表.

2 結(jié)果與分析

2.1 施用不同新型肥料對(duì)玉米吐絲期植株生物量的影響

表1可知，各施氮肥處理吐絲期玉米莖稈、葉片干重均高于不施氮肥處理，減氮20%顯著降低了植株生物量. 與普通復(fù)合肥相比，腐植酸復(fù)合肥、聚谷氨酸尿素和多功能復(fù)合肥處理玉米莖稈和葉片干物質(zhì)重均顯著增加. 正常施氮條件下，施用以上三種新型肥料玉米莖稈生物量分別比施用普通復(fù)合肥提高了12.34%、11.01%和12.31%，葉片生物量分別提高了16.65%、20.83%和20.31%；在減氮20%條件下，三種新型肥料處理下莖稈生物量比普通復(fù)合肥分別提高了9.01%、11.27%和9.20%，葉片生物量分別提高了14.85%、12.76%和13.92%.

表1 不同肥料類型對(duì)玉米莖和葉片干重的影響Tab.1 Effects of different fertilizer types on the dry weight of corn stem and leaf 單位：kg·hm-2

2.2 施用不同新型肥料對(duì)玉米吐絲期穗位葉SPAD值的影響

如表2所示，與不施氮肥處理相比，各施氮肥處理玉米吐絲期SPAD值均有不同程度的增加. 正常施氮水平下，與施用普通復(fù)合肥相比，施用新型肥料對(duì)穗位葉SPAD值沒有顯著影響. 在減氮20%處理下，施用新型肥料均提高了穗位葉SPAD值，比普通復(fù)合肥高3.24%～9.71%，其中腐植酸復(fù)合肥處理SPAD值最高.

表2 不同肥料類型對(duì)玉米SPAD值的影響Tab.2 Effects of different fertilizer types on SPAD value of maize

2.3 施用不同新型肥料對(duì)玉米穗部性狀的影響

玉米穗部性狀結(jié)果分析顯示，正常施氮水平下，施用新型肥料與普通復(fù)合肥相比對(duì)玉米的穗長(zhǎng)、穗行數(shù)和百粒重?zé)o顯著影響，施用聚谷氨酸尿素顯著提高了玉米穗粗和行粒數(shù)；減氮20%處理下，施用新型肥料與普通復(fù)合肥相比對(duì)玉米的穗長(zhǎng)、穗粗和穗行數(shù)無(wú)顯著影響，但是施用新型肥料降低了行粒數(shù)，其中施用超控失尿素的玉米行粒數(shù)顯著低于普通復(fù)合肥，但是其他處理間差異不顯著；此外，在減氮20%處理下施用腐植酸復(fù)合肥、聚谷氨酸尿素和多功能復(fù)合肥提高了玉米百粒重，比施用普通復(fù)合肥增加了4.07%～6.53%，其中施用聚谷氨酸尿素差異顯著.

表3 不同肥料類型對(duì)玉米穗部性狀的影響Tab.3 Effects of different fertilizer types on ear characters of maize

2.4 施用不同新型肥料對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

如表4所示，與不施氮肥處理相比，各施氮肥處理玉米產(chǎn)量均有不同程度的提高. 正常施氮水平下，與普通復(fù)合肥相比，施用腐植酸復(fù)合肥、聚谷氨酸尿素和多功能復(fù)合肥顯著提高玉米產(chǎn)量，分別增加了5.52%、7.52%和6.41%；在減氮20%施氮量下，除了控失尿素，其他8種新型肥料均顯著提高玉米產(chǎn)量，增產(chǎn)3.09%～11.35%，其中腐植酸復(fù)合肥、聚谷氨酸尿素和多功能復(fù)合肥在減氮條件下分別增產(chǎn)11.35%、10.54%和11.07%，并且與正常施氮條件下的普通復(fù)合肥的產(chǎn)量無(wú)顯著差異.

表4 不同肥料類型對(duì)玉米產(chǎn)量的影響Tab.4 Effects different fertilizer types on maize yield

2.5 施用不同新型肥料對(duì)玉米氮肥利用效率的影響

如表5所示，與普通復(fù)合肥處理相比，腐植酸復(fù)合肥、聚谷氨酸尿素和多功能復(fù)合肥處理顯著提高了氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率. 在正常施氮條件下，與普通復(fù)合肥相比，施用腐植酸復(fù)合肥、聚谷氨酸尿素和多功能復(fù)合肥顯著提高氮肥偏生產(chǎn)力（分別增加5.30%、7.31%和6.19%）和氮肥農(nóng)學(xué)效率（分別增加33.44%、45.92%和39.04%），其他新型肥料與普通復(fù)合肥差異不顯著；減氮20%處理下，與普通復(fù)合肥相比，施用腐植酸復(fù)合肥、聚谷氨酸尿素、超控失尿素、多功能復(fù)合肥和控失復(fù)合肥均可顯著提高氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率，分別提高了5.64%～11.35%和92.22%～185.56%.

表5 不同肥料類型對(duì)氮利用效率的影響Tab.5 Effects different fertilizer types on nitrogen use efficiency單位：kg

3 討論

本試驗(yàn)供試土壤為砂姜黑土，是黃淮海麥—玉輪作區(qū)的主要土壤類型［15］，干時(shí)堅(jiān)實(shí)、濕時(shí)黏閉、脹縮性強(qiáng)、適耕期短、結(jié)構(gòu)差，并且有機(jī)質(zhì)含量低、土壤供肥能力不佳，嚴(yán)重影響作物的高產(chǎn)穩(wěn)［16］. 因此提高砂姜黑土作物產(chǎn)量和肥料資源的利用效率是本研究的主要內(nèi)容.

3.1 新型肥料的功能特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

目前，我國(guó)施用化肥仍是糧食增產(chǎn)的主要措施，化肥對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率曾高達(dá)56.8%［17］. 然而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中過(guò)量施肥現(xiàn)象普遍存在，河南省每年化肥過(guò)量施用量在10～20萬(wàn)t［18］. 由于施肥不當(dāng)引起了肥料利用率低等問(wèn)題，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)伴隨著環(huán)境的污染.“十三五”期間國(guó)家提出了“化學(xué)肥料和農(nóng)藥減施增效綜合技術(shù)研發(fā)”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，農(nóng)業(yè)部制定了《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》等文件以實(shí)現(xiàn)化肥減施增效，推動(dòng)了秸稈還田、有機(jī)替代、配方施肥和水肥一體化等技術(shù)的研發(fā)和推廣應(yīng)用，其中新型肥料技術(shù)起到了重要作用. 新型肥料種類繁多，其中有機(jī)復(fù)合肥的特點(diǎn)是肥效釋放緩慢，能夠滿足農(nóng)作物整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育階段的養(yǎng)分需求，同時(shí)還能夠改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，具有保水、保肥作用，可以達(dá)到增產(chǎn)增效的目的［19］，而緩控肥能夠有效地控制養(yǎng)分釋放速率，延長(zhǎng)肥料有效時(shí)間，既能滿足作物對(duì)整個(gè)生育期養(yǎng)分的需要，又能最大限度地提高肥料的利用效率［20-21］. 生物肥除含有較高比例的有機(jī)質(zhì)外，還含有可以改善肥料或養(yǎng)分釋放能力的功能微生物，既能向農(nóng)作物提供多種無(wú)機(jī)、有機(jī)養(yǎng)分，又能培肥土壤提高作物產(chǎn)量［22］、功能肥不僅能為作物提供充足的氮、磷、鉀等大量元素和適量的中微元素，滿足作物各生長(zhǎng)階段的養(yǎng)分供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)，還能幫助作物大大增強(qiáng)抗旱、澇、病、寒等能力［23］. 不同類型新型肥料在不同土壤上的使用效果不同，這與本試驗(yàn)在正常施氮下各種新型肥料處理之間存在差異的結(jié)果一致. 但是在減氮20%情況下，各類新型肥料與普通復(fù)合肥相比產(chǎn)量有不同程度的增加，在氮肥減施增效上具有應(yīng)用潛力. 特別是在氮肥減施20%的時(shí)候，施用腐植酸復(fù)合肥、聚谷氨酸尿素和多功能復(fù)合肥3種新型肥料的產(chǎn)量仍可達(dá)到普通復(fù)合肥正常施用量時(shí)的玉米產(chǎn)量（表4），同時(shí)氮肥利用率顯著高于普通復(fù)合肥（表5）. 因此，腐植酸復(fù)合肥、聚谷氨酸尿素和多功能復(fù)合肥3種新型肥料在砂姜黑土上具有顯著的減氮增效潛力.

3.2 腐植酸復(fù)合肥對(duì)作物生長(zhǎng)的影響

腐植酸可直接與尿素發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，包括腐植酸與尿素的絡(luò)合形成氫鍵、自由基反應(yīng)以及物理化學(xué)吸附等；也可在COO-誘導(dǎo)作用下使尿素中的NH2-轉(zhuǎn)變?yōu)镹H4+，發(fā)生離子化反應(yīng)，改變氮素的形態(tài)，從而使腐植酸尿素中的部分無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)變成有機(jī)態(tài)氮［24］. 此外，腐植酸具有的生物活性能夠促進(jìn)根系生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)作物根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收能力［25］，還能夠調(diào)節(jié)作物新陳代謝，促進(jìn)氮素在植株體內(nèi)的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而提高籽粒氮素收獲指數(shù)［26］. 有研究表明施用腐植酸復(fù)合肥，能夠促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)發(fā)育、增加株高、增強(qiáng)抗倒伏性，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性狀也有所改善，穗長(zhǎng)和穗粗得到增加，千粒重也有所提高，與常規(guī)施肥相比可增產(chǎn)14.7%［27］. 復(fù)合肥每噸添加10 kg的腐植酸可提高玉米株高、穗高、生物量、莖粗以及葉綠素含量（SPAD）［28］. 本研究也發(fā)現(xiàn)，與普通復(fù)合肥處理相比，在正常施氮下腐植酸復(fù)合肥處理玉米吐絲期莖葉生物量提高12.39%和14.85%；穗位葉SPAD在正常施氮水平下和減氮20%下均提高，減氮下顯著提高了9.71%；產(chǎn)量正常施氮下顯著提高了5.52%，在減氮20%下顯著提高11.35%，且與正常施氮下普通復(fù)合肥產(chǎn)量無(wú)顯著差異.

3.3 聚谷氨酸尿素對(duì)作物生長(zhǎng)的影響

噴施γ-PGA能夠促進(jìn)夏玉米葉片生長(zhǎng)、提高光合作用能力、提高夏玉米干物質(zhì)積累、提高養(yǎng)分吸收能力以及促進(jìn)養(yǎng)分積累，通過(guò)增加夏玉米穗粒數(shù)來(lái)提高產(chǎn)量，且大田試驗(yàn)中減氮30%水平下和低產(chǎn)年份下噴施γ-PGA的增產(chǎn)作用大于正常環(huán)境下［29］. 有研究表明，較普通尿素，聚谷氨酸尿素能促進(jìn)玉米生長(zhǎng)、增加葉綠素含量以及增強(qiáng)葉片光合作用. 與普通尿素相比，聚谷氨酸尿素更加有利于提高玉米的產(chǎn)量［30］. 本研究也發(fā)現(xiàn)聚谷氨酸尿素處理相比普通復(fù)合肥處理提高了玉米產(chǎn)量，干物質(zhì)重以及SPAD值，特別是在氮利用效率及百粒重指標(biāo)增加上，表現(xiàn)出減氮20%效果高于常規(guī)施氮量，同時(shí)減氮20%下玉米產(chǎn)量與正常施氮下普通復(fù)合肥處理產(chǎn)量無(wú)顯著差異.

3.4 多功能復(fù)合肥對(duì)作物生長(zhǎng)的影響

有調(diào)查表明，錦化科技功能性肥料在作物抵抗干旱、低溫、病害等方面的具有突出功效，特別是在不利的氣候環(huán)境下，作物也能正常生長(zhǎng)，達(dá)到高產(chǎn)［23］. 本試驗(yàn)結(jié)果顯示，功能性肥料處理在生物量、SPAD值、產(chǎn)量及氮利用率上仍然顯著高于普通復(fù)合肥，同時(shí)在減氮20%下的產(chǎn)量與正常施氮下普通復(fù)合肥無(wú)顯著差異.這可能與砂姜黑土本身存在的土壤肥力低，酸化問(wèn)題突出、脹縮性強(qiáng)、根系下扎困難等障礙因素以及減氮20%條件下其抗逆效果得到體現(xiàn)有關(guān).

3.5 其他肥料對(duì)作物生長(zhǎng)的影響

研究證明，控失肥可提高氮肥利用效率，實(shí)現(xiàn)減氮增效的目的［31］. 蔣遷等研究表明，玉米施用控失肥可顯著提高產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量、養(yǎng)分積累量、氮肥利用效率和偏生產(chǎn)力［32］. 張朝霞等研究發(fā)現(xiàn)，0.4%含量的海藻寡糖增效肥料可提高肥料利用率，提高百粒重［33］. 但本研究中控失肥料、生物炭肥、腐植酸尿素和海藻素復(fù)合肥處理雖然在部分指標(biāo)上有一定的效果，但總體差異不顯著，這可能與供試土壤類型有關(guān)，有研究表明在一些肥力高的地區(qū)這些類型的肥料具有促進(jìn)玉米生長(zhǎng)、提高產(chǎn)量的潛力.

4 結(jié)論

腐植酸復(fù)合肥、聚谷氨酸尿素及多功能復(fù)合肥在砂姜黑土上施用促進(jìn)了玉米植株的生長(zhǎng)，增加了成熟期穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)以及千粒重，同時(shí)提高了玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率. 三種肥料在減氮20%情況下，能夠顯著提高玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率，且與普通復(fù)合肥正常施氮量下玉米產(chǎn)量無(wú)明顯差異，能夠?qū)崿F(xiàn)高產(chǎn)高效、減肥穩(wěn)產(chǎn). 因此腐植酸復(fù)合肥、聚谷氨酸尿素和多功能復(fù)合肥三種新型肥料在砂姜黑土上具有推廣意義.