滴施不同水溶肥對玉米產量形成的影響

梁 飛，王國棟，王克全，尤琦英，郭 斌，張 磊，曾勝和

(1.長安大學環境科學與工程學院，陜西 西安 710064； 2. 新疆農墾科學院農田水利與土壤肥料研究所, 新疆 石河子 832000；3. 新疆農墾科學院作物研究所,新疆 石河子 832000;4. 農業部作物高效用水石河子科學觀測實驗站,新疆 石河子 832000；5. 長安大學旱區地下水文與生態效應教育部重點實驗室，陜西 西安 710064)

關鍵字:水溶肥;玉米;滴灌施肥;配方肥;產量

玉米是糧食、飼料、加工、能源多元用途作物，被譽為21世紀的“谷中之王”，2001年玉米已經成為全球第一大糧食作物。2013年，玉米已經超過稻谷成為我國第一大糧食作物，產量占我國糧食總產量的38.9%，在我國農業生產及國民經濟中有舉足輕重的作用[1]。2006-2013年，新疆兵團六次打破我國玉米高產紀錄，從17 175.3 kg·hm-2一直增加到22 676.1 kg·hm-2；2012年新疆平均玉米產量6 915 kg·hm-2，較全國平均增產1 050 kg·hm-2[2]。玉米膜下滴灌是將覆膜種植技術與滴灌技術相結合的一種新的灌水技術。滴灌是一種節水的灌水技術，高頻度的灌溉、緩慢的施加少量的水作用于作物的根部[3-4]；由于滴灌隨水施肥的特點，養分也集中分布在由滴水形成的濕潤體內，在50 cm土層以下養分含量顯著降低[5]。目前滴灌玉米在15 000～18 000 kg·hm-2產量水平下，生育期間田間灌溉定額由原來漫灌的7 200～9 000 m3·hm-2, 減少到4 200～5 400 m3·hm-2, 節水40%左右[3,6]；生育期間氮磷鉀肥用量分別為300～450、75～135、45～75 kg·hm-2的范圍內，氮磷鉀的利用率分別較漫灌條件下常規施肥提高20%、10%、15%以上，整體節肥達15%～25%[3,7-9]。

隨著灌溉施肥技術的推廣與普及，滴灌水溶肥越來越多地被農民采用。水溶肥即水溶性肥料，是一種完全溶于水的速效多元復合肥料，它的營養元素比較全面，且根據不同作物的需肥特點相應的肥料有不同的配方，能迅速地溶解于水中，更易被作物吸收，且吸收利用率較高，近年來廣泛應用于灌溉施肥[10]。國內新型水溶肥料發展起步較晚，但近年來隨著現代農業、無公害農業等迅速發展，人們對綠色食品的關注，原料、能源的日趨緊張，更高效率、更少消耗、更低排放的新型水溶肥料已逐漸被農民接受和應用[11]。目前，我國已有大量元素水溶肥料、中量元素水溶肥料、微量元素水溶肥料、含氨基酸水溶肥料和含腐植酸水溶肥料5類標準，有機水溶肥的標準還未出臺。為了探索不同類型水溶肥對滴灌玉米生產的影響，本文通過不施肥、專利配方施肥、酸性磷肥、氨基酸粉、腐植酸鉀、水溶性納米有機肥和含氨基酸水溶肥8個處理6種新型水溶肥料試驗，以期為干旱區滴灌玉米合理施用新型水溶肥提供科學依據，為進一步完善滴灌玉米水肥調控理論提供基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 試驗區基本情況 于2016年5—10月在新疆石河子市的新疆農墾科學院農業部作物高效用水石河子科學觀測實驗站(45°38′N，86°09′E)進行。研究區域位于天山北麓的沖積扇平原，屬于典型的溫帶大陸性氣候，年均氣溫6.5～7.2℃，年平均降雨量115 mm、蒸發量1 942 mm，蒸降比16.9>10。試驗土壤為灌耕灰漠土，耕層土壤有機質7.14 g·kg-1，堿解氮34.30 mg·kg-1，速效磷18.0 mg·kg-1，速效鉀130.50 mg·kg-1，pH值為8.2，土壤容重1.67 g·cm-3，田間持水量17.7%。

1.1.2 供試玉米 鄭單958，河南農科院育成的品種。

1.1.3 供試肥料 ① 尿素：N>46.4%，顆粒，新疆心連心能源化工有限公司生產；②磷酸一銨：N>12%，P2O5>61%，粉劑，成都尼達羅農業科技有限公司生產；③磷酸脲：N>17%，P2O5>44%，粉劑，成都尼達羅農業科技有限公司生產；④硫酸鉀：K2O>51%，粉劑，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司生產；⑤腐植酸鉀：含腐植酸>55%，K2O>12%，粉劑，山西美邦大富農科有限公司生產；⑥氨基酸粉：基酸>50%，氮>18，有機質>40%，粉劑，北京傲禾測土肥業連鎖有限公司生產；⑦水溶性納米有機肥：納米級有機質>60%，氮磷鉀>12%，溶液，南寧漢和生物科技股份有限公司生產；⑧含氨基酸水溶肥：氨基酸>130 g·L-1，氮>50 g·L-1，鉀>80 g·L-1，磷>20 g·L-1，鋅>50 g·L-1，硼>10 g·L-1，溶液，海南冠植豐生物科技有限公司生產；⑨專利配方施肥：由3組不同養分含量的專用肥配方構成，滴灌玉米專用肥Ⅰ：(36-8-6)、滴灌玉米專用肥Ⅱ：(32-15-6.5)、滴灌玉米專用肥Ⅲ：(33-14-6)，配方中氮肥來源為尿素，磷肥來源為磷酸一銨和磷酸脲按比混合，鉀肥來源為腐殖酸鉀、氯化鉀和硫酸鉀按比例混合，另外配方中根據不同生育時期添加不同量的氨基酸鋅、硼砂、硫酸錳、絡合鐵等中微量元素。

1.2 試驗設計

試驗設8個處理：酸性磷酸脲(UP)，代號X1；氨基酸粉，代號X2；腐植酸鉀，代號X3；水溶性納米有機肥，代號X4；含氨基酸水溶肥，代號X5；含氨基酸水溶肥半量處理，代號X6；專利配方施肥[12-13]，代號X7；不施肥(對照CK)，代號X8。除對照外，其他各處理氮磷鉀投入量相同，具體肥料用量、灌水施肥時間、灌水量和肥料施用次數按照生育期進行分配(見表1)；隨機區組設計，重復3次，共24個小區，每個小區110m2(5.5 m×20 m)。播種采用30 cm+80 cm不等行距，1膜1管2行種植模式，每公頃126 000株；采用內鑲式2.0 L·h-1出流量滴灌帶灌溉，灌水量均為4 800 m3·hm-2，且每次各小區灌溉量保持一致，滴灌處理采用單獨施肥裝置，分別裝有獨立的水表，灌水量由供水支管與毛管連接處的水表與閥門共同控制，滿足試驗要求。其它管理措施與普遍采用的生產管理模式保持一致。

表1 施肥灌水處理Table 1 Treatments of fertilizing and irrigation

1.3 測定項目及方法

1.3.1 植株生長發育指標測定 出苗率：每個小區選固定的4段5 m，以幼苗胚芽鞘露出表土2 cm 以上為標準，分別于出苗水灌溉后7天和14天，記錄出苗量，統計田間出苗率。株高：土面量至(雄穗)頂端的高度，每個處理取10株測定后取平均值;葉片數：記錄單株全部展開葉和未展開葉，每個處理取10株測定后取平均值;葉面積指數測定：每個小區選生長一致的玉米10株，測量綠葉葉面積;葉面積=長×寬×0.75 ，LAI=單株葉面積×單位土地面積內株數/單位土地面積;葉綠素值測定：采用SPAD-502葉綠素儀(Minolta，JPN)測定，在田間小區每處理隨機連續選取10株玉米的苞葉進行測定，取均值;干物質：在各生育期每個處理取地上植株4株 ，在實驗室洗凈烘干，按器官(穗、莖稈和葉片)分類，105℃殺青，80℃烘干，稱取生物量。

1.3.2 產量及產量構成因素測定 籽粒成熟期測產 ，每小區取出20個果穗稱鮮重并帶回風干，風干后考種，折標準水(14%)計算單位面積產量，調查其有效株數、穗數、穗粒數、穗列數、千粒重，分析產量構成因素。

1.3.3 干物質轉移量、干物質轉移效率和轉移干物質對籽粒的貢獻率計算

干物質轉移量 DMT=開花期莖葉干物質量-成熟期莖葉干物質量；

干物質轉移效率(%)DMTE=干物質轉移量/開花期莖葉干物質量×100；

干物質轉移量對籽粒貢獻率(%)DMTP =干物質轉移量/籽粒產量×100。

1.4 數據處理與分析

數據均采用SPSS 16.0與Excel 2007進行分析，Sigma Plot進行繪圖，用LSD進行多重比較確定差異的顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同水溶肥對玉米生長的影響

由圖1看出，在播種后滴施不同類型水溶肥，各處理一周和兩周的出苗情況差異較大；一周后氨基酸粉(X2)和腐植酸鉀(X3)處理的出苗率分別達到56.4%和50.7%，顯著高于其他處理(P<0.05)；兩周后X1、X2、X3和X4處理的出苗率均超過90%，顯著高于專利配方施肥和不施肥處理，X3處理的出苗率最高，達到92.9%，X1、X2和X3處理顯著高于其他處理。水溶肥對玉米株高影響在不同時期存在一定差異，生育前期活性炭、氨基酸和腐殖酸鉀處理較高；生育中后期含氨基酸水溶肥和專利配方施肥較高。滴水后2周活性炭處理最高，顯著高于其他處理；滴水后第3、4周氨基酸和腐植酸鉀處理最高，顯著高于其他處理；滴水后第6、8周和開花期，含氨基酸水溶肥半量處理(X6)株高最高，顯著高于其他處理；開花期專利配方施肥處理最高，顯著高于其他處理；不施肥處理的株高最低。玉米葉面積指數(LAI)，專利配方施肥處理最高，其次為含氨基酸水溶肥，均與不施肥和酸性磷酸脲處理達到顯著性差異；其他處理間差異不顯著。拔節期專利配方施肥與含氨基酸水溶肥半量處理(X7、X6)SPAD最小，不施肥處理最高，顯著高于其他處理；開花期腐植酸鉀、專利配方施肥和氨基酸處理的SPAD值顯著高于磷酸脲和不施肥處理。總體而言，氨基酸、腐植酸、水溶性納米有機肥和酸性磷酸脲有利于玉米出苗，不同肥料對玉米株高影響與生育期有關，專利配方施肥處理的葉面積指數相對較高，SPAD值與玉米生育期有關，但開花期腐植酸鉀和氨基酸有利于增加玉米葉綠素含量。

2.2 不同水溶肥對玉米產量構成因素的影響

由表2看出，施用相同的氮磷鉀條件下，玉米產量表現為：X7>X6>X5>X4>X3>X1>X2>X8；除了X1和X2外其他處理均顯著高于不施肥處理，增產幅度為24.3%～46.5%；X6、X7、X5處理顯著高于X1、X2和不施肥處理(X8)。就產量結構而言，X6、X7處理的穗長、穗粗和穗行數顯著高于其他處理；X5處理穗長顯著高于不施肥處理，其他處理間無顯著差異；X5和X3處理穗長顯著高于X1和不施肥處理，X4處理穗長顯著高于不施肥處理，其他處理間穗長無顯著差異；X7處理穗列數顯著高于X1、X2、X3、X4和不施肥處理，除了X1處理外，其他處理穗列數均顯著高于不施肥處理；X5處理顯著高于X3、X4和不施肥處理，X1處理顯著高于不施肥處理，其他處理間顯著性差異；千粒重表現為：X7>X6>X3>X4>X2>X5>X1>X8，其中X3、X4、X6、X7處理千粒重顯著高于X1和不施肥處理，X2和X5處理顯著高于不施肥處理，其他處理間顯著性差異。總體而言，含氨基酸水溶肥和專利配方施肥有利于玉米產量增加，產量結構特征的趨勢與產量一致。

圖1 不同水溶肥處理玉米出苗率、株高、LAI和SPAD值的變化Fig.1 Effects of the different water soluble fertilize on seedling emergence, plant height, LAI and SPAD

表2 滴施不同水溶肥處理玉米的產量與產量結構Table 2 Effects of the different water soluble fertilize on maize yield and yield composition

注：同一列不同字母表示處理間在P<0.05水平下差異顯著。

Note: Different letters indicate significant difference inP<0.05 level in the same column.

2.3 滴施不同水溶肥對玉米干物質累積和轉移的影響

玉米干物質積累是判斷玉米營養狀況的主要指標之一，也是衡量玉米水肥管理好壞的重要指標。拔節期總生物量表現為：X7>X5>X6>X3>X4>X1>X2>X8，專利配方施肥的葉片、莖稈與生物量均為最高，顯著高于其他處理，X5處理顯著高于不施肥處理，其他處理間差異不顯著；開花期總生物量表現為：X7>X6>X5>X4>X2>X1>X3>X8，專利配方施肥X7的穗、莖稈與總生物量均為最高，X5處理的葉片量最高，均顯著高于不施肥處理；成熟期總生物量表現為：X2>X6>X7>X4>X3>X5>X1>X8，氨基酸處理(X2)的穗部生物量最高，含氨基酸水溶肥半量處理(X6)的葉片生物量最大，專利配方施肥的莖稈生物量最高(圖2)。玉米開花期和成熟期莖葉干物質累積量分別占總生物量的48.6%～60.5%和31.7%～42.9%(表3)。從干物質轉移量、轉移效率及對籽粒貢獻率來看，X5處理的干物質轉移量和干物質轉移量對籽粒貢獻率最高，顯著高于專利配方施肥處理(X7)，其他處理間未達到顯著性差異；X5、X4處理的轉移效率顯著高于專利配方施肥處理(X7)，其他處理間未達到顯著性差異；可見，干物質轉移對籽粒貢獻率可達18.5%～43.36%，表明不同類型水溶肥均可以促進干物質轉移。

圖2 不同水溶肥處理下的玉米生物量Fig.2 The biomass under different water soluble fertilize

表3 不同水溶肥處理下的玉米開花前干物質累積和轉移Table 3 Dry matter accumulation and transferring before flowering under different water soluble fertilize

3 討 論

營養元素缺乏和不均衡供給會成為土壤養分限制因子和潛在限制因子，影響土壤—作物系統養分收支平衡，對作物高產、穩產構成嚴重威脅，應該引起足夠重視[14]。前人研究表明：氮磷鉀及中微量元素之間具有相互促進的作用，一種元素的缺乏會影響玉米對其它元素的吸收利用[15]；氮、磷、鉀養分作為作物生長發育的三大養分資源，其吸收、同化與轉運直接影響著作物的生長發育狀況，平衡施肥對玉米穗長及百粒重也有明顯的提高作用，從而影響作物的產量[16]。本研究表明：與專利配方施肥相比，其他功能性肥料能夠提高滴灌玉米發芽率，促進玉米前期生長；但專利配方施肥在第一水灌溉后能夠促進玉米生長，提高玉米的葉面積與干物質累積，能夠顯著提高玉米產量。

研究表明，滴施氨基酸粉和腐植酸鉀后玉米出苗快，出苗率高；滴施磷酸脲不能提早玉米出苗，但能提高出苗率；專利配方施肥在提高玉米出苗速度及出苗率中均未表現出優勢。這是由于新疆土壤普遍呈堿性，氨基酸、腐植酸具有刺激植物生長、增強植物抗逆性等功效[14]，因此氨基酸和腐植酸處理有利于玉米出苗，具有絡合、離子交換、活化等作用，可以降低土壤中鈉離子對玉米種子的脅迫[17]，從而提高玉米出苗率；磷酸脲施入土壤，能夠有限降低根區土體或者土壤微區的pH值，改變土壤離子平衡，從而起到改善土壤理化性質、改良土壤結構、促進作物生長等作用[18]，因此磷酸脲處理玉米出苗率也較高；而本研究中專利配方施肥中未設置出苗專用肥配方(新的配方中已經改進)，滴灌玉米專用肥Ⅰ中腐殖酸鉀與磷酸脲含量均較低，因此專利配方施肥處理的出苗率及前期生長情況未表現出明顯優勢。專利配方施肥對玉米株高、葉面積與干物質累積的影響主要從拔節期開始，這可能是因為本研究采用了專利中“延遲第一水灌溉時間，合理蹲苗，促進滴灌玉米根系合理構型”這一技術，而該技術對應的各生育期土壤含水量控制(灌溉量)和養分用量均與本研究的專利配方施肥處理相一致。專利配方施肥根據玉米各生育期水分需求規律設計了不同的土壤含水量控制下限，根據玉米不同生育期對養分需求規律及特性，按照不同比例將尿素、磷酸一銨、磷酸脲、腐殖酸鉀、硫酸鉀、氯化鉀混合形成的適應于玉米拔節期施用的玉米滴灌專用肥Ⅰ、小喇叭口期至抽穗期施用的玉米滴灌專用肥Ⅱ、開花期至乳熟期施用的玉米滴灌專用肥Ⅲ；另外，專利配方中根據玉米不同生育期對中微量元素的需求，添加了不同比例的氨基酸鋅、硼砂、硫酸錳、絡合鐵等中微量元素。專利施肥技術實現了玉米需肥與供肥的統一；該專利配方將滴灌玉米的水肥管理技術系統化和模式化，可根據玉米的需水、需肥規律適時、適量地持續供應玉米生長所需的水分和養分，降低了田間蒸發、氮素氣態損失和養分的土壤固定，有效地提高了水肥的效率，解決了作物生長中后期的脫肥脫水造成的早衰問題；另外玉米生育后期，氮磷鉀及中微量元素合理配施能有效地促進玉米植株生育前期總生物量的積累，提高生育后期葉片和莖稈的物質轉移能力，提高光合產物向生殖器官的分配能力[19]，為高產打下物質基礎。

4 結 論

1)滴施不同類型水溶肥顯著影響玉米出苗率，但功能性肥料能夠促進滴灌玉米發芽率。滴施氨基酸粉和腐植酸鉀后玉米出苗快，出苗率高，滴施磷酸脲加快玉米出苗，但能提高出苗率。

2)專利配方施肥能促進玉米生長，提高玉米的葉面積與干物質累積，但干物質轉移量、轉移效率及對籽粒貢獻率相對較低。

3)專利配方施肥能夠顯著提高玉米產量。施用等量的氮磷鉀條件下，玉米產量表現為：專利配方施肥>半量含氨基酸水溶肥>含氨基酸水溶肥>水溶性納米有機肥>腐植酸鉀>酸性磷酸脲>氨基酸粉>不施肥，除了磷酸脲和氨基酸粉外其他處理均顯著高于不施肥處理，增產幅度為24.3%～46.5%。

綜上所述，在北疆滴灌玉米生產中，要結合玉米的需水、需肥規律適時、適量地持續供應玉米生長所需的水分和養分，尤其要注意氮 、磷 、鉀肥的平衡施用和中微量元素的配合施用；制定系統化和模式化的滴灌玉米水肥管理方案，解決了作物生長中后期的脫肥脫水造成的早衰問題，實現滴灌施肥條件下玉米生產的高產、優質、節水、節肥以及水肥資源高效的目的。