不同緩控釋肥品種對玉米養分吸收、氮肥利用率及產量的影響

劉 蘋,李慶凱,林海濤*,劉開昌,趙海軍,宋效宗,沈玉文,王江濤

(1.山東省農業科學院 農業資源與環境研究所/山東省環保肥料工程技術研究中心，山東 濟南 250100;2.山東省農業科學院 作物研究所，山東 濟南 250100;3.山東省農業科學院，山東 濟南 250100)

施肥在增加農作物產量、補充耕地養分不足等方面起到了不可替代的作用。據聯合國糧農組織(FAO)統計,在提高作物單產中,化肥所起的作用占40%～60%[1]。當前我國糧食增產主要建立在農業資源高投入、高消耗的基礎上,普遍存在氮肥施用過量、磷鉀肥施用不足的現象,從而造成肥料利用率低、農田土壤及地下水環境被污染等弊端[2]。據統計,1980年至今的30多年間,我國糧食產量增長了近85%,但化肥施用量增長了450%,化肥施用量的增速遠遠超過了糧食產量的增速[3]。因此開發高產、高效、生態、簡化的施肥技術體系對當前我國農業生產的可持續發展具有重要意義。

緩控釋肥料是指以各種調控機制使其養分釋放延緩,延長植物對其有效養分吸收利用的期限,使其養分按照設定的釋放率和釋放期緩慢或控制釋放的肥料[4]。研究表明,緩控釋肥不僅能滿足作物高產、優質的需要,還具有全生育期肥料一次性基施和節省追肥所需的勞動力投入、減少肥料用量、提高氮肥利用率并減輕環境污染等優點[5]。玉米是我國三大作物之一,其營養價值及附加價值高,在國家糧食生產與糧食安全中占有重要地位[6]。近年來,雖然測土配方施肥技術和穴播穴施肥技術等節肥技術得到了推廣應用,但玉米單產增速仍顯著低于肥料施用量的增速[7]。玉米是一種需肥較多的作物,尤其是需氮量較大，因此,緩控釋肥在玉米生產上具有廣闊的應用前景。

目前市場上緩控釋肥品種繁多,不同緩控釋肥在不同作物、不同土壤條件下的應用效果有所差異。為此,我們研究了施用6種不同緩控釋肥品種對玉米養分吸收、氮肥利用率及產量的影響,以期篩選出適于山東中部玉米產區土壤條件及玉米栽培的優質、高效的緩控釋肥品種,為該地區玉米田科學施肥和提高玉米種植效益提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2018年在山東省泰安市泰山區邱家店鎮黃溝崗村(117°29′E,36°18′N)進行,該地屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候,年均降水量803.7 mm,年均氣溫13.2 ℃,年均日照時數2581.9 h;試驗田土壤類型為褐土,質地為粘土,地勢平坦,灌溉條件良好。前茬作物為大蒜;不同土層的基本理化性狀見表1。

表1 試驗地土壤的基本理化性狀

1.2 試驗材料

供試玉米品種為鄭單958。供試肥料:尿素(N 46%)、重過磷酸鈣(P2O543%)、硫酸鉀(K2O 50%)、緩釋肥A(眾德摻混肥料-多功能長效肥，N∶P2O5∶K2O=25∶13∶7)、緩釋肥B(五洲豐納米控釋肥,N∶P2O5∶K2O=25∶12∶8)、緩釋肥C(魯西脲甲醛復合肥,N∶P2O5∶K2O=26∶6∶8)、緩釋肥D(魯西緩釋摻混肥,N∶P2O5∶K2O=25∶6∶9)、自制控釋氮肥A(N 44%)、自制控釋氮肥B(N 44%)。其中緩釋肥A、B、C、D為試驗地點常見的市售緩控釋肥品種;自制控釋氮肥A、B由山東省農業科學院農業資源與環境研究所肥料創制團隊研制。

1.3 試驗設計

試驗采用大區試驗設計,每個大區的面積為100 m2,長15.2 m,寬6.6 m,10行區。試驗共設8個處理(表2)。在大蒜收獲后,將肥料均勻撒施到對應大區,旋耕3遍。玉米種植采用夏直播,行距0.66 m,株距0.33 m,南北種植,每公頃種植45915株。于2018年6月1日播種,9月25日收獲。其他田間栽培管理按玉米高產要求進行。

表2 試驗處理情況

注:處理T1～T6的N、P2O5、K2O施用量與OPT處理相同;CK的P2O5、K2O施用量與OPT處理相同。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 玉米產量及產量構成因素 于玉米成熟期,各處理收取10 m一行,重復3次,待其自然風干后考種,分別考察穗粒數和千粒重等指標;實際產量由各小區所取10 m一行籽粒的風干質量折算獲得。

1.4.2 玉米秸稈及籽粒養分含量 在玉米成熟期,各處理分別選取有代表性的玉米5 株,重復3次,放入烘箱中于105 ℃下殺青30 min,再于80 ℃烘干至恒重,稱取莖、葉的干物質量,根據株行距折合計算單位面積秸稈干物質量；然后將所有重復的秸稈、籽粒單獨粉碎，用于養分含量的測定。玉米籽粒及秸稈養分含量的測定參考《土壤農化分析》[8]中的方法:將粉碎的玉米秸稈和籽粒用硫酸-雙氧水消化后,用凱氏定氮法測定全氮含量，用釩鉬黃比色法測定全磷含量，用火焰光度法測定全鉀含量。

1.4.3 氮肥利用率 其計算公式[9]為:氮肥利用率(%)=(施肥區作物地上部分吸氮量-對照區作物地上部分吸氮量)/施氮量×100%。

1.5 數據處理與分析

采用Excel 2013處理試驗數據,用SPSS 16.0數據處理系統進行處理間各指標的差異顯著性檢驗,顯著性水平設為α=0.05；采用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同緩控釋肥處理對玉米產量的影響

由表3可知,與CK相比,施氮肥的7個處理的玉米產量均顯著增加(P<0.05)。在供試的6種緩控釋肥中,以T5的玉米產量最高,比常規尿素處理增產15.16%;而T6的產量與常規尿素處理基本持平。在市售的4種緩釋肥產品中,T1和T4的玉米產量高于常規尿素處理,其中前者的產量顯著高于OPT,可增產10.42%。另外兩種緩釋肥T2和T3的玉米產量均低于常規尿素處理,但差異均未達到顯著水平。各施肥處理對玉米穗粒數和千粒重的影響與對產量的影響類似,均以T5處理的值最高,其次為T1和T4,其中T5的穗粒數和千粒重比OPT分別增加了6.63%和8.47%。

2.2 不同緩控釋肥處理對玉米籽粒養分含量的影響

由表4可以看出,施氮肥的7個處理的玉米籽粒氮、磷、鉀含量均高于對照。籽粒氮的含量以T6最高,顯著高于市售的4種緩釋肥產品和T5(P<0.05);T3和T5籽仁中氮含量較低,顯著低于OPT(P<0.05)；其他緩釋肥處理的玉米籽粒氮含量與常規氮肥處理之間差異不顯著。各處理的玉米籽粒鉀含量以T5最高,在其他處理之間差異均不顯著;各處理的玉米籽粒磷含量均不存在差異顯著性。

表3 不同緩控釋肥處理對玉米產量性狀的影響

注:同列數據后不同字母表示處理間差異達到了顯著水平(P<0.05),下同。

表4 不同緩控釋肥處理對玉米籽粒養分含量的影響

2.3 不同緩控釋肥處理對玉米秸稈干重及養分含量的影響

從表5可以看出,在不同處理間玉米秸稈干重差異明顯:眾德摻混肥料-多功能長效肥和自制控釋肥B處理的玉米秸稈干重顯著低于OPT的；其他緩控釋肥處理的玉米秸稈干重均顯著高于OPT的(P<0.05)。在不同緩控釋肥處理中，玉米秸稈氮含量以T5最高,顯著高于OPT和其他緩控釋肥處理的(P<0.05)。玉米秸稈磷含量以T1、T2和T5處理較高,顯著高于OPT和其他緩控釋肥處理的(P<0.05),但在前三者之間不存在差異顯著性。與OPT相比,T5的玉米秸稈鉀含量顯著增加,T4顯著降低;在市售的4種緩釋肥處理中,T1的玉米秸稈鉀含量顯著高于其他3種緩控釋肥處理的(P<0.05)。

2.4 不同緩控釋肥處理對氮肥利用率的影響

由圖1可見：T3處理的氮肥利用率低于OPT的；T2的氮肥利用率與常規尿素施肥處理基本持平；其他4種緩控釋肥處理的氮肥利用率均高于常規尿素處理的。在不同緩控釋肥處理中，以T5的氮肥利用率最高,其次為T6處理和T1處理。其中,T5的氮肥利用率顯著高于其他6種施肥處理的,比常規尿素施肥處理增加了58.25% (P<0.05)。處理T1、T4和T6的氮肥利用率均顯著高于T3的(P<0.05);除T3和T5以外,在其他各處理之間玉米的氮肥利用率差異均未達到顯著水平。

表5 不同緩控釋肥處理對玉米秸稈養分含量的影響

圖1 不同緩控釋肥處理對玉米氮肥利用率的影響

3 討論與結論

據鄭國棟等[10]報道，施用不同緩控釋肥均有利于增加花生單株結果數和單株果重,但各處理間產量差異較大。謝宜等[11]比較了4種不同緩控釋肥在直播早稻上的應用效果,發現JT-05和JT-06處理促進了水稻生長,提高了氮和磷的收獲指數以及實粒數、穗重、齊穗期劍葉SPAD值,而JZ-01和JZ-02處理降低了上述指標。本研究發現：在供試的6種緩控釋肥處理中，僅眾德摻混肥料-多功能長效肥和自制緩釋肥A處理的玉米產量顯著高于常規尿素處理的,而在其他品種緩釋肥處理與常規尿素處理間玉米產量均不存在差異顯著性；玉米對不同品種緩控釋肥的氮肥利用率存在一定差異,以自制緩釋肥A、自制緩釋肥B和眾德摻混肥料較高。緩控釋肥提高作物的產量建立在養分的釋放切合作物生長發育需求的基礎上,其實際應用效果受到作物品種[12]、運籌方式[13]、地力水平[14]和灌溉方式[15]等因素的影響。在本研究中,不同品種緩控釋肥處理的玉米產量及氮肥利用率存在差異，可能與其對當地土壤條件的適應能力不同有關。另一方面,不同品種緩控釋肥在生產原料、加工工藝、控釋機制等方面的差異也在一定程度上影響了其在玉米生產上的應用效果[16-18]。

與常規肥料相比,緩控釋肥可通過提高肥料利用率[19]、調節土壤養分含量及理化性狀[20]和優化作物形態生理特征[21]等途徑來提高作物產量。本研究發現,不同緩控釋肥通過改變穗粒數和千粒重影響了玉米產量,其中眾德摻混肥料-多功能長效肥顯著增加了玉米穗粒數,自制緩釋肥A顯著增加了玉米千粒重和穗粒數,且兩者的產量均顯著增加,這與趙斌等[22]、侯紅乾[23]的研究結果基本一致。施用緩控釋肥可提高作物的根體積、總吸收面積、傷流強度和氨基酸輸出強度,從而擴大根系養分吸收范圍,強化根系向地上部供應養分的能力[24,25]。本研究結果表明,與常規尿素處理相比,眾德摻混肥料-多功能長效肥和自制緩釋肥A處理增加了玉米秸稈中氮、磷、鉀含量及籽粒中鉀含量,但其秸稈干物質重顯著降低。植物中氮、磷、鉀元素在物質代謝中起重要作用,參與糖類、蛋白質等物質的代謝,并能促進糖類物質的運輸[26]。較高的氮、磷、鉀含量促進了秸稈中干物質向籽粒中轉運,從而降低了秸稈干重,增加了玉米產量。玉米籽粒中較高的鉀元素含量促進了蛋白質和糖類的合成,這在一定程度上增加了玉米千粒重和產量。綜合各緩控釋肥處理對玉米產量和肥料利用率等的影響,自制控釋氮肥A和眾德牌摻混肥料-多功能長效肥一次性施入,可減少常規施肥方式追肥的用工成本,在優化節肥的情況下,不僅有利于玉米的增產,還能提高肥料利用率,效果較好,建議在泰安地區推廣使用。