海藻酸復合肥在夏玉米上的減施效果研究

魏建林，李燕，馬寧，李國生，崔榮宗，鄭福麗，譚德水

（1.山東省農業科學院農業資源與環境研究所／農業農村部廢棄物基質化利用重點實驗室，山東濟南 250100；2.五洲豐農業科技有限公司，山東煙臺 264000）

玉米是我國重要的糧食作物，具有食用、飼料、工業原料等用途，在農業生產上具有舉足輕重的作用，對保障我國糧食安全意義重大［1，2］。建國以來我國玉米單產提高了4 270.5 kg／hm2，增幅為 380.1%，年均增加 101.85 kg／hm2［3］，其中肥料的施用發揮了不可替代的作用［4，5］。隨著經濟的發展和城鎮化的推進，農業勞動力逐漸減少，夏玉米生產中的輕簡化施肥成為趨勢［6，7］；另一方面也出現了施肥過量、肥料利用率低等問題，導致資源浪費，而且帶來嚴重的生態風險［8］。因此減少化肥投入、提高肥料利用率成為業界共識，各類新型功能性肥料應運而生［9，10］。海藻酸類肥料即是在普通化肥基礎上添加海藻酸類物質的一種新型肥料。海藻酸是從海生植物體內提取的一類天然多糖聚合物［11］，可活化土壤中的養分，改善土壤結構，提高養分利用效果［12，13］。海藻酸類肥料在蔬菜［14-16］、果樹［17，18］及大豆［19］、棉花［20］、煙草［21］等經濟作物上的效應研究有較多報道，在玉米上，周勇明［22］、王海標［23］等研究了較高土壤肥力條件下海藻酸類肥料對玉米產量和養分吸收的影響。關于在低肥力土壤上添加海藻酸復合肥對玉米生長及收獲后土壤的影響尚未見報道。本試驗以夏玉米為材料，在魯東丘陵地區瘠薄地上設置缺素處理和添加海藻酸復合肥不同用量水平處理，探討玉米簡化生產中肥料一次性施用條件下，添加海藻酸復合肥對夏玉米產量、養分吸收利用及收獲后土壤的影響，以期探明海藻酸復合肥在夏玉米上的減施增產效果和施用方法，為其在生產上推廣應用提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試作物：夏玉米，品種為登海3622。

供試肥料：海心花肥即添加海藻酸的復合肥（N-P2O5-K2O＝23-10-12）、尿素（N 46%）、重過磷酸鈣（P2O542%）、氯化鉀（K2O 60%）。

1.2 試驗地概況

試驗于2019年6—9月在煙臺市芝罘區只楚街道南上坊村進行。試驗地耕層土壤基礎理化性狀見表1。

表1 試驗地耕層土壤基礎理化性狀

1.3 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，共設9個處理，重復3次，具體見表2。所有處理肥料均一次性基施，后期不追肥，小區面積28 m2。2019年6月18日先撒肥翻地，再條播玉米種；等行距種植，行距0.61 m，株距0.26 m，每公頃密度62 580株。

表2 試驗設計

1.4 樣品采集與分析

試驗前及收獲后各小區按照“S”形多點取樣法取0～20 cm土層土樣，風干后磨碎過20目篩備用。試驗前土樣測定pH值、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。收獲后土樣測定pH值、EC值、全氮、全磷、全鉀及有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。以上各指標均采用常規方法測定［24］。

在玉米拔節期（7月26日）、吐絲期（8月20日）、成熟期（9月29日），每小區選擇代表性植株3株，測定葉面積、株高、莖粗、葉片SPAD值（成熟期為統計綠葉片數）。葉面積采用直尺測量每片展開綠葉的長和寬，葉片SPAD值采用SPAD-502便攜儀在上午（9∶00—11∶00）測量穗位葉或最上展開葉（若尚無穗位葉）。

玉米成熟期每小區選擇代表性植株3株，地上部分分為秸稈和籽粒兩部分制成樣品。H2SO4-H2O2聯合消煮后分別測定全氮（凱式定氮法）、全磷（釩鉬黃比色法）、全鉀（火焰光度計法）含量［25］。

小區全部收獲計產，隨機取玉米穗10個進行考種。計算傳統施肥和等養分量海心花肥料的氮、磷、鉀養分利用率。

1.5 有關指標計算與數據分析

葉面積＝長×寬×0.75；

經濟系數＝籽粒產量／生物產量；

養分積累量＝籽粒干重×籽粒養分含量＋秸稈干重×秸稈養分含量；

氮素利用率（%）＝（施肥區植株地上部氮積累量 -不施氮區植株地上部氮積累量）／施氮量 ×100；

磷素利用率（%）＝［施肥區植株地上部磷（P）積累量-不施磷區植株地上部磷（P）積累量］×2.292／施磷（P2O5）量 ×100；

鉀素利用率（%）＝［施肥區植株地上部鉀（K）積累量-不施鉀區植株地上部鉀（K）積累量］×1.206／施鉀（K2O）量 ×100。

采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05軟件處理和統計分析數據并作圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對玉米植株農藝性狀的影響

由圖1可以看出，吐絲期和成熟期，不同處理玉米株高和莖粗差異明顯，其中海藻肥全量養分的T處理在兩個時期株高均為最高，傳統施肥的FP處理較之降低；隨著總養分用量減少，株高和莖粗逐漸降低。T處理在拔節期和吐絲期葉面積大小與最終的籽粒產量表現較一致，產量較高的處理葉面積較大。T、T1和T2處理收獲時的綠葉數具有一定優勢，能夠保證后期有足夠的光合產物合成。3個減量處理中除不施氮處理外，P0和K0處理較全量養分處理各指標減幅較小，從而保證形成一定的籽粒產量。

圖1 不同處理對玉米不同生育期植株農藝性狀的影響

2.2 不同施肥處理對玉米葉片葉綠素含量的影響

由圖2可以看出，拔節期和吐絲期，T處理葉片SPAD值均為最高，吐絲期表現尤其明顯；吐絲期減量10%的T1處理SPAD值也高于FP處理，隨肥料用量逐漸降低，SPAD值下降明顯。

圖2 不同施肥處理對玉米葉片SPAD值的影響

2.3 不同施肥處理對玉米產量及其構成因素的影響

如表3所示，各處理產量表現為T＞T1＞T2＞P0＞FP＞K0＞T3＞CK＞N0。其中海藻肥全量T處理產量最高，顯著高于傳統肥料處理FP（增產10.6%），主要表現為穗行數、行粒數和百粒重的協同提高；隨總養分投入量的減少，產量呈下降趨勢，但減量10%和20%的海藻肥能獲得比全量傳統肥料更高的籽粒產量（分別增產7.5%和2.6%），減量30%處理比FP處理顯著減產。以上各處理的產量差異主要來自于行粒數和百粒重的變化。在缺素處理中，不施磷處理（P0）產量高于不施鉀處理（K0），不施氮處理（N0）產量最低，與空白處理產量相當，穗行數、行粒數和百粒重均表現下降。

相比傳統肥料施用處理，施用海藻肥各處理經濟系數均不同程度提高，而缺素處理的經濟系數均表現下降。

2.4 不同施肥處理對玉米氮磷鉀養分吸收的影響

玉米成熟期秸稈和籽粒中氮磷鉀養分含量與肥料種類和養分投入量密切相關（表4）。缺素處理的秸稈和籽粒養分吸收均明顯低于全養分處理。與FP處理相比，T處理籽粒氮和秸稈鉀含量明顯提高。隨著總養分投入量減少，海藻肥系列處理的玉米秸稈和籽粒養分含量隨之降低，以氮含量下降較為明顯。

表3 不同處理對籽粒產量及其構成因素的影響

表4 不同施肥處理對成熟期玉米秸稈和籽粒NPK含量的影響 （%）

如圖3所示，各處理玉米養分的積累總體隨著投入量的增加而增加，其中T和T1處理的氮磷鉀養分積累總量均高于FP處理，減量20%的T2處理和減量30%的T3處理氮積累量下降明顯，其中T3處理降幅最大；缺素處理的養分積累與地上部生物量密切相關。

與FP相比，T處理的氮磷鉀養分利用率分別提高4.9、5.8、9.5個百分點（圖4）。

圖3 不同施肥處理玉米氮磷鉀養分積累量

圖4 海藻酸復合肥與傳統施肥NPK養分利用率比較

2.5 不同施肥處理對玉米收獲后土壤理化性狀的影響

由表5看出，施用海藻肥處理玉米收獲后耕層土壤堿解氮、速效磷、速效鉀等有效養分比傳統肥料處理均有提高，對土壤肥力提升有促進作用，同時能降低土壤pH值。隨著用量減少，EC值逐漸降低，對全量氮磷鉀和有機質含量影響不明顯。由于地上部收獲帶走養分使得不施用某種養分的土壤該養分含量下降明顯。

表5 不同處理對玉米收獲后土壤理化性狀的影響

3 討論與結論

3.1 海藻酸中含有鉀、鈣、鎂、鋅、碘等多種礦物質元素和豐富的維生素，特別是含有高生物活性的多糖類、甜菜堿、蛋白類以及萜類等天然生長調節物質。作為添加劑加入到肥料中，集營養成分、抗生物質、植物激素于一體，對刺激植物生長起著重要作用［26］，在小麥［12］、水稻［27］等作物上能夠顯著提高有效穗數從而實現穩產增產。本研究發現施用海藻酸復合肥在等養分量投入情況下比傳統肥料表現出相對較優的植株性狀，尤其是葉面積、收獲時綠葉數與葉綠素含量。葉綠素含量是表征植物光合作用強弱的重要參數。光合產物形成干物質是作物產量形成的基礎［28］，提高干物質積累速率是實現高產的基本途徑［29，30］，而綠色葉面積也是干物質形成的基礎。添加海藻酸復合肥處理的各項指標均優于傳統施肥，因此玉米產量比施用傳統肥料增產10.6%，在減量10%和20%水平下也能夠表現出增產效果，與前人研究結論基本一致［17，23，24］。從玉米產量構成三要素看，穗行數和行粒數對增產貢獻較大。

3.2 施用海藻酸復合肥處理的玉米生物量、養分吸收高于傳統肥料處理，氮磷鉀養分表觀利用率均高于傳統施肥。因此施用添加海藻酸的復合肥可以提高肥料利用效率，減少肥料損失，降低對生態環境的污染。養分積累是玉米干物質及產量形成的基礎，充足的養分供應是夏玉米獲得高產的保證［26］。本研究中，減量30%肥料處理表現為顯著減產，從產量形成三要素看，百粒重降幅最大，說明后期肥料養分不足嚴重影響籽粒灌漿，從而導致產量下降。因此要保證玉米高產，中后期的養分供應一定要充足，盲目減少肥料投入存在減產風險［31］。

3.3 海藻酸中的主要成分海藻多糖是天然的土壤調節劑，能夠提高土壤中有效成分的有效性和持久性，促進土壤團粒結構的形成，改善土壤結構［32］。計小江等［33］在水稻上研究發現施用海藻酸復合肥能夠增加土壤有機質、全氮、全磷、速效磷和速效鉀含量，提高土壤肥力效果明顯；高巖等［34］在設施大棚土壤上研究發現海藻酸肥料可在一定程度上降低土壤容重、增加土壤孔隙度及土壤呼吸強度，從而提高土壤肥力。本研究也得出相似結論，即添加海藻酸復合肥處理耕層土壤速效養分相比施用傳統肥料均有不同程度提高。可見，添加海藻酸復合肥在提高玉米產量同時還可促進地力提升。

綜合分析，在本試驗條件下，一次性施用傳統施肥量80%～90%的海藻酸復合肥綜合效果較好。