土壤調(diào)理劑對鮮食玉米栽培的影響

李進平尹紹剛張穎翰趙廣陽謝亮朱小花楊德榮

(1.云南云天化農(nóng)業(yè)科技股份有限公司，云南 昆明 650228；2.云南云天化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，云南 昆明 650600；3.廣東省海洋生物廢棄物綜合利用重點實驗室，廣東 深圳 518120；4.云南云天化股份有限公司，云南 昆明 650228)

引言

鮮食玉米也稱“水果玉米”，是乳熟期采摘新鮮果穗玉米，可以糧蔬兼用且新鮮、甘甜、脆嫩，同時富含人體所必需的多種營養(yǎng)成分，長期食用能軟化血管、降低膽固醇，越來越受到消費者喜愛[1，2]。

云南是低緯高原玉米種植區(qū)，也是全國4大優(yōu)勢玉米產(chǎn)區(qū)之一，大量實踐證明，云南非常適合發(fā)展鮮食玉米，云南鮮食玉米位居全國鮮食玉米生產(chǎn)之首。2022年云南省單季鮮食玉米種植總規(guī)模達(dá)8.2萬hm2，產(chǎn)量153.76萬t[3]。在新品種的研發(fā)上，云南省幾乎每年都有鮮食玉米品種通過審定或投入大田生產(chǎn)[4]。許多科研機構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)等對鮮食玉米各生育期標(biāo)準(zhǔn)化栽培管理技術(shù)及高產(chǎn)栽培技術(shù)的研究積累了豐富的經(jīng)驗，制定了諸多標(biāo)準(zhǔn)化栽培規(guī)則，為鮮食玉米的大面積推廣種植提供了有力保障[5]。

雖然玉米對土壤的適應(yīng)性較廣，在多種類型的土壤中都能生長，但不同土壤條件下的產(chǎn)量和品質(zhì)存在很大差異。所以，改良貧瘠地、新開地及產(chǎn)生連作障礙的地塊，是確保玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的重要基礎(chǔ)。

本研究以尾礦為基礎(chǔ)，添加有機質(zhì)、甲殼素、氨基酸等，制備一款土壤調(diào)理劑，對貧瘠地、新開地等土壤進行改良，研究改良后的土壤對鮮食玉米農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響。

1 土壤調(diào)理劑的制備

1.1 原料

有機原料為酒糟、花生麩、甲殼素、魚蛋白、蝦肽氨基酸(含有3%的殼寡糖)等；礦物質(zhì)原料為凹凸棒土(Palygorskite)和尾礦，凹凸棒土的指標(biāo)為SiO2≥53.6%，F(xiàn)e2O3≥1.86%，Al2O3≥14.33%，pH7.0。尾礦的指標(biāo)見表1。

表1 云天化尾礦指標(biāo)分析

1.2 制備土壤調(diào)理劑

按照每噸有機物料添加280kg酒糟、100kg蝦肽氨基酸、400kg花生麩、10kg甲殼素、200kg魚蛋白以及10kg凹凸棒土的比例進行混合后，將n(C)/n(N)調(diào)整到30，添加發(fā)酵菌株(YH-3)進行發(fā)酵，當(dāng)腐熟程度≥90%時，將腐熟有機物料與尾礦按照1∶3的比例進行混合后造粒，制備土壤改良劑，制備工藝路線見圖1。

圖1 土壤調(diào)理劑制備工藝路線

2 土壤調(diào)理劑田間試驗

2.1 試驗區(qū)的自然狀況

試驗區(qū)位于云南省紅河哈尼族彝族自治州石屏縣寶秀鎮(zhèn)朱洼子片區(qū)，位于N23°46′34″，E102°25′16″，屬亞熱帶氣候，海拔1431.8m；多年平均氣溫18℃，1月平均氣溫10℃，極端最低氣溫2.4℃；7月平均氣溫26℃，極端最高氣溫33℃；年平均降水量962mm，年均無霜期312d；主要自然災(zāi)害為洪澇、干旱、冰雹等，年均發(fā)生1次[6]。

試驗區(qū)為2021年進行規(guī)模化平整后的新地，砂石含量較高，2022年栽培過1茬小香蔥，對試驗區(qū)的初始土取樣分析，結(jié)果為pH5.58、有機質(zhì)10.6g·kg-1、有效磷12.112mg·kg-1、速效鉀67.335mg·kg-1、水解性氮58.483mg·kg-1、電導(dǎo)率25.0mS·m-1、有效硅94.72mg·kg-1、交換性鈣5.9mg·kg-1、交換性鎂1.9mg·kg-1。

2.2 試驗材料

鮮食玉米品種“瑞佳甜4號”，云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所提供；土壤調(diào)理劑，本研究項目團隊制備；尿素(N≥46%)和復(fù)合肥(15-15-15)，云南云天化股份有限公司提供；硫酸鉀(K2O≥50%)，市購。

2.3 試驗方案設(shè)計

試驗設(shè)3個處理區(qū)，每個處理4次重復(fù)，設(shè)1個對照區(qū)(CK)，共13個小區(qū)。每個小區(qū)面積300m2。T1，土壤調(diào)理劑300kg·667m-2加常規(guī)施肥方案；T2，土壤調(diào)理劑200kg·667m-2加常規(guī)施肥方案；T3，土壤調(diào)理劑100kg·667m-2加常規(guī)施肥方案。常規(guī)施肥方案見表2。

表2 鮮食玉米常規(guī)施肥方案

2.4 試驗實施

2023年3月10日對試驗地進行犁耙翻地，曬地至3月24日(3月15日有陣雨，3月16日陰，3月22日大雨，3月23日陰，其余時間晴)，3月25日依據(jù)試驗方案，將土壤調(diào)理劑均勻撒施在土壤表面，用旋耕機將土壤調(diào)理劑與表層土均勻混合，用起壟機作畦，畦寬2m(包溝)，畦高30±5cm，在壟上鋪設(shè)平行的2條滴灌帶，滴灌帶距離畦邊30cm，并將滴灌帶鏈接在水肥一體化系統(tǒng)的支管上。滴灌帶鋪設(shè)完成后，蓋上反光地膜。2023年4月21日點種，種植密度3300株·667m-2，4月25日出苗率≥60%，4月25日全部出苗，未發(fā)現(xiàn)死苗。追肥依據(jù)鮮食玉米常規(guī)施肥方案進行，見表2，病蟲害的防治按照常規(guī)防治方法進行。

2.5 試驗調(diào)查與分析

2.5.1 鮮食玉米的生育期調(diào)查

3個處理區(qū)和空白對照區(qū)的播種期為4月21日，6月9日3個處理區(qū)和空白對照區(qū)進入拔節(jié)期，6月26日進入吐絲期，6月27日進入散粉期，7月22日進入鮮果穗采收期，不同處理之間的生育期沒有差異。

2.5.2 鮮食玉米形態(tài)特征調(diào)查

植物學(xué)特性調(diào)查結(jié)果顯示，3個處理區(qū)和空白對照區(qū)的芽鞘色為淡黃色，花絲顏色為淺綠色，粒色為黃白相間，果穗軸色為白色。鮮食玉米3個處理區(qū)和空白對照區(qū)的形態(tài)特征無差異。

2.5.3 鮮食玉米植株生長的表現(xiàn)

進入采收期后，對鮮食玉米株高、徑粗、穗位高、鮮苞旗葉長、穗長等植株生長表現(xiàn)進行調(diào)查，見表3。從表3可以看出，在鮮食玉米植株生長表現(xiàn)中，T1處理的株高值最大為2.21m，CK處理株高值最小為1.55m，兩者相差42.58%；T1處理的徑粗值最大為30.21mm，CK處理徑粗值最小為16.07mm，兩者相差87.99%；所有處理的穗位高值和鮮苞旗葉長的差異不顯著；T1處理的穗長值最大為20.5cm，CK處理穗長值最小為16.8cm，兩者相差22.02%。

表3 鮮食玉米植株生長表現(xiàn)

2.5.4 玉米葉部病害發(fā)病率調(diào)查

鮮食玉米整個生育期，在病害相同防治方案的條件下，大斑病T1和T2處理未發(fā)病，T3處理的發(fā)病率為3%，CK發(fā)病率較高為15%；小斑病所有處理及CK均未發(fā)病；彎孢霉葉斑病T1和T2處理未發(fā)病，T3處理的發(fā)病率為4%，CK發(fā)病率較高為13%；紋枯病T1、T2、T3均未發(fā)病，CK發(fā)病率為7%，見表4。

表4 鮮食玉米葉部病害發(fā)病率

2.5.5 產(chǎn)量構(gòu)成的表現(xiàn)

在鮮食玉米產(chǎn)量構(gòu)成中CK行粒數(shù)值最大為44.5粒，T3處理行粒數(shù)值最小為34.8粒，兩者相差27.87%；T1處理的百粒重值最大為54.98g，T2處理百粒重值最小為38.96g，兩者相差41.12%；T2處理的穗行數(shù)值最大為17.5行，CK處理的穗行數(shù)最小為10.6行，兩者相差65.09%；T1處理的產(chǎn)量值最大為1163.04kg·667m-2，CK處理產(chǎn)量值最小為589.41kg·667m-2，兩者相差97.32%。

表5 鮮食玉米產(chǎn)量構(gòu)成表現(xiàn)

3 結(jié)論

施用了土壤調(diào)理劑后，在追肥、病蟲害防治以及植株管理相同的條件下，T1處理的株高、莖粗、穗長均達(dá)到了顯著差異，試驗證明，T1處理對鮮食玉米植株生長具有顯著促進作用，為鮮食玉米的增產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。鮮食玉米葉部病害T1處理和T2處理均未發(fā)病，說明T1處理和T2處理增強了玉米的抗病能力。在產(chǎn)量構(gòu)成上，行粒數(shù)顯著降低，百粒重和穗行數(shù)顯著增加，致使鮮食玉米的產(chǎn)量顯著提高。所以，在鮮食玉米栽培中，推薦土壤調(diào)理劑的使用量為300kg·667m-2，也充分證明了使用土壤調(diào)理劑后，鮮食玉米生長的土壤環(huán)境得到了改善，植株抗病能力增強，鮮食玉米產(chǎn)量得到顯著提高，但其作用機理還需進一步研究。

4 討論

土壤健康是植物健康的先決條件，改良土壤又是確保土壤健康的重要手段，當(dāng)土壤調(diào)理劑施入土壤后，土壤調(diào)理劑中的甲殼素(Chitin)和殼寡糖(Chitosan，COS)富含的C和N元素會被微生物分解，作為營養(yǎng)物質(zhì)提供給作物[7]，同時甲殼素及殼聚糖還能有效促進植物根、莖、葉的生長，可以提高作物的產(chǎn)量，改善作物的品質(zhì)[8]。甲殼素在病害抑制方面的研究可追溯到1963年，當(dāng)時美國Michell等科學(xué)家在土壤中添加龍蝦殼或直接添加甲殼素，發(fā)現(xiàn)甲殼素增加了土壤中放線菌數(shù)量，致使病原菌的數(shù)量減少，能分解甲殼素的細(xì)菌數(shù)量也增加3～5倍，這些分解甲殼素的細(xì)菌產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶能抑制部分真菌的生長或殺死線蟲的卵[9]。隨后，COS及其衍生物在抗真菌方面的研究取得了突破性的進展，COS及其衍生物在10～5000mg·L-1抑菌濃度范圍能夠抑制多數(shù)真菌及卵菌的生長，尤其是Fusariumwilts(鐮刀霉枯萎病)以及Grey mould(灰霉病)。并且在抑制真菌生長的機理研究上也取得了突破。機理一，COS通過影響細(xì)胞壁中相關(guān)酶的活性，造成細(xì)胞壁的破壞從而抑制菌體的生長；機理二，COS通過與細(xì)胞膜直接相互作用，造成膜透性增加、胞內(nèi)物質(zhì)外泄，從而導(dǎo)致菌體死亡[10-13]，這就說明了施入土壤調(diào)理劑后，鮮食玉米葉部病害發(fā)病率很低或未發(fā)病的主要原因。COS在病毒病防治中也被廣泛應(yīng)用，雖然COS不能直接使病毒失活，但是COS可通過抑制植物間病毒和類病毒的傳播，并提高宿主對感染的敏感反應(yīng)[14]。

土壤改良劑中的酒糟、花生麩、蝦肽氨基酸、甲殼素和魚蛋白等充分發(fā)酵后形成的有機質(zhì)，可以增加土壤的有機碳，而土壤活性有機碳是土壤微生物的重要碳源及養(yǎng)分來源，能夠顯著影響土壤微生物的活性及群落組成[15]，有利于改善土壤的微生態(tài)環(huán)境。

傳統(tǒng)的氮循環(huán)模式認(rèn)為，土壤有機氮只有經(jīng)過微生物作用轉(zhuǎn)化為無機氮(NH4+和NO3-)后才能為植物所利用，雖然根系不能直接從土壤中獲取有機氮，但許多研究發(fā)現(xiàn)，多種植物具有從土壤中直接獲取低分子量有機物質(zhì)的能力，特別是氨基酸，這對氮循環(huán)模式的研究取得了突破[16]。氨基酸不僅是所有生物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)組分，而且在植物體內(nèi)還具有其它必要的生物學(xué)功能。如氨基酸能夠作為植物激素合成的前體，對氮進行源庫轉(zhuǎn)運，參與外界非生物脅迫抵抗，調(diào)控根系形態(tài)建成及花粉管發(fā)育等[17]，這就是土壤調(diào)理劑添加氨基酸的主要依據(jù)。

土壤調(diào)理劑中的凹凸棒土，由于其較高的比表面積，能吸附去除重金屬離子[18]，復(fù)合凹凸棒土鈍化劑對土壤中的As、Cd、Pb具有良好的鈍化效果[19]，所以土壤調(diào)理劑不但能改良土壤，對重金屬的治理也將起到一定的效果，對綠色食品的生產(chǎn)具有重要意義。