滴施不同水溶肥對玉米產(chǎn)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(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710064； 2. 新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所, 新疆 石河子 832000；3. 新疆農(nóng)墾科學(xué)院作物研究所,新疆 石河子 832000;4. 農(nóng)業(yè)部作物高效用水石河子科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站,新疆 石河子 832000；5. 長安大學(xué)旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064)

關(guān)鍵字:水溶肥;玉米;滴灌施肥;配方肥;產(chǎn)量

玉米是糧食、飼料、加工、能源多元用途作物，被譽(yù)為21世紀(jì)的“谷中之王”，2001年玉米已經(jīng)成為全球第一大糧食作物。2013年，玉米已經(jīng)超過稻谷成為我國第一大糧食作物，產(chǎn)量占我國糧食總產(chǎn)量的38.9%，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國民經(jīng)濟(jì)中有舉足輕重的作用[1]。2006-2013年，新疆兵團(tuán)六次打破我國玉米高產(chǎn)紀(jì)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(chǎn)量6 915 kg·hm-2，較全國平均增產(chǎn)1 050 kg·hm-2[2]。玉米膜下滴灌是將覆膜種植技術(shù)與滴灌技術(shù)相結(jié)合的一種新的灌水技術(shù)。滴灌是一種節(jié)水的灌水技術(shù)，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(diǎn)，養(yǎng)分也集中分布在由滴水形成的濕潤體內(nèi)，在50 cm土層以下養(yǎng)分含量顯著降低[5]。目前滴灌玉米在15 000～18 000 kg·hm-2產(chǎn)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(jié)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(nèi)，氮磷鉀的利用率分別較漫灌條件下常規(guī)施肥提高20%、10%、15%以上，整體節(jié)肥達(dá)15%～25%[3,7-9]。

隨著灌溉施肥技術(shù)的推廣與普及，滴灌水溶肥越來越多地被農(nóng)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(fù)合肥料，它的營養(yǎng)元素比較全面，且根據(jù)不同作物的需肥特點(diǎn)相應(yīng)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(yīng)用于灌溉施肥[10]。國內(nèi)新型水溶肥料發(fā)展起步較晚，但近年來隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、無公害農(nóng)業(yè)等迅速發(fā)展，人們對綠色食品的關(guān)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(nóng)民接受和應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)水溶肥的標(biāo)準(zhǔn)還未出臺(tái)。為了探索不同類型水溶肥對滴灌玉米生產(chǎn)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(jī)肥和含氨基酸水溶肥8個(gè)處理6種新型水溶肥料試驗(yàn)，以期為干旱區(qū)滴灌玉米合理施用新型水溶肥提供科學(xué)依據(jù)，為進(jìn)一步完善滴灌玉米水肥調(diào)控理論提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 試驗(yàn)區(qū)基本情況 于2016年5—10月在新疆石河子市的新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)業(yè)部作物高效用水石河子科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站(45°38′N，86°09′E)進(jìn)行。研究區(qū)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(fā)量1 942 mm，蒸降比16.9>10。試驗(yàn)土壤為灌耕灰漠土，耕層土壤有機(jī)質(zhì)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(nóng)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(chǎn)；②磷酸一銨：N>12%，P2O5>61%，粉劑，成都尼達(dá)羅農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)；③磷酸脲：N>17%，P2O5>44%，粉劑，成都尼達(dá)羅農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)；④硫酸鉀：K2O>51%，粉劑，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司生產(chǎn)；⑤腐植酸鉀：含腐植酸>55%，K2O>12%，粉劑，山西美邦大富農(nóng)科有限公司生產(chǎn)；⑥氨基酸粉：基酸>50%，氮>18，有機(jī)質(zhì)>40%，粉劑，北京傲禾測土肥業(yè)連鎖有限公司生產(chǎn)；⑦水溶性納米有機(jī)肥：納米級(jí)有機(jī)質(zhì)>60%，氮磷鉀>12%，溶液，南寧漢和生物科技股份有限公司生產(chǎn)；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(chǎn)；⑨專利配方施肥：由3組不同養(yǎng)分含量的專用肥配方構(gòu)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(jù)不同生育時(shí)期添加不同量的氨基酸鋅、硼砂、硫酸錳、絡(luò)合鐵等中微量元素。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)8個(gè)處理：酸性磷酸脲(UP)，代號(hào)X1；氨基酸粉，代號(hào)X2；腐植酸鉀，代號(hào)X3；水溶性納米有機(jī)肥，代號(hào)X4；含氨基酸水溶肥，代號(hào)X5；含氨基酸水溶肥半量處理，代號(hào)X6；專利配方施肥[12-13]，代號(hào)X7；不施肥(對照CK)，代號(hào)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(shí)間、灌水量和肥料施用次數(shù)按照生育期進(jìn)行分配(見表1)；隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，共24個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)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(nèi)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(qū)灌溉量保持一致，滴灌處理采用單獨(dú)施肥裝置，分別裝有獨(dú)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(yàn)要求。其它管理措施與普遍采用的生產(chǎn)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(xiàng)目及方法

1.3.1 植株生長發(fā)育指標(biāo)測定 出苗率：每個(gè)小區(qū)選固定的4段5 m，以幼苗胚芽鞘露出表土2 cm 以上為標(biāo)準(zhǔn)，分別于出苗水灌溉后7天和14天，記錄出苗量，統(tǒng)計(jì)田間出苗率。株高：土面量至(雄穗)頂端的高度，每個(gè)處理取10株測定后取平均值;葉片數(shù)：記錄單株全部展開葉和未展開葉，每個(gè)處理取10株測定后取平均值;葉面積指數(shù)測定：每個(gè)小區(qū)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(nèi)株數(shù)/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(qū)每處理隨機(jī)連續(xù)選取10株玉米的苞葉進(jìn)行測定，取均值;干物質(zhì)：在各生育期每個(gè)處理取地上植株4株 ，在實(shí)驗(yàn)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(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素測定 籽粒成熟期測產(chǎn) ，每小區(qū)取出20個(gè)果穗稱鮮重并帶回風(fēng)干，風(fēng)干后考種，折標(biāo)準(zhǔn)水(14%)計(jì)算單位面積產(chǎn)量，調(diào)查其有效株數(shù)、穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗列數(shù)、千粒重，分析產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.3.3 干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量、干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移干物質(zhì)對籽粒的貢獻(xiàn)率計(jì)算

干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量 DMT=開花期莖葉干物質(zhì)量-成熟期莖葉干物質(zhì)量；

干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率(%)DMTE=干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/開花期莖葉干物質(zhì)量×100；

干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量對籽粒貢獻(xiàn)率(%)DMTP =干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/籽粒產(chǎn)量×100。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)均采用SPSS 16.0與Excel 2007進(jìn)行分析，Sigma Plot進(jìn)行繪圖，用LSD進(jìn)行多重比較確定差異的顯著性。

2 結(jié)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(dá)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(dá)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(shí)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(shù)(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(dá)到顯著性差異；其他處理間差異不顯著。拔節(jié)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(jī)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(guān)，專利配方施肥處理的葉面積指數(shù)相對較高，SPAD值與玉米生育期有關(guān)，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(chǎn)量構(gòu)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(chǎn)量表現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)量結(jié)構(gòu)而言，X6、X7處理的穗長、穗粗和穗行數(shù)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(shù)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(shù)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(xiàn)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?？傮w而言，含氨基酸水溶肥和專利配方施肥有利于玉米產(chǎn)量增加，產(chǎn)量結(jié)構(gòu)特征的趨勢與產(chǎn)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(chǎn)量與產(chǎn)量結(jié)構(gòu)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(zhì)累積和轉(zhuǎn)移的影響

玉米干物質(zhì)積累是判斷玉米營養(yǎng)狀況的主要指標(biāo)之一，也是衡量玉米水肥管理好壞的重要指標(biāo)。拔節(jié)期總生物量表現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(zhì)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(zhì)轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移效率及對籽粒貢獻(xiàn)率來看，X5處理的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量和干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量對籽粒貢獻(xiàn)率最高，顯著高于專利配方施肥處理(X7)，其他處理間未達(dá)到顯著性差異；X5、X4處理的轉(zhuǎn)移效率顯著高于專利配方施肥處理(X7)，其他處理間未達(dá)到顯著性差異；可見，干物質(zhì)轉(zhuǎn)移對籽粒貢獻(xiàn)率可達(dá)18.5%～43.36%，表明不同類型水溶肥均可以促進(jìn)干物質(zhì)轉(zhuǎn)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(zhì)累積和轉(zhuǎn)移Table 3 Dry matter accumulation and transferring before flowering under different water soluble fertilize

3 討 論

營養(yǎng)元素缺乏和不均衡供給會(huì)成為土壤養(yǎng)分限制因子和潛在限制因子，影響土壤—作物系統(tǒng)養(yǎng)分收支平衡，對作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，應(yīng)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(jìn)的作用，一種元素的缺乏會(huì)影響玉米對其它元素的吸收利用[15]；氮、磷、鉀養(yǎng)分作為作物生長發(fā)育的三大養(yǎng)分資源，其吸收、同化與轉(zhuǎn)運(yùn)直接影響著作物的生長發(fā)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(chǎn)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(fā)芽率，促進(jìn)玉米前期生長；但專利配方施肥在第一水灌溉后能夠促進(jìn)玉米生長，提高玉米的葉面積與干物質(zhì)累積，能夠顯著提高玉米產(chǎn)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(xiàn)出優(yōu)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(qiáng)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(luò)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(qū)土體或者土壤微區(qū)的pH值，改變土壤離子平衡，從而起到改善土壤理化性質(zhì)、改良土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)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(shè)置出苗專用肥配方(新的配方中已經(jīng)改進(jìn))，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(xiàn)出明顯優(yōu)勢。專利配方施肥對玉米株高、葉面積與干物質(zhì)累積的影響主要從拔節(jié)期開始，這可能是因?yàn)楸狙芯坎捎昧藢＠小把舆t第一水灌溉時(shí)間，合理蹲苗，促進(jìn)滴灌玉米根系合理構(gòu)型”這一技術(shù)，而該技術(shù)對應(yīng)的各生育期土壤含水量控制(灌溉量)和養(yǎng)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(jù)玉米各生育期水分需求規(guī)律設(shè)計(jì)了不同的土壤含水量控制下限，根據(jù)玉米不同生育期對養(yǎng)分需求規(guī)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(yīng)于玉米拔節(jié)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(jù)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(luò)合鐵等中微量元素。專利施肥技術(shù)實(shí)現(xiàn)了玉米需肥與供肥的統(tǒng)一；該專利配方將滴灌玉米的水肥管理技術(shù)系統(tǒng)化和模式化，可根據(jù)玉米的需水、需肥規(guī)律適時(shí)、適量地持續(xù)供應(yīng)玉米生長所需的水分和養(yǎng)分，降低了田間蒸發(fā)、氮素氣態(tài)損失和養(yǎng)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(jìn)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(zhì)轉(zhuǎn)移能力，提高光合產(chǎn)物向生殖器官的分配能力[19]，為高產(chǎn)打下物質(zhì)基礎(chǔ)。

4 結(jié) 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(jìn)滴灌玉米發(fā)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(jìn)玉米生長，提高玉米的葉面積與干物質(zhì)累積，但干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移效率及對籽粒貢獻(xiàn)率相對較低。

3)專利配方施肥能夠顯著提高玉米產(chǎn)量。施用等量的氮磷鉀條件下，玉米產(chǎn)量表現(xiàn)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(jī)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(chǎn)幅度為24.3%～46.5%。

綜上所述，在北疆滴灌玉米生產(chǎn)中，要結(jié)合玉米的需水、需肥規(guī)律適時(shí)、適量地持續(xù)供應(yīng)玉米生長所需的水分和養(yǎng)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(tǒng)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(shí)現(xiàn)滴灌施肥條件下玉米生產(chǎn)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)水、節(jié)肥以及水肥資源高效的目的。