鋅錳肥對(duì)春玉米產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

車 麗，韓彥青，楊 麗

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西太原030031；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山西太原030031）

鋅、錳是土壤中不可或缺的微量元素[1]，也是植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中所必需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分[2]，在促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育、改善品質(zhì)、增加產(chǎn)量等方面起著重要作用[3]。隨著作物品種、栽培模式、種植密度等農(nóng)技措施的改良，作物生物量隨之增加，植物從土壤中攜帶出的鋅、錳微量元素越來越多。然而，在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要依靠施用大量的氮、磷、鉀肥來提高作物產(chǎn)量，忽略了微肥施用。鋅、錳肥投入量的減少造成了土壤中鋅、錳元素供需不平衡，影響了農(nóng)作物的生長(zhǎng)和作物產(chǎn)量[4-6]。目前，關(guān)于微肥施用的研究主要集中在單個(gè)微量元素對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響方面[7-9]，而關(guān)于褐土類型區(qū)域鋅、錳微肥合理配施及施用量的多少對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響方面的研究較少。

本試驗(yàn)通過在褐土類型區(qū)域多年多點(diǎn)田間肥效試驗(yàn)，研究褐土類型區(qū)域土壤鋅、錳養(yǎng)分豐缺現(xiàn)狀和微肥適宜施用量對(duì)玉米產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，旨在為指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在山西省壽陽縣宗艾鎮(zhèn)進(jìn)行，該區(qū)域氣候特征四季分明、季節(jié)溫差較大，海拔1 130 m，多年平均氣溫7.6 ℃，≥10 ℃積溫3 400 ℃，無霜期135～140 d，年均降雨量501.1 mm（年際間變率較大），干燥度1.3，屬半濕潤(rùn)偏旱區(qū)。試驗(yàn)地塊基本平坦，褐土性土壤，成土母質(zhì)為馬蘭黃土，土層深厚，地下水埋深在地表50 m 以下。

供試土壤剖面性狀：0～30 cm，耕層，灰褐色，輕壤土，疏松，少量灰渣侵入，根系多；30～45 cm，犁底層，淺灰黃色，中壤土，緊實(shí)，少量灰渣侵入，根系中量；45～65 cm，鈣積層，淺黃紅色，輕中壤土，有中量絲狀鈣積，較緊實(shí)，根系少量；65～200 cm，心土層，淺黃色，輕壤土，較疏松。

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為晉單81 號(hào)。供試ZnSO4·7H2O肥（含Zn 99%）為葫蘆島鋅業(yè)股份有限公司生產(chǎn)，MnSO4·H2O 肥（含Mn 99%）為鄒平縣潤(rùn)梓化工有限公司生產(chǎn)，尿素（N 含量46%）為云天化集團(tuán)有限公司生產(chǎn)，過磷酸鈣（P2O5含量14%）為濟(jì)南鴻橋化工有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 褐土類型區(qū)域土壤鋅、錳豐缺指標(biāo)試驗(yàn)選擇褐土典型區(qū)域壽陽縣宗艾鎮(zhèn)進(jìn)行土壤鋅、錳豐缺指標(biāo)試驗(yàn)，在2016 年選擇5 個(gè)村40 塊農(nóng)田進(jìn)行試驗(yàn)布置。每個(gè)田塊設(shè)4 個(gè)處理（表1），每個(gè)處理的小區(qū)面積160 m2，無重復(fù)。試驗(yàn)所用基肥為尿素和普通過磷酸鈣，施用量分別為N 225 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2。在玉米播種前結(jié)合旋耕統(tǒng)一施入。

表1 土壤鋅、錳豐缺指標(biāo)試驗(yàn)設(shè)計(jì) kg/hm2

1.3.2 玉米鋅、錳肥適宜施用量試驗(yàn) 2016 年選擇不同肥力條件下2 塊農(nóng)田進(jìn)行布置，農(nóng)田鋅、錳等級(jí)水平為低等（試驗(yàn)一為梁地）和高等（試驗(yàn)二為溝地），2017 年繼續(xù)選擇不同地力水平進(jìn)行試驗(yàn)布置，2018 年選擇在鋅、錳等級(jí)水平為低等的農(nóng)田進(jìn)行。試驗(yàn)采用兩因素3 水平設(shè)計(jì)，共設(shè)8 個(gè)處理，每個(gè)小區(qū)面積30 m2，3 次重復(fù)，隨機(jī)排列。

試驗(yàn)所用基肥為尿素和普通過磷酸鈣，施用量分別為N 225 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2。在玉米播種前結(jié)合旋耕統(tǒng)一施入。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

2016—2018 年每年春季施肥前，每個(gè)處理隨機(jī)取6～10 個(gè)點(diǎn)，用土鉆采集0～20，20～40 cm 土層土壤樣品，各點(diǎn)土壤混合制樣，所采土樣風(fēng)干過0.149 mm 篩，進(jìn)行土壤有效態(tài)鋅、錳測(cè)定。土壤有效鋅、有效錳采用DTPA 法浸提進(jìn)行測(cè)定。

每年玉米成熟期收獲小區(qū)的1/3 用以估算單位面積籽實(shí)產(chǎn)量。采用近紅外反射光譜測(cè)定玉米籽粒的粗蛋白、粗淀粉、粗脂肪含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行計(jì)算，用SPSS 18.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 褐土典型區(qū)域土壤鋅、錳養(yǎng)分豐缺指標(biāo)

土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)是指土壤養(yǎng)分測(cè)定值與作物產(chǎn)量之間相關(guān)性的一種表達(dá)形式。確定土壤某種養(yǎng)分含量的豐缺指標(biāo)，需要在不同肥力水平的土壤上進(jìn)行全肥區(qū)（施該種養(yǎng)分）和缺素區(qū)（不施該種養(yǎng)分）的多點(diǎn)試驗(yàn)，同時(shí)測(cè)定各土樣的速效養(yǎng)分含量，取得全肥區(qū)和缺素區(qū)的成對(duì)產(chǎn)量后，用相對(duì)產(chǎn)量的高低來表示養(yǎng)分豐缺的狀況。

利用指數(shù)方程對(duì)農(nóng)田土壤鋅錳與作物產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性擬合，從圖1 可以看出，土壤有效鋅、有效錳與作物產(chǎn)量之間均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)分別為0.72，0.60。

通過對(duì)指數(shù)方程解析（表2），可將類型區(qū)域土壤鋅、錳肥力等級(jí)劃分為5 個(gè)等級(jí)，當(dāng)土壤中有效鋅含量≥1.6 mg/kg，有效錳含量≥14.3 mg/kg 時(shí)，作物相對(duì)產(chǎn)量達(dá)到最高，土壤自身供給能力完全滿足作物生長(zhǎng)需求，土壤無需施用鋅錳肥；當(dāng)土壤中有效鋅含量為1.0～1.6 mg/kg，有效錳含量9.0～14.3 mg/kg 時(shí)，土壤鋅錳供給能力基本滿足作物需求，為提高作物產(chǎn)量應(yīng)適量施用鋅錳肥；當(dāng)土壤中有效鋅含量≤0.7 mg/kg，有效錳含量≤6.6 mg/kg 時(shí)，作物所需養(yǎng)分?jǐn)z入量不足，會(huì)對(duì)作物產(chǎn)量構(gòu)成影響。因此，在土壤肥力水平中等時(shí)就應(yīng)采取對(duì)應(yīng)施肥措施。

表2 褐土類型區(qū)域土壤鋅、錳豐缺指標(biāo)

通過對(duì)類型區(qū)域40 個(gè)農(nóng)田土壤樣品進(jìn)行測(cè)定，對(duì)照土壤鋅、錳豐缺指標(biāo)進(jìn)行分析，確定了當(dāng)前宗艾鎮(zhèn)農(nóng)田土壤鋅、錳養(yǎng)分分布狀況。不需要施用鋅肥的豐富等級(jí)農(nóng)田只占總農(nóng)田的4%，高等級(jí)農(nóng)田約占農(nóng)田總數(shù)的23%，應(yīng)適當(dāng)添加鋅肥，維持農(nóng)田現(xiàn)有基本供給能力。中低等級(jí)農(nóng)田占到總農(nóng)田的73%，這部分農(nóng)田急需補(bǔ)充鋅肥，以確保作物正常生長(zhǎng)需求，緩解土壤供給壓力。不需要施用錳肥的豐富等級(jí)農(nóng)田只占總農(nóng)田的5%；高等級(jí)農(nóng)田約占農(nóng)田總數(shù)的50%，應(yīng)適當(dāng)添加錳肥，滿足作物需求的同時(shí)維持農(nóng)田基本供給能力；中低等級(jí)農(nóng)田占總農(nóng)田的46%，這部分農(nóng)田急需補(bǔ)充錳肥，以確保作物正常生長(zhǎng)需求，緩解土壤供給壓力。

2.2 褐土類型區(qū)域鋅、 錳肥施用量對(duì)玉米產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

2.2.1 褐土類型區(qū)域鋅、錳肥施用量對(duì)產(chǎn)量的影響

2016 年通過在類型區(qū)域布置鋅、錳肥適宜施用量試驗(yàn)，采用雙因素4 水平設(shè)計(jì)施肥用量（表3）。由表3可知，試驗(yàn)1 中除Zn1Mn0處理外，其他處理均較對(duì)照增產(chǎn)；單施鋅肥處理中Zn2Mn0處理增產(chǎn)幅度最高，達(dá)4.8%，單施錳肥處理中Zn0Mn2處理增產(chǎn)率為3.8%。試驗(yàn)2 中，所有施肥處理玉米產(chǎn)量均高于對(duì)照，單施鋅肥處理中Zn3Mn0處理增產(chǎn)幅度最高，達(dá)8.7%，單施錳肥處理中Zn0Mn2處理增產(chǎn)率最高，為10.8%。

表3 2016 年鋅、錳施用量對(duì)玉米的增產(chǎn)效果

2017 年對(duì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，采用雙因素3水平交互設(shè)計(jì)。從圖2 可以看出，試驗(yàn)1 中所有施肥處理的玉米產(chǎn)量均較對(duì)照增產(chǎn)。單施鋅肥處理中，Zn2Mn0處理增產(chǎn)幅度最高，達(dá)9.7%，單施錳肥處理中，Zn0Mn1處理增產(chǎn)率為12.6%，鋅、錳交互處理Zn2Mn2玉米增產(chǎn)率為11.2%。試驗(yàn)2 中所有施肥處理玉米產(chǎn)量均高于對(duì)照，單施鋅肥處理中，Zn3Mn0處理增產(chǎn)幅度最高，達(dá)15.2%，單施錳肥處理中，Zn0Mn3處理增產(chǎn)率為23.1%，鋅、錳交互處理Zn2Mn2玉米增產(chǎn)率為15.4%。

從圖3 可以看出，2018 年所有施肥處理的產(chǎn)量均較對(duì)照有增產(chǎn)效果。單施鋅肥處理中Zn2Mn0處理增產(chǎn)幅度最高，達(dá)17.1%，單施錳肥處理中Zn0Mn2處理增產(chǎn)率為18.3%，鋅、錳交互處理Zn2Mn2玉米增產(chǎn)率為19.7%。

通過對(duì)3 a 共5 塊農(nóng)田試驗(yàn)結(jié)果分析，計(jì)算農(nóng)田產(chǎn)投比，每公頃投入30 kg ZnSO4·7H2O 肥，15 kg MnSO4·H2O 肥，玉米增產(chǎn)效果最好，同時(shí)綜合效益最佳。

2.2.2 褐土類型區(qū)施用鋅、錳肥對(duì)玉米品質(zhì)的影響

玉米對(duì)缺鋅敏感，在缺鋅土壤上施用鋅肥不僅能顯著提高籽粒產(chǎn)量，而且能明顯改善籽粒品質(zhì)。鋅能大幅度提高籽粒中賴氨酸、色氮酸含量以及蛋白質(zhì)與碳水化合物比值。缺錳土壤施用錳肥可以顯著增加玉米籽粒中粗淀粉、粗蛋白和總糖含量。

通過對(duì)2018 年玉米收獲籽粒進(jìn)行分析（表4），發(fā)現(xiàn)施用鋅錳肥各處理玉米籽粒中蛋白質(zhì)、脂肪含量均較對(duì)照有所增加，增幅分別在4.5%～12.0%和0.8%～5.6%，淀粉含量較對(duì)照有所降低。結(jié)果表明，施用鋅、錳肥對(duì)玉米品質(zhì)有所影響，與前人研究結(jié)果一致。

表4 2018 年施用鋅、錳肥條件下玉米籽粒品質(zhì)分析%

3 結(jié)論與討論

通過土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)試驗(yàn)表明，褐土類型區(qū)域土壤有效鋅含量普遍偏低，中低等級(jí)農(nóng)田占到總農(nóng)田的73%。主要原因在于我國(guó)土壤鋅含量分布不均勻，特別是在北方石灰性土壤和南方酸性土壤上缺鋅現(xiàn)象更加嚴(yán)重[10-12]。褐土類型區(qū)域土壤有效錳含量相對(duì)豐富，中低等級(jí)農(nóng)田占到總農(nóng)田的46%。對(duì)于缺素區(qū)域應(yīng)當(dāng)適量施用鋅、錳肥來補(bǔ)充土壤中的微量元素。

鋅、錳是作物生長(zhǎng)所必須的微量元素，當(dāng)作物生長(zhǎng)期鋅元素供給不足，會(huì)抑制莖、芽中的生長(zhǎng)素含量，直接表現(xiàn)在植株矮化，同時(shí)減少酶的合成。當(dāng)作物缺少錳元素時(shí)，常引起失綠，光合作用受到抑制，碳水化合物的合成減少，從而影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)。通過鋅、錳肥適宜施用量研究發(fā)現(xiàn)，褐土類型區(qū)域施用鋅、錳肥可以有效提高作物的產(chǎn)量，每公頃投入30 kgZnSO4·7H2O 肥，15 kgMnSO4·H2O 肥后，玉米增產(chǎn)效果最好，同時(shí)綜合效益最佳，分別較對(duì)照增產(chǎn)11.2%～19.7%。施用鋅、錳肥后玉米籽中蛋白質(zhì)、脂肪含量較對(duì)照有所增加，增幅分別在4.5%～12.0%和0.8%～5.6%，與前人研究結(jié)果一致[13-16]。