貴州春玉米產(chǎn)量與養(yǎng)分利用及土壤肥力對新型緩/控釋肥料的響應(yīng)

謝婷婷, 肖厚軍, 趙 歡*, 秦 松, 芶久蘭, 趙堂甫, 胡 崗,趙倫學(xué), 何成興, 張 萌, 魏全全

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實驗站， 貴州 貴陽 550006； 2.貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 貴州 貴陽 550006； 3.黔西縣農(nóng)牧局， 貴州 黔西 553000； 4.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所， 云南 昆明 650205)

貴州屬于典型的喀斯特地貌，是世界三大喀斯特集中分布區(qū)之一[1]，山地和丘陵占全省總面積的92.5%，土地肥力較低、耕地零散等制約了貴州農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。緩/控釋肥作為一種新型肥料，可通過改變化肥本身的性質(zhì)來提高肥料的利用率[2-3]，其最大優(yōu)勢是可以使養(yǎng)分釋放與作物吸收同步，簡化施肥技術(shù)，實現(xiàn)一次性施肥即可滿足作物整個生長期的養(yǎng)分需要[4-5]。近年來，生物質(zhì)炭基肥作為一種新型肥料被廣泛關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)，生物炭含碳率高，孔隙結(jié)構(gòu)豐富，比表面積大，施入土壤后可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)量[6-7]，從而促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收。施用新型緩釋肥料對貴州山地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較普通化肥具有更明顯的優(yōu)勢，對于保障糧食安全與提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。目前已有大量研究探討了不同施肥對玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)積累及肥料利用率的影響[8-13]。研究表明，與相同養(yǎng)分量的普通化肥相比，緩/控釋肥能夠提高肥料的利用效率和作物產(chǎn)量[14-16]。周寶元等[17]研究表明，與傳統(tǒng)施肥方式相比，施用緩/控釋肥可以提高玉米的產(chǎn)量及氮素利用效率。肖強等[18]研究發(fā)現(xiàn)，緩釋肥料對冬小麥和夏玉米具有明顯的增產(chǎn)效果，同時還能提高作物中的蛋白質(zhì)含量。生物炭基肥不僅可以彌補生物炭養(yǎng)分不足的缺點，還具有肥料的緩釋功能[19]。然而生物炭基肥在春玉米高產(chǎn)栽培的新型緩/控釋肥料篩選中卻鮮見報道。為此，通過研究生物炭基肥及其他新型肥料對玉米產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成要素、生物性狀、養(yǎng)分吸收量、肥料利用率及土壤肥力的影響，旨在篩選出適合貴州春玉米高產(chǎn)栽培的高效新型緩/控釋肥料應(yīng)用于生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年4月28日—9月10日在貴州省畢節(jié)市黔西縣永燊鄉(xiāng)(東經(jīng)106°07′47″，北緯27°00′25″)進行。試驗地前茬作物為玉米，冬閑。土壤類型為貴州典型地帶性粘性黃壤，土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為pH 6.23、有機質(zhì)20.7 g/kg、全氮1.98 g/kg、全磷0.44 g/kg、全鉀22.8 g/kg、堿解氮190 mg/kg、有效磷8.1 mg/kg、速效鉀125 mg/kg。

1.2 供試材料

供試肥料5種，分別為普通復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)、穩(wěn)定性緩釋肥(N∶P2O5∶K2O=22∶8∶10)、金正大樹脂包模型控釋肥(N∶P2O5∶K2O=28∶5∶9)、硝基復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=20∶18∶10)和自制炭基肥(N∶P2O5∶K2O=12∶6∶11)，其中，前4種肥料均為市購，自制炭基肥由貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所自制。自制炭基肥是利用SKJ-120型平磨式擠壓造粒機(上海佳樂機電集團有限公司)擠壓造粒制備而成，規(guī)格為1～2 cm圓柱狀，原料為尿素、磷酸一銨、硫酸鉀、玉米秸稈生物炭、膨潤土和固體粘結(jié)劑。供試玉米品種為靖豐8號，由曲靖靖豐種業(yè)有限責(zé)任公司選育。

1.3 試驗設(shè)計

以玉米種植中的施用肥料種類為處理對象，共設(shè)6個處理，T1(CK1)，不施肥；T2(CK2)，當?shù)亓?xí)慣施肥；T3，穩(wěn)定性緩釋肥；T4，金正大控釋肥；T5，硝基復(fù)合肥；T6，自制炭基肥。T2～T6處理NPK養(yǎng)分投入量相等，均按N 318 kg/hm2、P2O599 kg/hm2、K2O 95.6 kg/hm2施用，不足的用單質(zhì)肥料補充，具體施肥量見表1。施肥統(tǒng)籌：當?shù)亓?xí)慣施肥(T2)的氮肥按4∶2∶4進行基追施(基肥40%，玉米拔節(jié)期第1次追肥20%，玉米大喇叭口期第2次追肥40%)，其余處理一次性作基肥施用。小區(qū)面積24 m2，隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)。玉米種植密度3 335株/667m2，每小區(qū)120株。玉米播種時間2018年4月28日，5月6日移栽，6月1日第1次追肥，第2次追肥時間6月30日，收獲時間為2018年9月10日。

1.4 測定項目

1.4.1 土壤理化性狀 玉米收獲后，采集耕層0～20 cm的土壤，采用pH計法(水土比2.5∶1)測定土壤pH，重鉻酸鉀外加熱法測定有機質(zhì)含量，半微量凱氏法測定全氮含量，堿解擴散法測定堿解氮含量，NaHCO3法測定有效磷含量，火焰光度法測定速效鉀含量。

1.4.2 玉米植株性狀與產(chǎn)量 在玉米收獲期采集5株有代表性的植株，測定玉米株高、穗位高、莖粗、穗長、穗粗、禿尖、穗行數(shù)和行粒數(shù)等指標，然后取玉米莖、葉、籽粒烘干后進行養(yǎng)分含量測定。產(chǎn)量按照收獲期各小區(qū)單打單收計產(chǎn)。

1.4.3 玉米養(yǎng)分含量 玉米植株與籽粒的全氮、全磷、全鉀均先采用H2SO4·H2O2消煮，再采用凱氏法測定氮含量，釩鉬藍比色法測定磷含量，火焰光度法測定鉀含量。

1.4.4 養(yǎng)分累積量及肥料利用效率 地上部養(yǎng)分累積量=植株鮮重×(1-水分系數(shù))×養(yǎng)分含量；肥料利用率=(施肥處理玉米地上部某養(yǎng)分累計量-不施肥處理玉米地上部相應(yīng)養(yǎng)分累計量)/施肥處理相應(yīng)養(yǎng)分施用量×100%。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)基本運算，SPSS 22進行統(tǒng)計分析，Origin Pro 8制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理的玉米產(chǎn)量

研究表明，與T1(CK1，不施肥)相比，T2～T6處理產(chǎn)量提高701～1 848 kg/ hm2，增幅為8.91%～19.43%，且差異達顯著水平。與T2(CK2，當?shù)亓?xí)慣施肥)相比，T3～T6處理(4種緩釋肥)玉米產(chǎn)量提高699～1 147 kg/hm2，增幅為8.15%～13.39%，其與T2差異達顯著水平。由圖1看出，4種緩/控釋肥的增產(chǎn)效應(yīng)為硝基緩釋肥>炭基肥>金正大包膜緩釋肥>穩(wěn)定性緩釋肥，但4種緩釋肥間差異未達顯著水平。表明，施用新型肥料(穩(wěn)定性緩釋肥、金正大樹脂包模型控釋肥、硝基復(fù)合肥和炭基肥)對玉米產(chǎn)量的提升效果顯著高于當?shù)亓?xí)慣施肥。

注：圖中不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters in the figure indicate significance of difference atP<0.05 level.

圖1不同處理的玉米產(chǎn)量

Fig.1 Yield of maize under different fertilization treatments

2.2 不同施肥處理的玉米植株及穗部性狀

2.2.1 植株性狀 由表2看出，不同施肥處理明顯影響玉米的植株性狀。與T1(CK1，不施肥)相比，各施肥處理株高都有所增加，但處理間差異不顯著。莖粗各施肥處理較T1均顯著提高，增幅為5.29%～9.69%，其中T6莖粗增幅最高； 4種緩/控釋肥與T2(CK2，習(xí)慣施肥)相比，莖粗差異不顯著(T4除外)；4種緩/控釋肥中，T4顯著低于T6，其余處理間差異不顯著。穗位高各施肥處理較T1均有顯著提高，增幅8.60%～19.35%，其中T2增幅最大；4種緩/控釋肥中，T3、T5與T2差異不顯著，T4、T6顯著低于T2。表明，施肥對玉米株高影響不明顯，但對玉米莖粗和穗位高有顯著提高作用。

表2 不同施肥處理的玉米植株及穗部性狀

注：表中同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)(下同)。

Note:Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP<0.05 level.The same below.

2.2.2 穗部性狀 從表2還看出，不同施肥處理明顯影響玉米的產(chǎn)量構(gòu)成要素。玉米穗長T3和T6較T1(CK1，不施肥)均有提高但差異不顯著，但較T2(CK2，習(xí)慣施肥)均顯著提高；T4和T5顯著低于T1和T2。玉米穗粗各施肥處理依次為T4>T5>T2>T3>T6，均顯著高于T1；T3、T5與T2差異不顯著，T4顯著高于T2，T6顯著低于T2。玉米禿尖除T4外的其余處理均顯著低于T1，以T6禿尖最短，顯著低于T2。玉米穗行數(shù)除T3外其余各施肥處理顯著高于T1，T5顯著高于T2，而T3顯著低于T2。玉米行粒數(shù)除T5外其余各施肥處理均顯著高于T1，4種緩/控釋肥處理中，除T3外的其余處理均顯著低于T2。表明，施肥能顯著改善玉米穗部性狀，而普通復(fù)合肥穗部性狀較優(yōu)，4種緩/控釋肥中以自制炭基肥施用效果總體優(yōu)于普通復(fù)合肥。

2.3 不同施肥處理玉米氮磷鉀的吸收量

由圖2可知，不同施肥處理明顯影響玉米的氮磷鉀吸收量。氮吸收量各施肥處理較T1(CK1，不施肥)均顯著提高，增幅為27.41%～48.40%，其中T5的吸收量最高；4種緩/控釋肥處理中，T3、T5和T6的氮吸收量較T2(CK2，習(xí)慣施肥)分別提高13.76%、16.47%和14.92%，且差異達顯著水平。磷吸收量各施肥處理較T1均顯著提高，增幅為36.11%～83.33%，其中T6磷吸收量最高；4種緩/控釋肥處理的磷吸收量均顯著高于T2。鉀吸收量各施肥處理較T1均顯著提高，增幅15.74%～29.01%，T4鉀吸收量最高；4種緩釋肥處理中T3、T4和T6的鉀吸收量顯著高于T2。

注：圖中同類養(yǎng)分不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters of the same fertilizer in the figure indicate significance of difference atP<0.05 level.

圖2不同處理玉米氮、磷和鉀的吸收量

Fig.2 N, P and K uptake of maize under different fertilizer treatments

2.4 不同施肥處理玉米的肥料利用率

由表3看出，不同施肥處理的玉米氮磷鉀肥的表觀利用率不同。氮肥表觀利用率4種緩釋肥處理均顯著高于T2(CK2，習(xí)慣施肥)，其中以T5最高，達30.71%，較T2提高76.29%；其次是T6，較T2提高69.29%。磷肥表觀利用率T3和T6顯著高于T2，分別較T2提高76.69%和127.55%；T4、T5與T2差異不顯著。鉀肥表觀利用率4種緩/控釋肥處理均顯著高于T2，其中以T4最高，較T2提高85.27%；T3次之，較T2提高73.97%。表明，玉米種植中新型緩/控釋肥的肥料表觀利用率高于普通復(fù)合肥。

表3不同處理玉米氮磷和鉀肥表觀利用率

Table 3 Apparent utilization ratio of N, P and K in maize under different fertilization treatments %

處理Treatment氮肥N磷肥P鉀肥KT2(CK2)17.42±0.79 b6.57±1.27 c26.28±1.05 dT328.56±9.44 ab11.74±2.28 ab45.72±0.53 abT425.01±7.87 ab9.11±2.02 bc48.69±1.57 aT530.71±8.66 a9.52±1.52 bc39.62±2.10 cT629.49±3.94 ab14.95±2.53 a45.20±2.62 b

2.5 不同施肥處理對土壤肥力的影響

由表4看出，施肥與否及施肥種類對土壤pH和全氮含量無顯著影響。土壤堿解氮含量T5最高，較T1(CK1，不施肥)和T2(CK2，習(xí)慣施肥)分別提高5.03%和12.41%，但差異不顯著。有效磷含量所有施肥處理較T1均有顯著提高，其中以T2最高；4種緩/控釋肥中，T3、T4、T5與T2差異不顯著，T6顯著低于T2。土壤速效鉀含量所有施肥處理均顯著高于T1， T4、T5和T6處理顯著高于T2，而T3顯著低于T2。表明，施用不同緩釋肥對土壤有效養(yǎng)分含量影響存在差異，其中，以施用開磷硝基肥對土壤全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀等土壤養(yǎng)分因子的提升效果最好。

表4 不同施肥處理土壤的肥力

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，玉米靖豐8號施用炭基肥和開磷硝基肥均能夠顯著提高土壤有效磷和速效鉀含量，對玉米產(chǎn)量構(gòu)成要素、生物性狀、養(yǎng)分吸收量及肥料利用率產(chǎn)生積極影響，從而提高玉米產(chǎn)量。因此，炭基肥和開磷硝基肥更適合在貴州春玉米高產(chǎn)栽培上推廣使用。

提高生物產(chǎn)量是作物高產(chǎn)的基礎(chǔ)，而施肥是調(diào)控生物產(chǎn)量的主要手段[20]。研究表明，與施用普通復(fù)合肥比較，不同緩/控釋肥料均能有效提高玉米產(chǎn)量，其中，以開磷硝基肥增幅最高，達11.81%；自制炭基肥其次，增幅為10.82%。說明施用緩/控釋肥能夠延長肥效，提高作物產(chǎn)量，與安江勇等[21]的研究結(jié)果類似。單株產(chǎn)量決定玉米產(chǎn)量水平，而玉米穗部性狀是影響玉米單株產(chǎn)量的主要因素，其中行粒數(shù)對單株產(chǎn)量起決定作用[22-23]。綜合產(chǎn)量構(gòu)成要素看，施用炭基肥的玉米穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)和禿尖都優(yōu)于不施肥，且玉米產(chǎn)量顯著高于普通復(fù)合肥(習(xí)慣施肥)，表明玉米穗部性狀優(yōu)越的處理產(chǎn)量也比其他處理高。前人研究認為，玉米植株穗位變高、莖粗增加有利于增強植株的抗病和抗倒伏能力，從而使玉米更具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)特性[24]。研究表明，不同施肥處理對玉米株高無顯著差異，玉米莖粗和穗位高對不同施肥的響應(yīng)差異達顯著水平，其中以炭基肥的生物性狀最佳，且產(chǎn)量是除開磷硝基肥外最高的，可見產(chǎn)量構(gòu)成要素和生物性狀較優(yōu)的處理產(chǎn)量也相對較高，與安江勇等[22]的研究結(jié)果相似。

養(yǎng)分吸收量隨玉米的生長而增加，養(yǎng)分含量取決于養(yǎng)分吸收量和干物質(zhì)總量[25]。玉米對不同肥料氮、磷和鉀養(yǎng)分吸收量不同，SHOJI S等[26]研究表明，施用緩釋肥不僅能夠增加玉米產(chǎn)量，還能提高玉米氮素吸收量。在該試驗中玉米植株氮磷鉀的吸收量對緩/控釋肥的響應(yīng)差異達顯著水平，不同的施肥處理對玉米養(yǎng)分氮磷鉀的吸收量存在差異，施用開磷硝基肥的玉米植株氮吸收量最高，相比較不施肥處理提高48.40%；其次是炭基肥；施用炭基肥的玉米植株磷吸收量最高；玉米鉀的吸收量對不同緩/控釋肥則表現(xiàn)為金正大控釋肥>穩(wěn)定性緩釋肥>炭基肥>開磷硝基肥?？梢?，施用炭基肥能顯著提高玉米植株氮磷鉀的吸收量，與康日峰等[27]在研究炭基肥對作物氮磷鉀吸收量的研究結(jié)果相似。

緩/控釋肥料不僅能夠滿足作物對養(yǎng)分的需求，更重要的是能夠降低肥料的損失，提高肥料利用率[28-30]。與習(xí)慣施肥相比，施用緩/控釋肥的玉米肥料利用率均顯著提高，其中施用開磷硝基肥的氮磷肥的表觀利用率均顯著高于習(xí)慣施肥，并優(yōu)于其他處理。表明，緩/控釋肥料施入土壤后，在作物生長發(fā)育期間控釋、緩釋更有利于作物吸收利用，減少肥料損失，提高利用率，與張佳佳等[31]的研究結(jié)果相似。

土壤pH和有機質(zhì)是評價土壤肥力的重要指標，研究中，施入緩/控釋肥對土壤pH、有機質(zhì)和土壤全氮含量的影響不顯著，但顯著提高土壤的有效養(yǎng)分含量，而土壤有效養(yǎng)分是評價土壤肥力的常用指標之一[32]。研究表明，施入開磷硝基肥的土壤堿解氮含量大幅提高，且土壤有效磷含量高于其他幾種緩/控釋肥處理，可能是由于開磷硝基肥中含磷量較高；施用炭基肥土壤速效鉀含量明顯高于其他緩/控釋肥處理。綜合看，施用開磷硝基肥和炭基肥對土壤肥力的提高有積極的作用。