海藻酸增效復(fù)混肥料在冬小麥上的施用效果

李金鑫，李絮花，劉 敏，劉文博，楊 柳，張 靜，王子鳳

（土壤資源高效利用國家工程實驗室，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 泰安 271018）

我國肥料用量巨大，單位面積肥料施用量已超越歐美發(fā)達(dá)國家，過量的肥料投入導(dǎo)致肥料利用率低下，對生態(tài)環(huán)境也造成巨大威脅，嚴(yán)重影響到我國糧食安全［1］，這也與我國農(nóng)業(yè)節(jié)本增效、優(yōu)質(zhì)安全、綠色發(fā)展理念相悖。為此，農(nóng)業(yè)部提出“減肥增效”，實現(xiàn)化肥零增長的目標(biāo)。傳統(tǒng)肥料在作出巨大貢獻的同時，也暴露出效益遞減、面源污染嚴(yán)重等弊端，因此要以養(yǎng)分利用更高效、環(huán)境更友好的肥料產(chǎn)品替代傳統(tǒng)化肥，添加肥料增效劑對傳統(tǒng)化肥進行改性或大力發(fā)展新型肥推動肥料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，進而實現(xiàn)減肥增效，帶動環(huán)境的改善與土壤肥力的恢復(fù)與提升［2］。

海藻酸是一種廣泛存在于褐藻植物中，是β-D-甘露糖醛酸（M）和α-L-古羅糖醛酸（G）通過1，4糖苷鍵聚合成嵌段共聚物，是具有廣泛生物活性的天然生物大分子［3-4］。有關(guān)海藻酸作為肥料增效劑的應(yīng)用效果已有一些報道，袁亮等研制的海藻酸增值尿素，與普通尿素相比可明顯提高小麥氮肥利用率和農(nóng)學(xué)效率，并使肥料氮損失率下降［5］。這可能是因為海藻酸降解小分子產(chǎn)物海藻寡糖中的羥基等負(fù)電荷基團與尿素中的氨和銨態(tài)氮發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)形成絡(luò)合物，抑制硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)，從而減少氮素?fù)p失，達(dá)成提高了氮肥的利用率目的［6］。此外，還有殷軍港制備海藻包膜尿素也可以抑制土壤脲酶活性［7］。李志堅等將發(fā)酵海藻酸添加到磷酸一銨中，制備成增效磷肥，相較于普通尿素，磷肥的表觀利用率平均提高了10.19個百分點［8］。李志堅等將增效磷肥對磷素利用率的提高歸功于海藻酸可以減少土壤磷的固定，活化原有固定態(tài)的磷，增加土壤有效磷含量［8］。劉紅芳也證明了海藻提取物能提高土壤Ca2-P和Al-P含量，降低土壤磷的固定，從而提高土壤中磷的有效性［9］。海藻酸螯合金屬離子的作用，使固態(tài)磷釋放出來，提高無機磷在土壤中的占比［10］。海藻酸類肥料在糧食、蔬菜和果樹上的增產(chǎn)效果明顯［11-15］。在過去的研究大多集中海藻酸增效劑與單元素肥結(jié)合，制成增效尿素、增效氮肥、增效磷肥或者是作為葉面肥的螯合劑來研究其增產(chǎn)效果和機理。而海藻酸作為環(huán)保型肥料增效劑與復(fù)混肥結(jié)合，制成的海藻酸增效復(fù)混肥，使得海藻酸增效復(fù)混肥料可與植物和土壤生態(tài)系統(tǒng)和諧地起作用。本文采用田間試驗方法，研究海藻酸增效復(fù)混肥料及其減量對小麥產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收利用、肥料利用效率和土壤培肥的影響，評價其應(yīng)用效果，揭示海藻酸增效復(fù)混肥對“肥料-作物-土壤”的綜合調(diào)控作用，及其在保障作物不減產(chǎn)前提下，增效復(fù)混肥減施20%的可行性，同時也為加快新型肥料推廣應(yīng)用和實現(xiàn)化肥減施增效的目標(biāo)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗于2017年10月～2018年6月在泰安市肥城市曹杭村（N31°05′36.50″，E121°26′10.98″，屬溫帶季風(fēng)氣候）進行，冬小麥-夏玉米一年兩熟制為本區(qū)域糧食生產(chǎn)主要種植制度。供試小麥品種為濟麥22，供試肥料為海藻酸增效復(fù)混肥料（20-20-8 海藻酸 0.05%），常規(guī)復(fù)混肥料（20-20-8），尿素（N 46%），過磷酸鈣（P2O512%）和硫酸鉀（K2O 51%）。土壤為褐土，基礎(chǔ)性質(zhì)見表1。

表1 土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置8個處理：1、CK0（不施肥）；2、CK1（施用磷鉀肥不施用氮肥）；3、CK2（施用氮鉀肥不施用磷肥）；4、CK3（施用氮磷肥不施用鉀肥）；5、CF（常規(guī)復(fù)混肥料）；6、AF（海藻酸增效復(fù)混肥料）；7、CF減量20%（常規(guī)復(fù)混肥料減施20%）；8、AF減量20%（海藻酸增效復(fù)混肥減施20%）。播種量為375 kg·hm-2。常規(guī)施肥氮肥純養(yǎng)分施入量為225 kg·hm-2，磷肥純養(yǎng)分施入量為180 kg·hm-2，鉀肥純養(yǎng)分施入量為72 kg·hm-2，減施20%是氮磷鉀純養(yǎng)分施入量減施20%。在土壤翻耕前復(fù)混肥和磷鉀肥一次性撒施施入，CK2和CK3處理施入1/3氮肥純養(yǎng)分施入量，在小麥返青期間澆水前施氮處理追施2/3氮肥純養(yǎng)分施入量，于2017年10月7日種植，2018年6月7日收獲，期間管理措施與農(nóng)民大田的常規(guī)管理措施相同。小區(qū)面積3 m×9.5 m=28.5 m2，3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。具體試驗處理及肥料配比列于表2。

表2 試驗設(shè)計 （kg/hm2）

1.3 樣品采集及測定方法

小麥成熟后，對每個試驗小區(qū)內(nèi)進行實打?qū)嵤?，記錄小麥產(chǎn)量。采用“1米雙行法”調(diào)查小麥的產(chǎn)量構(gòu)成因素，在樣點中隨機連續(xù)抓取10個有效穗，計數(shù)10穗的總粒數(shù)，計算單穗粒數(shù)，在每小區(qū)中隨機選取有代表性的10株小麥植株，分為籽粒、穎殼和莖葉2部分，75 ℃烘干至恒質(zhì)量，記錄小麥籽粒和秸稈樣品各部位重量。將籽粒和秸稈樣品磨細(xì)，混合均勻，得到分析樣品，測定植株氮磷鉀養(yǎng)分含量。

植株樣品指標(biāo)測定方法：植株 N、P、K 用硫酸-雙氧水聯(lián)合消煮，同一待測液測定N、P、K含量，N用凱氏定氮法、P用釩鉬黃比色法、K用火焰光度法測定。

土壤采集：在小麥株間土壤均勻取點，采樣深度0～20、20～40和40～60 cm，土壤充分混勻后帶回實驗室。部分鮮土即刻測定土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量，剩余土壤自然風(fēng)干，研磨，分別過2 mm篩后保存待測。

土壤樣品指標(biāo)測定方法：土壤無機氮含量（土壤鮮樣）用0.01 mol/L CaCl2浸提（土水比1∶10），浸提液中 NO3–-N 和 NH4+-N 含量采用連續(xù)流動注射分析儀測定；土壤有效磷含量用0.5 mol/L NaHCO3（pH值8.5）浸提—鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀含量用火焰光度法測定。

1.4 相關(guān)計算公式［16］

肥料吸收利用率：作物吸收來自所施肥料中的養(yǎng)分占所施肥料養(yǎng)分總量的百分?jǐn)?shù)，通常稱之為肥料利用率或肥料回收率。計算式為：RE=（Nup-Nc）/Nf，其中Nup為施某一養(yǎng)分時作物地上部吸收的這種養(yǎng)分，Nc為不施某一養(yǎng)分條件下作物吸收的這種養(yǎng)分，Nf為所施肥料中的某一養(yǎng)分量。

（1）氮肥利用率=（施氮區(qū)吸氮量-不施氮區(qū)吸氮量）/施氮量×100%

（2）磷肥利用率=（施磷區(qū)吸磷量-不施磷區(qū)吸磷量）/施磷量×100%

（3）鉀肥利用率=（施鉀區(qū)吸鉀量-不施鉀區(qū)吸鉀量）/施鉀量×100%

農(nóng)學(xué)效率：指每kg肥料養(yǎng)分（N、P2O5、K2O）生產(chǎn)的籽粒kg。計算式為：AE=（Y-Yc）/Nf，其中Y為施某一養(yǎng)分條件下的籽粒產(chǎn)量，Yc為不施某一養(yǎng)分條件下的籽粒產(chǎn)量，Nf為所施肥料中的某一養(yǎng)分量。

（4）氮肥農(nóng)學(xué)效率=（施氮區(qū)作物產(chǎn)量-不施氮區(qū)作物產(chǎn)量）/施氮量

（5）磷肥農(nóng)學(xué)效率=（施磷區(qū)作物產(chǎn)量-不施磷區(qū)作物產(chǎn)量）/施磷量

（6）鉀肥農(nóng)學(xué)效率=（施鉀區(qū)作物產(chǎn)量-不施鉀區(qū)作物產(chǎn)量）/施鉀量

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)處理采用Excel 2013和SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用Duncan法進行方差分析，用Dunnett's T3（3）法檢驗不同處理間差異的顯著性（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表3可知，海藻酸增效復(fù)混肥能調(diào)控小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素。與常規(guī)復(fù)混肥料CF處理相比，海藻酸增效復(fù)混肥料AF處理的粒重和穗數(shù)分別提高了3.77%和11.99%，且穗數(shù)增加較多；海藻酸增效復(fù)混肥料減量20%的AF處理的穗數(shù)提高了8.14%；常規(guī)復(fù)混肥料減量20%的CF處理的粒重、穗粒數(shù)和穗數(shù)沒有顯著的變化。表明本試驗條件下，海藻酸增效復(fù)混肥及其減量能提高小麥的穗數(shù)，促進小麥的籽粒形成，從而提高小麥的籽粒產(chǎn)量。

表3 不同處理的產(chǎn)量構(gòu)成因素

施肥均能不同程度上提高小麥產(chǎn)量（表4）。與CK0（不施肥）處理相比，CK2（無磷）、CK3（無鉀）處理的產(chǎn)量分別提高11.48%和15.76%，而CK1（無氮）處理小麥產(chǎn)量沒有顯著增加。說明本試驗條件下，不施用氮肥單施磷鉀肥會嚴(yán)重影響增產(chǎn)效果，施用氮肥則可以明顯提高小麥產(chǎn)量，氮是限制小麥產(chǎn)量的最主要肥料因子。

與CF處理相比，AF及AF減量處理的產(chǎn)量分別增加了15.33%和9.68%，差異達(dá)顯著水平。說明施用海藻酸增效復(fù)混肥增產(chǎn)效果更好。另外，在經(jīng)濟系數(shù)和生物量方面，AF及其減施處理也處于最高水平。兩種復(fù)混肥的減施處理與全量施肥處理相比，產(chǎn)量上均沒有顯著差異，說明肥料減施20%條件下，既能減少肥料投入量，又能使小麥穩(wěn)產(chǎn)。而且海藻酸增效復(fù)混肥減施后的產(chǎn)量仍明顯高于CF處理的產(chǎn)量，進一步說明施用海藻酸增效復(fù)混肥可以實現(xiàn)減肥增效的目標(biāo)。

表4 不同處理的冬小麥產(chǎn)量

2.2 不同處理對養(yǎng)分吸收量的影響

施用海藻酸增效復(fù)混肥可以明顯促進小麥對養(yǎng)分吸收（表5）。與CF處理相比，AF處理的氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量顯著增加，分別提高了15.63%、12.54%和8.13%；AF減量處理的氮素吸收量明顯提高了8.76%。說明與常規(guī)復(fù)混服相比，施用海藻酸增效復(fù)混肥更能提升小麥對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收和利用，對小麥養(yǎng)分吸收具有更好的調(diào)控作用。減施處理和全量施肥處理在氮磷養(yǎng)分吸收量上均無顯著差異，而且與全量施肥的常規(guī)復(fù)混肥相比，海藻酸增效復(fù)混肥減施20%對小麥養(yǎng)分吸收狀況有一定改善效果，特別是減施20%仍顯著促進小麥對氮素吸收。

表5 不同處理的植株養(yǎng)分吸收總量

2.3 不同處理對肥料利用率及農(nóng)學(xué)效率的影響

施用海藻酸增效復(fù)混肥及其減施20%均能顯著提升肥料利用程度（表6）。在施肥量相等的情況下，AF處理的氮、磷、鉀肥料利用率比CF處理分別提高了 14.85、9.54和13.50個百分點。而且AF減量處理氮、磷、鉀肥的肥料利用率也均高于CF處理，分別提高了 15.78、12.12和11.19個百分點。

AF處理的氮、磷和鉀肥農(nóng)學(xué)效率比CF處理分別增加了3.72、4.65和11.63 kg·kg-1；同時AF減量處理的單位氮、磷和鉀肥增產(chǎn)量也均顯著高于CF處理，分別提高了3.98、4.61和10.85 kg。可見，在小麥?zhǔn)┯煤Ｔ逅嵩鲂?fù)混肥比常規(guī)復(fù)混肥增產(chǎn)效果更好。另外，復(fù)混肥減施處理較全量施肥處理，肥料利用率和農(nóng)學(xué)效率無顯著差異，但海藻酸增效復(fù)混肥減施20%比全量施肥的常規(guī)復(fù)混肥明顯提高了肥料利用率及農(nóng)學(xué)效率。

表6 不同處理肥料利用率及農(nóng)學(xué)效率

2.4 不同處理對土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量的影響

由圖1可以看出，小麥?zhǔn)斋@后不同施肥處理的0～60 cm土壤硝態(tài)氮含量存在顯著差異。施用氮肥顯著提高土壤硝態(tài)氮含量，而且在相同施肥量條件下，0～20 cm土壤硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為：AF＞CF，AF減量＞CF減量，施用海藻酸增效復(fù)混肥可以顯著增加土壤表層硝態(tài)氮含量。不同土層間比較，施用常規(guī)復(fù)混肥（CF和CF減量）、氮鉀肥（CK2）和氮磷（CK3）處理的土壤硝態(tài)氮含量隨土壤深度增加而增加，說明氮肥施入土壤后轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮極易向深層土壤遷移；施用海藻酸增效復(fù)混肥（AF和AF減量）處理的土壤硝態(tài)氮含量隨土壤深度增加而遞減。這可能是因為硝態(tài)氮作為土壤氮素最活躍的氮素形態(tài)極易淋溶，而海藻酸增效復(fù)混肥能減緩硝態(tài)氮向土壤深層遷移。

施用氮肥也能顯著提高土壤銨態(tài)氮含量，雖然AF處理20～60 cm土壤銨態(tài)氮含量最高，但與其它施氮（CF、CF減量、AF、AF減量、CK2和CK3）處理差異不顯著；但在0～20 cm土壤中AF處理土壤銨態(tài)氮含量顯著高于其它施氮處理，表明冬小麥上施用海藻酸增效復(fù)混肥能顯著提高表層土壤的銨態(tài)氮含量。這可能與施肥方式為撒施有關(guān)，因為撒施對表層土壤的銨態(tài)氮養(yǎng)分影響較大，而對較深層的土壤的銨態(tài)氮養(yǎng)分影響較小，這還需要多季的肥效試驗進行探究。

圖1 不同處理不同土層銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量

2.5 不同處理對土壤有效磷和速效鉀含量的影響

施用磷肥能提高0～60 cm土壤有效磷和速效鉀含量（表7），且各處理土壤有效磷和有效鉀含量隨土壤深度增加而減少。在相同施肥量條件下，與常規(guī)復(fù)混肥料比較，海藻酸增效復(fù)混肥處理0～20 cm土壤有效磷和速效鉀含量明顯提高，說明施用海藻酸增效復(fù)混肥可以增加表層土壤有效磷和速效鉀含量；海藻酸增效復(fù)混肥減施磷肥20%，0～20 cm土壤有效磷含量與CF處理沒有顯著差異。

表7 不同處理不同土層的有效磷、速效鉀含量 （mg·kg-1）

3 討論

肥料助劑是肥料產(chǎn)業(yè)的一個重要組成部分，在改善化肥產(chǎn)品品質(zhì)、增加產(chǎn)品功能及提高肥料利用率等方面具有重要作用。海藻酸增效復(fù)混肥料作為采用海藻酸增效技術(shù)的新型肥料，對玉米增產(chǎn)效果顯著［17］。

本試驗研究海藻酸增效復(fù)混肥在冬小麥上的施用效果，結(jié)果表明：與常規(guī)復(fù)混肥處理相比，海藻酸增效復(fù)混肥處理的冬小麥氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收總量分別提高了15.63%、12.54%和8.13%；海藻酸增效復(fù)混肥減施20%處理的冬小麥氮素積累量提高了8.76%，雖然磷鉀積累量差異未達(dá)顯著水平，但也分別提高了6.05%和1.93%。充分證明海藻酸增效復(fù)混肥可以促進小麥對養(yǎng)分的吸收利用，特別是在氮素吸收利用上效果更加顯著。適宜的土壤結(jié)構(gòu)能促進土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，并促進作物生長。王澤文研究認(rèn)為，海藻肥具有改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤保水能力等功效。海藻酸作為海藻肥的標(biāo)志成分，因而海藻酸增效復(fù)混肥可能同樣具有改善土壤結(jié)構(gòu)作用［18］。雖然本文沒有海藻酸增效復(fù)混肥對土壤容重和土壤空隙的具體數(shù)據(jù)，但是海藻酸增效復(fù)混肥改善土壤肥力上的效果明顯：改善硝態(tài)氮分布格局，滯緩硝態(tài)氮土壤深層遷移，增加土壤表層硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量。施用海藻酸增效復(fù)混肥對表層土壤肥力影響更大，深層土壤影響相對較弱，但小麥根系最大直徑主要分布在 0～10 cm土層中［19］，從而海藻酸增效復(fù)混肥更能滿足小麥需肥特性。

在產(chǎn)量方面，施用海藻酸增效復(fù)混肥增產(chǎn)效果明顯，與常規(guī)復(fù)混肥處理相比，施用海藻酸增效復(fù)混肥增產(chǎn)15.33%。小麥籽粒產(chǎn)量構(gòu)成因素是粒重、穗粒數(shù)和穗數(shù)，施用海藻酸增效復(fù)混肥使穗數(shù)和粒重維持在較高水平，從而提高小麥產(chǎn)量。在本試驗條件下，雖然是肥料純養(yǎng)分投入量減少20%，但AF和AF減量，CF和CF減量相比，產(chǎn)量無顯著差異，而且AF減施處理小麥產(chǎn)量比CF處理增產(chǎn)9.68%。說明海藻酸增效復(fù)混肥肥料減施20%條件下，既能減少肥料投入，又能使玉米穩(wěn)產(chǎn)。在本試驗條件下，單季小麥?zhǔn)┯煤Ｔ逅嵩鲂?fù)混肥是優(yōu)化的施肥方式，可以實現(xiàn)小麥肥料減施增效和提高產(chǎn)量的目標(biāo)。由于本試驗僅進行了一季、一種土壤類型上的田間試驗，在該新型肥料肥效評價方面存在一定的局限性，在以后的試驗中將充分考慮試驗?zāi)晗藓投帱c肥效驗證，為該肥的推廣提供更為充足的理論和技術(shù)支持。

全面評價肥料施用效果，離不開肥料利用相關(guān)數(shù)據(jù)。在尿素中增加海藻酸增效助劑有助于提高玉米氮肥利用率［5］。在與常規(guī)復(fù)混肥對比中，海藻酸增效復(fù)混肥及其減量對肥料利用率、肥料農(nóng)學(xué)效率的提升效果是顯著的。在本試驗條件下，海藻酸增效復(fù)混肥的肥料利用率分別為：氮肥36.38%、磷肥26.99%、鉀肥43.37%，均高于常規(guī)復(fù)混肥，分別提高了 14.85%、9.54%和13.50%，而且海藻酸增效復(fù)混肥減施20%處理的氮、磷、鉀肥料利用率比常規(guī)復(fù)混肥分別顯著提高了15.78%、12.12%和11.19%。由此看來，肥料減施20%不僅可以節(jié)省肥料投入，還可以提高氮、磷、鉀肥料利用率。從肥料農(nóng)學(xué)效率方面來看，施用海藻酸復(fù)混肥處理的單位氮、磷和鉀肥增產(chǎn)量比CF處理分別增加了3.72、4.65和11.63 kg；同時海藻酸增效復(fù)混肥減施處理的單位氮、磷和鉀肥增產(chǎn)量也均高于CF處理，分別提高了3.98、4.61和10.85 kg。進一步證明了海藻酸增效復(fù)混肥的增產(chǎn)效果。

4 結(jié)論

在小麥上施用海藻酸增效復(fù)混肥主要是通過增加小麥的穗數(shù)和粒重實現(xiàn)產(chǎn)量的提高，增產(chǎn)幅度達(dá)15.33%，而且海藻酸增效復(fù)混肥可顯著促進小麥對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收利用，在肥料利用率及農(nóng)學(xué)效率方面也有明顯提升，增加土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量，減緩硝態(tài)氮向土壤深層遷移，滿足小麥根系氮肥需求特征。

海藻酸增效復(fù)混肥減施20%在小麥產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和肥料利用效率等方面均與全量施肥處理沒有顯著差異，并且海藻酸增效復(fù)混肥減施在增產(chǎn)和提高肥料利用效率上均優(yōu)于常規(guī)復(fù)混肥處理，所以海藻酸增效復(fù)混肥減施20%是一種優(yōu)化施肥，可以實現(xiàn)減肥增效的目標(biāo)。