海藻提取物對(duì)甜玉米產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素利用的影響

陳迪文 周文靈 敖俊華 黃 瑩 江 永 韓西紅 秦益民 沈 宏

（1廣東省生物工程研究所（廣州甘蔗糖業(yè)研究所）/廣東省甘蔗改良與生物煉制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心（資源環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全），510316，廣東廣州；2青島明月海藻集團(tuán)有限公司/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海藻類(lèi)肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，266400，山東青島；3華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，510642，廣東廣州）

我國(guó)的鮮食甜玉米主要種植區(qū)域分布在廣東、廣西、云南、福建等省區(qū)，其中廣東省種植面積居全國(guó)首位[1]。甜玉米生長(zhǎng)速度快，75～85d即可收獲，其養(yǎng)分的需求量較大[2]，在生產(chǎn)中，農(nóng)民為了追求產(chǎn)量而習(xí)慣重施氮肥及過(guò)量施肥，導(dǎo)致養(yǎng)分利用率低、肥料資源浪費(fèi)及環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)增大[3]，甜玉米品質(zhì)也難以提升。隨著市場(chǎng)上各種生物刺激素類(lèi)新型肥料產(chǎn)品的出現(xiàn)，其在水果、蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品上逐漸展現(xiàn)出改善品質(zhì)的效果，而且在減肥增效方面也具有很好的作用[4]。海藻提取物是從海藻中提取的一類(lèi)生物刺激素物質(zhì)，含有海藻多糖、糖醇、甜菜堿以及酚類(lèi)化合物等多種活性物質(zhì)[5]，可以單獨(dú)施用也可以和其他肥料復(fù)配施用均有很好的效果[6]。已有研究表明，海藻提取物具有促進(jìn)作物生長(zhǎng)[7-9]、改善作物品質(zhì)[10]及增強(qiáng)作物抗逆性[11-12]等作用。目前，海藻提取物及相關(guān)肥料產(chǎn)品在玉米上的研究報(bào)道并不多，溫延臣等[13]研究表明，海藻提取物對(duì)玉米苗期生長(zhǎng)起到促進(jìn)作用，施用適當(dāng)用量的海藻提取物可以促進(jìn)其生長(zhǎng)，過(guò)量施用則會(huì)抑制其正常生長(zhǎng)。黃清梅等[14]研究表明海藻肥對(duì)玉米產(chǎn)量具有提升作用，且海藻肥可以替代尿素，作為環(huán)境友好型肥料進(jìn)行應(yīng)用推廣。國(guó)外有研究[15]報(bào)道，將海藻提取物作為玉米抗旱劑應(yīng)用，可以顯著提高玉米的抗旱性。而有關(guān)海藻提取物對(duì)鮮食甜玉米的產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素利用率影響的研究鮮有報(bào)道。本研究在不同生長(zhǎng)時(shí)期甜玉米葉面噴施海藻提取物，同時(shí)配合化肥減量措施，研究海藻提取物對(duì)甜玉米產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素利用的影響，為海藻提取物在甜玉米生產(chǎn)上的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年春季和秋季分別在廣東省翁源縣官渡鎮(zhèn)華東村和新南村進(jìn)行，當(dāng)?shù)貧夂驅(qū)賮啛釒夂?，終年平均氣溫20.2℃，年平均降水量1 170.6mm。土壤類(lèi)型均為紅壤，春季試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分狀況：pH 5.84、有機(jī)質(zhì)11.21g/kg、全氮0.73 g/kg、有效磷36.50mg/kg、速效鉀78.94mg/kg，前茬作物為甘蔗。秋季試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分狀況：pH 5.48、有機(jī)質(zhì)16.51g/kg、全氮0.94g/kg、有效磷45.84mg/kg、速效鉀115.74mg/kg，前茬作物為水稻。

1.2 試驗(yàn)材料

供試甜玉米品種為正甜68，由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所選育。

試驗(yàn)肥料品種：尿素（46.4% N）、過(guò)磷酸鈣（16% P2O5）、氯化鉀（60% K2O）、海藻提取物（從海帶中通過(guò)復(fù)合降解法制備，海藻酸含量≥20g/L）。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理，施用方法和用量見(jiàn)表1所示。其中常規(guī)施肥的肥料類(lèi)型和具體用量分別為：尿素750kg/hm2、過(guò)磷酸鈣1 200kg/hm2、氯化鉀450kg/hm2。海藻提取物在大喇叭口期（12葉期）和吐絲期分2次噴施，每次施用1.5L/hm2，清水稀釋15倍噴施，具體用量見(jiàn)表1。采用無(wú)人機(jī)（型號(hào)：大疆MG1S）進(jìn)行葉面噴施，設(shè)置噴灑參數(shù)為：噴灑量22.5L/hm2，噴頭總流量0.8L/min，距離葉面頂部1.5m，進(jìn)行手動(dòng)遙控噴施作業(yè)。試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)排列，3次重復(fù)。

表1 不同處理的施肥種類(lèi)、比例及用量Table 1 Fertilizer types, proportion and dosage of different treatments

玉米栽培方式為雙行單株起壟直播種植，壟寬、溝寬、行距和株距分別為90、40、40和35cm，小區(qū)行長(zhǎng)10m，每個(gè)小區(qū)3壟共6行，面積39m2，種植174株，其他田間管理措施和常規(guī)生產(chǎn)一致。春季播種時(shí)間為2018年3月10日，攻苗肥施用時(shí)間為3月30日，攻穗肥施用時(shí)間為4月25日，大喇叭口期噴藥高效氯氰菊酯（有效成分含量4.5%）殺蟲(chóng)，用量300mL/hm2，收獲時(shí)間為5月30日。秋季播種時(shí)間2018年8月25日，攻苗肥施用時(shí)間為9月15日，攻穗肥施用時(shí)間為10月16日，大喇叭口期噴藥高效氯氰菊酯（有效成分含量為4.5%）殺蟲(chóng)，用量300mL/hm2，11月10日收獲。

1.4 調(diào)查項(xiàng)目與數(shù)據(jù)處理

各小區(qū)分別收獲用于測(cè)產(chǎn)，并從收獲果穗中隨機(jī)選取10穗有代表性的甜玉米，測(cè)單穗重、穗長(zhǎng)、百粒重、穗行數(shù)、行粒數(shù)、每行粒數(shù)及可溶性糖含量等指標(biāo)。采用蒽酮比色法測(cè)定甜玉米籽粒可溶性糖含量。每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取6株生長(zhǎng)正常的植株，分成穗、莖稈和葉片，105℃殺青30min，然后75℃烘干至恒重后稱(chēng)干重，粉碎過(guò)0.15mm篩得到待測(cè)樣品，采用常規(guī)分析法[16]測(cè)定氮含量。

采用Microsoft Excel 2013和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan′s多重比較分析差異顯著性。

氮素利用效率及經(jīng)濟(jì)效益相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式如下：

植株氮素積累量（kg/hm2）=成熟期單株干重×每公頃植株數(shù)×成熟期單株含氮量

氮素農(nóng)學(xué)效率（kg/kg）=（施肥區(qū)鮮穗產(chǎn)量-氮空白區(qū)鮮穗產(chǎn)量）/施氮量

氮素利用率=（施肥區(qū)植株氮積累量-氮空白區(qū)植株氮積累量）/施氮量×100%

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=鮮穗產(chǎn)量/施氮量

產(chǎn)值（元/hm2）=單位面積鮮穗產(chǎn)量×單位重量?jī)r(jià)格

凈收益（元/hm2）=產(chǎn)值-肥料投入-其他成本

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)甜玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

不同處理下的甜玉米鮮重產(chǎn)量結(jié)果如表2所示，春、秋兩季甜玉米的不施氮素處理產(chǎn)量均非常低，分別為T(mén)1處理產(chǎn)量的55.06%和63.44%。兩季獲得最高產(chǎn)量的均為T(mén)2處理，比T1處理兩季產(chǎn)量分別提高7.11%和8.24%，但差異不顯著。T3處理產(chǎn)量與T1處理無(wú)顯著差異。T4處理產(chǎn)量比T3處理稍有增加，且與T1處理的產(chǎn)量無(wú)顯著差異，說(shuō)明海藻提取物處理能彌補(bǔ)減氮20%的影響。從產(chǎn)量構(gòu)成因子來(lái)看，除穗行數(shù)外，T0處理的單穗鮮重、穗長(zhǎng)、百粒鮮重和每行粒數(shù)均顯著低于其他處理。單穗鮮重最高的為T(mén)2處理，春、秋兩季分別比T1處理單穗鮮重提高20.41和23.97g，增幅分別為7.53%和8.43%，但差異均不顯著。T3處理單穗鮮重與T1處理差異不顯著。而T4處理單穗鮮重春秋兩季分別比T3處理增加3.98%和4.19%，且與T1處理單穗鮮重相近，無(wú)顯著差異。其他性狀中穗長(zhǎng)、百粒鮮重和每行粒數(shù)在各個(gè)施氮處理中均無(wú)顯著差異。

表2 不同處理對(duì)甜玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響Table 2 The effects of different treatments on yield and yield components of sweet corn

2.2 不同施肥處理對(duì)甜玉米可溶性糖含量的影響

不同處理對(duì)甜玉米的可溶性糖含量影響結(jié)果如表3所示?？扇苄蕴呛糠从程鹩衩椎奶鸲?，而甜度是影響甜玉米口感最重要的指標(biāo)之一[17]。兩季籽粒可溶性糖含量結(jié)果表現(xiàn)一致，其中不施氮素處理可溶性糖含量最低，T4處理的可溶性糖含量最高，春、秋兩季分別比T1處理提高5.29%和5.36%。T4處理可溶性糖含量與T1和T3處理差異均不顯著。

表3 不同處理下的甜玉米可溶性糖含量Table 3 Soluble sugar content of sweet corn under different treatments

2.3 不同施肥處理對(duì)甜玉米氮素利用率的影響

從表4可以看出，不施氮素處理的甜玉米氮素累積量顯著低于其他施氮處理。不同施氮處理的氮素累積量則無(wú)顯著差異。由于不同處理的氮素投入量不同，因此各處理氮素利用率存在顯著差異，其中兩季最高的均為T(mén)4處理，顯著高于T1和T2處理，春季T4處理顯著高于T3處理。另外，春季T2處理氮素利用率顯著高于T1處理。T2和T4處理氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著高于其對(duì)應(yīng)不施用海藻提取物的T1及T3處理。T4處理氮肥偏生產(chǎn)力最高，其顯著高于T1處理。

2.4 不同施肥處理對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響

從表5可以看出，不同處理的肥料投入為2 235～4 058元/hm2，最高為T(mén)2處理，不同處理由于產(chǎn)量差異而導(dǎo)致產(chǎn)值差異，其中兩季產(chǎn)值最高的均為T(mén)2處理。同樣凈收益最高的處理也是T2處理，相比T1處理，春、秋兩季凈收益分別增加1 203元/hm2和1 523元/hm2，增加幅度分別為11.71%和13.64%。同樣地，T4處理兩季凈收益分別比T3處理增加591和637元/hm2，增加幅度分別為6.18%和5.99%，同時(shí)，其與T1處理相比還略微高一點(diǎn)。因此，在常規(guī)施肥或常規(guī)施肥減氮20%條件下噴施海藻提取物對(duì)于提高或者保障凈收益是有幫助的。

表4 不同施肥處理下甜玉米的氮素利用率Table 4 Effects of different fertilizer treatments on N use efficiency of sweet corn

表5 不同處理對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響Table 5 Effects of different treatments on economic benefit of sweet corn

3 討論

海藻提取物作為歐洲生物刺激素行業(yè)委員會(huì)定義的八大類(lèi)生物刺激素之一，可增加作物養(yǎng)分吸收、提高養(yǎng)分利用效率、增強(qiáng)作物抗逆性及改善農(nóng)作物質(zhì)量[18]。目前應(yīng)用和研究比較深入的生物刺激素種類(lèi)有腐植酸、氨基酸及海藻提取物。市場(chǎng)上的海藻提取物大部分是由褐藻（包括泡葉藻、墨角藻、海帶和馬尾藻等）通過(guò)物理、化學(xué)和生物降解處理方式生產(chǎn)，產(chǎn)品被加工為液體或粉劑，可以直接應(yīng)用，或者與農(nóng)藥、肥料等復(fù)配施用。我國(guó)的海岸線很長(zhǎng)，沿岸海域擁有非常豐富的海藻資源，但已被開(kāi)發(fā)利用的海藻種類(lèi)只占極小部分[19]，還有很多未被開(kāi)發(fā)利用。我國(guó)又是農(nóng)業(yè)大國(guó)，因此，將海藻資源應(yīng)用在農(nóng)業(yè)上的前景非常廣闊。由于我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上長(zhǎng)期大量施用化肥及不平衡施肥，導(dǎo)致了如土壤結(jié)構(gòu)破壞、肥料利用率低及環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)加劇等問(wèn)題。目前正在大力開(kāi)展化肥減量及有機(jī)肥部分替代化肥的研究和實(shí)踐，兼顧經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。其中新型肥料和增效肥料是提高肥料利用率和減少肥料用量的有效措施之一[18]。

海藻提取物中含有的多種功能物質(zhì)是一類(lèi)很好的肥料增效劑，如海藻酸（海藻多糖）等。添加海藻功能物質(zhì)的新型肥料也是目前市場(chǎng)上廣泛推廣使用的肥料品種。研究[20]表明，海藻酸包膜BB肥和海藻酸包膜復(fù)合肥能顯著提高玉米對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收累積，促進(jìn)生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量。與普通尿素相比，海藻酸尿素可顯著提高玉米的經(jīng)濟(jì)系數(shù)、玉米產(chǎn)量、玉米籽粒氮素吸收量、氮肥表觀利用率和農(nóng)學(xué)效率[21]。本研究結(jié)果表明，在常規(guī)施肥條件下，施用海藻提取物的比不施用海藻提取物的甜玉米產(chǎn)量增加顯著，表明海藻提取物對(duì)甜玉米產(chǎn)量具有增產(chǎn)效果。在常規(guī)施肥氮素減量20%的情況下，甜玉米產(chǎn)量會(huì)有所下降，但如果同時(shí)噴施海藻提取物則可以彌補(bǔ)化肥減量帶來(lái)的產(chǎn)量下降，達(dá)到常規(guī)施肥的產(chǎn)量水平，說(shuō)明施用海藻提取物能提高甜玉米的氮素養(yǎng)分利用率，從而保障植株的正常生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，這可能與海藻提取物有利于提高玉米根系活力有關(guān)[13，22]。這些結(jié)果與黃清梅等[14]及王修康等[23]研究結(jié)果一致。另外，兩季的產(chǎn)量及氮素利用率結(jié)果差異除了土壤差異外，可能與季節(jié)差異有關(guān)，不同季節(jié)的甜玉米生育期存在差異，會(huì)導(dǎo)致其他各方面的差異[24-26]。因此，還需更多與不同區(qū)域、不同氣候及不同品種相關(guān)的栽培試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行效果驗(yàn)證。

除了對(duì)產(chǎn)量提高具有良好作用之外，海藻提取物對(duì)于提高甜玉米的品質(zhì)也具有良好效果，本研究結(jié)果表明，施用海藻提取物的處理甜玉米籽粒甜度有一定增加，對(duì)于甜玉米的口感以及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值具有改善作用，有利于提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。而在其他作物的一些相關(guān)研究結(jié)果同樣表明，海藻提取物對(duì)于改善花生[27]、枇杷[28]、小白菜[29]和草莓[30]等作物的品質(zhì)均具有良好的效果。甜玉米與品質(zhì)相關(guān)的指標(biāo)還有很多，如維生素C、氨基酸及蛋白質(zhì)等，這些將需要進(jìn)一步開(kāi)展試驗(yàn)進(jìn)行研究。

目前，海藻提取物相關(guān)產(chǎn)品在我國(guó)肥料市場(chǎng)上已經(jīng)非常常見(jiàn)，在不同農(nóng)作物生產(chǎn)上開(kāi)始廣泛應(yīng)用。而且由于其用量少，對(duì)作物的生長(zhǎng)促進(jìn)作用效果顯著，在經(jīng)濟(jì)作物特別是果蔬作物上特別受歡迎。由于海藻提取物本身由于海藻種類(lèi)的不同和提取工藝的不同會(huì)導(dǎo)致其活性成分的差異，因此不同藻源和工藝的海藻提取物對(duì)甜玉米的產(chǎn)量品質(zhì)及肥料利用率的影響也值得進(jìn)一步探索。

4 結(jié)論

噴施海藻提取物有利于減少氮肥投入，提高氮養(yǎng)分資源利用效率，同時(shí)有利于增加甜玉米產(chǎn)量，改善品質(zhì)，獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益。