生物質(zhì)炭基肥在河西綠洲灌區(qū)制種玉米上的應(yīng)用初報(bào)

楊君林 ，車(chē)宗賢 ，馮守疆 ，趙欣楠 ，張旭臨

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省新型肥料創(chuàng)制工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甘肅耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站，甘肅 武威 733017）

我國(guó)每年產(chǎn)生農(nóng)作物秸稈6～7億t［1］。河西綠洲灌區(qū)位于我國(guó)西北部，冬季氣溫較低，秸稈直接還田當(dāng)季難以腐解，不利于來(lái)年耕種。將其“付之一炬”或廢棄后任其自然腐爛，會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)碳分解加快，大量溫室氣體排放，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生巨大影響［2］。秸稈生物炭熱裂解炭化技術(shù)的進(jìn)步，為秸稈的資源化利用提供了新途徑。生物炭高度芳香化而具有生物化學(xué)和熱穩(wěn)定性，農(nóng)田施用生物炭具有改善土壤性質(zhì)、降低氮素淋洗及減排氣體損失的作用。生物炭輸入通過(guò)靜電反應(yīng)、化學(xué)官能團(tuán)反應(yīng)、團(tuán)聚體空隙閉蓄和表面吸附作用減少氮素?fù)p失，也可以改變土壤中微生物的活性和結(jié)構(gòu)性，進(jìn)而通過(guò)微生物的活動(dòng)影響土體中氮素的轉(zhuǎn)化和損失。

河西綠洲灌區(qū)土地資源豐富，光照充足，晝夜溫差大，降水稀少，是典型的干旱內(nèi)陸河灌區(qū)，沒(méi)有灌溉就沒(méi)有農(nóng)業(yè)［3-5］。河西綠洲在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施肥過(guò)量，如何充分發(fā)揮肥料的增產(chǎn)效果，已成為作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)亟待解決的問(wèn)題［6-9］。生物質(zhì)炭基肥通過(guò)秸稈生物炭熱裂解炭化后與氮磷鉀養(yǎng)分復(fù)合而成生物質(zhì)炭基肥，既可提高土壤質(zhì)量、減輕秸稈廢棄對(duì)環(huán)境造成的壓力，又可供給作物所需的營(yíng)養(yǎng)，符合可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的要求。因此，研究適合當(dāng)?shù)毓喔葪l件下生物質(zhì)炭基肥的增產(chǎn)效應(yīng)，最大程度地發(fā)揮現(xiàn)有水資源的生產(chǎn)潛力，對(duì)大力推動(dòng)減施增效技術(shù)在河西地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要的意義。我們?cè)诤游骶G洲灌區(qū)試驗(yàn)研究了生物質(zhì)炭基肥對(duì)制種玉米的影響，以期為生物質(zhì)炭基肥的示范推廣和甘肅省及我國(guó)的制種玉米產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年4—9月在張掖市甘州區(qū)烏江鎮(zhèn)進(jìn)行。當(dāng)?shù)睾０? 520 m，年平均氣溫7.8℃，最低氣溫-28.7℃，最高氣溫38.6℃，年平均降水量128.7 mm，年蒸發(fā)量 2 000～2 350 mm，年無(wú)霜期 138～179 d。屬典型的溫帶大陸性氣候，其特點(diǎn)是氣候干燥，日照時(shí)間長(zhǎng)，晝夜溫差大，常年多有風(fēng)沙，夏季多刮東南風(fēng)，其余各季多刮西北風(fēng)。試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，肥力中等，地力均勻，在當(dāng)?shù)鼐哂写硇?。試?yàn)地土壤為灌漠土，耕層土壤含有機(jī)質(zhì)11.23 g/kg、全氮0.68 g/kg、速效磷13.3 g/kg、速效鉀202.4 g/kg，pH 8.1。前茬玉米。

1.2 供試材料

供試肥料為三聚生物質(zhì)炭基肥（N+P2O5+K2O≥40%，養(yǎng)分含量為17-10-13），該肥料以生物質(zhì)炭為載體，由北京三聚綠能科技有限公司生產(chǎn)并提供；史丹利三元復(fù)合肥（N+P2O5+K2O≥45%，養(yǎng)分含量為15-15-15），由史丹利化肥股份有限公司生產(chǎn)并提供；尿素（含N 46%），由甘肅劉家峽化工集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)并提供；磷酸二銨（總養(yǎng)分含量≥64%，其中含N≥18%、P2O5≥46%），由美國(guó)特拉肥料有限公司生產(chǎn)并提供。指示玉米品種為先玉335。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理，處理1為不施肥（CK）；處理2為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥（底肥+追施尿素），即底施磷酸二銨300 kg/hm2、三元復(fù)合肥600 kg/hm2，拔節(jié)期（5月25日）、大喇叭口期（7月25日）、灌漿期（8月25日）分別隨水追施尿素1次，每次施肥量120 kg/hm2；處理3為基施生物質(zhì)炭基肥，即播種前結(jié)合翻地一次性基施生物質(zhì)炭基肥1 200 kg/hm2；不追肥。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積66 m2（10.0 m×6.6 m）。采用覆膜平作種植方式。于2018年4月11日播種，父母本行比2∶6，母本行距為50 cm，株距20 cm，2行父本之間相距30 cm。整個(gè)生育期共灌水7次，分別在5月25日、6月10日、6月25日、7月10日、7月25日、8月10日、8月25日各灌水1次，每次灌水量1 200 m3/hm2。其余田間管理同當(dāng)?shù)卮筇飪?yōu)化管理。分別在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期每小區(qū)隨機(jī)取樣10株玉米調(diào)查玉米植株性狀。收獲時(shí)（9月11日）每小區(qū)隨機(jī)取樣10株調(diào)查果穗性狀，每小區(qū)隨機(jī)取3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)1.0 m2測(cè)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行分析［9-10］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)制種玉米植株性狀的影響

從表1可以看出，玉米拔節(jié)期以基施生物質(zhì)炭基肥處理的株高最高，為86.7 cm，較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理高4.0 cm，較不施肥（CK）高7.7 cm；以基施生物質(zhì)炭基肥處理的玉米根長(zhǎng)最長(zhǎng)，為10.5 cm，較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理長(zhǎng)2.0 cm，較不施肥（CK）長(zhǎng)2.9 cm；以基施生物質(zhì)炭基肥處理的玉米莖粗最粗，為3.0 cm，較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理粗0.3 cm，較不施肥（CK）粗0.5 cm。在玉米大喇叭口期以基施生物質(zhì)炭基肥處理的玉米株高最高，為159.0 cm，較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理高4.3 cm，較不施肥（CK）高8.0 cm；以基施生物質(zhì)炭基肥處理的玉米根長(zhǎng)最長(zhǎng)，為40.7 cm，較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理長(zhǎng)3.0 cm，較不施肥（CK）長(zhǎng)5.7 cm；以基施生物質(zhì)炭基肥處理的玉米莖粗最粗，為3.2 cm，較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理粗0.4 cm，較不施肥（CK）粗0.6 cm。可以認(rèn)為，施用生物質(zhì)炭基肥可促進(jìn)制種玉米莖稈增高增粗及根系的生長(zhǎng)。

表1 不同處理制種玉米拔節(jié)期和大喇叭口期的植株性狀

2.2 不同處理對(duì)制種玉米果穗性狀的影響

從表2可以看出，以基施生物質(zhì)炭基肥處理的玉米果穗最長(zhǎng)，為20.3 cm，較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理長(zhǎng)0.8cm，較不施肥處理（CK）長(zhǎng)2.2 cm；以基施生物質(zhì)炭基肥處理和當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理的玉米果穗最粗，均為4.9 cm，均較不施肥處理（CK）粗0.2 cm?；┥镔|(zhì)炭基肥處理和當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理的穗軸粗最粗，均為3.0 cm，均較不施肥處理（CK）粗0.2 cm?？梢?jiàn)施用生物質(zhì)炭基肥可促進(jìn)玉米果穗增長(zhǎng)增粗。

表2 不同處理制種玉米的果穗性狀

2.3 不同處理對(duì)制種玉米產(chǎn)量的影響

從表3可以看出，基施生物質(zhì)炭基肥處理和當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理均較對(duì)照增產(chǎn)，其中以基施生物質(zhì)炭基肥處理的折合產(chǎn)量最高，為15 004 kg/hm2，較對(duì)照增產(chǎn)3 440 kg/hm2，增產(chǎn)率為22.9%；當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理次之，折合產(chǎn)量為14 023 kg/hm2，較對(duì)照增產(chǎn)2 459 kg/hm2，增產(chǎn)率為17.5%。同時(shí)可以看出，基施生物質(zhì)炭基肥處理的玉米折合產(chǎn)量較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施理處肥增產(chǎn)981 kg/hm2，增產(chǎn)率為6.5%。對(duì)折合產(chǎn)量進(jìn)行方差分析表明，基施生物質(zhì)炭基肥處理與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理差異顯著，與不施肥處理（CK）差異極顯著；當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理與不施肥處理（CK）差異極顯著。

表3 不同處理制種玉米的產(chǎn)量結(jié)果

表4 不同處理制種玉米的籽粒品質(zhì)指標(biāo)

2.4 不同處理對(duì)制種玉米籽粒品質(zhì)的影響

籽粒水分、粗淀粉、蛋白質(zhì)和粗脂肪等物質(zhì)的含量為制種玉米的重要品質(zhì)指標(biāo)。從表4可以看出，基施生物質(zhì)炭基肥處理的制種玉米籽粒含水量最低，為178.6 g/kg，較不施肥處理（CK）和當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理分別減少46.8、64.7 g/kg；籽粒蛋白質(zhì)含量最高，為99.9 g/kg，較不施肥處理（CK）和當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理分別增加9.8、3.6 g/kg；籽粒粗淀粉含量最高，為679.0 g/kg，較不施肥處理（CK）和當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理分別增加8.6、6.9 g/kg；籽粒粗脂肪含量最高，為42.8 g/kg，較不施肥處理（CK）和當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理分別增加1.5、1.2 g/kg。由此看出，基施生物質(zhì)炭基肥處理的玉米籽粒的各品質(zhì)指標(biāo)均優(yōu)于不施肥處理（CK）和當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理，施用生物質(zhì)炭基肥可改善制種玉米的籽粒品質(zhì)。

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，在河西綠洲灌區(qū)一次性基施生物質(zhì)炭基肥1 200 kg/hm2處理的玉米折合產(chǎn)量最高，為15 004 kg/hm2，較不施肥處理（CK）增產(chǎn)22.9%，較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理增產(chǎn)6.5%。籽粒含水量最低，為178.6 g/kg；籽粒蛋白質(zhì)含量、粗淀粉含量、粗脂肪含量均最高，分別為99.9、679.0、42.8 g/kg，較不施肥處理（CK）分別增加9.8、8.4、1.5 g/kg；較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理分別增加3.6、6.9、1.2 g/kg?？梢?jiàn)，施用生物質(zhì)炭基肥不但可有效地促進(jìn)制種玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，促進(jìn)果穗增長(zhǎng)增粗，提高玉米產(chǎn)量和玉米品質(zhì)。適宜在河西綠洲灌區(qū)及其他類(lèi)似地區(qū)應(yīng)用。