新型海藻肥對玉米生長發(fā)育及其產(chǎn)量的影響*

王修康，馬金昭，孫 瑤，孫景寬，楊紅軍，王學(xué)江，王發(fā)啟，王永剛

(1.五洲豐農(nóng)業(yè)科技有限公司，山東 煙臺 264000；2.濱州學(xué)院，山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點實驗室，山東 濱州 256603；3.煙臺市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東 煙臺 264000)

玉米是中國的主要糧食作物之一，其生產(chǎn)水平與國家糧食安全密切相關(guān)。東北地區(qū)作為玉米的主產(chǎn)區(qū)之一，其土壤類型主要為黑土和黑鈣土，具有腐殖質(zhì)層厚、有機質(zhì)含量高和保水保肥等特點[1-2]。隨著不斷開墾和玉米連作等現(xiàn)象，導(dǎo)致東北地區(qū)的土壤肥力退化嚴重[2-3]。近年來，由于生產(chǎn)中的不合理施肥尤其是過量施肥，導(dǎo)致玉米產(chǎn)量不穩(wěn)定和耕地質(zhì)量嚴重下降，致使農(nóng)民的生產(chǎn)收益降低[4-5]。有研究表明：這不僅使得肥料利用率低下，還造成了土壤酸化、水體富營養(yǎng)化和溫室氣體排放等一系列環(huán)境污染問題，嚴重制約著東北乃至中國糧食生產(chǎn)與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展[1,6]。因此，降低化肥使用量、提高肥料利用率、減少農(nóng)民的施肥成本和環(huán)境污染風險已成為亟待解決的問題。

海藻肥是以天然海藻為原料加工而成的新型有機肥，其含有大量的營養(yǎng)元素和有效活性成分，主要包括氮、磷、鉀等大量元素和鐵、錳、銅、鋅等微量元素，還含有一定數(shù)量的蛋白質(zhì)、氨基酸、多糖、微生物、甜菜堿、甘露醇和植物生長素等多種活性物質(zhì)[7-9]，且富含大量的活性酶和豐富的微生物群體[10]。研究表明：施用海藻肥能夠顯著促進根系的生長，增強土壤酶和土壤微生物的活性以及作物抵抗脅迫的能力，進而有效提高作物的產(chǎn)量和改善品質(zhì)[8,11]。涂海華等[12]發(fā)現(xiàn)：將海藻肥噴施于葡萄葉片，可顯著促進葡萄的生長進而達到增產(chǎn)15% 的效果；YAO 等[13]施用海藻肥提高了番茄葉片的光合能力，使得番茄產(chǎn)量增加了4.6%～6.9%。海藻肥不僅能為植物的生長發(fā)育提供必需的營養(yǎng)，還能提供生長調(diào)節(jié)劑，促進植物生長發(fā)育；并且與普通化學(xué)肥料相比，具有安全無毒、環(huán)境友好等特點[14]。然而關(guān)于新型海藻肥與復(fù)合肥配施對東北地區(qū)春玉米的生長效應(yīng)影響的研究較少。本研究采用不同劑量新型海藻肥與復(fù)合肥一同施入土壤中，研究其對春玉米產(chǎn)量、生物量和農(nóng)藝性狀的影響，以明確該新型海藻肥合理的使用量及對春玉米的增產(chǎn)效應(yīng)，為其應(yīng)用推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)和供試材料

試驗地位于遼寧省阜新市彰武縣雙廟鎮(zhèn)(N42°40′，E122°38′)，屬溫帶季風氣候，年平均氣溫7～8 ℃，年均降雨量約510 mm，降雨多集中在7—8 月。試驗區(qū)地勢平坦，當?shù)馗鞣绞綖橐砸患敬河衩诪橹鞯倪B年淺旋耕。供試土壤為沙壤土，在播種前采集0～20 cm 的基礎(chǔ)土壤樣品，并按照鮑士旦[15]的方法測定其理化性質(zhì)為：容重1.45 g/cm3、pH 6.24、有機質(zhì)含量為7.23 g/kg、全氮含量為0.56 g/kg、全磷含量為0.28 g/kg、全鉀含量為27.05 g/kg、堿解氮含量為64.27 mg/kg、有效磷含量為20.60 mg/kg、速效鉀含量為74.32 mg/kg。

供試玉米品種為金禾658 (購于遼寧金禾偉業(yè)種子有限公司)；供試復(fù)合肥m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)為27∶10∶13；供試海藻肥含海藻酸29.2%、粗蛋白14.1%、甘露醇10.9%、灰分30.2%和鉀6.63%，是采用混合菌種的半固體好氧發(fā)酵工藝發(fā)酵褐藻，并采用德國先進的冷鮮造粒技術(shù)得到的新型海藻肥，與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式相比能夠有效避免生產(chǎn)過程中的高溫加熱以及強酸堿的腐蝕，最大限度保存了海藻中海藻寡糖等提取物的活性[13-14]。供試復(fù)合肥和海藻肥均由煙臺五洲豐農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，共7 個處理：CK (施用普通復(fù)合肥1 500 kg/hm2)、CF1+S1、CF2+S1、CF3+S1、CF1+S2、CF2+S2和CF3+S2；其中，CF1～CF3分別為復(fù)合肥1 500、1 350 和1 200 kg/hm2，S1～S2分別為海藻肥7.5 和15 kg/hm2。每個處理3 次重復(fù)，每重復(fù)小區(qū)面積為10 m×66 m。

試驗于2017 年5 月4 日播種、9 月28 日收獲。供試玉米種植密度為6 萬株/hm2，種植行距50 cm，株距33 cm。所有處理復(fù)合肥與海藻肥充分混勻后作為基肥均勻撒施，并采用旋耕機翻入土壤，翻耕深度約13 cm。各小區(qū)均采用常規(guī)高產(chǎn)方式進行田間管理，并保持一致。

1.3 測定指標與方法

玉米產(chǎn)量：在玉米收獲時進行產(chǎn)量的測定，每個處理小區(qū)隨機選取3 個具有代表性的10 m2樣本測產(chǎn)，調(diào)查成穗數(shù)，用水分儀測定水分，按14%含水量折合成籽粒產(chǎn)量。

玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素：從每個小區(qū)取有代表性的15 株玉米，按常規(guī)方法測定穗行數(shù)、行粒數(shù)、禿尖和百粒質(zhì)量等產(chǎn)量構(gòu)成因素[5]。在苗期(2017 年5 月25 日)、拔節(jié)期(2017 年6 月20 日)、灌漿期(2017 年7 月20 日)、乳熟期(2017 年8 月20 日)和收獲期(2017 年9 月27 日)從每個小區(qū)選擇生長發(fā)育一致、葉片無病斑和破損的植株地上部15 株，烘箱105 ℃殺青0.5 h 后，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，計算玉米單株干物質(zhì)量[16-17]。

玉米株高、莖粗和葉面積：從各處理小區(qū)選取10 株代表性植株掛牌標記，在苗期和拔節(jié)期采用米尺測定玉米株高，并用游標卡尺測定第2 節(jié)間(基部扁面)莖粗；在灌漿期采用長寬系數(shù)法測量葉面積，葉面積(LA)=L(葉片最大長度)×A(最大寬度)×0.75[4]。

葉片葉綠素含量：在苗期、拔節(jié)期、灌漿期和乳熟期使用SPAD-502 葉綠素儀(日本美能達公司制造) 測定植株從上數(shù)第2 個展開功能葉的SPAD 值，取10 株的平均值作為該小區(qū)的SPAD 值[11]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010 和SAS 8.0 進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，不同處理間采用Duncan’s 多重檢驗方法對各處理的差異顯著性進行檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

海藻肥配施復(fù)合肥對玉米有增產(chǎn)效應(yīng)(表1)，其中以添加7.5 和15 kg/hm2海藻肥的CF1+S1和CF1+S2處理的產(chǎn)量最高，較CK 處理分別顯著增加了18.9% 和15.9%。在添加7.5 kg/hm2海藻肥處理中，復(fù)合肥減量10% (CF2+S1) 處理和減量20% (CF3+S1) 處理與CK 相比依然未減產(chǎn)，但較CF1+S1處理分別顯著減少了12.3%和17.7%。在相同復(fù)合肥用量下，添加不同量的海藻肥對產(chǎn)量均無顯著影響，表明翻倍施用的海藻肥增產(chǎn)效果并不顯著。與CK 處理相比，添加海藻肥的CF1+S1、CF2+S1、CF1+S2和CF3+S2處理顯著增加了玉米的百粒質(zhì)量。CF1+S2處理較其他處理顯著增加了穗行數(shù)。

表1 不同處理的玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素(mean±SD)Tab.1 Yield and yield components of maize under different treatments

2.2 不同處理對玉米各時期單株干物質(zhì)量的影響

不同處理在各時期的玉米單株干物質(zhì)量不同(表2)。在苗期，添加15 kg/hm2海藻肥的CF1+S2處理的植株干物質(zhì)量最高，較CK 處理顯著增加9.9%；海藻肥配施減量復(fù)合肥處理(CF2+S1、CF3+S1、CF2+S2和CF3+S2)與CK 相比其干物質(zhì)量未顯著降低。在拔節(jié)期、灌漿期、乳熟期和收獲期，添加海藻肥的CF1+S1與CF1+S2處理的干物質(zhì)量均較CK 處理顯著提高。在收獲期，海藻肥配施減量10% 復(fù)合肥處理(CF2+S1和CF2+S2)的單株干物質(zhì)量仍較CK 顯著增加4.5%與4.0%；海藻肥配施減量20%復(fù)合肥處理(CF3+S1和CF3+S2)的單株干物質(zhì)量依然能與CK 處理持平。在灌漿期、乳熟期和收獲期，相同復(fù)合肥用量下添加不同劑量海藻肥的單株干物質(zhì)量均無顯著差異。

表2 不同處理在各生育期的單株玉米干物質(zhì)量(mean±SD)Tab.2 Biomass per plant of maize at different stages under different treatments g

2.3 不同處理對玉米株高、莖粗和葉面積指數(shù)的影響

由圖1 可知：在玉米苗期，添加15 kg/hm2海藻肥(CF1+S2) 處理的株高較未添加海藻肥的CK 處理顯著增加8.5%，較減量20% 復(fù)合肥的CF3+S2處理顯著增加11.9%，其他各處理組間的株高均無顯著差異。在拔節(jié)期，翻倍添加海藻肥(CF1+S2)處理的株高最高；添加海藻肥(CF1+S1和CF1+S2)處理的株高分別較CK 顯著增加5.1%和8.0%，其他處理與CK 處理之間的株高均無顯著差異。

由圖1 還可知：添加7.5 kg/hm2海藻肥的CF1+S1處理在苗期的莖粗最粗，為26.6 mm，較CK、CF2+S1和CF3+S1處理分別顯著增加12.2%、9.0%和11.8%；海藻肥配施減量復(fù)合肥的處理(CF2+S1、CF3+S1、CF2+S2和CF3+S2) 與復(fù)合肥未減量的CK 處理間的莖粗差異均不顯著。在拔節(jié)期，添加海藻肥的CF1+S1和CF1+S2處理的莖粗最粗，較CK 處理分別顯著增加8.9%和7.2%；在相同用量復(fù)合肥下，翻倍施用海藻肥對莖粗的影響不顯著。

圖1 不同處理的玉米株高和莖粗Fig.1 Plant height and stem diameter of maize under different treatments

對灌漿期不同處理玉米的葉面積指數(shù)分析(圖2) 發(fā)現(xiàn)：施用海藻肥的CF1+S1和CF1+S2處理效果最好，較CK 處理分別顯著增加6.5%和9.9%。海藻肥配施減量10%復(fù)合肥的CF2+S1和CF2+S2處理與CK 處理差異不顯著。CF1+S1與CF1+S2之間、CF2+S1與CF2+S2之間、CF3+S1與CF3+S2之間的葉面積指數(shù)差異不顯著，表明在相同復(fù)合肥用量下，翻倍海藻肥對玉米葉面積指數(shù)影響不顯著。

圖2 灌漿期不同處理的玉米葉面積指數(shù)Fig.2 Leaf area index of maize under different treatments

2.4 不同處理對玉米葉綠素含量的影響

不同處理在各時期的玉米葉片SPAD 值有所差異(表3)。在苗期，CK 處理的SPAD 值最低，較添加海藻肥的CF1+S1和CF1+S2處理分別顯著降低8.8% 和14.1%，但與海藻肥配施減量20%復(fù)合肥的CF3+S1和CF3+S2處理相比無顯著差異。在拔節(jié)期和灌漿期，不同用量海藻肥配施減量10% 和20% 復(fù)合肥處理的SPAD 值與CK 均無顯著差異。在乳熟期，添加海藻肥的CF1+S1與CF1+S2處理的SPAD 值最高，分別較CK 顯著增加9.7%和11.8%；施用15 kg/hm2海藻肥配施減量10% 與20% 復(fù)合肥處理的SPAD 值較CK 依然顯著增加。然而各個時期復(fù)合肥相同用量的條件下，不同海藻肥用量的處理之間SPAD值無顯著差異。

表3 不同處理的玉米葉綠素SPAD 值Tab.3 SPAD value of maize leaves under different treatments

2.5 相關(guān)性分析

通過對產(chǎn)量及其農(nóng)藝性狀各指標的相關(guān)性分析(表4)發(fā)現(xiàn)：產(chǎn)量與SPAD 值、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)量、株高和莖粗均呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，說明SPAD 值、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)量、株高和莖粗的提高可以促進產(chǎn)量的增加。玉米葉片SPAD 值與葉面積指數(shù)、干物質(zhì)量、株高和莖粗均呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，且干物質(zhì)量與株高和莖粗也呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)。

表4 產(chǎn)量及其農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis among yield and agronomic traits

2.6 不同處理對玉米季經(jīng)濟效益的影響

由表5 可知：各處理每公頃產(chǎn)出的經(jīng)濟收入為CF1+S1＞CF1+S2＞CF2+S1＞CF2+S2＞CF3+S2＞CF3+S1＞CK。充足的養(yǎng)分供應(yīng)是作物高產(chǎn)的有力保證，在相同復(fù)合肥的條件下，添加海藻肥處理(CF1+S1和CF1+S2) 有效地促進了玉米的生長發(fā)育，每公頃經(jīng)濟效益較CK 增加了27.2%～32.5%。在復(fù)合肥減量20%的條件下，添加海藻肥(CF3+S1和CF3+S2處理)后依然保持平產(chǎn)，最終使得每公頃經(jīng)濟效益提高了8.9%～9.8%。

表5 不同處理的玉米季每公頃經(jīng)濟效益Tab.5 Economic benefits per hectare in maize under different treatments

3 討論

玉米在生長發(fā)育過程中需要大量的養(yǎng)分，海藻肥作為天然的綠色有機肥料，含有豐富的營養(yǎng)元素和多種活性物質(zhì)，能夠促進作物的生長，并且具有對人體無毒害和環(huán)境無污染的特性[18]。本研究發(fā)現(xiàn)：在傳統(tǒng)復(fù)合肥(CK 處理)的基礎(chǔ)上施用7.5 和15 kg/hm2的海藻肥均能夠顯著提高玉米的產(chǎn)量、干物質(zhì)量以及葉片的SPAD 值，這與姜潔等[7]和殷穎等[11]的研究結(jié)果相似。劉培京[19]采用不同稀釋濃度的海藻液對黃瓜、辣椒和番茄浸種及噴施發(fā)現(xiàn)其對3 種蔬菜幼苗的株高、葉綠素含量和葉面積均有顯著的提高。這主要是因為海藻肥中除了具有大量的營養(yǎng)元素外，還含有氨基酸、多糖、甜菜堿和植物生長素等活性物質(zhì)，或作為營養(yǎng)成分參與植物的生命活動，或作為植物刺激素對植物生理活性起到積極的促進作用[7-8]。研究發(fā)現(xiàn)：海藻提取物的施用使得葉片中的葉綠素含量增加[13]，這與本試驗結(jié)果吻合。BLUNDEN等[20]認為這可能是由于海藻提取物中的甜菜堿減少了植物體內(nèi)葉綠素的降解；且海藻肥的施用顯著增大了葉片的葉面積[21]。

海藻提取物的成分、結(jié)構(gòu)和來源顯著影響著其有效性，本試驗的海藻肥含有29.2%海藻酸、14.1%粗蛋白、10.9%甘露醇、30.2%灰分、6.6%鉀以及一些植物激素，通過尺寸排阻色譜測定發(fā)現(xiàn)其低分子量(MW＜5 ku)的相關(guān)成分占比高達87.8%，高分子量(MW＞5 ku)的相關(guān)成分占比為12.2%[13]，說明它是一種較其他海藻提取物分子量更低的植物刺激素物質(zhì)，能夠更容易被作物根系吸收[22]。海藻肥還可以通過吸附土壤中的有機分子，經(jīng)過催化作用促進小分子聚合形成有機質(zhì)，防止肥料的流失和浪費，并因為其本身含有一定的有機質(zhì)，長期施用可顯著提高土壤中的有機質(zhì)含量[23]。海藻肥自身含有豐富的酶和微生物，能夠提高土壤酶和土壤微生物活性，進而提高養(yǎng)分的利用率，促進作物的生長發(fā)育[10]。此外，海藻肥中的海藻酸能夠有效降低水的表面張力，在植物表面形成一層使水溶性物質(zhì)容易透過的薄膜，提高吸收海藻肥營養(yǎng)成分的效率[24]，還能夠增加作物抵抗干旱、鹽堿和病蟲害等生物或非生物脅迫的能力，增加根系活力，減少活性氧和丙二醛的積累，提高植株的抗逆性[25-26]。本試驗中，普通復(fù)合肥在減少20%使用量時，施用海藻肥仍能和常規(guī)用量復(fù)合肥(CK 處理)的產(chǎn)量無顯著差異，說明海藻肥的配施可以減少普通肥料的使用量，提高肥料利用率。與CK 處理相比，CF1+S1和CF1+S2處理顯著增加了玉米的株高、莖粗、葉面積指數(shù)和SPAD 值等性狀，具有良好的促生增產(chǎn)效果。

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)復(fù)合肥(CK)相比，添加7.5 kg/hm2海藻肥(CF1+S1) 顯著提高了玉米的干物質(zhì)量、株高、莖粗與SPAD 值，進而使得玉米的產(chǎn)量顯著增加18.9%，玉米季經(jīng)濟效益提高32.5%；并且在其配施減量10%乃至20%復(fù)合肥的情況下玉米依然未減產(chǎn)。然而，在相同復(fù)合肥用量下施用翻倍海藻肥(15 kg/hm2)處理的玉米產(chǎn)量、莖粗和葉片SPAD 值與正常施用量(7.5 kg/hm2)之間均無顯著差異。綜合來看，在傳統(tǒng)復(fù)合肥中添加7.5 kg/hm2的海藻肥能夠有效地提高玉米的生長性狀，進而達到增產(chǎn)效果。