腐植酸保水緩釋肥對(duì)紫花苜蓿生長(zhǎng)和肥料利用率的影響

鐘祿威 栗 麗 楊立帆 劉 洋 王曰鑫

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 太谷 030801

保水緩釋肥是低碳環(huán)境背景下的具有養(yǎng)分緩釋和保水功能的新型肥料[1]，將腐植酸、保水劑與有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥復(fù)合一體化制成的腐植酸保水緩釋肥，可通過(guò)緩釋性能和水肥耦合增效，實(shí)現(xiàn)作物對(duì)水肥高效利用。與傳統(tǒng)的緩釋肥料相比，保水緩釋肥中的保水劑是一種高分子化合物[2]，可以通過(guò)自身的保水特性提高土壤水分含量，增加土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤抗蝕性和蓄水保墑保肥能力[3～8]。該肥料將水肥調(diào)控技術(shù)、化學(xué)保水技術(shù)以及肥料緩釋技術(shù)等物化到肥料中，集水分調(diào)節(jié)和養(yǎng)分調(diào)控于一體，既能保水抗旱，又能緩釋養(yǎng)分，可大幅度提高作物水分和肥料利用率[9]。其應(yīng)用前景廣泛，對(duì)于保水節(jié)肥、減少污染、改良土壤生態(tài)環(huán)境、增加農(nóng)林經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)環(huán)境經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

本試驗(yàn)以化學(xué)肥料為對(duì)照，研究等量條件下腐植酸保水緩釋肥對(duì)土壤理化性質(zhì)和紫花苜蓿生長(zhǎng)及肥料利用率的影響，為深入研發(fā)保水緩釋肥料提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也有助于解決山西有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)中存在的耕地質(zhì)量不高、作物水肥不匹配、缺乏有效的保水栽培技術(shù)等新問(wèn)題。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤：取自山西靈石縣煤礦礦區(qū)土壤。土壤類型為石灰性褐土，土質(zhì)為粗骨土，其有機(jī)質(zhì)含量10.12 g/kg，全氮含量0.63 g/kg，全磷含量0.27 g/kg，全鉀含量3.62 g/kg，堿解氮含量35.24 mg/kg，速效磷含量5.95 mg/kg，速效鉀含量84.40 mg/kg，pH 值為8.1。取回的土壤風(fēng)干后過(guò)2 mm 篩，充分混勻備用。

供試肥料：腐植酸保水緩釋肥，主要由腐植酸、保水劑、尿素、磷酸二銨、硫酸鉀復(fù)合一體化制成，其有效養(yǎng)分分別為N 10.53%，P2O53.17%，K2O 3.18%；總腐植酸含量15.60%。摻混肥主要由尿素、磷酸二銨、硫酸鉀摻混制成，其有效養(yǎng)分分別為N 31.60%，P2O59.50%，K2O 9.53%。

供試作物：紫花苜蓿（Medicago sativaL.）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)在溫室大棚進(jìn)行，采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，設(shè)7 個(gè)施肥處理，每個(gè)處理4 次重復(fù)。分別為：TF1（低量腐植酸保水緩釋肥，總養(yǎng)分含量為1 克/盆）；TF2（中量腐植酸保水緩釋肥，總養(yǎng)分含量為2克/盆）；TF3（高量腐植酸保水緩釋肥，總養(yǎng)分含量為3克/盆）；TH1（低量摻混肥，總養(yǎng)分含量為1 克/盆）；TH2（中量摻混肥，總養(yǎng)分含量為2 克/盆）；TH3（高量摻混肥，總養(yǎng)分含量為3 克/盆）；CK（對(duì)照，不施肥）。其中，低量養(yǎng)分含量為N 0.625 克/盆，P2O50.188 克/盆，K2O 0.189 克/盆；中量養(yǎng)分含量為N 1.251克/盆，P2O50.377克/盆，K2O 0.378克/盆；高量養(yǎng)分含量為N 1.876 克/盆，P2O50.565 克/盆，K2O 0.567 克/盆。

供試盆缽為聚乙烯塑料盆（30 cm × 27 cm），每盆裝風(fēng)干過(guò)篩土4 kg。將肥料與供試土壤混勻后裝盆，于8 月20 日撒播紫花苜蓿種子（0.5 克/盆），生長(zhǎng)期間根據(jù)實(shí)際情況采用滴灌方式定量澆水，使土壤水分含量保持在田間持水量的70%左右，并經(jīng)常更換盆的位置。

1.3 樣品采集與測(cè)定

收獲時(shí)采集植株樣品，測(cè)定植株株高、產(chǎn)量以及養(yǎng)分含量（全氮、全磷、全鉀），主根長(zhǎng)度、根干重等指標(biāo)。并于收獲后采集土壤樣品，用于測(cè)定土壤容重、含水量、有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量（堿解氮、速效磷和速效鉀）。土壤容重用環(huán)刀法測(cè)定[10]，有機(jī)質(zhì)含量用重鉻酸鉀容量法——外加熱法測(cè)定[10]，植株和土壤養(yǎng)分含量測(cè)定參考鮑士旦的方法[10]。

相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式如下[11]：

肥料利用率（%）=（施肥區(qū)作物吸收養(yǎng)分量-未施肥區(qū)作物吸收養(yǎng)分量）/（肥料施用量×肥料中養(yǎng)分含量百分比）×100%；

肥料貢獻(xiàn)率（%）=（施肥區(qū)作物產(chǎn)量-未施肥區(qū)作物產(chǎn)量）/施肥區(qū)作物產(chǎn)量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用SPSS 18.0 軟件和鄧肯多重比較對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行One-way ANOVA 分析（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐植酸保水緩釋肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由表1 可知，施肥能降低土壤容重，增加堿解氮、速效磷和速效鉀的含量，施用腐植酸保水緩釋肥，還能增加土壤含水量、有機(jī)質(zhì)含量。隨著施肥量的增加土壤容重隨之降低，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量隨之增加。與施用摻混肥相比，施用等量腐植酸保水緩釋肥后，土壤容重表現(xiàn)為TF3處理顯著低于TH3處理，降低了7.44%，TF1和TH1處理間、TF2和TH2處理間均無(wú)顯著差異。土壤含水量增加20.83%～47.22%，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別增加25.03%～62.36%、42.49% ～46.09%、23.67% ～54.1% 和-2.41%～60.29%。其中土壤含水量、有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量均表現(xiàn)為腐植酸保水緩釋肥處理顯著高于摻混肥處理；速效磷和速效鉀含量均表現(xiàn)為TF2處理顯著高于TH2處理、TF3處理顯著高于TH3處理，TF1和TH1處理間無(wú)顯著差異。不同用量的腐植酸保水緩釋肥處理中，TF3處理的容重顯著低于TF1處理，TF3、TF1處理均與TF2處理差異不顯著；TF3處理的有機(jī)質(zhì)顯著高于TF1和TF2處理，TF2處理顯著高于TF1處理；TF3處理的堿解氮顯著高于TF1處理，TF3、TF1處理均與TF2處理無(wú)顯著差異；土壤含水量、速效磷和速效鉀的含量在TF3和TF2處理間無(wú)顯著差異，二者均顯著高于TF1處理。

表1 不同施肥處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響Tab.1 Effects of different fertilization treatments on physical and chemical properties of soil

2.2 腐植酸保水緩釋肥對(duì)紫花苜蓿生長(zhǎng)的影響

由表2 可知，施肥能促進(jìn)紫花苜蓿生長(zhǎng)，且隨著施肥量的增加，紫花苜蓿的株高、產(chǎn)量、主根長(zhǎng)度和根干重逐漸增加。與CK 相比，施用腐植酸保水緩釋肥能顯著提高紫花苜蓿株高和產(chǎn)量，增加主根長(zhǎng)度和根干重，分別增加了13.48%～39.89%、16.47%～67.17%、6.32%～75.94%和1.75%～40.17%。施用腐植酸保水緩釋肥處理對(duì)紫花苜蓿生長(zhǎng)的促進(jìn)效果高于施用摻混肥處理。與施用摻混肥的處理相比，施用等量腐植酸保水緩釋肥的紫花苜蓿株高和產(chǎn)量分別增加了4.39%～14.22%和12.04%～37.86%。其中，株高表現(xiàn)為TF3處理顯著高于TH3處理，TF1和TH1處理間、TF2和TH2處理間均無(wú)顯著差異；產(chǎn)量表現(xiàn)為TF3處理顯著高于TH3處理，TF2處理顯著高于TH2處理，TF1和TH1處理間無(wú)顯著差異。

表2 不同施肥處理對(duì)紫花苜蓿生長(zhǎng)的影響Tab.2 Effects of different fertilization treatments on growth of alfalfa

主根長(zhǎng)度和根干重分別增加了9.87%～18.01%和3.65%～52.74%。其中，主根長(zhǎng)度表現(xiàn)為TF3處理顯著高于TH3處理，TF2處理顯著高于TH2處理，TF1和TH1處理間無(wú)顯著差異；根干重均未表現(xiàn)出顯著差異。不同用量腐植酸保水緩釋肥處理中，TF3和TF2處理株高差異不顯著，但二者均顯著高于TF1處理；產(chǎn)量和主根長(zhǎng)度在TF3、TF2和TF1處理間均存在顯著差異，以TF3處理表現(xiàn)最佳；根干重TF3處理顯著高于TF1處理，TF3、TF1處理均與TF2處理無(wú)顯著差異。

2.3 腐植酸保水緩釋肥對(duì)紫花苜蓿養(yǎng)分吸收的影響

由表3 可知，施肥能促進(jìn)紫花苜蓿對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收，隨著施肥量的增加，紫花苜蓿的氮素、磷素、鉀素養(yǎng)分含量逐漸增加。相同施用量下，紫花苜蓿的氮素、磷素、鉀素養(yǎng)分含量均表現(xiàn)為腐植酸保水緩釋肥處理高于摻混肥處理，氮素、磷素、鉀素養(yǎng)分含量分別增加了10.37%～70.27%、14.11%～18.94%和11.31%～19.58%。其中，紫花苜蓿氮素含量，TF3處理的顯著高于TH3處理，TF1和TH1處理間、TF2和TH2處理間均無(wú)顯著差異；紫花苜蓿磷素含量，TF2處理的顯著高于TH2處理，TF1和TH1處理間、TF3和TH3處理間均無(wú)顯著差異；而紫花苜蓿鉀素含量，TF3處理顯著高于TH3處理，TF2處理顯著高于TH2處理，TF1和TH1處理間差異不顯著。施用腐植酸保水緩釋肥的紫花苜蓿氮素、磷素、鉀素含量均以TF3處理最高。其中，氮素含量在TF2和TF1處理間差異不顯著，但均顯著低于TF3處理；磷素含量在TF2和TF3處理間差異不顯著，但均顯著高于TF1處理；鉀素含量TF3處理顯著高于TF1處理，TF3、TF1處理均與TF2處理無(wú)顯著差異。

表3 不同施肥處理對(duì)紫花苜蓿養(yǎng)分含量的影響Tab.3 Effects of different fertilization treatments on nutrient content of alfalfa %

2.4 腐植酸保水緩釋肥對(duì)紫花苜蓿肥料利用率及肥料貢獻(xiàn)率的影響

由表4 可知，施用摻混肥處理，隨著肥料施肥量的增加，氮、鉀肥利用率先降低后上升，磷肥利用率略有上升，但各處理之間差異均不顯著，表明摻混肥對(duì)肥料利用率沒(méi)有顯著影響。施用腐植酸保水緩釋肥處理中，氮肥利用率以TF3處理最高，且顯著高于TF2和TF1處理；磷肥和鉀肥的利用率均以TF1處理最高，且顯著高于TF2和TF3處理。相同施用量下，與施用摻混肥相比，腐植酸保水緩釋肥中氮、磷、鉀肥利用率顯著提高了0.89 ～2.74 倍、0.48 ～1.83 倍、0.89 ～2.16 倍。

表4 不同施肥處理對(duì)紫花苜蓿肥料利用率及肥料貢獻(xiàn)率的影響Tab.4 Effects of different fertilization treatments on fertilizer utilization rate and fertilizer contribution rate of alfalfa %

紫花苜蓿的肥料貢獻(xiàn)率隨著施肥量的增加而提高，以TF3處理最高，且相同施用量下，施用腐植酸保水緩釋肥處理的肥料貢獻(xiàn)率均顯著高于摻混肥處理，提高了1.13 ～1.40 倍。施肥處理中表現(xiàn)為TH3處理顯著高于TH1處理，TH3、TH1處理均與TH2處理無(wú)顯著差異；TF3、TF2和TF1處理之間均存在顯著差異，從高到低依次為TF3＞TF2＞TF1。

3 討論與結(jié)論

腐植酸是由動(dòng)植物遺骸經(jīng)過(guò)物理化學(xué)反應(yīng)和微生物分解形成的一類大分子有機(jī)物，是土壤有機(jī)質(zhì)的主要組成部分。施用腐植酸直接影響土壤團(tuán)粒形成，增加土壤有機(jī)質(zhì)，有效降低土壤容重。另外，腐植酸具有吸附、螯合、絡(luò)合功能，能夠提高土壤陽(yáng)離子交換量，對(duì)土壤和肥料中有效態(tài)養(yǎng)分具有緩釋作用，減緩尿素分解。因此，施用腐植酸能夠增加土壤速效養(yǎng)分含量，提高肥料利用率[12～14]。腐植酸配施化肥不僅促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育、提升作物產(chǎn)量，還能培肥地力、提高土壤肥效[15～18]。此外，腐植酸保水緩釋肥中的保水劑是一種高分子化合物，可通過(guò)自身保水特性以及土壤學(xué)作用機(jī)制，提高土壤吸水和持水能力，增強(qiáng)土壤保水能力，顯著增加土壤水分含量[4～7]。本研究表明，施用中、高量摻混肥能顯著增加土壤中有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分的含量，不同用量的摻混肥均對(duì)土壤容重和含水量影響不大。而施用腐植酸保水緩釋肥不僅能夠顯著增加土壤中速效養(yǎng)分含量，顯著提高土壤含水量，中、高量腐植酸保水緩釋肥還能顯著增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量，高量腐植酸保水緩釋肥顯著降低土壤容重。與等量摻混肥相比，施用腐植酸保水緩釋肥含水量和有機(jī)質(zhì)含量比摻混肥的分別提高了20.83%～47.22%和42.49%～46.09%，這與肥料中含有的腐植酸有很大關(guān)系。本研究還表明，腐植酸保水緩釋肥能夠促進(jìn)紫花苜蓿生長(zhǎng)，提高其對(duì)速效養(yǎng)分的吸收和利用。與摻混肥相比，施用腐植酸保水緩釋肥的紫花苜蓿株高和產(chǎn)量分別增加了4.39%～14.22%和12.04%～37.86%；氮、磷、鉀養(yǎng)分含量分別增加了10.37%～70.27%、14.11%～18.94%、11.31%～19.58%；氮、磷、鉀肥利用率分別 提高 了0.89 ～2.74 倍、0.48 ～1.83 倍、0.89 ～2.16 倍，肥料貢獻(xiàn)率提高了1.13 ～1.40 倍。這與前人的研究結(jié)果一致。

綜上所述，與施用摻混肥相比，施用腐植酸保水緩釋肥能增加土壤養(yǎng)分含量和水分含量，降低土壤容重，提高紫花苜蓿產(chǎn)量，促進(jìn)紫花苜蓿植株對(duì)速效養(yǎng)分的吸收和利用。其中，腐植酸保水緩釋肥在TF3處理[總養(yǎng)分（N ∶P2O5∶K2O=3.3 ∶1 ∶1）含量為3 克/盆]時(shí)，土壤含水量和養(yǎng)分含量最高，紫花苜蓿產(chǎn)量最高，氮肥利用率和肥料貢獻(xiàn)率最高，可以作為紫花苜蓿施肥的最佳推薦量。