腐植酸控釋摻混肥對玉米產(chǎn)量及土壤肥力的影響研究

尚大朋 孫翠英 付 文 侯占領(lǐng)* 詹 真 史慧芳

1 許昌市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站 許昌 461000

2 許昌市健康土壤保育與腐植酸肥料應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新中心 許昌 461000

3 河南省煙草職工培訓(xùn)中心 許昌 461000

4 許昌金田野肥業(yè)有限公司 許昌 461107

玉米作為我國第一大糧食作物，也是優(yōu)良的飼料、工業(yè)原料和生物質(zhì)能源作物，在保障糧食安全方面承擔(dān)著重要角色[1]。它具有產(chǎn)量高，適應(yīng)性強(qiáng)、需肥量大的特點(diǎn)，因此廣大農(nóng)戶為獲得玉米高產(chǎn)連續(xù)大量施用化肥，不僅浪費(fèi)資源、增加種植成本，而且導(dǎo)致土壤酸化和病蟲害加重等一系列問題。

早在20 世紀(jì)70 年代，我國便開始廣泛使用腐植酸[2]。近年來，腐植酸以其天然環(huán)保的自然屬性和安全可靠的使用價值已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，腐植酸新型肥料推廣應(yīng)用成為化肥生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級和化肥減量增效的重要技術(shù)措施。腐植酸與化肥配合施用不僅能提高氮磷鉀肥料利用率、改善土壤理化性狀，還能刺激作物生長、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[3～7]。利用腐植酸資源開發(fā)的新型腐植酸緩控釋肥，能很好協(xié)調(diào)作物不同生長階段對養(yǎng)分的需求，具有肥效期長且穩(wěn)定的特點(diǎn)[8]，為作物簡化施肥提供了新的思路和途徑[9]。

河南省是全國重要的糧食生產(chǎn)核心區(qū)，生產(chǎn)上迫切需要綠色高效施肥技術(shù)，特別是兼顧耕地保護(hù)與質(zhì)量提升的施肥新技術(shù)。為此，我們以高活性腐植酸為增效載體創(chuàng)制了玉米專用腐植酸控釋摻混肥國家專利產(chǎn)品（ZL201510214957.0）。目前，已有大量腐植酸肥料在提高作物產(chǎn)量、改善土壤理化性狀的相關(guān)研究[10～16]，但在不同土壤類型上多年多點(diǎn)研究腐植酸控釋摻混肥對玉米上的肥效還未見有報道。因此，本試驗(yàn)于2017—2021 年在河南省玉米主產(chǎn)區(qū)開展不同含量腐植酸控釋摻混肥對玉米產(chǎn)量與土壤肥力的影響研究，以期為腐植酸肥料科學(xué)施用和耕地質(zhì)量提升提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在河南省豫中禹州市、襄城縣，豫南南陽市臥龍區(qū)、社旗縣，豫東周口市沈丘縣、太康縣，豫北新鄉(xiāng)市鳳泉區(qū)（表1）。前茬作物為小麥，產(chǎn)量水平為400 ～500 kg/667 m2。

土壤類型涉及褐土、潮土、砂姜黑土等河南省土壤類型。試驗(yàn)前取0 ～20 cm 耕層土壤，其基礎(chǔ)理化性狀為土壤容重1.42 ～1.45 g/cm3，有機(jī)質(zhì)14.6 ～19.8 g/kg，全氮1.01 ～1.19 g/kg，有效磷11.3 ～24.3 mg/kg，速效鉀102.5 ～136.5 mg/kg，pH 值6.6 ～8.2。

1.2 供試材料

供試肥料：許昌金田野肥業(yè)有限公司生產(chǎn)的含量為1%、3%、5%、7%的腐植酸控釋摻混肥（N-P2O5-K2O 24-9-12）和普通氮磷鉀摻混肥（N-P2O5-K2O 24-9-12）。

供試作物：品種為“科玉188”“登海605”“豫單9953”。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)采用一次試驗(yàn)與定位試驗(yàn)相結(jié)合。試驗(yàn)設(shè)5 個處理，分別為：處理1，普通氮磷鉀摻混肥（CK）；處理2，含1%腐植酸的氮磷鉀控釋摻混肥（T1）；處理3，含3%腐植酸的控釋摻混肥（T2）；處理4，含5%腐植酸的控釋摻混肥（T3）；處理5，含7%腐植酸的控釋摻混肥（T4）。3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，每小區(qū)面積100 m2。1%、3%、5%、7%腐植酸含量均為活性腐植酸。各處理均按每667 m2一次性底施50 kg。玉米試驗(yàn)均采用寬窄行（80 cm×40 cm）種植，密度4500 ～5300 株/667 m2，不同區(qū)域供試品種均采用相同密度。其他管理措施一致。

本文重點(diǎn)研究了腐植酸控釋摻混肥中不同含量腐植酸對夏玉米產(chǎn)量及土壤肥力的作用，該肥料的控釋作用將在其他研究成果中闡述。

表1 土壤類型統(tǒng)計表Tab.1 Statistical table of soil types

1.4 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量因子的測定

玉米收獲期每個小區(qū)連續(xù)收獲40 株計產(chǎn)，玉米試驗(yàn)產(chǎn)量結(jié)果均為不同區(qū)域試驗(yàn)所有樣本的平均值。同時，從中選出長勢均勻、具有代表性的10 個玉米穗，進(jìn)行室內(nèi)考種分析，調(diào)查每穗行數(shù)、列數(shù)，并得到每穗粒數(shù)；全部脫粒后，每個小區(qū)數(shù)3 個100 粒，平均計算得到百粒重。

1.4.2 土壤采集與測定

玉米收獲后，采集0 ～20 cm 土樣，放室內(nèi)自然風(fēng)干后，測定土壤養(yǎng)分含量。土壤全氮采用自動定氮儀法；有效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法；速效鉀采用乙酸銨浸提火焰光度計法；土壤有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀容量法；土壤容重采用環(huán)刀法。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

產(chǎn)值（元）=單位面積產(chǎn)量（kg）×試驗(yàn)?zāi)甓扔衩资袌鰞r格平均值（元/kg）。

總投入（元）=單位面積化肥、種子、農(nóng)藥、機(jī)械、人工等投入。

純收益（元）=產(chǎn)值－總投入。

采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 21.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Origin 8.1 軟件繪圖，采用Duncan 法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對玉米農(nóng)藝性狀的影響

由表2 可以看出，腐植酸控釋摻混肥在不同區(qū)域、不同土壤類型、不同品種上的影響趨勢一致。各施肥處理在不同區(qū)域、不同土壤類型上對不同玉米品種穗長、畝穗數(shù)的影響無明顯差異。除豫東外，其他區(qū)域T1 ～T4 處理均能有效降低玉米禿尖。在穗粒數(shù)方面，除豫東外，其他區(qū)域T2 ～T4處理均顯著大于CK，穗粒數(shù)提高18.7 ～49.3 粒；除豫中外，其他區(qū)域T1 ～T4 處理間差異不顯著。腐植酸控釋摻混肥對玉米百粒重的影響最大，在不同區(qū)域均表現(xiàn)為T1 ～T4 處理顯著大于CK，百粒重提高1.03 ～3.56 g，百粒重T2、T3、T4 與T1差異均達(dá)到顯著水平，但T3、T4 差異間不顯著。就腐植酸對不同玉米品種百粒重影響而言，豫中褐土區(qū)和豫東砂姜黑土區(qū)“科玉188”百粒重分別提高1.54～3.18 g、1.03～3.08 g，豫南砂姜黑土區(qū)“登海605”百粒重提高1.23 ～3.56 g，豫北潮土區(qū)“豫單9953”百粒重提高1.37 ～2.52 g。

表2 不同處理對玉米農(nóng)藝性狀的影響Tab.2 Effects of different treatments on maize agronomic characters

2.2 不同處理對玉米產(chǎn)量的影響

從圖1 可以看出，在河南省不同區(qū)域、不同土壤類型、不同品種條件下，腐植酸控釋摻混肥（T1 ～T4）均能較大幅度提高玉米單產(chǎn)，且增產(chǎn)趨勢高度一致，均達(dá)顯著水平。與普通氮磷鉀摻混肥（CK）相比，豫中褐土區(qū)“科玉188”增產(chǎn)46.6 ～166.7 kg/667 m2，增幅6.76%～24.16%；豫南、豫東砂姜黑土區(qū)“登海605”增產(chǎn)40.1 ～130.9 kg/667 m2、增幅6.81%～22.22%，“科玉188”增產(chǎn)57.1 ～145.5 kg/667 m2、增幅8.21%～20.92%；豫北潮土區(qū)“豫單9953”增產(chǎn)55.8 ～125.6 kg/667 m2，增幅8.43%～18.97%。

從多年多點(diǎn)試驗(yàn)表現(xiàn)來看，各施肥處理間產(chǎn)量差異不同，T4 產(chǎn)量最高、增產(chǎn)幅度最大。不同區(qū)域T3、T4 處理顯著大于T1、CK 處理，但T3、T4 處理間產(chǎn)量差異不顯著，說明達(dá)到一定程度后繼續(xù)增加腐植酸含量，對玉米產(chǎn)量的提升不顯著。

2.3 不同處理對玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響

從表3 可以看出，在河南省主要玉米產(chǎn)區(qū)，腐植酸控釋摻混肥均能實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收。與CK 相比，腐植酸控釋摻混肥（T1 ～T4）處理能夠顯著提高玉米種植效益。其中，豫中褐土區(qū)玉米增收76.0 ～263.4 元/667 m2，豫南砂姜黑土區(qū)玉米增收62.6 ～200.5 元/667 m2，豫東砂姜黑土區(qū)玉米增收97.7 ～219.8 元/667 m2，豫北潮土區(qū)玉米增收95.0 ～191.1 元/667 m2。從區(qū)域表現(xiàn)來看，豫中褐土區(qū)、豫東砂姜黑土區(qū)T4 經(jīng)濟(jì)效益最高，豫南砂姜黑土區(qū)、豫北潮土區(qū)T3 經(jīng)濟(jì)效益最高。

圖1 不同處理對玉米產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of different treatments on maize yield

表3 不同處理對玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響Tab.3 Effects of different treatments on maize economic benefits

表3 續(xù)

2.4 不同處理對土壤理化性狀的影響

2.4.1 不同處理對土壤容重的影響

由表4 可以看出，各處理土壤容重隨著腐植酸施用量的增加呈減小趨勢，與普通氮磷鉀摻混肥（CK）處理相比，T1 ～T4 處理的土壤容重降低0.69%～9.86%。其中，豫中褐土降低0.69%～5.56%，豫南砂姜黑土降低0.69%～4.86%，豫東砂姜黑土降低2.07%～6.90%，豫北潮土降低0.70%～9.86%。不同區(qū)域、不同土壤類型均以T4 降低最多。

2.4.2 不同處理對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

由表4 可以看出，與CK 相比，不同區(qū)域、不同土壤類型區(qū)各腐植酸控釋摻混肥處理（T1 ～T4）土壤有機(jī)質(zhì)均有不同程度的提高。豫中褐土區(qū)有機(jī)質(zhì)提高1.44%～8.29%，豫南砂姜黑土區(qū)有機(jī)質(zhì)提高2.58%～9.76%，豫東砂姜黑土區(qū)有機(jī)質(zhì)提高3.40%～8.58%，豫北潮土區(qū)有機(jī)質(zhì)提2.92%～11.33%。其中，豫中褐土、豫南砂姜黑土、豫北潮土均以T4 處理提高最多，豫東砂姜黑土以T3 處理提高最多。

2.4.3 不同處理對土壤全氮的影響

由表4 可以看出，與CK 相比，不同區(qū)域、不同土壤類型區(qū)各腐植酸控釋摻混肥處理（T1 ～T4）土壤全氮均有不同程度的提高。豫中褐土區(qū)土壤全氮提高0.99%～4.95%，豫南砂姜黑土區(qū)土壤全氮提高2.86%～7.62%，豫東砂姜黑土區(qū)土壤全氮提高1.91%～4.76%，豫北潮土區(qū)土壤全氮提7.21%～11.71%。其中，豫中褐土、豫南砂姜黑土、豫北潮土均以T4 處理提高最多，豫東砂姜黑土以T3、T4 處理提高最多。

2.4.4 不同處理對土壤有效磷的影響

由表4 可以看出，與CK 相比，不同區(qū)域、不同土壤類型區(qū)各腐植酸控釋摻混肥處理（T1 ～T4）土壤有效磷均有不同程度的提高，T4 處理提高最多。其中，豫中褐土提高1.3 ～1.8 mg/kg、增幅11.50%～15.93%，豫南砂姜黑土提高1.6 ～2.6 mg/kg、增幅13.01%～21.14%，豫東砂姜黑土提高0.30 ～2.1 mg/kg、增幅1.24%～8.64%，豫北潮土提高0.80 ～1.8 mg/kg、增幅4.68%～10.53%。

2.4.5 不同處理對土壤速效鉀的影響

由表4 可以看出，與CK 相比，腐植酸控釋摻混肥處理（T1 ～T4）土壤速效鉀均有不同程度的提高。其中，豫中褐土、豫南砂姜黑土T3 處理提高最多，豫東砂姜黑土、豫北潮土T4 處理提高最多。

表4 不同處理對土壤理化性狀的影響Tab.4 Effects of different treatments on soil physicochemical characters

3 討論

3.1 不同腐植酸含量控釋肥對玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

前人研究表明，施用腐植酸可以顯著提高作物產(chǎn)量[17～19]。李亞靜[20]研究表明，尿素配施4%腐植酸處理下，玉米的千粒重和穗粒數(shù)最高，增產(chǎn)效果最好。李金鑫等[21]研究顯示，在相同施肥條件下，施用腐植酸處理的穗粒數(shù)和千粒量均高于常規(guī)肥料處理。在本研究中，同一配方腐植酸控釋肥在不同區(qū)域、不同土壤類型、不同玉米品種上均表現(xiàn)出良好的增產(chǎn)、創(chuàng)高產(chǎn)效應(yīng)。隨腐植酸含量增加，穗粒數(shù)、百粒重先增加后趨于平緩，說明腐植酸含量達(dá)到一定程度后其增產(chǎn)增效效應(yīng)減弱，是因?yàn)楦菜釢舛冗^高會對玉米生長起抑制作用[22]。腐植酸控釋肥養(yǎng)分釋放與玉米生長需求吻合度更高，有利于通過簡化施肥獲得穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)[23]，同時也表明腐植酸控釋肥具有廣泛的適宜性和創(chuàng)高產(chǎn)性。

3.2 不同腐植酸含量控釋肥對不同質(zhì)地土壤理化性狀的影響

土壤理化性狀是判斷土壤肥力的主要依據(jù)，對作物的生長發(fā)育具有重要影響[24，25]。大量研究表明，腐植酸可以有效降低土壤容重，提高土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量[26～28]。在一定范圍內(nèi)，腐植酸控釋肥中腐植酸含量越高，對土壤容重降幅越大，土壤越疏松，越有利于作物生長發(fā)育。李麗等[29]研究結(jié)果顯示，腐植酸能顯著提高磷的有效性，有效抑制土壤對磷的固定。本試驗(yàn)在施用腐植酸控釋肥后土壤容重降低0.69%～9.86%，有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀分別提高1.44%～11.33%、0.99% ～11.71%、1.24% ～21.14%、1.47%～7.73%，與劉燦華[30]、姜佰文等[31]研究結(jié)果一致，即無機(jī)化肥配施腐植酸能有效提升土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀等養(yǎng)分含量。由于土壤腐植酸含量的增加，在一定程度上對土壤脲酶的活性產(chǎn)生抑制作用，降低了尿素的分解速度，增加了氮肥有效性[32，33]。

4 結(jié)論

腐植酸控釋摻混肥能顯著增加玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，產(chǎn)量提高6.76%～24.16%，增收62.6 ～263.4 元/667 m2。同時還能夠持續(xù)改善土壤理化性狀，提高化肥利用效率，為化肥減量增效和玉米一次施肥提供了可靠技術(shù)物化保障。腐植酸控釋摻混肥省工減肥、增產(chǎn)增效、綠色高產(chǎn)、培肥環(huán)保多目標(biāo)協(xié)同，從源頭上解決了種地養(yǎng)地矛盾，破解了高產(chǎn)施肥與環(huán)境保護(hù)難題，從而保證了環(huán)境友好、耕地健康，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，考慮到不同作物品種、環(huán)境、腐植酸來源等因素的研究較少，后續(xù)仍需在這些方面進(jìn)行更多的探究。