滴施不同水溶肥对玉米产量形成的影响

梁 飞，王国栋，王克全，尤琦英，郭 斌，张 磊，曾胜和

(1.长安大学环境科学与工程学院，陕西 西安 710064； 2. 新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所, 新疆 石河子 832000；3. 新疆农垦科学院作物研究所,新疆 石河子 832000;4. 农业部作物高效用水石河子科学观测实验站,新疆 石河子 832000；5. 长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室，陕西 西安 710064)

关键字:水溶肥;玉米;滴灌施肥;配方肥;产量

玉米是粮食、饲料、加工、能源多元用途作物，被誉为21世纪的“谷中之王”，2001年玉米已经成为全球第一大粮食作物。2013年，玉米已经超过稻谷成为我国第一大粮食作物，产量占我国粮食总产量的38.9%，在我国农业生产及国民经济中有举足轻重的作用[1]。2006-2013年，新疆兵团六次打破我国玉米高产纪录，从17 175.3 kg·hm-2一直增加到22 676.1 kg·hm-2；2012年新疆平均玉米产量6 915 kg·hm-2，较全国平均增产1 050 kg·hm-2[2]。玉米膜下滴灌是将覆膜种植技术与滴灌技术相结合的一种新的灌水技术。滴灌是一种节水的灌水技术，高频度的灌溉、缓慢的施加少量的水作用于作物的根部[3-4]；由于滴灌随水施肥的特点，养分也集中分布在由滴水形成的湿润体内，在50 cm土层以下养分含量显著降低[5]。目前滴灌玉米在15 000～18 000 kg·hm-2产量水平下，生育期间田间灌溉定额由原来漫灌的7 200～9 000 m3·hm-2, 减少到4 200～5 400 m3·hm-2, 节水40%左右[3,6]；生育期间氮磷钾肥用量分别为300～450、75～135、45～75 kg·hm-2的范围内，氮磷钾的利用率分别较漫灌条件下常规施肥提高20%、10%、15%以上，整体节肥达15%～25%[3,7-9]。

随着灌溉施肥技术的推广与普及，滴灌水溶肥越来越多地被农民采用。水溶肥即水溶性肥料，是一种完全溶于水的速效多元复合肥料，它的营养元素比较全面，且根据不同作物的需肥特点相应的肥料有不同的配方，能迅速地溶解于水中，更易被作物吸收，且吸收利用率较高，近年来广泛应用于灌溉施肥[10]。国内新型水溶肥料发展起步较晚，但近年来随着现代农业、无公害农业等迅速发展，人们对绿色食品的关注，原料、能源的日趋紧张，更高效率、更少消耗、更低排放的新型水溶肥料已逐渐被农民接受和应用[11]。目前，我国已有大量元素水溶肥料、中量元素水溶肥料、微量元素水溶肥料、含氨基酸水溶肥料和含腐植酸水溶肥料5类标准，有机水溶肥的标准还未出台。为了探索不同类型水溶肥对滴灌玉米生产的影响，本文通过不施肥、专利配方施肥、酸性磷肥、氨基酸粉、腐植酸钾、水溶性纳米有机肥和含氨基酸水溶肥8个处理6种新型水溶肥料试验，以期为干旱区滴灌玉米合理施用新型水溶肥提供科学依据，为进一步完善滴灌玉米水肥调控理论提供基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 试验区基本情况 于2016年5—10月在新疆石河子市的新疆农垦科学院农业部作物高效用水石河子科学观测实验站(45°38′N，86°09′E)进行。研究区域位于天山北麓的冲积扇平原，属于典型的温带大陆性气候，年均气温6.5～7.2℃，年平均降雨量115 mm、蒸发量1 942 mm，蒸降比16.9>10。试验土壤为灌耕灰漠土，耕层土壤有机质7.14 g·kg-1，碱解氮34.30 mg·kg-1，速效磷18.0 mg·kg-1，速效钾130.50 mg·kg-1，pH值为8.2，土壤容重1.67 g·cm-3，田间持水量17.7%。

1.1.2 供试玉米 郑单958，河南农科院育成的品种。

1.1.3 供试肥料 ① 尿素：N>46.4%，颗粒，新疆心连心能源化工有限公司生产；②磷酸一铵：N>12%，P2O5>61%，粉剂，成都尼达罗农业科技有限公司生产；③磷酸脲：N>17%，P2O5>44%，粉剂，成都尼达罗农业科技有限公司生产；④硫酸钾：K2O>51%，粉剂，国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司生产；⑤腐植酸钾：含腐植酸>55%，K2O>12%，粉剂，山西美邦大富农科有限公司生产；⑥氨基酸粉：基酸>50%，氮>18，有机质>40%，粉剂，北京傲禾测土肥业连锁有限公司生产；⑦水溶性纳米有机肥：纳米级有机质>60%，氮磷钾>12%，溶液，南宁汉和生物科技股份有限公司生产；⑧含氨基酸水溶肥：氨基酸>130 g·L-1，氮>50 g·L-1，钾>80 g·L-1，磷>20 g·L-1，锌>50 g·L-1，硼>10 g·L-1，溶液，海南冠植丰生物科技有限公司生产；⑨专利配方施肥：由3组不同养分含量的专用肥配方构成，滴灌玉米专用肥Ⅰ：(36-8-6)、滴灌玉米专用肥Ⅱ：(32-15-6.5)、滴灌玉米专用肥Ⅲ：(33-14-6)，配方中氮肥来源为尿素，磷肥来源为磷酸一铵和磷酸脲按比混合，钾肥来源为腐殖酸钾、氯化钾和硫酸钾按比例混合，另外配方中根据不同生育时期添加不同量的氨基酸锌、硼砂、硫酸锰、络合铁等中微量元素。

1.2 试验设计

试验设8个处理：酸性磷酸脲(UP)，代号X1；氨基酸粉，代号X2；腐植酸钾，代号X3；水溶性纳米有机肥，代号X4；含氨基酸水溶肥，代号X5；含氨基酸水溶肥半量处理，代号X6；专利配方施肥[12-13]，代号X7；不施肥(对照CK)，代号X8。除对照外，其他各处理氮磷钾投入量相同，具体肥料用量、灌水施肥时间、灌水量和肥料施用次数按照生育期进行分配(见表1)；随机区组设计，重复3次，共24个小区，每个小区110m2(5.5 m×20 m)。播种采用30 cm+80 cm不等行距，1膜1管2行种植模式，每公顷126 000株；采用内镶式2.0 L·h-1出流量滴灌带灌溉，灌水量均为4 800 m3·hm-2，且每次各小区灌溉量保持一致，滴灌处理采用单独施肥装置，分别装有独立的水表，灌水量由供水支管与毛管连接处的水表与阀门共同控制，满足试验要求。其它管理措施与普遍采用的生产管理模式保持一致。

表1 施肥灌水处理Table 1 Treatments of fertilizing and irrigation

1.3 测定项目及方法

1.3.1 植株生长发育指标测定 出苗率：每个小区选固定的4段5 m，以幼苗胚芽鞘露出表土2 cm 以上为标准，分别于出苗水灌溉后7天和14天，记录出苗量，统计田间出苗率。株高：土面量至(雄穗)顶端的高度，每个处理取10株测定后取平均值;叶片数：记录单株全部展开叶和未展开叶，每个处理取10株测定后取平均值;叶面积指数测定：每个小区选生长一致的玉米10株，测量绿叶叶面积;叶面积=长×宽×0.75 ，LAI=单株叶面积×单位土地面积内株数/单位土地面积;叶绿素值测定：采用SPAD-502叶绿素仪(Minolta，JPN)测定，在田间小区每处理随机连续选取10株玉米的苞叶进行测定，取均值;干物质：在各生育期每个处理取地上植株4株 ，在实验室洗净烘干，按器官(穗、茎秆和叶片)分类，105℃杀青，80℃烘干，称取生物量。

1.3.2 产量及产量构成因素测定 籽粒成熟期测产 ，每小区取出20个果穗称鲜重并带回风干，风干后考种，折标准水(14%)计算单位面积产量，调查其有效株数、穗数、穗粒数、穗列数、千粒重，分析产量构成因素。

1.3.3 干物质转移量、干物质转移效率和转移干物质对籽粒的贡献率计算

干物质转移量 DMT=开花期茎叶干物质量-成熟期茎叶干物质量；

干物质转移效率(%)DMTE=干物质转移量/开花期茎叶干物质量×100；

干物质转移量对籽粒贡献率(%)DMTP =干物质转移量/籽粒产量×100。

1.4 数据处理与分析

数据均采用SPSS 16.0与Excel 2007进行分析，Sigma Plot进行绘图，用LSD进行多重比较确定差异的显著性。

2 结果与分析

2.1 不同水溶肥对玉米生长的影响

由图1看出，在播种后滴施不同类型水溶肥，各处理一周和两周的出苗情况差异较大；一周后氨基酸粉(X2)和腐植酸钾(X3)处理的出苗率分别达到56.4%和50.7%，显著高于其他处理(P<0.05)；两周后X1、X2、X3和X4处理的出苗率均超过90%，显著高于专利配方施肥和不施肥处理，X3处理的出苗率最高，达到92.9%，X1、X2和X3处理显著高于其他处理。水溶肥对玉米株高影响在不同时期存在一定差异，生育前期活性炭、氨基酸和腐殖酸钾处理较高；生育中后期含氨基酸水溶肥和专利配方施肥较高。滴水后2周活性炭处理最高，显著高于其他处理；滴水后第3、4周氨基酸和腐植酸钾处理最高，显著高于其他处理；滴水后第6、8周和开花期，含氨基酸水溶肥半量处理(X6)株高最高，显著高于其他处理；开花期专利配方施肥处理最高，显著高于其他处理；不施肥处理的株高最低。玉米叶面积指数(LAI)，专利配方施肥处理最高，其次为含氨基酸水溶肥，均与不施肥和酸性磷酸脲处理达到显著性差异；其他处理间差异不显著。拔节期专利配方施肥与含氨基酸水溶肥半量处理(X7、X6)SPAD最小，不施肥处理最高，显著高于其他处理；开花期腐植酸钾、专利配方施肥和氨基酸处理的SPAD值显著高于磷酸脲和不施肥处理。总体而言，氨基酸、腐植酸、水溶性纳米有机肥和酸性磷酸脲有利于玉米出苗，不同肥料对玉米株高影响与生育期有关，专利配方施肥处理的叶面积指数相对较高，SPAD值与玉米生育期有关，但开花期腐植酸钾和氨基酸有利于增加玉米叶绿素含量。

2.2 不同水溶肥对玉米产量构成因素的影响

由表2看出，施用相同的氮磷钾条件下，玉米产量表现为：X7>X6>X5>X4>X3>X1>X2>X8；除了X1和X2外其他处理均显著高于不施肥处理，增产幅度为24.3%～46.5%；X6、X7、X5处理显著高于X1、X2和不施肥处理(X8)。就产量结构而言，X6、X7处理的穗长、穗粗和穗行数显著高于其他处理；X5处理穗长显著高于不施肥处理，其他处理间无显著差异；X5和X3处理穗长显著高于X1和不施肥处理，X4处理穗长显著高于不施肥处理，其他处理间穗长无显著差异；X7处理穗列数显著高于X1、X2、X3、X4和不施肥处理，除了X1处理外，其他处理穗列数均显著高于不施肥处理；X5处理显著高于X3、X4和不施肥处理，X1处理显著高于不施肥处理，其他处理间显著性差异；千粒重表现为：X7>X6>X3>X4>X2>X5>X1>X8，其中X3、X4、X6、X7处理千粒重显著高于X1和不施肥处理，X2和X5处理显著高于不施肥处理，其他处理间显著性差异。总体而言，含氨基酸水溶肥和专利配方施肥有利于玉米产量增加，产量结构特征的趋势与产量一致。

图1 不同水溶肥处理玉米出苗率、株高、LAI和SPAD值的变化Fig.1 Effects of the different water soluble fertilize on seedling emergence, plant height, LAI and SPAD

表2 滴施不同水溶肥处理玉米的产量与产量结构Table 2 Effects of the different water soluble fertilize on maize yield and yield composition

注：同一列不同字母表示处理间在P<0.05水平下差异显著。

Note: Different letters indicate significant difference inP<0.05 level in the same column.

2.3 滴施不同水溶肥对玉米干物质累积和转移的影响

玉米干物质积累是判断玉米营养状况的主要指标之一，也是衡量玉米水肥管理好坏的重要指标。拔节期总生物量表现为：X7>X5>X6>X3>X4>X1>X2>X8，专利配方施肥的叶片、茎秆与生物量均为最高，显著高于其他处理，X5处理显著高于不施肥处理，其他处理间差异不显著；开花期总生物量表现为：X7>X6>X5>X4>X2>X1>X3>X8，专利配方施肥X7的穗、茎秆与总生物量均为最高，X5处理的叶片量最高，均显著高于不施肥处理；成熟期总生物量表现为：X2>X6>X7>X4>X3>X5>X1>X8，氨基酸处理(X2)的穗部生物量最高，含氨基酸水溶肥半量处理(X6)的叶片生物量最大，专利配方施肥的茎秆生物量最高(图2)。玉米开花期和成熟期茎叶干物质累积量分别占总生物量的48.6%～60.5%和31.7%～42.9%(表3)。从干物质转移量、转移效率及对籽粒贡献率来看，X5处理的干物质转移量和干物质转移量对籽粒贡献率最高，显著高于专利配方施肥处理(X7)，其他处理间未达到显著性差异；X5、X4处理的转移效率显著高于专利配方施肥处理(X7)，其他处理间未达到显著性差异；可见，干物质转移对籽粒贡献率可达18.5%～43.36%，表明不同类型水溶肥均可以促进干物质转移。

图2 不同水溶肥处理下的玉米生物量Fig.2 The biomass under different water soluble fertilize

表3 不同水溶肥处理下的玉米开花前干物质累积和转移Table 3 Dry matter accumulation and transferring before flowering under different water soluble fertilize

3 讨 论

营养元素缺乏和不均衡供给会成为土壤养分限制因子和潜在限制因子，影响土壤—作物系统养分收支平衡，对作物高产、稳产构成严重威胁，应该引起足够重视[14]。前人研究表明：氮磷钾及中微量元素之间具有相互促进的作用，一种元素的缺乏会影响玉米对其它元素的吸收利用[15]；氮、磷、钾养分作为作物生长发育的三大养分资源，其吸收、同化与转运直接影响着作物的生长发育状况，平衡施肥对玉米穗长及百粒重也有明显的提高作用，从而影响作物的产量[16]。本研究表明：与专利配方施肥相比，其他功能性肥料能够提高滴灌玉米发芽率，促进玉米前期生长；但专利配方施肥在第一水灌溉后能够促进玉米生长，提高玉米的叶面积与干物质累积，能够显著提高玉米产量。

研究表明，滴施氨基酸粉和腐植酸钾后玉米出苗快，出苗率高；滴施磷酸脲不能提早玉米出苗，但能提高出苗率；专利配方施肥在提高玉米出苗速度及出苗率中均未表现出优势。这是由于新疆土壤普遍呈碱性，氨基酸、腐植酸具有刺激植物生长、增强植物抗逆性等功效[14]，因此氨基酸和腐植酸处理有利于玉米出苗，具有络合、离子交换、活化等作用，可以降低土壤中钠离子对玉米种子的胁迫[17]，从而提高玉米出苗率；磷酸脲施入土壤，能够有限降低根区土体或者土壤微区的pH值，改变土壤离子平衡，从而起到改善土壤理化性质、改良土壤结构、促进作物生长等作用[18]，因此磷酸脲处理玉米出苗率也较高；而本研究中专利配方施肥中未设置出苗专用肥配方(新的配方中已经改进)，滴灌玉米专用肥Ⅰ中腐殖酸钾与磷酸脲含量均较低，因此专利配方施肥处理的出苗率及前期生长情况未表现出明显优势。专利配方施肥对玉米株高、叶面积与干物质累积的影响主要从拔节期开始，这可能是因为本研究采用了专利中“延迟第一水灌溉时间，合理蹲苗，促进滴灌玉米根系合理构型”这一技术，而该技术对应的各生育期土壤含水量控制(灌溉量)和养分用量均与本研究的专利配方施肥处理相一致。专利配方施肥根据玉米各生育期水分需求规律设计了不同的土壤含水量控制下限，根据玉米不同生育期对养分需求规律及特性，按照不同比例将尿素、磷酸一铵、磷酸脲、腐殖酸钾、硫酸钾、氯化钾混合形成的适应于玉米拔节期施用的玉米滴灌专用肥Ⅰ、小喇叭口期至抽穗期施用的玉米滴灌专用肥Ⅱ、开花期至乳熟期施用的玉米滴灌专用肥Ⅲ；另外，专利配方中根据玉米不同生育期对中微量元素的需求，添加了不同比例的氨基酸锌、硼砂、硫酸锰、络合铁等中微量元素。专利施肥技术实现了玉米需肥与供肥的统一；该专利配方将滴灌玉米的水肥管理技术系统化和模式化，可根据玉米的需水、需肥规律适时、适量地持续供应玉米生长所需的水分和养分，降低了田间蒸发、氮素气态损失和养分的土壤固定，有效地提高了水肥的效率，解决了作物生长中后期的脱肥脱水造成的早衰问题；另外玉米生育后期，氮磷钾及中微量元素合理配施能有效地促进玉米植株生育前期总生物量的积累，提高生育后期叶片和茎秆的物质转移能力，提高光合产物向生殖器官的分配能力[19]，为高产打下物质基础。

4 结 论

1)滴施不同类型水溶肥显著影响玉米出苗率，但功能性肥料能够促进滴灌玉米发芽率。滴施氨基酸粉和腐植酸钾后玉米出苗快，出苗率高，滴施磷酸脲加快玉米出苗，但能提高出苗率。

2)专利配方施肥能促进玉米生长，提高玉米的叶面积与干物质累积，但干物质转移量、转移效率及对籽粒贡献率相对较低。

3)专利配方施肥能够显著提高玉米产量。施用等量的氮磷钾条件下，玉米产量表现为：专利配方施肥>半量含氨基酸水溶肥>含氨基酸水溶肥>水溶性纳米有机肥>腐植酸钾>酸性磷酸脲>氨基酸粉>不施肥，除了磷酸脲和氨基酸粉外其他处理均显著高于不施肥处理，增产幅度为24.3%～46.5%。

综上所述，在北疆滴灌玉米生产中，要结合玉米的需水、需肥规律适时、适量地持续供应玉米生长所需的水分和养分，尤其要注意氮 、磷 、钾肥的平衡施用和中微量元素的配合施用；制定系统化和模式化的滴灌玉米水肥管理方案，解决了作物生长中后期的脱肥脱水造成的早衰问题，实现滴灌施肥条件下玉米生产的高产、优质、节水、节肥以及水肥资源高效的目的。