贵州春玉米产量与养分利用及土壤肥力对新型缓/控释肥料的响应

谢婷婷, 肖厚军, 赵 欢*, 秦 松, 芶久兰, 赵堂甫, 胡 岗,赵伦学, 何成兴, 张 萌, 魏全全

(1.贵州省农业科学院 土壤肥料研究所/农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测实验站， 贵州 贵阳 550006； 2.贵州大学 农学院， 贵州 贵阳 550006； 3.黔西县农牧局， 贵州 黔西 553000； 4.云南省农业科学院 农业环境资源研究所， 云南 昆明 650205)

贵州属于典型的喀斯特地貌，是世界三大喀斯特集中分布区之一[1]，山地和丘陵占全省总面积的92.5%，土地肥力较低、耕地零散等制约了贵州农业生产的发展。缓/控释肥作为一种新型肥料，可通过改变化肥本身的性质来提高肥料的利用率[2-3]，其最大优势是可以使养分释放与作物吸收同步，简化施肥技术，实现一次性施肥即可满足作物整个生长期的养分需要[4-5]。近年来，生物质炭基肥作为一种新型肥料被广泛关注，研究发现，生物炭含碳率高，孔隙结构丰富，比表面积大，施入土壤后可以改善土壤结构，提高作物产量[6-7]，从而促进农业增产增收。施用新型缓释肥料对贵州山地农业生产较普通化肥具有更明显的优势，对于保障粮食安全与提高农产品质量具有重要意义。目前已有大量研究探讨了不同施肥对玉米产量、干物质积累及肥料利用率的影响[8-13]。研究表明，与相同养分量的普通化肥相比，缓/控释肥能够提高肥料的利用效率和作物产量[14-16]。周宝元等[17]研究表明，与传统施肥方式相比，施用缓/控释肥可以提高玉米的产量及氮素利用效率。肖强等[18]研究发现，缓释肥料对冬小麦和夏玉米具有明显的增产效果，同时还能提高作物中的蛋白质含量。生物炭基肥不仅可以弥补生物炭养分不足的缺点，还具有肥料的缓释功能[19]。然而生物炭基肥在春玉米高产栽培的新型缓/控释肥料筛选中却鲜见报道。为此，通过研究生物炭基肥及其他新型肥料对玉米产量、产量构成要素、生物性状、养分吸收量、肥料利用率及土壤肥力的影响，旨在筛选出适合贵州春玉米高产栽培的高效新型缓/控释肥料应用于生产。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年4月28日—9月10日在贵州省毕节市黔西县永燊乡(东经106°07′47″，北纬27°00′25″)进行。试验地前茬作物为玉米，冬闲。土壤类型为贵州典型地带性粘性黄壤，土壤基础理化性质为pH 6.23、有机质20.7 g/kg、全氮1.98 g/kg、全磷0.44 g/kg、全钾22.8 g/kg、碱解氮190 mg/kg、有效磷8.1 mg/kg、速效钾125 mg/kg。

1.2 供试材料

供试肥料5种，分别为普通复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)、稳定性缓释肥(N∶P2O5∶K2O=22∶8∶10)、金正大树脂包模型控释肥(N∶P2O5∶K2O=28∶5∶9)、硝基复合肥(N∶P2O5∶K2O=20∶18∶10)和自制炭基肥(N∶P2O5∶K2O=12∶6∶11)，其中，前4种肥料均为市购，自制炭基肥由贵州省农业科学院土壤肥料研究所自制。自制炭基肥是利用SKJ-120型平磨式挤压造粒机(上海佳乐机电集团有限公司)挤压造粒制备而成，规格为1～2 cm圆柱状，原料为尿素、磷酸一铵、硫酸钾、玉米秸秆生物炭、膨润土和固体粘结剂。供试玉米品种为靖丰8号，由曲靖靖丰种业有限责任公司选育。

1.3 试验设计

以玉米种植中的施用肥料种类为处理对象，共设6个处理，T1(CK1)，不施肥；T2(CK2)，当地习惯施肥；T3，稳定性缓释肥；T4，金正大控释肥；T5，硝基复合肥；T6，自制炭基肥。T2～T6处理NPK养分投入量相等，均按N 318 kg/hm2、P2O599 kg/hm2、K2O 95.6 kg/hm2施用，不足的用单质肥料补充，具体施肥量见表1。施肥统筹：当地习惯施肥(T2)的氮肥按4∶2∶4进行基追施(基肥40%，玉米拔节期第1次追肥20%，玉米大喇叭口期第2次追肥40%)，其余处理一次性作基肥施用。小区面积24 m2，随机区组设计，3次重复。玉米种植密度3 335株/667m2，每小区120株。玉米播种时间2018年4月28日，5月6日移栽，6月1日第1次追肥，第2次追肥时间6月30日，收获时间为2018年9月10日。

1.4 测定项目

1.4.1 土壤理化性状 玉米收获后，采集耕层0～20 cm的土壤，采用pH计法(水土比2.5∶1)测定土壤pH，重铬酸钾外加热法测定有机质含量，半微量凯氏法测定全氮含量，碱解扩散法测定碱解氮含量，NaHCO3法测定有效磷含量，火焰光度法测定速效钾含量。

1.4.2 玉米植株性状与产量 在玉米收获期采集5株有代表性的植株，测定玉米株高、穗位高、茎粗、穗长、穗粗、秃尖、穗行数和行粒数等指标，然后取玉米茎、叶、籽粒烘干后进行养分含量测定。产量按照收获期各小区单打单收计产。

1.4.3 玉米养分含量 玉米植株与籽粒的全氮、全磷、全钾均先采用H2SO4·H2O2消煮，再采用凯氏法测定氮含量，钒钼蓝比色法测定磷含量，火焰光度法测定钾含量。

1.4.4 养分累积量及肥料利用效率 地上部养分累积量=植株鲜重×(1-水分系数)×养分含量；肥料利用率=(施肥处理玉米地上部某养分累计量-不施肥处理玉米地上部相应养分累计量)/施肥处理相应养分施用量×100%。

1.5 数据处理

采用Excel 2010进行数据基本运算，SPSS 22进行统计分析，Origin Pro 8制作图表。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理的玉米产量

研究表明，与T1(CK1，不施肥)相比，T2～T6处理产量提高701～1 848 kg/ hm2，增幅为8.91%～19.43%，且差异达显著水平。与T2(CK2，当地习惯施肥)相比，T3～T6处理(4种缓释肥)玉米产量提高699～1 147 kg/hm2，增幅为8.15%～13.39%，其与T2差异达显著水平。由图1看出，4种缓/控释肥的增产效应为硝基缓释肥>炭基肥>金正大包膜缓释肥>稳定性缓释肥，但4种缓释肥间差异未达显著水平。表明，施用新型肥料(稳定性缓释肥、金正大树脂包模型控释肥、硝基复合肥和炭基肥)对玉米产量的提升效果显著高于当地习惯施肥。

注：图中不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters in the figure indicate significance of difference atP<0.05 level.

图1不同处理的玉米产量

Fig.1 Yield of maize under different fertilization treatments

2.2 不同施肥处理的玉米植株及穗部性状

2.2.1 植株性状 由表2看出，不同施肥处理明显影响玉米的植株性状。与T1(CK1，不施肥)相比，各施肥处理株高都有所增加，但处理间差异不显著。茎粗各施肥处理较T1均显著提高，增幅为5.29%～9.69%，其中T6茎粗增幅最高； 4种缓/控释肥与T2(CK2，习惯施肥)相比，茎粗差异不显著(T4除外)；4种缓/控释肥中，T4显著低于T6，其余处理间差异不显著。穗位高各施肥处理较T1均有显著提高，增幅8.60%～19.35%，其中T2增幅最大；4种缓/控释肥中，T3、T5与T2差异不显著，T4、T6显著低于T2。表明，施肥对玉米株高影响不明显，但对玉米茎粗和穗位高有显著提高作用。

表2 不同施肥处理的玉米植株及穗部性状

注：表中同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。

Note:Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP<0.05 level.The same below.

2.2.2 穗部性状 从表2还看出，不同施肥处理明显影响玉米的产量构成要素。玉米穗长T3和T6较T1(CK1，不施肥)均有提高但差异不显著，但较T2(CK2，习惯施肥)均显著提高；T4和T5显著低于T1和T2。玉米穗粗各施肥处理依次为T4>T5>T2>T3>T6，均显著高于T1；T3、T5与T2差异不显著，T4显著高于T2，T6显著低于T2。玉米秃尖除T4外的其余处理均显著低于T1，以T6秃尖最短，显著低于T2。玉米穗行数除T3外其余各施肥处理显著高于T1，T5显著高于T2，而T3显著低于T2。玉米行粒数除T5外其余各施肥处理均显著高于T1，4种缓/控释肥处理中，除T3外的其余处理均显著低于T2。表明，施肥能显著改善玉米穗部性状，而普通复合肥穗部性状较优，4种缓/控释肥中以自制炭基肥施用效果总体优于普通复合肥。

2.3 不同施肥处理玉米氮磷钾的吸收量

由图2可知，不同施肥处理明显影响玉米的氮磷钾吸收量。氮吸收量各施肥处理较T1(CK1，不施肥)均显著提高，增幅为27.41%～48.40%，其中T5的吸收量最高；4种缓/控释肥处理中，T3、T5和T6的氮吸收量较T2(CK2，习惯施肥)分别提高13.76%、16.47%和14.92%，且差异达显著水平。磷吸收量各施肥处理较T1均显著提高，增幅为36.11%～83.33%，其中T6磷吸收量最高；4种缓/控释肥处理的磷吸收量均显著高于T2。钾吸收量各施肥处理较T1均显著提高，增幅15.74%～29.01%，T4钾吸收量最高；4种缓释肥处理中T3、T4和T6的钾吸收量显著高于T2。

注：图中同类养分不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters of the same fertilizer in the figure indicate significance of difference atP<0.05 level.

图2不同处理玉米氮、磷和钾的吸收量

Fig.2 N, P and K uptake of maize under different fertilizer treatments

2.4 不同施肥处理玉米的肥料利用率

由表3看出，不同施肥处理的玉米氮磷钾肥的表观利用率不同。氮肥表观利用率4种缓释肥处理均显著高于T2(CK2，习惯施肥)，其中以T5最高，达30.71%，较T2提高76.29%；其次是T6，较T2提高69.29%。磷肥表观利用率T3和T6显著高于T2，分别较T2提高76.69%和127.55%；T4、T5与T2差异不显著。钾肥表观利用率4种缓/控释肥处理均显著高于T2，其中以T4最高，较T2提高85.27%；T3次之，较T2提高73.97%。表明，玉米种植中新型缓/控释肥的肥料表观利用率高于普通复合肥。

表3不同处理玉米氮磷和钾肥表观利用率

Table 3 Apparent utilization ratio of N, P and K in maize under different fertilization treatments %

处理Treatment氮肥N磷肥P钾肥KT2(CK2)17.42±0.79 b6.57±1.27 c26.28±1.05 dT328.56±9.44 ab11.74±2.28 ab45.72±0.53 abT425.01±7.87 ab9.11±2.02 bc48.69±1.57 aT530.71±8.66 a9.52±1.52 bc39.62±2.10 cT629.49±3.94 ab14.95±2.53 a45.20±2.62 b

2.5 不同施肥处理对土壤肥力的影响

由表4看出，施肥与否及施肥种类对土壤pH和全氮含量无显著影响。土壤碱解氮含量T5最高，较T1(CK1，不施肥)和T2(CK2，习惯施肥)分别提高5.03%和12.41%，但差异不显著。有效磷含量所有施肥处理较T1均有显著提高，其中以T2最高；4种缓/控释肥中，T3、T4、T5与T2差异不显著，T6显著低于T2。土壤速效钾含量所有施肥处理均显著高于T1， T4、T5和T6处理显著高于T2，而T3显著低于T2。表明，施用不同缓释肥对土壤有效养分含量影响存在差异，其中，以施用开磷硝基肥对土壤全氮、碱解氮、有效磷和速效钾等土壤养分因子的提升效果最好。

表4 不同施肥处理土壤的肥力

3 结论与讨论

研究结果表明，玉米靖丰8号施用炭基肥和开磷硝基肥均能够显著提高土壤有效磷和速效钾含量，对玉米产量构成要素、生物性状、养分吸收量及肥料利用率产生积极影响，从而提高玉米产量。因此，炭基肥和开磷硝基肥更适合在贵州春玉米高产栽培上推广使用。

提高生物产量是作物高产的基础，而施肥是调控生物产量的主要手段[20]。研究表明，与施用普通复合肥比较，不同缓/控释肥料均能有效提高玉米产量，其中，以开磷硝基肥增幅最高，达11.81%；自制炭基肥其次，增幅为10.82%。说明施用缓/控释肥能够延长肥效，提高作物产量，与安江勇等[21]的研究结果类似。单株产量决定玉米产量水平，而玉米穗部性状是影响玉米单株产量的主要因素，其中行粒数对单株产量起决定作用[22-23]。综合产量构成要素看，施用炭基肥的玉米穗长、穗粗、穗行数、行粒数和秃尖都优于不施肥，且玉米产量显著高于普通复合肥(习惯施肥)，表明玉米穗部性状优越的处理产量也比其他处理高。前人研究认为，玉米植株穗位变高、茎粗增加有利于增强植株的抗病和抗倒伏能力，从而使玉米更具有高产稳产特性[24]。研究表明，不同施肥处理对玉米株高无显著差异，玉米茎粗和穗位高对不同施肥的响应差异达显著水平，其中以炭基肥的生物性状最佳，且产量是除开磷硝基肥外最高的，可见产量构成要素和生物性状较优的处理产量也相对较高，与安江勇等[22]的研究结果相似。

养分吸收量随玉米的生长而增加，养分含量取决于养分吸收量和干物质总量[25]。玉米对不同肥料氮、磷和钾养分吸收量不同，SHOJI S等[26]研究表明，施用缓释肥不仅能够增加玉米产量，还能提高玉米氮素吸收量。在该试验中玉米植株氮磷钾的吸收量对缓/控释肥的响应差异达显著水平，不同的施肥处理对玉米养分氮磷钾的吸收量存在差异，施用开磷硝基肥的玉米植株氮吸收量最高，相比较不施肥处理提高48.40%；其次是炭基肥；施用炭基肥的玉米植株磷吸收量最高；玉米钾的吸收量对不同缓/控释肥则表现为金正大控释肥>稳定性缓释肥>炭基肥>开磷硝基肥。可见，施用炭基肥能显著提高玉米植株氮磷钾的吸收量，与康日峰等[27]在研究炭基肥对作物氮磷钾吸收量的研究结果相似。

缓/控释肥料不仅能够满足作物对养分的需求，更重要的是能够降低肥料的损失，提高肥料利用率[28-30]。与习惯施肥相比，施用缓/控释肥的玉米肥料利用率均显著提高，其中施用开磷硝基肥的氮磷肥的表观利用率均显著高于习惯施肥，并优于其他处理。表明，缓/控释肥料施入土壤后，在作物生长发育期间控释、缓释更有利于作物吸收利用，减少肥料损失，提高利用率，与张佳佳等[31]的研究结果相似。

土壤pH和有机质是评价土壤肥力的重要指标，研究中，施入缓/控释肥对土壤pH、有机质和土壤全氮含量的影响不显著，但显著提高土壤的有效养分含量，而土壤有效养分是评价土壤肥力的常用指标之一[32]。研究表明，施入开磷硝基肥的土壤碱解氮含量大幅提高，且土壤有效磷含量高于其他几种缓/控释肥处理，可能是由于开磷硝基肥中含磷量较高；施用炭基肥土壤速效钾含量明显高于其他缓/控释肥处理。综合看，施用开磷硝基肥和炭基肥对土壤肥力的提高有积极的作用。