海藻提取物对甜玉米产量、品质及氮素利用的影响

陈迪文 周文灵 敖俊华 黄 莹 江 永 韩西红 秦益民 沈 宏

（1广东省生物工程研究所（广州甘蔗糖业研究所）/广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室/广东省现代农业产业技术研发中心（资源环境与农产品安全），510316，广东广州；2青岛明月海藻集团有限公司/农业农村部海藻类肥料重点实验室，266400，山东青岛；3华南农业大学资源环境学院，510642，广东广州）

我国的鲜食甜玉米主要种植区域分布在广东、广西、云南、福建等省区，其中广东省种植面积居全国首位[1]。甜玉米生长速度快，75～85d即可收获，其养分的需求量较大[2]，在生产中，农民为了追求产量而习惯重施氮肥及过量施肥，导致养分利用率低、肥料资源浪费及环境污染风险增大[3]，甜玉米品质也难以提升。随着市场上各种生物刺激素类新型肥料产品的出现，其在水果、蔬菜等农产品上逐渐展现出改善品质的效果，而且在减肥增效方面也具有很好的作用[4]。海藻提取物是从海藻中提取的一类生物刺激素物质，含有海藻多糖、糖醇、甜菜碱以及酚类化合物等多种活性物质[5]，可以单独施用也可以和其他肥料复配施用均有很好的效果[6]。已有研究表明，海藻提取物具有促进作物生长[7-9]、改善作物品质[10]及增强作物抗逆性[11-12]等作用。目前，海藻提取物及相关肥料产品在玉米上的研究报道并不多，温延臣等[13]研究表明，海藻提取物对玉米苗期生长起到促进作用，施用适当用量的海藻提取物可以促进其生长，过量施用则会抑制其正常生长。黄清梅等[14]研究表明海藻肥对玉米产量具有提升作用，且海藻肥可以替代尿素，作为环境友好型肥料进行应用推广。国外有研究[15]报道，将海藻提取物作为玉米抗旱剂应用，可以显著提高玉米的抗旱性。而有关海藻提取物对鲜食甜玉米的产量、品质及氮素利用率影响的研究鲜有报道。本研究在不同生长时期甜玉米叶面喷施海藻提取物，同时配合化肥减量措施，研究海藻提取物对甜玉米产量、品质及氮素利用的影响，为海藻提取物在甜玉米生产上的应用提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年春季和秋季分别在广东省翁源县官渡镇华东村和新南村进行，当地气候属亚热带气候，终年平均气温20.2℃，年平均降水量1 170.6mm。土壤类型均为红壤，春季试验地土壤养分状况：pH 5.84、有机质11.21g/kg、全氮0.73 g/kg、有效磷36.50mg/kg、速效钾78.94mg/kg，前茬作物为甘蔗。秋季试验地土壤养分状况：pH 5.48、有机质16.51g/kg、全氮0.94g/kg、有效磷45.84mg/kg、速效钾115.74mg/kg，前茬作物为水稻。

1.2 试验材料

供试甜玉米品种为正甜68，由广东省农业科学院作物研究所选育。

试验肥料品种：尿素（46.4% N）、过磷酸钙（16% P2O5）、氯化钾（60% K2O）、海藻提取物（从海带中通过复合降解法制备，海藻酸含量≥20g/L）。

1.3 试验方法

试验设置5个处理，施用方法和用量见表1所示。其中常规施肥的肥料类型和具体用量分别为：尿素750kg/hm2、过磷酸钙1 200kg/hm2、氯化钾450kg/hm2。海藻提取物在大喇叭口期（12叶期）和吐丝期分2次喷施，每次施用1.5L/hm2，清水稀释15倍喷施，具体用量见表1。采用无人机（型号：大疆MG1S）进行叶面喷施，设置喷洒参数为：喷洒量22.5L/hm2，喷头总流量0.8L/min，距离叶面顶部1.5m，进行手动遥控喷施作业。试验小区随机排列，3次重复。

表1 不同处理的施肥种类、比例及用量Table 1 Fertilizer types, proportion and dosage of different treatments

玉米栽培方式为双行单株起垄直播种植，垄宽、沟宽、行距和株距分别为90、40、40和35cm，小区行长10m，每个小区3垄共6行，面积39m2，种植174株，其他田间管理措施和常规生产一致。春季播种时间为2018年3月10日，攻苗肥施用时间为3月30日，攻穗肥施用时间为4月25日，大喇叭口期喷药高效氯氰菊酯（有效成分含量4.5%）杀虫，用量300mL/hm2，收获时间为5月30日。秋季播种时间2018年8月25日，攻苗肥施用时间为9月15日，攻穗肥施用时间为10月16日，大喇叭口期喷药高效氯氰菊酯（有效成分含量为4.5%）杀虫，用量300mL/hm2，11月10日收获。

1.4 调查项目与数据处理

各小区分别收获用于测产，并从收获果穗中随机选取10穗有代表性的甜玉米，测单穗重、穗长、百粒重、穗行数、行粒数、每行粒数及可溶性糖含量等指标。采用蒽酮比色法测定甜玉米籽粒可溶性糖含量。每个小区随机取6株生长正常的植株，分成穗、茎秆和叶片，105℃杀青30min，然后75℃烘干至恒重后称干重，粉碎过0.15mm筛得到待测样品，采用常规分析法[16]测定氮含量。

采用Microsoft Excel 2013和SPSS 19.0进行数据统计分析，采用Duncan′s多重比较分析差异显著性。

氮素利用效率及经济效益相关指标计算公式如下：

植株氮素积累量（kg/hm2）=成熟期单株干重×每公顷植株数×成熟期单株含氮量

氮素农学效率（kg/kg）=（施肥区鲜穗产量-氮空白区鲜穗产量）/施氮量

氮素利用率=（施肥区植株氮积累量-氮空白区植株氮积累量）/施氮量×100%

氮肥偏生产力（kg/kg）=鲜穗产量/施氮量

产值（元/hm2）=单位面积鲜穗产量×单位重量价格

净收益（元/hm2）=产值-肥料投入-其他成本

2 结果与分析

2.1 不同处理对甜玉米产量及其构成因子的影响

不同处理下的甜玉米鲜重产量结果如表2所示，春、秋两季甜玉米的不施氮素处理产量均非常低，分别为T1处理产量的55.06%和63.44%。两季获得最高产量的均为T2处理，比T1处理两季产量分别提高7.11%和8.24%，但差异不显著。T3处理产量与T1处理无显著差异。T4处理产量比T3处理稍有增加，且与T1处理的产量无显著差异，说明海藻提取物处理能弥补减氮20%的影响。从产量构成因子来看，除穗行数外，T0处理的单穗鲜重、穗长、百粒鲜重和每行粒数均显著低于其他处理。单穗鲜重最高的为T2处理，春、秋两季分别比T1处理单穗鲜重提高20.41和23.97g，增幅分别为7.53%和8.43%，但差异均不显著。T3处理单穗鲜重与T1处理差异不显著。而T4处理单穗鲜重春秋两季分别比T3处理增加3.98%和4.19%，且与T1处理单穗鲜重相近，无显著差异。其他性状中穗长、百粒鲜重和每行粒数在各个施氮处理中均无显著差异。

表2 不同处理对甜玉米产量和产量构成因子的影响Table 2 The effects of different treatments on yield and yield components of sweet corn

2.2 不同施肥处理对甜玉米可溶性糖含量的影响

不同处理对甜玉米的可溶性糖含量影响结果如表3所示。可溶性糖含量反映甜玉米的甜度，而甜度是影响甜玉米口感最重要的指标之一[17]。两季籽粒可溶性糖含量结果表现一致，其中不施氮素处理可溶性糖含量最低，T4处理的可溶性糖含量最高，春、秋两季分别比T1处理提高5.29%和5.36%。T4处理可溶性糖含量与T1和T3处理差异均不显著。

表3 不同处理下的甜玉米可溶性糖含量Table 3 Soluble sugar content of sweet corn under different treatments

2.3 不同施肥处理对甜玉米氮素利用率的影响

从表4可以看出，不施氮素处理的甜玉米氮素累积量显著低于其他施氮处理。不同施氮处理的氮素累积量则无显著差异。由于不同处理的氮素投入量不同，因此各处理氮素利用率存在显著差异，其中两季最高的均为T4处理，显著高于T1和T2处理，春季T4处理显著高于T3处理。另外，春季T2处理氮素利用率显著高于T1处理。T2和T4处理氮肥农学效率显著高于其对应不施用海藻提取物的T1及T3处理。T4处理氮肥偏生产力最高，其显著高于T1处理。

2.4 不同施肥处理对经济效益的影响

从表5可以看出，不同处理的肥料投入为2 235～4 058元/hm2，最高为T2处理，不同处理由于产量差异而导致产值差异，其中两季产值最高的均为T2处理。同样净收益最高的处理也是T2处理，相比T1处理，春、秋两季净收益分别增加1 203元/hm2和1 523元/hm2，增加幅度分别为11.71%和13.64%。同样地，T4处理两季净收益分别比T3处理增加591和637元/hm2，增加幅度分别为6.18%和5.99%，同时，其与T1处理相比还略微高一点。因此，在常规施肥或常规施肥减氮20%条件下喷施海藻提取物对于提高或者保障净收益是有帮助的。

表4 不同施肥处理下甜玉米的氮素利用率Table 4 Effects of different fertilizer treatments on N use efficiency of sweet corn

表5 不同处理对经济效益的影响Table 5 Effects of different treatments on economic benefit of sweet corn

3 讨论

海藻提取物作为欧洲生物刺激素行业委员会定义的八大类生物刺激素之一，可增加作物养分吸收、提高养分利用效率、增强作物抗逆性及改善农作物质量[18]。目前应用和研究比较深入的生物刺激素种类有腐植酸、氨基酸及海藻提取物。市场上的海藻提取物大部分是由褐藻（包括泡叶藻、墨角藻、海带和马尾藻等）通过物理、化学和生物降解处理方式生产，产品被加工为液体或粉剂，可以直接应用，或者与农药、肥料等复配施用。我国的海岸线很长，沿岸海域拥有非常丰富的海藻资源，但已被开发利用的海藻种类只占极小部分[19]，还有很多未被开发利用。我国又是农业大国，因此，将海藻资源应用在农业上的前景非常广阔。由于我国农业生产上长期大量施用化肥及不平衡施肥，导致了如土壤结构破坏、肥料利用率低及环境污染风险加剧等问题。目前正在大力开展化肥减量及有机肥部分替代化肥的研究和实践，兼顾经济效益和生态效益。其中新型肥料和增效肥料是提高肥料利用率和减少肥料用量的有效措施之一[18]。

海藻提取物中含有的多种功能物质是一类很好的肥料增效剂，如海藻酸（海藻多糖）等。添加海藻功能物质的新型肥料也是目前市场上广泛推广使用的肥料品种。研究[20]表明，海藻酸包膜BB肥和海藻酸包膜复合肥能显著提高玉米对氮、磷、钾养分的吸收累积，促进生长，提高产量。与普通尿素相比，海藻酸尿素可显著提高玉米的经济系数、玉米产量、玉米籽粒氮素吸收量、氮肥表观利用率和农学效率[21]。本研究结果表明，在常规施肥条件下，施用海藻提取物的比不施用海藻提取物的甜玉米产量增加显著，表明海藻提取物对甜玉米产量具有增产效果。在常规施肥氮素减量20%的情况下，甜玉米产量会有所下降，但如果同时喷施海藻提取物则可以弥补化肥减量带来的产量下降，达到常规施肥的产量水平，说明施用海藻提取物能提高甜玉米的氮素养分利用率，从而保障植株的正常生长所需的养分，这可能与海藻提取物有利于提高玉米根系活力有关[13，22]。这些结果与黄清梅等[14]及王修康等[23]研究结果一致。另外，两季的产量及氮素利用率结果差异除了土壤差异外，可能与季节差异有关，不同季节的甜玉米生育期存在差异，会导致其他各方面的差异[24-26]。因此，还需更多与不同区域、不同气候及不同品种相关的栽培试验来进一步进行效果验证。

除了对产量提高具有良好作用之外，海藻提取物对于提高甜玉米的品质也具有良好效果，本研究结果表明，施用海藻提取物的处理甜玉米籽粒甜度有一定增加，对于甜玉米的口感以及营养价值具有改善作用，有利于提高其经济价值。而在其他作物的一些相关研究结果同样表明，海藻提取物对于改善花生[27]、枇杷[28]、小白菜[29]和草莓[30]等作物的品质均具有良好的效果。甜玉米与品质相关的指标还有很多，如维生素C、氨基酸及蛋白质等，这些将需要进一步开展试验进行研究。

目前，海藻提取物相关产品在我国肥料市场上已经非常常见，在不同农作物生产上开始广泛应用。而且由于其用量少，对作物的生长促进作用效果显著，在经济作物特别是果蔬作物上特别受欢迎。由于海藻提取物本身由于海藻种类的不同和提取工艺的不同会导致其活性成分的差异，因此不同藻源和工艺的海藻提取物对甜玉米的产量品质及肥料利用率的影响也值得进一步探索。

4 结论

喷施海藻提取物有利于减少氮肥投入，提高氮养分资源利用效率，同时有利于增加甜玉米产量，改善品质，获取更好的经济效益。