海藻酸复合肥在夏玉米上的减施效果研究

魏建林，李燕，马宁，李国生，崔荣宗，郑福丽，谭德水

（1.山东省农业科学院农业资源与环境研究所／农业农村部废弃物基质化利用重点实验室，山东济南 250100；2.五洲丰农业科技有限公司，山东烟台 264000）

玉米是我国重要的粮食作物，具有食用、饲料、工业原料等用途，在农业生产上具有举足轻重的作用，对保障我国粮食安全意义重大［1，2］。建国以来我国玉米单产提高了4 270.5 kg／hm2，增幅为 380.1%，年均增加 101.85 kg／hm2［3］，其中肥料的施用发挥了不可替代的作用［4，5］。随着经济的发展和城镇化的推进，农业劳动力逐渐减少，夏玉米生产中的轻简化施肥成为趋势［6，7］；另一方面也出现了施肥过量、肥料利用率低等问题，导致资源浪费，而且带来严重的生态风险［8］。因此减少化肥投入、提高肥料利用率成为业界共识，各类新型功能性肥料应运而生［9，10］。海藻酸类肥料即是在普通化肥基础上添加海藻酸类物质的一种新型肥料。海藻酸是从海生植物体内提取的一类天然多糖聚合物［11］，可活化土壤中的养分，改善土壤结构，提高养分利用效果［12，13］。海藻酸类肥料在蔬菜［14-16］、果树［17，18］及大豆［19］、棉花［20］、烟草［21］等经济作物上的效应研究有较多报道，在玉米上，周勇明［22］、王海标［23］等研究了较高土壤肥力条件下海藻酸类肥料对玉米产量和养分吸收的影响。关于在低肥力土壤上添加海藻酸复合肥对玉米生长及收获后土壤的影响尚未见报道。本试验以夏玉米为材料，在鲁东丘陵地区瘠薄地上设置缺素处理和添加海藻酸复合肥不同用量水平处理，探讨玉米简化生产中肥料一次性施用条件下，添加海藻酸复合肥对夏玉米产量、养分吸收利用及收获后土壤的影响，以期探明海藻酸复合肥在夏玉米上的减施增产效果和施用方法，为其在生产上推广应用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试作物：夏玉米，品种为登海3622。

供试肥料：海心花肥即添加海藻酸的复合肥（N-P2O5-K2O＝23-10-12）、尿素（N 46%）、重过磷酸钙（P2O542%）、氯化钾（K2O 60%）。

1.2 试验地概况

试验于2019年6—9月在烟台市芝罘区只楚街道南上坊村进行。试验地耕层土壤基础理化性状见表1。

表1 试验地耕层土壤基础理化性状

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，共设9个处理，重复3次，具体见表2。所有处理肥料均一次性基施，后期不追肥，小区面积28 m2。2019年6月18日先撒肥翻地，再条播玉米种；等行距种植，行距0.61 m，株距0.26 m，每公顷密度62 580株。

表2 试验设计

1.4 样品采集与分析

试验前及收获后各小区按照“S”形多点取样法取0～20 cm土层土样，风干后磨碎过20目筛备用。试验前土样测定pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量。收获后土样测定pH值、EC值、全氮、全磷、全钾及有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量。以上各指标均采用常规方法测定［24］。

在玉米拔节期（7月26日）、吐丝期（8月20日）、成熟期（9月29日），每小区选择代表性植株3株，测定叶面积、株高、茎粗、叶片SPAD值（成熟期为统计绿叶片数）。叶面积采用直尺测量每片展开绿叶的长和宽，叶片SPAD值采用SPAD-502便携仪在上午（9∶00—11∶00）测量穗位叶或最上展开叶（若尚无穗位叶）。

玉米成熟期每小区选择代表性植株3株，地上部分分为秸秆和籽粒两部分制成样品。H2SO4-H2O2联合消煮后分别测定全氮（凯式定氮法）、全磷（钒钼黄比色法）、全钾（火焰光度计法）含量［25］。

小区全部收获计产，随机取玉米穗10个进行考种。计算传统施肥和等养分量海心花肥料的氮、磷、钾养分利用率。

1.5 有关指标计算与数据分析

叶面积＝长×宽×0.75；

经济系数＝籽粒产量／生物产量；

养分积累量＝籽粒干重×籽粒养分含量＋秸秆干重×秸秆养分含量；

氮素利用率（%）＝（施肥区植株地上部氮积累量 -不施氮区植株地上部氮积累量）／施氮量 ×100；

磷素利用率（%）＝［施肥区植株地上部磷（P）积累量-不施磷区植株地上部磷（P）积累量］×2.292／施磷（P2O5）量 ×100；

钾素利用率（%）＝［施肥区植株地上部钾（K）积累量-不施钾区植株地上部钾（K）积累量］×1.206／施钾（K2O）量 ×100。

采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05软件处理和统计分析数据并作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对玉米植株农艺性状的影响

由图1可以看出，吐丝期和成熟期，不同处理玉米株高和茎粗差异明显，其中海藻肥全量养分的T处理在两个时期株高均为最高，传统施肥的FP处理较之降低；随着总养分用量减少，株高和茎粗逐渐降低。T处理在拔节期和吐丝期叶面积大小与最终的籽粒产量表现较一致，产量较高的处理叶面积较大。T、T1和T2处理收获时的绿叶数具有一定优势，能够保证后期有足够的光合产物合成。3个减量处理中除不施氮处理外，P0和K0处理较全量养分处理各指标减幅较小，从而保证形成一定的籽粒产量。

图1 不同处理对玉米不同生育期植株农艺性状的影响

2.2 不同施肥处理对玉米叶片叶绿素含量的影响

由图2可以看出，拔节期和吐丝期，T处理叶片SPAD值均为最高，吐丝期表现尤其明显；吐丝期减量10%的T1处理SPAD值也高于FP处理，随肥料用量逐渐降低，SPAD值下降明显。

图2 不同施肥处理对玉米叶片SPAD值的影响

2.3 不同施肥处理对玉米产量及其构成因素的影响

如表3所示，各处理产量表现为T＞T1＞T2＞P0＞FP＞K0＞T3＞CK＞N0。其中海藻肥全量T处理产量最高，显著高于传统肥料处理FP（增产10.6%），主要表现为穗行数、行粒数和百粒重的协同提高；随总养分投入量的减少，产量呈下降趋势，但减量10%和20%的海藻肥能获得比全量传统肥料更高的籽粒产量（分别增产7.5%和2.6%），减量30%处理比FP处理显著减产。以上各处理的产量差异主要来自于行粒数和百粒重的变化。在缺素处理中，不施磷处理（P0）产量高于不施钾处理（K0），不施氮处理（N0）产量最低，与空白处理产量相当，穗行数、行粒数和百粒重均表现下降。

相比传统肥料施用处理，施用海藻肥各处理经济系数均不同程度提高，而缺素处理的经济系数均表现下降。

2.4 不同施肥处理对玉米氮磷钾养分吸收的影响

玉米成熟期秸秆和籽粒中氮磷钾养分含量与肥料种类和养分投入量密切相关（表4）。缺素处理的秸秆和籽粒养分吸收均明显低于全养分处理。与FP处理相比，T处理籽粒氮和秸秆钾含量明显提高。随着总养分投入量减少，海藻肥系列处理的玉米秸秆和籽粒养分含量随之降低，以氮含量下降较为明显。

表3 不同处理对籽粒产量及其构成因素的影响

表4 不同施肥处理对成熟期玉米秸秆和籽粒NPK含量的影响 （%）

如图3所示，各处理玉米养分的积累总体随着投入量的增加而增加，其中T和T1处理的氮磷钾养分积累总量均高于FP处理，减量20%的T2处理和减量30%的T3处理氮积累量下降明显，其中T3处理降幅最大；缺素处理的养分积累与地上部生物量密切相关。

与FP相比，T处理的氮磷钾养分利用率分别提高4.9、5.8、9.5个百分点（图4）。

图3 不同施肥处理玉米氮磷钾养分积累量

图4 海藻酸复合肥与传统施肥NPK养分利用率比较

2.5 不同施肥处理对玉米收获后土壤理化性状的影响

由表5看出，施用海藻肥处理玉米收获后耕层土壤碱解氮、速效磷、速效钾等有效养分比传统肥料处理均有提高，对土壤肥力提升有促进作用，同时能降低土壤pH值。随着用量减少，EC值逐渐降低，对全量氮磷钾和有机质含量影响不明显。由于地上部收获带走养分使得不施用某种养分的土壤该养分含量下降明显。

表5 不同处理对玉米收获后土壤理化性状的影响

3 讨论与结论

3.1 海藻酸中含有钾、钙、镁、锌、碘等多种矿物质元素和丰富的维生素，特别是含有高生物活性的多糖类、甜菜碱、蛋白类以及萜类等天然生长调节物质。作为添加剂加入到肥料中，集营养成分、抗生物质、植物激素于一体，对刺激植物生长起着重要作用［26］，在小麦［12］、水稻［27］等作物上能够显著提高有效穗数从而实现稳产增产。本研究发现施用海藻酸复合肥在等养分量投入情况下比传统肥料表现出相对较优的植株性状，尤其是叶面积、收获时绿叶数与叶绿素含量。叶绿素含量是表征植物光合作用强弱的重要参数。光合产物形成干物质是作物产量形成的基础［28］，提高干物质积累速率是实现高产的基本途径［29，30］，而绿色叶面积也是干物质形成的基础。添加海藻酸复合肥处理的各项指标均优于传统施肥，因此玉米产量比施用传统肥料增产10.6%，在减量10%和20%水平下也能够表现出增产效果，与前人研究结论基本一致［17，23，24］。从玉米产量构成三要素看，穗行数和行粒数对增产贡献较大。

3.2 施用海藻酸复合肥处理的玉米生物量、养分吸收高于传统肥料处理，氮磷钾养分表观利用率均高于传统施肥。因此施用添加海藻酸的复合肥可以提高肥料利用效率，减少肥料损失，降低对生态环境的污染。养分积累是玉米干物质及产量形成的基础，充足的养分供应是夏玉米获得高产的保证［26］。本研究中，减量30%肥料处理表现为显著减产，从产量形成三要素看，百粒重降幅最大，说明后期肥料养分不足严重影响籽粒灌浆，从而导致产量下降。因此要保证玉米高产，中后期的养分供应一定要充足，盲目减少肥料投入存在减产风险［31］。

3.3 海藻酸中的主要成分海藻多糖是天然的土壤调节剂，能够提高土壤中有效成分的有效性和持久性，促进土壤团粒结构的形成，改善土壤结构［32］。计小江等［33］在水稻上研究发现施用海藻酸复合肥能够增加土壤有机质、全氮、全磷、速效磷和速效钾含量，提高土壤肥力效果明显；高岩等［34］在设施大棚土壤上研究发现海藻酸肥料可在一定程度上降低土壤容重、增加土壤孔隙度及土壤呼吸强度，从而提高土壤肥力。本研究也得出相似结论，即添加海藻酸复合肥处理耕层土壤速效养分相比施用传统肥料均有不同程度提高。可见，添加海藻酸复合肥在提高玉米产量同时还可促进地力提升。

综合分析，在本试验条件下，一次性施用传统施肥量80%～90%的海藻酸复合肥综合效果较好。