复混缓释专用肥不同用量对玉米生长发育及肥料利用效率的影响

杨虎德，王平生，杨 霞，马 彦，祁维红，冯丹妮

(1.甘肃省农业科学院 土壤肥料与节水农业研究所，甘肃 兰州 730070；2.临夏回族自治州农业科学院，甘肃 临夏 731100；3.甘肃省农业科学院，甘肃 兰州 730070)

0 引 言

玉米是重要粮食作物和饲料作物，我国的玉米种植面积占世界总面积的17.2%[1]。我国农业管理方式粗放，农民为了增产增收，盲目大量的施用偏施氮肥，导致肥料利用率不高，土壤板结、酸化、水体富营养化，严重恶化了土壤环境，引起了面源污染和地下水污染[2-6]。目前农业面源污染成为全球水质恶化的主要原因，也是导致水体富营养化的重要原因[7]。为了改变生态环境的继续恶化，减少化肥的投入，提高化肥的利用率，实现土壤养分供应与高产作物需求匹配，协调作物高产与环境保护是农业资源与环境科学工作者的首要任务[8-9]。因此，在保证玉米高产稳产的前提下，减少化肥用量，提高化肥利用率，重视发展高浓度、专用、长效及复混肥的使用[10-11]。

缓释肥料作为一种新型肥料在作物栽培中能实现一次性基施，不仅简化了施肥技术，避免土壤中肥料养分快速释放，还能够协调土壤养分供应与植物养分吸收之间的矛盾，提高养分利用率，减少对环境的危害，降低以基肥和追肥分开的施肥方式带来的人工成本，实现一次性基施，简化了施肥技术[12]。实现覆膜与施肥、起垄等栽培技术结合，可以较好的发挥技术间的水肥耦合正效应，使其增产最大化[13]。本研究在已研制出复混缓释专用肥料[14]的基础上，通过不同用量对玉米生长发育与产量及利用效率的影响，探索甘肃灌溉区缓释玉米专用肥料的最佳用量，为玉米轻简化栽培技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2018年在甘肃省临夏州临夏县北塬乡(35°601′N，103°198′E)进行。该区海拔2 035 m，年均降雨量450 mm，有效积温2 328.5 ℃，年平均气温7 ℃，全年无霜期155 d。试验区域地势平坦，土壤为塬地黄麻土，质地中壤，pH值为8.49，有机质为18.1 g·kg-1，全氮、全磷和全钾分别为1.15 g·kg-1、0.98 g·kg-1和2.26 g·kg-1，速效氮、速效磷和速效钾分别为10.8 mg·kg-1、17.5 mg·kg-1和155.0 mg·kg-1。试验采用全膜双垄沟播技术，每垄覆膜宽度110 cm，其中大垄宽70 cm，垄高10 cm，小垄宽40 cm，垄高15 cm；于4月中旬覆膜播种，株距27.5 cm，保苗66 000株·hm-2。播种后5月2日出苗，各小区出苗均匀整齐，拔节期为6月29日，抽雄期为7月31日，9月20日成熟，10月上旬收获，栽培管理同当地大田生产。

1.2 试验设计

试验共设5个处理，分别为:①不施肥(CK)；②配方施肥(OPT)；③缓释专用肥900 kg·hm-2(ZF900)、④缓释专用肥1 200 kg·hm-2(ZF1200)、⑤缓释专用肥1 500 kg·hm-2(ZF1500)。每个试验小区面积为37.4 m2，重复3次，采用随机区组排列设计。OPT处理按当地玉米平衡施肥最佳参数设置[15](N 270 kg·hm-2+P2O5120 kg·hm-2+K2O 45 kg·hm-2)。氮肥60%的作基肥，40%玉米拔节追施，磷、钾肥和缓释肥料全部以基肥方式一次性施完。

1.3 试验材料

缓释专用肥处理的肥料由甘肃田野有机生态肥料科技开发有限公司研制提供的“田赐农”牌复混缓释玉米专用肥(N 20.9%，P2O58.8%，K2O 4.1%，有机质16.6%)；配方施肥处理选用的肥料为磷酸二铵(N 18%，P2O546%)，尿素(N 46%)，硫酸钾(K2O 50%)。玉米品种为沈阳中元种业有限公司选育的中地9988；ZF900处理养分量为N 188.1 kg·hm-2+P2O579.2 kg·hm-2+K2O 36.9 kg·hm-2,ZF1200处理N 250.8 kg·hm-2+P2O5105.6 kg·hm-2+K2O 49.2 kg·hm-2,ZF1500处理N 313.5 kg·hm-2+P2O5132.0 kg·hm-2+K2O 61.5 kg·hm-2。

1.4 样品采集与分析

玉米生长指标测定：玉米苗期、抽穗期、成熟期分别选择代表性的10株作为定点采样株，并对株高、茎粗、穗长、穗粗及叶绿素含量指标进行测量。地上部分植株样采集与全氮测定：成熟期收获采样株，对茎叶粉碎为混合植株样，籽粒粉碎为混合籽粒样，植株样和籽粒样的全氮采用凯氏定氮蒸馏法测定。肥料养分测定：施肥前对所用肥料中氮、磷及钾养分含量进行测定[16]。株高测定：在玉米不同生育时期，测定为植株地面到植株顶部的高度。

1.5 数据分析

应用Microsoft Excel 2013和SPSS 19.0统计软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对玉米产量的影响

从图1可看出，施肥各处理产量均显著高于不施肥对照处理(P<0.05)，较对照增产1 919～3 141 kg·hm-2，增产率为16.6%～27.2%，表明施肥均能提高玉米产量。缓释专用肥各处理产量均高于OPT处理，增产率2.3%～9.1%，以ZF1200处理14 677 kg·hm-2最高，ZF900处理14 596 kg·hm-2次之，ZF1500处量13 768 kg·hm-2最低，但各施肥处理间产量差异未达显著水平，表明ZF900处理在氮素和总养分量较OPT施肥用量分别减少30.3%和30.1%条件下，能实现轻简化高效栽培模式。

注：不同小写字母代表处理间在0.05水平上差异显著。下同。Note: Different small letters indicate significant differences between treatments at 0.05 level.The same is as below.图1 不同施肥对玉米产量的影响Fig.1 Effects of different fertilization treatments on corn yields

2.2 不同施肥处理对玉米产量构成因子的影响

从表1可看出，与CK相比，OPT、ZF900、ZF1200及ZF1500处理显著增加了玉米的千粒重(P<0.05)，但却显著降低了果穗的秃顶长度；玉米果穗长度、果穗棒粗、单株穗行数、穗粒数和单株生产力虽有所增加，但差异未达到显著水平，说明施肥能有效的改善作物生长的营养环境，提高了玉米的单株生产力。其中，OPT能明显提高玉米的单株穗粒数，ZF900、ZF1200和ZF1500处理能显著提高玉米的千粒重说明缓释肥各处理在玉米籽粒形成期释放的养分还不能满足玉米健壮生长的需求，致使果穗粒数不及OPT处理；玉米生长的后期，施缓释肥ZF900条件下，能满足玉米养分的需求，而OPT出现缺肥症状，导致千粒重不高。

表1 不同施肥对玉米经济性状的影响Table 1 Effects of different fertilizations on economic traits of corn

2.3 不同施肥处理对玉米农艺性状的影响

从表2可知，与CK处理相比，施肥量越大玉米出苗率越低，但差异不显著，说明施肥对玉米出苗有一定影响，但影响较小。施用缓释肥的处理对玉米株高影响较大，在拔节期，缓释肥各处理的株高均显著高于CK处理(P<0.05)，其中ZF1200处理株高最高，为146 cm。抽雄期和成熟期各施肥处理虽高于CK处理，但未达到显著差异，抽雄期和成熟期均以ZF1200处理株高最高，分别为291 cm和310 cm。说明施肥处理对玉米的株高主要影响在于前期，后期影响较小，甚至没有影响；OPT处理在拔节期因追肥的肥效滞后性，其氮素营养略有不足，后期能满足作物的生长需求；缓释肥各处理均能满足玉米各生育时期生长的营养需求。植株茎粗是植株生长发育是否健壮的一项指标，施肥各处理的玉米茎粗显著高于CK处理(P<0.05，表2)，说明施肥各处理均能满足玉米正常生长发育的营养需求，促进玉米壮苗生长。施肥对玉米的生物量影响较大，缓释肥各处理的生物量较CK处理显著增加23.6%～28.0%(P<0.05，表2)，但缓释肥各处理间差异不显著；缓释肥各处理较OPT处理增加5.2%～8.9%，但差异不显著。以ZF1200处理的生物量最高，为27 303 kg·hm-2，ZF900次之，ZF1500最低。说明缓释专用肥最大施用量1 500 kg·hm-2，过量使用对玉米生长作用不大。

表2 不同施肥对玉米生长发育的影响Table 2 Effects of different fertilizations on corn growth and development

2.4 不同施肥处理对玉米叶片大小和叶绿素含量的影响

由表3可知，不同施肥处理对玉米成熟期棒三叶的单片叶面积有影响，与CK处理相比，施肥各处理单片叶面积增大了8.5%～17.6%，以ZF1200处理叶面积最大，为743 cm2，显著高于CK处理的叶面积(P<0.05)；与OPT相比较，缓释肥各处理叶面积增大了9.5%～17.6%，说明缓释肥各处理能提高玉米功能叶片的叶面积，为提高玉米千粒重奠定了基础。拔节期缓释肥各处理玉米叶绿素(SPAD)值随着施肥量的增加而增大，较CK处理显著增加了5.4%～6.1%(P<0.05)，较OPT处理增加了1.4%～2.1%，但差异不显著；抽雄期OPT处理的SPAD值最大，比其余处理显著提高了10.3%～18.9%(P<0.05)，缓释肥各处理以ZF1200处理为最高，较CK处理显著提高了7.8%(P<0.05)；成熟期ZF1200处理SPAD值最高，显著高于CK和OPT处理(P<0.05)，但缓释肥处理间差异不显著。说明施肥特别是缓释肥料能够有效地使春玉米叶片在生育中后期保持生理活性，提高叶片的光合性能，但对玉米生育期影响不明显。

表3 不同施肥处理对叶片的影响Table 3 Effects of different fertilizations on leaves

2.5 不同施肥处理的肥料养分利用效率分析

表4可看出，ZF900和ZF1200两处理与OPT相比较，肥料对产量的贡献率提高了6.7～7.1个百分点；氮素利用率提高了9.1～9.9个百分点；氮肥的农学效率和肥料的偏生产力，以ZF900处理为最高，分别提高了9.2 kg·kg-1和17.1 kg·kg-1，ZF1200处理次之，ZF1500最低；施肥效益以ZF900处理为最高，ZF1200处理次之，分别提高了1 879元和1 104元。说明缓释肥料施用量在900～1 200 kg·hm-2，能协调满足玉米生长发育所需的养分，明显提高氮素的利用效率，提高肥料的偏生产力和施肥效益。

表4 不同施肥对肥料养分利用效率的影响Table 4 Effects of different fertilizers on nutrient utilization efficiency

3 结论与讨论

施用缓释肥料是增加作物产量，提高肥料利用率和减少施肥次数的重要途径之一[17]，具有高效、性能稳定、环保、清洁、可降解等性质的产品是未来缓释肥料的研究方向[19]。以往的研究结果表明，在肥料中添加缓效氮或减量10%缓释肥处理与普通尿素或普通配方施肥处理相比较，产量增加2.4%～73.8%，氮素利用率提高2.7～15.7个百分点；缓释肥与同养分处理相比较，穗粒数平均增加11.0～12.7粒，千粒重增加3～22.2 g，显著增产4.94%～10.3%，农学表观利用率提高2.7个百分点，节本增收1 215元·hm-2[20-23]。本研究结果表明，缓释肥用量900 kg·hm-2，与当地玉米最佳配方处理相比较，产量增加8.5%、穗粒数减少36.6粒、千粒重增加29.3 g、氮素吸收利用率提高9.1个百分点、地上部分干物质积累量提高6.72%、施肥效益增加1 859元·hm-2，说明缓释肥料用量在氮素和总养分减少30%时，能满足玉米的生长需求，达到高产高效环境友好的目标，但本缓释肥料含16%有机质和少量有益微生物，施肥后对土壤性质可能产生了影响，间接影响到缓释肥料中的氮素在土壤中的转化、移动和损失过程，有利于作物对养分的吸收利用，此结论与前人研究结论基本一致[24-26]。

缓释玉米专用肥料施肥效应，对玉米生长发育及产量与品质影响较大。试验表明，氮素供应不足严重影响作物产量和氮肥的利用率，而过量施用氮肥，不但无法提高作物植株地上部分生物量，而且会造成氮肥的浪费，降低其利用率。同时，本研究结果表明，缓释肥料用量1 200 kg·hm-2时玉米产量最高，900 kg·hm-2次之，1 500 kg·hm-2最低，玉米籽粒产量呈单峰曲线型，产量构成因子变化基本一致，此结论与山楠、杨天海等人[27-28]研究结论基本吻合。

叶绿素是植物光合作用中吸收、传递和转换光能的基础物质，其含量直接影响着植物的光合强度[29]。玉米SPAD与玉米叶片全氮含量、施氮肥数量、玉米产量之间存在极显著的线性相关性，玉米叶片中的含氮量与叶绿素含量呈正相关，而玉米产量在一定时期内又与中片中的氮素和叶绿素含量呈正相关[30-32]。本试验施肥各处理对玉米生长的反应来看，玉米不同生育期间，施肥各处理明显高于不施肥处理；各施肥处理之间相比较，拔节期缓释肥料各处理优于OPT处理，且随着缓释肥用量的增加而增加的趋势，但均能满足玉米的生长发育，促进壮苗，为作物高产奠定了基础；抽雄期OPT处理随着氮素追施，其SPAD值显著高于缓释肥各处理，而缓释肥随着用量的增加呈单峰曲线，ZF1200为最高，ZF900次之，ZF1500最低，说明此时缓释肥养分供应不足，而ZF1500处理总氮素量高于OPT处理，可能肥料养分释放速率低于作物需求，需要进一步对此缓释肥料进行改进；成熟期缓释肥各处理明显高于OPT处理，其变化与抽雄期一致，而且缓释肥各处理成熟玉米棒三叶的叶面积变化，与同期SPAD值相近，说明后期缓释肥各处理均能提高了玉米的千粒重，进而提高了玉米的产量。

本试验选用有机肥包裹化肥而研制的缓释玉米专用肥料，集成了当地测土配方成果，含定量的有机质和有益微生物肥的特点，其营养元素基本是匀速释放，能基本满足玉米各生长发育所需营养的要求，相对达到高产、高效、经济及环保等缓释肥料要求。但养分释放速率还没有完全符合作物需肥规律，在玉米拔节-抽雄期高需肥时段的养分供应不足，达不到理想的控释肥料效应，在缓释肥料的材料选择与配比、工艺配方与流程及产品测试等方面尚待提高。缓释专用肥料是现代农业发展的必然趋势，研制与田间应用等研究相对匮乏，还待进一步研究。

综上所述，在北方高原灌区，玉米覆膜栽培配施缓释专用肥料能改善玉米生长发育的环境，提高玉米的产量、肥料利用效率和施肥效益，与李乌日吉木斯等[33]配施缓释尿素的结果一致。建议该区推荐合理的玉米缓释专用肥料施肥量900～1200 kg·hm-2，实现轻简化施肥技术，最高产量施肥量1 200 kg·hm-2，经济环保施肥量900 kg·hm-2。