施用启动肥对土壤特性、玉米生长及产量的影响

吕小凡，赵海蓓，白如霄，张新疆，刘玲慧，危常州*

（1.石河子大学农学院农业资源与环境系，新疆 石河子 832003；2.新疆生长建设兵团第九师农业科学研究所，新疆 塔城 834600）

玉米是我国种植范围最广、用途最多、总产量最高的作物，2018年总面积达0.42亿hm2，总产量突破2.57亿t，成为我国种植面积和总产量双第一的粮食作物，在保障国家粮食安全中发挥着重要的作用［1-2］。施肥是促进作物增产的重要途径，目前新疆玉米农田平均施磷量约为190 kg·hm-2，而磷肥利用率为25%［3］，施肥量高，而肥料利用率较低。农业部提出到2020年实现我国化肥用量“零增长”，因此，探索玉米生产中高效、科学施肥，是当前玉米生产中的重要科学问题，也是重要的技术难题。

启动肥是指在作物播种或种子出苗前施用的少量肥料，类似于种肥，但是不与种子接触，而是施用在种子侧下方5～6 cm处。施用启动肥促进早期玉米生长是美国一些地区常见做法，具体是将含N、P或N、P、K（有时还可添加其他营养成分）的固体或液体混合物施用于玉米种子附近或种子沟中［4］。启动肥养分种类一般以磷为主，主要原理是玉米的磷素临界营养期在三叶期左右，此期玉米对磷素的需求强烈，而春季土壤温度低，土壤磷有效性低，磷在土壤中的迁移能力弱，不能满足玉米对磷素的需求［5-8］。施用启动肥就是为了满足这个阶段的磷素营养需求。Vetsch等［9］研究发现与等量（或更高量）常规撒施相同肥料相比，启动肥显著增加早期玉米的生物量和株高。另有一些研究表明，与不施启动肥相比，启动肥处理不仅增加了植株对磷的吸收，促进苗期生长，而且提高了玉米产量，肥料效率高于基肥或者追肥［4，10］。由于本试验中施入的启动肥是酸性的，酸性可能会有活化碱性土壤上有效锌的作用，而且塔城地区土壤有效锌含量比较低，仅为0.42 mg·kg-1［11］，本试验地块上测得有效锌含量为0.46 mg·kg-1，是缺锌地块，因此研究启动肥对土壤有效锌含量的影响是有必要的。前人对启动肥增产效应的研究主要集中在启动肥对作物养分供应与增产作用上，而关于启动肥在玉米上的施用量及启动肥对土壤养分有效性的影响研究不多。

新疆地区玉米种植基本采用滴灌技术，早春时节“倒春寒”现象普遍。本研究通过滴灌把一种液体启动肥施用在玉米行间，研究滴灌条件下启动肥的增产作用和合理用量，解决春寒季节玉米生长缓慢、肥料利用率低等问题，以期为滴灌春玉米生产区“减肥增效、化肥零增长”提供一种新的施肥策略。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年4月中旬在新疆生产建设兵团第九师农业科学研究所试验基地（83°29′E，46°31′N）进行。试验地位于自治区的西北部、伊犁哈萨克自治州的中部，属于中温带干旱和半干旱气候区，年平均降水量142～295 mm，无霜期150～180 d，年均日照2832～3006 h，气候条件有利于玉米生长。供试土壤为棕钙土，质地为壤土，前茬作物为玉米，其理化性质如下：有机质29.21 g·kg-1、碱解氮91.94 mg·kg-1、有效磷45.53 mg·kg-1、速效钾317.32 mg·kg-1、有效锌0.46 mg·kg-1、pH值8.26。

1.2 试验材料

供试玉米品种为新玉109号。启动肥是本实验室自制的一种酸性液体肥料，主要成分为尿素硝铵溶液、液体磷酸、硫酸钾、水溶性腐殖酸及小分子有机酸。肥料养分含量N-P2O5-K2O=7-39-5，pH 1.97，密度1.38 g·cm-3。

1.3 试验设计

试验为田间小区试验，于2019年4月13日播种，设置4个处理：1）农户常规施肥对照，秋翻时施基肥磷酸二铵225.0 kg·hm-2，记作CF；2）启动肥用量1：秋季不施基肥，播种后随出苗水滴施启动肥45.0 kg·hm-2，记作SF3.0；3）启动肥用量2：秋季不施基肥，播种后随出苗水滴施启动肥90.0 kg·hm-2，记作SF6.0；4）启动肥用量3：秋季不施基肥，播种后随出苗水滴施启动肥135.0 kg·hm-2，记作SF9.0。试验采用完全随机设计，3次重复，小区面积为55.8 m2（6.0 m×9.3 m）。因滴施不同用量启动肥造成土壤N、P2O5、K2O养分投入量差异，在玉米拔节期浇“一水”时（6月13日）用尿素、滴灌磷酸二铵和硫酸钾补齐差异，以后各次施肥量完全相同，即各启动肥处理全生育期采用等氮、磷、钾投入。CF处理养分总投入量为施N 391 kg·hm-2、P2O5164 kg·hm-2、K2O 78 kg·hm-2，3个SF处理养分总投入量均为施N 340 kg·hm-2、P2O5114 kg·hm-2、K2O 78 kg·hm-2，灌 水 施 肥设计见表1。采用宽窄行机械覆膜播种种植模式，行距为40 cm+60 cm，株距为17 cm，理论株数11.8×104株·hm-2。玉米播种完成后（4月14日）将启动肥溶解在施肥罐中随水滴入玉米窄行间。滴灌带距离种子行25 cm，启动肥按照清水-肥+水-清水的模式以滴灌（225 m3·hm-2）方式施入，水分湿润深度20～30 cm，水平距离12～18 cm，检测土壤中养分含量，以距离种子水平距离10 cm、垂直距离10 cm处养分含量最高。其他田间管理方法各处理间保持一致。

表1 灌水施肥设计

1.4 测定项目及方法

1.4.1 土壤样品

启动肥施入后的第3、6、9 d在距滴灌带滴头水平距离0、5、10 cm处对不同深度土层土壤（0～10、10～20、20～30 cm）进行取样测定（取5点混合）。

土壤有效磷：用pH=8.5的0.5 mol·L-1NaHCO3浸提剂提取，钼锑抗比色法测定。

土 壤 有 效 锌：用pH=7.3的0.005 mol·L-1DTPA浸提剂提取，原子吸收分光光度法测定。

土壤理化性质参照鲍士旦［12］的方法测定。

1.4.2 植株样品

玉米幼苗根系发育特征：分别于玉米出苗后的第6、12、18 d对玉米植株地上部、地下部样品进行采集，利用WinRHIZO根系分析系统对其根系指标进行测定。

生物学产量：每次取植株样后，分不同器官烘干至恒重称重，测定生物量。

产量和产量结构：在玉米成熟后，各处理随机选取6.67 m2玉米进行测产，测定项目包括有效穗数、穗行数、行粒数和千粒重，并计算理论产量。

经济效益：根据当年当地肥料及玉米价格计算。

1.5 数据分析

采用Excel 2010对数据进行处理和绘图，采用SPSS 19.0对数据进行方差分析，不同处理间比较采用Duncan法进行检验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 施用启动肥对土壤有效磷含量的影响

由表2可知，启动肥对土壤有效磷有明显影响。1）垂直方向：同一滴头位置下，各处理有效磷在0～10、10～20及20～30 cm土层深度上均表现为SF9.0＞SF6.0＞SF3.0＞CF，如在距滴头5 cm垂直方向0～10 cm土层，SF3.0、SF6.0和SF9.0处理土壤有效磷含量较CF处理分别提高3.29%、28.16%和31.42%。说明启动肥施用量越大，土壤有效磷浓度增加越多；同一滴头位置下，各处理有效磷在不同土层深度上均表现为0～10＞10～20＞20～30 cm，以距滴头水平距离5 cm为例，从0～10 cm到20～30 cm土层间，CF、SF3.0、SF6.0和SF9.0处理土壤有效磷含量降幅分别为24.46%、15.80%、13.33%和14.07%。说明随着启动肥用量增加，深层土壤有效磷含量增加量较大。2）水平方向：在同一土层深度下，各处理土壤有效磷含量在不同水平距离下均表现为0＞5＞10 cm，土壤有效磷含量在水平距离上各启动肥处理显著高于CF对照，但SF6.0与SF9.0处理随着水平距离增加而趋于显著。

表2 施肥3 d后启动肥对土壤有效磷含量的影响 （mg·kg-1）

综上可知，施用启动肥提高了土壤有效磷含量，其规律是距离滴头越远（水平和垂直），效果越小；从各启动肥处理对土壤有效磷的影响结果来看，施用量越高有效磷含量越高，但随着距离滴头位置的增大启动肥量的优势趋于不显著。

2.2 施用启动肥对土壤锌有效性的影响

图1是施用启动肥3、6、9 d后，距滴头0 cm处不同土层深度上土壤有效锌含量。施肥3 d后，0～10 cm土层中，SF3.0、SF6.0和SF9.0处理较CF处理土壤有效锌含量均显著增加，分别较CF提高了27.59%、34.48%和48.28%；10～20和20～30 cm土层中有效锌含量均表现为SF9.0＞SF6.0＞SF3.0＞CF，且3个启动肥处理间差异均不显著，但在20～30 cm土层中SF9.0处理的有效锌含量显著高于CF处理。施肥6 d后，在各土层深度上，SF6.0和SF9.0处理土壤有效锌含量显著高于CF和SF3.0，但SF3.0和CF没有显著性差异。施肥9 d后，在各土层深度上，有效锌含量也均表现为SF9.0＞SF6.0＞SF3.0＞CF，但各处理间无显著性差异。

综上表明，启动肥对土壤有效锌的影响主要在0～10 cm土层中，且启动肥施用量越高，土壤中有效锌增加持续时效越长。

2.3 启动肥对玉米幼苗根系发育特征的影响

由表3可知，施用启动肥可以明显促进玉米幼苗根系的生长。出苗后第6 d，玉米二级根数、根系平均直径、总表面积和总体积均在SF6.0和SF9.0处理下显著高于CF和SF3.0，且各指标分别在CF和SF3.0间，SF6.0和SF9.0间无显著性差异。出苗后第12 d和第18 d，玉米二级根数、根系平均直径、总表面积和总体积均在SF3.0、SF6.0和SF9.0处理下显著高于CF，且各指标在SF6.0和SF9.0间无显著性差异。综上表明，启动肥可以促进玉米根系生长。在玉米出苗后6 d，SF6.0和SF9.0的效果优于SF3.0，随着玉米的生长SF3.0也可以对玉米根系表现出一定的促进作用，但是SF6.0和SF9.0在促进玉米根系生长方面没有显著性差异。

表3 启动肥处理玉米根系指标随出苗天数变化

2.4 启动肥对玉米干物质积累量的影响

由图2可知，在出苗后第6 d，SF6.0处理干物质积累量显著高于其他处理；在出苗后12 d，SF3.0、SF6.0和SF9.0分 别 比CF处 理 提 高 了17.39%、30.43%和26.08%；出苗后18 d，SF6.0和SF9.0处理干物质积累量显著高于CF和SF3.0处理，但SF6.0和SF9.0处理干物质积累量差异不显著。

2.5 施用启动肥对玉米产量及经济效益的影响

由表4可知，施用启动肥能显著提高玉米产量及磷肥偏生产力。与CF处理相比，SF3.0、SF6.0和SF9.0处 理 分 别 增 产123.3、3133.0和1309.9 kg·hm-2，增产率分别是0.63%、15.99%和6.68%，其中SF6.0处理产量显著高于SF9.0。从产量构成来看，SF3.0和SF6.0有效穗数显著高于CF，且SF9.0和CF无显著性差异；各处理间穗行数无显著差异；SF6.0和SF9.0千粒重显著高于CF和SF3.0，其中SF6.0处理千粒重最高，达520.9 g，相较CF处理千粒重增加35.0 g。SF6.0处理的增产率和磷素偏生产力最高，磷素偏生产力在SF6.0下较SF3.0、SF9.0处理分别增加15.21%、8.71%。

由表5可知，SF9.0较其他处理肥料投入和成本投入最高，其中SF3.0肥料投入和成本投入低于CF，SF6.0肥料投入和成本投入与CF大体一致。但施用启动肥提高了玉米经济效益，SF6.0处理纯收入较CF增加4553.4元·hm-2，增收率达29.4%，产投比较CF增加了15.98%。SF3.0和SF9.0处理较CF处理玉米生产效益也有不同程度的提高，但增收率均低于SF6.0。

表4 玉米产量及产量构成因素

表5 经济效益分析

3 讨论

磷易被土壤固定，在各种作物必需营养元素中其移动性最差，移动距离通常在3～5 cm［13-15］，不同磷源、施肥方式均可能影响磷在土壤中的移动性。本试验发现，3个启动肥处理在0～10 cm土层上有效磷含量均大于CF处理，其平均值相比CF处理提高17.06%，说明施用启动肥提高了土壤中有效磷的含量。本试验还发现，启动肥不同用量处理对土壤有效磷和有效锌含量的显著性差异均表现在0～10 cm土层中，随着土层深度增加，启动肥施用量的优势逐渐减弱，主要体现在10～20和20～30 cm土层中SF6.0与SF9.0处理间的差异上，说明施启动肥90 kg·hm-2已经能够表现出优化效果。有报道认为，液体磷肥在土壤中的迁移距离大于固体磷肥［15］，本试验结果表明，施用启动肥不仅0～10 cm深度土壤有效磷含量增加，而且10～20 cm土壤有效磷含量也有显著增加，显示液体的启动肥磷在土壤中迁移距离较远，能达到玉米幼苗根系所在深度并被吸收。根系是作物营养成分及水分吸收的主要器官，早期建成的根系是玉米后期加速生长、形成较大生物量和产量的关键基础之一。本试验结果表明，施用启动肥对玉米幼苗根系生长的促进作用显著（表3），出苗10 d后，3个启动肥的平均侧根数较CF处理多1.26根，SF6.0和SF9.0处理促进玉米根系生长指标差异不显著，说明启动肥施用量为90 kg·hm-2时促根作用已达最佳。本试验结果还表明，3个启动肥处理均提高了玉米苗期生物量和产量，较CF处理苗期生物量提高了17.39%～30.43%，产量提高了0.61%～15.99%，其中以SF6.0处理（90 kg·hm-2）的提高作用最为显著，表明施用启动肥能够促进玉米苗期生长，提高玉米产量，以启动肥施用量90 kg·hm-2效果最好，增产增收效果最佳，这也与Szulc［16］研究结果一致。综上所述，施用启动肥不仅有利于磷素在土壤中的迁移，而且启动肥的酸性间接提高了土壤中微量元素锌有效性，进而促进根系的生长，提高了生物量，最终使产量增加。本试验采用的启动肥P2O5含量为39%，因此启动肥的适宜磷用量为90×0.39=35.1 kg·hm-2。

启动肥在玉米上的增产作用十分明显，是因为其自身含有作物生长所需的大量营养元素尤其是P素，且出苗时水滴施及时供应了玉米苗期对磷素的临界需求；启动肥中还含有腐殖酸和小分子有机酸，能够促进根系生长，活化土壤。但有关启动肥对玉米增产的机理，还需进一步研究。

4 结论

采用滴灌结合出苗水施入启动肥是一种经济、方便的施肥方法。启动肥提高了0～10 cm土层有效磷含量，其酸性也短期提高了土壤微量元素锌有效性，玉米产量增加，当施肥量达到90 kg·hm-2时表现最佳。从经济效益来看，施肥量为45 kg·hm-2时，经济效益较施肥量为135 kg·hm-2时低820.1元，但产投比相同；施肥90 kg·hm-2时，经济效益最大，产投比最高。综合产量和经济效益分析，合理的启动肥施用量控制在P2O535 kg·hm-2较为适宜，增产效果显著，经济效益最佳。