海藻复合肥对夏玉米产量及养分吸收利用的影响

刘金萍，刘艳丽，邵雨晴，李银辉，王修康，薛韧，李成亮

(1.山东农业大学资源与环境学院 土肥资源高效利用国家工程实验室，山东 泰安，271018； 2.五洲丰农业科技有限公司，山东 烟台，264002)

玉米是中国三大主要粮食作物之一，种植范围集中在北方地区，在确保粮食安全方面始终扮演了重要角色。随着玉米新品种的不断培育和产量的不断提高，肥料品种和施肥量也逐渐增加。目前在玉米施肥方面存在一些问题：一方面注重底肥忽视追肥，注重氮肥投入忽视磷钾肥投入，为了获得玉米高产，过量且不均衡施肥，直接导致作物抗病虫害和抗倒伏力减弱，继而抗病虫农药使用量增加，从而使玉米品种安全受到威胁[1],当肥料用量超过土壤的保持能力时，会造成农业面源污染，河流湖泊等水体富营养化，水质恶化，鱼虾和底栖生物大量死亡；另一方面，不注重有机肥的投入，因为有机肥使用时消耗的人工较多，且增产效果短时间内不宜反映出来。然而研究发现，有机肥不仅污染小，长期施用还能给小麦、玉米等粮食作物带来其生长所需要的更多的养分[2-4]。

在保证作物高产且稳产的情况下，减少化肥使用量，提高肥料的利用率，成为亟待解决的重要问题[5]。化肥减施增效技术是利用现代技术手段，在农作物的各生长期按照一定的比例将肥料施于作物叶面、种子或者根系附近，或施用可以延长养分有效期的包膜控释肥、稳定性肥料，从而确保作物高效利用，减少资源浪费和农业面源污染，以满足农业可持续发展的要求。与传统的粗放式施肥相比，化肥减施增效技术更加符合粮食增产、资源高效、生产高效和生态环保的理念[6]。

海藻提取物含海藻寡糖、海藻酸、天然有机酸等多种陆源植物无法比拟的有机态营养和调节作物生长的类内源激素活性物质，可直接被作物根系吸收利用，促进作物生长。已有研究表明，海藻提取物可以满足多种植物的生长需求，增强植物的抗逆性，减少作物生产中的化肥用量[7]。据研究，对“夏黑”葡萄叶面喷施1 500倍液的海藻肥，可显著增加其可溶性固形物和糖度等品质要素指标，每667 m2增产近15%[8]。用稀释1 600倍的液体海藻肥对紫油菜进行浇灌，显著增加了紫油菜青花素、可溶性蛋白、维生素C等含量[9]。海藻肥的施用对提高草莓、芦笋等作物的农产品品质和其耐储性效果显著，减少环境胁迫对作物的伤害[10]。一定浓度的海藻提取液对种子发芽率和发芽势也有良好影响[11-12]。将海藻提取物与传统复合肥进行有机结合生产海藻复合肥，不仅提供植物生长所需营养，还可以调节作物根际微生物区系组成，改善土壤团粒结构等[13-15]，正在被越来越多的人所认可并在农业生产上应用。

虽然前人对海藻提取物衍生的各种肥料用于果蔬效果研究较多，但对于海藻复合肥在夏玉米的用量效应及作用效果方面却鲜见报道。基于此，本研究以不施用氮磷钾肥、常规施肥处理为对照，设置等养分量、减量10%、20%和30%的海藻复合肥处理，通过田间试验探究其不同施用量对土壤肥力、玉米生长的影响，明确其减量施用效果，以期为海藻复合肥的推广应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验地位于烟台五洲丰农业科技有限公司的试验基地(121°30’ N，37°49’ E),土壤类型为棕壤，地力均匀，排灌条件良好。供试土壤部分基本理化性能指标见表1。供本试验所采用的夏玉米品种为金海5号，在本试验中施用海藻复合肥(23-10-12)、尿素(N∶46%)、重过磷酸钙(P2O5∶ 42%)和氯化钾(K2O∶60%)。该海藻复合肥是以铜藻为原料藻，以嗜牙糖胞杆菌、巨大芽孢杆菌为发酵菌株，运用海藻细胞破壁技术和先进的冷鲜造粒技术制得。

表1 土壤基础理化性能指标Table 1 Soil basic physical and chemical properties

1.2 试验设计

试验共设9个处理，分别为1)不施肥(T0)；2)不施氮肥，磷钾投入量与常规施肥相同(TN0)；3)不施磷肥，氮钾投入量与常规施肥相同(TP0)；4)不施钾肥，氮磷投入量与常规施肥相同(TK0)；5)常规施肥(T1)；6)与常规处理等养分用量的海藻复合肥(T2)；7)较常规处理总养分减少10%的海藻复合肥(TJ1)；8)较常规处理总养分减少20%的海藻复合肥(TJ2)；9)较常规处理总养分减少30%的海藻复合肥(TJ3)。本试验中常规处理的氮肥(N)用量为206.9 kg·hm-2，磷肥(P2O5)用量为89.96 kg·hm-2，钾肥(K2O)用量为107.95 kg·hm-2。各小区面积30 m2(4 m×7.5 m)，采用随机区组排列，3次重复，共计27个小区，于2019年6月15日播种、10月3日收获；夏玉米种植密度为67 466株·hm-2，种植的行距为0.6 m，株距为0.25 m，其他参照当地常规管理执行。

1.3 样品采集与测定

分别于夏玉米拔节期(7月23日)、抽雄期(8月26日)和成熟期(10月3日)，在每个小区内选择6株具有代表性的植株，测量其株高、茎粗、叶面积长宽以及叶片SPAD值。收获时，在每小区选取具有代表性1行玉米，收获玉米穗，全部脱粒后晒干称质量，并计算产量；另外将地上部分秸秆全部收获，称质量并测定秸秆的含水量，计算地上部分的生物量。调查穗粒数，测定玉米百粒质量。

子粒样品和玉米秸秆在105 ℃下杀青30 min，并在75 ℃烘箱中烘干后测定其干物质质量。将所有样品磨细过2 mm筛，得到分析样品。

植株样品和子粒样品均用H2SO4-H2O2消煮，然后分别采用凯式定氮法测N含量，钒钼黄比色法测P含量，火焰光度计法测K含量，最后计算植株样品和子粒样品中养分含量。

玉米成熟期在小区内，按照5点采样原则在玉米株间采样深度为0～20 cm，将采集的土壤充分混匀，利用四分法取500 g左右的土壤样品。利用部分新鲜土壤样品，经过2 mol·L-1的KCl溶液浸提后，紫外分光光度法测定硝态氮含量，靛酚蓝比色法测定铵态氮含量。剩余土壤自然风干后研磨，分别过孔径为0.85和0.25 mm网筛后封口保存待测。利用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定速效磷含量，利用醋酸铵浸提-火焰光度法测定速效钾含量，利用重铬酸钾-外加热法测定有机质含量。

利用夏玉米地上部分生物量和养分含量计算其养分积累量、肥料利用率。

氮积累总量/(kg·hm-2)= 子粒产量/(kg·hm-2)×子粒含氮量/(g·kg-1)+秸秆量/(kg·hm-2)×秸秆含氮量/(g·kg-1)×10-3；

磷积累总量/(kg·hm-2)= 子粒产量/(kg·hm-2)×子粒含磷量/(g·kg-1)+秸秆量/(kg·hm-2)×秸秆含磷量/(g·kg-1)×10-3；

钾积累总量/(kg·hm-2)= 子粒产量/(kg·hm-2)×子粒含钾量/(g·kg-1)+秸秆量/(kg·hm-2)×秸秆含钾量/(g·kg-1)×10-3；

氮肥利用率=(施氮处理植株吸氮量/(kg·hm-2)-不施氮处理植株吸氮量/(kg·hm-2))/施氮量/(kg·hm-2)×100%；

磷肥利用率=(施磷处理植株吸磷量/(kg·hm-2)-不施磷处理植株吸磷量/(kg·hm-2))/施磷量/(kg·hm-2)×100%；

钾肥利用率=(施钾处理植株吸钾量/(kg·hm-2)-不施钾处理植株吸钾量/(kg·hm-2))/施钾量/(kg·hm-2)×100%。

1.4 数据分析

数据采用EXCEL进行整理，SPSS 19.0进行方差分析，Duncan新复极差法检验处理间差异显著性(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同处理对夏玉米产量及产量构成因素的影响

表2表明，T2较T1显著增产15.27%，TJ1与T1产量无显著差异，说明施用该海藻复合肥可显著提高夏玉米产量，且在肥料用量减少10%的情况下，依旧可保证夏玉米稳产。

从产量构成因素来看，T2、TJ1、TJ2、TJ3较T1穗粒数分别增加14.22%、22.31%、12.98%、17.37%(表2)。T2和TJ1夏玉米百粒质量较T1有所提高，但效果不显著。这说明海藻复合肥主要通过增加穗粒数来使夏玉米增产。

表2 不同处理的夏玉米产量及产量构成因素Table 2 Summer maize yield and yield components of different treatments

2.2 不同施肥处理对夏玉米SPAD值的影响

叶绿素的多少决定了作物光合作用的强弱。在夏玉米拔节期，等养分用量情况下，T2的SPAD值相比T1有所提高，TJ1和TJ2与T1无差异，T2的SPAD值显著高于TJ3；在玉米抽雄期，仍以T2的SPAD值最高，其次是T1，T2与T1无显著差异，且两处理的夏玉米SPAD值要显著高于TJ2和TJ3(图1)。与常规施肥相比，施用等量养分的海藻复合肥与海藻复合肥减量10%均可保持夏玉米生育前中期较高的SPAD值，有利于同化作用。

注：图中不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，下同。Note:The different lower case letters in the figure indicate significant differences among different treatments at the 0.05 level,the same as below.

2.3 不同施肥处理对夏玉米生长发育的影响

从表3可以看出，在夏玉米拔节期，与T1相比，T2夏玉米株高、茎粗、叶面积分别提高8.41%、14.73%、9.14%，TJ1叶面积较T1提高14.04%，其余海藻复合肥减量处理对夏玉米株高、茎粗、叶面积促进效果不明显；在抽雄期，与T1相比，T2夏玉米株高、茎粗分别提高5.38%、10.14%，叶面积显著提高17.61%，TJ1较T1叶面积也显著提高；在夏玉米成熟期，与T1相比，T2、TJ1、TJ2、TJ3株高和茎粗均无显著提高。这说明施用海藻复合肥可促进夏玉米生育前中期株高、茎粗和叶片发育。

表3 不同施肥处理的夏玉米株高、茎粗及叶面积Table 3 Plant height, stem diameter and leaf area of summer maize under different fertilization treatments

2.4 不同施肥处理对成熟期夏玉米养分累积量的影响

图2表明，T2养分累积量最大，氮磷钾养分累积量分别为146.88、47.77、106.84 kg· hm-2，均显著高于T1。TJ1氮磷累积量与T1无差异，TJ2、TJ3较T1养分累积量均显著降低。这表明较常规施肥，施用等养分量海藻复合肥可显著提高夏玉米养分累积量，海藻复合肥减量10%可稳定夏玉米氮磷累积量。

图2 不同施肥处理的夏玉米养分累积量Fig.2 Nutrient accumulation of summer maize under different fertilization treatments

2.5 不同施肥处理对肥料利用率的影响

图3表明，T2较T1氮肥利用率提高29.17%，磷肥利用率提高57.89%，钾肥利用率提高84.21%。养分用量相同情况下，施用海藻复合肥较常规施肥提高了氮磷钾肥利用率。

图3 不同施肥处理的肥料利用率Fig.3 Fertilizer utilization rate of different fertilization treatments

2.6 不同施肥处理对夏玉米成熟期土壤养分含量的影响

表4表明，夏玉米成熟期T2较T1土壤铵态氮、硝态氮、有效磷含量分别显著提高了22.56%、16.71%、18.93%；TJ1较T1土壤铵态氮、有效磷含量分别显著增加21.06%、15.52%，其他养分含量无显著差异；TJ2、TJ3与T1土壤硝铵态氮、有效磷和速效钾含量均无显著差异。不同处理之间土壤有机质含量均无显著差异。这些说明养分用量相同情况下，施用海藻复合肥可显著提高土壤速效氮磷养分含量，海藻复合肥养分减少10%情况下，仍有较好培肥效果。

表4 不同施肥处理的成熟期土壤养分含量Table 4 Soil nutrient content of different fertilization treatments in mature stage

3 讨论与结论

海藻酸可通过分泌酸性物质来促进土壤中难溶性磷酸盐的溶解，提高土壤的供磷水平，从而促进叶绿素的合成，促进作物光合作用的进行[16-17]。本试验施用海藻复合肥玉米叶绿素含量较养分等量的常规施肥处理有所提高，与前人研究结果一致[18]，这为提高作物养分积累和磷肥利用率奠定了基础。

本研究与常规施肥相比，施用养分等量的海藻复合肥夏玉米穗粒数和百粒质量有所增加，产量显著提高，且在海藻复合肥养分减少10%的情况下依旧可以保证玉米稳产，这与前期作物较好的光合作用有关。另一方面，养分用量相同的情况下，施用海藻复合肥的夏玉米氮磷钾养分累积量比常规施肥处理分别提高27.05%，26.11%，20.31%，显著提高了作物养分累积量，从而增加了养分利用率。根系作为作物的吸收器官，在植物对养分吸收中起关键作用。根系活力是一种能客观反映根系吸收、合成、氧化、还原能力的重要指标[19]。已有研究显示一定浓度的褐藻寡糖对植物根系活力有显著促进作用[20-21]。本研究所用的海藻复合肥中含有海藻精华，其中的海藻寡糖、活性肽、氨基酸等成分可直接被作物根系吸收利用，使玉米根系长得早，长得快，长得旺，可极大地提高玉米对养分的吸收能力，促进其生长，在养分减少10%情况下依然可以保证作物正常生长。

本试验综合考虑产量、作物养分吸收情况、土壤肥力以及肥料投入成本，海藻复合肥减量10%施用能维持较好的叶绿素含量和养分累积量，维持作物产量，可以稳定土壤肥力，具有进一步推广的良好潜力。