腐植酸保水缓释肥对紫花苜蓿生长和肥料利用率的影响

钟禄威 栗 丽 杨立帆 刘 洋 王曰鑫

山西农业大学资源环境学院 太谷 030801

保水缓释肥是低碳环境背景下的具有养分缓释和保水功能的新型肥料[1]，将腐植酸、保水剂与有机无机复合肥复合一体化制成的腐植酸保水缓释肥，可通过缓释性能和水肥耦合增效，实现作物对水肥高效利用。与传统的缓释肥料相比，保水缓释肥中的保水剂是一种高分子化合物[2]，可以通过自身的保水特性提高土壤水分含量，增加土壤团粒结构，增强土壤抗蚀性和蓄水保墒保肥能力[3～8]。该肥料将水肥调控技术、化学保水技术以及肥料缓释技术等物化到肥料中，集水分调节和养分调控于一体，既能保水抗旱，又能缓释养分，可大幅度提高作物水分和肥料利用率[9]。其应用前景广泛，对于保水节肥、减少污染、改良土壤生态环境、增加农林经济作物产量、实现环境经济可持续发展具有重要意义。

本试验以化学肥料为对照，研究等量条件下腐植酸保水缓释肥对土壤理化性质和紫花苜蓿生长及肥料利用率的影响，为深入研发保水缓释肥料提供科学依据，同时也有助于解决山西有机旱作农业中存在的耕地质量不高、作物水肥不匹配、缺乏有效的保水栽培技术等新问题。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤：取自山西灵石县煤矿矿区土壤。土壤类型为石灰性褐土，土质为粗骨土，其有机质含量10.12 g/kg，全氮含量0.63 g/kg，全磷含量0.27 g/kg，全钾含量3.62 g/kg，碱解氮含量35.24 mg/kg，速效磷含量5.95 mg/kg，速效钾含量84.40 mg/kg，pH 值为8.1。取回的土壤风干后过2 mm 筛，充分混匀备用。

供试肥料：腐植酸保水缓释肥，主要由腐植酸、保水剂、尿素、磷酸二铵、硫酸钾复合一体化制成，其有效养分分别为N 10.53%，P2O53.17%，K2O 3.18%；总腐植酸含量15.60%。掺混肥主要由尿素、磷酸二铵、硫酸钾掺混制成，其有效养分分别为N 31.60%，P2O59.50%，K2O 9.53%。

供试作物：紫花苜蓿（Medicago sativaL.）。

1.2 试验设计

盆栽试验在温室大棚进行，采用完全随机设计，设7 个施肥处理，每个处理4 次重复。分别为：TF1（低量腐植酸保水缓释肥，总养分含量为1 克/盆）；TF2（中量腐植酸保水缓释肥，总养分含量为2克/盆）；TF3（高量腐植酸保水缓释肥，总养分含量为3克/盆）；TH1（低量掺混肥，总养分含量为1 克/盆）；TH2（中量掺混肥，总养分含量为2 克/盆）；TH3（高量掺混肥，总养分含量为3 克/盆）；CK（对照，不施肥）。其中，低量养分含量为N 0.625 克/盆，P2O50.188 克/盆，K2O 0.189 克/盆；中量养分含量为N 1.251克/盆，P2O50.377克/盆，K2O 0.378克/盆；高量养分含量为N 1.876 克/盆，P2O50.565 克/盆，K2O 0.567 克/盆。

供试盆钵为聚乙烯塑料盆（30 cm × 27 cm），每盆装风干过筛土4 kg。将肥料与供试土壤混匀后装盆，于8 月20 日撒播紫花苜蓿种子（0.5 克/盆），生长期间根据实际情况采用滴灌方式定量浇水，使土壤水分含量保持在田间持水量的70%左右，并经常更换盆的位置。

1.3 样品采集与测定

收获时采集植株样品，测定植株株高、产量以及养分含量（全氮、全磷、全钾），主根长度、根干重等指标。并于收获后采集土壤样品，用于测定土壤容重、含水量、有机质和养分含量（碱解氮、速效磷和速效钾）。土壤容重用环刀法测定[10]，有机质含量用重铬酸钾容量法——外加热法测定[10]，植株和土壤养分含量测定参考鲍士旦的方法[10]。

相关指标计算公式如下[11]：

肥料利用率（%）=（施肥区作物吸收养分量-未施肥区作物吸收养分量）/（肥料施用量×肥料中养分含量百分比）×100%；

肥料贡献率（%）=（施肥区作物产量-未施肥区作物产量）/施肥区作物产量×100%。

1.4 数据处理

采用Excel 2013 进行数据处理，运用SPSS 18.0 软件和邓肯多重比较对各项指标进行One-way ANOVA 分析（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 腐植酸保水缓释肥对土壤理化性质的影响

由表1 可知，施肥能降低土壤容重，增加碱解氮、速效磷和速效钾的含量，施用腐植酸保水缓释肥，还能增加土壤含水量、有机质含量。随着施肥量的增加土壤容重随之降低，有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的含量随之增加。与施用掺混肥相比，施用等量腐植酸保水缓释肥后，土壤容重表现为TF3处理显著低于TH3处理，降低了7.44%，TF1和TH1处理间、TF2和TH2处理间均无显著差异。土壤含水量增加20.83%～47.22%，土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量分别增加25.03%～62.36%、42.49% ～46.09%、23.67% ～54.1% 和-2.41%～60.29%。其中土壤含水量、有机质和碱解氮含量均表现为腐植酸保水缓释肥处理显著高于掺混肥处理；速效磷和速效钾含量均表现为TF2处理显著高于TH2处理、TF3处理显著高于TH3处理，TF1和TH1处理间无显著差异。不同用量的腐植酸保水缓释肥处理中，TF3处理的容重显著低于TF1处理，TF3、TF1处理均与TF2处理差异不显著；TF3处理的有机质显著高于TF1和TF2处理，TF2处理显著高于TF1处理；TF3处理的碱解氮显著高于TF1处理，TF3、TF1处理均与TF2处理无显著差异；土壤含水量、速效磷和速效钾的含量在TF3和TF2处理间无显著差异，二者均显著高于TF1处理。

表1 不同施肥处理对土壤理化性质的影响Tab.1 Effects of different fertilization treatments on physical and chemical properties of soil

2.2 腐植酸保水缓释肥对紫花苜蓿生长的影响

由表2 可知，施肥能促进紫花苜蓿生长，且随着施肥量的增加，紫花苜蓿的株高、产量、主根长度和根干重逐渐增加。与CK 相比，施用腐植酸保水缓释肥能显著提高紫花苜蓿株高和产量，增加主根长度和根干重，分别增加了13.48%～39.89%、16.47%～67.17%、6.32%～75.94%和1.75%～40.17%。施用腐植酸保水缓释肥处理对紫花苜蓿生长的促进效果高于施用掺混肥处理。与施用掺混肥的处理相比，施用等量腐植酸保水缓释肥的紫花苜蓿株高和产量分别增加了4.39%～14.22%和12.04%～37.86%。其中，株高表现为TF3处理显著高于TH3处理，TF1和TH1处理间、TF2和TH2处理间均无显著差异；产量表现为TF3处理显著高于TH3处理，TF2处理显著高于TH2处理，TF1和TH1处理间无显著差异。

表2 不同施肥处理对紫花苜蓿生长的影响Tab.2 Effects of different fertilization treatments on growth of alfalfa

主根长度和根干重分别增加了9.87%～18.01%和3.65%～52.74%。其中，主根长度表现为TF3处理显著高于TH3处理，TF2处理显著高于TH2处理，TF1和TH1处理间无显著差异；根干重均未表现出显著差异。不同用量腐植酸保水缓释肥处理中，TF3和TF2处理株高差异不显著，但二者均显著高于TF1处理；产量和主根长度在TF3、TF2和TF1处理间均存在显著差异，以TF3处理表现最佳；根干重TF3处理显著高于TF1处理，TF3、TF1处理均与TF2处理无显著差异。

2.3 腐植酸保水缓释肥对紫花苜蓿养分吸收的影响

由表3 可知，施肥能促进紫花苜蓿对氮、磷、钾养分的吸收，随着施肥量的增加，紫花苜蓿的氮素、磷素、钾素养分含量逐渐增加。相同施用量下，紫花苜蓿的氮素、磷素、钾素养分含量均表现为腐植酸保水缓释肥处理高于掺混肥处理，氮素、磷素、钾素养分含量分别增加了10.37%～70.27%、14.11%～18.94%和11.31%～19.58%。其中，紫花苜蓿氮素含量，TF3处理的显著高于TH3处理，TF1和TH1处理间、TF2和TH2处理间均无显著差异；紫花苜蓿磷素含量，TF2处理的显著高于TH2处理，TF1和TH1处理间、TF3和TH3处理间均无显著差异；而紫花苜蓿钾素含量，TF3处理显著高于TH3处理，TF2处理显著高于TH2处理，TF1和TH1处理间差异不显著。施用腐植酸保水缓释肥的紫花苜蓿氮素、磷素、钾素含量均以TF3处理最高。其中，氮素含量在TF2和TF1处理间差异不显著，但均显著低于TF3处理；磷素含量在TF2和TF3处理间差异不显著，但均显著高于TF1处理；钾素含量TF3处理显著高于TF1处理，TF3、TF1处理均与TF2处理无显著差异。

表3 不同施肥处理对紫花苜蓿养分含量的影响Tab.3 Effects of different fertilization treatments on nutrient content of alfalfa %

2.4 腐植酸保水缓释肥对紫花苜蓿肥料利用率及肥料贡献率的影响

由表4 可知，施用掺混肥处理，随着肥料施肥量的增加，氮、钾肥利用率先降低后上升，磷肥利用率略有上升，但各处理之间差异均不显著，表明掺混肥对肥料利用率没有显著影响。施用腐植酸保水缓释肥处理中，氮肥利用率以TF3处理最高，且显著高于TF2和TF1处理；磷肥和钾肥的利用率均以TF1处理最高，且显著高于TF2和TF3处理。相同施用量下，与施用掺混肥相比，腐植酸保水缓释肥中氮、磷、钾肥利用率显著提高了0.89 ～2.74 倍、0.48 ～1.83 倍、0.89 ～2.16 倍。

表4 不同施肥处理对紫花苜蓿肥料利用率及肥料贡献率的影响Tab.4 Effects of different fertilization treatments on fertilizer utilization rate and fertilizer contribution rate of alfalfa %

紫花苜蓿的肥料贡献率随着施肥量的增加而提高，以TF3处理最高，且相同施用量下，施用腐植酸保水缓释肥处理的肥料贡献率均显著高于掺混肥处理，提高了1.13 ～1.40 倍。施肥处理中表现为TH3处理显著高于TH1处理，TH3、TH1处理均与TH2处理无显著差异；TF3、TF2和TF1处理之间均存在显著差异，从高到低依次为TF3＞TF2＞TF1。

3 讨论与结论

腐植酸是由动植物遗骸经过物理化学反应和微生物分解形成的一类大分子有机物，是土壤有机质的主要组成部分。施用腐植酸直接影响土壤团粒形成，增加土壤有机质，有效降低土壤容重。另外，腐植酸具有吸附、螯合、络合功能，能够提高土壤阳离子交换量，对土壤和肥料中有效态养分具有缓释作用，减缓尿素分解。因此，施用腐植酸能够增加土壤速效养分含量，提高肥料利用率[12～14]。腐植酸配施化肥不仅促进作物生长发育、提升作物产量，还能培肥地力、提高土壤肥效[15～18]。此外，腐植酸保水缓释肥中的保水剂是一种高分子化合物，可通过自身保水特性以及土壤学作用机制，提高土壤吸水和持水能力，增强土壤保水能力，显著增加土壤水分含量[4～7]。本研究表明，施用中、高量掺混肥能显著增加土壤中有机质和速效养分的含量，不同用量的掺混肥均对土壤容重和含水量影响不大。而施用腐植酸保水缓释肥不仅能够显著增加土壤中速效养分含量，显著提高土壤含水量，中、高量腐植酸保水缓释肥还能显著增加土壤中有机质含量，高量腐植酸保水缓释肥显著降低土壤容重。与等量掺混肥相比，施用腐植酸保水缓释肥含水量和有机质含量比掺混肥的分别提高了20.83%～47.22%和42.49%～46.09%，这与肥料中含有的腐植酸有很大关系。本研究还表明，腐植酸保水缓释肥能够促进紫花苜蓿生长，提高其对速效养分的吸收和利用。与掺混肥相比，施用腐植酸保水缓释肥的紫花苜蓿株高和产量分别增加了4.39%～14.22%和12.04%～37.86%；氮、磷、钾养分含量分别增加了10.37%～70.27%、14.11%～18.94%、11.31%～19.58%；氮、磷、钾肥利用率分别 提高 了0.89 ～2.74 倍、0.48 ～1.83 倍、0.89 ～2.16 倍，肥料贡献率提高了1.13 ～1.40 倍。这与前人的研究结果一致。

综上所述，与施用掺混肥相比，施用腐植酸保水缓释肥能增加土壤养分含量和水分含量，降低土壤容重，提高紫花苜蓿产量，促进紫花苜蓿植株对速效养分的吸收和利用。其中，腐植酸保水缓释肥在TF3处理[总养分（N ∶P2O5∶K2O=3.3 ∶1 ∶1）含量为3 克/盆]时，土壤含水量和养分含量最高，紫花苜蓿产量最高，氮肥利用率和肥料贡献率最高，可以作为紫花苜蓿施肥的最佳推荐量。