不同腐殖酸复合肥对玉米产量、品质及养分吸收利用的影响

张运红，毛家伟，刘小奇，钱 凯，杨明堤，徐祺豪

（1.河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所 河南省农业生态与环境重点实验室，河南 郑州 450002；2.郑州阿波罗肥业有限公司，河南 荥阳 450100；3.河南农业大学 资源与环境学院，河南 郑州 450002）

玉米是我国重要的粮、饲、经兼用型优势作物，在保障中国乃至世界粮食安全方面起着重要的作用[1-2]。玉米需肥量高，充足的养分供给是玉米增产的重要途径[3]。然而，长期过量不合理施用化肥，不仅导致肥料利用效率降低，而且带来土壤酸化、面源污染等一系列环境问题[4-6]。故当前能够协调玉米高产与环境友好型施肥模式有待建立，而新型肥料创制与应用是实现这一目标的重要措施之一，已成为农业可持续发展的热点课题[7-8]。以腐殖酸为原料，添加植物所必须的养分，经过科学配比而制成的腐殖酸肥料，具有协调作物高产与资源可持续发展的潜力，在农业领域具有良好的前景[9-10]。有研究表明，肥料中添加腐殖酸不仅能提高肥料利用率，还能改善土壤的理化性质[11-13]。周丽平等[14]将腐殖酸添加到霍格兰营养液中，结果发现玉米干物质量、根系活力及其主要化学组分有所增加，根系形态得到明显改善。杨苏等[11]采用盆栽试验研究显示，施用褐煤腐殖酸可增加玉米产量、干物质量和养分吸收量，并能增加土壤有机质、全氮和速效氮含量。李欢等[15]报道，尿素配施腐殖酸可增加土壤硝态氮和铵态氮含量，增加玉米氮吸收总量及其向籽粒中的分配，最终提高氮肥利用率。腐殖酸的生物功能与其化学结构有关，所含有的羧基、羟基、羰基、醌基、甲氧基等官能团使其拥有良好的吸附能力、络合作用、阴阳离子交换能力和缓冲能力。一般而言，腐殖酸的腐殖化程度越高，羟基越少，羧基越多，对作物的增产效果越好；腐殖酸的分子量大小也会对产量造成影响[16-17]。但目前对不同来源的腐殖酸在玉米上施用效果的研究较少。河南是我国玉米的重要产区，产量占全国玉米总产10%以上[18]。鉴于此，本研究利用3种不同来源腐殖酸研制同养分比例腐殖酸复合肥，研究其在豫北潮土区施用对玉米产量、品质和养分吸收利用的影响，旨在明确不同腐殖酸产品作为肥料添加剂的施用效果，筛选出具有市场开发前景的高活性腐殖酸玉米专用肥。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2021年6月—2021年9月在河南省原阳进行。试验区种植方式为小麦-玉米轮作，土壤类型为潮土，基本理化性质为碱解氮44 mg·kg-1、有效磷14.4 mg·kg-1，速效钾116 mg·kg-1，有机质16.2 g·kg-1，pH 8.4。

1.2 供试肥料及作物

供试肥料为普通玉米复合肥（Common compound fertilizer,CCP）（N-P2O5-K2O∶29-6-9）、腐殖酸复合肥Ⅰ（Humic acid fertilizer,HAFⅠ）（NP2O5-K2O∶29-6-9，含有黄腐酸钾）、HAFⅡ（N-P2O5-K2O∶29-6-9，含有腐殖酸钾）和HAFⅢ（N-P2O5-K2O∶29-6-9，含有黄腐酸钾），3种HAF中所含腐殖酸及其主要性能指标见表1。所有肥料均由郑州阿波罗肥业有限公司提供。

供试玉米品种为国审紧凑密植型玉米品种‘郑单1002’。

1.3 试验设计

试验设置5个处理，分别为：不施肥对照（CK）、CCP、HAFⅠ、HAFⅡ、HAFⅢ；每个处理3次重复。CCF和HAF的施用量均为750 kg·hm-2，全部基施。小区面积为40 m2(6.67 m×6.00 m)，9行区，等行0.67 m种植，株距0.25 m。每个小区之间、区组之间均设保护行和走道。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 产量 收获时，按小区单收计算玉米产量；此外，每个小区随机抽取10穗考种，统计株高、穗位、穗质量、穗长、秃尖长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒质量。

1.4.2 植株品质 玉米籽粒品质指标测定由河南广电计量检测有限公司完成，全部依据国家规定的标准进行。其中，粗蛋白含量测定采用半微量凯氏法，粗脂肪含量测定采用索氏提取法，粗淀粉含量测定采用旋光法[19]。

1.4.3 养分含量及肥料利用效率 于玉米成熟期，采集植株样品，将其分为秸秆和籽粒两部分，70℃烘至恒质量，测定干质量。样品粉碎过筛后经H2SO4-H2O2消煮，采用凯氏定氮法测定全氮含量，钼锑抗比色法测定磷含量，火焰光度法测定全钾含量。参照农业部《肥料施用效果测算方法》计算肥料农学利用率（Fertilizer agronomic efficiency,FAE）和肥料偏生产力(Fertilizer partial productivity,PFP)。

式中，Y为产量；FNPK为肥料纯养分（N，P2O5和K2O）投入量。

1.4.4 土壤养分 于玉米成熟期采集0～20 cm耕层土壤样品，每个小区取3个样品，混合均匀，测定速效氮、有效磷、速效钾含量。其中，速效氮含量测定碱解扩散法，有效磷含量测定采用Olsen法，速效钾含量测定采用NH4OAc浸提，火焰光度计法[20]。

1.5 数据统计与分析

采用Excel 2007进行数据处理，利用DPS 2020进行方差分析，LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同腐殖酸复合肥对玉米产量的影响

由图1可知，与不施肥对照（CK）相比，施肥处理的玉米产量提高4.0%～12.3%，差异显著，其中HAFⅠ、HAFⅢ处理最高，较CCF处理也分别增加了2.8%、2.5%，HAFⅡ处理则较之显著降低4.8%。该结果说明，同等施用量下，施用HAFⅠ和HAFⅡ的玉米产量高于CCF。

图1 不同腐殖酸复合肥对玉米产量的影响

2.2 不同腐殖酸复合肥对玉米产量构成因子的影响

由表2可知，和CK相比，施肥处理的玉米株高增加9.1%～16.6%，以HAFⅡ处理最高，较CCF处理也增加6.8%。除HAFⅢ处理外，其余施肥处理的玉米穗位较CK提高4.0%～5.9%，且HAFⅠ处理也高于CCF处理1.8%，差异均显著。HAFⅡ处理的玉米穗质量较CK增加14.6%，且差异显著。HAFⅢ处理的穗质量和穗长均显著低于CK和CCF处理，分别较之下降9.1%、15.3%和11.4%、8.2%。CCF和HAFⅡ处理的玉米秃尖长分别较CK降低51.2%、34.7%，且差异显著。HAFⅡ处理的玉米穗粗显著高于CK和CCF处理，增幅分别为5.1%、2.7%。施肥处理的玉米穗行数高于CK 9.1%～18.2%，但HAFⅢ处理较CCF处理降低7.7%，差异均显著。HAFⅠ和HAFⅢ处理的玉米行粒数均显著低于CK和CCF处理，降幅分别为16.1%、15.0%和15.1%、14.0%。除HAFⅢ处理外，其余施肥处理的玉米百粒质量低于CK 2.2%～5.3%，但HAFⅡ处理较CCF处理增加3.3%，差异均显著。该结果说明，和CCF相比，施用3种HAF均可不同程度提高玉米百粒质量，但施用HAFⅢ的穗行数和行粒数有所降低。

表2 不同腐殖酸复合肥对玉米产量构成因子的影响

2.3 不同腐殖酸复合肥对玉米品质的影响

由表3可知，施肥处理的玉米的粗蛋白质含量较CK增加了5.9%～10.5%，且差异显著；HAFⅠ、HAFⅡ、HAFⅢ处理也显著高于CCF处理，分别较之增加3.5%、4.3%、2.6%，但三者间无显著差异。施肥处理的玉米粗脂肪和淀粉含量均显著低于CK，降幅分别为15.6%～21.9%和1.0%～1.5%，且HAF和CCP处理无显著差异。该结果说明，和CCF相比，施用HAF可增加玉米的粗蛋白质含量，但对粗脂肪和淀粉含量无显著影响。

表3 不同腐殖酸复合肥对玉米品质的影响

2.4 不同腐殖酸复合肥对玉米养分含量的影响

由表4可知，HAFⅠ、HAFⅡ处理的玉米秸秆N含量显著高于CK和CCF处理，增幅分别为15.2%、41.6%和17.3%、44.3%。HAFⅡ处理的玉米秸秆P含量显著高于CK，增幅为20.9%，较CCF处理也有增加趋势。HAFⅠ、HAFⅡ处理的玉米秸秆K含量显著高于CK和CCF处理，增幅分别为13.9%、15.8%和6.6%、8.3%。HAFⅡ处理的玉米籽粒N含量分别较CK和CCF处理增加7.1%和10.3%，且差异显著。HAFⅢ处理的玉米籽粒P、K含量均显著低于CK和CCF处理，降幅分别为21.7%、17.9%和12.2%、16.6%。综上所述，和同养分CCF相比，施用HAFⅠ、HAFⅡ可提高玉米秸秆N、K含量，施用HAFⅢ的秸秆和籽粒中P、K含量有所降低。

表4 不同腐殖酸复合肥对玉米养分含量的影响

由表5可知，施肥处理的玉米秸秆N积累量高于CK18.5%～74.1%，以HAFⅡ处理最高，较CCF处理也显著增加46.9%。HAFⅡ处理的秸秆P积累量显著高于CK和CCF处理，增幅分别为48.6%、8.6%。HAFⅠ和HAFⅡ处理的秸秆K含量均显著高于CK和CCF处理，增幅分别为42.7%、42.3%和10.7%、10.4%。施肥处理的籽粒N累积量高于CK 6.1%～16.1%，且HAFⅡ和HAFⅢ处理较CCF处理也增加5.0%、9.4%，差异均显著。HAFⅠ处理的籽粒P积累量显著高于CK和CCF处理，增幅分别为7.0%、2.8%，HAFⅡ和HAFⅢ处理则分别较之显著降低10.6%、12.3%和14.1%、15.8%。HAFⅡ和HAFⅢ处理的籽粒K积累量显著低于CCF处理，较之分别下降8.1%、14.5%。HAF处理的总N积累量均显著高于CK和CCF处理，增幅为18.6%～31.7%和7.7%～19.6%，以HAFⅡ处理最高。HAFⅢ处理的总P积累量分别低于CK和CCF处理16.3%和26.8%，且差异显著。施肥处理的总K积累量高于CK 21.0%～38.2%，但HAF和CCF处理无显著差异。该结果说明，和CCF相比，施用3种HAF均能促进玉米N吸收，但施用HAFⅢ的玉米P、K吸收量有所降低。

表5 不同腐殖酸复合肥对玉米养分积累量的影响

2.5 不同腐殖酸复合肥对肥料农学效率和肥料偏生产力的影响

由图2可知，HAFⅠ、HAFⅢ处理的玉米肥料农学效率分别高于CCF处理33.0%、29.9%，HAFⅡ处理则较之降低56.7%，差异均显著。HAFⅠ、HAFⅢ处理的肥料偏生产力较CCF处理有增加趋势，HAFⅡ处理较之有降低趋势，但均未达到显著性差异。该结果说明，和CCF相比，施用HAFⅠ、HAFⅢ可不同程度提高玉米肥料农学效率和肥料偏生产力。

图2 不同腐殖酸复合肥对肥料农学效率(A)和肥料偏生产力(B)的影响

2.6 不同腐殖酸复合肥对收获期土壤残留速效养分的影响

据表6可知，HAFⅡ处理的玉米收获期土壤碱解氮含量显著高于CK 26.4%，较CCF处理有增加趋势，但未达到显著性差异。施肥处理的土壤速效磷含量均显著低于CK，降幅为33.6%～43.6%，但不同施肥处理间无显著差异。CCF处理的土壤速效钾含量显著高于CK 16.3%，HAF处理较CCF处理显著降低4.5%～11.5%，以HAFⅢ处理降幅最大。该结果说明，同等施肥条件下，施用HAF的收获期土壤速效钾含量较CCF有不同程度降低。

表6 不同腐殖酸复合肥对玉米收获期土壤残留速效养分的影响

3 结论与讨论

本研究中，和CCF相比，施用HAFⅠ和HAFⅢ可提高玉米产量，且主要通过增加百粒质量来实现。袁丽峰等[21]研究显示，施用含腐殖酸肥料可通过增加玉米百粒质量而增加产量，笔者的研究结果与其相符。本研究中，施用HAFⅡ相较于CCF，玉米产量有所降低，这可能与所含腐殖酸种类有关。有研究显示，腐殖酸对植物生长的促进效应与其结构及分子量大小有关，例如Nardi等[22]研究表明，低分子尺寸腐殖质容易到达高等植物细胞的质膜，部分被吸收；而高分子尺寸的腐殖质只能作用于细胞壁。Muscolo等[23]的研究也显示，只有低分子量腐殖质部分才能与胡萝卜细胞培养物中的细胞膜相互作用。笔者的试验初步证实，玉米复合肥中添加不同来源腐殖酸施用效果有所差异，但是对腐殖酸在植物上的构效关系未作进一步研究。

玉米品质主要包括淀粉、蛋白质、脂肪等，其中淀粉是产量的主体成分，也是粮食、饲料的主要加工原料；粗蛋白质含量决定了饲用营养价值；脂肪则是高质量的食用油，有降低高血压、治疗血管硬化等功效[24-26]。本研究中，和CCF相比，施用HAF的玉米籽粒中粗淀粉含量无显著变化，但粗蛋白质含量明显提高。袁丽峰等[21]报道，玉米施用腐殖酸有机肥相较于只施用化肥可提高籽粒中粗蛋白质含量，笔者的结果与其相符。Eirouby等[27]的研究认为，玉米籽粒产量与含油量呈负相关。本研究中，施肥在增加玉米产量的同时降低了玉米中的粗脂肪含量，与上述结果一致。

本研究中，和CCF处理相比，施用HAFⅠ、HAFⅢ可不同程度提高玉米肥料农学效率和肥料偏生产力，这与袁丽峰等[12]研究结果相似。秦文等[28]的研究结果也表明，玉米上腐殖酸配施无机肥的氮肥农学效率和氮肥偏生产力均高于施用化肥，本试验与其研究结果相符。本研究中，和CCF相比，施用3种HAF的玉米收获后土壤中碱解氮含量无明显变化，但玉米总N积累量显著增加，说明施用HAF促进了全氮向速效氮的转化，从而有利于玉米吸收。姜佰文等[29]研究中少化肥用量20%，配施腐殖酸可提高玉米茎秆和籽粒中氮积累量，本研究结果与其相符。有研究显示，腐殖酸的羟基、羧基等酸性官能团能与氮元素反应，形成稳定络合物，从而使氮素释放缓慢分解，挥发减少，肥效期延长[30]，这可能是施用HAF提高玉米氮素吸收及肥料利用效率的主要原因。本研究中，施用HAFⅢ的玉米总P、K积累量低于CCF处理，收获期土壤有效磷和速效钾含量较之无变化或降低，说明施用HAFⅢ减缓了土壤速效磷钾释放。然而，目前研究多认为施用腐殖酸可降低土壤对P、K的固定，提高养分有效性，主要机理包括含氧官能团与PO4-形成可溶性螯合物、活性基团对K+的置换作用等[31-34]，本研究中HAFⅢ的施用结果与其相悖，其原因尚不清楚，可能与腐殖酸种类有关。因此，下步工作应对不同腐殖酸进行结构解析，从而深入揭示其对肥效的调控机制。

本研究中，和CCF相比，施用HAFⅠ、HAFⅢ提高了玉米的产量和肥料农学效率。所有HAF处理的玉米总N积累量和籽粒粗蛋白质含量均有所增加，但施用HAFⅢ的玉米总P、K积累量以及收获期土壤速效钾含量均显著低于CCF处理。因此，从玉米产量和培肥土壤综合来看，HAFⅠ更适合在玉米生产中应用。