速效缓释型有机无机复混肥对油菜产量及肥料利用率的影响

余垚颖,张 蕾,刘金丹 ,莫太相,郭应菊,陈代容,王明富

(1.四川省农业科学院 植物保护研究所,成都 610066;2.四川省农业技术推广总站,成都 610041;3.四川省中江县农业局,四川德阳 618000)

肥料作为农作物质优量高的有效保障,存在利用率低、施用不合理、技术落地难等问题[1-2]。因此实现肥料养分释放与作物需肥协调,提高肥料利用率,实现“一次性施肥”是符合现代农业生产的需求。肥料按作用方式分速效肥与缓效肥,李银水等[3]发现氮用量在150kg/hm2时,能较好地协调油菜高产与氮肥的合理利用;张辉等[4]认为缺失氮、磷、钾任何养分均使油菜产量降低;崔文慧等[5]将缓释肥与速效肥按不同比例混合施用后发现,缓释肥养分释放速度具有先低后高再低的趋势,其释放高峰期可以满足油菜生长需求。Grant等[6]和Xie等[7]研究发现,施用包膜控释氮肥相对于普通尿素对作物有显著的增产效果。为了解决肥料速效与缓释性融合的技术难题,研制出符合作物需肥规律的速效缓释型有机无机复混肥,实现粮油作物“一次性施肥”的轻简化施肥目标。团队成员明确了有机物料种类、组合、细度和含量等与肥料养分释放的相关性,创新了肥料生产工艺流程[8-11],研制出速效缓释型有机无机复混肥[12](肥料由缓释性母粒与速效性外层组成,缓释性母粒为油枯、菌渣、牛粪、桔秆等固态有机物料经密闭发酵后与无机养分按一定比例混合,经圆盘造粒,生产出有机质含量在20%以上,养分比例占60%～80%的有机无机复混肥;速效性外层以腐殖酸等可溶性有机物料为主,通过喷浆造粒法喷涂于缓释性母粒外,形成有机质含量在5%～10%,养分比例占20%～40%速效性外层)。通过对四川油菜需肥特性研究[13]和查阅相关文献[14-16],研制出3个速效缓释型有机无机复混肥油菜专用肥配方,在四川平原与丘陵地区开展速效缓释型有机无机复混肥油菜专用配方和施用方法研究,并进行效果验证,为油菜轻简高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

供试品种为‘德新油49’和‘德邡油1号’。

供试肥料:美丰比利夫复合肥(22-8-10)、尿素、硼酸、台沃复合肥(24-11-5)、SH1(速效缓释型有机无机复混肥16-6-8)、SH2(速效缓释型有机无机复混肥20-5-5)、SH3(速效缓释型有机无机复混肥18-5-7),以上3种有机无机复混肥均由四川省农业科学院植物保护研究所根据油菜需肥特性结合有机无机复混肥二次成型技术自主研制,经检测完全符合GB18877-2009标准。

供试土壤见表1。

表1 土壤基本情况Table 1 Basic information of soil

1.2 试验设计与处理

速效缓释型有机无机复混肥油菜专用配方筛选试验:为明确自主研发的3个速效缓释型有机无机复混肥配方对油菜产量和肥料贡献率的影响,筛选出油菜专用配方。在丘陵(四川中江辑庆镇)和平原(四川德阳天元镇白山村)地区,以当地常规栽培施肥量和方法为标准,开展配方筛选试验,设5个处理,C0:无肥;CK:当地常规施肥;C1:SH1;C2:SH2;C3:SH3,每个处理重复3次,共15个小区,具体施肥方式见表2,每个试验点除无肥外,其余处理氮、磷、钾总含量一致,数据分析以试验点为单位,单独分析。

表2 具体施肥方式Table 2 Specific fertilization method

速效缓释型有机无机复混肥SH3施用方法研究:综合分析配方筛选试验,在肥料贡献率、农学利用率、产量等方面以SH3 (18-5-7)效果最好(见下文2.1部分)。在四川中江对SH3的施用方式进行大田小区试验,试验共设5个处理,M0:无肥;MK:常规肥(移栽时窝施600 kg/hm2台沃复合肥);M1:基肥一次性施用(移栽时窝施 799.5 kg/hm2SH3);M2:基施+追施(移栽时窝施239.85 kg/hm2SH3,移栽50 d左右窝施 559.65 kg/hm2SH3);M3:追肥一次性施用(移栽 50 d左右窝施799.5 kg/hm2SH3),每个处理重复3次,共15个小区,除无肥外,其余处理氮、磷、钾总含量一致。

验证试验:为了验证速效缓释型有机无机复混肥油菜专用配方肥SH3的应用效果,在四川平原和丘陵地区,布置6个SH3应用效果示范试验,设3个处理,无重复。T0:无肥;TK:当地常规施肥(丘陵:移栽时窝施600 kg/hm2台沃复合肥;平原:移栽时撒施600 kg/hm2美丰比利夫复合肥,移栽50 d左右撒施37.5 kg/hm2尿素+ 7.5 kg/hm2硼酸);T1:SH3(丘陵:移栽时窝施799.5 kg/hm2SH3;平原:移栽时撒施856.5 kg/hm2SH3),每个试验点除无肥外,其余处理氮、磷、钾总含量一致。

1.3 样品采集与测定

各试验点土壤及植物样品的采集和测定均采用如下方法进行[17-18]。

油菜成熟后,每小区采集3～5株油菜植株,风干脱粒后,分茎秆、角壳和籽粒,于60 ℃烘干粉碎,然后 H2SO4- H2O2消煮,用连续流动分析仪(AA3) 测定植株全氮、全磷,用火焰光度计测定植株全钾。

考种与计产,收获期每小区随机取样 10 株,进行株高、有效蘖数、有效荚果数、无效荚果数、千粒质量等的测量或计数;油菜籽产量由各小区单打单收的实收产量换算。

1.4 相关参数计算[19-21]

肥料农学利用率(Agronomic efficiency, AE,kg/kg)=(施肥区产量-无肥区产量)/(施N量+施P2O5量+施K2O量)。

肥料贡献率(fertilizer contribution rate, FCR,%)=(施肥区产量-不施肥区产量)/施肥区产量×100%

地力贡献率(soil contribution rate, SCR, %)=不施肥区产量/施肥区产量×100%

收获指数(harvest index,HI,kg/kg)=籽粒产量/地上部总产量

氮收获指数(nitrogen harvest index,NHI,kg/kg)=籽粒吸氮量/地上部总吸氮量,同理计算磷、钾收获指数(PHI、KHI)

产值(元/hm2)=籽粒产量×油菜籽价格

投入成本(元/hm2)=肥料成本+施肥用工成本

肥料效益(元/hm2)=施肥产值-不施肥产值-投入成本

产投比=(施肥产值-不施肥产值)/投入成本

使用Microsoft Excel 2007处理数据和作图,用SPSS软件进行其他统计分析。

2 结果与分析

2.1 速效缓释型有机无机复混肥油菜专用配方的筛选

2.1.1 有机无机复混肥不同配方对油菜产量的影响 表3表明,不同配方对油菜产量构成因子差异较大,C2和C3在株高、单株有效角数、千粒质量上均要好于CK,但不存在显著性差异;C1、C2和C3的产量均高于CK,以C3处理产量最高,且平原试验点的C3与CK之间存在显著性差异;C2和C3收获指数高于CK,且平原试验点C3与CK之间存在显著性差异。可见,自主研发的3个有机无机复混肥与当地常规肥相比,更能促进光合产物向油菜籽粒转移,从而提高油菜产量,以SH3(18-5-7)增产效果最好。

表3 不同配方有机无机复混肥油菜植株生长及产量Table 3 Plant growth and yield of rape with different formula of organic inorganic compound fertilizer

2.1.2 有机无机复混肥不同配方对肥料贡献率与农学利用率的影响 肥料贡献率是反映年投入肥料的生产能力的指标,两试验点肥料对油菜产量的贡献率变幅为23.45%～42.01%,以C3处理最高,平原试验点C3与CK之间存在显著性差异;不同处理间农学利用率的变幅为2.34～ 6.33 kg/kg,其中C3处理的农学利用率显著高于CK(表4)。表明:自主研发的3个有机无机复混肥能提高肥料贡献率和农学利用率,以SH3(18-5-7)最好。

表4 不同配方有机无机复混肥肥料贡献率和农学利用率Table 4 Fertilizer contribution rate and agricultural utilization rate of new fertilizer with different formulas

2.1.3 有机无机复混肥不同配方对养分收获指数的影响 养分收获指数是反映作物生长后期养分由营养体向籽粒转移的强度。由表5可知:平原试验点,氮收获指数(NHI)、磷收获指数(PHI)和钾收获指数(KHI)值以C3处理最高,且C3的NHI和PHI与CK存在显著性差异;丘陵试验点:C2和C3的NHI和KHI均大于CK。表明:SH3(18-5-7)与当地常规肥相比,更有利于养分向油菜籽粒运输,增加收获期植株养分总量中籽粒养分所占的比例。

表5 不同配方有机无机复混肥养分收获指数分析Table 5 Analysis of nutrient harvest index of different formulas of new fertilizer

2.2 SH3施用方法研究

2.2.1 不同施肥方式对油菜产量的影响 由表6可知,SH3不同施肥方式间油菜产量构成因子差异较大,株高的排序为M2>M3、MK>M1>M0,且MK、M1、M2及M3在株高上显著高于M0;单株有效角数和千粒质量的排序为M2>M3>M1>MK>M0,其中M2千粒质量显著好于其他处理;产量变幅在1 884～3 530 kg/hm2,其中 M1、M2、M3的产量显著好于MK,以M1产量最高,M1与M2差异不显著,与常规肥相比,SH3不同施用方式最高增产率为25.49%。表明SH3(18-5-7)“基施+追施”方式效果最好,“基肥一次性施用”次之,但两者之间差异不显著。

表6 不同施肥方式油菜植株生长及产量构成因素Table 6 Rape plant growth and yield constituents of different fertilization patterns

2.2.2 不同施肥方式对肥料贡献率的影响 表7表明,不同处理间的肥料贡献率和农学利用率的变幅分别为32.94%～46.55%和3.62～6.42 kg/kg,排序为M2>M1>M3>MK,其中M2和M1显著高于MK,且M2与M1之间差异不显著。表明:SH3采用“基施+追施”的方式更有利于养分向籽粒运输,“基肥一次性施用”效果次之,两者之间差异不显著。

2.2.3 不同施肥方式对油菜经济效益的影响 由表8可知,油菜籽产值排序为M2>M1>M3>MK>M0,其中M2是M0的近2倍;投入成本以M2处理最高,4 118元/hm2;肥料效益为M2>M1>M3>MK,M2较MK高2 498元/hm2,M2与M1之间相差490元/hm2;产投比排序为M1>M2>M3>MK,其中MK、M1和M2处理产投比均大于2 ,均达到经济效益显著(根据中国农业生产实际情况,当施用肥料的产投比>2. 0 时认为经济效益显著[22-23])。上述结果表明:速效缓释型有机无机复混肥SH3从产值、效益、产投比上均要高于常规肥,以“基施+追施”方式产值及效益最好,“基肥一次性施用”效果次之,产投比则是“基肥一次性施用”最高,“基施+追施”方式次之。

表8 不同施肥方式油菜经济效益分析Table 8 Analysis of economic benefit of rape with different fertilization patterns

2.3 速效缓释型有机无机复混肥油菜专用肥(SH3)效果验证

2.3.1 SH3对油菜产量及经济效益的影响 从表9可知,各试验点油菜基础产量与施肥后增产效果差异较大,与T0(不施肥)处理相比,TK与T1处理均能显著增加油菜产量,平均增加 1 087 kg/hm2和1 557 kg/hm2,T1较TK增产470 kg/hm2,且两者之间达到显著性差异;TK与T1产值均显著高于无肥,且平均施肥效益均达 2 500元以上;T1油菜产值为18 329元/hm2,较常规肥平均增加2 493元/hm2;T1处理肥料成本(SH3产业化生产后,将会明显地降低其肥料成本)和施肥用工成本,较常规肥增加860元/hm2和-100元/hm2;扣除投入成本后,T1处理施肥效益4 451元/hm2,较常规肥增加1 632 元/hm2;T1处理产投比2.23,较常规肥高0.27。表明:施肥后能显著提高油菜籽产量、产值及效益,且SH3肥料效果更好,经济效益显著。

表9 常规肥与新肥油菜经济效益对比分析Table 9 Comparative analysis of rape economic benefit between conventional fertilizers and new fertilizers

2.3.2 SH3对肥料贡献率和农学利用率的影响 由表10可知,N、P、K 养分指数均为T1高于TK处理,且T1处理的NHI显著高于TK;T1处理的肥料贡献率为41.98%,较TK显著提高 8.57%;T1的农学利用率与TK相比提高 1.62 kg/kg,且两者之间存在显著性差异。说明速效缓释型有机无机复混肥油菜专用肥SH3有利于氮养分向油菜籽粒运输,增加了收获期植株养分总量中籽粒养分所占的比例。

表10 养分收获指数、肥料贡献率及农学利用率Table 10 Nutrient harvest index,fertilizer contribution rate and agricultural utilization rate

3 讨 论

目前,农民常规施肥是以国家测土配方施肥项目成果为依据的推荐施肥,其肥料用量、养分配比和施肥方式均有较大改进,但肥料品种依旧受市场控制[24]。市面上销售的肥料以化学肥料和复合肥为主,一次性集中施用,肥料养分释放快,肥效短,难以满足作物整个生育期的养分需求且易造成烧苗现象 。本试验对研制出的3个速效缓释型有机无机复混肥油菜专用配方和施用方法进行大田小区试验表明:SH3(18-5-7)和SH2(20-5-5)两个配方在肥料贡献率、农学利用率、NHI、KHI、养分收获指数、产量上均优于常规肥,其中SH3(18-5-7)效果最佳;采用“基施+追施”的方式更有利于养分向籽粒运输,从而增加油菜籽产量与产值,“基肥一次性施用”次之,但两者之间差异不显著,产投比则是“基肥一次性施用”最高。综上所述,速效缓释型有机无机复混肥油菜最适配方为SH3(18-5-7),采用“基肥一次性施用”和“基施+追施”两种方式次均显著地提高油菜籽产量和产值。

油菜作为耐肥性作物,产量、效益的提高与施肥关系密切。普通化肥,养分易淋失,单独一次性施用,难以满足作物整个生育期的需求,需根据作物需肥规律,分次施用或与具有缓释效果的肥料配合施用[25];缓控肥,目前的技术已能生产出满足作物需求的肥料,但其工艺复杂价格高,部分包膜类缓控释肥,长期使用会给土壤环境和作物带来不良影响;有机肥改良土壤,但养分含量有限,需与其他肥料配合施用;有机无机复混肥是以堆肥为有机原料,以无机氮磷钾为主要养分来源的一种能改良土壤的缓释性肥料,兼有有机肥料和无机肥料特点[26]。本试验研制出与油菜养分需求基本协调的速效缓释型有机无机复混肥,其缓释内层养分比例占60%～80%,有机质≥20%,为油菜中后期生长提供养分;速效性外层养分比例占20%～40%,有机质<10%,为油菜前期生长提供养分。在6个试验点进行SH3(18-5-7)示范效果验证表明:肥料贡献率、产量、肥料效益和产投比均值分别为41.98%、3 458 kg/hm2、4 451元/hm2和2.23,较常规肥农学利用率提高1.62 kg/kg,肥料贡献率提高8.57%,增产470 kg/hm2,肥料效益提高1 632元/hm2,实现了“底肥一道清”轻简施肥目标。在四川120万hm2的油菜田中推广速效缓释型有机无机复混肥油菜专用肥,同时结合免耕、直播、机械收割、秸秆粉碎还田等轻简化技术,将显著地提高油菜籽的产量及经济效益,从而提高农民种植油菜的积极性。

4 结 论

本试验以速效缓释型有机无机复混肥为研究对象,以油菜为栽体作物,综合分析肥料贡献率、农学利用率、产量、经济效益、产投比等表明:有机无机复混肥SH3(18-5-7)是适合油菜种植的最佳配方,采用“基肥一次性施用”和“基施+追施”两种方式均显著提高油菜籽的产量及经济效益,结合各地劳动力实际情况可任选其一,从而提高农民种植油菜的积极性,提高国内食用油自给率。