大豆施肥及生态肥配方研究

李晓冰, 李云宏, 于广武, 杨宪凯, 刘 洋, 张晓枫

(1.黑龙江中农润森农业科技有限公司 黑龙江哈尔滨 150001;2.富锦市农业技术推广中心 黑龙江富锦 156199;3.中国科学院东北地理与农业生态研究所 黑龙江哈尔滨 150040;4.黑龙江和泽生物科技有限公司 黑龙江哈尔滨 150001)

中国是大豆的故乡,主产地东北是世界上最适宜种植大豆的地区之一,被称为大豆种植的黄金地带。大豆用途广泛,具有显著的生态效益、社会效益和经济效益,近年种植面积大幅增加,2023年仅黑龙江省激增种植面积3 000万亩(1亩=667 m2)以上。根据大豆生物学性状、需肥规律及特点,采取综合技术措施,提高大豆产量和改善品质是保证我国粮食安全的当务之急。

1 大豆生长发育的特性

1.1 大豆需肥规律及特点

与禾谷类作物相比,大豆是需肥量较高的作物,吸收的养分远高于水稻、小麦和玉米的。每生产1 000 kg大豆,需要从土壤中吸收氮(N)81～101 kg、磷(P2O5)18～30 kg、钾(K2O)29～63 kg、钙(CaO)23 kg、镁(MgO)10 kg、硫(S)6.7 kg,平均需氮91.2 kg、磷24.0 kg、钾46.0 kg,其比例为1∶0.26∶0.50。不同生育期的大豆对氮、磷、钾的吸收量占整个生长期吸收总量的比例:出苗到开花期,依次占20.4%、13.4%、32.2%;开花期到鼓粒期,依次占54.6%、51.9%、61.9%;鼓粒期到成熟期,依次占25.0%、34.7%、5.9%[1]。由此可见,大豆各生育期都需要相当数量的氮、磷、钾营养。

1.1.1 大豆对氮肥的需求

氮是大豆干物质的主要组成成分,与其他作物相比,大豆是含氮量最高的作物。大豆籽粒中氮素含量比小麦高约3倍,比水稻高6倍。大豆植株体内不同器官含氮量也各有差异,植株平均含氮2%(质量分数,下同),其中根茎含量较少(<1%),叶片和豆荚中含3%,籽粒和根瘤中含6%～7%。大豆开花结荚期间是需氮量最多的时期,该时期的氮素供给量对产量有重要的影响。

大豆缺氮时,植株矮小,下部叶片呈淡绿色,并逐渐变黄至干枯;有时叶面出现青铜色斑纹。大豆严重缺氮时,植株停止生长,叶片逐渐脱落。

与其他作物不同,大豆根部有根瘤菌共生。根瘤菌能固定空气中的游离态氮素,供给大豆氮素营养,因此有观点认为种植大豆不必施用氮肥。但试验证明,根瘤菌固定的氮素只能满足大豆所需氮素的1/3～1/2,因此若要获得高产,还是需要施用氮肥。

大豆施用氮肥以种肥和花期追肥为好,种肥一般用量要少,追肥要注意深施,配合钼铁微肥叶面喷施。为了防止氮肥对根瘤菌固氮作用产生不利影响,建议多施农家肥来满足大豆对氮素的需求。根据《黑龙江省富锦市耕地地力评价》,第二次土壤普查到现在的二十多年,速效氮养分已下降,数据见表1～3[2]。

表1 富锦市2008年耕层土壤(0～20 cm)各碱解氮含量等级的面积及总面积占比

表2 富锦市1984年耕层土壤(0～20 cm)各碱解氮含量等级的面积及总面积占比

表3 富锦市不同年份耕层土壤(0～20 cm)各碱解氮含量等级的总面积占比比较

1.1.2 大豆对磷肥的需求

磷在大豆物质代谢过程中有很大的活性,不仅有利于大豆的生长发育,而且能促进生殖生长,即能促进根系发育,保证枝叶繁茂,加速花荚和籽粒的发育。大豆需磷的高峰期是在豆荚刚开始形成前到籽粒充分发育为止。磷在大豆籽粒中的含量占干物质量的0.4%～0.8%。

大豆缺磷时,叶色变深,呈浓绿或墨绿色,叶形小,尖而狭,且向上直立;植株瘦小,根系不发达,生长缓慢。大豆严重缺磷时,茎会出现红色。开花后缺磷,叶片上出现棕色斑点。

目前在大豆生产中,受传统观念的影响,误认为大豆需磷量最多,是氮肥的2～3倍、钾肥的2倍以上。我国自20世纪80年代大量引进美国的磷酸二铵以来,土壤中磷积累过剩,土壤酸化严重。根据《黑龙江省富锦市耕地地力评价》,现在的土壤已不缺磷,甚至有些耕地由于磷酸二铵施用过多,磷已出现过剩,数据见表4～6[2]。

表4 富锦市2008年耕层土壤(0～20 cm)各有效磷含量等级的面积及总面积占比

表5 富锦市1984年耕层土壤(0～20 cm)各有效磷含量等级的面积及总面积占比

表6 富锦市不同年份耕层土壤(0～20 cm)各有效磷含量等级的总面积占比比较

1.1.3 大豆对钾肥的需求

大豆是钾素敏感作物,施钾的增产作用十分明显。据广东、浙江、湖南、福建、广西等省区1 682个钾肥肥效试验点的数据统计,在施用氮、磷肥的基础上,施用500 g氯化钾可增产大豆600 g,增产率为13.5%。另据对黑龙江省化肥试验协作网1980—1982年55个试验点的统计,在依安、尚志、拜泉、呼兰、宾县、依兰、山河农场对大豆亩施3 kg钾素的情况下,1 kg硫酸钾可增产大豆4.3 kg,增产率为15.8%。在此基础上,钾与保产剂、重迎茬大豆增效剂配合,经黑龙江、河北、辽宁、内蒙古等省区4年多的试验示范证实,亩可增产大豆24.2 kg,增产率为23.8%。大豆重迎茬专用剂除含有大量元素钾、磷外,还含有微量元素锌、硼、锰等,1992—1993年在黑龙江省25个市县的黑土、白浆土、草甸土等3种土壤上进行试验示范,亩增产大豆29.9 kg,增产率为18.8%。

大豆缺钾的典型症状是叶片失绿黄化,并从下位叶向上位叶发展。随着症状加剧,黄化区发展至叶脉间,使叶片呈“鱼骨”状。从整个植株看,生长受阻,矮小,严重时幼苗枯死。

出现大豆缺钾症状的临界期首先取决于生境有效钾含量,其次是环境因素。在水培条件下,临界值是20 mg/kg。在田间情况较复杂,不同土质、pH、水含量等条件下的临界值均有差异,一般土壤缺速效钾的临界值为100 mg/kg左右,缺钾大豆的根、茎、叶、叶柄分别占0.200%～0.750%、0.275%～0.750%、0.500%～1.125%和0.200%～0.811%。

黑龙江省的大部分土壤成土母质中含有丰富的钾素,但施钾又有明显的增产作用,分析后认为主要有以下几个原因。

(1)损耗性缺钾。土壤本身不缺钾,但由于钾素处在只出不进状态,再加之淋溶,土壤速效钾含量逐年降低。

(2)失衡性缺钾。由于多年来重视氮、磷肥的施用,忽视了钾肥的投入,土壤中氮、磷、钾三要素失衡。尤其是大量施用氮肥后,加速了土壤矿物对钾的固定,加剧了土壤中钾的缺乏。

(3)区域性缺钾。土壤中矿物态钾解体缓慢,虽然土壤矿物态钾-缓效钾-交换性钾-水溶性钾处于动态平衡中,作为大豆有效态的交换性钾和水溶性钾可以得到补充,但矿物态钾的解体是按几年甚至几十年计,缓效钾转化成有效钾是按年计的,与大豆吸钾的强度、速率和容量间出现断层,造成许多地区缺钾。

根据《黑龙江省富锦市耕地地力评价》,第二次土壤普查到现在的二十多年,土壤中速效钾含量变化不大,数据见表7～9[2]。

表7 富锦市1984年耕层土壤(0～20 cm)各速效钾含量等级的面积及总面积占比

表8 富锦市2008年耕层土壤(0～20 cm)各速效钾含量等级的面积及总面积占比

1.1.4 大豆对中微量元素肥料的需求

大豆正常生长发育除需要氮、磷、钾等大量元素外,还需要钙、镁、硫等中量元素和硼、锌、铜、锰、铁、钼等微量元素。大豆所需微量营养能否得到满足,主要取决于土壤中微量元素的丰缺和其他环境条件。低洼地或排水不良的土壤种植大豆,容易缺锰;缺铁症常发生在石灰性土壤上,在土壤pH为7.5～8.5的条件下,有时施铁有效;与铁相反,大豆缺钼症常发生在pH<6的酸性土壤上;泥炭土、腐殖质含量极高的低洼地带有时需要施铜;大豆所需要的钙和镁,通常用施石灰的方法来解决,在过酸的土壤上施用石灰,除满足大豆对钙和镁的需求外,还能提高微量元素的有效性。

大豆缺镁时,较老的叶片上出现灰绿色,叶脉间出现黄褐色斑点;严重缺镁时,甚至出现组织坏死。大豆缺钼时,由于氮素代谢失调,叶片变成浅绿色,根瘤发育不良,固氮作用也减弱。大豆早期缺钙时,胚叶的基部会出现大量黑斑,胚叶叶缘呈黑色,叶片斑纹密集,节间缩短,茎秆木质化;晚期缺钙时,叶色黄绿带红色或淡紫色,落叶迟缓。锌是碳酸酐酶的组成成分,能促进吲哚和丝氨酸合成色氨酸,对许多传递酶起着活化作用,缺锌会导致大豆植株体内生长素含量降低。锰直接参与大豆的光合作用,在水的光解、氧的形成、叶绿素的合成、硝态氮还原为氮气中起重要作用,还能提高过氧化物酶、脂肪酶的活性。

1.2 土壤酸碱度对大豆生长发育的影响

土壤酸碱度是评价土壤各种反应的一个重要指标,酸碱度的变化会影响土壤的化学反应、土壤养分的有效性、铝锰等离子的毒害性、微生物的活性、肥料的肥效和植物群体的组成。通常把土壤pH分为7种:强酸性,pH<4.5;酸性,pH为4.5～5.5;微酸性,pH为5.5～6.5;中性,pH为6.5～7.5;微碱性,pH为7.5～8.0;碱性,pH为8.0～9.0;强碱性,pH≥9.0。根据富锦市农业技术推广中心1984年的调查统计,采集的20个土壤剖面检测结果平均pH≥6.33;2008年131个土壤剖面检测结果平均pH≥5.22,前后相差1.11,即土壤已经严重酸化,数据见表10[3]。

表10 富锦市耕层土壤(0～20 cm)不同pH的面积及总面积占比

自1984年土壤普查以来,尤其是《富锦市2016年耕地质量监测报告》中显示,30多年的各种自然因素和人为因素的影响,富锦市耕地土壤属性已发生了明显变化,总的变化趋势是土壤有机质、氮素、钾素含量呈下降趋势,有效磷含量上升明显,土壤pH呈明显的下降趋势。

1.3 大豆施肥的方法及用量

大豆的施肥体系一般由基肥、种肥和追肥组成。施肥的原则是既要保证大豆有足够的营养,又要发挥根瘤菌的固氮作用。因此在整个生长期,不宜过量施氮,以免影响根瘤菌生长或引起倒伏,但也必须纠正“大豆有根瘤菌就不需要氮肥”及“盲目过量施用磷肥”的错误观念。施肥要做到氮、磷、钾大量元素与硼、钼等微量元素合理搭配,缓效、速效肥并用,并根据土壤类型和地力、大豆品种特性、种植方式等确定施肥方式。

施足基肥是大豆增产的关键措施。基肥以有机肥为主,一般每亩施腐熟的有机肥1 000～2 000 kg和大豆专用肥40～60 kg,混匀后施入土壤耕作层。对酸性缺钙土壤,每亩增施石灰15～25 kg。在轮作地,可在前茬粮食作物生产时施用有机肥,大豆则利用其后效,有利于结瘤固氮、提高大豆产量。在低肥力土壤上种植大豆,每亩增施大豆专用肥20～30 kg或过磷酸钙20～25 kg、尿素2.5 kg、氯化钾10 kg作基肥,对大豆增产有益。

种肥一般每亩施用大豆专用肥10～15 kg或过磷酸钙10 ～15 kg、磷酸二铵5 kg。缺硼的土壤每亩增施硼砂0.4～0.6 kg。大豆是双子叶作物,出苗时种子顶土困难,种肥最好施于种子下部或侧面,距种子距离为6～8 cm,切勿使种子与肥料直接接触。此外,我国大豆种植地区使用质量分数为1%～2%的钼酸铵拌种,效果较好。

大豆对氮、磷、钾的吸收在开花后至鼓粒期达到高峰,故在开花前或开花初期每亩追施大豆专用肥10～15 kg,施肥方式为开沟条施覆土。磷、钾肥选用叶面喷施较为适宜,可选用多功能生态水溶性叶面肥、质量分数为0.1%～0.3%的磷酸二氢钾溶液,每亩用量50 kg左右,混合后叶面喷施2～3次,每次间隔7～10 d。

2 大豆生态肥及配方

2.1 生物有机无机生态肥

生物有机无机生态肥是指含有有机物质,既能直接或间接为作物提供多种营养和刺激性物质,促进和调控作物生长,又能培肥改良土壤的一类环保新型肥料。因此,生物有机无机生态肥既是生物肥、有机肥和无机肥的三肥合一,又是集高效、长效、增效为一体的三效合一肥[3]。

生态肥料的主要作用是能够直接或间接地为作物提供必需的营养成分;调节土壤酸碱度,改良土壤结构,修复被重金属、农药和高浓度化肥污染的土壤,改善土壤理化性状和生物学性状[4];调节或改善作物的生长机制,提高作物的抗病虫、抗旱涝、抗早衰、抗倒伏、抗盐碱等抗逆性;改善肥料品质和性质,提高肥料的利用率;改善和提高产品品质和产量;产品完全符合有机、生态、绿色农业的质量标准要求,是农业可持续发展的重要保证。

2.2 大豆生态肥的作用和特点

大豆生态肥是以土壤肥力分析为依据,结合大豆的需肥规律和特点,科学配比大中微量元素,使作物生长所需的营养元素得到平衡供应,充分发挥大豆的产量潜力和土壤的肥力;对大豆火龙秧子、根腐病、生理性病害有明显的缓解、防治效果;添加了DM复合根际真菌,抑制了根际病虫害;生产工艺先进,产品质量可靠。

大豆生态肥经多年多点试验、示范、推广,证明具有改良和修复土壤、培肥地力,提高化肥利用率10%以上,增强作物抗逆性(抗病虫、抗旱涝、促早熟、抗重迎茬等),提高和改善作物产量和品质等特点。

2.2.1 主要成分及含量

(1)主要成分:氮+磷+钾、有机质、锌、硼、DM复合根际真菌。

(2)含量:N-P2O5-K2O=12-10-16,w(有机质)≥10%,w(腐殖酸)≥5%,w(中微量元素)≥4%,DM根际复合真菌≥0.2亿/g。

2.2.2 吨产品配方

吨产品的原料用量与养分含量:

(1)尿素220 kg,N=220×46%=101.2(kg);

(2)磷酸一铵200 kg,P2O5=200×51%=102.0(kg),N=200×11%=22.0(kg);

(3)氯化钾270 kg,K2O=270×60%=162.0(kg),Cl=270×47.56%=128.4(kg);

(4)腐殖酸铵150 kg,腐殖酸=150×25%=37.5(kg),铵态氮=150×3%=4.5(kg),有机质=150×70%=105.0(kg);

(5)七水硫酸锌20 kg,Zn=20×23%=4.6(kg),S=20×11%=2.2(kg);

(6)硼泥110 kg,SiO2=110×22.39%=24.6(kg),MgO=110×34.85%=38.3(kg),B2O3=110×3.4%=3.7(kg);

(7)调理剂(DM复合根际真菌)30 kg。

产品执行国家标准《有机无机复混肥料》(GB/T 18877—2020)中Ⅲ型肥料的技术指标;硼泥产自辽宁省宽甸满族自治县,含有大量元素钾、中量元素镁和钙、微量元素铁,同时还含有有益元素硅,能满足作物对多种营养元素的需求,经硫酸活化后pH为7.5左右,有利于造粒及作物吸收。

2.2.3 施用方法和用量

做底肥使用,施于种下5～10 cm,深施或种侧深施尤佳。

施用量:30～40 kg/亩,具体施用量应根据当地土壤肥力状况、施肥水平、种植品种和产量要求进行调整。

2.2.4 注意事项

采用包膜技术将DM复合根际真菌与硫酸锌及腐殖酸混合液附着于肥料颗粒表面或装袋前将其喷洒于肥料颗粒表面阴干;应根据大豆长势在开花前期酌情追肥;产品储存于阴凉干燥处,随产随用,储存时间不超过20 d。

2.3 大豆重迎茬生物有机无机生态肥[5]

2.3.1 主要成分及含量

(1)主要成分:氮+磷+钾、有机质、钼、锌、硼、DM复合根际真菌。

(2)含量:N-P2O5-K2O=12-10-16,w(有机质)≥10%,w(腐殖酸)≥5%,w(中微量元素)≥4%,DM复合根际真菌≥2亿/g。

2.3.2 吨产品配方

吨产品的原料用量与养分含量:

(1)尿素220 kg,N=220×46%=101.2(kg);

(2)磷酸一铵200 kg,P2O5=200×51%=102.0(kg),N=200×11%=22.0(kg);

(3)硫酸钾320 kg,K2O=320×50%=160.0(kg),S=320×18.4%=58.9(kg);

(4)腐殖酸铵150 kg,腐殖酸=150×25%=37.5(kg),铵态氮=150×3%=4.5(kg),有机质=150×70%=105.0(kg);

(5)七水硫酸锌20 kg,Zn=20×23%=4.6(kg),S=20×11%=2.2(kg);

(6)三水硫酸锰10 kg,Mn=10×27%=2.7(kg),S=10×21.2%=2.1(kg);

(7)钼酸铵2 kg;

(8)硼泥88 kg,SiO2=88×22.39%=19.7(kg),MgO=88×34.85%=30.7(kg),B2O3=88×3.4%=3.0(kg);

(9)调理剂(DM复合根际真菌)20 kg。

产品执行的技术指标以及原料硼泥的来源及作用参考大豆生态肥。

2.3.3 施用方法、用量及注意事项

参考大豆生态肥。

2.4 大豆富硒生态肥

2.4.1 主要成分及含量

(1)主要成分:氮+磷+钾。

(2)含量:以w(N+P2O5+K2O)为30%的配方为例[5],N-P2O5-K2O=8-8-14。

2.4.2 吨产品配方

吨产品的原料用量与养分含量:

(1)硫酸铵50 kg,N=50×21%=10.5(kg),S=50×24.2%=12.1(kg);

(2)尿素140 kg,N=140×46%=64.4(kg);

(3)磷酸一铵130 kg,P2O5=130×51%=66.3(kg),N=130×11%=14.3(kg);

(4)过磷酸钙100 kg,P2O5=100×16%=16.0(kg),CaO=100×24%=24.0(kg),S=100×13.9%=13.9(kg);

(5)钙镁磷肥50 kg,P2O5=50×18%=9.0(kg),CaO=50×45%=22.5(kg),MgO=50×12%=6.0(kg),SiO=50×20%=10.0(kg);

(6)氯化钾250 kg,K2O=250×60%=150.0(kg),Cl=250×47.56%=118.9(kg);

(7)硒土120 kg,Se=120×0.1%=0.1(kg);

(8)氨基酸螯(络)合钼、锌、锰、硼、铁、稀土25 kg;

(9)腐殖酸(褐煤)93 kg,腐殖酸=93×30%=27.9(kg),N=93×2.5%=2.3(kg);

(10)增效剂12 kg;

(11)调理剂30 kg。

3 结语

生物有机无机生态肥在大豆上的应用,对保护农业生态环境、培肥土壤肥力、提高大豆产量、提升大豆品质等具有积极的促进作用,是大豆种植的重要耕作措施。