植物油包膜控释氮肥在间作玉米-大豆上的施用效果研究*

孙子钦, 陈 舟, 李 雪, 高凤婕, 郭保俊, 卓文韬, 王 淳, 陈宝成

(土肥高效利用国家工程研究中心/山东农业大学资源与环境学院 山东泰安 271018)

0 前言

近年来,粮食安全、肥料施用越来越受到重视。肥料向植物供应了约70%生长所需的营养[1],但养分利用率偏低,不仅浪费了资源,而且产生了许多环境问题[2]。近几年,环境友好型缓控释肥在提高养分利用率及增产增效方面有较好的表现[3]。

缓控释肥通过可控的、延迟的方式更好地使肥料养分释放规律与相应作物养分吸收规律相一致[4],减少因挥发、硝化、淋失、化学和生物的固定造成的损失,从而达到提高养分利用效率、作物品质和产量的目的[5-7]。蒋海英[8]的研究表明,缓控释肥的营养元素利用率较传统肥料的有所提高,玉米产量提高约10.34%,差异显著。杨兵丽等[9]的研究显示,韭菜施用控释肥后,植株体内的类黄酮、维生素C含量分别提高17.7%、6.4%,增产率达到了20.4%。马德军[10]的研究表明,施用控释肥能促进小麦对营养元素的吸收和利用,小麦产量较普通肥料处理的显著增产9.01%～28.12%。王世荣等[11]的研究显示,控释肥能够提高马铃薯的株高、单株块茎数和单株薯质量,产量最高可达19 909.5 kg/hm2。

目前农业生产中施用较多的为树脂或硫加树脂包膜控释肥,存在价格较高以及包膜材料环保性较差、降解速率较慢等问题[12],需要寻找新型廉价、稳定的包膜材料,研制生产新型包膜控释肥,并验证其在作物上的施用效果[13-16]。

植物油包膜控释氮肥是新型的缓控释肥,玉米、大豆间作是目前农业生产中推广的栽培方式[17]。本文研究了膜材料具有较好降解性的植物油包膜控释氮肥对间作玉米和大豆的产量、养分利用率、经济效益等方面的效果,筛选出最优施肥量和较为适宜的掺混比例,为控释肥生产、作物施肥推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地点位于山东省泰安市肥城市菜艳农业种植专业合作社的种植地(35°56′56″ N,116°47′25″ E)。该地区属暖温带大陆性季风气候,年平均气温为13.5 ℃,年平均降雨量为750 mm。

1.2 试验材料

供试土壤：土壤为普通褐土(普通干润简育淋溶土),中等肥力,土壤中w(有机质)为16.395 g/kg、w(硝态氮)为7.395 mg/kg、w(铵态氮)为53.47 mg/kg、w(有效氮)为132.585 mg/kg、w(有效磷)为36.87 mg/kg、w(速效钾)为198.87 mg/kg,pH为7.8。

供试作物品种：玉米为良玉99,大豆为圣豆5号。按照农业农村部推荐的栽培技术,每个间作玉米-大豆栽培单元中,玉米2行,行距40 cm,株距10 cm,种植密度4 500株/亩(1亩=667 m2);大豆4行,行距30 cm,墩距8～10 cm,种植密度10 000墩/亩。

供试肥料：普通尿素,w(N)为46%;重过磷酸钙,w(P2O5)为43%;氯化钾,w(K2O)为60%;植物油包膜控释氮肥,w(N)为44%,控释期3个月。以上肥料由金正大生态工程集团股份有限公司提供。

1.3 试验设计

采用田间小区试验,每个小区内划分为收产区(30 m2)、取样区(20 m2)两个区组,收产区和取样区之间插上标识牌以示区别。所有取样工作皆在取样区完成,收产区仅供测产使用。

每种作物各设6个处理,每个处理重复3次,根据玉米、大豆需肥量及土壤养分含量分别设定施肥量。植物油包膜控释肥施用量分全量、减量20%、减量30%,控释氮占总氮量比例分为60%、40%,具体施肥情况见表1。

表1 不同处理施肥情况

根据多年的包膜控释肥施肥研究结果及有关大豆-玉米间作肥料施用地方标准《玉米-大豆带状复合种植全程机械化技术规程》(DB51/T 2475—2018)、《小麦玉米两熟中高产田缓/控释掺混肥施用技术规程》(DB37/T 3803—2019),施肥深度统一为15 cm,施肥位置为种子侧面5 cm。

1.4 指标的测定及方法

(1)植株高度：玉米、大豆收获前,用钢卷尺测量其自然高度。

(2)植株氮磷钾含量：玉米、大豆收获后每小区取3点,玉米每点取3株,大豆每点连续采5株,植株鲜样在105 ℃恒温下杀青20 min,然后在80 ℃恒温下烘干至恒质量,粉碎、研磨过0.15 mm(100目)筛[18];采用H2SO4-H2O2联合消煮,消煮液转移至100 mL容量瓶中定容;全氮含量采用凯氏定氮仪测定,全磷含量采用Smart 200流动注射分析仪测定,全钾含量采用火焰光度法测定[18]。

(3)产量：收获时,玉米、大豆每小区实打实收,测定产量、穗粒数、百粒质量。

1.5 数据分析

采用SPSS软件进行数据方差分析,Microsoft Excel 2016软件处理数据并作图。

2 结果与讨论

2.1 不同施肥处理对玉米生理指标及产量的影响

2.1.1 不同施肥处理对玉米株高的影响

收获期测量玉米株高,不同施肥处理的玉米株高见图1,图中不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05),下同。

图1 不同施肥处理的玉米株高

由图1可知：各施肥处理的玉米株高显著高于CK处理的;各控释氮肥处理的玉米株高均高于PU处理的,其中CRF1、CRF2、CRF3处理的株高与PU、CRF4处理的差异达显著水平,比PU处理的分别增加16.9、18.1、14.9 cm;CRF1、CRF2、CRF3处理间的玉米株高差异不显著。说明控释氮肥全量、减量20%、减量30%显著促进了玉米生长,增加了玉米株高。

2.1.2 不同施肥处理对玉米产量指标的影响

玉米收获后,测定其穗粒数、百粒质量及产量,结果见表2。

表2 不同施肥处理的玉米产量指标

由表2可知：施肥处理的玉米穗粒数显著高于CK处理的;CRF1、CRF2处理的穗粒数显著高于PU处理的,分别增加了14.04%、11.24%,而CRF3、CRF4处理的穗粒数与PU处理的差异不显著;与CK处理相比,施肥处理不同程度增加了玉米百粒质量;控释肥处理的玉米百粒质量与PU处理的差异不显著,但CRF1、CRF2处理有增加百粒质量的趋势,分别比PU处理增加了6.75%、3.07%;CRF1、CRF2处理提高了玉米产量,分别比PU处理提高了14.70%、7.49%,而CRF3、CRF4处理降低了玉米产量,分别比PU处理减产2.03%、4.62%,但减产差异不显著。总之,控释氮肥全量、减量20%且控释氮占总氮量60%的两个处理,可以较好地增加玉米穗粒数、百粒质量和产量。

2.1.3 不同施肥处理对玉米氮素利用率的影响

在玉米收获期测定不同施肥处理的氮素利用指标,结果见表3。

表3 不同施肥处理的玉米氮素利用指标

由表3可知：各控释氮肥处理的氮素利用率均高于PU处理的,氮素利用率提高幅度为37.22%～46.22%,差异达显著水平,控释氮肥处理间的氮素利用率差异不显著;CRF1、CRF2处理的氮肥偏生产力、氮肥农学效率均显著高于PU处理的,分别提高了11.20%～14.67%、64.08%～86.12%,而CRF3、CRF4处理的氮肥偏生产力和氮肥农学效率与PU处理的差异不显著,且氮肥偏生产力有下降的趋势。

2.1.4 不同施肥处理对玉米经济效益的影响

依据当年肥料和玉米的价格及浇水、喷药、耕作等管理费用,计算各施肥处理的经济效益,结果见表4。

表4 不同施肥处理的玉米经济效益

由表4可知：CRF1、CRF2处理的总收入显著高于PU处理的,与CRF3、CRF4处理的差异也达显著水平,其中CRF1处理的总收入最高;各处理的成本投入虽有所不同,但差异不显著;CRF1、CRF2处理的纯收入显著高于PU、CRF3、CRF4处理的;CRF3、CRF4处理的纯收入与PU处理的差异虽不显著,但有减少的趋势。

2.2 不同施肥处理对大豆生理指标及产量的影响

2.2.1 不同施肥处理对大豆株高的影响

在大豆收获期测量植株高度,结果见图2。

图2 不同施肥处理的大豆株高

由图2可知：施肥处理的大豆株高均高于CK处理的;CRF1处理的大豆株高高于PU处理的,株高分别为65.6、63.3 cm,差异显著;CRF2、CRF3、CRF4处理的株高为59.3～62.5 cm,均显著低于CRF1处理的,其中CRF2、CRF3处理的大豆株高与PU处理的差异不显著,而CRF4处理的大豆株高显著低于PU处理的;施用全量氮肥可促进大豆的生长,控释氮肥减量20%～30%会影响大豆植株的生长发育。

2.2.2 不同施肥处理对大豆产量指标的影响

收获后测定大豆产量指标,结果见表5。

表5 不同施肥处理的大豆产量指标

由表5可知：施肥处理的大豆株粒数显著高于CK处理的;与PU处理相比,CRF1处理的株粒数平均增加了5粒,差异不显著;CRF2、CRF3、CRF4处理的株粒数分别较PU处理的减少13.18%、15.50%、17.83%;各处理大豆百粒质量为18.27～21.27 g,处理间差异不显著,但CRF1处理有增加大豆百粒质量的趋势,其他控释氮肥处理有降低百粒质量的趋势;施肥处理的大豆产量显著高于CK处理的;与PU处理相比,CRF1处理显著增加了大豆产量,增产率为16.67%,其他控释氮肥处理差异不显著。

2.2.3 不同施肥处理对大豆氮素利用率的影响

大豆收获后,测定氮素利用指标,结果见表6。

表6 不同施肥处理的大豆氮素利用指标

由表6可知：控释氮肥处理的氮素利用率显著高于PU处理的,提高了50.25%～60.97%,控释氮肥处理间差异不显著;除CRF1处理的氮肥偏生产力、氮肥农学效率显著高于PU处理的之外,CRF2、CRF3、CRF4处理均与PU处理差异不显著。

2.2.4 不同施肥处理对大豆经济效益的影响

依据当年肥料和大豆的价格及浇水、喷药、耕作等管理费用,计算各施肥处理的经济效益[19],结果见表7。

表7 不同施肥处理的大豆经济效益

由表7可知：与PU处理相比,CRF1处理显著增加了大豆的总收入和纯收入;与PU处理相比,CRF2、CRF3、CRF4处理的总收入、纯收入差异不显著;各处理的成本投入虽不同,但差异不显著。

3 结语

与普通尿素处理相比,植物油包膜控释氮肥中控释氮不同占比、不同施肥量处理对间作玉米-大豆的生长、产量、养分利用、经济效益等方面有不同的影响。玉米、大豆施用控释氮占总氮量60%的全量、减量20%处理,比普通尿素处理增产-2.39%～16.67%,增加了总收入和纯收入;控释氮肥处理的氮素利用率为50%左右,与普通尿素处理相比差异达显著水平。控释氮占总氮量60%的减量30%、控释氮占总氮量40%的减量20%处理与普通尿素处理相比,综合评价差异不显著。建议在玉米-大豆间作栽培上,全量或减量20%施用控释氮占总氮量60%的植物油包膜控释氮肥。