刘 苹,李庆凯,林海涛*,刘开昌,赵海军,宋效宗,沈玉文,王江涛

(1.山东省农业科学院 农业资源与环境研究所/山东省环保肥料工程技术研究中心，山东 济南 250100;2.山东省农业科学院 作物研究所，山东 济南 250100;3.山东省农业科学院，山东 济南 250100)

施肥在增加农作物产量、补充耕地养分不足等方面起到了不可替代的作用。据联合国粮农组织(FAO)统计,在提高作物单产中,化肥所起的作用占40%～60%[1]。当前我国粮食增产主要建立在农业资源高投入、高消耗的基础上,普遍存在氮肥施用过量、磷钾肥施用不足的现象,从而造成肥料利用率低、农田土壤及地下水环境被污染等弊端[2]。据统计,1980年至今的30多年间,我国粮食产量增长了近85%,但化肥施用量增长了450%,化肥施用量的增速远远超过了粮食产量的增速[3]。因此开发高产、高效、生态、简化的施肥技术体系对当前我国农业生产的可持续发展具有重要意义。

缓控释肥料是指以各种调控机制使其养分释放延缓,延长植物对其有效养分吸收利用的期限,使其养分按照设定的释放率和释放期缓慢或控制释放的肥料[4]。研究表明,缓控释肥不仅能满足作物高产、优质的需要,还具有全生育期肥料一次性基施和节省追肥所需的劳动力投入、减少肥料用量、提高氮肥利用率并减轻环境污染等优点[5]。玉米是我国三大作物之一,其营养价值及附加价值高,在国家粮食生产与粮食安全中占有重要地位[6]。近年来,虽然测土配方施肥技术和穴播穴施肥技术等节肥技术得到了推广应用,但玉米单产增速仍显著低于肥料施用量的增速[7]。玉米是一种需肥较多的作物,尤其是需氮量较大，因此,缓控释肥在玉米生产上具有广阔的应用前景。

目前市场上缓控释肥品种繁多,不同缓控释肥在不同作物、不同土壤条件下的应用效果有所差异。为此,我们研究了施用6种不同缓控释肥品种对玉米养分吸收、氮肥利用率及产量的影响,以期筛选出适于山东中部玉米产区土壤条件及玉米栽培的优质、高效的缓控释肥品种,为该地区玉米田科学施肥和提高玉米种植效益提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2018年在山东省泰安市泰山区邱家店镇黄沟岗村(117°29′E,36°18′N)进行,该地属暖温带半湿润大陆性季风气候,年均降水量803.7 mm,年均气温13.2 ℃,年均日照时数2581.9 h;试验田土壤类型为褐土,质地为粘土,地势平坦,灌溉条件良好。前茬作物为大蒜;不同土层的基本理化性状见表1。

表1 试验地土壤的基本理化性状

1.2 试验材料

供试玉米品种为郑单958。供试肥料:尿素(N 46%)、重过磷酸钙(P2O543%)、硫酸钾(K2O 50%)、缓释肥A(众德掺混肥料-多功能长效肥，N∶P2O5∶K2O=25∶13∶7)、缓释肥B(五洲丰纳米控释肥,N∶P2O5∶K2O=25∶12∶8)、缓释肥C(鲁西脲甲醛复合肥,N∶P2O5∶K2O=26∶6∶8)、缓释肥D(鲁西缓释掺混肥,N∶P2O5∶K2O=25∶6∶9)、自制控释氮肥A(N 44%)、自制控释氮肥B(N 44%)。其中缓释肥A、B、C、D为试验地点常见的市售缓控释肥品种;自制控释氮肥A、B由山东省农业科学院农业资源与环境研究所肥料创制团队研制。

1.3 试验设计

试验采用大区试验设计,每个大区的面积为100 m2,长15.2 m,宽6.6 m,10行区。试验共设8个处理(表2)。在大蒜收获后,将肥料均匀撒施到对应大区,旋耕3遍。玉米种植采用夏直播,行距0.66 m,株距0.33 m,南北种植,每公顷种植45915株。于2018年6月1日播种,9月25日收获。其他田间栽培管理按玉米高产要求进行。

表2 试验处理情况

注:处理T1～T6的N、P2O5、K2O施用量与OPT处理相同;CK的P2O5、K2O施用量与OPT处理相同。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 玉米产量及产量构成因素 于玉米成熟期,各处理收取10 m一行,重复3次,待其自然风干后考种,分别考察穗粒数和千粒重等指标;实际产量由各小区所取10 m一行籽粒的风干质量折算获得。

1.4.2 玉米秸秆及籽粒养分含量 在玉米成熟期,各处理分别选取有代表性的玉米5 株,重复3次,放入烘箱中于105 ℃下杀青30 min,再于80 ℃烘干至恒重,称取茎、叶的干物质量,根据株行距折合计算单位面积秸秆干物质量；然后将所有重复的秸秆、籽粒单独粉碎，用于养分含量的测定。玉米籽粒及秸秆养分含量的测定参考《土壤农化分析》[8]中的方法:将粉碎的玉米秸秆和籽粒用硫酸-双氧水消化后,用凯氏定氮法测定全氮含量，用钒钼黄比色法测定全磷含量，用火焰光度法测定全钾含量。

1.4.3 氮肥利用率 其计算公式[9]为:氮肥利用率(%)=(施肥区作物地上部分吸氮量-对照区作物地上部分吸氮量)/施氮量×100%。

1.5 数据处理与分析

采用Excel 2013处理试验数据,用SPSS 16.0数据处理系统进行处理间各指标的差异显著性检验,显著性水平设为α=0.05；采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同缓控释肥处理对玉米产量的影响

由表3可知,与CK相比,施氮肥的7个处理的玉米产量均显著增加(P<0.05)。在供试的6种缓控释肥中,以T5的玉米产量最高,比常规尿素处理增产15.16%;而T6的产量与常规尿素处理基本持平。在市售的4种缓释肥产品中,T1和T4的玉米产量高于常规尿素处理,其中前者的产量显著高于OPT,可增产10.42%。另外两种缓释肥T2和T3的玉米产量均低于常规尿素处理,但差异均未达到显著水平。各施肥处理对玉米穗粒数和千粒重的影响与对产量的影响类似,均以T5处理的值最高,其次为T1和T4,其中T5的穗粒数和千粒重比OPT分别增加了6.63%和8.47%。

2.2 不同缓控释肥处理对玉米籽粒养分含量的影响

由表4可以看出,施氮肥的7个处理的玉米籽粒氮、磷、钾含量均高于对照。籽粒氮的含量以T6最高,显著高于市售的4种缓释肥产品和T5(P<0.05);T3和T5籽仁中氮含量较低,显著低于OPT(P<0.05)；其他缓释肥处理的玉米籽粒氮含量与常规氮肥处理之间差异不显著。各处理的玉米籽粒钾含量以T5最高,在其他处理之间差异均不显著;各处理的玉米籽粒磷含量均不存在差异显著性。

表3 不同缓控释肥处理对玉米产量性状的影响

注:同列数据后不同字母表示处理间差异达到了显著水平(P<0.05),下同。

表4 不同缓控释肥处理对玉米籽粒养分含量的影响

2.3 不同缓控释肥处理对玉米秸秆干重及养分含量的影响

从表5可以看出,在不同处理间玉米秸秆干重差异明显:众德掺混肥料-多功能长效肥和自制控释肥B处理的玉米秸秆干重显著低于OPT的；其他缓控释肥处理的玉米秸秆干重均显著高于OPT的(P<0.05)。在不同缓控释肥处理中，玉米秸秆氮含量以T5最高,显著高于OPT和其他缓控释肥处理的(P<0.05)。玉米秸秆磷含量以T1、T2和T5处理较高,显著高于OPT和其他缓控释肥处理的(P<0.05),但在前三者之间不存在差异显著性。与OPT相比,T5的玉米秸秆钾含量显著增加,T4显著降低;在市售的4种缓释肥处理中,T1的玉米秸秆钾含量显著高于其他3种缓控释肥处理的(P<0.05)。

2.4 不同缓控释肥处理对氮肥利用率的影响

由图1可见：T3处理的氮肥利用率低于OPT的；T2的氮肥利用率与常规尿素施肥处理基本持平；其他4种缓控释肥处理的氮肥利用率均高于常规尿素处理的。在不同缓控释肥处理中，以T5的氮肥利用率最高,其次为T6处理和T1处理。其中,T5的氮肥利用率显著高于其他6种施肥处理的,比常规尿素施肥处理增加了58.25% (P<0.05)。处理T1、T4和T6的氮肥利用率均显著高于T3的(P<0.05);除T3和T5以外,在其他各处理之间玉米的氮肥利用率差异均未达到显著水平。

表5 不同缓控释肥处理对玉米秸秆养分含量的影响

图1 不同缓控释肥处理对玉米氮肥利用率的影响

3 讨论与结论

据郑国栋等[10]报道，施用不同缓控释肥均有利于增加花生单株结果数和单株果重,但各处理间产量差异较大。谢宜等[11]比较了4种不同缓控释肥在直播早稻上的应用效果,发现JT-05和JT-06处理促进了水稻生长,提高了氮和磷的收获指数以及实粒数、穗重、齐穗期剑叶SPAD值,而JZ-01和JZ-02处理降低了上述指标。本研究发现：在供试的6种缓控释肥处理中，仅众德掺混肥料-多功能长效肥和自制缓释肥A处理的玉米产量显著高于常规尿素处理的,而在其他品种缓释肥处理与常规尿素处理间玉米产量均不存在差异显著性；玉米对不同品种缓控释肥的氮肥利用率存在一定差异,以自制缓释肥A、自制缓释肥B和众德掺混肥料较高。缓控释肥提高作物的产量建立在养分的释放切合作物生长发育需求的基础上,其实际应用效果受到作物品种[12]、运筹方式[13]、地力水平[14]和灌溉方式[15]等因素的影响。在本研究中,不同品种缓控释肥处理的玉米产量及氮肥利用率存在差异，可能与其对当地土壤条件的适应能力不同有关。另一方面,不同品种缓控释肥在生产原料、加工工艺、控释机制等方面的差异也在一定程度上影响了其在玉米生产上的应用效果[16-18]。

与常规肥料相比,缓控释肥可通过提高肥料利用率[19]、调节土壤养分含量及理化性状[20]和优化作物形态生理特征[21]等途径来提高作物产量。本研究发现,不同缓控释肥通过改变穗粒数和千粒重影响了玉米产量,其中众德掺混肥料-多功能长效肥显著增加了玉米穗粒数,自制缓释肥A显著增加了玉米千粒重和穗粒数,且两者的产量均显著增加,这与赵斌等[22]、侯红乾[23]的研究结果基本一致。施用缓控释肥可提高作物的根体积、总吸收面积、伤流强度和氨基酸输出强度,从而扩大根系养分吸收范围,强化根系向地上部供应养分的能力[24,25]。本研究结果表明,与常规尿素处理相比,众德掺混肥料-多功能长效肥和自制缓释肥A处理增加了玉米秸秆中氮、磷、钾含量及籽粒中钾含量,但其秸秆干物质重显著降低。植物中氮、磷、钾元素在物质代谢中起重要作用,参与糖类、蛋白质等物质的代谢,并能促进糖类物质的运输[26]。较高的氮、磷、钾含量促进了秸秆中干物质向籽粒中转运,从而降低了秸秆干重,增加了玉米产量。玉米籽粒中较高的钾元素含量促进了蛋白质和糖类的合成,这在一定程度上增加了玉米千粒重和产量。综合各缓控释肥处理对玉米产量和肥料利用率等的影响,自制控释氮肥A和众德牌掺混肥料-多功能长效肥一次性施入,可减少常规施肥方式追肥的用工成本,在优化节肥的情况下,不仅有利于玉米的增产,还能提高肥料利用率,效果较好,建议在泰安地区推广使用。