楊虎德，王平生，楊 霞，馬 彥，祁維紅，馮丹妮

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.臨夏回族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 臨夏 731100；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

0 引 言

玉米是重要糧食作物和飼料作物，我國(guó)的玉米種植面積占世界總面積的17.2%[1]。我國(guó)農(nóng)業(yè)管理方式粗放，農(nóng)民為了增產(chǎn)增收，盲目大量的施用偏施氮肥，導(dǎo)致肥料利用率不高，土壤板結(jié)、酸化、水體富營(yíng)養(yǎng)化，嚴(yán)重惡化了土壤環(huán)境，引起了面源污染和地下水污染[2-6]。目前農(nóng)業(yè)面源污染成為全球水質(zhì)惡化的主要原因，也是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因[7]。為了改變生態(tài)環(huán)境的繼續(xù)惡化，減少化肥的投入，提高化肥的利用率，實(shí)現(xiàn)土壤養(yǎng)分供應(yīng)與高產(chǎn)作物需求匹配，協(xié)調(diào)作物高產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)是農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境科學(xué)工作者的首要任務(wù)[8-9]。因此，在保證玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的前提下，減少化肥用量，提高化肥利用率，重視發(fā)展高濃度、專用、長(zhǎng)效及復(fù)混肥的使用[10-11]。

緩釋肥料作為一種新型肥料在作物栽培中能實(shí)現(xiàn)一次性基施，不僅簡(jiǎn)化了施肥技術(shù)，避免土壤中肥料養(yǎng)分快速釋放，還能夠協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分供應(yīng)與植物養(yǎng)分吸收之間的矛盾，提高養(yǎng)分利用率，減少對(duì)環(huán)境的危害，降低以基肥和追肥分開(kāi)的施肥方式帶來(lái)的人工成本，實(shí)現(xiàn)一次性基施，簡(jiǎn)化了施肥技術(shù)[12]。實(shí)現(xiàn)覆膜與施肥、起壟等栽培技術(shù)結(jié)合，可以較好的發(fā)揮技術(shù)間的水肥耦合正效應(yīng)，使其增產(chǎn)最大化[13]。本研究在已研制出復(fù)混緩釋專用肥料[14]的基礎(chǔ)上，通過(guò)不同用量對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)量及利用效率的影響，探索甘肅灌溉區(qū)緩釋玉米專用肥料的最佳用量，為玉米輕簡(jiǎn)化栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2018年在甘肅省臨夏州臨夏縣北塬鄉(xiāng)(35°601′N，103°198′E)進(jìn)行。該區(qū)海拔2 035 m，年均降雨量450 mm，有效積溫2 328.5 ℃，年平均氣溫7 ℃，全年無(wú)霜期155 d。試驗(yàn)區(qū)域地勢(shì)平坦，土壤為塬地黃麻土，質(zhì)地中壤，pH值為8.49，有機(jī)質(zhì)為18.1 g·kg-1，全氮、全磷和全鉀分別為1.15 g·kg-1、0.98 g·kg-1和2.26 g·kg-1，速效氮、速效磷和速效鉀分別為10.8 mg·kg-1、17.5 mg·kg-1和155.0 mg·kg-1。試驗(yàn)采用全膜雙壟溝播技術(shù)，每壟覆膜寬度110 cm，其中大壟寬70 cm，壟高10 cm，小壟寬40 cm，壟高15 cm；于4月中旬覆膜播種，株距27.5 cm，保苗66 000株·hm-2。播種后5月2日出苗，各小區(qū)出苗均勻整齊，拔節(jié)期為6月29日，抽雄期為7月31日，9月20日成熟，10月上旬收獲，栽培管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，分別為:①不施肥(CK)；②配方施肥(OPT)；③緩釋專用肥900 kg·hm-2(ZF900)、④緩釋專用肥1 200 kg·hm-2(ZF1200)、⑤緩釋專用肥1 500 kg·hm-2(ZF1500)。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積為37.4 m2，重復(fù)3次，采用隨機(jī)區(qū)組排列設(shè)計(jì)。OPT處理按當(dāng)?shù)赜衩灼胶馐┓首罴褏?shù)設(shè)置[15](N 270 kg·hm-2+P2O5120 kg·hm-2+K2O 45 kg·hm-2)。氮肥60%的作基肥，40%玉米拔節(jié)追施，磷、鉀肥和緩釋肥料全部以基肥方式一次性施完。

1.3 試驗(yàn)材料

緩釋專用肥處理的肥料由甘肅田野有機(jī)生態(tài)肥料科技開(kāi)發(fā)有限公司研制提供的“田賜農(nóng)”牌復(fù)混緩釋玉米專用肥(N 20.9%，P2O58.8%，K2O 4.1%，有機(jī)質(zhì)16.6%)；配方施肥處理選用的肥料為磷酸二銨(N 18%，P2O546%)，尿素(N 46%)，硫酸鉀(K2O 50%)。玉米品種為沈陽(yáng)中元種業(yè)有限公司選育的中地9988；ZF900處理養(yǎng)分量為N 188.1 kg·hm-2+P2O579.2 kg·hm-2+K2O 36.9 kg·hm-2,ZF1200處理N 250.8 kg·hm-2+P2O5105.6 kg·hm-2+K2O 49.2 kg·hm-2,ZF1500處理N 313.5 kg·hm-2+P2O5132.0 kg·hm-2+K2O 61.5 kg·hm-2。

1.4 樣品采集與分析

玉米生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定：玉米苗期、抽穗期、成熟期分別選擇代表性的10株作為定點(diǎn)采樣株，并對(duì)株高、莖粗、穗長(zhǎng)、穗粗及葉綠素含量指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。地上部分植株樣采集與全氮測(cè)定：成熟期收獲采樣株，對(duì)莖葉粉碎為混合植株樣，籽粒粉碎為混合籽粒樣，植株樣和籽粒樣的全氮采用凱氏定氮蒸餾法測(cè)定。肥料養(yǎng)分測(cè)定：施肥前對(duì)所用肥料中氮、磷及鉀養(yǎng)分含量進(jìn)行測(cè)定[16]。株高測(cè)定：在玉米不同生育時(shí)期，測(cè)定為植株地面到植株頂部的高度。

1.5 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Microsoft Excel 2013和SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

從圖1可看出，施肥各處理產(chǎn)量均顯著高于不施肥對(duì)照處理(P<0.05)，較對(duì)照增產(chǎn)1 919～3 141 kg·hm-2，增產(chǎn)率為16.6%～27.2%，表明施肥均能提高玉米產(chǎn)量。緩釋專用肥各處理產(chǎn)量均高于OPT處理，增產(chǎn)率2.3%～9.1%，以ZF1200處理14 677 kg·hm-2最高，ZF900處理14 596 kg·hm-2次之，ZF1500處量13 768 kg·hm-2最低，但各施肥處理間產(chǎn)量差異未達(dá)顯著水平，表明ZF900處理在氮素和總養(yǎng)分量較OPT施肥用量分別減少30.3%和30.1%條件下，能實(shí)現(xiàn)輕簡(jiǎn)化高效栽培模式。

注：不同小寫(xiě)字母代表處理間在0.05水平上差異顯著。下同。Note: Different small letters indicate significant differences between treatments at 0.05 level.The same is as below.圖1 不同施肥對(duì)玉米產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of different fertilization treatments on corn yields

2.2 不同施肥處理對(duì)玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

從表1可看出，與CK相比，OPT、ZF900、ZF1200及ZF1500處理顯著增加了玉米的千粒重(P<0.05)，但卻顯著降低了果穗的禿頂長(zhǎng)度；玉米果穗長(zhǎng)度、果穗棒粗、單株穗行數(shù)、穗粒數(shù)和單株生產(chǎn)力雖有所增加，但差異未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明施肥能有效的改善作物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，提高了玉米的單株生產(chǎn)力。其中，OPT能明顯提高玉米的單株穗粒數(shù)，ZF900、ZF1200和ZF1500處理能顯著提高玉米的千粒重說(shuō)明緩釋肥各處理在玉米籽粒形成期釋放的養(yǎng)分還不能滿足玉米健壯生長(zhǎng)的需求，致使果穗粒數(shù)不及OPT處理；玉米生長(zhǎng)的后期，施緩釋肥ZF900條件下，能滿足玉米養(yǎng)分的需求，而OPT出現(xiàn)缺肥癥狀，導(dǎo)致千粒重不高。

表1 不同施肥對(duì)玉米經(jīng)濟(jì)性狀的影響Table 1 Effects of different fertilizations on economic traits of corn

2.3 不同施肥處理對(duì)玉米農(nóng)藝性狀的影響

從表2可知，與CK處理相比，施肥量越大玉米出苗率越低，但差異不顯著，說(shuō)明施肥對(duì)玉米出苗有一定影響，但影響較小。施用緩釋肥的處理對(duì)玉米株高影響較大，在拔節(jié)期，緩釋肥各處理的株高均顯著高于CK處理(P<0.05)，其中ZF1200處理株高最高，為146 cm。抽雄期和成熟期各施肥處理雖高于CK處理，但未達(dá)到顯著差異，抽雄期和成熟期均以ZF1200處理株高最高，分別為291 cm和310 cm。說(shuō)明施肥處理對(duì)玉米的株高主要影響在于前期，后期影響較小，甚至沒(méi)有影響；OPT處理在拔節(jié)期因追肥的肥效滯后性，其氮素營(yíng)養(yǎng)略有不足，后期能滿足作物的生長(zhǎng)需求；緩釋肥各處理均能滿足玉米各生育時(shí)期生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)需求。植株莖粗是植株生長(zhǎng)發(fā)育是否健壯的一項(xiàng)指標(biāo)，施肥各處理的玉米莖粗顯著高于CK處理(P<0.05，表2)，說(shuō)明施肥各處理均能滿足玉米正常生長(zhǎng)發(fā)育的營(yíng)養(yǎng)需求，促進(jìn)玉米壯苗生長(zhǎng)。施肥對(duì)玉米的生物量影響較大，緩釋肥各處理的生物量較CK處理顯著增加23.6%～28.0%(P<0.05，表2)，但緩釋肥各處理間差異不顯著；緩釋肥各處理較OPT處理增加5.2%～8.9%，但差異不顯著。以ZF1200處理的生物量最高，為27 303 kg·hm-2，ZF900次之，ZF1500最低。說(shuō)明緩釋專用肥最大施用量1 500 kg·hm-2，過(guò)量使用對(duì)玉米生長(zhǎng)作用不大。

表2 不同施肥對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響Table 2 Effects of different fertilizations on corn growth and development

2.4 不同施肥處理對(duì)玉米葉片大小和葉綠素含量的影響

由表3可知，不同施肥處理對(duì)玉米成熟期棒三葉的單片葉面積有影響，與CK處理相比，施肥各處理單片葉面積增大了8.5%～17.6%，以ZF1200處理葉面積最大，為743 cm2，顯著高于CK處理的葉面積(P<0.05)；與OPT相比較，緩釋肥各處理葉面積增大了9.5%～17.6%，說(shuō)明緩釋肥各處理能提高玉米功能葉片的葉面積，為提高玉米千粒重奠定了基礎(chǔ)。拔節(jié)期緩釋肥各處理玉米葉綠素(SPAD)值隨著施肥量的增加而增大，較CK處理顯著增加了5.4%～6.1%(P<0.05)，較OPT處理增加了1.4%～2.1%，但差異不顯著；抽雄期OPT處理的SPAD值最大，比其余處理顯著提高了10.3%～18.9%(P<0.05)，緩釋肥各處理以ZF1200處理為最高，較CK處理顯著提高了7.8%(P<0.05)；成熟期ZF1200處理SPAD值最高，顯著高于CK和OPT處理(P<0.05)，但緩釋肥處理間差異不顯著。說(shuō)明施肥特別是緩釋肥料能夠有效地使春玉米葉片在生育中后期保持生理活性，提高葉片的光合性能，但對(duì)玉米生育期影響不明顯。

表3 不同施肥處理對(duì)葉片的影響Table 3 Effects of different fertilizations on leaves

2.5 不同施肥處理的肥料養(yǎng)分利用效率分析

表4可看出，ZF900和ZF1200兩處理與OPT相比較，肥料對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率提高了6.7～7.1個(gè)百分點(diǎn)；氮素利用率提高了9.1～9.9個(gè)百分點(diǎn)；氮肥的農(nóng)學(xué)效率和肥料的偏生產(chǎn)力，以ZF900處理為最高，分別提高了9.2 kg·kg-1和17.1 kg·kg-1，ZF1200處理次之，ZF1500最低；施肥效益以ZF900處理為最高，ZF1200處理次之，分別提高了1 879元和1 104元。說(shuō)明緩釋肥料施用量在900～1 200 kg·hm-2，能協(xié)調(diào)滿足玉米生長(zhǎng)發(fā)育所需的養(yǎng)分，明顯提高氮素的利用效率，提高肥料的偏生產(chǎn)力和施肥效益。

表4 不同施肥對(duì)肥料養(yǎng)分利用效率的影響Table 4 Effects of different fertilizers on nutrient utilization efficiency

3 結(jié)論與討論

施用緩釋肥料是增加作物產(chǎn)量，提高肥料利用率和減少施肥次數(shù)的重要途徑之一[17]，具有高效、性能穩(wěn)定、環(huán)保、清潔、可降解等性質(zhì)的產(chǎn)品是未來(lái)緩釋肥料的研究方向[19]。以往的研究結(jié)果表明，在肥料中添加緩效氮或減量10%緩釋肥處理與普通尿素或普通配方施肥處理相比較，產(chǎn)量增加2.4%～73.8%，氮素利用率提高2.7～15.7個(gè)百分點(diǎn)；緩釋肥與同養(yǎng)分處理相比較，穗粒數(shù)平均增加11.0～12.7粒，千粒重增加3～22.2 g，顯著增產(chǎn)4.94%～10.3%，農(nóng)學(xué)表觀利用率提高2.7個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)本增收1 215元·hm-2[20-23]。本研究結(jié)果表明，緩釋肥用量900 kg·hm-2，與當(dāng)?shù)赜衩鬃罴雅浞教幚硐啾容^，產(chǎn)量增加8.5%、穗粒數(shù)減少36.6粒、千粒重增加29.3 g、氮素吸收利用率提高9.1個(gè)百分點(diǎn)、地上部分干物質(zhì)積累量提高6.72%、施肥效益增加1 859元·hm-2，說(shuō)明緩釋肥料用量在氮素和總養(yǎng)分減少30%時(shí)，能滿足玉米的生長(zhǎng)需求，達(dá)到高產(chǎn)高效環(huán)境友好的目標(biāo)，但本緩釋肥料含16%有機(jī)質(zhì)和少量有益微生物，施肥后對(duì)土壤性質(zhì)可能產(chǎn)生了影響，間接影響到緩釋肥料中的氮素在土壤中的轉(zhuǎn)化、移動(dòng)和損失過(guò)程，有利于作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，此結(jié)論與前人研究結(jié)論基本一致[24-26]。

緩釋玉米專用肥料施肥效應(yīng)，對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量與品質(zhì)影響較大。試驗(yàn)表明，氮素供應(yīng)不足嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量和氮肥的利用率，而過(guò)量施用氮肥，不但無(wú)法提高作物植株地上部分生物量，而且會(huì)造成氮肥的浪費(fèi)，降低其利用率。同時(shí)，本研究結(jié)果表明，緩釋肥料用量1 200 kg·hm-2時(shí)玉米產(chǎn)量最高，900 kg·hm-2次之，1 500 kg·hm-2最低，玉米籽粒產(chǎn)量呈單峰曲線型，產(chǎn)量構(gòu)成因子變化基本一致，此結(jié)論與山楠、楊天海等人[27-28]研究結(jié)論基本吻合。

葉綠素是植物光合作用中吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換光能的基礎(chǔ)物質(zhì)，其含量直接影響著植物的光合強(qiáng)度[29]。玉米SPAD與玉米葉片全氮含量、施氮肥數(shù)量、玉米產(chǎn)量之間存在極顯著的線性相關(guān)性，玉米葉片中的含氮量與葉綠素含量呈正相關(guān)，而玉米產(chǎn)量在一定時(shí)期內(nèi)又與中片中的氮素和葉綠素含量呈正相關(guān)[30-32]。本試驗(yàn)施肥各處理對(duì)玉米生長(zhǎng)的反應(yīng)來(lái)看，玉米不同生育期間，施肥各處理明顯高于不施肥處理；各施肥處理之間相比較，拔節(jié)期緩釋肥料各處理優(yōu)于OPT處理，且隨著緩釋肥用量的增加而增加的趨勢(shì)，但均能滿足玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，促進(jìn)壯苗，為作物高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)；抽雄期OPT處理隨著氮素追施，其SPAD值顯著高于緩釋肥各處理，而緩釋肥隨著用量的增加呈單峰曲線，ZF1200為最高，ZF900次之，ZF1500最低，說(shuō)明此時(shí)緩釋肥養(yǎng)分供應(yīng)不足，而ZF1500處理總氮素量高于OPT處理，可能肥料養(yǎng)分釋放速率低于作物需求，需要進(jìn)一步對(duì)此緩釋肥料進(jìn)行改進(jìn)；成熟期緩釋肥各處理明顯高于OPT處理，其變化與抽雄期一致，而且緩釋肥各處理成熟玉米棒三葉的葉面積變化，與同期SPAD值相近，說(shuō)明后期緩釋肥各處理均能提高了玉米的千粒重，進(jìn)而提高了玉米的產(chǎn)量。

本試驗(yàn)選用有機(jī)肥包裹化肥而研制的緩釋玉米專用肥料，集成了當(dāng)?shù)販y(cè)土配方成果，含定量的有機(jī)質(zhì)和有益微生物肥的特點(diǎn)，其營(yíng)養(yǎng)元素基本是勻速釋放，能基本滿足玉米各生長(zhǎng)發(fā)育所需營(yíng)養(yǎng)的要求，相對(duì)達(dá)到高產(chǎn)、高效、經(jīng)濟(jì)及環(huán)保等緩釋肥料要求。但養(yǎng)分釋放速率還沒(méi)有完全符合作物需肥規(guī)律，在玉米拔節(jié)-抽雄期高需肥時(shí)段的養(yǎng)分供應(yīng)不足，達(dá)不到理想的控釋肥料效應(yīng)，在緩釋肥料的材料選擇與配比、工藝配方與流程及產(chǎn)品測(cè)試等方面尚待提高。緩釋專用肥料是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，研制與田間應(yīng)用等研究相對(duì)匱乏，還待進(jìn)一步研究。

綜上所述，在北方高原灌區(qū)，玉米覆膜栽培配施緩釋專用肥料能改善玉米生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境，提高玉米的產(chǎn)量、肥料利用效率和施肥效益，與李烏日吉木斯等[33]配施緩釋尿素的結(jié)果一致。建議該區(qū)推薦合理的玉米緩釋專用肥料施肥量900～1200 kg·hm-2，實(shí)現(xiàn)輕簡(jiǎn)化施肥技術(shù)，最高產(chǎn)量施肥量1 200 kg·hm-2，經(jīng)濟(jì)環(huán)保施肥量900 kg·hm-2。