应用腐殖酸减肥对玉米产量及氮效率的影响

2018-04-14姜佰文谢晓伟王春宏徐赫男朱铁男

东北农业大学学报 2018年3期

姜佰文，谢晓伟，王春宏，张迪，郭婷，陶韬，徐赫男，朱铁男

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030）

我国肥料施用量较高，肥料负效应逐渐显现，产量增幅较小，肥料利用率下降，粮食品质降低，浪费资源且农田土壤生态环境恶化[1]。因此，在作物高产稳产前提下，提高肥料利用率，减少化肥用量成为亟待解决问题。腐殖酸是一种高分子化合物，在农业中应用广泛。腐殖酸能够改善土壤理化性质，增强土壤酶活性，促进土壤有机物分解和转化，提高肥力[2]，吸附重金属形成螯合物，降低其危害[3]。

彭正萍等研究表明，腐殖酸能刺激作物生长发育，增强根系活力，促进作物养分吸收，有效提高作物产量和品质[4-6]。目前有关玉米减量施肥研究较多，主要集中在减少N肥施用，而将N、P、K肥料均减量用于玉米大田试验研究鲜有报道。本研究应用配施腐殖酸，在保证玉米稳产、增产前提下，提高肥料利用率、促进玉米养分吸收，为实际生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验自2017年5月开始，地点为黑龙江省绥化市北林区太平川镇团结村，地理坐标126°47'E，46°35'N，海拔158 m。中温带大陆性季风气候，年平均气温1.3～4.0℃，年平均降雨量483 mm，60%降水集中在7～8月，平均活动积温2 400～2 700℃，无霜期40～120d，供试玉米品种为鑫鑫1号。供试肥料：尿素（N：46%），磷酸二铵（18%P2O5：46%），氯化钾（K2O：60%），腐殖酸肥料（腐殖酸含量为35%），供试土壤类型为草甸黑土。土壤测定基本理化性质：碱解氮167.65 mg·kg-1，速效磷20.01 mg·kg-1，速效钾 149.83 mg·kg-1，有机质27.67 g·kg-1，pH 5.97。

1.2 试验方法

大区试验共设6个处理，施肥量如表1所示。

表1 施肥方案Table 1 Fertilization scheme (kg·hm-2)

采用德国格兰免耕播种施肥机作业播种施肥，播种日期2017年5月2日，每个处理播种10垄，垄长75 m，垄宽0.9 m，种植密度5.6万株·hm-2。大喇叭口期追肥，腐殖酸肥料全部作种肥，MY处理参照绥化地区肥料常规施用量。

1.3 测定项目及方法

分别在拔节期、大喇叭口期、灌浆期和成熟期取有代表性植株9株，测定株高、鲜重、叶片SPAD值等指标。取长势均匀面积为10 m2试验田玉米，晒干脱粒称重，以含水量14%重量折算小区产量；另取30穗玉米考种，调查穗长、穗行数、穗粒数、行粒数和秃尖长，测定百粒重。取每小区植株样，分为籽粒、茎、叶、苞叶、穗轴，计算各器官生物量，烘干粉碎，测定各器官氮含量及其累积量，计算氮肥利用效率。植株样品采用硫酸-双氧水法消煮，全氮采用双通道流动分析仪测定。

计算公式参考文献[7]方法。

氮素积累量（kg·hm-2）=干物重×氮含量；

氮肥偏生产力（kg·kg-1）=施氮肥区产量/施氮肥量；

氮肥农学效率（kg·kg-1）=（施氮肥区产量-不施氮肥区产量）/施氮肥量；

氮肥利用效率（%）=（施氮肥区植株地上部氮素积累量-不施氮肥区植株地上部氮素积累量）/施氮量×100%；

氮肥贡献率（%）=（施氮肥区产量-不施氮肥区产量）/施氮肥区产量×100%；

增产率（%）=（减量施肥区产量-常规施肥区产量）/常规施肥区产量×100%。

1.4 统计分析

用SPSS19.0软件处理和分析，单因素方差分析（One-way ANOVA）和Duncan法比较差异性。

Microsoft Excel 2013制作图表。

2 结果与分析

2.1 应用腐殖酸减肥对玉米农艺性状影响

2.1.1 应用腐殖酸减肥对玉米株高影响

不同施肥量下株高动态变化见表2。

由表2可知，玉米株高从拔节期到大喇叭口期急剧增加，灌浆期趋于稳定。整体表现为MY-20%＞MY-10%＞MY＞MY-30%＞MY-40%＞CK。拔节期，各处理间差异显著，MY-10%、MY-20%较MY升高15.15%、17.97%。拔节期后株高急剧增加，大喇叭口期MY-10%、MY-20%高于常规施肥2.24%、7.57%,且与常规施肥处理差异显著。生育后期作物主要为生殖生长，营养生长速度减缓，灌浆期株高基本停止生长，MY-10%、MY-20%处理和常规施肥处理差异显著，MY-10%、MY-20%较MY增加3.57%、6.83%，MY-30%、MY-40%处理分别较MY下降0.99%、3.14%差异不显著。

表2 不同处理玉米株高Table 2 Maizeplant height at different treatments (cm)

2.1.2 应用腐殖酸减肥对玉米鲜重影响

不同处理玉米鲜重见表3。

由表3可知，玉米鲜重随生育期推进呈先增后降趋势。拔节期各处理鲜重MY-10%、MY-20%较高，较MY升高49.93%、75.39%，MY-30%、MY-40%较MY分别下降5.96%、29.10%，各施肥处理间差异显著。拔节期至大喇叭口期玉米鲜重增加迅速，各处理之间趋势与拔节期相同，MY-20%处理为最高值，MY-30%、MY-40%较MY下降0.19%、3.64%，降幅较拔节期小。灌浆期玉米鲜重达最高值，MY-20%鲜重最高处理，较MY升高1.67%，MY-30%、MY-40%较常规施肥降低。成熟期植株鲜重下降，作物含水量降低，与MY相比MY-10%、MY-20%处理分别升高9.03%、20.20%。

表3 不同处理玉米鲜重Table 3 Maize fresh weight at different treatments (g)

2.1.3 应用腐殖酸减肥对玉米SPAD影响

不同时期玉米叶片SPAD值变化见图1，随生育时期推进，玉米叶片SPAD值呈先升后降趋势，即在拔节期上升，大喇叭口期达最大值，灌浆期略有回落。拔节期MY-10%、MY-20%较MY增加0.32%、0.52%，MY-30%、MY-40%较MY下降，但未达显著差异。大喇叭口期减量施肥均高于常规施肥处理，减肥处理较MY升高1.98%～5.31%。灌浆期SPAD值MY-20%为最高值，较MY提高4.77%。

图1 不同处理玉米叶片SPAD值变化Fig.1 Maize leaves SPAD at different treatments

2.1.4 应用腐殖酸减肥对玉米全株干物质积累与分配影响

由图2可知玉米干物质积累量随生育期推进呈不断上升趋势，拔节期各处理干物质积累量为MY-10%、MY-20%较高，较MY提升8.38%、26.12%，MY-30%、MY-40%则下降18.62%、28.18%，处理间差异显著，不同肥料施用量显著影响生育前期干物质积累量。大喇叭口期玉米干物质积累量迅速增加，仍为MY-20%施肥处理最高，MY-10%次之，分别较MY升高0.98%、2.68%，与MY相比MY-30%、MY-40%分别下降4.07%、5.68%，MY与减量施肥处理均无显著差异。大喇叭口期后作物主要为生殖生长，灌浆期作物干物质累积迅速，MY-20%为干物质最高处理，MY-10%、MY-20%处理分别较MY增加0.28、1.62%，MY-10%、MY-20%与常规处理无显著差异，MY-30%、MY-40%较常规处理显著下降。成熟期MY-20%处理为最高值，MY-10%次之，分别较MY增加2.21%、0.67%，MY-30%、MY-40%下降但未达显著差异。

图2 不同处理玉米干物质积累与分配Fig.2 Accumulation and distribution of maize dry matter under different treatments

随时间推移，玉米营养器官占比减少，生殖器官比例逐渐增大。拔节期各器官干物质积累量为叶大于茎，各占全株玉米56.43%～67.03%、33.06%～43.56%。大喇叭口期各器官干物质积累量为茎大于叶，各占全株玉米60.08%～64.81%、35.42%～39.18%。在大喇叭口期后作物主要为生殖生长，灌浆期玉米籽粒形成，生殖器官比例提升较大，占玉米全株59.93%～61.73%，成熟期较灌浆期达67.09%～70.21%，其中籽粒占55.13%～57.63%，减量施肥处理籽粒所占全株比重均高于常规施肥处理。

2.1.5 应用腐殖酸减肥对玉米成熟期植株性状影响

由表4可知，植株茎粗、穗长在MY-20%达最大值，而后随施肥量下降而下降，MY-10%、MY-20%、MY-30%较MY增加2.73%、10.52%、0.93%；1.07%、1.96%、1.02%，各施肥处理间无显著差异。穗粗随施肥量下降而减小，MY与MY-10%无显著差异，但与MY-20%、MY-30%、MY-40%差异显著，常规施肥为秃尖长度最短处理，较MY-20%处理无显著差异，与其他处理差异显著。MY-10%、MY-20%、MY-30%、MY-40%分别较常规处理含水量降低17.00%、15.44%、15.14%、8.39%，MY-10%、MY-20%、MY-30%与常规处理差异显著。

2.2 应用腐殖酸减肥对玉米植株各器官氮含量、积累量影响

2.2.1 应用腐殖酸减肥对玉米成熟期氮含量影响

由图3可知，CK处理始终处于最低水平，常规处理MY相比CK籽粒、茎、叶、苞叶、穗轴氮含量均有提升，叶片、苞叶氮含量与常规处理差异显著，施肥可显著提高玉米各器官氮含量。MY-20%为籽粒、茎杆氮含量最高处理，与常规处理MY相比MY-10%、MY-20%、MY-30%处理籽粒氮含量分别提升3.39%、6.22%、0.52%，茎秆氮含量提升2.45%、5.28%、0.88%。MY-40%籽粒、茎秆氮含量较常规处理MY分别下降3.74%、1.51%。玉米叶片、苞叶、穗轴的氮含量随施肥量减少而下降，但均无显著差异，与常规施肥MY相比减量施肥叶片氮含量分别下降0.83%～5.13%，苞叶氮含量下降2.55%～7.79%，穗轴氮含量下降8.74%～9.50%。

表4 成熟期不同处理玉米植株性状Table4 Maizeplant characteristicsat different treatmentsin thematurity

图3 成熟期玉米各部位氮含量Fig.3 Maize nitrogen content in different parts at different treatments in the maturity

2.2.2 应用腐殖酸减肥对玉米叶片氮积累量影响

玉米叶片氮积累如图4所示，拔节期上升，大喇叭口期达最大值，大喇叭口期之后开始下降，成熟期达最低值。CK处理始终处于最低水平，常规处理MY相比CK叶片氮含量积累量升高28.25%～52.52%，与各施肥处理差异显著，施用肥料可有效增加玉米叶片氮含量。拔节期，各处理之间差异显著，MY-20%为氮积累量最高处理，MY-10%、MY-20%分别较MY处理提高8.22%、40.42%。在大喇叭口期植株氮积累量急剧增加，MY-10%、MY-20%处理分别较MY增加2.01、5.26%，MY-20%处理与MY差异显著。灌浆期，氮素逐渐向籽粒转移，叶片氮积累量下降，以常规处理MY为最高值，MY-10%、MY-20%、MY-30%、MY-40%分别较MY下降1.73%、4.64%、6.87%、11.41%。成熟期植株的叶片氮积累量下降到最低值，植株氮完成向籽粒转移，氮积累量较低。仍为常规处理MY为最高值，减量施肥处理较MY下降3.57%～12.65%，MY处理与MY-30%、MY-40%处理差异显著。

图4 不同处理玉米叶片氮积累Fig.4 Nitrogen accumulation in maize leaves at different treatments

2.2.3 应用腐殖酸减肥对玉米茎秆氮积累量影响

植株茎秆氮积累量如图5所示，拔节期为MY-20%处理茎秆氮积累量最高，其次为MY-10%处理，MY-10%、MY-20%分别较常规处理增加4.22%、20.45%，与常规处理差异显著。大喇叭口期茎秆氮积累量迅速增加，各处理变化规律与拔节期相同，MY-10%、MY-20%较MY增加1.71%、3.61%，与MY差异不显著。灌浆期茎秆氮积累量开始回落，氮素向籽粒转移，处理之间差值较小，MY-20%为氮积累量最高处理，MY-10%、MY-20%较MY增加0.19%、0.64%，各施肥处理间未达差异显著。成熟期MY-10%、MY-20%分别较MY处理增加0.26%、0.32%，与MY无显著差异。

图5 不同处理玉米茎秆氮积累变化Fig.5 Nitrogen accumulation in maizestemsat different treatments

2.2.4 应用腐殖酸减肥对玉米营养体和籽粒氮积累量影响

由表5可知，CK处理始终处于最低水平，常规处理MY相比CK苞叶、穗轴、籽粒增加37.86%～41.90%、32.71%～36.75%、31.91%～36.69%，与各施肥处理差异显著。灌浆期为MY-20%处理苞叶和穗轴氮积累量较高，其次为MY-10%处理，MY-10%、MY-20%较MY苞叶增加14.27%、20.49%，穗轴增加14.38%、19.52%，籽粒氮积累量除MY-40%外，施用腐殖酸处理均高于MY常规施肥，MY-10%、MY-20%、MY-20%较MY增加4.22%、10.00%、0.07%，MY-20%与常规处理差异显著。成熟期植株穗部营养体氮积累量下降，氮素向籽粒转移，穗轴为MY常规施肥处理较高，与其他处理差异显著，较MY-20%处理增加4.76%，配施腐殖酸可使穗轴氮积累充分向籽粒转移。苞叶、籽粒氮积累量变化规律与灌浆期相同，籽粒氮积累量MY-10%、MY-20%、MY-30%较MY增加5.15%、11.59%、0.91%，MY-20%处理与常规施肥MY差异显著。合理减量施肥利于提高玉米氮素由穗部向籽粒转移，提高籽粒氮含量。其中MY-20%处理最佳。

表5 穗部营养体和籽粒氮积累量Table 5 Nitrogen accumulation of maize ear and grain at different treatments (kg·hm-2)

2.3 应用腐殖酸减肥对玉米产量及构成要素影响

不同处理玉米产量及产量构成要素见表6。

由表6可知，与MY相比MY-10%、MY-20%、MY-30%百粒重分别增加6.49%、3.98%、0.11%，MY-40%百粒重较MY降低，但差异不显著。减量施肥处理较常规处理增产0.82%～7.60%，MY-20%处理产量最高，在MY-40%时产量出现大幅下降，但仍高于常规施肥，合理减量施肥才能获得高产。籽粒高含水量，低百粒重则常规施肥产量较低，说明合理减量施肥配施腐殖酸可提高玉米产量构成因子和产量，其中减量施肥20%配施腐殖酸效果较好，产量达10 517.84 kg·hm-2。

表6 不同处理玉米产量及产量构成要素Table 6 Maize yield and yield factors at different treatments

2.4 应用腐殖酸减肥对玉米氮肥效率影响

由表7可知，各减量施肥处理氮肥农学效率、氮肥偏生产力、氮肥贡献率、氮肥利用率均高于常规施肥处理，随施肥量降低，氮肥农学效率逐渐增高，MY-40%处理回落，但仍高于常规施肥处理，MY-30%氮肥农学效率最高，较常规处理高70.33%，与常规处理差异显著。氮肥偏生产力随着施肥量下降而升高，MY-10%、MY-20%、MY-30%、MY-40%分别较常规增加18.32%、32.27%、46.39%、60.80%，且各处理间差异显著。氮肥贡献率MY-10%、MY-20%、MY-30%、MY-40%分别较常规增加17.87%、18.52%、14.11%、0.57%。氮肥利用率MY-20%处于最高值，较常规施肥增加51.61%与常规施肥处理差异显著。综上，在减量施肥20%条件下，氮肥贡献率、氮肥利用率最优且均与常规处理差异显著，在减量施肥40%条件下，氮肥农学效率、贡献率和利用率有所降低，但仍高于常规处理。

表7 不同处理玉米氮肥效率Table 7 Maize nitrogenous fertilizer utilization efficiency at different treatments

3 讨论与结论

肥料施用是玉米实现高产稳产关键因素，合理肥料施用量可增加作物产量、提升肥料利用率。因此，在玉米高产、稳产条件下合理减量施肥非常重要。本研究结果表明，MY-10%、MY-20%处理在各时期株高、鲜重均优于常规施肥处理，差异显著。徐钰等研究也表明，施氮量较少处理（180 kg·hm-2）玉米株高、茎粗优于高量施氮处理（330 kg·hm-2），与本研究结果一致[8]，适量减量施肥和腐殖酸配施有利于提高玉米株高。玉米叶片SPAD值在大喇叭口期减量施肥处理均高于常规施肥，MY-20%与常规施肥差异显著。袁天佑等研究结果表明腐植酸+常规施肥减氮15%处理提高生物学性状指标效果最佳[9]，与本研究结果一致，适量减量施肥配施腐殖酸可提高玉米株高、鲜重、SPAD值，促进植株生长发育。

干物质积累量是影响产量直接因素，本研究结果表明，随化肥用量下降，植株干物质积累量呈先增后降趋势。生育内MY-20%处理始终处于最高值、MY-10%次之，均高于常规施肥处理。腐殖酸可增加叶片叶绿素含量，促进光合产物形成和干物质积累。薛世川等研究表明施用腐殖酸可有效提高小麦抗旱防衰能力，增加干物质量累积[10]。袁丽峰研究表明，配施腐殖酸能有效增加玉米干物质积累量[11]，与本研究结果一致，合理减量配施腐殖酸可有效提高玉米全株干物质积累量。减量施肥处理在灌浆期和成熟期籽粒占全株干物质积累比例较高，说明减量配施腐殖酸在生育后期促进叶片和茎秆干物质向穗部营养体转移，最终增加籽粒干物质积累实现高产。戴明宏等研究表明，减量施肥促进生育后期干物质向籽粒转运，与本研究结果一致，合理减量施肥配施腐殖酸处理可有效促进籽粒干物质分配[12]。

玉米生长发育受养分供应和积累直接影响，因此掌握作物养分吸收和积累规律利于实现玉米高产稳产。郝青等研究认为腐植酸与无机复混肥配施可显著增加玉米根、茎秆和籽粒中氮含量，促进根和茎秆中氮向籽粒转移，与本研究结果一致[13]。本试验结果表明，减量施肥配施腐殖酸中MY-10%与MY-20%处理并未使玉米氮含量降低，反而提升茎秆和籽粒氮量，这是由于腐植酸使尿素缓慢释放养分，降低氮淋溶速度和比例，抑制脲酶活性，减缓硝化作用程度，肥效延长[14-15]，另一方面施用腐殖酸影响玉米土壤环境，使有机质、碱解氮含量升高[16]。成熟期减量施肥处理分配到籽粒氮积累量高于常规施肥处理，因此减量施肥配施腐殖酸增加氮素向籽粒转移，使籽粒氮积累量始终保持较高水平。

王友华等研究结果表明，施肥量过高时产量下降[17]。本试验结果表明，减量施肥处理产量均高于常规施肥处理，常规施肥增产7.60%～0.82%，其中MY-10%处理和MY-20%处理显著高于常规施肥，MY-20%处理产量高达10 517.84 kg·hm-2，说明配施腐殖酸可有效增加玉米产量，与刘艳丽等研究结果一致[18-19]，但与秦文等施用80%氮肥增施腐殖酸液肥降低玉米产量结果不同，可能是土壤肥力和腐殖酸类型不同所致[20]。

肥料利用效率是作物对肥料吸收与利用主要指标。施用肥料可有效提高玉米产量，但是施用量会过高则不利于产量、肥料偏生产力、利用率提高。本试验研究结果表明，随化肥施用量降低，氮肥偏生产力呈上升趋势，显著高于常规施肥，本试验中氮肥偏生产力较高，减肥处理肥料施用量较低，产量较高。郝青等研究结果表明，腐殖酸与无机肥料施用可提高作物产量和氮肥利用率[13]，与本试验结果一致，减量施肥处理肥料利用率均显著高于常规施肥处理，促进肥料吸收，显著提升玉米氮肥利用效率。

综上，本文在大田条件下研究玉米农艺性状、氮素积累及产量变化不仅与化肥和腐殖酸配施比例有关，还受腐殖酸类型，施用时间等因素影响，有待后续深入探讨。

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