多元素螯合复混肥对作物品质和产量的影响研究*

王连林，张丽英，刘 莉，陈铁成

(1.玉田县农业农村局 河北玉田 064100；2.沣田宝农业科技有限公司 河北玉田 064109；3.唐山天予环境检测有限公司 河北唐山 063009)

1 项目研究的背景

我国人民通过几十年的努力解决了温饱问题，其中化肥的功劳占了一半。当前，在我国耕地和粮食播种面积逐年下降的现实状况下，提高单产是增加粮食总产的唯一途径。然而，在实际农业生产中，多以增加化肥的投入量为主要解决方法，多数农业生产者认为，只有多用肥，才能多打粮。这种做法完全违背“木桶理论”“最小养分率”和“报酬递减律”，导致当前肥料应用步入以下三大误区。

1.1 肥料用量与产量不成正比

原中国农业科学院土壤肥料研究所曾希柏等专家研究表明：我国粮食单产大多为3 500～5 250 kg/hm2，粮食单产增产潜力一般为300～600 kg/hm2，增施化肥的增产效果一般为5～10 kg/kg(粮食/化肥)；从全国来看，东部地区虽然粮食生产潜力大，但是增产潜力很小，由于施肥量较大，增施化肥的增产效果不明显[1]。

1.2 平均不等于平衡

早在20世纪90年代，原中国农业科学院土壤肥料研究所金继运团队就开始了“土壤养分综合评价法与平衡施肥技术”的研究，该项成果于1996年获原农业部科学技术进步二等奖，1999年获国家科技进步三等奖[2]。从此，各种形式的测土施肥工作在我国广大地区推行，并初步形成了适应当前我国不同区域农业状况特点的土壤测试推荐施肥体系。2005年中央一号文件明确提出：“搞好沃土工程，推广测土配方施肥”，自2005年起国家稳步推进测土配方施肥技术，截至2012年，测土配方施肥技术实施7年来，中央财政累计投入资金57亿元，项目县(场、单位)达2 498个，基本覆盖所有农业县(场)[3]。

平衡施肥技术是根据农作物达到一定产量时所需要吸收的氮、磷、钾养分数量和种植该农作物的土壤中所含有的氮、磷、钾养分可供数量，二者综合平衡之后提出的氮、磷、钾需要量及各养分最佳比例的技术[4]。

但在实际农业生产用肥体系中，许多化肥生产企业生产的复合肥以N-P2O5-K2O配合式15-15-15为主。近几年又有公司研发出了更高含量配合式的复合肥，如17-17-17、18-18-18等，以平均的大量元素供给代替了平衡施肥。上述情况完全违背了作物生长的需肥规律[5]。

1.3 高含量等于高科技

当前，农民用肥体现了三大导向：一是，听信销售人员把高含量的复合肥(如N-P2O5-K2O配合式为19-19-19或20-20-20)作为高科技产品；二是，凭经验选用肥料品种,即某种肥料施用效果较好,就以为是高科技产品，并连年施用,甚至所有作物都用同一化肥品种,用肥量也随着对产量要求的提高不断增加,而对实际的投入产出比并不清楚；三是，看别人用什么肥料就用什么肥料,听广告宣传购买肥料,不去考虑土壤条件和作物需肥特性,长期施用一个肥料品种,造成土壤养分失衡[6]。

破解上述三大误区，必须明确化肥研发、生产与使用的主导方向。据原中国农业科学院土壤肥料研究所杨俐苹等1991年在河北玉田县进行的土壤测试研究结果表明:玉田县所有的土壤缺氮，34%的土壤极缺磷，47%的土壤极缺钾，30%的土壤极缺锌，15%的土壤极缺锰，11%的土壤极缺硫。玉田县土壤肥料工作站2009—2012年连续4年对玉田县3 772户农户的土壤养分进行了监测调查，结果发现：与1991年的研究结果相比，20年后的玉田县土壤养分状况发生较大的变化，其中90%的土壤缺氮，35%的土壤缺磷，52%的土壤缺钾，3%的土壤缺铁，62%的土壤缺锰，17%的土壤缺铜，55%的土壤缺锌，81%的土壤缺硫。总体趋势表现是氮、磷补充较好，变化不大；钾及中微量元素呈明显缺失状态，特别是中量元素硫，微量元素锰、锌缺失严重，已成为制约农作物产量和品质提高的主要因素。2009—2012年玉田县土壤养分监测调查结果汇总如表1所示，土壤养分丰缺指标[7]如表2所示。

根据土壤测试及20年来玉田县土壤养分的变化趋势，本文提出土壤养分管理措施，协助沣田宝农业科技有限公司研发生产适合我国北方不同土壤地力与作物的复混肥，并付诸农业生产实践检验。

2 多元素螯合复混肥提出的理论依据

含氮、磷、钾三大营养元素的肥料应用于农业生产已有150多年的历史[8]，但含中微量元素肥料的应用近10年来才被重视。众多的研究成果证明，中微量元素只有在pH 5.5～6.5的土壤环境中才能很好地发挥作用[9-10]。同时，在作物所需的17种大中微量元素间是存在拮抗作用的，拮抗效应的产生将直接导致肥料利用率的下降，影响肥料效果的发挥。

2.1 元素间拮抗作用的基本规律及解决途径

植物营养元素之间的相互作用是指营养元素在土壤或植物中产生的相互影响，或者一种元素在与另一种元素以不同水平相混合施用时所产生的不同效应，即2种营养元素之间能够产生的促进作用或拮抗作用。这种相互作用在大量元素之间、微量元素之间以及微量元素与大量元素之间均有发生，可以在土壤中发生，也可以在植物体内发生。由于这些相互作用改变了植物的营养供给，为了能供应适宜的营养元素，就必须了解和考虑这些相互作用。

2.1.1 元素间拮抗作用的一般规律

众多的试验与生产实践以及化学肥料相互发生的化学反应证明：

(1)氮肥尤其是生理酸性铵态氮过量，会造成土壤溶液中过多的铵离子与镁离子、钙离子产生拮抗作用，影响作物对镁、钙的吸收。

(2)磷肥不能与锌同补，因为磷肥与锌能形成磷酸锌沉淀，降低磷和锌的利用率。

(3)若过量施用磷肥,多余的有效磷会抑制作物对氮素的吸收,还能引起缺铜、缺硼、缺镁等，同时还会阻碍钾的吸收。磷肥施用量过多，还会活化土壤中对作物生长发育有害的物质，如活性铝、活性铁、镉(Cd)等，对生产不利。

(4)施钾过量首先造成浓度障碍，使植物容易发生病虫害，继而在土壤和植物体内与钙、镁、硼等阳离子营养元素发生拮抗作用，严重时引起脐腐和叶色黄化。

氮、磷、钾肥长期过量施用引起的拮抗作用，目前必须施用含钙、镁、硫的肥料来解决。

2.1.2 土壤酸碱度对微量元素吸收的影响[11]

土壤酸碱度影响着微量元素的分解利用，使土壤中的微量元素处在“沉睡状态”。人们发现土壤缺微量元素后，开始向土壤内施用，但因土壤酸碱度不合适，施用的微量元素无法发挥作用。众多试验结果表明：铁、锰、铜、锌、硼等5种微量元素分解利用的pH为5.5～6.5，肥料学测定pH在5以下或pH在7以上时，这些微量元素活性降低，产生沉淀而无法利用。

2.1.3 解决元素间拮抗的有效途径

针对土壤缺素情况，最初在复合肥中配入中微量元素，有效提高了肥料的利用率。但使用的中微量元素多数为简单无机盐，利用率受到一定限制。为了解决这一问题，目前采用较多的是螯合工艺技术，利用乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸、黄腐酸、酒石酸等作为螯合剂，将微量元素转化成螯合物，有效提高了微量元素的稳定性和利用率。但上述螯合剂成本高，用户在对全元素平衡肥料缺乏认识的情况下，接受并使用这一高价肥料难度很大。

近几年，沣田宝农业科技有限公司利用氨基酸、黄腐酸生产廉价的中微量元素螯合物(螯合剂)，生产成本是EDTA中微量元素螯合物的8%～10%，在复合肥料中加入质量分数8%～10%中微量元素螯合物，每吨成本仅增加60～80元，而此种复混肥料的养分利用率可提高10%～20%。与单纯的三元复混肥料相比，其可增产10%～25%，在个别中微量元素严重缺乏的地区可达30%以上，效果非常明显。

2.2 多元素螯合复混肥的应用研究

为了探究多元素螯合复混肥对作物产量和品质的影响效应，笔者于2018—2019 年在粮食作物(小麦、玉米)、蔬菜(黄瓜、甘蓝)、果树(苹果、梨)上进行了田间试验。

2.2.1 材料和方法

(1)试验地基本情况

小麦、玉米试验在玉田县亮甲店镇孔五官屯村进行，黄瓜、甘蓝试验在玉田县玉田镇东姚庄村进行，苹果、梨试验在玉田县唐自头镇燕山口村进行。试验地 0～20 cm 耕层土壤理化性状见表3。

表3 试验地0～20 cm耕层土壤理化性状

(2)供试品种及小区设置

小麦品种为冀麦22；玉米品种MC817；黄瓜为津杂 3 号；甘蓝为中甘11号；苹果为红富士，树龄8年；梨为酥梨，树龄8年。

试验小区面积：小麦 3×667 m2，玉米5×667 m2，黄瓜300 m2，甘蓝5×667 m2，苹果2×667 m2，梨5×667 m2，每个处理重复3次。

(3)供试肥料

沣田宝农业科技有限公司生产的多元素螯合复混肥，该肥料产品为颗粒状。主要技术指标：N-P2O5-K2O=15-5-10，螯合态中微量元素的质量分数≥10.0%，有机质+有机酸的质量分数≥10.0%。

小麦专用肥：N+P2O5+K2O的质量分数为30%(15-9-6)；

玉米专用肥：N+P2O5+K2O的质量分数为40%(28-6-6)；

蔬菜专用肥：N+P2O5+K2O的质量分数为57%(19-19-19)；

果树专用肥：N+P2O5+K2O的质量分数为45%(18-9-18)；

常规复合肥：N+P2O5+K2O的质量分数为45%(15-15-15)。

2.2.2 试验处理

试验处理按等价肥料投入量进行安排。

处理1：施多元素螯合复混肥，每667 m2施肥量为50 kg；

处理2：施小麦专用肥、玉米专用肥、蔬菜专用肥、果树专用肥，每667 m2施肥量为40～60 kg；

处理3：施常规复合肥，每667 m2施肥量为60 kg；

处理4：不施肥(对照)。

3 结果与讨论

3.1 施用多元素螯合复混肥对小麦、玉米产量和品质的影响

在小麦、玉米收获期，及时进行测产和样品采集、送检。从表4可看出：在4个试验处理中，小麦施用多元素螯合复混肥与不施肥相比，2018年增产19.1%，2019年增产16.8%；玉米施用多元素螯合复混肥与不施肥相比，2018年增产17.1%，2019年增产 21.6%；同时比施用其他肥料的处理表现出不同程度的增产。

对不同处理提取的样品进行检测，结果表明，施用多元素螯合复混肥可显著提高小麦、玉米产品中大量元素、微量元素的含量。从表5、表6中的检测数据可以看出，施用多元素螯合复混肥的小麦籽粒中，全氮、全钾含量均较其他处理有所增加，特别是对人体有益的微量元素铜、锰、铁、锌、镍等的增幅较大；施用多元素螯合复混肥的玉米籽粒中，全氮、全磷、全钾三大元素和微量元素的含量较其他处理增幅明显。上述结果说明，螯合工艺可提高作物对各种营养元素的吸收与积累，同时通过提高营养元素的吸收利用率，还可以降低对人体有害的重金属元素镉、铅、铬的含量。

表4 不同施肥处理对小麦、玉米产量的影响

表5 不同施肥处理对小麦、玉米中微量元素含量的影响(干基)

表6 不同施肥处理对小麦、玉米中大量元素、重金属含量的影响(干基)

3.2 施用多元素螯合复混肥对黄瓜、甘蓝的产量和品质的影响

在黄瓜试验生长中期及甘蓝收获后，取样进行品质检测，生长期结束后进行产量汇总，结果见表7、表8。

从表7可以看出：在4个试验处理中，黄瓜施多元素螯合复混肥与不施肥相比，2018年增产18.4%，2019年增产15.1%；甘蓝施多元素螯合复混肥与不施肥相比，2018年增产17.8%，2019年增产14.6%。上述结果表明，施用多元素螯合复混肥在黄瓜和甘蓝种植上比对照及其他处理有显著的增产效果。

表7 不同施肥处理对黄瓜、甘蓝产量的影响

表8 不同施肥处理对黄瓜、甘蓝中微量元素及重金属含量的影响(鲜基)

从表8可以看出，黄瓜施用多元素螯合复混肥后，普遍表现出对人体有益的微量元素积累量增加，特别是铁增加幅度高达9.57倍，适口性明显增强；重金属含量普遍减少，铅的含量减少达94.23%。结果表明，螯合工艺使得重金属铅被固定，黄瓜对重金属铅的吸收减弱；甘蓝因生育期较短，对有益微量元素的吸收、积累变化相对不大，对重金属的吸收、积累略有减少，但效果不明显。

3.3 施用多元素螯合复混肥对苹果、梨的产量和品质的影响

在苹果、梨的收获期进行各处理小区产量实测，并取样进行检测，结果见表9、表10。从表9可以看出，施用多元素螯合复混肥与不施肥相比，2018年苹果增产15.3%，2019年增产20.4%；2018 年梨增产16.5%，2019年增产19.9%。虽较其他处理略有增加，但差异不明显。

从表10可以看出，施用多元素螯合复混肥和果树专用肥，均可以显著提高苹果、梨可溶性固形物含量，但是多元素螯合复混肥的效果优于果树专用肥的，表明多元素螯合复混肥可以有效改善苹果、梨的品质。

表9 不同施肥处理对苹果、梨产量的影响

表10 不同施肥处理对苹果、梨可溶性固形物含量的影响

4 结语

通过多元素螯合复混肥在小麦、玉米、黄瓜、甘蓝、苹果和梨上进行的田间试验，结果表明：施用多元素螯合复混肥，小麦产量提高16.8%～19.1%，玉米产量提高17.1%～21.6%，黄瓜产量提高15.1%～18.4%，甘蓝产量提高14.6%～17.8%，苹果产量提高15.3%～20.4%，梨产量提高16.5%～19.9%；可以改善农产品品质，提高粮食、蔬菜等农产品中微量元素的含量，提高苹果和梨可溶性固形物含量分别为7.5%～8.2%和8.1%～8.9%，苹果和梨的储存保鲜期明显延长。

2015年，原农业部出台《到2020年化肥使用量零增长行动方案》。化肥“零增长”“减肥增效”等政策及目标的推出，对化肥行业提出了更高要求，也是化肥生产企业必须面对的一个挑战。本文采用的多元素螯合复混肥在小麦、玉米、黄瓜、甘蓝、苹果、梨的种植上减肥提质效果明显，可引导新型肥料的开发。

鉴于试验时间短、涉及的作物种类少、相关调查研究项目较少等因素，下一步将拓展多元素螯合复混肥相关研究内容，进一步完善多元素螯合复混肥施用技术支撑体系。