生物质炭基肥在河西绿洲灌区制种玉米上的应用初报

杨君林 ，车宗贤 ，冯守疆 ，赵欣楠 ，张旭临

（1.甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省新型肥料创制工程实验室，甘肃 兰州 730070；3.农业农村部甘肃耕地保育与农业环境科学观测试验站，甘肃 武威 733017）

我国每年产生农作物秸秆6～7亿t［1］。河西绿洲灌区位于我国西北部，冬季气温较低，秸秆直接还田当季难以腐解，不利于来年耕种。将其“付之一炬”或废弃后任其自然腐烂，会导致土壤有机碳分解加快，大量温室气体排放，对环境产生巨大影响［2］。秸秆生物炭热裂解炭化技术的进步，为秸秆的资源化利用提供了新途径。生物炭高度芳香化而具有生物化学和热稳定性，农田施用生物炭具有改善土壤性质、降低氮素淋洗及减排气体损失的作用。生物炭输入通过静电反应、化学官能团反应、团聚体空隙闭蓄和表面吸附作用减少氮素损失，也可以改变土壤中微生物的活性和结构性，进而通过微生物的活动影响土体中氮素的转化和损失。

河西绿洲灌区土地资源丰富，光照充足，昼夜温差大，降水稀少，是典型的干旱内陆河灌区，没有灌溉就没有农业［3-5］。河西绿洲在农业生产中施肥过量，如何充分发挥肥料的增产效果，已成为作物优质高产亟待解决的问题［6-9］。生物质炭基肥通过秸秆生物炭热裂解炭化后与氮磷钾养分复合而成生物质炭基肥，既可提高土壤质量、减轻秸秆废弃对环境造成的压力，又可供给作物所需的营养，符合可持续发展农业的要求。因此，研究适合当地灌溉条件下生物质炭基肥的增产效应，最大程度地发挥现有水资源的生产潜力，对大力推动减施增效技术在河西地区农业生产中具有重要的意义。我们在河西绿洲灌区试验研究了生物质炭基肥对制种玉米的影响，以期为生物质炭基肥的示范推广和甘肃省及我国的制种玉米产业可持续发展提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018年4—9月在张掖市甘州区乌江镇进行。当地海拔1 520 m，年平均气温7.8℃，最低气温-28.7℃，最高气温38.6℃，年平均降水量128.7 mm，年蒸发量 2 000～2 350 mm，年无霜期 138～179 d。属典型的温带大陆性气候，其特点是气候干燥，日照时间长，昼夜温差大，常年多有风沙，夏季多刮东南风，其余各季多刮西北风。试验地地势平坦，肥力中等，地力均匀，在当地具有代表性。试验地土壤为灌漠土，耕层土壤含有机质11.23 g/kg、全氮0.68 g/kg、速效磷13.3 g/kg、速效钾202.4 g/kg，pH 8.1。前茬玉米。

1.2 供试材料

供试肥料为三聚生物质炭基肥（N+P2O5+K2O≥40%，养分含量为17-10-13），该肥料以生物质炭为载体，由北京三聚绿能科技有限公司生产并提供；史丹利三元复合肥（N+P2O5+K2O≥45%，养分含量为15-15-15），由史丹利化肥股份有限公司生产并提供；尿素（含N 46%），由甘肃刘家峡化工集团有限责任公司生产并提供；磷酸二铵（总养分含量≥64%，其中含N≥18%、P2O5≥46%），由美国特拉肥料有限公司生产并提供。指示玉米品种为先玉335。

1.3 试验方法

试验共设3个处理，处理1为不施肥（CK）；处理2为当地常规施肥（底肥+追施尿素），即底施磷酸二铵300 kg/hm2、三元复合肥600 kg/hm2，拔节期（5月25日）、大喇叭口期（7月25日）、灌浆期（8月25日）分别随水追施尿素1次，每次施肥量120 kg/hm2；处理3为基施生物质炭基肥，即播种前结合翻地一次性基施生物质炭基肥1 200 kg/hm2；不追肥。试验采用随机区组排列，3次重复，小区面积66 m2（10.0 m×6.6 m）。采用覆膜平作种植方式。于2018年4月11日播种，父母本行比2∶6，母本行距为50 cm，株距20 cm，2行父本之间相距30 cm。整个生育期共灌水7次，分别在5月25日、6月10日、6月25日、7月10日、7月25日、8月10日、8月25日各灌水1次，每次灌水量1 200 m3/hm2。其余田间管理同当地大田优化管理。分别在玉米拔节期、大喇叭口期每小区随机取样10株玉米调查玉米植株性状。收获时（9月11日）每小区随机取样10株调查果穗性状，每小区随机取3个点，每点1.0 m2测产。

1.4 数据分析

数据统计采用Excel和SPSS软件进行分析［9-10］。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对制种玉米植株性状的影响

从表1可以看出，玉米拔节期以基施生物质炭基肥处理的株高最高，为86.7 cm，较当地常规施肥处理高4.0 cm，较不施肥（CK）高7.7 cm；以基施生物质炭基肥处理的玉米根长最长，为10.5 cm，较当地常规施肥处理长2.0 cm，较不施肥（CK）长2.9 cm；以基施生物质炭基肥处理的玉米茎粗最粗，为3.0 cm，较当地常规施肥处理粗0.3 cm，较不施肥（CK）粗0.5 cm。在玉米大喇叭口期以基施生物质炭基肥处理的玉米株高最高，为159.0 cm，较当地常规施肥处理高4.3 cm，较不施肥（CK）高8.0 cm；以基施生物质炭基肥处理的玉米根长最长，为40.7 cm，较当地常规施肥处理长3.0 cm，较不施肥（CK）长5.7 cm；以基施生物质炭基肥处理的玉米茎粗最粗，为3.2 cm，较当地常规施肥处理粗0.4 cm，较不施肥（CK）粗0.6 cm。可以认为，施用生物质炭基肥可促进制种玉米茎秆增高增粗及根系的生长。

表1 不同处理制种玉米拔节期和大喇叭口期的植株性状

2.2 不同处理对制种玉米果穗性状的影响

从表2可以看出，以基施生物质炭基肥处理的玉米果穗最长，为20.3 cm，较当地常规施肥处理长0.8cm，较不施肥处理（CK）长2.2 cm；以基施生物质炭基肥处理和当地常规施肥处理的玉米果穗最粗，均为4.9 cm，均较不施肥处理（CK）粗0.2 cm。基施生物质炭基肥处理和当地常规施肥处理的穗轴粗最粗，均为3.0 cm，均较不施肥处理（CK）粗0.2 cm。可见施用生物质炭基肥可促进玉米果穗增长增粗。

表2 不同处理制种玉米的果穗性状

2.3 不同处理对制种玉米产量的影响

从表3可以看出，基施生物质炭基肥处理和当地常规施肥处理均较对照增产，其中以基施生物质炭基肥处理的折合产量最高，为15 004 kg/hm2，较对照增产3 440 kg/hm2，增产率为22.9%；当地常规施肥处理次之，折合产量为14 023 kg/hm2，较对照增产2 459 kg/hm2，增产率为17.5%。同时可以看出，基施生物质炭基肥处理的玉米折合产量较当地常规施理处肥增产981 kg/hm2，增产率为6.5%。对折合产量进行方差分析表明，基施生物质炭基肥处理与当地常规施肥处理差异显著，与不施肥处理（CK）差异极显著；当地常规施肥处理与不施肥处理（CK）差异极显著。

表3 不同处理制种玉米的产量结果

表4 不同处理制种玉米的籽粒品质指标

2.4 不同处理对制种玉米籽粒品质的影响

籽粒水分、粗淀粉、蛋白质和粗脂肪等物质的含量为制种玉米的重要品质指标。从表4可以看出，基施生物质炭基肥处理的制种玉米籽粒含水量最低，为178.6 g/kg，较不施肥处理（CK）和当地常规施肥处理分别减少46.8、64.7 g/kg；籽粒蛋白质含量最高，为99.9 g/kg，较不施肥处理（CK）和当地常规施肥处理分别增加9.8、3.6 g/kg；籽粒粗淀粉含量最高，为679.0 g/kg，较不施肥处理（CK）和当地常规施肥处理分别增加8.6、6.9 g/kg；籽粒粗脂肪含量最高，为42.8 g/kg，较不施肥处理（CK）和当地常规施肥处理分别增加1.5、1.2 g/kg。由此看出，基施生物质炭基肥处理的玉米籽粒的各品质指标均优于不施肥处理（CK）和当地常规施肥处理，施用生物质炭基肥可改善制种玉米的籽粒品质。

3 结论

试验结果表明，在河西绿洲灌区一次性基施生物质炭基肥1 200 kg/hm2处理的玉米折合产量最高，为15 004 kg/hm2，较不施肥处理（CK）增产22.9%，较当地常规施肥处理增产6.5%。籽粒含水量最低，为178.6 g/kg；籽粒蛋白质含量、粗淀粉含量、粗脂肪含量均最高，分别为99.9、679.0、42.8 g/kg，较不施肥处理（CK）分别增加9.8、8.4、1.5 g/kg；较当地常规施肥处理分别增加3.6、6.9、1.2 g/kg。可见，施用生物质炭基肥不但可有效地促进制种玉米的生长发育，促进果穗增长增粗，提高玉米产量和玉米品质。适宜在河西绿洲灌区及其他类似地区应用。