玉米均衡营养肥对玉米产量和品质的影响

2021-10-25郭志刚胡山鹰张丽平崔同华李冬莲陈怡彤

肥料与健康 2021年3期

郭志刚，胡山鹰，金涌，张丽平，崔同华，李冬莲，陈怡彤

(1.清华大学化工系北京 100084；2.浙江清华长三角研究院现代农业工程技术研究所浙江嘉兴 314000；3.北京市平谷区农业技术推广站北京 101207)

玉米是世界上最重要的粮食作物之一，广泛分布于美国、中国、巴西和其他国家[1]。与传统的水稻和小麦等粮食作物相比，玉米具有很强的耐旱性、耐寒性、耐贫瘠性以及极好的环境适应性[2]。玉米的营养价值较高，不但可以作为食品、优良的畜禽和鱼类饲料，同时也是医疗卫生、轻工业、化工业等不可缺少的原料之一[3]。玉米还具有多种生物活性，如抗氧化、抗肿瘤、降血糖、提高免疫力和抑菌杀菌等，有广阔的开发和应用前景[4]。玉米由于资源丰富、产量高、价格低廉且易于大面积机械化种植，为广大农民所喜爱。玉米在我国已栽培470多年，目前全国播种面积约为3×107hm2，仅次于水稻和小麦，在粮食作物中居第3位，在世界上仅次于美国[5]。我国是玉米生产大国和消费大国，也是肥料施用大国，施肥能够促进玉米高产，但过量施用化肥，特别是偏施氮肥和磷肥，会导致土壤盐渍化、板结硬化、团粒结构破坏、土壤理化性质劣化等一系列生态问题；同时造成肥料利用率低、资源浪费、玉米抗逆能力减弱、品质下降等问题，严重影响了种植农业的可持续发展。因此，减少施肥量、提高肥料利用率、确保粮食安全、改善玉米品质已经成为玉米种植业的重要研究课题之一。此外，因玉米为大宗农产品，种植面积广，减少氮肥和磷肥施用量，对于改善土壤环境、降低生产成本，具有重大的经济效益和社会意义。

本文研制和开发的玉米均衡营养肥，是根据玉米在整个生长发育周期对氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁等营养元素的消耗量而设计的专用配方肥，是一种全营养、高效、精准、配比科学的新型肥料，具有调节土壤理化性质、活化土壤矿物养分、促进农作物光合作用与调控物质代谢的功能。为了验证玉米均衡营养肥的减氮、减磷效果，在北京市平谷区进行了肥料对比试验，探讨了玉米均衡营养肥对玉米的产量和品质的影响，旨在为指导种植户科学精准施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验在北京市平谷区峪口镇杨桥村、峪口村(北京谷利果蔬专业合作社)和平谷区兴谷街道杜辛庄等3个试验点开展。杨桥村的试验品种为京科25，峪口村的试验品种为华农866，杜辛庄第1年和第2年的试验品种分别为京农科728和京农科828。

供试玉米均衡营养肥由清华大学化工系课题组设计，由北京水木沃土生物科技有限公司配制并提供。对照处理所使用的肥料是市场销售的复合肥(N-P2O5-K2O=15-15-15)。

1.2 试验设计

第1年：杜辛庄玉米均衡营养肥处理的试验田面积为6.66 hm2，施肥量为300 kg/hm2，氮、磷、钾施用量为N+P2O5+K2O=29.40+13.80+41.40=84.60(kg/hm2)；对照田面积为6.66 hm2，复合肥施用量为375 kg/hm2，氮、磷、钾施用量为N+P2O5+K2O=56.25+56.25+56.25=168.75(kg/hm2)。杨桥村玉米均衡营养肥处理的试验田面积为1 hm2，施肥量为600 kg/hm2，氮、磷、钾施用量为N+P2O5+K2O=58.80+27.60+82.80=169.20(kg/hm2)；对照田面积为1 hm2，复合肥施用量为600 kg/hm2，氮、磷、钾施用量为N+P2O5+K2O=90.00+90.00+90.00=270.00(kg/hm2)。峪口村玉米均衡营养肥处理的试验田面积为1.34 hm2，施肥量为600 kg/hm2，氮、磷、钾施用量为N+P2O5+K2O=58.80+27.60+82.80=169.20(kg/hm2)；对照田面积为5.33 hm2，复合肥施用量为600 kg/hm2，氮、磷、钾施用量为N+P2O5+K2O=90.00+90.00+90.00=270.00(kg/hm2)。

第2年：杜辛庄玉米均衡营养肥处理的试验田面积为3.33 hm2，施肥量为525 kg/hm2，氮、磷、钾施用量为N+P2O5+K2O=51.45+24.15+72.45=148.05(kg/hm2)；对照田面积为3.34 hm2，复合肥施用量为525 kg/hm2，氮、磷、钾施用量为N+P2O5+K2O=78.75+78.75+78.75=236.25(kg/hm2)。

施肥方案为一次性施肥，采用机施，播种和施肥同时进行。播种期为7月上旬，收获期为11月上旬。采收后测产，并分别取样分析玉米品质相关指标。

1.3 样品采集和预处理

在玉米植株不同生长发育阶段观测其形态变化，并做好相应记录。收获后测产，随机取样，自然风干后选择中部籽粒粉碎，用于营养品质指标测定。在施肥前后分别取试验田土样用于测定其养分变化，取样时注意避开施肥沟和根系，以免对试验结果产生影响。采用垂直取样法用取土器取0～20 cm耕作层土壤样品，将土样混匀后放入取样袋并做好标记。每个试验处理分别在3个不同地点采取土样，取回后放置，自然风干，筛出根系和石子等杂物，采用四分法处理，分别取适量土样再过筛，用于测定各项土壤养分指标。

1.4 测定项目与方法

玉米籽粒的干物质含量、百粒质量的测定参考《粮油籽粒品质及其分析技术》[6]，淀粉含量采用双波长法测定[7-8]，类胡萝卜素含量采用比色法测定[9-10]。

土壤养分采用JN-QYF型全项目土壤肥料养分检测仪测定，各项指标测定方法均采用该仪器配套的快速检测方法包。

1.5 数据分析处理

数据处理使用软件Excel 2007，采用SPSS 17.0统计分析软件进行差异显著性分析。

2 结果与讨论

2.1 不同施肥处理对玉米长势、产量和品质的影响

根据现场观察得知，杨桥村、峪口村以及杜辛庄的试验田施用玉米均衡营养肥后，玉米秸秆粗壮，叶色油绿，叶片挺拔，高度均一，玉米穗较大，根系发达，表现出较强的生长势。而对照处理的玉米植株叶片相对较小，茎秆较细，叶色偏黄，玉米穗略小。不同施肥处理对玉米产量和品质的影响见表1。

表1 不同施肥处理对玉米产量和品质的影响

从表1可以看出：杜辛庄第1年施用玉米均衡营养肥的试验田玉米单产比对照田的提高了7.09%；试验田玉米中的干物质含量与对照田的相比没有显著性差异，但是其百粒质量、类胡萝卜素含量、总淀粉含量和支链淀粉含量均显著高于对照田的。结果表明，尽管玉米均衡营养肥的氮、磷、钾总施用量只有对照田的一半，但是基本上满足了玉米生长发育的需求，没有表现出缺肥状况。这是因为土壤中储存了较多的养分，能够及时补充并满足玉米生长发育过程中对养分的需求。

杨桥村施用玉米均衡营养肥的试验田玉米单产比对照田的提高了3.28%；试验田玉米的百粒质量和类胡萝卜素含量显著高于对照田的，干物质含量和淀粉含量无显著差异。与杜辛庄的试验结果相比，虽然供试的玉米品种不同，玉米均衡营养肥的用量增加了约1倍，但玉米产量没有明显提高，而且其支链淀粉含量也未提高，影响了玉米的糯性。

峪口村施用玉米均衡营养肥的试验田玉米单产比对照田的提高了3.73%；试验田的氮、磷、钾施用量虽然比对照田的减少了约37.33%，但玉米的干物质含量、百粒质量、类胡萝卜素含量和直链淀粉含量均没有显著性差异，仅总淀粉含量和支链淀粉含量稍有减少。

第2年在杜辛庄重复进行了玉米均衡营养肥试验，为了满足玉米整个生长发育周期对养分的需求，适当提高了施肥量。测产结果如下：对照田的单产为8 396 kg/hm2，试验田的单产达到了9 237 kg/hm2，产量提高了10.02%。

2.2 不同施肥处理对玉米田土壤养分的影响

施肥前后杜辛庄玉米田土壤养分状况见表2。与对照田相比，施肥后试验田土壤的酸碱度略有升高，但差异不显著；2种施肥处理后土壤的可溶性盐浓度(EC值)均有所降低，表明种植玉米后，除了所施用的肥料外，土壤中少量养分也被玉米吸收利用；施肥前后土壤中的总氮含量基本没有变化；施肥后试验田土壤中P2O5和K2O的含量略有升高，说明磷、钾施用量略多；对照田的钾肥用量过多，在下一茬种植时应适当减少；玉米种植前后土壤中的有效Ca2+的含量基本没有变化，有效Mg2+和S6+的含量均有所降低，表明玉米偏好吸收Mg2+和S6+，必要时应增加肥料中Mg2+和S6+的含量；土壤有机质的含量基本没有变化。

表2 施肥前后杜辛庄玉米田土壤养分状况

从施用氮、磷、钾的总量来看，试验田为84.60～169.20 kg/hm2，对照田为168.75～270.00 kg/hm2，试验田氮、磷、钾用量减少了84.15～100.80 kg/hm2，但单产却比对照田的提高了3.28%～10.02%。试验结果表明，当玉米的单产在9 000 kg/hm2左右时，施用150 kg/hm2左右的氮、磷、钾就可以充分满足玉米的生长发育需要，并能够提高玉米的营养价值。过量施用肥料并不能提高玉米单产，甚至因氮、磷、钾比例不均衡而影响产量，也会影响玉米的品质。因此，大力推广使用玉米均衡营养肥，不但可以降低肥料成本，还可减轻土壤盐渍化和板结，有利于修复土壤生态，维持健康的土壤环境。