腐植酸控释掺混肥对玉米产量及土壤肥力的影响研究

尚大朋 孙翠英 付 文 侯占领* 詹 真 史慧芳

1 许昌市农业技术推广站 许昌 461000

2 许昌市健康土壤保育与腐植酸肥料应用技术创新中心 许昌 461000

3 河南省烟草职工培训中心 许昌 461000

4 许昌金田野肥业有限公司 许昌 461107

玉米作为我国第一大粮食作物，也是优良的饲料、工业原料和生物质能源作物，在保障粮食安全方面承担着重要角色[1]。它具有产量高，适应性强、需肥量大的特点，因此广大农户为获得玉米高产连续大量施用化肥，不仅浪费资源、增加种植成本，而且导致土壤酸化和病虫害加重等一系列问题。

早在20 世纪70 年代，我国便开始广泛使用腐植酸[2]。近年来，腐植酸以其天然环保的自然属性和安全可靠的使用价值已被广泛应用于农业生产，腐植酸新型肥料推广应用成为化肥生产企业产品转型升级和化肥减量增效的重要技术措施。腐植酸与化肥配合施用不仅能提高氮磷钾肥料利用率、改善土壤理化性状，还能刺激作物生长、提高作物产量和品质[3～7]。利用腐植酸资源开发的新型腐植酸缓控释肥，能很好协调作物不同生长阶段对养分的需求，具有肥效期长且稳定的特点[8]，为作物简化施肥提供了新的思路和途径[9]。

河南省是全国重要的粮食生产核心区，生产上迫切需要绿色高效施肥技术，特别是兼顾耕地保护与质量提升的施肥新技术。为此，我们以高活性腐植酸为增效载体创制了玉米专用腐植酸控释掺混肥国家专利产品（ZL201510214957.0）。目前，已有大量腐植酸肥料在提高作物产量、改善土壤理化性状的相关研究[10～16]，但在不同土壤类型上多年多点研究腐植酸控释掺混肥对玉米上的肥效还未见有报道。因此，本试验于2017—2021 年在河南省玉米主产区开展不同含量腐植酸控释掺混肥对玉米产量与土壤肥力的影响研究，以期为腐植酸肥料科学施用和耕地质量提升提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在河南省豫中禹州市、襄城县，豫南南阳市卧龙区、社旗县，豫东周口市沈丘县、太康县，豫北新乡市凤泉区（表1）。前茬作物为小麦，产量水平为400 ～500 kg/667 m2。

土壤类型涉及褐土、潮土、砂姜黑土等河南省土壤类型。试验前取0 ～20 cm 耕层土壤，其基础理化性状为土壤容重1.42 ～1.45 g/cm3，有机质14.6 ～19.8 g/kg，全氮1.01 ～1.19 g/kg，有效磷11.3 ～24.3 mg/kg，速效钾102.5 ～136.5 mg/kg，pH 值6.6 ～8.2。

1.2 供试材料

供试肥料：许昌金田野肥业有限公司生产的含量为1%、3%、5%、7%的腐植酸控释掺混肥（N-P2O5-K2O 24-9-12）和普通氮磷钾掺混肥（N-P2O5-K2O 24-9-12）。

供试作物：品种为“科玉188”“登海605”“豫单9953”。

1.3 试验设计

试验采用一次试验与定位试验相结合。试验设5 个处理，分别为：处理1，普通氮磷钾掺混肥（CK）；处理2，含1%腐植酸的氮磷钾控释掺混肥（T1）；处理3，含3%腐植酸的控释掺混肥（T2）；处理4，含5%腐植酸的控释掺混肥（T3）；处理5，含7%腐植酸的控释掺混肥（T4）。3 次重复，随机区组排列，每小区面积100 m2。1%、3%、5%、7%腐植酸含量均为活性腐植酸。各处理均按每667 m2一次性底施50 kg。玉米试验均采用宽窄行（80 cm×40 cm）种植，密度4500 ～5300 株/667 m2，不同区域供试品种均采用相同密度。其他管理措施一致。

本文重点研究了腐植酸控释掺混肥中不同含量腐植酸对夏玉米产量及土壤肥力的作用，该肥料的控释作用将在其他研究成果中阐述。

表1 土壤类型统计表Tab.1 Statistical table of soil types

1.4 测定项目及方法

1.4.1 产量及产量因子的测定

玉米收获期每个小区连续收获40 株计产，玉米试验产量结果均为不同区域试验所有样本的平均值。同时，从中选出长势均匀、具有代表性的10 个玉米穗，进行室内考种分析，调查每穗行数、列数，并得到每穗粒数；全部脱粒后，每个小区数3 个100 粒，平均计算得到百粒重。

1.4.2 土壤采集与测定

玉米收获后，采集0 ～20 cm 土样，放室内自然风干后，测定土壤养分含量。土壤全氮采用自动定氮仪法；有效磷采用碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法；速效钾采用乙酸铵浸提火焰光度计法；土壤有机质测定采用重铬酸钾容量法；土壤容重采用环刀法。

1.5 数据处理与分析

产值（元）=单位面积产量（kg）×试验年度玉米市场价格平均值（元/kg）。

总投入（元）=单位面积化肥、种子、农药、机械、人工等投入。

纯收益（元）=产值－总投入。

采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 21.0 统计软件进行数据分析，采用Origin 8.1 软件绘图，采用Duncan 法进行差异显著性检验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同处理对玉米农艺性状的影响

由表2 可以看出，腐植酸控释掺混肥在不同区域、不同土壤类型、不同品种上的影响趋势一致。各施肥处理在不同区域、不同土壤类型上对不同玉米品种穗长、亩穗数的影响无明显差异。除豫东外，其他区域T1 ～T4 处理均能有效降低玉米秃尖。在穗粒数方面，除豫东外，其他区域T2 ～T4处理均显著大于CK，穗粒数提高18.7 ～49.3 粒；除豫中外，其他区域T1 ～T4 处理间差异不显著。腐植酸控释掺混肥对玉米百粒重的影响最大，在不同区域均表现为T1 ～T4 处理显著大于CK，百粒重提高1.03 ～3.56 g，百粒重T2、T3、T4 与T1差异均达到显著水平，但T3、T4 差异间不显著。就腐植酸对不同玉米品种百粒重影响而言，豫中褐土区和豫东砂姜黑土区“科玉188”百粒重分别提高1.54～3.18 g、1.03～3.08 g，豫南砂姜黑土区“登海605”百粒重提高1.23 ～3.56 g，豫北潮土区“豫单9953”百粒重提高1.37 ～2.52 g。

表2 不同处理对玉米农艺性状的影响Tab.2 Effects of different treatments on maize agronomic characters

2.2 不同处理对玉米产量的影响

从图1 可以看出，在河南省不同区域、不同土壤类型、不同品种条件下，腐植酸控释掺混肥（T1 ～T4）均能较大幅度提高玉米单产，且增产趋势高度一致，均达显著水平。与普通氮磷钾掺混肥（CK）相比，豫中褐土区“科玉188”增产46.6 ～166.7 kg/667 m2，增幅6.76%～24.16%；豫南、豫东砂姜黑土区“登海605”增产40.1 ～130.9 kg/667 m2、增幅6.81%～22.22%，“科玉188”增产57.1 ～145.5 kg/667 m2、增幅8.21%～20.92%；豫北潮土区“豫单9953”增产55.8 ～125.6 kg/667 m2，增幅8.43%～18.97%。

从多年多点试验表现来看，各施肥处理间产量差异不同，T4 产量最高、增产幅度最大。不同区域T3、T4 处理显著大于T1、CK 处理，但T3、T4 处理间产量差异不显著，说明达到一定程度后继续增加腐植酸含量，对玉米产量的提升不显著。

2.3 不同处理对玉米经济效益的影响

从表3 可以看出，在河南省主要玉米产区，腐植酸控释掺混肥均能实现增产增收。与CK 相比，腐植酸控释掺混肥（T1 ～T4）处理能够显著提高玉米种植效益。其中，豫中褐土区玉米增收76.0 ～263.4 元/667 m2，豫南砂姜黑土区玉米增收62.6 ～200.5 元/667 m2，豫东砂姜黑土区玉米增收97.7 ～219.8 元/667 m2，豫北潮土区玉米增收95.0 ～191.1 元/667 m2。从区域表现来看，豫中褐土区、豫东砂姜黑土区T4 经济效益最高，豫南砂姜黑土区、豫北潮土区T3 经济效益最高。

图1 不同处理对玉米产量的影响Fig.1 Effects of different treatments on maize yield

表3 不同处理对玉米经济效益的影响Tab.3 Effects of different treatments on maize economic benefits

表3 续

2.4 不同处理对土壤理化性状的影响

2.4.1 不同处理对土壤容重的影响

由表4 可以看出，各处理土壤容重随着腐植酸施用量的增加呈减小趋势，与普通氮磷钾掺混肥（CK）处理相比，T1 ～T4 处理的土壤容重降低0.69%～9.86%。其中，豫中褐土降低0.69%～5.56%，豫南砂姜黑土降低0.69%～4.86%，豫东砂姜黑土降低2.07%～6.90%，豫北潮土降低0.70%～9.86%。不同区域、不同土壤类型均以T4 降低最多。

2.4.2 不同处理对土壤有机质的影响

由表4 可以看出，与CK 相比，不同区域、不同土壤类型区各腐植酸控释掺混肥处理（T1 ～T4）土壤有机质均有不同程度的提高。豫中褐土区有机质提高1.44%～8.29%，豫南砂姜黑土区有机质提高2.58%～9.76%，豫东砂姜黑土区有机质提高3.40%～8.58%，豫北潮土区有机质提2.92%～11.33%。其中，豫中褐土、豫南砂姜黑土、豫北潮土均以T4 处理提高最多，豫东砂姜黑土以T3 处理提高最多。

2.4.3 不同处理对土壤全氮的影响

由表4 可以看出，与CK 相比，不同区域、不同土壤类型区各腐植酸控释掺混肥处理（T1 ～T4）土壤全氮均有不同程度的提高。豫中褐土区土壤全氮提高0.99%～4.95%，豫南砂姜黑土区土壤全氮提高2.86%～7.62%，豫东砂姜黑土区土壤全氮提高1.91%～4.76%，豫北潮土区土壤全氮提7.21%～11.71%。其中，豫中褐土、豫南砂姜黑土、豫北潮土均以T4 处理提高最多，豫东砂姜黑土以T3、T4 处理提高最多。

2.4.4 不同处理对土壤有效磷的影响

由表4 可以看出，与CK 相比，不同区域、不同土壤类型区各腐植酸控释掺混肥处理（T1 ～T4）土壤有效磷均有不同程度的提高，T4 处理提高最多。其中，豫中褐土提高1.3 ～1.8 mg/kg、增幅11.50%～15.93%，豫南砂姜黑土提高1.6 ～2.6 mg/kg、增幅13.01%～21.14%，豫东砂姜黑土提高0.30 ～2.1 mg/kg、增幅1.24%～8.64%，豫北潮土提高0.80 ～1.8 mg/kg、增幅4.68%～10.53%。

2.4.5 不同处理对土壤速效钾的影响

由表4 可以看出，与CK 相比，腐植酸控释掺混肥处理（T1 ～T4）土壤速效钾均有不同程度的提高。其中，豫中褐土、豫南砂姜黑土T3 处理提高最多，豫东砂姜黑土、豫北潮土T4 处理提高最多。

表4 不同处理对土壤理化性状的影响Tab.4 Effects of different treatments on soil physicochemical characters

3 讨论

3.1 不同腐植酸含量控释肥对玉米产量及构成因素的影响

前人研究表明，施用腐植酸可以显著提高作物产量[17～19]。李亚静[20]研究表明，尿素配施4%腐植酸处理下，玉米的千粒重和穗粒数最高，增产效果最好。李金鑫等[21]研究显示，在相同施肥条件下，施用腐植酸处理的穗粒数和千粒量均高于常规肥料处理。在本研究中，同一配方腐植酸控释肥在不同区域、不同土壤类型、不同玉米品种上均表现出良好的增产、创高产效应。随腐植酸含量增加，穗粒数、百粒重先增加后趋于平缓，说明腐植酸含量达到一定程度后其增产增效效应减弱，是因为腐植酸浓度过高会对玉米生长起抑制作用[22]。腐植酸控释肥养分释放与玉米生长需求吻合度更高，有利于通过简化施肥获得稳产高产[23]，同时也表明腐植酸控释肥具有广泛的适宜性和创高产性。

3.2 不同腐植酸含量控释肥对不同质地土壤理化性状的影响

土壤理化性状是判断土壤肥力的主要依据，对作物的生长发育具有重要影响[24，25]。大量研究表明，腐植酸可以有效降低土壤容重，提高土壤的有机质、全氮、有效磷、速效钾含量[26～28]。在一定范围内，腐植酸控释肥中腐植酸含量越高，对土壤容重降幅越大，土壤越疏松，越有利于作物生长发育。李丽等[29]研究结果显示，腐植酸能显著提高磷的有效性，有效抑制土壤对磷的固定。本试验在施用腐植酸控释肥后土壤容重降低0.69%～9.86%，有机质、全氮、有效磷、速效钾分别提高1.44%～11.33%、0.99% ～11.71%、1.24% ～21.14%、1.47%～7.73%，与刘灿华[30]、姜佰文等[31]研究结果一致，即无机化肥配施腐植酸能有效提升土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾等养分含量。由于土壤腐植酸含量的增加，在一定程度上对土壤脲酶的活性产生抑制作用，降低了尿素的分解速度，增加了氮肥有效性[32，33]。

4 结论

腐植酸控释掺混肥能显著增加玉米产量和经济效益，产量提高6.76%～24.16%，增收62.6 ～263.4 元/667 m2。同时还能够持续改善土壤理化性状，提高化肥利用效率，为化肥减量增效和玉米一次施肥提供了可靠技术物化保障。腐植酸控释掺混肥省工减肥、增产增效、绿色高产、培肥环保多目标协同，从源头上解决了种地养地矛盾，破解了高产施肥与环境保护难题，从而保证了环境友好、耕地健康，具有广阔的应用前景。然而，考虑到不同作物品种、环境、腐植酸来源等因素的研究较少，后续仍需在这些方面进行更多的探究。