4+X生物有机无机生态肥的研究与开发

Research and Development of 4+X Bio-Organic and Inorganic Ecological Fertilizer

于广武 Guangwu YU , 李晓冰 Xiaobing LI , 何长兴 Changxing HE , 江志阳 Zhiyang JIANG , 郑连举 Lianju ZHENG

1 中国科学院东北地理与农业生态研究所黑龙江哈尔滨 150040 Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences Heilongjiang Harbin 150040 2 东北农业大学资源与环境院黑龙江哈尔滨 150030 College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University Heilongjiang Haerbing 150030 3 黑龙江奥格瑞农业科技发展有限公司黑龙江哈尔滨 150081 Heilongjiang Aogerui Agricultural Science and Technology Development Co., Ltd. Heilongjiang Harbin 150081 4 中国科学院沈阳应用生态研究所辽宁沈阳 110016 Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences Liaoning Shenyang 110016 5 黑龙江五常市农业技术推广中心黑龙江五常 150209 Wuchang Agricultural Technology Extension Center Heilongjiang Wuchang 150209

摘要：

为了验证4+X生物有机无机生态肥在玉米、大豆、黄瓜、番茄等作物上的增产效果，开展了相应的田间试验。试验结果表明，4+X生物有机无机生态肥对玉米、大豆等粮食作物和黄瓜、番茄等经济作物的增产作用明显，能显著增加玉米和大豆的株高，促进黄瓜和番茄的生长发育。

关键词：

生态肥; 中微量元素; 腐殖酸; 肥效;

Abstract：

In order to verify yield increase effect of 4+X bio-organic and inorganic ecological fertilizer on maize, soybean, cucumber, tomato etc., related field experiment has been carried out. Experimental results show that 4+X bio-organic and inorganic ecological fertilizer has significant yield increase effect on food crops such as maize, soybean and cash crops such as cucumber, tomato, it can improve the plant height of maize and soybean, and promote growth and development of cucumber and tomato remarkably.

Keyword：

ecological fertilizer; medium and trace element; humic acid; fertilizer efficiency;

1 4+X生物有机无机生态肥的研发背景及内涵

1.1 研发背景

(1) 耕层土壤营养和改良的需要

目前，我国各类土壤普遍存在大量元素钾极度缺乏，中微量元素镁、锌、硼和有益元素硅、硒严重不足的状况。据多年土壤普查结果显示，全国1/3以上各类土壤中镁、锌、硼、锰、硅缺乏，且由东北往东南逐渐扩大。

(2) 作物营养不足、失衡

根据李比希营养最小定律，目前作物需要的16种营养元素中，钾、锌、硼、锰、镁、硅等为短板，急需补充。由于多年来只重视磷酸二铵等高浓度磷肥和尿素等氮肥的施用，忽视了钾肥和锌、硼、锰肥的施用，致使多种营养失衡，肥料利用率降低，土壤理化性状变劣，生态环境恶化。

(3) 改善生态环境，生产绿色有机食品的需要

据调查，目前我国生态环境恶化，耕层土壤被铅、砷、汞、镉、铬等重金属以及农药和高浓度化肥严重污染。

(4) 减肥增效、化肥零增长的需要

针对目前我国耕地土壤被重金属、农药和高浓度化肥污染的实际状况，进行土壤修复改良、改善生态环境、生产绿色有机食品、提高人类健康水平势在必行。为此，我国政府适时提出了减肥增效、化肥零增长的战略方针。

1.2 内涵

4+X生物有机无机生态肥(以下简称4+X生态肥)内涵十分丰富，其中：4指N，P，K大量元素和Ca，Mg，S，Zn，Mn等中微量元素以及Si，Se等有益营养元素；X是指生物有机肥，即以BMC复合微生物菌剂和腐殖酸、氨基酸、禽畜粪便、作物秸秆及饲料、食品、轻工、医药、制糖、造纸等行业的下脚料为主的有机物料，是经螯合覆膜新工艺处理的高科技产品；w(N+P₂O₅+K₂O)≥40%，w(有机质)≥20%，w(中微量元素)≥5%，复合生物菌剂≥0.2亿个/g。

2 生态肥研发的目的与意义

随着全球经济发展和社会进步，人们对生活质量和食品品质有了更高的要求，渴望得到口感好、营养丰富的食品，追求纯天然、无污染的健康食品已成为一种时尚。由于我国农业的过度开发，尤其是长期偏施单质化肥，没有适当给土壤补充有机质，导致土壤质量下降，可利用的农业资源逐步枯竭，土壤退化严重，最终影响优质农产品的生产。加强农民对中微量元素肥料的认识，组织中微量元素肥料的生产、推广和应用，已成为现代农业能否持续发展的重要问题。根据国际生产有机食品及我国绿色食品对肥料施用的相关规定，按照现代农业对新型肥料“高产、优质、安全、环保”的要求，研制开发有机无机生态肥是国内外肥料研究与应用的主要趋势。

针对此趋势开发的4+X生态肥是以腐殖酸、味精下脚料和抗菌素药渣为有机物料，以N，P，K大量元素和Ca，Mg，S，Zn，Mn等中微量元素和Si，Se等有益营养元素为无机物料，通过测土配方增补作物需求的氮、磷、钾并添加缓释剂，以腐殖酸和氨基酸为载体络合制成颗粒肥。4+X生态肥将有机肥、无机肥和中微量元素肥有机结合起来，使中微量元素肥与生物菌的增效和促效、有机肥的缓效和长效、无机肥的速效和高效相互结合，急缓相济，优势互补，养分全面，均衡持久；同时，将有机肥的改良土壤结构、培肥地力、减轻环境污染、提高作物品质和化肥利用率与无机肥提供N，P，K大量元素及中微量元素等作物必需的主要营养元素结合起来，既保证向作物提供生长不可缺少的营养成分，又改土、促生、抗病、改善生态环境，对生产优质安全农产品、减轻环境污染效果显著^[1-4]。

3 玉米施用4+X生态肥试验

3.1 试验地点及土壤农化性状

试验地点共4个：①第1试验点在向阳川镇长春岭村，土壤质地为草甸黑土，肥力中等均匀，在当地具有代表性；②第2试验点在二龙山镇新旺村，土壤质地为白浆土，肥力中等均匀，在当地具有代表性；③第3试验点在砚山镇东五顶村，土壤质地为岗地白浆土，肥力中等均匀，在当地具有代表性；④第4试验点在长安镇长安村^[5]。试验点土壤农化性状见表 1。

表 1

试验点土壤农化性状

试验点	有机质/(g·kg^-1)	碱解氮/(mg·kg^-1)	有效磷/(mg·kg^-1)	速效钾/(mg·kg^-1)	pH
向阳川	32.4	111.7	44.1	179	7.1
二龙山	24.8	175.6	59.7	137	6.8
砚山	27.0	151.6	42.9	79	6.9
长安	30.1	185.5	52.6	68	6.5

3.2 供试材料

供试肥料：黑龙江黑土兄弟生物有机肥开发有限公司生产的玉米4+X生态肥，N-P₂O₅-K₂O=12-5-8，w(N+P₂O₅+K₂O)≥25%，w(有机质)≥20%，w(中微量元素)≥4%；玉米专用复合肥，w(N+P₂O₅+K₂O)≥45%。

供试作物：当地玉米主栽品种，向阳川品种为绿单2号，二龙山品种为龙单59，砚山品种为和育925，长安品种为龙单71。

3.3 试验设计及方法

本试验结合当地常规施肥，采用大区对比试验，设2个施肥方案，每个试验区面积10亩(1亩= 666.67 m²，下同)，2个处理，不设重复。

3.3.1 施肥方案一

处理1：常规施肥，亩施18 kg玉米专用复合肥作为底肥；玉米大喇叭口期(8~12叶期)亩追施尿素10 kg。

处理2：按质量比7 :3的比例配施4+X生态肥，亩施18 kg；玉米大喇叭口期(8~12叶期)亩追施4+X生态肥10 kg。

第1和第2试验点均采用施肥方案一。

3.3.2 施肥方案二

处理1：常规施肥，亩施28 kg玉米专用复合肥作为底肥；玉米大喇叭口期(8~12叶期)亩追施尿素20 kg。

处理2：亩施4+X生态肥18 kg作为底肥；玉米大喇叭口期(8~12叶期)亩追施4+X生态肥20 kg。

第3与第4试验点均采用施肥方案二。

3.4 田间管理

向阳川试验点于2014年5月2日施底肥，6月29日追肥；二龙山试验点于5月3日施底肥，6月30日追肥；砚山试验点于5月4日施底肥，7月2日追肥；长安试验点于5月5日施底肥，7月3日追肥。各试验点的播种、施肥、除草等田间管理均一致。

3.5 试验结果与分析

收获期对每个试验点进行了测产与考种，玉米测产与考种情况见表 2。

表 2

玉米测产与考种情况

试验点	处理	株高/cm	2 m²株数/株	2 m²穗数/穗	空杆数/根	穗粒数/粒	百粒重/g	2 m²产量/g	折亩产/kg
向阳川	1	228.3	12	12	0	495.3	34.85	2 158.44	719.5
向阳川	2	235.3	12	12	0	502.5	35.10	2 308.84	769.7
二龙山	1	289.6	12	9	3	615.2	28.95	1 296.40	432.3
二龙山	2	295.8	11	9	2	632.8	30.74	1 453.77	484.6
砚山	1	275.6	10	10	0	638.6	32.50	2 075.30	691.8
砚山	2	280.0	10	10	0	652.8	34.00	2 219.30	739.8
长安	1	281.3	10	10	0	617.2	31.50	2 049.50	683.2
长安	2	285.7	10	10	0	625.3	33.40	2 260.70	753.6
平均	1	268.7	11.0	10.3	0.8	591.6	31.95	1 894.91	631.7
平均	2	274.2	10.8	10.3	0.5	603.4	33.31	2 060.70	686.9

由表 2可知：①在向阳川试验点，处理2比处理1株高高7.0 cm、穗粒数多7.2粒、百粒重重0.25 g、亩产增加50.2 kg，增产率为6.97%；②二龙山试验点，处理2比处理1株高高6.2 cm、穗粒数多17.6粒、百粒重重1.79 g、亩产增加52.3 kg，增产率为12.10%；③在砚山试验点，处理2比处理1株高高4.4 cm、穗粒数多14.2粒、百粒重重1.50 g、亩产增加48.0 kg，增产率为6.94%；④在长安试验点，处理2比处理1株高高4.4 cm、穗粒数多8.1粒、百粒重重1.90 g、亩产增加70.4 kg，增产率为10.30%。

从整个试验结果来看，玉米施用4+X生态肥具有增株高、增产、增效作用，能有效补充玉米生长所需的养分，促进玉米植株健壮生长，增加了玉米穗粒数，并提高了百粒重。从气象条件来看，2014年降水充足，但天气变化对玉米产量有一定影响，主要是在7月出现持续多雨寡照，导致二龙山试验点玉米植株根系早衰，产量较低。即便如此，玉米施用4+X生态肥后仍具有一定的增产效果，平均亩增产55.2 kg，增产率为8.74%^[5]。

4 大豆施用4+X生态肥试验

为明确4+X生态肥在大豆连作3年地块的使用效果，于2011年在齐齐哈尔地区讷河市进行了试验，以期为4+X生态肥的大面积推广应用提供科学依据^[6]。

4.1 试验地点及土壤理化性状

试验点选在讷河市拉哈镇永富村，试验地土壤为黑土，其理化性状为：pH 7.1，w(有机质)3.3%，w(全氮)0.16%，w(全磷)0.069%，w(全钾)1.93%，速效氮为147.0 mg/kg，速效钾为178.4 mg/kg。

4.2 试验地面积及方法

试验地面积700 m²，不追肥。人工等距穴播，每穴3粒；3次中耕，人工除草。

4.3 试验处理及设置

试验共分3个处理，每个处理设3个区，每区4行，行长7.8 m，小区面积21 m²。小区随机区组排列，3次重复。

处理1：亩施4+X生态肥50 kg，其中：w(N+P₂O₅+K₂O)≥25%，w(有机质)≥20%，w(中微量元素)≥4%。

处理2：亩施复合肥30 kg。

处理3：对照，亩施12 kg尿素、10 kg磷酸二铵和5 kg氯化钾。

4.4 试验结果与分析

大豆生育性状调查见表 3。

表 3

大豆生育性状调查

项目	株高/cm	单株根瘤数/个	单株根瘤重/g	单株孢囊数/个
处理1	53.2	27.4	1.726	5.3
处理2	50.1	25.4	1.581	7.4
处理3(对照)	48.4	25.2	1.581	7.8

由表 3可知，施用4+X生态肥的大豆株高比对照高4.8 cm，单株根瘤数比对照多2.2个，单株根瘤重比对照增加0.145 g，单株孢囊数比对照减少2.5个。

在大豆收获期，每个小区采3 m²大豆植株带回室内考种，其结果见表 4，产量方差分析结果见表 5。方差分析结果表明，施用4+X生态肥处理的小区产量与对照差异极其显著。大豆连作3年的地块易发生黄萎病，在该地块施用4+X生态肥能明显增加株高、单株荚数、百粒重、根瘤数，而且孢囊数减少，可明显提高大豆产量，平均增产率为18.6%。

表 4

大豆室内考种结果

项目		株数/(株·m^-2)	单株荚数/个	单株粒重/g	百粒重/g	小区产量/kg
注：1)处理1、处理2及处理3平均产量分别为5.1，4.5和4.3 kg，处理1、处理2及处理3亩产量分别为162.0，142.9和136.6 kg
处理1	Ⅰ	21	28.9	11.6	19.3	5.1
	Ⅱ	21	29.1	12.0	19.1	5.3
	Ⅲ	21	28.6	11.4	19.1	5.0
处理2	Ⅰ	21	24.7	10.5	18.7	4.6
	Ⅱ	21	24.1	10.0	18.3	4.4
	Ⅲ	21	25.3	10.2	18.3	4.5
处理3(对照)	Ⅰ	21	24.8	10.2	18.3	4.5
	Ⅱ	21	24.7	10.1	18.4	4.4
	Ⅲ	21	24.2	9.1	18.1	4.0

表 5

产量方差分析结果

变因	自由度	平方和	方差	F	F_0.05	F_0.01
区间组	2	0.09	0.045	1.5	6.94	18.00
处理间	2	1.13	0.57	19.00^**	6.94	18.00
误差	4	0.12	0.03
总和	8	1.34

5 蔬菜施用4+X生态肥试验

为验证4+X生态肥在蔬菜上的应用效果，2014年4月至10月，对黄瓜和番茄在4个不同地点开展了田间小区试验。为进一步验证试验结果，2015年又在辽宁省和黑龙江省布点进行示范，效果极其显著。

5.1 供试材料与方法

5.1.1 试验地点及试验地情况

试验设在沈阳市高坎镇、锦州市张家堡乡、沈阳市深井子镇和辽阳市辽阳县，试验地基本情况及土壤理化性状见表 6。

表 6

试验地基本情况及土壤理化性状

试验点	前茬作物	作物亩产量/kg	有机质/(g·kg^-1)	全氮/(g·kg^-1)	有效磷/(mg·kg^-1)	速效钾/(mg·kg^-1)	pH	亩施肥量/kg
试验点	前茬作物	作物亩产量/kg	有机质/(g·kg^-1)	全氮/(g·kg^-1)	有效磷/(mg·kg^-1)	速效钾/(mg·kg^-1)	pH	农家肥	N	P₂O₅	k₂O
注：1) 4个试验点的地形均为平地，土壤类型为草甸土，质地为壤质
高坎镇	萝卜	6 000	24.3	1.126	25.3	120.6	6.4	5 000	10.65	3.75	3.75
张家堡乡	黄瓜	5 500	21.7	1.238	36.8	184.4	6.4	4 000	16.00	9.20	13.00
深井子镇	番茄	6 000	24.3	1.126	25.4	120.3	6.6	5 000	10.65	3.75	3.75
辽阳县	茄子	4 000	33.5	1.277	35.8	134.9	6.5	2 500	12.20	6.50	10.00

5.1.2 供试材料

试验肥料：4+X颗粒生态肥，w(N+P₂O₅+K₂O)≥40%，w(有机质)≥15%，w(氨基酸+腐殖酸)≥10%，w(中微量元素)≥4%。

试验作物：高坎镇试验点为瑞星5号番茄，张家堡乡试验点为金冠5号番茄，深井子镇试验点为津春四号黄瓜，辽阳县试验点为园丰元6号黄瓜。

5.1.3 试验设计与方法

处理1：常规施肥。

处理2：施用4+X颗粒生态肥。

田间设计：每个处理3次重复，随机区组排列，小区面积20 m²。

2016年12月于广武等：4+X生物有机无机生态肥的研究与开发

5.1.4 常规施肥方法

(1) 高坎镇试验点亩施农家肥5 000 kg、磷酸二铵20 kg、钾肥10 kg，亩追施尿素15 kg、钾肥7.5 kg。

(2) 张家堡乡试验点亩施农家肥4 000 kg、尿素10 kg、磷酸二铵30 kg、硫酸钾20 kg，亩追施尿素12 kg。

(3) 深井子镇试验点亩施农家肥5 000 kg、磷酸二铵20 kg、钾肥10 kg，亩追施尿素15 kg、钾肥7.5 kg。

(4) 辽阳县试验点亩施农家肥2 500 kg、复合肥60 kg、硫酸钾10 kg，亩追施尿素15 kg。

5.2 试验结果与分析

5.2.1 番茄

(1) 4+X生态肥对番茄生育性状的影响

番茄生育性状调查见表 7。

表 7

番茄生育性状调查

试验点	处理	株高/cm	叶色	单果重/g	单株果数/个
高坎镇	1	87.2	绿	252.0	12.0
高坎镇	2	87.9	深绿	262.0	12.7
张家堡乡	1	176.2	绿	25.3	79.5
张家堡乡	2	182.2	深绿	26.9	85.5

由表 7可看出：与常规施肥相比，施用4+X生态肥的番茄株高增加了0.7~6.0 cm，叶色深绿，单果增重1.6~10.0 g，单株果数增加0.7~6.0个，说明施用4+X生态肥能促进番茄的生长发育。

(2) 4+X生态肥对番茄产量的影响

番茄产量调查、产量方差分析及多重比较分别见表 8、表 9和表 10。

表 8

番茄产量调查

试验点	处理	小区产量/kg			小区平均产量/kg	亩产量/kg	亩增产/kg	增产率/%
试验点	处理	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	小区平均产量/kg	亩产量/kg	亩增产/kg	增产率/%
高坎镇	1	114.6	118.3	117.9	116.9	3 898
高坎镇	2	135.8	132.5	125.7	131.3	4 378	480	12.32
张家堡乡	1	177.4	185.7	180.5	181.2	6 043
张家堡乡	2	193.6	193.6	196.9	194.7	6 493	450	7.45

表 9

番茄产量方差分析

试验点	变因	平方和	自由度	均方	F	F_0.05	F_0.01
高坎镇	区组间	2.61	2	1.31	0.11	5.14	10.92
	处理间	358.07	3	119.36	9.87^*	4.76	9.78
	误差	72.56	6	12.09
	总变异	433.24	11
张家堡乡	区组间	12.76	2	6.38	0.55	5.14	10.92
	处理间	300.78	3	100.26	8.68^*	4.76	9.78
	误差	69.30	6	11.55
	总变异	382.84	11

表 10

番茄多重比较

试验点	处理	平均产量/kg	差异显著性
试验点	处理	平均产量/kg	F_0.05	F_0.01
高坎镇	2	131.3	a	A
高坎镇	1	116.9	b	B
张家堡乡	2	194.7	a	A
张家堡乡	1	181.2	b	B

由表 8可看出，不同处理的番茄产量有一定差异，施用4+X生态肥比常规施肥番茄亩增产450~480 kg，增产率为7.45%~12.32%，说明施用该生态肥对作物的增产作用明显。方差分析结果表明：①高坎镇区组间F=0.11<F_0.05，区组间差异不显著，而处理间F=9.87>F_0.05，处理间差异显著；②张家堡乡区组间F=0.55<F_0.05，区组间差异不显著，而处理间F=8.68>F_0.05>，处理间差异显著。多重比较结果表明，2个试验点施用4+X生态肥比常规施肥番茄产量差异均达到显著水平，因此也证明了施用该生态肥具有明显的增产作用。

5.2.2 黄瓜

(1) 4+X生态肥对黄瓜生育性状的影响

黄瓜生育性状调查见表 11。与常规施肥相比，施用4+X生态肥的黄瓜的株高增加4~10 cm，叶色深绿，单瓜重增加6.9~10.0 g，单株瓜数增加0.3~0.5个，说明施用该生态肥能显著促进黄瓜的生长发育。

表 11

黄瓜生育性状调查

试验点	处理	株高/cm	叶色	单果重/g	单株瓜数/个
深井子镇	1	121	绿	88.6	5.4
深井子镇	2	125	深绿	95.5	5.9
辽阳县	1	201	绿	175	6.8
辽阳县	2	211	深绿	185	7.1

(2) 生态肥对黄瓜产量的影响

黄瓜产量调查、产量方差分析及多重比较分别见表 12、表 13和表 14。

表 12

黄瓜产量调查

试验点	处理	小区产量/kg			小区平均产量/kg	亩产量/kg	亩增产/kg	增产率/%
试验点	处理	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	小区平均产量/kg	亩产量/kg	亩增产/kg	增产率/%
深井子镇	1	92.7	93.4	94.5	93.5	3 118
深井子镇	2	120.7	117.6	105.9	114.7	3 825	707	22.67
辽阳县	1	131	124	126	127	4 235
辽阳县	2	137	135	139	137	4 568	333	7.86

表 13

黄瓜产量方差分析

试验点	变因	平方和	自由度	均方	F	F_0.05	F_0.01
深井子镇	区组间	37.57	2	18.79	0.67	5.14	10.92
	处理间	976.31	3	325.44	11.63^**	4.76	9.78
	误差	167.89	6	27.98
	总变异	1 181.77	11
辽阳县	区组间	17.17	2	8.58	2.73	5.14	10.92
	处理间	148.67	3	49.56	15.79^**	4.76	9.78
	误差	18.83	6	3.14
	总变异	184.67	11

表 14

黄瓜多重比较

试验点	处理	平均产量/kg	差异显著性
试验点	处理	平均产量/kg	F_0.05	F_0.01
深井子镇	2	114.7	a	A
深井子镇	1	93.5	b	B
辽阳县	2	137	a	A
辽阳县	1	127	b	B

由表 13可看出：不同处理的黄瓜产量有一定差异，施用4+X生态肥比常规施肥黄瓜亩增产333~707 kg，增产率为7.86%~22.67%，说明施用该生态肥对黄瓜的增产作用明显。方差分析结果表明：①深井子镇区组间F=0.67<F_0.05，区组间差异不显著，而处理间F=11.63>F_0.01，处理间差异极其显著；②辽阳县区组间F=2.73<F_0.05，区组间差异不显著，而处理间F=15.79>F_0.01，处理间差异极其显著。多重比较结果表明，2个试验点施用4+X生态肥比常规施肥黄瓜产量差异均达到显著水平，因此也证明了施用该生态肥具有明显的增产作用。

6 结语

(1) 玉米施用4+X生态肥具有增株高、增产、增效作用，能有效补充玉米生长所需的养分，平均亩增产55.2 kg，增产率为8.74%。

(2) 在大豆连作3年地块施用4+X生态肥能明显增加株高、单株荚数、百粒重、根瘤数和减少孢囊数，可以明显提高大豆产量，增产率为18.6%。

(3) 施用4+X生态肥能明显促进黄瓜和番茄的生长发育，作物长势较强，结果多且果实较大，增产效果明显，番茄亩增产450~480 kg，增产率为7.45%~12.32%；黄瓜亩增产333~707 kg，增产率为7.86%~22.67%。

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