玉米均衡营养肥对玉米产量和品质的影响

Effect of Maize Balanced Nutrient Fertilizer on Maize Yield and Quality

郭志刚 Zhigang GUO , 胡山鹰 Shanying HU , 金涌 Yong JIN , 张丽平 Liping ZHANG , 崔同华 Tonghua CUI , 李冬莲 Donglian LI , 陈怡彤 Yitong CHEN

1 清华大学化工系北京 100084 Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China 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 Institute of Modern Agricultural Engineering Technology, Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua, Jiaxing, Zhejiang 314000, China 3 北京市平谷区农业技术推广站北京 101207 Pinggu District Agricultural Technology Extension Station of Beijing, Beijing 101207, China

摘要：

为提高玉米产量、改善玉米品质、实现减肥目标，根据玉米生长发育的营养需求，设计了玉米均衡营养肥并开展了田间试验。通过测定不同施肥处理的玉米单产、百粒质量以及干物质、淀粉、类胡萝卜素含量等指标，探讨了玉米均衡营养肥对玉米产量和品质的影响。结果表明：施用玉米均衡营养肥，与对照处理相比，玉米单产提高了3.28%~10.02%，同时促进了玉米中抗氧化物质类胡萝卜素的合成；施用玉米均衡营养肥可以大幅减少氮、磷、钾肥的施用量，减轻土壤盐渍化和板结，有利于修复土壤生态。

关键词：

均衡营养肥; 玉米; 品质; 肥料减施; 土壤改良;

Abstract：

In order to increase maize yield, improve maize quality and achieve the goal of reducing fertilizer application, a balanced nutritional fertilizer for maize is designed and field experiment is carried out according to the nutritional requirements of maize growth and development. The effects of maize balanced nutrient fertilizer on the yield and quality of maize are discussed by measuring the maize yield, 100-seed weight, dry matter, starch, carotenoid content and other indicators of different fertilization treatments. The results show that the application of balanced nutrient fertilizer for maize increases the yield of maize by 3.28%-10.02% compared with the control treatment. At the same time, the synthesis of antioxidant carotenoids in maize is promoted. The application of maize balanced nutrient fertilizer can significantly reduce the application amount of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer. Furthermore, the soil salinization and hardening situation can be reduced and therefore benefical to the restoration of soil ecology.

Keyword：

balanced nutrient fertilizer; maize; quality; reducing fertilizer application; soil improvement;

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3×10⁷ hm²，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

试验点	处理	单产/(kg·hm^-2)	w(干物质)/%	百粒质量/g	w(类胡萝卜素)/(mg·kg^-1)	w(总淀粉)/%	w(直链淀粉)/%	w(支链淀粉)/%
注：1)同列数据后不同小写字母表示不同施肥处理下的差异显著(P < 0.05)，下同
杜辛庄 (第1年)	对照田	7 620	92.33±0.3 a	34.52±0.1 b	78.7±5 b	78.38±0.5 b	18.67±0.1 a	59.72±0.4 b
杜辛庄 (第1年)	试验田	8 160	91.65±1.0 a	38.12±0.7 a	97.9±7 a	82.20±0.1 a	17.98±0.1 a	64.22±0.1 a
杨桥村	对照田	8 220	91.84±0.1 a	34.51±0.6 b	68.8±4 b	88.54±0.7 a	21.57±0.2 a	66.97±0.9 a
杨桥村	试验田	8 490	91.58±0.8 a	35.88±0.3 a	104.8±13 a	87.26±1.2 a	21.62±0.4 a	65.63±0.8 a
峪口村	对照田	7 635	92.08±0.6 a	25.52±0.4 a	102.4±15 a	83.36±0.4 a	17.56±0.1 a	68.50±0.4 a
峪口村	试验田	7 920	91.29±0.5 a	26.61±0.7 a	105.3±8 a	79.69±0.4 b	17.22±0.0 a	62.47±0.4 b

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

项目	pH	EC/(μS·cm^-1)	w(总氮)/(g·kg^-1)	w(P₂O₅)/(mg·kg^-1)	w(K₂O)/(mg·kg^-1)	w(有效Ca²⁺)/(g·kg^-1)	w(有效Mg²⁺)/(g·kg^-1)	w(S⁶⁺)/(mg·kg^-1)	w(有机质)/(g·kg^-1)
施肥前(本底)	6.51±0.1 b	86.6±4.2 a	1.06±0.2 a	56.94±5.0 b	223.90±19.0 c	1.53±0.09 ab	0.42±0.04 a	27.67±2.2 a	17.89±1.2 a
施肥后(对照田)	6.68±0.1 ab	55.3±9.4 b	1.10±0.3 a	60.23±3.9 ab	304.53±12.8 a	1.68±0.03 a	0.28±0.06 b	7.07±0.9 b	17.42±1.8 a
施肥后(试验田)	6.81±0.1 a	57.4±11.9 b	1.03±0.2 a	65.94±3.9 a	257.47±13.3 b	1.43±0.13 b	0.28±0.02 b	7.48±0.4 b	15.73±2.7 a

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。

3 结语

试验结果表明，施用玉米均衡营养肥可以大幅减少肥料的施用量，尤其是氮、磷肥的施用量，还能相对提高玉米单产，促进玉米中抗氧化物质类胡萝卜素的合成。土壤养分含量的检测结果表明，施用玉米均衡营养肥虽然减少了氮、磷、钾用量，但因土壤中有少量磷、钾积累，还可以进一步减少施肥量，实现精准施肥。

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