Effects of Functional Slow-Release Bulk Blending Fertilizer on Maize Yield and Soil Nitrogen Content
摘要：
根据玉米需肥规律开发了功能性缓释掺混肥，为考察其对玉米生长及土壤氮素含量的影响，开展了田间小区试验。试验共设6个处理，以不施肥(CK1)、普通掺混肥(CK2)处理为对照，调查了玉米生物学性状、产量以及玉米收获后土壤中硝态氮、铵态氮、碱解氮含量等指标。结果表明：在等施肥量条件下，功能性缓释掺混肥处理的玉米产量比CK2处理的增产7.98%，差异显著；在功能性缓释掺混肥施用量减少20%的条件下，不会造成玉米减产；功能性缓释掺混肥处理的氮素农学利用率比CK2处理的提高7.98%~26.82%；在等施肥量条件下，功能性缓释掺混肥处理的0~20 cm土层中硝态氮和碱解氮含量比CK2处理的分别提高了10.34%和17.39%，铵态氮含量降低了14.29%。
Abstract：
The functional slow-release bulk blending fertilizer is developed according to the rule of maize fertilization requirement. In order to investigate the effects of the fertilizer on maize growth and soil nitrogen content, a field plot experiment is carried out. Six treatments are set up in the experiment, with no fertilization treatment (CK1) and common bulk blending fertilizer application treatment (CK2) as the control. The biological characters and yield of maize, and nitrate nitrogen, ammonium nitrogen and alkaline nitrogen content in the soil after harvest are investigated. The results show that under the same fertilization condition, the yield of maize of functional slow-release bulk blending fertilizer treatment is 7.98% higher than those of treatment CK2 and the difference is significant. In the condition that the application amount of functional slow-release bulk blending fertilizer is reduced by 20%, it will not cause a reduction in maize yield. The nitrogen agronomic utilization efficiency of functional slow-release bulk blending fertilizer treatment is 7.98%-26.82% higher than that of treatment CK2. In the condition of equal fertilizer application rate, the contents of nitrate nitrogen and alkaline nitrogen in 0-20 cm soil layer of functional slow-release bulk blending fertilizer treatment are increased by 10.34% and 17.39%, respectively, compared with that of treatment CK2, and the content of ammonium nitrogen is decreased by 14.29%.
0
前言
玉米是我国主要的粮食作物和饲料作物[1], 2022年我国玉米种植面积为6.46亿亩(1亩= 667 m2)，年产量277 Mt。玉米营养丰富，每100 g鲜玉米中含有蛋白质4 g、脂肪1.2 g、碳水化合物19.9 g、膳食纤维2.9 g、核黄素0.11 mg、钙10 mg、维生素80 mg和矿物质中微量元素35 mg等，并含有胆固醇、视黄醇、叶酸、胡萝卜素等人体必需的营养物质[2]，同时玉米的提取物广泛应用于食品添加剂、医药和工业等领域，具有很高的营养价值、药用价值、饲料价值和经济价值。
缓释肥料是一种通过养分的化学复合或物理作用，使其对作物的有效态养分随着时间而缓慢释放的化学肥料[3]。缓释肥料可以控制养分按照设定的释放率和释放期释放，使得养分释放与作物需求一致。缓释肥料的养分释放期一般为2~6个月，能够在释放期内持续释放养分供作物吸收，超过释放期后仍有20%以上的养分可继续释放[3]，能够满足玉米对养分的需求。由于缓释肥料养分释放期长、作物吸收利用率高，因此养分在土壤中淋失和挥发到大气中的损耗少，对环境更友好，符合当前环境友好型肥料的发展趋势。
功能性缓释掺混肥料是根据玉米需肥规律进行研发，采用先进的双膜双控技术，氮肥被树脂膜和高分子膜所包裹，可根据物候期释放养分，养分释放符合玉米需求，保证玉米在整个生长期不会出现脱肥现象；还添加了采用独有的双重生物提取技术提取的海藻活性成分和生防菌代谢产物，具有刺激作物根系生长、提高抗病性的效果。
为考察功能性缓释掺混肥料对玉米产量、氮素利用率及土壤氮素转化效率的影响，开展了田间小区试验，以期为夏玉米科学种植模式的推广提供参考。
1
材料与方法
1.1
试验材料
供试玉米：品种为登海371，山东登海种业股份有限公司。
供试肥料：功能性缓释掺混肥料(27-14-10，缓释氮质量分数分别为14%、8%)、普通掺混肥料(27-14-10)，众德肥料(平原)有限公司；普通缓释掺混肥料(27-14-10)，缓释氮质量分数为10%，市购。
1.2
试验方法
试验在山东省烟台市芝罘区黄务街道西里村进行，前茬作物为玉米，产量为540 kg/亩(1亩=667 m2)。供试土壤为棕壤，灌溉条件较好。采用双垄沟播种植，行距80 cm，株距25 cm，亩定植3 350株左右。2022年5月13日人工穴播，间苗后确保每穴保留1棵苗，9月15日收获。
试验前采集0~20 cm土层土样进行检测，其基本理化性状见表 1。
表 1
|
w(有机质)/(g·kg-1) |
w(碱解氮)/(mg·kg-1) |
w(有效磷)/(mg·kg-1) |
w(速效钾)/(mg·kg-1) |
pH |
|
8.4 |
83.5 |
37.8 |
64.6 |
6.1 |
试验共设6个处理：CK1，不施肥；CK2，普通掺混肥料，40 kg/亩；T1，普通缓释掺混肥料，40 kg/亩；T2，功能性缓释掺混肥料，缓释氮质量分数为14%，40 kg/亩；T3，功能性缓释掺混肥料，缓释氮质量分数为14%，32 kg/亩；T4，功能性缓释掺混肥料，缓释氮质量分数为8%，32 kg/亩。每个处理重复3次，随机区组排列，小区面积50 m2(长×宽为10 m×5 m)，设保护行。除了CK1处理外，其余各施肥处理将供试肥料在播种时全部做基肥一次施入。
1.3
指标测定
定期测量各试验小区玉米的株高、茎粗、叶片数、第9叶叶长、第9叶叶宽、穗位高、穗长、穗粗等指标。各试验小区玉米单独收获，分别称量计产；收获时每小区从中间两行连续收取20个玉米穗，风干后室内考种，测量穗长、穗粗、穗行数、行粒数和千粒质量，以小区产量进行统计分析。
各试验小区收获后使用五点取样法，取0~20 cm土层土样，测定土壤中硝态氮、铵态氮、碱解氮的含量。
1.4
数据处理与分析方法
试验数据采用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析，并运用Duncan检验法进行显著性差异分析(P＜0.05)，采用Office 2019软件进行图表制作。
2
结果与分析
2.1
不同施肥处理对玉米生物学性状的影响
不同施肥处理的玉米生物学性状见表 2。
表 2
|
处理 |
株高/cm |
茎粗/cm |
叶片数/片 |
第9叶叶长/cm |
第9叶叶宽/cm |
穗位高/cm |
穗长/cm |
穗粗/cm |
穗行数/行 |
单穗质量/kg |
行粒数/粒 |
千粒质量/g |
|
CK1 |
266.3 d |
30.1 d |
13.2 c |
90.8 a |
11.0 d |
119.3 c |
14.7 e |
4.86 b |
11.5 d |
0.394 b |
26.7 b |
320.5 d |
|
CK2 |
309.0 bc |
31.6 c |
16.7 a |
102.1 a |
12.1 c |
141.1 b |
18.0 d |
5.24 a |
15.3 c |
0.461 a |
36.0 a |
355.8 c |
|
T1 |
319.3 a |
32.7 a |
16.6 a |
104.7 a |
12.8 a |
144.2 ab |
18.7 c |
5.46 a |
16.0 b |
0.468 a |
36.9 a |
362.1 b |
|
T2 |
322.6 a |
32.8 a |
16.3 ab |
105.0 a |
12.8 a |
146.0 a |
19.8 a |
5.49 a |
17.0 a |
0.476 a |
38.3 a |
376.3 a |
|
T3 |
312.5 b |
32.0 b |
16.0 b |
103.3 a |
12.5 ab |
142.7 ab |
19.4 ab |
5.35 a |
16.3 b |
0.448 a |
37.0 a |
358.5 c |
|
T4 |
307.3 c |
31.7 bc |
15.9 b |
102.2 a |
12.4 bc |
141.3 b |
18.9 bc |
5.37 a |
16.3 b |
0.454 a |
35.7 a |
356.4 c |
|
注：1)同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P＜0.05)，下同 |
由表 2可知，与CK2处理相比，T2处理的株高、茎粗、第9叶叶长、第9叶叶宽、穗位高、穗长、穗粗、穗行数、单穗质量、行粒数、千粒质量均有增加。
2.2
不同施肥处理的肥料效应
2.2.1
不同施肥处理对玉米产量的影响
不同施肥处理的玉米产量见表 3。与CK2处理相比，T1、T2、T3、T4处理分别增产36.02、45.36、8.27、2.94 kg/亩，增幅依次为6.34%、7.98%、1.45%、0.52%。
表 3
|
处理 |
小区产量/kg |
折亩产量/kg |
|
Ⅰ |
Ⅱ |
Ⅲ |
平均 |
|
CK1 |
26.15 |
25.82 |
25.15 |
25.71 |
342.97 |
|
CK2 |
42.29 |
42.51 |
43.05 |
42.62 |
568.55 |
|
T1 |
45.49 |
44.81 |
45.66 |
45.32 |
604.57 |
|
T2 |
46.34 |
45.46 |
46.25 |
46.02 |
613.91 |
|
T3 |
43.46 |
42.43 |
43.84 |
43.24 |
576.82 |
|
T4 |
42.15 |
43.11 |
43.27 |
42.84 |
571.49 |
不同施肥处理的试验方差分析见表 4，LSD法的多重比较结果见表 5。T2处理与CK2处理间的产量差异达5%显著水平，表明与CK2处理相比，T2处理可以使玉米显著增产；T3、T4处理的玉米产量与CK2处理的持平，说明减施20%的功能性缓释掺混肥料，不会造成玉米减产。
表 4
|
变异来源 |
自由度 |
平方和 |
均方 |
F值 |
|
处理间 |
5 |
866.246 |
173.249 |
594.518 |
|
重复间 |
12 |
3.497 |
0.291 |
|
|
总变异 |
17 |
869.743 |
|
|
表 5
|
处理 |
平均产量/kg |
较CK2处理增产/% |
5%显著性水平 |
|
T2 |
46.02 |
7.98 |
a |
|
T1 |
45.32 |
6.34 |
a |
|
T3 |
43.24 |
1.45 |
b |
|
T4 |
42.84 |
0.52 |
b |
|
CK2 |
42.62 |
|
b |
|
CK1 |
25.71 |
-39.68 |
c |
2.2.2
不同施肥处理对氮素农学利用率的影响
用亩产量除以施用的纯氮量，得到不同施肥处理的氮素农学利用率见表 6。T2、T3、T4处理的氮素农学利用率比CK2处理的分别提高7.98%、26.82%、25.65%，表明功能性缓释掺混肥料在提高玉米产量和氮素农学利用率方面效果明显。
表 6
|
处理 |
亩产量/kg |
亩施纯氮量/kg |
氮素农学利用率 |
|
计算值/(kg·kg-1) |
比CK2处理增幅/% |
|
CK1 |
342.97 |
0 |
|
|
|
CK2 |
568.55 |
10.8 |
52.64 |
|
|
T1 |
604.57 |
10.8 |
55.98 |
6.34 |
|
T2 |
613.91 |
10.8 |
56.84 |
7.98 |
|
T3 |
576.82 |
8.64 |
66.76 |
26.82 |
|
T4 |
571.49 |
8.64 |
66.14 |
25.65 |
2.3
不同施肥处理对土壤中残留氮养分的影响
收获后，不同施肥处理0~20 cm土层中硝态氮、铵态氮、碱解氮的测定结果见表 7。与CK2处理相比，T2处理的0~20 cm土层中硝态氮和碱解氮含量有所提高，铵态氮含量有所降低，即T2处理阻隔了硝态氮在土壤中的淋失，表明功能性缓释掺混肥料在减少养分流失、提高养分利用率方面效果明显。
表 7
|
处理 |
w(硝态氮)/(mg·kg-1) |
w(铵态氮)/(mg·kg-1) |
w(碱解氮)/(mg·kg-1) |
碱解氮含量比CK2处理的增幅/% |
|
CK1 |
19.8 e |
2.3 d |
45.8 f |
-47.60 |
|
CK2 |
47.4 b |
3.5 a |
87.4 c |
|
|
T1 |
47.5 b |
2.9 c |
94.5 b |
8.12 |
|
T2 |
52.3 a |
3.0 bc |
102.6 a |
17.39 |
|
T3 |
44.6 c |
3.1 b |
83.6 d |
-4.35 |
|
T4 |
42.2 d |
3.1 b |
76.2 e |
-12.81 |
2.4
不同施肥处理的经济效益
不同施肥处理的经济效益比较见表 8。按照各处理所用肥料的售价计算，T1、T2、T3处理的亩用肥成本比CK2处理的分别增加40.0、52.0、13.6元，T4处理的亩用肥成本比CK2处理的减少5.6元；商品玉米收购价按2.2元/kg计。T2处理的亩增加收益最高，其次是T1、T4、T3处理的。
表 8
|
处理 |
亩产量/kg |
亩产值/元 |
亩用肥增加成本/元 |
比CK2处理亩增加效益/元 |
|
CK1 |
342.97 |
754.53 |
|
|
|
CK2 |
568.55 |
1 250.81 |
|
|
|
T1 |
604.57 |
1 330.05 |
40.0 |
39.24 |
|
T2 |
613.91 |
1 350.60 |
52.0 |
47.79 |
|
T3 |
576.82 |
1 269.00 |
13.6 |
4.59 |
|
T4 |
571.49 |
1 257.28 |
-5.6 |
12.07 |
3
讨论
通过田间试验，在肥料一次性全部基施、不追肥的基础上，可得出以下结论：
(1) 在等施肥量条件下，施用功能性缓释掺混肥料处理的玉米产量显著高于CK2处理的，每亩产量增加45.36 kg，每亩效益增加47.79元。与CK2处理相比，功能性缓释掺混肥料减施20%的T3、T4处理不会造成玉米减产。
(2) 在等施肥量条件下，与施用普通掺混肥料处理相比，施用功能性缓释掺混肥料处理可提高0~20 cm土层中硝态氮和碱解氮的含量、降低铵态氮的含量，减少了养分流失，提高了养分利用率，有利于改善农业生态环境。
(3) 与施用普通掺混肥料处理相比，施用等量功能性缓释掺混肥料处理的氮素农学利用率提高了7.98%，功能性缓释掺混肥料减施20%的T3、T4处理的氮素农学利用率分别提高了26.82%、25.65%；施用等量功能性缓释掺混肥料处理的玉米穗长、穗粗、穗行数、千粒质量等均有不同程度的提高。
本试验得到的结果与刘苹等[4]进行的缓控释肥对玉米养分吸收、氮肥利用率及产量影响的研究结论一致，证明功能性缓释掺混肥料对于提高玉米产量和肥料养分利用率、减少养分流失都具有促进作用。
4
结语
与施用普通掺混肥料相比，施用功能性缓释掺混肥料可以在减少20%用量的情况下，达到稳产的效果；施用功能性缓释掺混肥料还可减少土壤中养分的流失，提高养分利用率，具有绿色、环保、生态、高效的特点。可见，功能性缓释掺混肥料对提高作物产量、增加农民收入、减轻生态污染等具有重要意义，符合新农业和新农村发展的要求，也符合我国化肥行业供给侧结构性改革的方向，对于提高粮食产量和玉米产业体系的健康持续发展具有重要意义。
沪公网安备 31010702007066号