多元素螯合復混肥對作物品質和產量的影響研究*

王連林，張麗英，劉 莉，陳鐵成

(1.玉田縣農業農村局 河北玉田 064100；2.灃田寶農業科技有限公司 河北玉田 064109；3.唐山天予環境檢測有限公司 河北唐山 063009)

1 項目研究的背景

我國人民通過幾十年的努力解決了溫飽問題，其中化肥的功勞占了一半。當前，在我國耕地和糧食播種面積逐年下降的現實狀況下，提高單產是增加糧食總產的唯一途徑。然而，在實際農業生產中，多以增加化肥的投入量為主要解決方法，多數農業生產者認為，只有多用肥，才能多打糧。這種做法完全違背“木桶理論”“最小養分率”和“報酬遞減律”，導致當前肥料應用步入以下三大誤區。

1.1 肥料用量與產量不成正比

原中國農業科學院土壤肥料研究所曾希柏等專家研究表明：我國糧食單產大多為3 500～5 250 kg/hm2，糧食單產增產潛力一般為300～600 kg/hm2，增施化肥的增產效果一般為5～10 kg/kg(糧食/化肥)；從全國來看，東部地區雖然糧食生產潛力大，但是增產潛力很小，由于施肥量較大，增施化肥的增產效果不明顯[1]。

1.2 平均不等于平衡

早在20世紀90年代，原中國農業科學院土壤肥料研究所金繼運團隊就開始了“土壤養分綜合評價法與平衡施肥技術”的研究，該項成果于1996年獲原農業部科學技術進步二等獎，1999年獲國家科技進步三等獎[2]。從此，各種形式的測土施肥工作在我國廣大地區推行，并初步形成了適應當前我國不同區域農業狀況特點的土壤測試推薦施肥體系。2005年中央一號文件明確提出：“搞好沃土工程，推廣測土配方施肥”，自2005年起國家穩步推進測土配方施肥技術，截至2012年，測土配方施肥技術實施7年來，中央財政累計投入資金57億元，項目縣(場、單位)達2 498個，基本覆蓋所有農業縣(場)[3]。

平衡施肥技術是根據農作物達到一定產量時所需要吸收的氮、磷、鉀養分數量和種植該農作物的土壤中所含有的氮、磷、鉀養分可供數量，二者綜合平衡之后提出的氮、磷、鉀需要量及各養分最佳比例的技術[4]。

但在實際農業生產用肥體系中，許多化肥生產企業生產的復合肥以N-P2O5-K2O配合式15-15-15為主。近幾年又有公司研發出了更高含量配合式的復合肥，如17-17-17、18-18-18等，以平均的大量元素供給代替了平衡施肥。上述情況完全違背了作物生長的需肥規律[5]。

1.3 高含量等于高科技

當前，農民用肥體現了三大導向：一是，聽信銷售人員把高含量的復合肥(如N-P2O5-K2O配合式為19-19-19或20-20-20)作為高科技產品；二是，憑經驗選用肥料品種,即某種肥料施用效果較好,就以為是高科技產品，并連年施用,甚至所有作物都用同一化肥品種,用肥量也隨著對產量要求的提高不斷增加,而對實際的投入產出比并不清楚；三是，看別人用什么肥料就用什么肥料,聽廣告宣傳購買肥料,不去考慮土壤條件和作物需肥特性,長期施用一個肥料品種,造成土壤養分失衡[6]。

破解上述三大誤區，必須明確化肥研發、生產與使用的主導方向。據原中國農業科學院土壤肥料研究所楊俐蘋等1991年在河北玉田縣進行的土壤測試研究結果表明:玉田縣所有的土壤缺氮，34%的土壤極缺磷，47%的土壤極缺鉀，30%的土壤極缺鋅，15%的土壤極缺錳，11%的土壤極缺硫。玉田縣土壤肥料工作站2009—2012年連續4年對玉田縣3 772戶農戶的土壤養分進行了監測調查，結果發現：與1991年的研究結果相比，20年后的玉田縣土壤養分狀況發生較大的變化，其中90%的土壤缺氮，35%的土壤缺磷，52%的土壤缺鉀，3%的土壤缺鐵，62%的土壤缺錳，17%的土壤缺銅，55%的土壤缺鋅，81%的土壤缺硫。總體趨勢表現是氮、磷補充較好，變化不大；鉀及中微量元素呈明顯缺失狀態，特別是中量元素硫，微量元素錳、鋅缺失嚴重，已成為制約農作物產量和品質提高的主要因素。2009—2012年玉田縣土壤養分監測調查結果匯總如表1所示，土壤養分豐缺指標[7]如表2所示。

根據土壤測試及20年來玉田縣土壤養分的變化趨勢，本文提出土壤養分管理措施，協助灃田寶農業科技有限公司研發生產適合我國北方不同土壤地力與作物的復混肥，并付諸農業生產實踐檢驗。

2 多元素螯合復混肥提出的理論依據

含氮、磷、鉀三大營養元素的肥料應用于農業生產已有150多年的歷史[8]，但含中微量元素肥料的應用近10年來才被重視。眾多的研究成果證明，中微量元素只有在pH 5.5～6.5的土壤環境中才能很好地發揮作用[9-10]。同時，在作物所需的17種大中微量元素間是存在拮抗作用的，拮抗效應的產生將直接導致肥料利用率的下降，影響肥料效果的發揮。

2.1 元素間拮抗作用的基本規律及解決途徑

植物營養元素之間的相互作用是指營養元素在土壤或植物中產生的相互影響，或者一種元素在與另一種元素以不同水平相混合施用時所產生的不同效應，即2種營養元素之間能夠產生的促進作用或拮抗作用。這種相互作用在大量元素之間、微量元素之間以及微量元素與大量元素之間均有發生，可以在土壤中發生，也可以在植物體內發生。由于這些相互作用改變了植物的營養供給，為了能供應適宜的營養元素，就必須了解和考慮這些相互作用。

2.1.1 元素間拮抗作用的一般規律

眾多的試驗與生產實踐以及化學肥料相互發生的化學反應證明：

(1)氮肥尤其是生理酸性銨態氮過量，會造成土壤溶液中過多的銨離子與鎂離子、鈣離子產生拮抗作用，影響作物對鎂、鈣的吸收。

(2)磷肥不能與鋅同補，因為磷肥與鋅能形成磷酸鋅沉淀，降低磷和鋅的利用率。

(3)若過量施用磷肥,多余的有效磷會抑制作物對氮素的吸收,還能引起缺銅、缺硼、缺鎂等，同時還會阻礙鉀的吸收。磷肥施用量過多，還會活化土壤中對作物生長發育有害的物質，如活性鋁、活性鐵、鎘(Cd)等，對生產不利。

(4)施鉀過量首先造成濃度障礙，使植物容易發生病蟲害，繼而在土壤和植物體內與鈣、鎂、硼等陽離子營養元素發生拮抗作用，嚴重時引起臍腐和葉色黃化。

氮、磷、鉀肥長期過量施用引起的拮抗作用，目前必須施用含鈣、鎂、硫的肥料來解決。

2.1.2 土壤酸堿度對微量元素吸收的影響[11]

土壤酸堿度影響著微量元素的分解利用，使土壤中的微量元素處在“沉睡狀態”。人們發現土壤缺微量元素后，開始向土壤內施用，但因土壤酸堿度不合適，施用的微量元素無法發揮作用。眾多試驗結果表明：鐵、錳、銅、鋅、硼等5種微量元素分解利用的pH為5.5～6.5，肥料學測定pH在5以下或pH在7以上時，這些微量元素活性降低，產生沉淀而無法利用。

2.1.3 解決元素間拮抗的有效途徑

針對土壤缺素情況，最初在復合肥中配入中微量元素，有效提高了肥料的利用率。但使用的中微量元素多數為簡單無機鹽，利用率受到一定限制。為了解決這一問題，目前采用較多的是螯合工藝技術，利用乙二胺四乙酸(EDTA)、檸檬酸、黃腐酸、酒石酸等作為螯合劑，將微量元素轉化成螯合物，有效提高了微量元素的穩定性和利用率。但上述螯合劑成本高，用戶在對全元素平衡肥料缺乏認識的情況下，接受并使用這一高價肥料難度很大。

近幾年，灃田寶農業科技有限公司利用氨基酸、黃腐酸生產廉價的中微量元素螯合物(螯合劑)，生產成本是EDTA中微量元素螯合物的8%～10%，在復合肥料中加入質量分數8%～10%中微量元素螯合物，每噸成本僅增加60～80元，而此種復混肥料的養分利用率可提高10%～20%。與單純的三元復混肥料相比，其可增產10%～25%，在個別中微量元素嚴重缺乏的地區可達30%以上，效果非常明顯。

2.2 多元素螯合復混肥的應用研究

為了探究多元素螯合復混肥對作物產量和品質的影響效應，筆者于2018—2019 年在糧食作物(小麥、玉米)、蔬菜(黃瓜、甘藍)、果樹(蘋果、梨)上進行了田間試驗。

2.2.1 材料和方法

(1)試驗地基本情況

小麥、玉米試驗在玉田縣亮甲店鎮孔五官屯村進行，黃瓜、甘藍試驗在玉田縣玉田鎮東姚莊村進行，蘋果、梨試驗在玉田縣唐自頭鎮燕山口村進行。試驗地 0～20 cm 耕層土壤理化性狀見表3。

表3 試驗地0～20 cm耕層土壤理化性狀

(2)供試品種及小區設置

小麥品種為冀麥22；玉米品種MC817；黃瓜為津雜 3 號；甘藍為中甘11號；蘋果為紅富士，樹齡8年；梨為酥梨，樹齡8年。

試驗小區面積：小麥 3×667 m2，玉米5×667 m2，黃瓜300 m2，甘藍5×667 m2，蘋果2×667 m2，梨5×667 m2，每個處理重復3次。

(3)供試肥料

灃田寶農業科技有限公司生產的多元素螯合復混肥，該肥料產品為顆粒狀。主要技術指標：N-P2O5-K2O=15-5-10，螯合態中微量元素的質量分數≥10.0%，有機質+有機酸的質量分數≥10.0%。

小麥專用肥：N+P2O5+K2O的質量分數為30%(15-9-6)；

玉米專用肥：N+P2O5+K2O的質量分數為40%(28-6-6)；

蔬菜專用肥：N+P2O5+K2O的質量分數為57%(19-19-19)；

果樹專用肥：N+P2O5+K2O的質量分數為45%(18-9-18)；

常規復合肥：N+P2O5+K2O的質量分數為45%(15-15-15)。

2.2.2 試驗處理

試驗處理按等價肥料投入量進行安排。

處理1：施多元素螯合復混肥，每667 m2施肥量為50 kg；

處理2：施小麥專用肥、玉米專用肥、蔬菜專用肥、果樹專用肥，每667 m2施肥量為40～60 kg；

處理3：施常規復合肥，每667 m2施肥量為60 kg；

處理4：不施肥(對照)。

3 結果與討論

3.1 施用多元素螯合復混肥對小麥、玉米產量和品質的影響

在小麥、玉米收獲期，及時進行測產和樣品采集、送檢。從表4可看出：在4個試驗處理中，小麥施用多元素螯合復混肥與不施肥相比，2018年增產19.1%，2019年增產16.8%；玉米施用多元素螯合復混肥與不施肥相比，2018年增產17.1%，2019年增產 21.6%；同時比施用其他肥料的處理表現出不同程度的增產。

對不同處理提取的樣品進行檢測，結果表明，施用多元素螯合復混肥可顯著提高小麥、玉米產品中大量元素、微量元素的含量。從表5、表6中的檢測數據可以看出，施用多元素螯合復混肥的小麥籽粒中，全氮、全鉀含量均較其他處理有所增加，特別是對人體有益的微量元素銅、錳、鐵、鋅、鎳等的增幅較大；施用多元素螯合復混肥的玉米籽粒中，全氮、全磷、全鉀三大元素和微量元素的含量較其他處理增幅明顯。上述結果說明，螯合工藝可提高作物對各種營養元素的吸收與積累，同時通過提高營養元素的吸收利用率，還可以降低對人體有害的重金屬元素鎘、鉛、鉻的含量。

表4 不同施肥處理對小麥、玉米產量的影響

表5 不同施肥處理對小麥、玉米中微量元素含量的影響(干基)

表6 不同施肥處理對小麥、玉米中大量元素、重金屬含量的影響(干基)

3.2 施用多元素螯合復混肥對黃瓜、甘藍的產量和品質的影響

在黃瓜試驗生長中期及甘藍收獲后，取樣進行品質檢測，生長期結束后進行產量匯總，結果見表7、表8。

從表7可以看出：在4個試驗處理中，黃瓜施多元素螯合復混肥與不施肥相比，2018年增產18.4%，2019年增產15.1%；甘藍施多元素螯合復混肥與不施肥相比，2018年增產17.8%，2019年增產14.6%。上述結果表明，施用多元素螯合復混肥在黃瓜和甘藍種植上比對照及其他處理有顯著的增產效果。

表7 不同施肥處理對黃瓜、甘藍產量的影響

表8 不同施肥處理對黃瓜、甘藍中微量元素及重金屬含量的影響(鮮基)

從表8可以看出，黃瓜施用多元素螯合復混肥后，普遍表現出對人體有益的微量元素積累量增加，特別是鐵增加幅度高達9.57倍，適口性明顯增強；重金屬含量普遍減少，鉛的含量減少達94.23%。結果表明，螯合工藝使得重金屬鉛被固定，黃瓜對重金屬鉛的吸收減弱；甘藍因生育期較短，對有益微量元素的吸收、積累變化相對不大，對重金屬的吸收、積累略有減少，但效果不明顯。

3.3 施用多元素螯合復混肥對蘋果、梨的產量和品質的影響

在蘋果、梨的收獲期進行各處理小區產量實測，并取樣進行檢測，結果見表9、表10。從表9可以看出，施用多元素螯合復混肥與不施肥相比，2018年蘋果增產15.3%，2019年增產20.4%；2018 年梨增產16.5%，2019年增產19.9%。雖較其他處理略有增加，但差異不明顯。

從表10可以看出，施用多元素螯合復混肥和果樹專用肥，均可以顯著提高蘋果、梨可溶性固形物含量，但是多元素螯合復混肥的效果優于果樹專用肥的，表明多元素螯合復混肥可以有效改善蘋果、梨的品質。

表9 不同施肥處理對蘋果、梨產量的影響

表10 不同施肥處理對蘋果、梨可溶性固形物含量的影響

4 結語

通過多元素螯合復混肥在小麥、玉米、黃瓜、甘藍、蘋果和梨上進行的田間試驗，結果表明：施用多元素螯合復混肥，小麥產量提高16.8%～19.1%，玉米產量提高17.1%～21.6%，黃瓜產量提高15.1%～18.4%，甘藍產量提高14.6%～17.8%，蘋果產量提高15.3%～20.4%，梨產量提高16.5%～19.9%；可以改善農產品品質，提高糧食、蔬菜等農產品中微量元素的含量，提高蘋果和梨可溶性固形物含量分別為7.5%～8.2%和8.1%～8.9%，蘋果和梨的儲存保鮮期明顯延長。

2015年，原農業部出臺《到2020年化肥使用量零增長行動方案》。化肥“零增長”“減肥增效”等政策及目標的推出，對化肥行業提出了更高要求，也是化肥生產企業必須面對的一個挑戰。本文采用的多元素螯合復混肥在小麥、玉米、黃瓜、甘藍、蘋果、梨的種植上減肥提質效果明顯，可引導新型肥料的開發。

鑒于試驗時間短、涉及的作物種類少、相關調查研究項目較少等因素，下一步將拓展多元素螯合復混肥相關研究內容，進一步完善多元素螯合復混肥施用技術支撐體系。