施用啟動肥對土壤特性、玉米生長及產量的影響

呂小凡，趙海蓓，白如霄，張新疆，劉玲慧，危常州*

（1.石河子大學農學院農業資源與環境系，新疆 石河子 832003；2.新疆生長建設兵團第九師農業科學研究所，新疆 塔城 834600）

玉米是我國種植范圍最廣、用途最多、總產量最高的作物，2018年總面積達0.42億hm2，總產量突破2.57億t，成為我國種植面積和總產量雙第一的糧食作物，在保障國家糧食安全中發揮著重要的作用［1-2］。施肥是促進作物增產的重要途徑，目前新疆玉米農田平均施磷量約為190 kg·hm-2，而磷肥利用率為25%［3］，施肥量高，而肥料利用率較低。農業部提出到2020年實現我國化肥用量“零增長”，因此，探索玉米生產中高效、科學施肥，是當前玉米生產中的重要科學問題，也是重要的技術難題。

啟動肥是指在作物播種或種子出苗前施用的少量肥料，類似于種肥，但是不與種子接觸，而是施用在種子側下方5～6 cm處。施用啟動肥促進早期玉米生長是美國一些地區常見做法，具體是將含N、P或N、P、K（有時還可添加其他營養成分）的固體或液體混合物施用于玉米種子附近或種子溝中［4］。啟動肥養分種類一般以磷為主，主要原理是玉米的磷素臨界營養期在三葉期左右，此期玉米對磷素的需求強烈，而春季土壤溫度低，土壤磷有效性低，磷在土壤中的遷移能力弱，不能滿足玉米對磷素的需求［5-8］。施用啟動肥就是為了滿足這個階段的磷素營養需求。Vetsch等［9］研究發現與等量（或更高量）常規撒施相同肥料相比，啟動肥顯著增加早期玉米的生物量和株高。另有一些研究表明，與不施啟動肥相比，啟動肥處理不僅增加了植株對磷的吸收，促進苗期生長，而且提高了玉米產量，肥料效率高于基肥或者追肥［4，10］。由于本試驗中施入的啟動肥是酸性的，酸性可能會有活化堿性土壤上有效鋅的作用，而且塔城地區土壤有效鋅含量比較低，僅為0.42 mg·kg-1［11］，本試驗地塊上測得有效鋅含量為0.46 mg·kg-1，是缺鋅地塊，因此研究啟動肥對土壤有效鋅含量的影響是有必要的。前人對啟動肥增產效應的研究主要集中在啟動肥對作物養分供應與增產作用上，而關于啟動肥在玉米上的施用量及啟動肥對土壤養分有效性的影響研究不多。

新疆地區玉米種植基本采用滴灌技術，早春時節“倒春寒”現象普遍。本研究通過滴灌把一種液體啟動肥施用在玉米行間，研究滴灌條件下啟動肥的增產作用和合理用量，解決春寒季節玉米生長緩慢、肥料利用率低等問題，以期為滴灌春玉米生產區“減肥增效、化肥零增長”提供一種新的施肥策略。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年4月中旬在新疆生產建設兵團第九師農業科學研究所試驗基地（83°29′E，46°31′N）進行。試驗地位于自治區的西北部、伊犁哈薩克自治州的中部，屬于中溫帶干旱和半干旱氣候區，年平均降水量142～295 mm，無霜期150～180 d，年均日照2832～3006 h，氣候條件有利于玉米生長。供試土壤為棕鈣土，質地為壤土，前茬作物為玉米，其理化性質如下：有機質29.21 g·kg-1、堿解氮91.94 mg·kg-1、有效磷45.53 mg·kg-1、速效鉀317.32 mg·kg-1、有效鋅0.46 mg·kg-1、pH值8.26。

1.2 試驗材料

供試玉米品種為新玉109號。啟動肥是本實驗室自制的一種酸性液體肥料，主要成分為尿素硝銨溶液、液體磷酸、硫酸鉀、水溶性腐殖酸及小分子有機酸。肥料養分含量N-P2O5-K2O=7-39-5，pH 1.97，密度1.38 g·cm-3。

1.3 試驗設計

試驗為田間小區試驗，于2019年4月13日播種，設置4個處理：1）農戶常規施肥對照，秋翻時施基肥磷酸二銨225.0 kg·hm-2，記作CF；2）啟動肥用量1：秋季不施基肥，播種后隨出苗水滴施啟動肥45.0 kg·hm-2，記作SF3.0；3）啟動肥用量2：秋季不施基肥，播種后隨出苗水滴施啟動肥90.0 kg·hm-2，記作SF6.0；4）啟動肥用量3：秋季不施基肥，播種后隨出苗水滴施啟動肥135.0 kg·hm-2，記作SF9.0。試驗采用完全隨機設計，3次重復，小區面積為55.8 m2（6.0 m×9.3 m）。因滴施不同用量啟動肥造成土壤N、P2O5、K2O養分投入量差異，在玉米拔節期澆“一水”時（6月13日）用尿素、滴灌磷酸二銨和硫酸鉀補齊差異，以后各次施肥量完全相同，即各啟動肥處理全生育期采用等氮、磷、鉀投入。CF處理養分總投入量為施N 391 kg·hm-2、P2O5164 kg·hm-2、K2O 78 kg·hm-2，3個SF處理養分總投入量均為施N 340 kg·hm-2、P2O5114 kg·hm-2、K2O 78 kg·hm-2，灌 水 施 肥設計見表1。采用寬窄行機械覆膜播種種植模式，行距為40 cm+60 cm，株距為17 cm，理論株數11.8×104株·hm-2。玉米播種完成后（4月14日）將啟動肥溶解在施肥罐中隨水滴入玉米窄行間。滴灌帶距離種子行25 cm，啟動肥按照清水-肥+水-清水的模式以滴灌（225 m3·hm-2）方式施入，水分濕潤深度20～30 cm，水平距離12～18 cm，檢測土壤中養分含量，以距離種子水平距離10 cm、垂直距離10 cm處養分含量最高。其他田間管理方法各處理間保持一致。

表1 灌水施肥設計

1.4 測定項目及方法

1.4.1 土壤樣品

啟動肥施入后的第3、6、9 d在距滴灌帶滴頭水平距離0、5、10 cm處對不同深度土層土壤（0～10、10～20、20～30 cm）進行取樣測定（取5點混合）。

土壤有效磷：用pH=8.5的0.5 mol·L-1NaHCO3浸提劑提取，鉬銻抗比色法測定。

土 壤 有 效 鋅：用pH=7.3的0.005 mol·L-1DTPA浸提劑提取，原子吸收分光光度法測定。

土壤理化性質參照鮑士旦［12］的方法測定。

1.4.2 植株樣品

玉米幼苗根系發育特征：分別于玉米出苗后的第6、12、18 d對玉米植株地上部、地下部樣品進行采集，利用WinRHIZO根系分析系統對其根系指標進行測定。

生物學產量：每次取植株樣后，分不同器官烘干至恒重稱重，測定生物量。

產量和產量結構：在玉米成熟后，各處理隨機選取6.67 m2玉米進行測產，測定項目包括有效穗數、穗行數、行粒數和千粒重，并計算理論產量。

經濟效益：根據當年當地肥料及玉米價格計算。

1.5 數據分析

采用Excel 2010對數據進行處理和繪圖，采用SPSS 19.0對數據進行方差分析，不同處理間比較采用Duncan法進行檢驗（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 施用啟動肥對土壤有效磷含量的影響

由表2可知，啟動肥對土壤有效磷有明顯影響。1）垂直方向：同一滴頭位置下，各處理有效磷在0～10、10～20及20～30 cm土層深度上均表現為SF9.0＞SF6.0＞SF3.0＞CF，如在距滴頭5 cm垂直方向0～10 cm土層，SF3.0、SF6.0和SF9.0處理土壤有效磷含量較CF處理分別提高3.29%、28.16%和31.42%。說明啟動肥施用量越大，土壤有效磷濃度增加越多；同一滴頭位置下，各處理有效磷在不同土層深度上均表現為0～10＞10～20＞20～30 cm，以距滴頭水平距離5 cm為例，從0～10 cm到20～30 cm土層間，CF、SF3.0、SF6.0和SF9.0處理土壤有效磷含量降幅分別為24.46%、15.80%、13.33%和14.07%。說明隨著啟動肥用量增加，深層土壤有效磷含量增加量較大。2）水平方向：在同一土層深度下，各處理土壤有效磷含量在不同水平距離下均表現為0＞5＞10 cm，土壤有效磷含量在水平距離上各啟動肥處理顯著高于CF對照，但SF6.0與SF9.0處理隨著水平距離增加而趨于顯著。

表2 施肥3 d后啟動肥對土壤有效磷含量的影響 （mg·kg-1）

綜上可知，施用啟動肥提高了土壤有效磷含量，其規律是距離滴頭越遠（水平和垂直），效果越小；從各啟動肥處理對土壤有效磷的影響結果來看，施用量越高有效磷含量越高，但隨著距離滴頭位置的增大啟動肥量的優勢趨于不顯著。

2.2 施用啟動肥對土壤鋅有效性的影響

圖1是施用啟動肥3、6、9 d后，距滴頭0 cm處不同土層深度上土壤有效鋅含量。施肥3 d后，0～10 cm土層中，SF3.0、SF6.0和SF9.0處理較CF處理土壤有效鋅含量均顯著增加，分別較CF提高了27.59%、34.48%和48.28%；10～20和20～30 cm土層中有效鋅含量均表現為SF9.0＞SF6.0＞SF3.0＞CF，且3個啟動肥處理間差異均不顯著，但在20～30 cm土層中SF9.0處理的有效鋅含量顯著高于CF處理。施肥6 d后，在各土層深度上，SF6.0和SF9.0處理土壤有效鋅含量顯著高于CF和SF3.0，但SF3.0和CF沒有顯著性差異。施肥9 d后，在各土層深度上，有效鋅含量也均表現為SF9.0＞SF6.0＞SF3.0＞CF，但各處理間無顯著性差異。

綜上表明，啟動肥對土壤有效鋅的影響主要在0～10 cm土層中，且啟動肥施用量越高，土壤中有效鋅增加持續時效越長。

2.3 啟動肥對玉米幼苗根系發育特征的影響

由表3可知，施用啟動肥可以明顯促進玉米幼苗根系的生長。出苗后第6 d，玉米二級根數、根系平均直徑、總表面積和總體積均在SF6.0和SF9.0處理下顯著高于CF和SF3.0，且各指標分別在CF和SF3.0間，SF6.0和SF9.0間無顯著性差異。出苗后第12 d和第18 d，玉米二級根數、根系平均直徑、總表面積和總體積均在SF3.0、SF6.0和SF9.0處理下顯著高于CF，且各指標在SF6.0和SF9.0間無顯著性差異。綜上表明，啟動肥可以促進玉米根系生長。在玉米出苗后6 d，SF6.0和SF9.0的效果優于SF3.0，隨著玉米的生長SF3.0也可以對玉米根系表現出一定的促進作用，但是SF6.0和SF9.0在促進玉米根系生長方面沒有顯著性差異。

表3 啟動肥處理玉米根系指標隨出苗天數變化

2.4 啟動肥對玉米干物質積累量的影響

由圖2可知，在出苗后第6 d，SF6.0處理干物質積累量顯著高于其他處理；在出苗后12 d，SF3.0、SF6.0和SF9.0分 別 比CF處 理 提 高 了17.39%、30.43%和26.08%；出苗后18 d，SF6.0和SF9.0處理干物質積累量顯著高于CF和SF3.0處理，但SF6.0和SF9.0處理干物質積累量差異不顯著。

2.5 施用啟動肥對玉米產量及經濟效益的影響

由表4可知，施用啟動肥能顯著提高玉米產量及磷肥偏生產力。與CF處理相比，SF3.0、SF6.0和SF9.0處 理 分 別 增 產123.3、3133.0和1309.9 kg·hm-2，增產率分別是0.63%、15.99%和6.68%，其中SF6.0處理產量顯著高于SF9.0。從產量構成來看，SF3.0和SF6.0有效穗數顯著高于CF，且SF9.0和CF無顯著性差異；各處理間穗行數無顯著差異；SF6.0和SF9.0千粒重顯著高于CF和SF3.0，其中SF6.0處理千粒重最高，達520.9 g，相較CF處理千粒重增加35.0 g。SF6.0處理的增產率和磷素偏生產力最高，磷素偏生產力在SF6.0下較SF3.0、SF9.0處理分別增加15.21%、8.71%。

由表5可知，SF9.0較其他處理肥料投入和成本投入最高，其中SF3.0肥料投入和成本投入低于CF，SF6.0肥料投入和成本投入與CF大體一致。但施用啟動肥提高了玉米經濟效益，SF6.0處理純收入較CF增加4553.4元·hm-2，增收率達29.4%，產投比較CF增加了15.98%。SF3.0和SF9.0處理較CF處理玉米生產效益也有不同程度的提高，但增收率均低于SF6.0。

表4 玉米產量及產量構成因素

表5 經濟效益分析

3 討論

磷易被土壤固定，在各種作物必需營養元素中其移動性最差，移動距離通常在3～5 cm［13-15］，不同磷源、施肥方式均可能影響磷在土壤中的移動性。本試驗發現，3個啟動肥處理在0～10 cm土層上有效磷含量均大于CF處理，其平均值相比CF處理提高17.06%，說明施用啟動肥提高了土壤中有效磷的含量。本試驗還發現，啟動肥不同用量處理對土壤有效磷和有效鋅含量的顯著性差異均表現在0～10 cm土層中，隨著土層深度增加，啟動肥施用量的優勢逐漸減弱，主要體現在10～20和20～30 cm土層中SF6.0與SF9.0處理間的差異上，說明施啟動肥90 kg·hm-2已經能夠表現出優化效果。有報道認為，液體磷肥在土壤中的遷移距離大于固體磷肥［15］，本試驗結果表明，施用啟動肥不僅0～10 cm深度土壤有效磷含量增加，而且10～20 cm土壤有效磷含量也有顯著增加，顯示液體的啟動肥磷在土壤中遷移距離較遠，能達到玉米幼苗根系所在深度并被吸收。根系是作物營養成分及水分吸收的主要器官，早期建成的根系是玉米后期加速生長、形成較大生物量和產量的關鍵基礎之一。本試驗結果表明，施用啟動肥對玉米幼苗根系生長的促進作用顯著（表3），出苗10 d后，3個啟動肥的平均側根數較CF處理多1.26根，SF6.0和SF9.0處理促進玉米根系生長指標差異不顯著，說明啟動肥施用量為90 kg·hm-2時促根作用已達最佳。本試驗結果還表明，3個啟動肥處理均提高了玉米苗期生物量和產量，較CF處理苗期生物量提高了17.39%～30.43%，產量提高了0.61%～15.99%，其中以SF6.0處理（90 kg·hm-2）的提高作用最為顯著，表明施用啟動肥能夠促進玉米苗期生長，提高玉米產量，以啟動肥施用量90 kg·hm-2效果最好，增產增收效果最佳，這也與Szulc［16］研究結果一致。綜上所述，施用啟動肥不僅有利于磷素在土壤中的遷移，而且啟動肥的酸性間接提高了土壤中微量元素鋅有效性，進而促進根系的生長，提高了生物量，最終使產量增加。本試驗采用的啟動肥P2O5含量為39%，因此啟動肥的適宜磷用量為90×0.39=35.1 kg·hm-2。

啟動肥在玉米上的增產作用十分明顯，是因為其自身含有作物生長所需的大量營養元素尤其是P素，且出苗時水滴施及時供應了玉米苗期對磷素的臨界需求；啟動肥中還含有腐殖酸和小分子有機酸，能夠促進根系生長，活化土壤。但有關啟動肥對玉米增產的機理，還需進一步研究。

4 結論

采用滴灌結合出苗水施入啟動肥是一種經濟、方便的施肥方法。啟動肥提高了0～10 cm土層有效磷含量，其酸性也短期提高了土壤微量元素鋅有效性，玉米產量增加，當施肥量達到90 kg·hm-2時表現最佳。從經濟效益來看，施肥量為45 kg·hm-2時，經濟效益較施肥量為135 kg·hm-2時低820.1元，但產投比相同；施肥90 kg·hm-2時，經濟效益最大，產投比最高。綜合產量和經濟效益分析，合理的啟動肥施用量控制在P2O535 kg·hm-2較為適宜，增產效果顯著，經濟效益最佳。