腐植酸保水緩釋肥對紫花苜蓿生長和肥料利用率的影響

鐘祿威 栗 麗 楊立帆 劉 洋 王曰鑫

山西農業大學資源環境學院 太谷 030801

保水緩釋肥是低碳環境背景下的具有養分緩釋和保水功能的新型肥料[1]，將腐植酸、保水劑與有機無機復合肥復合一體化制成的腐植酸保水緩釋肥，可通過緩釋性能和水肥耦合增效，實現作物對水肥高效利用。與傳統的緩釋肥料相比，保水緩釋肥中的保水劑是一種高分子化合物[2]，可以通過自身的保水特性提高土壤水分含量，增加土壤團粒結構，增強土壤抗蝕性和蓄水保墑保肥能力[3～8]。該肥料將水肥調控技術、化學保水技術以及肥料緩釋技術等物化到肥料中，集水分調節和養分調控于一體，既能保水抗旱，又能緩釋養分，可大幅度提高作物水分和肥料利用率[9]。其應用前景廣泛，對于保水節肥、減少污染、改良土壤生態環境、增加農林經濟作物產量、實現環境經濟可持續發展具有重要意義。

本試驗以化學肥料為對照，研究等量條件下腐植酸保水緩釋肥對土壤理化性質和紫花苜蓿生長及肥料利用率的影響，為深入研發保水緩釋肥料提供科學依據，同時也有助于解決山西有機旱作農業中存在的耕地質量不高、作物水肥不匹配、缺乏有效的保水栽培技術等新問題。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤：取自山西靈石縣煤礦礦區土壤。土壤類型為石灰性褐土，土質為粗骨土，其有機質含量10.12 g/kg，全氮含量0.63 g/kg，全磷含量0.27 g/kg，全鉀含量3.62 g/kg，堿解氮含量35.24 mg/kg，速效磷含量5.95 mg/kg，速效鉀含量84.40 mg/kg，pH 值為8.1。取回的土壤風干后過2 mm 篩，充分混勻備用。

供試肥料：腐植酸保水緩釋肥，主要由腐植酸、保水劑、尿素、磷酸二銨、硫酸鉀復合一體化制成，其有效養分分別為N 10.53%，P2O53.17%，K2O 3.18%；總腐植酸含量15.60%。摻混肥主要由尿素、磷酸二銨、硫酸鉀摻混制成，其有效養分分別為N 31.60%，P2O59.50%，K2O 9.53%。

供試作物：紫花苜蓿（Medicago sativaL.）。

1.2 試驗設計

盆栽試驗在溫室大棚進行，采用完全隨機設計，設7 個施肥處理，每個處理4 次重復。分別為：TF1（低量腐植酸保水緩釋肥，總養分含量為1 克/盆）；TF2（中量腐植酸保水緩釋肥，總養分含量為2克/盆）；TF3（高量腐植酸保水緩釋肥，總養分含量為3克/盆）；TH1（低量摻混肥，總養分含量為1 克/盆）；TH2（中量摻混肥，總養分含量為2 克/盆）；TH3（高量摻混肥，總養分含量為3 克/盆）；CK（對照，不施肥）。其中，低量養分含量為N 0.625 克/盆，P2O50.188 克/盆，K2O 0.189 克/盆；中量養分含量為N 1.251克/盆，P2O50.377克/盆，K2O 0.378克/盆；高量養分含量為N 1.876 克/盆，P2O50.565 克/盆，K2O 0.567 克/盆。

供試盆缽為聚乙烯塑料盆（30 cm × 27 cm），每盆裝風干過篩土4 kg。將肥料與供試土壤混勻后裝盆，于8 月20 日撒播紫花苜蓿種子（0.5 克/盆），生長期間根據實際情況采用滴灌方式定量澆水，使土壤水分含量保持在田間持水量的70%左右，并經常更換盆的位置。

1.3 樣品采集與測定

收獲時采集植株樣品，測定植株株高、產量以及養分含量（全氮、全磷、全鉀），主根長度、根干重等指標。并于收獲后采集土壤樣品，用于測定土壤容重、含水量、有機質和養分含量（堿解氮、速效磷和速效鉀）。土壤容重用環刀法測定[10]，有機質含量用重鉻酸鉀容量法——外加熱法測定[10]，植株和土壤養分含量測定參考鮑士旦的方法[10]。

相關指標計算公式如下[11]：

肥料利用率（%）=（施肥區作物吸收養分量-未施肥區作物吸收養分量）/（肥料施用量×肥料中養分含量百分比）×100%；

肥料貢獻率（%）=（施肥區作物產量-未施肥區作物產量）/施肥區作物產量×100%。

1.4 數據處理

采用Excel 2013 進行數據處理，運用SPSS 18.0 軟件和鄧肯多重比較對各項指標進行One-way ANOVA 分析（α=0.05）。

2 結果與分析

2.1 腐植酸保水緩釋肥對土壤理化性質的影響

由表1 可知，施肥能降低土壤容重，增加堿解氮、速效磷和速效鉀的含量，施用腐植酸保水緩釋肥，還能增加土壤含水量、有機質含量。隨著施肥量的增加土壤容重隨之降低，有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量隨之增加。與施用摻混肥相比，施用等量腐植酸保水緩釋肥后，土壤容重表現為TF3處理顯著低于TH3處理，降低了7.44%，TF1和TH1處理間、TF2和TH2處理間均無顯著差異。土壤含水量增加20.83%～47.22%，土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別增加25.03%～62.36%、42.49% ～46.09%、23.67% ～54.1% 和-2.41%～60.29%。其中土壤含水量、有機質和堿解氮含量均表現為腐植酸保水緩釋肥處理顯著高于摻混肥處理；速效磷和速效鉀含量均表現為TF2處理顯著高于TH2處理、TF3處理顯著高于TH3處理，TF1和TH1處理間無顯著差異。不同用量的腐植酸保水緩釋肥處理中，TF3處理的容重顯著低于TF1處理，TF3、TF1處理均與TF2處理差異不顯著；TF3處理的有機質顯著高于TF1和TF2處理，TF2處理顯著高于TF1處理；TF3處理的堿解氮顯著高于TF1處理，TF3、TF1處理均與TF2處理無顯著差異；土壤含水量、速效磷和速效鉀的含量在TF3和TF2處理間無顯著差異，二者均顯著高于TF1處理。

表1 不同施肥處理對土壤理化性質的影響Tab.1 Effects of different fertilization treatments on physical and chemical properties of soil

2.2 腐植酸保水緩釋肥對紫花苜蓿生長的影響

由表2 可知，施肥能促進紫花苜蓿生長，且隨著施肥量的增加，紫花苜蓿的株高、產量、主根長度和根干重逐漸增加。與CK 相比，施用腐植酸保水緩釋肥能顯著提高紫花苜蓿株高和產量，增加主根長度和根干重，分別增加了13.48%～39.89%、16.47%～67.17%、6.32%～75.94%和1.75%～40.17%。施用腐植酸保水緩釋肥處理對紫花苜蓿生長的促進效果高于施用摻混肥處理。與施用摻混肥的處理相比，施用等量腐植酸保水緩釋肥的紫花苜蓿株高和產量分別增加了4.39%～14.22%和12.04%～37.86%。其中，株高表現為TF3處理顯著高于TH3處理，TF1和TH1處理間、TF2和TH2處理間均無顯著差異；產量表現為TF3處理顯著高于TH3處理，TF2處理顯著高于TH2處理，TF1和TH1處理間無顯著差異。

表2 不同施肥處理對紫花苜蓿生長的影響Tab.2 Effects of different fertilization treatments on growth of alfalfa

主根長度和根干重分別增加了9.87%～18.01%和3.65%～52.74%。其中，主根長度表現為TF3處理顯著高于TH3處理，TF2處理顯著高于TH2處理，TF1和TH1處理間無顯著差異；根干重均未表現出顯著差異。不同用量腐植酸保水緩釋肥處理中，TF3和TF2處理株高差異不顯著，但二者均顯著高于TF1處理；產量和主根長度在TF3、TF2和TF1處理間均存在顯著差異，以TF3處理表現最佳；根干重TF3處理顯著高于TF1處理，TF3、TF1處理均與TF2處理無顯著差異。

2.3 腐植酸保水緩釋肥對紫花苜蓿養分吸收的影響

由表3 可知，施肥能促進紫花苜蓿對氮、磷、鉀養分的吸收，隨著施肥量的增加，紫花苜蓿的氮素、磷素、鉀素養分含量逐漸增加。相同施用量下，紫花苜蓿的氮素、磷素、鉀素養分含量均表現為腐植酸保水緩釋肥處理高于摻混肥處理，氮素、磷素、鉀素養分含量分別增加了10.37%～70.27%、14.11%～18.94%和11.31%～19.58%。其中，紫花苜蓿氮素含量，TF3處理的顯著高于TH3處理，TF1和TH1處理間、TF2和TH2處理間均無顯著差異；紫花苜蓿磷素含量，TF2處理的顯著高于TH2處理，TF1和TH1處理間、TF3和TH3處理間均無顯著差異；而紫花苜蓿鉀素含量，TF3處理顯著高于TH3處理，TF2處理顯著高于TH2處理，TF1和TH1處理間差異不顯著。施用腐植酸保水緩釋肥的紫花苜蓿氮素、磷素、鉀素含量均以TF3處理最高。其中，氮素含量在TF2和TF1處理間差異不顯著，但均顯著低于TF3處理；磷素含量在TF2和TF3處理間差異不顯著，但均顯著高于TF1處理；鉀素含量TF3處理顯著高于TF1處理，TF3、TF1處理均與TF2處理無顯著差異。

表3 不同施肥處理對紫花苜蓿養分含量的影響Tab.3 Effects of different fertilization treatments on nutrient content of alfalfa %

2.4 腐植酸保水緩釋肥對紫花苜蓿肥料利用率及肥料貢獻率的影響

由表4 可知，施用摻混肥處理，隨著肥料施肥量的增加，氮、鉀肥利用率先降低后上升，磷肥利用率略有上升，但各處理之間差異均不顯著，表明摻混肥對肥料利用率沒有顯著影響。施用腐植酸保水緩釋肥處理中，氮肥利用率以TF3處理最高，且顯著高于TF2和TF1處理；磷肥和鉀肥的利用率均以TF1處理最高，且顯著高于TF2和TF3處理。相同施用量下，與施用摻混肥相比，腐植酸保水緩釋肥中氮、磷、鉀肥利用率顯著提高了0.89 ～2.74 倍、0.48 ～1.83 倍、0.89 ～2.16 倍。

表4 不同施肥處理對紫花苜蓿肥料利用率及肥料貢獻率的影響Tab.4 Effects of different fertilization treatments on fertilizer utilization rate and fertilizer contribution rate of alfalfa %

紫花苜蓿的肥料貢獻率隨著施肥量的增加而提高，以TF3處理最高，且相同施用量下，施用腐植酸保水緩釋肥處理的肥料貢獻率均顯著高于摻混肥處理，提高了1.13 ～1.40 倍。施肥處理中表現為TH3處理顯著高于TH1處理，TH3、TH1處理均與TH2處理無顯著差異；TF3、TF2和TF1處理之間均存在顯著差異，從高到低依次為TF3＞TF2＞TF1。

3 討論與結論

腐植酸是由動植物遺骸經過物理化學反應和微生物分解形成的一類大分子有機物，是土壤有機質的主要組成部分。施用腐植酸直接影響土壤團粒形成，增加土壤有機質，有效降低土壤容重。另外，腐植酸具有吸附、螯合、絡合功能，能夠提高土壤陽離子交換量，對土壤和肥料中有效態養分具有緩釋作用，減緩尿素分解。因此，施用腐植酸能夠增加土壤速效養分含量，提高肥料利用率[12～14]。腐植酸配施化肥不僅促進作物生長發育、提升作物產量，還能培肥地力、提高土壤肥效[15～18]。此外，腐植酸保水緩釋肥中的保水劑是一種高分子化合物，可通過自身保水特性以及土壤學作用機制，提高土壤吸水和持水能力，增強土壤保水能力，顯著增加土壤水分含量[4～7]。本研究表明，施用中、高量摻混肥能顯著增加土壤中有機質和速效養分的含量，不同用量的摻混肥均對土壤容重和含水量影響不大。而施用腐植酸保水緩釋肥不僅能夠顯著增加土壤中速效養分含量，顯著提高土壤含水量，中、高量腐植酸保水緩釋肥還能顯著增加土壤中有機質含量，高量腐植酸保水緩釋肥顯著降低土壤容重。與等量摻混肥相比，施用腐植酸保水緩釋肥含水量和有機質含量比摻混肥的分別提高了20.83%～47.22%和42.49%～46.09%，這與肥料中含有的腐植酸有很大關系。本研究還表明，腐植酸保水緩釋肥能夠促進紫花苜蓿生長，提高其對速效養分的吸收和利用。與摻混肥相比，施用腐植酸保水緩釋肥的紫花苜蓿株高和產量分別增加了4.39%～14.22%和12.04%～37.86%；氮、磷、鉀養分含量分別增加了10.37%～70.27%、14.11%～18.94%、11.31%～19.58%；氮、磷、鉀肥利用率分別 提高 了0.89 ～2.74 倍、0.48 ～1.83 倍、0.89 ～2.16 倍，肥料貢獻率提高了1.13 ～1.40 倍。這與前人的研究結果一致。

綜上所述，與施用摻混肥相比，施用腐植酸保水緩釋肥能增加土壤養分含量和水分含量，降低土壤容重，提高紫花苜蓿產量，促進紫花苜蓿植株對速效養分的吸收和利用。其中，腐植酸保水緩釋肥在TF3處理[總養分（N ∶P2O5∶K2O=3.3 ∶1 ∶1）含量為3 克/盆]時，土壤含水量和養分含量最高，紫花苜蓿產量最高，氮肥利用率和肥料貢獻率最高，可以作為紫花苜蓿施肥的最佳推薦量。