不同腐殖酸復(fù)合肥對(duì)玉米產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分吸收利用的影響

張運(yùn)紅，毛家偉，劉小奇，錢 凱，楊明堤，徐祺豪

（1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所 河南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002；2.鄭州阿波羅肥業(yè)有限公司，河南 滎陽(yáng) 450100；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002）

玉米是我國(guó)重要的糧、飼、經(jīng)兼用型優(yōu)勢(shì)作物，在保障中國(guó)乃至世界糧食安全方面起著重要的作用[1-2]。玉米需肥量高，充足的養(yǎng)分供給是玉米增產(chǎn)的重要途徑[3]。然而，長(zhǎng)期過(guò)量不合理施用化肥，不僅導(dǎo)致肥料利用效率降低，而且?guī)?lái)土壤酸化、面源污染等一系列環(huán)境問(wèn)題[4-6]。故當(dāng)前能夠協(xié)調(diào)玉米高產(chǎn)與環(huán)境友好型施肥模式有待建立，而新型肥料創(chuàng)制與應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要措施之一，已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的熱點(diǎn)課題[7-8]。以腐殖酸為原料，添加植物所必須的養(yǎng)分，經(jīng)過(guò)科學(xué)配比而制成的腐殖酸肥料，具有協(xié)調(diào)作物高產(chǎn)與資源可持續(xù)發(fā)展的潛力，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有良好的前景[9-10]。有研究表明，肥料中添加腐殖酸不僅能提高肥料利用率，還能改善土壤的理化性質(zhì)[11-13]。周麗平等[14]將腐殖酸添加到霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)玉米干物質(zhì)量、根系活力及其主要化學(xué)組分有所增加，根系形態(tài)得到明顯改善。楊蘇等[11]采用盆栽試驗(yàn)研究顯示，施用褐煤腐殖酸可增加玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)量和養(yǎng)分吸收量，并能增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效氮含量。李歡等[15]報(bào)道，尿素配施腐殖酸可增加土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，增加玉米氮吸收總量及其向籽粒中的分配，最終提高氮肥利用率。腐殖酸的生物功能與其化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)，所含有的羧基、羥基、羰基、醌基、甲氧基等官能團(tuán)使其擁有良好的吸附能力、絡(luò)合作用、陰陽(yáng)離子交換能力和緩沖能力。一般而言，腐殖酸的腐殖化程度越高，羥基越少，羧基越多，對(duì)作物的增產(chǎn)效果越好；腐殖酸的分子量大小也會(huì)對(duì)產(chǎn)量造成影響[16-17]。但目前對(duì)不同來(lái)源的腐殖酸在玉米上施用效果的研究較少。河南是我國(guó)玉米的重要產(chǎn)區(qū)，產(chǎn)量占全國(guó)玉米總產(chǎn)10%以上[18]。鑒于此，本研究利用3種不同來(lái)源腐殖酸研制同養(yǎng)分比例腐殖酸復(fù)合肥，研究其在豫北潮土區(qū)施用對(duì)玉米產(chǎn)量、品質(zhì)和養(yǎng)分吸收利用的影響，旨在明確不同腐殖酸產(chǎn)品作為肥料添加劑的施用效果，篩選出具有市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景的高活性腐殖酸玉米專用肥。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年6月—2021年9月在河南省原陽(yáng)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)種植方式為小麥-玉米輪作，土壤類型為潮土，基本理化性質(zhì)為堿解氮44 mg·kg-1、有效磷14.4 mg·kg-1，速效鉀116 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)16.2 g·kg-1，pH 8.4。

1.2 供試肥料及作物

供試肥料為普通玉米復(fù)合肥（Common compound fertilizer,CCP）（N-P2O5-K2O∶29-6-9）、腐殖酸復(fù)合肥Ⅰ（Humic acid fertilizer,HAFⅠ）（NP2O5-K2O∶29-6-9，含有黃腐酸鉀）、HAFⅡ（N-P2O5-K2O∶29-6-9，含有腐殖酸鉀）和HAFⅢ（N-P2O5-K2O∶29-6-9，含有黃腐酸鉀），3種HAF中所含腐殖酸及其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。所有肥料均由鄭州阿波羅肥業(yè)有限公司提供。

供試玉米品種為國(guó)審緊湊密植型玉米品種‘鄭單1002’。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理，分別為：不施肥對(duì)照（CK）、CCP、HAFⅠ、HAFⅡ、HAFⅢ；每個(gè)處理3次重復(fù)。CCF和HAF的施用量均為750 kg·hm-2，全部基施。小區(qū)面積為40 m2(6.67 m×6.00 m)，9行區(qū)，等行0.67 m種植，株距0.25 m。每個(gè)小區(qū)之間、區(qū)組之間均設(shè)保護(hù)行和走道。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 產(chǎn)量 收獲時(shí)，按小區(qū)單收計(jì)算玉米產(chǎn)量；此外，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)抽取10穗考種，統(tǒng)計(jì)株高、穗位、穗質(zhì)量、穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量。

1.4.2 植株品質(zhì) 玉米籽粒品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定由河南廣電計(jì)量檢測(cè)有限公司完成，全部依據(jù)國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。其中，粗蛋白含量測(cè)定采用半微量凱氏法，粗脂肪含量測(cè)定采用索氏提取法，粗淀粉含量測(cè)定采用旋光法[19]。

1.4.3 養(yǎng)分含量及肥料利用效率 于玉米成熟期，采集植株樣品，將其分為秸稈和籽粒兩部分，70℃烘至恒質(zhì)量，測(cè)定干質(zhì)量。樣品粉碎過(guò)篩后經(jīng)H2SO4-H2O2消煮，采用凱氏定氮法測(cè)定全氮含量，鉬銻抗比色法測(cè)定磷含量，火焰光度法測(cè)定全鉀含量。參照農(nóng)業(yè)部《肥料施用效果測(cè)算方法》計(jì)算肥料農(nóng)學(xué)利用率（Fertilizer agronomic efficiency,FAE）和肥料偏生產(chǎn)力(Fertilizer partial productivity,PFP)。

式中，Y為產(chǎn)量；FNPK為肥料純養(yǎng)分（N，P2O5和K2O）投入量。

1.4.4 土壤養(yǎng)分 于玉米成熟期采集0～20 cm耕層土壤樣品，每個(gè)小區(qū)取3個(gè)樣品，混合均勻，測(cè)定速效氮、有效磷、速效鉀含量。其中，速效氮含量測(cè)定堿解擴(kuò)散法，有效磷含量測(cè)定采用Olsen法，速效鉀含量測(cè)定采用NH4OAc浸提，火焰光度計(jì)法[20]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用DPS 2020進(jìn)行方差分析，LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同腐殖酸復(fù)合肥對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由圖1可知，與不施肥對(duì)照（CK）相比，施肥處理的玉米產(chǎn)量提高4.0%～12.3%，差異顯著，其中HAFⅠ、HAFⅢ處理最高，較CCF處理也分別增加了2.8%、2.5%，HAFⅡ處理則較之顯著降低4.8%。該結(jié)果說(shuō)明，同等施用量下，施用HAFⅠ和HAFⅡ的玉米產(chǎn)量高于CCF。

圖1 不同腐殖酸復(fù)合肥對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

2.2 不同腐殖酸復(fù)合肥對(duì)玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

由表2可知，和CK相比，施肥處理的玉米株高增加9.1%～16.6%，以HAFⅡ處理最高，較CCF處理也增加6.8%。除HAFⅢ處理外，其余施肥處理的玉米穗位較CK提高4.0%～5.9%，且HAFⅠ處理也高于CCF處理1.8%，差異均顯著。HAFⅡ處理的玉米穗質(zhì)量較CK增加14.6%，且差異顯著。HAFⅢ處理的穗質(zhì)量和穗長(zhǎng)均顯著低于CK和CCF處理，分別較之下降9.1%、15.3%和11.4%、8.2%。CCF和HAFⅡ處理的玉米禿尖長(zhǎng)分別較CK降低51.2%、34.7%，且差異顯著。HAFⅡ處理的玉米穗粗顯著高于CK和CCF處理，增幅分別為5.1%、2.7%。施肥處理的玉米穗行數(shù)高于CK 9.1%～18.2%，但HAFⅢ處理較CCF處理降低7.7%，差異均顯著。HAFⅠ和HAFⅢ處理的玉米行粒數(shù)均顯著低于CK和CCF處理，降幅分別為16.1%、15.0%和15.1%、14.0%。除HAFⅢ處理外，其余施肥處理的玉米百粒質(zhì)量低于CK 2.2%～5.3%，但HAFⅡ處理較CCF處理增加3.3%，差異均顯著。該結(jié)果說(shuō)明，和CCF相比，施用3種HAF均可不同程度提高玉米百粒質(zhì)量，但施用HAFⅢ的穗行數(shù)和行粒數(shù)有所降低。

表2 不同腐殖酸復(fù)合肥對(duì)玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

2.3 不同腐殖酸復(fù)合肥對(duì)玉米品質(zhì)的影響

由表3可知，施肥處理的玉米的粗蛋白質(zhì)含量較CK增加了5.9%～10.5%，且差異顯著；HAFⅠ、HAFⅡ、HAFⅢ處理也顯著高于CCF處理，分別較之增加3.5%、4.3%、2.6%，但三者間無(wú)顯著差異。施肥處理的玉米粗脂肪和淀粉含量均顯著低于CK，降幅分別為15.6%～21.9%和1.0%～1.5%，且HAF和CCP處理無(wú)顯著差異。該結(jié)果說(shuō)明，和CCF相比，施用HAF可增加玉米的粗蛋白質(zhì)含量，但對(duì)粗脂肪和淀粉含量無(wú)顯著影響。

表3 不同腐殖酸復(fù)合肥對(duì)玉米品質(zhì)的影響

2.4 不同腐殖酸復(fù)合肥對(duì)玉米養(yǎng)分含量的影響

由表4可知，HAFⅠ、HAFⅡ處理的玉米秸稈N含量顯著高于CK和CCF處理，增幅分別為15.2%、41.6%和17.3%、44.3%。HAFⅡ處理的玉米秸稈P含量顯著高于CK，增幅為20.9%，較CCF處理也有增加趨勢(shì)。HAFⅠ、HAFⅡ處理的玉米秸稈K含量顯著高于CK和CCF處理，增幅分別為13.9%、15.8%和6.6%、8.3%。HAFⅡ處理的玉米籽粒N含量分別較CK和CCF處理增加7.1%和10.3%，且差異顯著。HAFⅢ處理的玉米籽粒P、K含量均顯著低于CK和CCF處理，降幅分別為21.7%、17.9%和12.2%、16.6%。綜上所述，和同養(yǎng)分CCF相比，施用HAFⅠ、HAFⅡ可提高玉米秸稈N、K含量，施用HAFⅢ的秸稈和籽粒中P、K含量有所降低。

表4 不同腐殖酸復(fù)合肥對(duì)玉米養(yǎng)分含量的影響

由表5可知，施肥處理的玉米秸稈N積累量高于CK18.5%～74.1%，以HAFⅡ處理最高，較CCF處理也顯著增加46.9%。HAFⅡ處理的秸稈P積累量顯著高于CK和CCF處理，增幅分別為48.6%、8.6%。HAFⅠ和HAFⅡ處理的秸稈K含量均顯著高于CK和CCF處理，增幅分別為42.7%、42.3%和10.7%、10.4%。施肥處理的籽粒N累積量高于CK 6.1%～16.1%，且HAFⅡ和HAFⅢ處理較CCF處理也增加5.0%、9.4%，差異均顯著。HAFⅠ處理的籽粒P積累量顯著高于CK和CCF處理，增幅分別為7.0%、2.8%，HAFⅡ和HAFⅢ處理則分別較之顯著降低10.6%、12.3%和14.1%、15.8%。HAFⅡ和HAFⅢ處理的籽粒K積累量顯著低于CCF處理，較之分別下降8.1%、14.5%。HAF處理的總N積累量均顯著高于CK和CCF處理，增幅為18.6%～31.7%和7.7%～19.6%，以HAFⅡ處理最高。HAFⅢ處理的總P積累量分別低于CK和CCF處理16.3%和26.8%，且差異顯著。施肥處理的總K積累量高于CK 21.0%～38.2%，但HAF和CCF處理無(wú)顯著差異。該結(jié)果說(shuō)明，和CCF相比，施用3種HAF均能促進(jìn)玉米N吸收，但施用HAFⅢ的玉米P、K吸收量有所降低。

表5 不同腐殖酸復(fù)合肥對(duì)玉米養(yǎng)分積累量的影響

2.5 不同腐殖酸復(fù)合肥對(duì)肥料農(nóng)學(xué)效率和肥料偏生產(chǎn)力的影響

由圖2可知，HAFⅠ、HAFⅢ處理的玉米肥料農(nóng)學(xué)效率分別高于CCF處理33.0%、29.9%，HAFⅡ處理則較之降低56.7%，差異均顯著。HAFⅠ、HAFⅢ處理的肥料偏生產(chǎn)力較CCF處理有增加趨勢(shì)，HAFⅡ處理較之有降低趨勢(shì)，但均未達(dá)到顯著性差異。該結(jié)果說(shuō)明，和CCF相比，施用HAFⅠ、HAFⅢ可不同程度提高玉米肥料農(nóng)學(xué)效率和肥料偏生產(chǎn)力。

圖2 不同腐殖酸復(fù)合肥對(duì)肥料農(nóng)學(xué)效率(A)和肥料偏生產(chǎn)力(B)的影響

2.6 不同腐殖酸復(fù)合肥對(duì)收獲期土壤殘留速效養(yǎng)分的影響

據(jù)表6可知，HAFⅡ處理的玉米收獲期土壤堿解氮含量顯著高于CK 26.4%，較CCF處理有增加趨勢(shì)，但未達(dá)到顯著性差異。施肥處理的土壤速效磷含量均顯著低于CK，降幅為33.6%～43.6%，但不同施肥處理間無(wú)顯著差異。CCF處理的土壤速效鉀含量顯著高于CK 16.3%，HAF處理較CCF處理顯著降低4.5%～11.5%，以HAFⅢ處理降幅最大。該結(jié)果說(shuō)明，同等施肥條件下，施用HAF的收獲期土壤速效鉀含量較CCF有不同程度降低。

表6 不同腐殖酸復(fù)合肥對(duì)玉米收獲期土壤殘留速效養(yǎng)分的影響

3 結(jié)論與討論

本研究中，和CCF相比，施用HAFⅠ和HAFⅢ可提高玉米產(chǎn)量，且主要通過(guò)增加百粒質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。袁麗峰等[21]研究顯示，施用含腐殖酸肥料可通過(guò)增加玉米百粒質(zhì)量而增加產(chǎn)量，筆者的研究結(jié)果與其相符。本研究中，施用HAFⅡ相較于CCF，玉米產(chǎn)量有所降低，這可能與所含腐殖酸種類有關(guān)。有研究顯示，腐殖酸對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)效應(yīng)與其結(jié)構(gòu)及分子量大小有關(guān)，例如Nardi等[22]研究表明，低分子尺寸腐殖質(zhì)容易到達(dá)高等植物細(xì)胞的質(zhì)膜，部分被吸收；而高分子尺寸的腐殖質(zhì)只能作用于細(xì)胞壁。Muscolo等[23]的研究也顯示，只有低分子量腐殖質(zhì)部分才能與胡蘿卜細(xì)胞培養(yǎng)物中的細(xì)胞膜相互作用。筆者的試驗(yàn)初步證實(shí)，玉米復(fù)合肥中添加不同來(lái)源腐殖酸施用效果有所差異，但是對(duì)腐殖酸在植物上的構(gòu)效關(guān)系未作進(jìn)一步研究。

玉米品質(zhì)主要包括淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等，其中淀粉是產(chǎn)量的主體成分，也是糧食、飼料的主要加工原料；粗蛋白質(zhì)含量決定了飼用營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；脂肪則是高質(zhì)量的食用油，有降低高血壓、治療血管硬化等功效[24-26]。本研究中，和CCF相比，施用HAF的玉米籽粒中粗淀粉含量無(wú)顯著變化，但粗蛋白質(zhì)含量明顯提高。袁麗峰等[21]報(bào)道，玉米施用腐殖酸有機(jī)肥相較于只施用化肥可提高籽粒中粗蛋白質(zhì)含量，筆者的結(jié)果與其相符。Eirouby等[27]的研究認(rèn)為，玉米籽粒產(chǎn)量與含油量呈負(fù)相關(guān)。本研究中，施肥在增加玉米產(chǎn)量的同時(shí)降低了玉米中的粗脂肪含量，與上述結(jié)果一致。

本研究中，和CCF處理相比，施用HAFⅠ、HAFⅢ可不同程度提高玉米肥料農(nóng)學(xué)效率和肥料偏生產(chǎn)力，這與袁麗峰等[12]研究結(jié)果相似。秦文等[28]的研究結(jié)果也表明，玉米上腐殖酸配施無(wú)機(jī)肥的氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力均高于施用化肥，本試驗(yàn)與其研究結(jié)果相符。本研究中，和CCF相比，施用3種HAF的玉米收獲后土壤中堿解氮含量無(wú)明顯變化，但玉米總N積累量顯著增加，說(shuō)明施用HAF促進(jìn)了全氮向速效氮的轉(zhuǎn)化，從而有利于玉米吸收。姜佰文等[29]研究中少化肥用量20%，配施腐殖酸可提高玉米莖稈和籽粒中氮積累量，本研究結(jié)果與其相符。有研究顯示，腐殖酸的羥基、羧基等酸性官能團(tuán)能與氮元素反應(yīng)，形成穩(wěn)定絡(luò)合物，從而使氮素釋放緩慢分解，揮發(fā)減少，肥效期延長(zhǎng)[30]，這可能是施用HAF提高玉米氮素吸收及肥料利用效率的主要原因。本研究中，施用HAFⅢ的玉米總P、K積累量低于CCF處理，收獲期土壤有效磷和速效鉀含量較之無(wú)變化或降低，說(shuō)明施用HAFⅢ減緩了土壤速效磷鉀釋放。然而，目前研究多認(rèn)為施用腐殖酸可降低土壤對(duì)P、K的固定，提高養(yǎng)分有效性，主要機(jī)理包括含氧官能團(tuán)與PO4-形成可溶性螯合物、活性基團(tuán)對(duì)K+的置換作用等[31-34]，本研究中HAFⅢ的施用結(jié)果與其相悖，其原因尚不清楚，可能與腐殖酸種類有關(guān)。因此，下步工作應(yīng)對(duì)不同腐殖酸進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析，從而深入揭示其對(duì)肥效的調(diào)控機(jī)制。

本研究中，和CCF相比，施用HAFⅠ、HAFⅢ提高了玉米的產(chǎn)量和肥料農(nóng)學(xué)效率。所有HAF處理的玉米總N積累量和籽粒粗蛋白質(zhì)含量均有所增加，但施用HAFⅢ的玉米總P、K積累量以及收獲期土壤速效鉀含量均顯著低于CCF處理。因此，從玉米產(chǎn)量和培肥土壤綜合來(lái)看，HAFⅠ更適合在玉米生產(chǎn)中應(yīng)用。