植物油包膜控釋氮肥在間作玉米-大豆上的施用效果研究*

孫子欽, 陳 舟, 李 雪, 高鳳婕, 郭保俊, 卓文韜, 王 淳, 陳寶成

(土肥高效利用國家工程研究中心/山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 山東泰安 271018)

0 前言

近年來,糧食安全、肥料施用越來越受到重視。肥料向植物供應(yīng)了約70%生長所需的營養(yǎng)[1],但養(yǎng)分利用率偏低,不僅浪費(fèi)了資源,而且產(chǎn)生了許多環(huán)境問題[2]。近幾年,環(huán)境友好型緩控釋肥在提高養(yǎng)分利用率及增產(chǎn)增效方面有較好的表現(xiàn)[3]。

緩控釋肥通過可控的、延遲的方式更好地使肥料養(yǎng)分釋放規(guī)律與相應(yīng)作物養(yǎng)分吸收規(guī)律相一致[4],減少因揮發(fā)、硝化、淋失、化學(xué)和生物的固定造成的損失,從而達(dá)到提高養(yǎng)分利用效率、作物品質(zhì)和產(chǎn)量的目的[5-7]。蔣海英[8]的研究表明,緩控釋肥的營養(yǎng)元素利用率較傳統(tǒng)肥料的有所提高,玉米產(chǎn)量提高約10.34%,差異顯著。楊兵麗等[9]的研究顯示,韭菜施用控釋肥后,植株體內(nèi)的類黃酮、維生素C含量分別提高17.7%、6.4%,增產(chǎn)率達(dá)到了20.4%。馬德軍[10]的研究表明,施用控釋肥能促進(jìn)小麥對(duì)營養(yǎng)元素的吸收和利用,小麥產(chǎn)量較普通肥料處理的顯著增產(chǎn)9.01%～28.12%。王世榮等[11]的研究顯示,控釋肥能夠提高馬鈴薯的株高、單株塊莖數(shù)和單株薯質(zhì)量,產(chǎn)量最高可達(dá)19 909.5 kg/hm2。

目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用較多的為樹脂或硫加樹脂包膜控釋肥,存在價(jià)格較高以及包膜材料環(huán)保性較差、降解速率較慢等問題[12],需要尋找新型廉價(jià)、穩(wěn)定的包膜材料,研制生產(chǎn)新型包膜控釋肥,并驗(yàn)證其在作物上的施用效果[13-16]。

植物油包膜控釋氮肥是新型的緩控釋肥,玉米、大豆間作是目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣的栽培方式[17]。本文研究了膜材料具有較好降解性的植物油包膜控釋氮肥對(duì)間作玉米和大豆的產(chǎn)量、養(yǎng)分利用率、經(jīng)濟(jì)效益等方面的效果,篩選出最優(yōu)施肥量和較為適宜的摻混比例,為控釋肥生產(chǎn)、作物施肥推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于山東省泰安市肥城市菜艷農(nóng)業(yè)種植專業(yè)合作社的種植地(35°56′56″ N,116°47′25″ E)。該地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年平均氣溫為13.5 ℃,年平均降雨量為750 mm。

1.2 試驗(yàn)材料

供試土壤：土壤為普通褐土(普通干潤簡育淋溶土),中等肥力,土壤中w(有機(jī)質(zhì))為16.395 g/kg、w(硝態(tài)氮)為7.395 mg/kg、w(銨態(tài)氮)為53.47 mg/kg、w(有效氮)為132.585 mg/kg、w(有效磷)為36.87 mg/kg、w(速效鉀)為198.87 mg/kg,pH為7.8。

供試作物品種：玉米為良玉99,大豆為圣豆5號(hào)。按照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部推薦的栽培技術(shù),每個(gè)間作玉米-大豆栽培單元中,玉米2行,行距40 cm,株距10 cm,種植密度4 500株/畝(1畝=667 m2);大豆4行,行距30 cm,墩距8～10 cm,種植密度10 000墩/畝。

供試肥料：普通尿素,w(N)為46%;重過磷酸鈣,w(P2O5)為43%;氯化鉀,w(K2O)為60%;植物油包膜控釋氮肥,w(N)為44%,控釋期3個(gè)月。以上肥料由金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用田間小區(qū)試驗(yàn),每個(gè)小區(qū)內(nèi)劃分為收產(chǎn)區(qū)(30 m2)、取樣區(qū)(20 m2)兩個(gè)區(qū)組,收產(chǎn)區(qū)和取樣區(qū)之間插上標(biāo)識(shí)牌以示區(qū)別。所有取樣工作皆在取樣區(qū)完成,收產(chǎn)區(qū)僅供測(cè)產(chǎn)使用。

每種作物各設(shè)6個(gè)處理,每個(gè)處理重復(fù)3次,根據(jù)玉米、大豆需肥量及土壤養(yǎng)分含量分別設(shè)定施肥量。植物油包膜控釋肥施用量分全量、減量20%、減量30%,控釋氮占總氮量比例分為60%、40%,具體施肥情況見表1。

表1 不同處理施肥情況

根據(jù)多年的包膜控釋肥施肥研究結(jié)果及有關(guān)大豆-玉米間作肥料施用地方標(biāo)準(zhǔn)《玉米-大豆帶狀復(fù)合種植全程機(jī)械化技術(shù)規(guī)程》(DB51/T 2475—2018)、《小麥玉米兩熟中高產(chǎn)田緩/控釋摻混肥施用技術(shù)規(guī)程》(DB37/T 3803—2019),施肥深度統(tǒng)一為15 cm,施肥位置為種子側(cè)面5 cm。

1.4 指標(biāo)的測(cè)定及方法

(1)植株高度：玉米、大豆收獲前,用鋼卷尺測(cè)量其自然高度。

(2)植株氮磷鉀含量：玉米、大豆收獲后每小區(qū)取3點(diǎn),玉米每點(diǎn)取3株,大豆每點(diǎn)連續(xù)采5株,植株鮮樣在105 ℃恒溫下殺青20 min,然后在80 ℃恒溫下烘干至恒質(zhì)量,粉碎、研磨過0.15 mm(100目)篩[18];采用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮,消煮液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中定容;全氮含量采用凱氏定氮儀測(cè)定,全磷含量采用Smart 200流動(dòng)注射分析儀測(cè)定,全鉀含量采用火焰光度法測(cè)定[18]。

(3)產(chǎn)量：收獲時(shí),玉米、大豆每小區(qū)實(shí)打?qū)嵤?測(cè)定產(chǎn)量、穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析,Microsoft Excel 2016軟件處理數(shù)據(jù)并作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同施肥處理對(duì)玉米生理指標(biāo)及產(chǎn)量的影響

2.1.1 不同施肥處理對(duì)玉米株高的影響

收獲期測(cè)量玉米株高,不同施肥處理的玉米株高見圖1,圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05),下同。

圖1 不同施肥處理的玉米株高

由圖1可知：各施肥處理的玉米株高顯著高于CK處理的;各控釋氮肥處理的玉米株高均高于PU處理的,其中CRF1、CRF2、CRF3處理的株高與PU、CRF4處理的差異達(dá)顯著水平,比PU處理的分別增加16.9、18.1、14.9 cm;CRF1、CRF2、CRF3處理間的玉米株高差異不顯著。說明控釋氮肥全量、減量20%、減量30%顯著促進(jìn)了玉米生長,增加了玉米株高。

2.1.2 不同施肥處理對(duì)玉米產(chǎn)量指標(biāo)的影響

玉米收獲后,測(cè)定其穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量及產(chǎn)量,結(jié)果見表2。

表2 不同施肥處理的玉米產(chǎn)量指標(biāo)

由表2可知：施肥處理的玉米穗粒數(shù)顯著高于CK處理的;CRF1、CRF2處理的穗粒數(shù)顯著高于PU處理的,分別增加了14.04%、11.24%,而CRF3、CRF4處理的穗粒數(shù)與PU處理的差異不顯著;與CK處理相比,施肥處理不同程度增加了玉米百粒質(zhì)量;控釋肥處理的玉米百粒質(zhì)量與PU處理的差異不顯著,但CRF1、CRF2處理有增加百粒質(zhì)量的趨勢(shì),分別比PU處理增加了6.75%、3.07%;CRF1、CRF2處理提高了玉米產(chǎn)量,分別比PU處理提高了14.70%、7.49%,而CRF3、CRF4處理降低了玉米產(chǎn)量,分別比PU處理減產(chǎn)2.03%、4.62%,但減產(chǎn)差異不顯著。總之,控釋氮肥全量、減量20%且控釋氮占總氮量60%的兩個(gè)處理,可以較好地增加玉米穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量和產(chǎn)量。

2.1.3 不同施肥處理對(duì)玉米氮素利用率的影響

在玉米收獲期測(cè)定不同施肥處理的氮素利用指標(biāo),結(jié)果見表3。

表3 不同施肥處理的玉米氮素利用指標(biāo)

由表3可知：各控釋氮肥處理的氮素利用率均高于PU處理的,氮素利用率提高幅度為37.22%～46.22%,差異達(dá)顯著水平,控釋氮肥處理間的氮素利用率差異不顯著;CRF1、CRF2處理的氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率均顯著高于PU處理的,分別提高了11.20%～14.67%、64.08%～86.12%,而CRF3、CRF4處理的氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率與PU處理的差異不顯著,且氮肥偏生產(chǎn)力有下降的趨勢(shì)。

2.1.4 不同施肥處理對(duì)玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響

依據(jù)當(dāng)年肥料和玉米的價(jià)格及澆水、噴藥、耕作等管理費(fèi)用,計(jì)算各施肥處理的經(jīng)濟(jì)效益,結(jié)果見表4。

表4 不同施肥處理的玉米經(jīng)濟(jì)效益

由表4可知：CRF1、CRF2處理的總收入顯著高于PU處理的,與CRF3、CRF4處理的差異也達(dá)顯著水平,其中CRF1處理的總收入最高;各處理的成本投入雖有所不同,但差異不顯著;CRF1、CRF2處理的純收入顯著高于PU、CRF3、CRF4處理的;CRF3、CRF4處理的純收入與PU處理的差異雖不顯著,但有減少的趨勢(shì)。

2.2 不同施肥處理對(duì)大豆生理指標(biāo)及產(chǎn)量的影響

2.2.1 不同施肥處理對(duì)大豆株高的影響

在大豆收獲期測(cè)量植株高度,結(jié)果見圖2。

圖2 不同施肥處理的大豆株高

由圖2可知：施肥處理的大豆株高均高于CK處理的;CRF1處理的大豆株高高于PU處理的,株高分別為65.6、63.3 cm,差異顯著;CRF2、CRF3、CRF4處理的株高為59.3～62.5 cm,均顯著低于CRF1處理的,其中CRF2、CRF3處理的大豆株高與PU處理的差異不顯著,而CRF4處理的大豆株高顯著低于PU處理的;施用全量氮肥可促進(jìn)大豆的生長,控釋氮肥減量20%～30%會(huì)影響大豆植株的生長發(fā)育。

2.2.2 不同施肥處理對(duì)大豆產(chǎn)量指標(biāo)的影響

收獲后測(cè)定大豆產(chǎn)量指標(biāo),結(jié)果見表5。

表5 不同施肥處理的大豆產(chǎn)量指標(biāo)

由表5可知：施肥處理的大豆株粒數(shù)顯著高于CK處理的;與PU處理相比,CRF1處理的株粒數(shù)平均增加了5粒,差異不顯著;CRF2、CRF3、CRF4處理的株粒數(shù)分別較PU處理的減少13.18%、15.50%、17.83%;各處理大豆百粒質(zhì)量為18.27～21.27 g,處理間差異不顯著,但CRF1處理有增加大豆百粒質(zhì)量的趨勢(shì),其他控釋氮肥處理有降低百粒質(zhì)量的趨勢(shì);施肥處理的大豆產(chǎn)量顯著高于CK處理的;與PU處理相比,CRF1處理顯著增加了大豆產(chǎn)量,增產(chǎn)率為16.67%,其他控釋氮肥處理差異不顯著。

2.2.3 不同施肥處理對(duì)大豆氮素利用率的影響

大豆收獲后,測(cè)定氮素利用指標(biāo),結(jié)果見表6。

表6 不同施肥處理的大豆氮素利用指標(biāo)

由表6可知：控釋氮肥處理的氮素利用率顯著高于PU處理的,提高了50.25%～60.97%,控釋氮肥處理間差異不顯著;除CRF1處理的氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著高于PU處理的之外,CRF2、CRF3、CRF4處理均與PU處理差異不顯著。

2.2.4 不同施肥處理對(duì)大豆經(jīng)濟(jì)效益的影響

依據(jù)當(dāng)年肥料和大豆的價(jià)格及澆水、噴藥、耕作等管理費(fèi)用,計(jì)算各施肥處理的經(jīng)濟(jì)效益[19],結(jié)果見表7。

表7 不同施肥處理的大豆經(jīng)濟(jì)效益

由表7可知：與PU處理相比,CRF1處理顯著增加了大豆的總收入和純收入;與PU處理相比,CRF2、CRF3、CRF4處理的總收入、純收入差異不顯著;各處理的成本投入雖不同,但差異不顯著。

3 結(jié)語

與普通尿素處理相比,植物油包膜控釋氮肥中控釋氮不同占比、不同施肥量處理對(duì)間作玉米-大豆的生長、產(chǎn)量、養(yǎng)分利用、經(jīng)濟(jì)效益等方面有不同的影響。玉米、大豆施用控釋氮占總氮量60%的全量、減量20%處理,比普通尿素處理增產(chǎn)-2.39%～16.67%,增加了總收入和純收入;控釋氮肥處理的氮素利用率為50%左右,與普通尿素處理相比差異達(dá)顯著水平。控釋氮占總氮量60%的減量30%、控釋氮占總氮量40%的減量20%處理與普通尿素處理相比,綜合評(píng)價(jià)差異不顯著。建議在玉米-大豆間作栽培上,全量或減量20%施用控釋氮占總氮量60%的植物油包膜控釋氮肥。