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/山東農業大學資源與環境學院 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。肥料向植物供應了約70%生長所需的營養[1],但養分利用率偏低,不僅浪費了資源,而且產生了許多環境問題[2]。近幾年,環境友好型緩控釋肥在提高養分利用率及增產增效方面有較好的表現[3]。

緩控釋肥通過可控的、延遲的方式更好地使肥料養分釋放規律與相應作物養分吸收規律相一致[4],減少因揮發、硝化、淋失、化學和生物的固定造成的損失,從而達到提高養分利用效率、作物品質和產量的目的[5-7]。蔣海英[8]的研究表明,緩控釋肥的營養元素利用率較傳統肥料的有所提高,玉米產量提高約10.34%,差異顯著。楊兵麗等[9]的研究顯示,韭菜施用控釋肥后,植株體內的類黃酮、維生素C含量分別提高17.7%、6.4%,增產率達到了20.4%。馬德軍[10]的研究表明,施用控釋肥能促進小麥對營養元素的吸收和利用,小麥產量較普通肥料處理的顯著增產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、單株塊莖數和單株薯質量,產量最高可達19 909.5 kg/hm2。

目前農業生產中施用較多的為樹脂或硫加樹脂包膜控釋肥,存在價格較高以及包膜材料環保性較差、降解速率較慢等問題[12],需要尋找新型廉價、穩定的包膜材料,研制生產新型包膜控釋肥,并驗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、大豆間作是目前農業生產中推廣的栽培方式[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間作玉米和大豆的產量、養分利用率、經濟效益等方面的效果,篩選出最優施肥量和較為適宜的摻混比例,為控釋肥生產、作物施肥推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

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

1.2 試驗材料

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(有機質)為16.395 g/kg、w(硝態氮)為7.395 mg/kg、w(銨態氮)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。按照農業農村部推薦的栽培技術,每個間作玉米-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個月。以上肥料由金正大生態工程集團股份有限公司提供。

1.3 試驗設計

采用田間小區試驗,每個小區內劃分為收產區(30 m2)、取樣區(20 m2)兩個區組,收產區和取樣區之間插上標識牌以示區別。所有取樣工作皆在取樣區完成,收產區僅供測產使用。

每種作物各設6個處理,每個處理重復3次,根據玉米、大豆需肥量及土壤養分含量分別設定施肥量。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

根據多年的包膜控釋肥施肥研究結果及有關大豆-玉米間作肥料施用地方標準《玉米-大豆帶狀復合種植全程機械化技術規程》(DB51/T 2475—2018)、《小麥玉米兩熟中高產田緩/控釋摻混肥施用技術規程》(DB37/T 3803—2019),施肥深度統一為15 cm,施肥位置為種子側面5 cm。

1.4 指標的測定及方法

(1)植株高度：玉米、大豆收獲前,用鋼卷尺測量其自然高度。

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

(3)產量：收獲時,玉米、大豆每小區實打實收,測定產量、穗粒數、百粒質量。

1.5 數據分析

采用SPSS軟件進行數據方差分析,Microsoft Excel 2016軟件處理數據并作圖。

2 結果與討論

2.1 不同施肥處理對玉米生理指標及產量的影響

2.1.1 不同施肥處理對玉米株高的影響

收獲期測量玉米株高,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%顯著促進了玉米生長,增加了玉米株高。

2.1.2 不同施肥處理對玉米產量指標的影響

玉米收獲后,測定其穗粒數、百粒質量及產量,結果見表2。

表2 不同施肥處理的玉米產量指標

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

2.1.3 不同施肥處理對玉米氮素利用率的影響

在玉米收獲期測定不同施肥處理的氮素利用指標,結果見表3。

表3 不同施肥處理的玉米氮素利用指標

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處理的氮肥偏生產力、氮肥農學效率均顯著高于PU處理的,分別提高了11.20%～14.67%、64.08%～86.12%,而CRF3、CRF4處理的氮肥偏生產力和氮肥農學效率與PU處理的差異不顯著,且氮肥偏生產力有下降的趨勢。

2.1.4 不同施肥處理對玉米經濟效益的影響

依據當年肥料和玉米的價格及澆水、噴藥、耕作等管理費用,計算各施肥處理的經濟效益,結果見表4。

表4 不同施肥處理的玉米經濟效益

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。

2.2 不同施肥處理對大豆生理指標及產量的影響

2.2.1 不同施肥處理對大豆株高的影響

在大豆收獲期測量植株高度,結果見圖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大豆的生長,控釋氮肥減量20%～30%會影響大豆植株的生長發育。

2.2.2 不同施肥處理對大豆產量指標的影響

收獲后測定大豆產量指標,結果見表5。

表5 不同施肥處理的大豆產量指標

由表5可知：施肥處理的大豆株粒數顯著高于CK處理的;與PU處理相比,CRF1處理的株粒數平均增加了5粒,差異不顯著;CRF2、CRF3、CRF4處理的株粒數分別較PU處理的減少13.18%、15.50%、17.83%;各處理大豆百粒質量為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量的趨勢,其他控釋氮肥處理有降低百粒質量的趨勢;施肥處理的大豆產量顯著高于CK處理的;與PU處理相比,CRF1處理顯著增加了大豆產量,增產率為16.67%,其他控釋氮肥處理差異不顯著。

2.2.3 不同施肥處理對大豆氮素利用率的影響

大豆收獲后,測定氮素利用指標,結果見表6。

表6 不同施肥處理的大豆氮素利用指標

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處理的氮肥偏生產力、氮肥農學效率顯著高于PU處理的之外,CRF2、CRF3、CRF4處理均與PU處理差異不顯著。

2.2.4 不同施肥處理對大豆經濟效益的影響

依據當年肥料和大豆的價格及澆水、噴藥、耕作等管理費用,計算各施肥處理的經濟效益[19],結果見表7。

表7 不同施肥處理的大豆經濟效益

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、不同施肥量處理對間作玉米-大豆的生長、產量、養分利用、經濟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-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,綜合評價差異不顯著。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。