腐植酸復(fù)合肥對(duì)旱作玉米生長及土壤物理性質(zhì)的影響

劉森森 王曰鑫

1 山西省呂梁市農(nóng)業(yè)學(xué)校 呂梁 033000

2 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 太谷 030801

水分缺乏、養(yǎng)分不足和土壤退化是限制我國糧食生產(chǎn)的重要因素，而腐植酸加吸水樹脂再結(jié)合NPK肥料制成的腐植酸肥料兼具改善土壤理化性質(zhì)，加強(qiáng)土壤保水、保肥的功能。本試驗(yàn)以玉米為材料，研究該肥對(duì)玉米生長發(fā)育的影響，探討該肥改土、保水、促生長與增效磷素的作用，為干旱缺水地區(qū)水肥利用率的提高提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地情況

試驗(yàn)地位于山西省太谷縣候城村，北緯37.30°、東經(jīng)114°的晉中盆地南部，海拔870 m。該區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年均溫9.8 ℃，年均降水量456 mm，年蒸發(fā)量1700.5 mm，年日照259.22 Hr，全年無霜期170天左右。試驗(yàn)地為旱地，地形平坦。前茬作物為大豆。供試土壤基本性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本性質(zhì)Tab.1 Basic properties of the soil tested

1.2 供試作物

玉米，品種為“登海3號(hào)”，其生長期為105～120天。于2016年4月24日播種，5月6日出苗。

1.3 供試肥料

將尿素、硫酸銨、磷酸二銨、氯化鉀、腐植酸保水劑（用腐植酸與高吸水樹脂聚合的產(chǎn)物，總腐植酸含量≥30%）幾種材料按比例進(jìn)行復(fù)配和制作（制作工藝略）。其中NPK復(fù)合肥按玉米需肥比例1∶0.5∶1.5復(fù)配，腐植酸復(fù)合肥是在NPK復(fù)合肥的基礎(chǔ)上增加了腐植酸保水劑進(jìn)行合成。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置7個(gè)處理，每個(gè)處理4次重復(fù)。小區(qū)面積5 m×6 m，株距0.3 m，行距0.5 m，四周設(shè)1 m寬的保護(hù)行。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2。各處理的施肥量為每小區(qū)的施肥量。本試驗(yàn)只在播種時(shí)進(jìn)行一次施肥，各生長期間只進(jìn)行正常的田間管理，不進(jìn)行灌溉，不追施任何肥料。

1.5 樣品采集與測試方法

1.5.1 樣品采集

土壤樣品：分別于6月2日、6月28日、8月1日、8月20日、9月15日5個(gè)時(shí)間點(diǎn)采用棋盤式采樣法進(jìn)行土壤樣品采集。

植株樣品：和土壤采集同時(shí)進(jìn)行，在土壤采樣的各點(diǎn)采集植株。

1.5.2 玉米生理形態(tài)指標(biāo)及植株磷素含量測定方法

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.2 The experimental design

（1）株高：自植株基部至頂芽基部的植株長度。用鋼卷尺測定，精度為0.1 cm。

（2）葉綠素：乙醇法[1]。

（3）根系活力：α-萘胺法[2]。

（4）植株全磷的測定：H2SO4-H2O2消煮，釩鉬黃比色法[3]。

1.5.3 土壤物理指標(biāo)的測定方法

（1）團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的測定。

土樣風(fēng)干后取樣300 g置于成套土壤篩中最上的一個(gè)篩內(nèi)，搖動(dòng)其篩，直到上一篩不落土為止，然后分別稱重，按照公式計(jì)算其團(tuán)粒所占百分?jǐn)?shù)[4]。

（2）土壤含水量的測定。

土壤水分常數(shù)：根據(jù)土壤水分的性質(zhì)、能量狀態(tài)以及與作物生長的關(guān)系，確定的幾個(gè)特征土壤含水量。如田間持水量和最大分子持水量等。

田間持水量：土壤所能保持毛管懸著水的最大量，采用環(huán)刀法測定[5]。

最大分子持水量：膜狀水達(dá)到最大數(shù)量時(shí)的土壤含水量，采用環(huán)刀法測定[5]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)均用Microsoft Excel進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，用SAS 8.2進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)玉米生長的影響

2.1.1 不同處理對(duì)玉米株高的影響

株高是反映植物生長狀況的一項(xiàng)重要指標(biāo)。由表3可以看出，除出苗期各處理株高無顯著差異外，各處理間隨著生長期的推后，差異顯著性越明顯。表明不同施肥處理對(duì)玉米拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和收獲期株高生長的影響明顯，而在出苗期內(nèi)處理間無顯著差異可能是由于施肥尚未起作用所致。在拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和收獲期不同處理株高均比CK有顯著增長，在灌漿期株高增長幅度最大，處理HAb1、HAb2、HAb3的株高比CK分別增加了12.19%、17.04%、13.66%；處理U1、U2、U3的株高比CK分別增加了6.02%、10.43%、5.58%。處理HAb較處理U與CK相比，對(duì)株高的促進(jìn)作用明顯。這主要是由于腐植酸復(fù)合肥既有保水作用又有肥料作用，通過水肥耦合效應(yīng)，促進(jìn)水分和養(yǎng)分代謝，促進(jìn)生長，因此株高增長量較大。

表3 不同處理對(duì)玉米各生長期株高的影響Tab.3 Eあects of diあerent treatments on plant height of maize in each growth period cm

2.1.2 不同處理對(duì)玉米葉綠素含量的影響

葉綠素是植物吸收太陽光能進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)，葉綠素含量直接影響植物有機(jī)物的積累，進(jìn)而影響植物生長速度。表4為不同處理對(duì)玉米各生長期葉綠素含量的影響。方差分析表明：不同處理在同一生長期葉綠素值與CK相比均表現(xiàn)出極顯著差異，除出苗期、抽穗期外，拔節(jié)期、灌漿期和收獲期各處理差異顯著性趨勢一致，影響效應(yīng)大小順序大體上為HAb2＞HAb3＞HAb1＞U3＞U2＞U1＞CK。HAb處理與NPK復(fù)合肥處理相比差異極顯著，兩者相差最高達(dá)0.87 mg/g·FW。這表明腐植酸復(fù)合肥能促進(jìn)玉米體內(nèi)光合產(chǎn)物的積累，能提高葉綠素含量，生長后期又能使葉綠素含量維持在一定的水平，延長葉光合功能持續(xù)期，避免早衰，增加生物量；但須注意施肥量超過一定范圍則會(huì)降低葉綠素含量。

從葉綠素含量的變化趨勢看，從出苗期開始隨生育進(jìn)程增加，于灌漿期達(dá)到最大值，此后含量下降。這是因?yàn)楣馀c溫度是葉綠素形成的主要條件，在玉米生長初期和生長末期光能與溫度都較生長旺季有所下降，低溫和光能不足抑制葉綠素的合成，以至葉片內(nèi)的葉綠素含量不高，玉米生長較緩；而在生長旺期，光和溫度都十分充足，使葉綠素的合成很快，光合作用較強(qiáng)，玉米生長十分迅速。

2.1.3 不同處理對(duì)玉米根系活力的影響

植物根系是活躍的吸收器官和合成器官，根的生長情況和活力水平直接影響地上部的生長和營養(yǎng)狀況及產(chǎn)量水平。表5為不同處理對(duì)玉米各生長期根系活力的影響。從各時(shí)期的根系活力數(shù)據(jù)可以看出，不同施肥處理在同一生長期（除收獲期外）根系活力值與CK相比均存在極顯著差異，表明腐植酸復(fù)合肥和NPK復(fù)合肥處理提高了玉米根系活力。

隨玉米的發(fā)育，其根系活力漸增，在抽穗期達(dá)到最大活力后又有所下降，各處理在抽穗期、灌漿期玉米根系活力變化趨勢基本一致，不同處理玉米根系活力大小順序?yàn)椋篐Ab2＞HAb3＞HAb1＞U2＞U3＞U1＞CK。這說明施用適量腐植酸復(fù)合肥可以促進(jìn)玉米根系發(fā)育，增強(qiáng)其根系活力。

表4 不同處理對(duì)玉米各生長期葉綠素含量的影響Tab.4 Eあects of diあerent treatments on chlorophyll content of maize in each growth period mg/g·FW

表5 不同處理對(duì)玉米各生長期根系活力的影響Tab.5 Eあects of diあerent treatments on root activity of maize in each growth period mg/g·h

2.2 不同處理對(duì)玉米植株中磷素的影響

磷是植株體內(nèi)核酸、磷脂和磷酸腺苷的組成元素,是植株體內(nèi)各項(xiàng)代謝過程的參與者[5]。生長前期作物吸收的磷可以再利用，參與新生組織的形成與代謝，如果生長前期磷素營養(yǎng)不足，會(huì)導(dǎo)致干物質(zhì)積累少，株型瘦弱，葉片小[5～7]。

表6～表8所示，玉米生育階段植物體內(nèi)含磷量呈現(xiàn)增加趨勢。不同處理與CK相比差異極顯著。葉全磷濃度在玉米各個(gè)生長期HAb處理＞U處理＞CK處理。不同處理與對(duì)照的莖全磷濃度比差異極顯著；腐植酸復(fù)合肥處理與NPK復(fù)合肥處理相比，大體上差異極顯著；除拔節(jié)期處理HAb3大于其他各處理外，其他各生長期變化趨勢一致，由大到小排序依次為HAb2＞HAb3＞HAb1＞U2＞U3＞U1＞CK。根全磷濃度除拔節(jié)期處理U3大于處理U2、U1，抽穗期HAb2＞HAb1＞HAb3外，其他各生長期根全磷濃度含量大小順序依次為HAb2＞HAb3＞HAb1＞U2＞U3＞U1＞CK。

腐植酸復(fù)合肥處理和NPK復(fù)合肥處理與CK相比，全磷濃度增加極顯著。以葉片為例，在玉米出苗期腐植酸復(fù)合肥處理比NPK復(fù)合肥處理全磷含量平均增加40.2%，比CK全磷含量平均增加136.6%；在玉米灌漿期腐植酸復(fù)合肥處理比NPK復(fù)合肥處理全磷含量平均增加18.0%，比CK全磷含量平均增加40.1%。苗期是玉米吸收磷素的關(guān)鍵期，植株全磷含量高，為后期生長奠定了基礎(chǔ)；其他生長期不同器官中腐植酸復(fù)合肥處理和NPK復(fù)合肥處理相比磷素的增幅也較高。說明腐植酸復(fù)合肥對(duì)玉米吸收磷能力的促進(jìn)作用明顯。

表6 不同處理對(duì)玉米各個(gè)生長期葉全磷濃度的影響Tab.6 Eあects of diあerent treatments on total phosphorus concentration in leaf of each growth period of Maize %

表7 不同處理對(duì)玉米各個(gè)生長期莖全磷濃度的影響Tab.7 Eあects of diあerent treatments on total phosphorus concentration in stem of each growth period of Maize %

表8 不同處理對(duì)玉米各個(gè)生長期根全磷濃度的影響Tab.8 Eあects of diあerent treatments on total phosphorus concentration in root of each growth period of Maize %

從植株全生長期各器官含磷濃度變化趨勢來看，不同處理各器官磷濃度的變化均表現(xiàn)出一直增加的變化規(guī)律。以葉、根磷濃度規(guī)律性較好，可以作為指示因子用于說明施肥對(duì)玉米磷含量的影響。不同生長期磷的吸收規(guī)律主要是由玉米的生長發(fā)育特點(diǎn)決定的：出苗期玉米進(jìn)入生長，此時(shí)側(cè)根分生弱，葉面積小，對(duì)養(yǎng)分的需求少，葉含磷量較根、莖高。根、莖、葉全磷含量變化規(guī)律基本相同，從出苗期開始玉米各器官全磷含量逐漸增加。

2.3 不同處理對(duì)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和含水量的影響

2.3.1 不同處理對(duì)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的影響

土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量是評(píng)價(jià)土壤結(jié)構(gòu)的主要標(biāo)志之一。一般把粒徑大于0.25 mm的團(tuán)聚體作為評(píng)價(jià)土壤結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)。

試驗(yàn)在收獲后測得了土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)結(jié)果表明（表9），隨著土壤中腐植酸復(fù)合肥含量增加，土壤膠結(jié)形成團(tuán)聚體，多數(shù)以大于1 mm的大團(tuán)聚體狀態(tài)出現(xiàn)，這些大團(tuán)聚體對(duì)穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，改善土壤通透性，防止表土結(jié)皮，減少土表水分蒸發(fā)有較好作用。分析結(jié)構(gòu)還了解到，團(tuán)聚體含量與腐植酸復(fù)合肥的含量并非直線關(guān)系，如HAb2處理的土壤團(tuán)聚體比HAb1和HAb3處理的土壤團(tuán)聚體增加明顯，相對(duì)CK增加量為30.87%；HAb3處理的土壤團(tuán)聚體含量雖然比HAb1處理的團(tuán)聚體多，但與HAb2處理相比又有所下降，可見選擇適宜的腐植酸復(fù)合肥施用量很重要。腐植酸復(fù)合肥對(duì)土壤團(tuán)聚體含量的增加比處理U1、U2、U3變化明顯，變化范圍在6.03%～19.35%內(nèi)?？傊?，腐植酸復(fù)合肥對(duì)土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)的形成有促進(jìn)作用，特別是對(duì)土壤中0.25～5 mm粒徑的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成影響最明顯。

表9 不同處理對(duì)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的影響Tab.9 Eあects of diあrent treatments to the soil gobbet fabric

2.3.2 不同處理對(duì)土壤含水量的影響

不同處理對(duì)土壤含水量的結(jié)果表明（表10）， 與 CK相 比，HAb1、HAb2、HAb3處 理田間持水量增加了8.44%～45.53%，最大分子持水量增加了14.12%～25.45%；HAb1、HAb2、HAb3處理比U1、U2、U3處理田間持水量、最大分子持水量增加最大可達(dá)12.52%、34.31%。隨著腐植酸復(fù)合肥量的增加，土壤中的田間持水量、最大分子持水量也隨之增加。由此說明，腐植酸復(fù)合肥能夠提高土壤中田間持水量和最大分子持水量，其中起主要作用的是肥料中所含的腐植酸和保水劑，且施肥量越多，作用越明顯。綜上所述，腐植酸復(fù)合肥在一定程度上能夠使土壤蓄含更多的降水，提高水分利用率，供作物生長發(fā)育。

2.4 不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

穗重、千粒重是玉米產(chǎn)量的構(gòu)成因素，這些因素的數(shù)值越大，玉米的產(chǎn)量就越高，但這些因素之間存在著相互制約的關(guān)系，只有協(xié)調(diào)好這些因素之間的關(guān)系，才能使玉米獲得高產(chǎn)。

從表11可以看出，各處理的穗重均比對(duì)照顯著增高，其中腐植酸復(fù)合肥使玉米穗重顯著高于其他處理，但并不是腐植酸復(fù)合肥施肥量越高，穗重值越大。在腐植酸復(fù)合肥處理中HAb2處理效果最佳，與CK比，穗重的增長幅度最大，可達(dá)15.77%。不同處理千粒重在340～374 g之間浮動(dòng)，各處理的千粒重均明顯高于CK，HAb1、HAb2、HAb3比CK分別增加了8.29%、9.77%、8.83%；U1、U2、U3比CK分別增加了2.87%、6.90%、4.40%。但千粒重不是隨腐植酸復(fù)合肥處理施肥量的增多而增加，這是由于過量的腐植酸復(fù)合肥使得肥料中的養(yǎng)分在一定時(shí)間內(nèi)不易釋放，錯(cuò)過了作物需求養(yǎng)分的最佳時(shí)期，沒有達(dá)到最佳互作效應(yīng)。

表10 不同處理對(duì)土壤含水量的影響Tab.10 Eあects of diあrent treatments to the water content of soil %

表11 不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量構(gòu)成的影響Tab.11 Eあects of diあerent treatments on the composition of maize yield

從表中可看出，腐植酸復(fù)合肥使玉米產(chǎn)量顯著高于其他處理，較施用NPK復(fù)合肥處理增產(chǎn)5.07%～59.69%。這可能是腐植酸復(fù)合肥在土壤中釋放養(yǎng)分的速度緩慢，肥效穩(wěn)長，不僅能在生長關(guān)鍵需肥期供作物所需養(yǎng)分，而且在生長后期仍可供給養(yǎng)分，延緩玉米衰老，且保水劑和腐植酸互作協(xié)調(diào)產(chǎn)量構(gòu)成因素之間相互關(guān)系，從而增加玉米產(chǎn)量。

3 結(jié)論

腐植酸復(fù)合肥通過增效肥料和改善土壤物理性質(zhì)，促進(jìn)水肥耦合效應(yīng)，促進(jìn)了作物生長，提高了光合反應(yīng)速率和根系活力；腐植酸復(fù)合肥使土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)增加，土壤可利用水分含量比對(duì)照增加10.9%～14.20%，隨著施肥量的增加，田間持水量和最大分子持水量均呈上升趨勢，增加7.2%～7.6%；腐植酸復(fù)合肥比NPK復(fù)合肥更能提高植株不同器官磷素含量，且差異顯著；腐植酸復(fù)合肥可提高玉米產(chǎn)量。從經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量看，施用腐植酸復(fù)合肥與施用NPK復(fù)合肥相比，玉米增產(chǎn)22.03%～43.38%，其中畝施48.9 kg的腐植酸復(fù)合肥的產(chǎn)量最大，是較合理的施肥量。

總之，旱作耕地土壤施用腐植酸復(fù)合肥，可明顯提高土壤保水保肥與供水供肥能力，促進(jìn)玉米生長，且水肥耦合作用促進(jìn)玉米優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

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