大豆施肥及生態(tài)肥配方研究

李曉冰, 李云宏, 于廣武, 楊憲凱, 劉 洋, 張曉楓

(1.黑龍江中農潤森農業(yè)科技有限公司 黑龍江哈爾濱 150001;2.富錦市農業(yè)技術推廣中心 黑龍江富錦 156199;3.中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所 黑龍江哈爾濱 150040;4.黑龍江和澤生物科技有限公司 黑龍江哈爾濱 150001)

中國是大豆的故鄉(xiāng),主產地東北是世界上最適宜種植大豆的地區(qū)之一,被稱為大豆種植的黃金地帶。大豆用途廣泛,具有顯著的生態(tài)效益、社會效益和經濟效益,近年種植面積大幅增加,2023年僅黑龍江省激增種植面積3 000萬畝(1畝=667 m2)以上。根據(jù)大豆生物學性狀、需肥規(guī)律及特點,采取綜合技術措施,提高大豆產量和改善品質是保證我國糧食安全的當務之急。

1 大豆生長發(fā)育的特性

1.1 大豆需肥規(guī)律及特點

與禾谷類作物相比,大豆是需肥量較高的作物,吸收的養(yǎng)分遠高于水稻、小麥和玉米的。每生產1 000 kg大豆,需要從土壤中吸收氮(N)81～101 kg、磷(P2O5)18～30 kg、鉀(K2O)29～63 kg、鈣(CaO)23 kg、鎂(MgO)10 kg、硫(S)6.7 kg,平均需氮91.2 kg、磷24.0 kg、鉀46.0 kg,其比例為1∶0.26∶0.50。不同生育期的大豆對氮、磷、鉀的吸收量占整個生長期吸收總量的比例:出苗到開花期,依次占20.4%、13.4%、32.2%;開花期到鼓粒期,依次占54.6%、51.9%、61.9%;鼓粒期到成熟期,依次占25.0%、34.7%、5.9%[1]。由此可見,大豆各生育期都需要相當數(shù)量的氮、磷、鉀營養(yǎng)。

1.1.1 大豆對氮肥的需求

氮是大豆干物質的主要組成成分,與其他作物相比,大豆是含氮量最高的作物。大豆籽粒中氮素含量比小麥高約3倍,比水稻高6倍。大豆植株體內不同器官含氮量也各有差異,植株平均含氮2%(質量分數(shù),下同),其中根莖含量較少(<1%),葉片和豆莢中含3%,籽粒和根瘤中含6%～7%。大豆開花結莢期間是需氮量最多的時期,該時期的氮素供給量對產量有重要的影響。

大豆缺氮時,植株矮小,下部葉片呈淡綠色,并逐漸變黃至干枯;有時葉面出現(xiàn)青銅色斑紋。大豆嚴重缺氮時,植株停止生長,葉片逐漸脫落。

與其他作物不同,大豆根部有根瘤菌共生。根瘤菌能固定空氣中的游離態(tài)氮素,供給大豆氮素營養(yǎng),因此有觀點認為種植大豆不必施用氮肥。但試驗證明,根瘤菌固定的氮素只能滿足大豆所需氮素的1/3～1/2,因此若要獲得高產,還是需要施用氮肥。

大豆施用氮肥以種肥和花期追肥為好,種肥一般用量要少,追肥要注意深施,配合鉬鐵微肥葉面噴施。為了防止氮肥對根瘤菌固氮作用產生不利影響,建議多施農家肥來滿足大豆對氮素的需求。根據(jù)《黑龍江省富錦市耕地地力評價》,第二次土壤普查到現(xiàn)在的二十多年,速效氮養(yǎng)分已下降,數(shù)據(jù)見表1～3[2]。

表1 富錦市2008年耕層土壤(0～20 cm)各堿解氮含量等級的面積及總面積占比

表2 富錦市1984年耕層土壤(0～20 cm)各堿解氮含量等級的面積及總面積占比

表3 富錦市不同年份耕層土壤(0～20 cm)各堿解氮含量等級的總面積占比比較

1.1.2 大豆對磷肥的需求

磷在大豆物質代謝過程中有很大的活性,不僅有利于大豆的生長發(fā)育,而且能促進生殖生長,即能促進根系發(fā)育,保證枝葉繁茂,加速花莢和籽粒的發(fā)育。大豆需磷的高峰期是在豆莢剛開始形成前到籽粒充分發(fā)育為止。磷在大豆籽粒中的含量占干物質量的0.4%～0.8%。

大豆缺磷時,葉色變深,呈濃綠或墨綠色,葉形小,尖而狹,且向上直立;植株瘦小,根系不發(fā)達,生長緩慢。大豆嚴重缺磷時,莖會出現(xiàn)紅色。開花后缺磷,葉片上出現(xiàn)棕色斑點。

目前在大豆生產中,受傳統(tǒng)觀念的影響,誤認為大豆需磷量最多,是氮肥的2～3倍、鉀肥的2倍以上。我國自20世紀80年代大量引進美國的磷酸二銨以來,土壤中磷積累過剩,土壤酸化嚴重。根據(jù)《黑龍江省富錦市耕地地力評價》,現(xiàn)在的土壤已不缺磷,甚至有些耕地由于磷酸二銨施用過多,磷已出現(xiàn)過剩,數(shù)據(jù)見表4～6[2]。

表4 富錦市2008年耕層土壤(0～20 cm)各有效磷含量等級的面積及總面積占比

表5 富錦市1984年耕層土壤(0～20 cm)各有效磷含量等級的面積及總面積占比

表6 富錦市不同年份耕層土壤(0～20 cm)各有效磷含量等級的總面積占比比較

1.1.3 大豆對鉀肥的需求

大豆是鉀素敏感作物,施鉀的增產作用十分明顯。據(jù)廣東、浙江、湖南、福建、廣西等省區(qū)1 682個鉀肥肥效試驗點的數(shù)據(jù)統(tǒng)計,在施用氮、磷肥的基礎上,施用500 g氯化鉀可增產大豆600 g,增產率為13.5%。另據(jù)對黑龍江省化肥試驗協(xié)作網1980—1982年55個試驗點的統(tǒng)計,在依安、尚志、拜泉、呼蘭、賓縣、依蘭、山河農場對大豆畝施3 kg鉀素的情況下,1 kg硫酸鉀可增產大豆4.3 kg,增產率為15.8%。在此基礎上,鉀與保產劑、重迎茬大豆增效劑配合,經黑龍江、河北、遼寧、內蒙古等省區(qū)4年多的試驗示范證實,畝可增產大豆24.2 kg,增產率為23.8%。大豆重迎茬專用劑除含有大量元素鉀、磷外,還含有微量元素鋅、硼、錳等,1992—1993年在黑龍江省25個市縣的黑土、白漿土、草甸土等3種土壤上進行試驗示范,畝增產大豆29.9 kg,增產率為18.8%。

大豆缺鉀的典型癥狀是葉片失綠黃化,并從下位葉向上位葉發(fā)展。隨著癥狀加劇,黃化區(qū)發(fā)展至葉脈間,使葉片呈“魚骨”狀。從整個植株看,生長受阻,矮小,嚴重時幼苗枯死。

出現(xiàn)大豆缺鉀癥狀的臨界期首先取決于生境有效鉀含量,其次是環(huán)境因素。在水培條件下,臨界值是20 mg/kg。在田間情況較復雜,不同土質、pH、水含量等條件下的臨界值均有差異,一般土壤缺速效鉀的臨界值為100 mg/kg左右,缺鉀大豆的根、莖、葉、葉柄分別占0.200%～0.750%、0.275%～0.750%、0.500%～1.125%和0.200%～0.811%。

黑龍江省的大部分土壤成土母質中含有豐富的鉀素,但施鉀又有明顯的增產作用,分析后認為主要有以下幾個原因。

(1)損耗性缺鉀。土壤本身不缺鉀,但由于鉀素處在只出不進狀態(tài),再加之淋溶,土壤速效鉀含量逐年降低。

(2)失衡性缺鉀。由于多年來重視氮、磷肥的施用,忽視了鉀肥的投入,土壤中氮、磷、鉀三要素失衡。尤其是大量施用氮肥后,加速了土壤礦物對鉀的固定,加劇了土壤中鉀的缺乏。

(3)區(qū)域性缺鉀。土壤中礦物態(tài)鉀解體緩慢,雖然土壤礦物態(tài)鉀-緩效鉀-交換性鉀-水溶性鉀處于動態(tài)平衡中,作為大豆有效態(tài)的交換性鉀和水溶性鉀可以得到補充,但礦物態(tài)鉀的解體是按幾年甚至幾十年計,緩效鉀轉化成有效鉀是按年計的,與大豆吸鉀的強度、速率和容量間出現(xiàn)斷層,造成許多地區(qū)缺鉀。

根據(jù)《黑龍江省富錦市耕地地力評價》,第二次土壤普查到現(xiàn)在的二十多年,土壤中速效鉀含量變化不大,數(shù)據(jù)見表7～9[2]。

表7 富錦市1984年耕層土壤(0～20 cm)各速效鉀含量等級的面積及總面積占比

表8 富錦市2008年耕層土壤(0～20 cm)各速效鉀含量等級的面積及總面積占比

1.1.4 大豆對中微量元素肥料的需求

大豆正常生長發(fā)育除需要氮、磷、鉀等大量元素外,還需要鈣、鎂、硫等中量元素和硼、鋅、銅、錳、鐵、鉬等微量元素。大豆所需微量營養(yǎng)能否得到滿足,主要取決于土壤中微量元素的豐缺和其他環(huán)境條件。低洼地或排水不良的土壤種植大豆,容易缺錳;缺鐵癥常發(fā)生在石灰性土壤上,在土壤pH為7.5～8.5的條件下,有時施鐵有效;與鐵相反,大豆缺鉬癥常發(fā)生在pH<6的酸性土壤上;泥炭土、腐殖質含量極高的低洼地帶有時需要施銅;大豆所需要的鈣和鎂,通常用施石灰的方法來解決,在過酸的土壤上施用石灰,除滿足大豆對鈣和鎂的需求外,還能提高微量元素的有效性。

大豆缺鎂時,較老的葉片上出現(xiàn)灰綠色,葉脈間出現(xiàn)黃褐色斑點;嚴重缺鎂時,甚至出現(xiàn)組織壞死。大豆缺鉬時,由于氮素代謝失調,葉片變成淺綠色,根瘤發(fā)育不良,固氮作用也減弱。大豆早期缺鈣時,胚葉的基部會出現(xiàn)大量黑斑,胚葉葉緣呈黑色,葉片斑紋密集,節(jié)間縮短,莖稈木質化;晚期缺鈣時,葉色黃綠帶紅色或淡紫色,落葉遲緩。鋅是碳酸酐酶的組成成分,能促進吲哚和絲氨酸合成色氨酸,對許多傳遞酶起著活化作用,缺鋅會導致大豆植株體內生長素含量降低。錳直接參與大豆的光合作用,在水的光解、氧的形成、葉綠素的合成、硝態(tài)氮還原為氮氣中起重要作用,還能提高過氧化物酶、脂肪酶的活性。

1.2 土壤酸堿度對大豆生長發(fā)育的影響

土壤酸堿度是評價土壤各種反應的一個重要指標,酸堿度的變化會影響土壤的化學反應、土壤養(yǎng)分的有效性、鋁錳等離子的毒害性、微生物的活性、肥料的肥效和植物群體的組成。通常把土壤pH分為7種:強酸性,pH<4.5;酸性,pH為4.5～5.5;微酸性,pH為5.5～6.5;中性,pH為6.5～7.5;微堿性,pH為7.5～8.0;堿性,pH為8.0～9.0;強堿性,pH≥9.0。根據(jù)富錦市農業(yè)技術推廣中心1984年的調查統(tǒng)計,采集的20個土壤剖面檢測結果平均pH≥6.33;2008年131個土壤剖面檢測結果平均pH≥5.22,前后相差1.11,即土壤已經嚴重酸化,數(shù)據(jù)見表10[3]。

表10 富錦市耕層土壤(0～20 cm)不同pH的面積及總面積占比

自1984年土壤普查以來,尤其是《富錦市2016年耕地質量監(jiān)測報告》中顯示,30多年的各種自然因素和人為因素的影響,富錦市耕地土壤屬性已發(fā)生了明顯變化,總的變化趨勢是土壤有機質、氮素、鉀素含量呈下降趨勢,有效磷含量上升明顯,土壤pH呈明顯的下降趨勢。

1.3 大豆施肥的方法及用量

大豆的施肥體系一般由基肥、種肥和追肥組成。施肥的原則是既要保證大豆有足夠的營養(yǎng),又要發(fā)揮根瘤菌的固氮作用。因此在整個生長期,不宜過量施氮,以免影響根瘤菌生長或引起倒伏,但也必須糾正“大豆有根瘤菌就不需要氮肥”及“盲目過量施用磷肥”的錯誤觀念。施肥要做到氮、磷、鉀大量元素與硼、鉬等微量元素合理搭配,緩效、速效肥并用,并根據(jù)土壤類型和地力、大豆品種特性、種植方式等確定施肥方式。

施足基肥是大豆增產的關鍵措施?；室杂袡C肥為主,一般每畝施腐熟的有機肥1 000～2 000 kg和大豆專用肥40～60 kg,混勻后施入土壤耕作層。對酸性缺鈣土壤,每畝增施石灰15～25 kg。在輪作地,可在前茬糧食作物生產時施用有機肥,大豆則利用其后效,有利于結瘤固氮、提高大豆產量。在低肥力土壤上種植大豆,每畝增施大豆專用肥20～30 kg或過磷酸鈣20～25 kg、尿素2.5 kg、氯化鉀10 kg作基肥,對大豆增產有益。

種肥一般每畝施用大豆專用肥10～15 kg或過磷酸鈣10 ～15 kg、磷酸二銨5 kg。缺硼的土壤每畝增施硼砂0.4～0.6 kg。大豆是雙子葉作物,出苗時種子頂土困難,種肥最好施于種子下部或側面,距種子距離為6～8 cm,切勿使種子與肥料直接接觸。此外,我國大豆種植地區(qū)使用質量分數(shù)為1%～2%的鉬酸銨拌種,效果較好。

大豆對氮、磷、鉀的吸收在開花后至鼓粒期達到高峰,故在開花前或開花初期每畝追施大豆專用肥10～15 kg,施肥方式為開溝條施覆土。磷、鉀肥選用葉面噴施較為適宜,可選用多功能生態(tài)水溶性葉面肥、質量分數(shù)為0.1%～0.3%的磷酸二氫鉀溶液,每畝用量50 kg左右,混合后葉面噴施2～3次,每次間隔7～10 d。

2 大豆生態(tài)肥及配方

2.1 生物有機無機生態(tài)肥

生物有機無機生態(tài)肥是指含有有機物質,既能直接或間接為作物提供多種營養(yǎng)和刺激性物質,促進和調控作物生長,又能培肥改良土壤的一類環(huán)保新型肥料。因此,生物有機無機生態(tài)肥既是生物肥、有機肥和無機肥的三肥合一,又是集高效、長效、增效為一體的三效合一肥[3]。

生態(tài)肥料的主要作用是能夠直接或間接地為作物提供必需的營養(yǎng)成分;調節(jié)土壤酸堿度,改良土壤結構,修復被重金屬、農藥和高濃度化肥污染的土壤,改善土壤理化性狀和生物學性狀[4];調節(jié)或改善作物的生長機制,提高作物的抗病蟲、抗旱澇、抗早衰、抗倒伏、抗鹽堿等抗逆性;改善肥料品質和性質,提高肥料的利用率;改善和提高產品品質和產量;產品完全符合有機、生態(tài)、綠色農業(yè)的質量標準要求,是農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

2.2 大豆生態(tài)肥的作用和特點

大豆生態(tài)肥是以土壤肥力分析為依據(jù),結合大豆的需肥規(guī)律和特點,科學配比大中微量元素,使作物生長所需的營養(yǎng)元素得到平衡供應,充分發(fā)揮大豆的產量潛力和土壤的肥力;對大豆火龍秧子、根腐病、生理性病害有明顯的緩解、防治效果;添加了DM復合根際真菌,抑制了根際病蟲害;生產工藝先進,產品質量可靠。

大豆生態(tài)肥經多年多點試驗、示范、推廣,證明具有改良和修復土壤、培肥地力,提高化肥利用率10%以上,增強作物抗逆性(抗病蟲、抗旱澇、促早熟、抗重迎茬等),提高和改善作物產量和品質等特點。

2.2.1 主要成分及含量

(1)主要成分:氮+磷+鉀、有機質、鋅、硼、DM復合根際真菌。

(2)含量:N-P2O5-K2O=12-10-16,w(有機質)≥10%,w(腐殖酸)≥5%,w(中微量元素)≥4%,DM根際復合真菌≥0.2億/g。

2.2.2 噸產品配方

噸產品的原料用量與養(yǎng)分含量:

(1)尿素220 kg,N=220×46%=101.2(kg);

(2)磷酸一銨200 kg,P2O5=200×51%=102.0(kg),N=200×11%=22.0(kg);

(3)氯化鉀270 kg,K2O=270×60%=162.0(kg),Cl=270×47.56%=128.4(kg);

(4)腐殖酸銨150 kg,腐殖酸=150×25%=37.5(kg),銨態(tài)氮=150×3%=4.5(kg),有機質=150×70%=105.0(kg);

(5)七水硫酸鋅20 kg,Zn=20×23%=4.6(kg),S=20×11%=2.2(kg);

(6)硼泥110 kg,SiO2=110×22.39%=24.6(kg),MgO=110×34.85%=38.3(kg),B2O3=110×3.4%=3.7(kg);

(7)調理劑(DM復合根際真菌)30 kg。

產品執(zhí)行國家標準《有機無機復混肥料》(GB/T 18877—2020)中Ⅲ型肥料的技術指標;硼泥產自遼寧省寬甸滿族自治縣,含有大量元素鉀、中量元素鎂和鈣、微量元素鐵,同時還含有有益元素硅,能滿足作物對多種營養(yǎng)元素的需求,經硫酸活化后pH為7.5左右,有利于造粒及作物吸收。

2.2.3 施用方法和用量

做底肥使用,施于種下5～10 cm,深施或種側深施尤佳。

施用量:30～40 kg/畝,具體施用量應根據(jù)當?shù)赝寥婪柿顩r、施肥水平、種植品種和產量要求進行調整。

2.2.4 注意事項

采用包膜技術將DM復合根際真菌與硫酸鋅及腐殖酸混合液附著于肥料顆粒表面或裝袋前將其噴灑于肥料顆粒表面陰干;應根據(jù)大豆長勢在開花前期酌情追肥;產品儲存于陰涼干燥處,隨產隨用,儲存時間不超過20 d。

2.3 大豆重迎茬生物有機無機生態(tài)肥[5]

2.3.1 主要成分及含量

(1)主要成分:氮+磷+鉀、有機質、鉬、鋅、硼、DM復合根際真菌。

(2)含量:N-P2O5-K2O=12-10-16,w(有機質)≥10%,w(腐殖酸)≥5%,w(中微量元素)≥4%,DM復合根際真菌≥2億/g。

2.3.2 噸產品配方

噸產品的原料用量與養(yǎng)分含量:

(1)尿素220 kg,N=220×46%=101.2(kg);

(2)磷酸一銨200 kg,P2O5=200×51%=102.0(kg),N=200×11%=22.0(kg);

(3)硫酸鉀320 kg,K2O=320×50%=160.0(kg),S=320×18.4%=58.9(kg);

(4)腐殖酸銨150 kg,腐殖酸=150×25%=37.5(kg),銨態(tài)氮=150×3%=4.5(kg),有機質=150×70%=105.0(kg);

(5)七水硫酸鋅20 kg,Zn=20×23%=4.6(kg),S=20×11%=2.2(kg);

(6)三水硫酸錳10 kg,Mn=10×27%=2.7(kg),S=10×21.2%=2.1(kg);

(7)鉬酸銨2 kg;

(8)硼泥88 kg,SiO2=88×22.39%=19.7(kg),MgO=88×34.85%=30.7(kg),B2O3=88×3.4%=3.0(kg);

(9)調理劑(DM復合根際真菌)20 kg。

產品執(zhí)行的技術指標以及原料硼泥的來源及作用參考大豆生態(tài)肥。

2.3.3 施用方法、用量及注意事項

參考大豆生態(tài)肥。

2.4 大豆富硒生態(tài)肥

2.4.1 主要成分及含量

(1)主要成分:氮+磷+鉀。

(2)含量:以w(N+P2O5+K2O)為30%的配方為例[5],N-P2O5-K2O=8-8-14。

2.4.2 噸產品配方

噸產品的原料用量與養(yǎng)分含量:

(1)硫酸銨50 kg,N=50×21%=10.5(kg),S=50×24.2%=12.1(kg);

(2)尿素140 kg,N=140×46%=64.4(kg);

(3)磷酸一銨130 kg,P2O5=130×51%=66.3(kg),N=130×11%=14.3(kg);

(4)過磷酸鈣100 kg,P2O5=100×16%=16.0(kg),CaO=100×24%=24.0(kg),S=100×13.9%=13.9(kg);

(5)鈣鎂磷肥50 kg,P2O5=50×18%=9.0(kg),CaO=50×45%=22.5(kg),MgO=50×12%=6.0(kg),SiO=50×20%=10.0(kg);

(6)氯化鉀250 kg,K2O=250×60%=150.0(kg),Cl=250×47.56%=118.9(kg);

(7)硒土120 kg,Se=120×0.1%=0.1(kg);

(8)氨基酸螯(絡)合鉬、鋅、錳、硼、鐵、稀土25 kg;

(9)腐殖酸(褐煤)93 kg,腐殖酸=93×30%=27.9(kg),N=93×2.5%=2.3(kg);

(10)增效劑12 kg;

(11)調理劑30 kg。

3 結語

生物有機無機生態(tài)肥在大豆上的應用,對保護農業(yè)生態(tài)環(huán)境、培肥土壤肥力、提高大豆產量、提升大豆品質等具有積極的促進作用,是大豆種植的重要耕作措施。