腐植酸复合肥对旱作玉米生长及土壤物理性质的影响

刘森森 王曰鑫

1 山西省吕梁市农业学校 吕梁 033000

2 山西农业大学资源与环境学院 太谷 030801

水分缺乏、养分不足和土壤退化是限制我国粮食生产的重要因素，而腐植酸加吸水树脂再结合NPK肥料制成的腐植酸肥料兼具改善土壤理化性质，加强土壤保水、保肥的功能。本试验以玉米为材料，研究该肥对玉米生长发育的影响，探讨该肥改土、保水、促生长与增效磷素的作用，为干旱缺水地区水肥利用率的提高提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地情况

试验地位于山西省太谷县候城村，北纬37.30°、东经114°的晋中盆地南部，海拔870 m。该区属于暖温带大陆性季风气候。年均温9.8 ℃，年均降水量456 mm，年蒸发量1700.5 mm，年日照259.22 Hr，全年无霜期170天左右。试验地为旱地，地形平坦。前茬作物为大豆。供试土壤基本性质见表1。

表1 供试土壤基本性质Tab.1 Basic properties of the soil tested

1.2 供试作物

玉米，品种为“登海3号”，其生长期为105～120天。于2016年4月24日播种，5月6日出苗。

1.3 供试肥料

将尿素、硫酸铵、磷酸二铵、氯化钾、腐植酸保水剂（用腐植酸与高吸水树脂聚合的产物，总腐植酸含量≥30%）几种材料按比例进行复配和制作（制作工艺略）。其中NPK复合肥按玉米需肥比例1∶0.5∶1.5复配，腐植酸复合肥是在NPK复合肥的基础上增加了腐植酸保水剂进行合成。

1.4 试验设计

本试验采用完全随机区组设计，设置7个处理，每个处理4次重复。小区面积5 m×6 m，株距0.3 m，行距0.5 m，四周设1 m宽的保护行。试验设计见表2。各处理的施肥量为每小区的施肥量。本试验只在播种时进行一次施肥，各生长期间只进行正常的田间管理，不进行灌溉，不追施任何肥料。

1.5 样品采集与测试方法

1.5.1 样品采集

土壤样品：分别于6月2日、6月28日、8月1日、8月20日、9月15日5个时间点采用棋盘式采样法进行土壤样品采集。

植株样品：和土壤采集同时进行，在土壤采样的各点采集植株。

1.5.2 玉米生理形态指标及植株磷素含量测定方法

表2 试验设计Tab.2 The experimental design

（1）株高：自植株基部至顶芽基部的植株长度。用钢卷尺测定，精度为0.1 cm。

（2）叶绿素：乙醇法[1]。

（3）根系活力：α-萘胺法[2]。

（4）植株全磷的测定：H2SO4-H2O2消煮，钒钼黄比色法[3]。

1.5.3 土壤物理指标的测定方法

（1）团粒结构的测定。

土样风干后取样300 g置于成套土壤筛中最上的一个筛内，摇动其筛，直到上一筛不落土为止，然后分别称重，按照公式计算其团粒所占百分数[4]。

（2）土壤含水量的测定。

土壤水分常数：根据土壤水分的性质、能量状态以及与作物生长的关系，确定的几个特征土壤含水量。如田间持水量和最大分子持水量等。

田间持水量：土壤所能保持毛管悬着水的最大量，采用环刀法测定[5]。

最大分子持水量：膜状水达到最大数量时的土壤含水量，采用环刀法测定[5]。

1.6 数据处理

本试验所有数据均用Microsoft Excel进行计算和统计，用SAS 8.2进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对玉米生长的影响

2.1.1 不同处理对玉米株高的影响

株高是反映植物生长状况的一项重要指标。由表3可以看出，除出苗期各处理株高无显著差异外，各处理间随着生长期的推后，差异显著性越明显。表明不同施肥处理对玉米拔节期、抽穗期、灌浆期和收获期株高生长的影响明显，而在出苗期内处理间无显著差异可能是由于施肥尚未起作用所致。在拔节期、抽穗期、灌浆期和收获期不同处理株高均比CK有显著增长，在灌浆期株高增长幅度最大，处理HAb1、HAb2、HAb3的株高比CK分别增加了12.19%、17.04%、13.66%；处理U1、U2、U3的株高比CK分别增加了6.02%、10.43%、5.58%。处理HAb较处理U与CK相比，对株高的促进作用明显。这主要是由于腐植酸复合肥既有保水作用又有肥料作用，通过水肥耦合效应，促进水分和养分代谢，促进生长，因此株高增长量较大。

表3 不同处理对玉米各生长期株高的影响Tab.3 Eあects of diあerent treatments on plant height of maize in each growth period cm

2.1.2 不同处理对玉米叶绿素含量的影响

叶绿素是植物吸收太阳光能进行光合作用的重要物质，叶绿素含量直接影响植物有机物的积累，进而影响植物生长速度。表4为不同处理对玉米各生长期叶绿素含量的影响。方差分析表明：不同处理在同一生长期叶绿素值与CK相比均表现出极显著差异，除出苗期、抽穗期外，拔节期、灌浆期和收获期各处理差异显著性趋势一致，影响效应大小顺序大体上为HAb2＞HAb3＞HAb1＞U3＞U2＞U1＞CK。HAb处理与NPK复合肥处理相比差异极显著，两者相差最高达0.87 mg/g·FW。这表明腐植酸复合肥能促进玉米体内光合产物的积累，能提高叶绿素含量，生长后期又能使叶绿素含量维持在一定的水平，延长叶光合功能持续期，避免早衰，增加生物量；但须注意施肥量超过一定范围则会降低叶绿素含量。

从叶绿素含量的变化趋势看，从出苗期开始随生育进程增加，于灌浆期达到最大值，此后含量下降。这是因为光与温度是叶绿素形成的主要条件，在玉米生长初期和生长末期光能与温度都较生长旺季有所下降，低温和光能不足抑制叶绿素的合成，以至叶片内的叶绿素含量不高，玉米生长较缓；而在生长旺期，光和温度都十分充足，使叶绿素的合成很快，光合作用较强，玉米生长十分迅速。

2.1.3 不同处理对玉米根系活力的影响

植物根系是活跃的吸收器官和合成器官，根的生长情况和活力水平直接影响地上部的生长和营养状况及产量水平。表5为不同处理对玉米各生长期根系活力的影响。从各时期的根系活力数据可以看出，不同施肥处理在同一生长期（除收获期外）根系活力值与CK相比均存在极显著差异，表明腐植酸复合肥和NPK复合肥处理提高了玉米根系活力。

随玉米的发育，其根系活力渐增，在抽穗期达到最大活力后又有所下降，各处理在抽穗期、灌浆期玉米根系活力变化趋势基本一致，不同处理玉米根系活力大小顺序为：HAb2＞HAb3＞HAb1＞U2＞U3＞U1＞CK。这说明施用适量腐植酸复合肥可以促进玉米根系发育，增强其根系活力。

表4 不同处理对玉米各生长期叶绿素含量的影响Tab.4 Eあects of diあerent treatments on chlorophyll content of maize in each growth period mg/g·FW

表5 不同处理对玉米各生长期根系活力的影响Tab.5 Eあects of diあerent treatments on root activity of maize in each growth period mg/g·h

2.2 不同处理对玉米植株中磷素的影响

磷是植株体内核酸、磷脂和磷酸腺苷的组成元素,是植株体内各项代谢过程的参与者[5]。生长前期作物吸收的磷可以再利用，参与新生组织的形成与代谢，如果生长前期磷素营养不足，会导致干物质积累少，株型瘦弱，叶片小[5～7]。

表6～表8所示，玉米生育阶段植物体内含磷量呈现增加趋势。不同处理与CK相比差异极显著。叶全磷浓度在玉米各个生长期HAb处理＞U处理＞CK处理。不同处理与对照的茎全磷浓度比差异极显著；腐植酸复合肥处理与NPK复合肥处理相比，大体上差异极显著；除拔节期处理HAb3大于其他各处理外，其他各生长期变化趋势一致，由大到小排序依次为HAb2＞HAb3＞HAb1＞U2＞U3＞U1＞CK。根全磷浓度除拔节期处理U3大于处理U2、U1，抽穗期HAb2＞HAb1＞HAb3外，其他各生长期根全磷浓度含量大小顺序依次为HAb2＞HAb3＞HAb1＞U2＞U3＞U1＞CK。

腐植酸复合肥处理和NPK复合肥处理与CK相比，全磷浓度增加极显著。以叶片为例，在玉米出苗期腐植酸复合肥处理比NPK复合肥处理全磷含量平均增加40.2%，比CK全磷含量平均增加136.6%；在玉米灌浆期腐植酸复合肥处理比NPK复合肥处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关键期，植株全磷含量高，为后期生长奠定了基础；其他生长期不同器官中腐植酸复合肥处理和NPK复合肥处理相比磷素的增幅也较高。说明腐植酸复合肥对玉米吸收磷能力的促进作用明显。

表6 不同处理对玉米各个生长期叶全磷浓度的影响Tab.6 Eあects of diあerent treatments on total phosphorus concentration in leaf of each growth period of Maize %

表7 不同处理对玉米各个生长期茎全磷浓度的影响Tab.7 Eあects of diあerent treatments on total phosphorus concentration in stem of each growth period of Maize %

表8 不同处理对玉米各个生长期根全磷浓度的影响Tab.8 Eあects of diあerent treatments on total phosphorus concentration in root of each growth period of Maize %

从植株全生长期各器官含磷浓度变化趋势来看，不同处理各器官磷浓度的变化均表现出一直增加的变化规律。以叶、根磷浓度规律性较好，可以作为指示因子用于说明施肥对玉米磷含量的影响。不同生长期磷的吸收规律主要是由玉米的生长发育特点决定的：出苗期玉米进入生长，此时侧根分生弱，叶面积小，对养分的需求少，叶含磷量较根、茎高。根、茎、叶全磷含量变化规律基本相同，从出苗期开始玉米各器官全磷含量逐渐增加。

2.3 不同处理对土壤团粒结构和含水量的影响

2.3.1 不同处理对土壤团粒结构的影响

土壤水稳性团聚体含量是评价土壤结构的主要标志之一。一般把粒径大于0.25 mm的团聚体作为评价土壤结构的标准。

试验在收获后测得了土壤的团粒结构。试验结果表明（表9），随着土壤中腐植酸复合肥含量增加，土壤胶结形成团聚体，多数以大于1 mm的大团聚体状态出现，这些大团聚体对稳定土壤结构，改善土壤通透性，防止表土结皮，减少土表水分蒸发有较好作用。分析结构还了解到，团聚体含量与腐植酸复合肥的含量并非直线关系，如HAb2处理的土壤团聚体比HAb1和HAb3处理的土壤团聚体增加明显，相对CK增加量为30.87%；HAb3处理的土壤团聚体含量虽然比HAb1处理的团聚体多，但与HAb2处理相比又有所下降，可见选择适宜的腐植酸复合肥施用量很重要。腐植酸复合肥对土壤团聚体含量的增加比处理U1、U2、U3变化明显，变化范围在6.03%～19.35%内。总之，腐植酸复合肥对土壤团聚结构的形成有促进作用，特别是对土壤中0.25～5 mm粒径的团粒结构形成影响最明显。

表9 不同处理对土壤团粒结构的影响Tab.9 Eあects of diあrent treatments to the soil gobbet fabric

2.3.2 不同处理对土壤含水量的影响

不同处理对土壤含水量的结果表明（表10）， 与 CK相 比，HAb1、HAb2、HAb3处 理田间持水量增加了8.44%～45.53%，最大分子持水量增加了14.12%～25.45%；HAb1、HAb2、HAb3处理比U1、U2、U3处理田间持水量、最大分子持水量增加最大可达12.52%、34.31%。随着腐植酸复合肥量的增加，土壤中的田间持水量、最大分子持水量也随之增加。由此说明，腐植酸复合肥能够提高土壤中田间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剂，且施肥量越多，作用越明显。综上所述，腐植酸复合肥在一定程度上能够使土壤蓄含更多的降水，提高水分利用率，供作物生长发育。

2.4 不同处理对玉米产量的影响

穗重、千粒重是玉米产量的构成因素，这些因素的数值越大，玉米的产量就越高，但这些因素之间存在着相互制约的关系，只有协调好这些因素之间的关系，才能使玉米获得高产。

从表11可以看出，各处理的穗重均比对照显著增高，其中腐植酸复合肥使玉米穗重显著高于其他处理，但并不是腐植酸复合肥施肥量越高，穗重值越大。在腐植酸复合肥处理中HAb2处理效果最佳，与CK比，穗重的增长幅度最大，可达15.77%。不同处理千粒重在340～374 g之间浮动，各处理的千粒重均明显高于CK，HAb1、HAb2、HAb3比CK分别增加了8.29%、9.77%、8.83%；U1、U2、U3比CK分别增加了2.87%、6.90%、4.40%。但千粒重不是随腐植酸复合肥处理施肥量的增多而增加，这是由于过量的腐植酸复合肥使得肥料中的养分在一定时间内不易释放，错过了作物需求养分的最佳时期，没有达到最佳互作效应。

表10 不同处理对土壤含水量的影响Tab.10 Eあects of diあrent treatments to the water content of soil %

表11 不同处理对玉米产量构成的影响Tab.11 Eあects of diあerent treatments on the composition of maize yield

从表中可看出，腐植酸复合肥使玉米产量显著高于其他处理，较施用NPK复合肥处理增产5.07%～59.69%。这可能是腐植酸复合肥在土壤中释放养分的速度缓慢，肥效稳长，不仅能在生长关键需肥期供作物所需养分，而且在生长后期仍可供给养分，延缓玉米衰老，且保水剂和腐植酸互作协调产量构成因素之间相互关系，从而增加玉米产量。

3 结论

腐植酸复合肥通过增效肥料和改善土壤物理性质，促进水肥耦合效应，促进了作物生长，提高了光合反应速率和根系活力；腐植酸复合肥使土壤团粒结构增加，土壤可利用水分含量比对照增加10.9%～14.20%，随着施肥量的增加，田间持水量和最大分子持水量均呈上升趋势，增加7.2%～7.6%；腐植酸复合肥比NPK复合肥更能提高植株不同器官磷素含量，且差异显著；腐植酸复合肥可提高玉米产量。从经济产量看，施用腐植酸复合肥与施用NPK复合肥相比，玉米增产22.03%～43.38%，其中亩施48.9 kg的腐植酸复合肥的产量最大，是较合理的施肥量。

总之，旱作耕地土壤施用腐植酸复合肥，可明显提高土壤保水保肥与供水供肥能力，促进玉米生长，且水肥耦合作用促进玉米优质高产。

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