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腐植酸复合肥对旱作玉米生长及土壤物理性质的影响

更新时间:2016-07-05

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。

公路桥梁施工管理的养护和加固技术对于工程质量提升具有重大影响。工程建设中,施工人员只有充分认识到公路桥梁养护及加固技术应用的必要性,并在分析其应用特征的基础上,进行较高质量的养护和加固技术应用,才能实现其应用质量的提升,进而推动公路桥梁工程的良性、可持续发展。

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

田间持水量土壤类型 调萎系数(%) (%) pH值 有机质(g/kg)全氮(g/kg)全磷(g/kg)速效磷(mg/kg)速效钾(mg/kg)石灰性褐土 6.91 26.65 7.3 16.7 0.71 1.12 14.30 127

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

1.5.2 玉米生理形态指标及植株磷素含量测定方法

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。

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。

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表2 试验设计 Tab.2 The experimental design

折合亩施肥量(kg)CK 不施肥 0 0 HAb1 腐植酸复合肥 2.0 44.5 HAb2 腐植酸复合肥 2.2 48.9 HAb3 腐植酸复合肥 2.4 53.4 U1 NPK复合肥 1.6 35.6 U2 NPK复合肥 1.8 40.0 U3 NPK复合肥 2.0 44.5处理 肥料名称 小区施肥量(kg)

(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]

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。

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。

(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。

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。

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

定义1 对于异构多智能体系统式 (1),如果系统中各智能体的位移与速度满足如下要求,那么系统能够实现编队控制和渐近速度一致,完成预期编队任务[14]:

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

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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。

市水管委主任由市长亲自担任,常务副主任由分管水利的副市长担任,成员由23个部门以及各县(市、区)政府分管水利工作的领导组成。水管委下设水资源管理办公室,实行与水利局合署办公的改革模式。与其他地区成立水务局的水务改革方案相比,级别更高,更具权威,更能协调和监督市水管委各个成员单位、职能部门和各县(市、区)实行水务一体化管理。

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。

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

注:同一列中不同小写字母表示差异显著(α=0.05);同一列中不同大写字母表示差异极显著(α=0.01)。下同。

处理 出苗期 拔节期 抽穗期 灌浆期 收获期CK 26.67Bc 151.00Cd 201.00Ef 227.00De 247.67Gg HAb1 29.67ABabc 164.00ABab 223.67BCc 254.67Bbc 269.67Cc HAb2 31.67Aab 169.67Aa 234.67Aa 265.67Aa 278.00Aa HAb3 32.33Aa 167.67ABa 229.33ABb 258.00ABb 273.00Bb U1 28.67ABbc 152.33Ccd 207.33Ee 240.67Cd 252.33Ff U2 30.00ABab 158.00BCbc 217.67Cd 250.67Bc 264.00Dd U3 31.00ABab 160.33BCb 209.33De 239.67Cd 259.00Ee

2.1.2 不同处理对玉米叶绿素含量的影响

1.5.3 土壤物理指标的测定方法

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。

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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。

一是气候变化对森林防火影响很大。近年来,由于生态恢复,降雨量增多,植被生长茂盛,冬季杂草枯萎,林缘空地到处是干枯的杂草,存在较大火灾隐患,给森林防火带来压力。二是大量农田、旱地抛荒后,农民复垦用火随意性大,大大增加森林火灾发生率。三是林区地形复杂,发生森林火情难以预见。

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

处理 出苗期 拔节期 抽穗期 灌浆期 收获期CK 1.80Dd 3.25Ee 4.05Ee 4.53Ee 4.80Ee HAb1 2.62Bb 3.95Bb 4.46Bb 4.92Bb 4.20Bb HAb2 2.77Aa 4.25Aa 4.55Aa 5.01Aa 4.29Aa HAb3 2.58Bb 4.06Ba 4.53Aa 4.98Aa 4.26Aa U1 2.43Cc 3.38Dd 4.16Dd 4.76Dd 4.06Dd U2 2.41Cc 3.41Dd 4.12Dd 4.78Dd 4.07Dd U3 2.39Cc 3.73Cc 4.22Cc 4.85Cc 4.13Cc

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

处理 出苗期 拔节期 抽穗期 灌浆期 收获期CK 9.29Ff 16.20Ff 20.73Ee 15.26Df 15.45Dd HAb1 10.57Bb 18.15Bb 22.41Bb 17.03Bbc 16.72Bb HAb2 10.61Bb 18.25Bb 23.45Aa 17.70Aa 17.50Aa HAb3 10.87Aa 18.71Aa 22.56Bb 17.25ABb 16.59Bb U1 9.74Ee 17.03Ee 21.39Dd 16.26Ce 15.86CDc U2 10.23Dd 17.37Dd 22.04BCc 16.71BCcd 16.21BCc U3 10.31Cc 17.81Cc 21.60DCd 16.39Cde 16.01Cc

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]

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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。

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 %

处理 出苗期 拔节期 抽穗期 灌浆期 收获期CK 0.0753Dd 0.1335Ee 0.2770Ee 0.3911Ee 0.4735Ff HAb1 0.1654Bb 0.2447Bb 0.4167Bb 0.5352Bb 0.6079Cc HAb2 0.1911Aa 0.2615Aa 0.4428Aa 0.5679Aa 0.6428Aa HAb3 0.1780Bb 0.2357Bb 0.4273Bb 0.5406Bb 0.6290Bb U1 0.1015Cc 0.1621Dd 0.3255Dd 0.4352Dd 0.5134Ee U2 0.1234Cc 0.2097Cc 0.3657Cc 0.4729Cc 0.5510Dd U3 0.0947Cc 0.1965Cc 0.3321Dd 0.4404Dd 0.5273Ee

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 %

处理 出苗期 拔节期 抽穗期 灌浆期 收获期CK 0.0186Ff 0.0375Ee 0.0675Ee 0.0884Ff 0.1057Ff HAb1 0.0496Cc 0.0681Bb 0.1022Bb 0.1354Cc 0.1953Bb HAb2 0.0588Aa 0.0998Aa 0.1384Aa 0.1754Aa 0.2286Aa HAb3 0.0512Bb 0.1058Aa 0.1149Bb 0.1671Bb 0.2158Aa U1 0.0345Ee 0.0479Dd 0.0831Dd 0.0956Ee 0.1340Ee U2 0.0426Dd 0.0596Bb 0.0916BCc 0.1133Dd 0.1639Cc U3 0.0398Dd 0.0532Cc 0.0910Cc 0.1088DEe 0.1578Dd

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 %

处理 出苗期 拔节期 抽穗期 灌浆期 收获期CK 0.0372Ff 0.1737Ff 0.3282Ee 0.4657Gg 0.5375Ee HAb1 0.1247Bb 0.2474Cc 0.4752Aa 0.6348Cc 0.7129Bb HAb2 0.1671Aa 0.2668Aa 0.4872Aa 0.6642Aa 0.7402Aa HAb3 0.1399Bb 0.2582Bb 0.4647Aa 0.6456Bb 0.7341Aa U1 0.0549Ee 0.1975Ee 0.3648Dd 0.5281Ff 0.6015Dd U2 0.0847Cc 0.2069Ee 0.4284Bb 0.5886Dd 0.6676Cc U3 0.0657Dd 0.2262Dd 0.3973Cc 0.5549Ee 0.6307Dd

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

处理 各级团粒 土壤团聚体含量(>0.25 mm)相对CK增加(%)>5 mm 1~5 mm 0.5~1 mm 0.25~0.5 mm CK 9.53 10.12 8.50 4.67 32.82Ff —HAb1 9.90 12.96 10.67 7.36 40.89Bb 24.59 HAb2 8.14 17.16 11.07 6.58 42.95Aa 30.87 HAb3 8.29 16.53 10.58 6.86 42.24Aa 28.70 U1 9.26 11.64 9.71 5.99 36.60Ee 11.52 U2 10.78 12.86 8.97 6.30 38.91Cc 18.56 U3 9.95 11.55 10.14 6.13 37.77Dd 15.08

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 %

处理 水分常数田间持水量 最大分子持水量CK 22.14Ff 29.04Ff HAb1 30.58Cc 41.11Cc HAb2 34.72Bb 42.88Bb HAb3 37.67Aa 44.51Aa U1 25.15Ee 33.14Ee U2 27.86Dd 35.00Dd U3 28.47Dd 36.43Dd

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

增产(%)CK 0.444Gg 340.150Gg5050.09Gg —HAb1 0.492Cc 368.344Cc 7832.60Cc 55.10 HAb2 0.514Aa 373.686Aa 9245.33Aa 83.07 HAb3 0.504Bb 370.179Bb 8667.18Bb 71.62 U1 0.462Ff 349.924Ff 6230.75Ff 23.38 U2 0.486Dd 363.627Dd 7576.43Dd 50.03 U3 0.474Ee 355.109Ee 7264.58Ee 43.85处理 穗重(kg)千粒重(g)产量(kg/hm2

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。

参考文献

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刘森森,王曰鑫
《腐植酸》 2018年第02期
《腐植酸》2018年第02期文献

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