不同增效劑對小麥產量和磷肥利用率的影響

不同增效劑對小麥產量和磷肥利用率的影響

磷酸是植物生長發(fā)育過程中不可或缺的養(yǎng)分之一，也是植物產量降低的主要限制因素之一。目前,我國磷肥的當季利用率普遍很低,通常情況下當季利用率只有5%~20%,造成磷礦資源的嚴重浪費;我國北方黃淮海平原分布著大面積的石灰性土壤,由于其特有的理化性狀及其磷酸鹽在土壤中獨特的化學行為,致使石灰性土壤上作物對磷肥的利用率過低,遠遠低于全國平均水平。近年來,我國磷肥產業(yè)迅速發(fā)展,造成磷礦資源大量消耗,據(jù)許秀成推算,若按我國磷礦可采儲量37億噸計,僅可開采20年。因此,如何減少磷在石灰性土壤中的固定、提高石灰性土壤磷肥利用率和肥效,一直是當今國內外化肥界和農學界研究的熱點和難點問題。在提高化肥利用率方面,有關腐植酸、海藻提取物(海藻酸)、氨基酸等作為肥料的新型增效劑已有大量研究,并取得了肯定的結論[5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]。秦國新等的研究結果表明,改性腐植酸能作為提高磷肥利用率的一種物質使用。增施腐植酸類肥料后,能抑制土壤對水溶性磷的固定,活化土壤固定態(tài)磷,減緩有效磷向無效態(tài)磷的轉化,提高作物產量和磷肥利用率;海藻提取物富含蛋白質、氨基酸、多酚及海藻多糖(海藻酸)等多種生理活性物質,能螯合土壤中的鈣、鎂、鐵等金屬離子,活化土壤固定態(tài)磷,增強磷的有效性;氨基酸富含氨基和羧基,與磷銨混合可能會增強磷的有效性,改善作物的磷營養(yǎng)狀況和提高作物產量。過往研究大多集中在這些增效劑與尿素、其他氮肥或復合肥結合,制成增效尿素、增效氮肥或增效復合肥,或者是作為葉面肥的螯合劑來研究其增產效果和機理,而有關將這些增效劑按不同比例添加到磷銨中,制備增效磷肥(增效肥料是指通過向肥料中添加肥料增效劑如腐殖酸類、氨基酸、多元素礦質類、高分子聚合物以及無機酸、海藻素、多肽等來促進作物對營養(yǎng)養(yǎng)分的吸收,以提高肥料利用率的肥料),深入研究其增產增效效果及機理的尚不見多。本文利用改性腐植酸、發(fā)酵海藻液、聚合氨基酸作為增效劑,將其添加到磷酸一銨中,制備成增效磷肥試驗產品,利用土柱栽培試驗,研究增效磷肥對冬小麥產量和磷素吸收利用的影響,以期為改性腐植酸、發(fā)酵海藻液和聚合氨基酸作為磷肥增效劑的應用和磷肥高效利用提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1土壤樣品采集試驗于2011年10月至2012年6月在中國農業(yè)科學院德州實驗站禹城試驗基地進行。供試土壤采自禹城試驗基地連續(xù)三年以上未施用任何肥料的勻地試驗田,采集0—20cm土壤,混勻、過篩備用。土壤類型為潮土,質地為輕壤,pH(土∶水=1∶2.5)8.07、有機質含量11.65g/kg、全氮0.59g/kg、速效磷(P2O5)10.51mg/kg、速效鉀(K2O)90.7mg/kg。供試小麥品種為濟麥22號。1.2增效磷試驗產品的制備將3種增效劑(改性腐植酸、聚合氨基酸、發(fā)酵海藻液)按一定比例添加到磷酸一銨(MAP,P2O5%為61.13、pH4.08)中,充分混勻、烘干、粉碎,制備成相應的增效磷肥試驗產品。增效劑添加量為改性腐植酸(H)按固形物的2‰、5‰、10‰;聚合氨基酸(G)按固形物的2‰、5‰、10‰;發(fā)酵海藻液(A)按固形物的0.5‰、2‰、5‰。其中改性腐植酸是用0.3%的NaOH溶液從風化煤中提取,腐植酸含量為10%;聚合氨基酸主要成分為谷氨酸,含量為10%;發(fā)酵海藻液主要成分是海藻酸,含量為2.5%。供試肥料性質見表1。1.3試驗地土壤施磷、化肥試驗采用土柱栽培方式,選用內徑為25cm,高100cm的PVC管,全部埋入土中,上口高出地面3cm,防止降水地表徑流流入,下不封口,與自然土壤直接接觸,模擬田間栽培狀態(tài)(方法見文獻),每個土柱裝風干土55kg。增效磷肥和普通磷酸一銨按等全磷投入原則設計不同施磷水平,全部均勻混施于土柱0—30cm土層中;氮、鉀肥按充足供應原則設計,氮肥用尿素,施用量為N0.2g/kg,土;鉀肥為硫酸鉀,施用量為K2O0.3g/kg,土。氮、鉀肥均作為基肥一次性混施入0—30cm土壤中。試驗設置P(普通磷酸一銨)、H1-P、H2-P、H3-P、A1-P、A2-P、A3-P、G1-P、G2-P和G3-P10個肥料處理,每個處理設低磷(P2O50.05g/kg,土)和高磷(P2O50.10g/kg,土)2個施磷水平,以不施磷肥為對照(CK,只施氮、鉀肥,用量與其他施肥處理相同),共21個處理,8次重復。試驗冬小麥于2011年10月20日播種,精選均勻飽滿種子,每柱播種36粒,苗期進行間苗,每柱留苗12株。小麥生長期間按常規(guī)栽培措施管理,2012年6月9日小麥成熟收獲測產。1.4全磷、全鉀、全鉀測定土壤基本理化性狀按常規(guī)分析方法進行。小麥子粒和秸稈全氮、全磷和全鉀測定均用硫酸-過氧化氫消煮,全氮用凱氏法蒸餾測定,全磷用釩鉬黃比色法測定,全鉀用火焰光度法測定。供試肥料的當季磷肥表觀利用率通過下式計算:當季磷肥表觀利用率(%)=(施磷區(qū)植株吸收P2O5總量-空白區(qū)植株吸收P2O5總量)×100/施用P2O5量試驗數(shù)據(jù)采用Excel和SAS軟件進行統(tǒng)計分析,Duncan新復極差法進行多重比較(P<0.05)。2結果與分析2.1綜合肥力對小麥產量和產量組成的影響2.1.1綜合磷效率對冬季小麥產量和生物產量的影響2.1.2不同處理小麥穗數(shù)和千分率的比較見表1由表3看出,與不施磷肥的CK相比,施用普通磷酸一銨和增效磷肥,都能明顯增加小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。與磷酸一銨相比,低磷水平下增效磷肥處理能明顯增加小麥穗數(shù),腐植酸增效磷肥(H1-P、H2-P、H3-P的平均值)、海藻酸增效磷肥(A1-P、A2-P、A3-P的平均值)和谷氨酸增效磷肥(G1-P、G2-P、G3-P的平均值)處理的小麥穗數(shù)分別增加28.95%、30.11%和13.83%,穗粒數(shù)和千粒重差異不明顯,表明低磷水平下增效磷肥主要是通過促進小麥分蘗成穗率、增加小麥穗數(shù)而提高小麥子粒產量;高磷水平下,腐植酸磷肥(H1-P、H2-P、H3-P的平均值)和海藻酸磷肥(A1-P、A2-P、A3-P的平均值)處理的小麥穗數(shù)和千粒重分別比普通磷酸一銨增加1.49%、4.95%和4.61%、3.24%,其穗數(shù)和千粒重的提高是腐植酸增效磷肥和海藻酸增效磷肥處理小麥子粒產量增加的主要因素。而谷氨酸增效磷肥(G1-P、G2-P、G3-P的平均值)處理的小麥穗數(shù)和千粒重與普通磷酸一銨基本相近。另外表3還表明,無論是低磷水平還是高磷水平,增效磷肥隨增效劑添加量的增加,其處理的小麥穗數(shù)基本表現(xiàn)為增加的趨勢(低磷水平下G3-P處理除外)。2.2綜合磷效率對小麥磷素吸收的影響2.2.1不同處理小麥子粒磷含量的比較見表1由表4看出,無論是低磷水平還是高磷水平,增效磷肥處理的小麥子粒平均含磷量均比普通磷酸一銨略低,這可能是因為施用增效磷肥后作物產量比磷酸一銨有所增加而引起的稀釋效應。低磷水平下腐植酸增效磷肥(H1-P、H2-P、H3-P的平均值)、海藻酸增效磷肥(A1-P、A2-P、A3-P的平均值)和谷氨酸增效磷肥(G1-P、G2-P、G3-P的平均值)處理的小麥子粒磷含量分別為0.40%、0.37%和0.35%,腐植酸增效磷肥處理含磷量略高于磷酸一銨處理,而海藻酸增效磷肥和谷氨酸增效磷肥處理含磷量略低于磷酸一銨處理。腐植酸增效磷肥(H1-P、H2-P、H3-P的平均值)、海藻酸增效磷肥(A1-P、A2-P、A3-P的平均值)和谷氨酸增效磷肥(G1-P、G2-P、G3-P的平均值)處理小麥秸稈磷含量分別為0.22%、0.21%和0.24%,均高于磷酸一銨處理的0.18%。高磷水平下腐植酸增效磷肥(H1-P、H2-P、H3-P的平均值)、海藻酸增效磷肥(A1-P、A2-P、A3-P的平均值)和谷氨酸增效磷肥(G1-P、G2-P、G3-P的平均值)處理小麥子粒磷含量分別為0.30%、0.32%和0.32%,與磷酸一銨處理小麥子粒素含量的0.322%基本相近。腐植酸增效磷肥(H1-P、H2-P、H3-P的平均值)、海藻酸增效磷肥(A1-P、A2-P、A3-P的平均值)和谷氨酸增效磷肥(G1-P、G2-P、G3-P的平均值)處理小麥秸稈磷含量分別為0.25%、0.27%和0.25%,均高于普通磷酸一銨處理的0.24%。2.2.2不同磷處理的小麥吸磷總量和吸磷速率,總提高5.表5顯示,與不施磷肥的CK相比,施用增效磷肥比磷酸一銨小麥子粒和秸稈的吸磷量增加更為明顯,低磷水平下磷酸一銨處理小麥子粒和秸稈吸磷總量比CK增加157.14%,增效磷肥平均比CK增加239.15%,高磷水平下磷酸一銨處理的吸磷總量增加161.90%,增效磷肥平均增加206.87%。與普通磷酸一銨比較,低磷水平施用腐植酸增效磷肥(H1-P、H2-P、H3-P的平均值)、海藻酸增效磷肥(A1-P、A2-P、A3-P的平均值)和谷氨酸增效磷肥(G1-P、G2-P、G3-P的平均值)處理的小麥吸磷總量分別增加42.59%、37.04%和14.81%,以腐植酸增效磷肥增加幅度最大,海藻酸增效磷肥次之,谷氨酸增效磷肥增加效果最小;高磷水平下腐植酸增效磷肥(H1-P、H2-P、H3-P的平均值)和海藻酸增效磷肥(A1-P、A2-P、A3-P的平均值)處理小麥吸磷總量分別比磷酸一銨增加18.18%和32.73%,谷氨酸磷肥(G1-P、G2-P、G3-P的平均值)處理與磷酸一銨基本相近。從表5亦可看出,在同一增效磷肥處理下,小麥吸磷總量隨著增效磷肥中增效劑添加比例的增加呈現(xiàn)增加的趨勢。2.2.3不同處理的使用根不同磷肥處理的小麥磷肥利用率見表6。低磷水平下,磷酸一銨處理磷肥利用率為39.96%,腐植酸增效磷肥(H1-P、H2-P、H3-P的平均值)、海藻酸增效磷肥(A1-P、A2-P、A3-P的平均值)和谷氨酸增效磷肥(G1-P、G2-P、G3-P的平均值)處理分別為66.17%、63.02%和48.67%,比磷酸一銨處理分別提高了26.21、23.06和8.71個百分點,其中含腐植酸增效磷肥處理提高磷肥利用率最明顯。增效磷肥處理之間HA3-P處理磷肥利用率增加最為顯著,為磷酸一銨的1.97倍;高磷水平下,磷酸一銨處理的磷肥利用率為20.09%,腐植酸增效磷肥(H1-P、H2-P、H3-P的平均值)和海藻酸增效磷肥(A1-P、A2-P、A3-P的平均值)處理分別為26.22%和30.82%,分別比磷酸一銨處理提高了6.13和10.19個百分點,谷氨酸增效磷肥(G1-P、G2-P、G3-P的平均值)處理的磷肥利用率與磷酸一銨基本相近。同一種增效磷肥中,隨肥料中增效劑添加量的增加,磷肥利用率呈現(xiàn)增加的趨勢(表6)。3討論3.1腐植酸類物質改善磷固定效果從試驗結果可以看出,同一施磷水平下,腐植酸增效劑的磷酸一銨各處理小麥產量、植株吸磷總量和磷肥利用率均比普通磷酸一銨有所增加,且均隨腐植酸添加量的增加呈增加的趨勢。Martine、Sinha、Weir等研究認為,有機物特別是腐植酸和富啡酸能溶解難溶性磷,通過絡合金屬元素形成腐植酸-金屬-磷酸鹽增加磷的移動性,從而減少磷的固定,提高磷的有效性;李麗等研究認為腐植酸與磷酸鹽反應形成不易被固定的有機-無機復合物而減少磷的固定;王日鑫等研究認為施用腐植酸類物質風化煤和泥炭能增加土壤中對植物有效性較高的Ca2-P等,而降低了植物難利用的Ca10-P。含腐植酸增效磷肥提高小麥產量和磷肥利用率的作用機理可能在于腐植酸富含有羰基、羧基、醇羥基、酚羥基等多種活性官能團,這些官能團具有較強的絡合、螯合和表面吸附能力,能螯(絡)合土壤中的鐵、鋁、鈣等陽離子,減少無機磷的固定。另外,腐植酸還能活化土壤中原有固定態(tài)的磷,增加土壤速效磷含量,促進作物根系對磷的吸收。本試驗還發(fā)現(xiàn),在不同施磷水平下,添加腐植酸的磷酸一銨各處理小麥穗數(shù)均比普通磷酸一銨有所增加,這可能與腐植酸具有刺激小麥生長和分蘗的作用有關,增加小麥穗數(shù)是提高小麥產量的因素之一。3.2海藻酸加入對磷酸一銨土壤中磷的降解發(fā)酵海藻液是通過富含蛋白質、氨基酸、無機鹽、維生素、褐藻膠和少量的酶、植物激素、多酚及多糖類等生理活性物質的海藻進行發(fā)酵而得,其主要成分是海藻酸。海藻酸是一種天然的螯合劑,能螯合土壤中的鈣、鎂、鐵、銅等陽離子,減少土壤中磷的固定,提高磷的有效性。劉紅芳和周紅梅等研究認為,海藻提取物能提高土壤Ca2-P和Al-P含量,降低土壤磷的固定,從而提高土壤中磷的有效性。因此,將發(fā)酵海藻液添加到磷酸一銨中能減緩磷酸一銨被土壤固定,促進作物對磷的吸收,同時發(fā)酵海藻液也可以活化土壤中原有固定態(tài)磷,提高土壤的供磷水平。這可能是含海藻酸增效磷肥提高小麥產量、磷素吸收和磷肥利用率的原因。另外,本試驗中添加海藻發(fā)酵液的磷酸一銨各處理均能增加小麥穗數(shù),且比普通磷酸一銨有所增加,這可能與發(fā)酵液中含有一些刺激植物生長的生理活性物質有關,說明通過促進和提高小麥分蘗成穗率是含海藻酸增效磷肥提高小麥產量的原因之一。3.3聚合物類物質前人的研究結果表明,添加氨基酸的肥料具有促進植物分蘗、根系生長、葉色轉綠和作物增產等效應。聚合氨基酸作為含有羧基功能團的有機酸之一,能結合養(yǎng)分離子,通過絡合作用形成有生物活性類的聚合物,可能會增加磷肥的有效性,從而提高磷肥的利用率。從試驗中可以看出,與普通磷酸一銨相比,添加聚合氨基酸的磷酸一銨各處理并沒有表現(xiàn)出明顯的增產效果,其原因有待于進一步研究。3.4麥植物磷素分配研究表明,適量施磷可顯著提高冬小麥產量,高量施磷,由于冬小麥生長后期貪青晚熟,磷素向子粒的轉移滯后,或者是磷素養(yǎng)分庫容量的限制,冬小麥不能將磷素養(yǎng)分充分地分配到子粒中形成經濟產量,導致冬小麥產量有所降低。另外,本試驗土壤速效磷(P2O5)含量達到10.51mg/kg,土壤本身能夠提供部分磷素,進而導致增施高磷的各處理沒有表現(xiàn)出增產效果。本試驗還發(fā)現(xiàn),無論是低磷水平還是高磷水平,增效磷肥各處理小麥含磷量與磷酸一銨基本相近或者略低,可能是由于增效磷肥增加了小麥子粒產量而引起養(yǎng)分的稀釋效應,使得增效磷肥處理小麥含磷量比磷酸一銨略低。4不同時期增效劑對小麥磷素的影響1)與磷酸一銨相比,低磷水平下,增效磷肥處理小麥產量提高9.74%~33.54%,其中以含海藻酸增效磷肥增產幅度最大,腐植酸增效磷肥次之,谷氨酸增效磷肥增效效果最小;高磷水平含腐植酸增效磷肥和海藻酸增效磷肥處理的小麥產量分別比磷酸一銨增加26.81%和30.65%。低磷和高磷水平下,不同增效磷