硝化抑制劑型包膜肥料對玉米生理特性、產(chǎn)量、品質(zhì)的影響

硝化抑制劑型包膜肥料對玉米生理特性、產(chǎn)量、品質(zhì)的影響宋以玲;賀明榮;張吉旺;邱現(xiàn)奎;陳學濤;董元杰【摘要】為確定新型的、具有緩釋效果的硝化抑制劑添加型自制包膜肥料的性能,以玉米品種五岳206為材料,采取隨機區(qū)組的大田試驗設(shè)計方案,設(shè)6個處理,分別為不施肥(ck),施用普通復合肥(CCF),施用樹脂包膜復合肥(CRF),施用m(被包裹的普通復合肥)：m(無機一有機混合包裹劑):m(雙氰胺)=1.00:0.25:0.01(FCRF1),1.00:0.25:0.02(FCRF2),1.00:0.25:0.04(FCRF3)的自制包膜復合肥，按照N,P2O5,K2O為150kg/hm2的施用量作為基肥一次性施人,考察其對大田玉米生理特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響.結(jié)果表明,與施用普通復合肥料相比,施用3種添加了硝化抑制劑雙氰胺的自制包膜緩釋肥料能顯著增強玉米后期的光合性能,提高玉米葉片內(nèi)抗氧化物酶(SOD,POD,CAT)的活性和可溶性蛋白含量，同時降低葉片內(nèi)MDA的含量;改善了玉米的農(nóng)藝學性狀,其生物產(chǎn)量提高了57.2％,64.6％,74.4％;籽粒產(chǎn)量提高了24.0％,31.4％,35.8％;改善了玉米籽粒的品質(zhì),提高了籽粒中淀粉、蛋白質(zhì)、維生素C含量?新型硝化抑制劑型自制包膜緩釋肥料對大田玉米的生長、發(fā)育均起促進作用，且以FCRF3的肥料所產(chǎn)生的效果最明顯.期刊名稱】《河北科技師范學院學報》年(卷),期】2015(029)001【總頁數(shù)】7頁(P6-11,80)關(guān)鍵詞】包膜緩釋肥;硝化抑制劑;玉米;生理特性;產(chǎn)量;品質(zhì)作者】宋以玲;賀明榮;張吉旺;邱現(xiàn)奎;陳學濤;董元杰【作者單位】山東農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院,土肥資源高效利用國家工程實驗室,山東泰安,271018;山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院;山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院;山東農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院,土肥資源高效利用國家工程實驗室,山東泰安,271018;山東泉林紙業(yè)有限責任公司;山東農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院,土肥資源高效利用國家工程實驗室,山東泰安,271018【正文語種】中文【中圖分類】S143.1;S513近年來，在國內(nèi)外緩/控釋肥料已成為新型肥料的研究熱點，已經(jīng)進行了大量的應(yīng)用研究［1，2］。自21世紀初，國內(nèi)也開展了對緩/控釋肥料研制與肥效的研究［3］。先前的研究表明，緩/控釋肥料將是21世紀肥料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，并將其稱為“智能型”或“環(huán)境友好型”肥料［4］。然而，現(xiàn)有緩/控釋肥料仍存在一定的缺陷，主要表現(xiàn)為：研制的設(shè)備耗能大；包膜材料難降解，易對土壤、水體造成二次污染且成本高等特點，其主要原因是采用難降解的有機材料作為溶劑和包膜材料［5］。因此，從原料上尋找高效、低廉、環(huán)保、性能良好的包膜材料，及從生產(chǎn)工藝上尋找操作簡單、方便、低耗的工藝流程，是當今研制新型的包膜緩/控釋肥料的主要發(fā)展方向⑹。另外，據(jù)測算我國從1985~1996年，僅僅氮的損失就達1980億元，而且硝態(tài)氮淋失更為嚴重［7］。把硝化抑制劑應(yīng)用于肥料中，作為氮素釋放的調(diào)節(jié)劑對大田作物生長的影響及其作用效果、有效的作用量目前還缺乏足夠的研究。因此，篩選低廉、無毒、無污染、控氮良好的硝化抑制劑來提高氮肥的利用率，減少氮的損失及其對土壤、水體、大氣等造成的污染具有重要的研究價值。本次研究借鑒近年來國內(nèi)外緩釋肥料開發(fā)利用上的先進經(jīng)驗以及我國資源現(xiàn)狀，有針對性地篩選沸石、粉煤灰、金屬磷酸鹽等無機礦物與有機黏合劑聚乙烯醇混合作為薄膜材料包膜，同時以雙氰胺作為硝化抑制劑，研制不同硝化抑制劑含量的無機礦物包膜緩釋肥料，并應(yīng)用于大田玉米上，對其整個生育期的生長特性和最終產(chǎn)量品質(zhì)進行測定分析。最終探討硝化抑制劑型粉煤灰包膜肥料對大田玉米生長所產(chǎn)生的效果，確定硝化抑制劑型新型包膜緩釋肥料的肥效及其實用價值，以其為新型包膜肥料的研制提供新的研究思路和理論依據(jù)。供試材料試驗在山東省泰安市山東農(nóng)業(yè)大學南校區(qū)實驗站進行，試驗區(qū)土壤類型為棕壤，質(zhì)地為黏壤土。試驗前耕層土壤的基礎(chǔ)地力為：全氮0.62g/kg，堿解氮46.5mg/kg，速效磷(Olsen-P)22.5mg/kg，速效鉀(NH4OAc-K)106.12mg/kg，有機質(zhì)14.1g/kg。供試玉米品種：五岳206。供試肥料：①普通復合肥(w(N)=0.15，w(P2O5)=0.15，w(K2O)=0.15);②樹脂包膜復合肥(w(N)=0.14，w(P2O5)=0.14，w(K2O)=0.14)；③自制包膜復合肥:以普通復合肥(w(N)=0.15，w(P2O5)=0.15，w(K2O)=0.15)為肥料核心，包膜材料為粉煤灰、沸石、聚乙烯醇(PVA)等制成的無機一有機混合包裹劑，并加入雙氰胺(硝化抑制劑)配合包膜。無機—有機混合包裹劑用量為被包裹肥料質(zhì)量的0.25倍，雙氰胺用量為被包裹肥料質(zhì)量的0.01,0.02,0.04倍等3個用量，即自制的包膜復合肥中，m(被包裹的普通復合肥)：m(無機一有機混合包裹劑)：m(雙氰胺)=1.00:0.25:0.01,1.00:0.25:0.02,1.00:0.25:0.04。試驗設(shè)計采取隨機區(qū)組的大田試驗設(shè)計方案，每個小區(qū)面積為12m2。共6個處理，分別為：T1不施肥(ck);T2施用普通復合肥(CCF);T3施用樹脂包膜復合肥(CRF);T4施用含有肥料質(zhì)量0.01倍硝化抑制劑的粉煤灰包膜肥料(FCRF1);T5施用含有肥料質(zhì)量0.02倍硝化抑制劑的粉煤灰包膜肥料(FCRF2);T6施用含有肥料質(zhì)量0.04倍硝化抑制劑的粉煤灰包膜肥料(FCRF3);每個處理設(shè)3次重復。按照N,P2O5,K20為150kg/hm2的施用量作為基肥一次性施入。每個小區(qū)1畦，每畦3行，株行距40cmx30cm,采用開溝條施的施肥方式，幼苗末間苗每穴留1株玉米，收獲時各處理選取10株玉米，稱每株質(zhì)量及籽粒質(zhì)量，統(tǒng)計千粒質(zhì)量，進而估計生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量，其它管理措施與當?shù)仄胀ù筇锵嗤y定項目及方法葉綠素值及光合、蒸騰參數(shù)的測定：葉綠素含量采用SPAD-502葉綠素測定儀(北京合眾博普科技發(fā)展有限公司)測定玉米葉片的SPAD值，每片葉測定3個點，測多個葉片取平均值。葉片光合速率和蒸騰速率在早上8:00-10:00間采用便攜式光合蒸騰儀CB1102(北京康富來科技有限公司)測定。玉米葉片酶(SOD,POD,CAT)活性及可溶性蛋白和MDA含量的測定：酶液提取，除去葉片主脈剪碎，稱0.5g放入研缽中，加4mL(0.5mol/LpH7.8)的磷酸緩沖液，冰浴研磨倒入離心管中，10000g冷凍(4°C)離心20min，上清液即酶液，0-4C保存待用，飛鴿冷凍離心機(上海安亭科學儀器廠)。采用氮藍四唑(NBT)法測超氧化物歧化酶(SOD)活性；采用愈創(chuàng)木酚法測過氧化物酶(POD)活性；采用紫外吸收法測過氧化氫酶(CAT)活性。采用硫代巴比妥酸法測丙二醛(MDA)含量，采用考馬斯亮藍G250法測可溶性蛋白含量［8］，采用UV-2000紫外可見分光光度計(上海精密儀器儀表有限公司)比色。玉米產(chǎn)量測定：收獲后曬干，測定生物、籽粒產(chǎn)量。玉米籽粒品質(zhì)測定：采用微量凱氏法測蛋白質(zhì)含量，采用FOSS全自動凱氏定氮儀KJELTEC2300(上海瑞玢國際貿(mào)易有限公司)；采用蔥酮比色法測可溶性糖、淀粉含量；采用2'6-二氯靛酚比色法測維生素C含量［9］。1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用DPS7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用LSD法比較，用MicrosoftOfficeExcel2003制作有關(guān)圖表。2.1不同施肥處理對玉米葉片葉綠素值的影響在玉米的整個生育期內(nèi)，與不施肥處理(ck)相比，肥料施用可不同程度地提高玉米葉片葉綠素含量(圖1)，拔節(jié)期施用包膜復合肥料(CRF，F(xiàn)CRF1,FCRF2，F(xiàn)CRF3)處理與施用普通肥料(CCF)處理相比，差異不顯著；進入抽雄期后，玉米葉片葉綠素含量都有所提高，且施用包膜復合肥處理所產(chǎn)生的效果高于施用普通復合肥處理，其提高率為分別為7.7%，8.1%，5.9%和11.1%；進入灌漿期后，施用肥料處理的玉米葉片的葉綠素值在整個生育期處于最高值，即葉綠素含量達到了最高點，不施肥處理(ck)的玉米葉片的葉綠素值開始降低，而此時期是提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵時期?？赏ㄟ^提高色素的含量來增強玉米葉片的光合作用，促進植物體內(nèi)碳水化合物的合成，來保證玉米籽多粒飽；灌漿期到成熟期葉片葉綠素值均開始降低，這可能是由于玉米植株已經(jīng)把制造的光合產(chǎn)物貯存轉(zhuǎn)運到籽粒中，到達生育后期植株開始緩慢衰老所致。但是施用自制包膜緩釋肥的3個處理(FCRF1,FCRF2，F(xiàn)CRF3)的玉米葉片的葉綠素值仍顯著高于施用普通肥料和施用樹脂包膜肥處理的，分別高出29.4%，27.7%，27.5%和18.2%，16.7%，16.4%。由此看出，施用3種自制包膜緩釋肥料可以延緩玉米植株的衰老，在生育后期繼續(xù)制造有機物質(zhì)，提高籽粒的飽滿程度。此外，3種添加有硝化抑制劑的肥料中以m(被包裹的普通復合肥)：m(無機一有機混合包裹劑)：m(雙氰胺)=1.00：0.25:0.01(FCRF1)對玉米葉片葉綠素含量的提高作用最明顯，并且對玉米葉片葉綠素含量的調(diào)節(jié)作用優(yōu)于施用樹脂包膜肥料的，這可能主要是由于自制包膜緩釋肥料能更好的控制養(yǎng)分釋放速率，能在玉米生長的后期持續(xù)供給其生長所要的營養(yǎng)元素，維持作物正常的代謝活動，延緩植株的衰老，提高作物的產(chǎn)量。2.2不同施肥處理對玉米葉片凈光合速率和蒸騰速率的影響本次試驗中，玉米葉片的凈光合速率(Pn)和蒸騰速率(Tr)有著相同的變化趨勢(圖2） 。施肥可不同程度地提高玉米葉片的Pn值和Tr值，在玉米生長的4個生育期中，葉片凈光合速率和蒸騰速率均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，且灌漿期最大。在拔節(jié)期時施用普通肥料的處理對Pn值的促進效果要高于施用包膜緩釋肥料的，而從抽雄期到成熟期，其效果要低于施用3種自制包膜緩釋肥料處理的。灌漿期是玉米生長的關(guān)鍵期，葉片進行光合作用的最強期，提高作物產(chǎn)量的重要期。本次試驗中，各處理的Pn值由高到低依次為FCRF3，F(xiàn)CRF2，CRF，F(xiàn)CRF1,CCF，ck（圖2（a））。施用3種自制包膜緩釋肥料處理與施用普通肥料處理相比，葉片的Pn值顯著提高了6.0%，9.1%和11.3%，且FCRF2和FCRF3處理的還高于施用樹脂包膜肥料處理的。到玉米成熟期，施用3種自制包膜緩釋肥料處理的Pn值與施用樹脂包膜肥料的相比，又分別提高38.4%，2.4%和25.1%，這說明自制包膜緩釋肥料在玉米生長后期仍能顯著的促進其葉片的凈光合速率。灌漿期也是玉米葉片蒸騰速率最高的時期，施用3種自制包膜緩釋肥料的處理與施用普通肥料的處理相比，葉片Tr值分別提高5.0%，5.4%和14.0%（圖2（b））。到玉米成熟期，施用3種自制包膜緩釋肥料處理的Tr值比施用普通肥料處理的更顯著提高了22.1%，40.6%和30.6%，表明自制包膜緩釋肥料在玉米生長后期提高其光合速率的同時也提高了其蒸騰速率。本次試驗結(jié)果還可以看出，玉米葉片的光合速率與蒸騰速率與葉綠素值的變化趨勢相似，這主要是由于葉綠素含量的多少直接影響著作物對光能的吸收和轉(zhuǎn)換，影響捕獲光能并轉(zhuǎn)化成化學能的能力，影響凈光合速率、蒸騰速率，胞間CO2濃度的變化，改變光系統(tǒng)的光化學活性，影響光合電子傳遞途徑，影響到光能的轉(zhuǎn)化效率，影響作物體內(nèi)有機物質(zhì)的合成與轉(zhuǎn)換，最終影響到作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。不同施肥處理對玉米葉片內(nèi)酶活性、可溶性蛋白含量和丙二醛含量的影響與不施肥（ck）相比，施肥能不同程度地提高灌漿期玉米葉片中各種保護酶活性（圖3） 。施用3種自制包膜緩釋肥料的處理與施用普通肥料的處理相比，植株體內(nèi)SOD活性顯著提高了110.0%,303.0%,269.1%(圖3(a))，同時POD和CAT活性也分別提高了44.8%，13.2%，28.4%(圖3(b))和5.7%，26.6%，14.8%(圖3(c))。由此看出，3種自制包膜緩釋肥料能通過提高保護酶的活性來提高玉米葉片抗性、生理活性，從而提高整株作物的抗性，維持植物體內(nèi)正常的代謝活動，保護植株，延緩衰老。施肥處理可不同程度地提高玉米葉片內(nèi)可溶性蛋白的質(zhì)量分數(shù)，降低MDA的累積量，其可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)的提高幅度在84.1%~117.5%之間，并且施用包膜緩釋肥料的各處理(CRF,FCRF1,FCRF2,FCRF3)比施用普通肥料處理的分別提高了5.8%，6.1%，3.9%，18.2%，但僅施用FCRF3處理的與施用普通肥料處理的之間差異顯著(表1)。同時，施用3種自制包膜緩釋肥處理(FCRF1,FCRF2,FCRF3)與不施肥處理相比，顯著降低了玉米葉片內(nèi)MDA含量，分別降低了33.7%，41.8%，36.4%，但高于普通肥料處理的。表明施肥能夠通過提高葉片內(nèi)可溶性蛋白的質(zhì)量分數(shù)，降低植物體內(nèi)過氧化物質(zhì)的累積量，提高植物體的代謝活性，減輕質(zhì)膜的氧化程度，保護生物膜的完整性，在玉米生育中后期延緩植物體的衰老，維持植物體正常的生命代謝活動。不同施肥處理對玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響本次試驗中，施肥處理對玉米產(chǎn)量均有增產(chǎn)效果，并且施用控釋肥料可顯著地提高玉米的籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量(表2)。籽粒產(chǎn)量的增產(chǎn)幅度為21.9%~65.5%，處理間存在顯著性差異。施用3種自制包膜緩釋肥料處理(FCRF1,FCRF2,FCRF3)與施用普通肥料處理相比，籽粒產(chǎn)量顯著提高了24.0%，31.4%，35.8%。施肥處理(CCF,CRF,FCRF1,FCRF2,FCRF3)也顯著提高了玉米生物產(chǎn)量，與不施肥處理相比，分別提高了18.3%，38.4%，86.0%，94.7%，106.2%；施用3種自制包膜緩釋肥料的處理與施用普通肥料的處理相比，分別提高了57.2%，64.6%，74.4%，與施用樹脂包膜肥料的處理相比，同樣顯著提高了34.4%，40.7%，65.5%，且均以m（被包裹的普通復合肥）：m（無機一有機混合包裹劑）：m（雙氰胺）=1.00:0.25:0.04的自制包膜肥料增產(chǎn)效果最明顯。出現(xiàn)以上結(jié)果的原因可能是普通控釋肥料養(yǎng)分釋放速度太快且不完全而導致作物生育后期養(yǎng)分供給不足，而3種自制包膜緩釋肥養(yǎng)分釋放速率較慢，后期仍能持續(xù)釋放養(yǎng)分，供作物生長所需，自制硝化抑制劑型緩釋肥料其養(yǎng)分釋放規(guī)律更適合玉米的養(yǎng)分吸收規(guī)律。作物在生育后期仍能保持較強的生命活性，制造累積更多的有機物質(zhì)，從而提高玉米的籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量。施用肥料對玉米的品質(zhì)也有一定的影響。本次試驗中，施肥處理提高了玉米籽粒中淀粉的質(zhì)量分數(shù)，提高幅度為18.1%~76.7%,3種自制包膜緩釋肥料除FCRF1處理外，玉米籽粒中的淀粉質(zhì)量分數(shù)顯著高于普通肥料處理的，且FCRF2和FCRF3處理的籽粒中淀粉質(zhì)量分數(shù)還高于施用樹脂包膜肥料處理的，提高了7.7%和28.7%（圖4）。施肥處理同樣提高了玉米籽粒中蛋白質(zhì)和粗脂肪的質(zhì)量分數(shù)，施用3種自制包膜緩釋肥料處理與施用普通肥料處理相比，蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)顯著提高了61.4%,74.4%和113.8%，且FCRF3處理的顯著高于施用樹脂包膜緩釋肥處理的，提高了21.48%；與不施肥相比，脂肪質(zhì)量分數(shù)提高了9.3%，7.8%和2.1%，與施用普通肥料相比，F(xiàn)CRF3處理的卻有所降低。另外，可溶性糖的質(zhì)量分數(shù)會影響到玉米的食用口感，Vc可作為一種高活性物質(zhì)，參與許多新陳代謝過程，具有提高植物抵抗衰老和逆境的作用，同時也是人體所必需的一種營養(yǎng)物質(zhì)。施用肥料可明顯提高玉米籽粒中可溶性糖和Vc的質(zhì)量分數(shù)，但施用3種自制包膜緩釋肥處理的與施用普通肥料處理的相比差異不顯著（表2）。施用3種自制包膜緩釋肥料處理中，玉米籽粒中淀粉、蛋白質(zhì)、可溶性糖的質(zhì)量分數(shù)、Vc的質(zhì)量分數(shù)均以FCRF3的處理提高效果最明顯，而FCRF1的處理對粗脂肪質(zhì)量分數(shù)的影響最顯著。產(chǎn)生上述結(jié)果的原因可能是硝化抑制劑主要控制氮素的釋放速率，提高了玉米對氮素的利用率，而氮素代謝又會直接影響到籽粒中淀粉、蛋白質(zhì)及可溶性糖的合成，所以直接提高了與氮素代謝有關(guān)的指標。在本次試驗條件下，與施用普通復合肥相比：施用3種自制包膜緩釋肥能顯著改善玉米葉片生長后期光合性能、提高葉綠含量；提高了灌漿期玉米葉片SOD,POD和CAT酶的活性及可溶性蛋白的質(zhì)量分數(shù)，但MDA的質(zhì)量摩爾濃度卻有所提高；改善了玉米的農(nóng)藝學性狀，延緩了植株的衰老；提高了玉米籽粒中淀粉、蛋白質(zhì)和Vc的質(zhì)量分數(shù)，從而提高了玉米籽粒的品質(zhì)。與施用普通肥料處理相比，施用3種自制包膜緩釋肥料提高了玉米的籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量，其籽粒產(chǎn)量分別提高了24.0%，31.4%，35.8%；生物產(chǎn)量分別提高了57.2%,64.6%,74.4%。施用m(被包裹的普通復合肥)：m(無機一有機混合包裹劑)：m(雙氰胺)=1.00:0.25:0.04的緩釋肥料與施用樹脂包膜緩釋肥相比，玉米籽粒產(chǎn)量與生物產(chǎn)量分別提高了1.7%，65.5%，且對玉米生理特性和產(chǎn)量