硝化抑制剂型包膜肥料对玉米生理特性、产量、品质的影响

硝化抑制剂型包膜肥料对玉米生理特性、产量、品质的影响宋以玲;贺明荣;张吉旺;邱现奎;陈学涛;董元杰【摘要】为确定新型的、具有缓释效果的硝化抑制剂添加型自制包膜肥料的性能,以玉米品种五岳206为材料,采取随机区组的大田试验设计方案,设6个处理,分别为不施肥(ck),施用普通复合肥(CCF),施用树脂包膜复合肥(CRF),施用m(被包裹的普通复合肥)：m(无机一有机混合包裹剂):m(双氰胺)=1.00:0.25:0.01(FCRF1),1.00:0.25:0.02(FCRF2),1.00:0.25:0.04(FCRF3)的自制包膜复合肥，按照N,P2O5,K2O为150kg/hm2的施用量作为基肥一次性施人,考察其对大田玉米生理特性、产量和品质的影响.结果表明,与施用普通复合肥料相比,施用3种添加了硝化抑制剂双氰胺的自制包膜缓释肥料能显著增强玉米后期的光合性能,提高玉米叶片内抗氧化物酶(SOD,POD,CAT)的活性和可溶性蛋白含量，同时降低叶片内MDA的含量;改善了玉米的农艺学性状,其生物产量提高了57.2％,64.6％,74.4％;籽粒产量提高了24.0％,31.4％,35.8％;改善了玉米籽粒的品质,提高了籽粒中淀粉、蛋白质、维生素C含量•新型硝化抑制剂型自制包膜缓释肥料对大田玉米的生长、发育均起促进作用，且以FCRF3的肥料所产生的效果最明显.期刊名称】《河北科技师范学院学报》年(卷),期】2015(029)001【总页数】7页(P6-11,80)关键词】包膜缓释肥;硝化抑制剂;玉米;生理特性;产量;品质作者】宋以玲;贺明荣;张吉旺;邱现奎;陈学涛;董元杰【作者单位】山东农业大学资源与环境学院,土肥资源高效利用国家工程实验室,山东泰安,271018;山东农业大学农学院;山东农业大学农学院;山东农业大学资源与环境学院,土肥资源高效利用国家工程实验室,山东泰安,271018;山东泉林纸业有限责任公司;山东农业大学资源与环境学院,土肥资源高效利用国家工程实验室,山东泰安,271018【正文语种】中文【中图分类】S143.1;S513近年来，在国内外缓/控释肥料已成为新型肥料的研究热点，已经进行了大量的应用研究［1，2］。自21世纪初，国内也开展了对缓/控释肥料研制与肥效的研究［3］。先前的研究表明，缓/控释肥料将是21世纪肥料产业的发展方向，并将其称为“智能型”或“环境友好型”肥料［4］。然而，现有缓/控释肥料仍存在一定的缺陷，主要表现为：研制的设备耗能大；包膜材料难降解，易对土壤、水体造成二次污染且成本高等特点，其主要原因是采用难降解的有机材料作为溶剂和包膜材料［5］。因此，从原料上寻找高效、低廉、环保、性能良好的包膜材料，及从生产工艺上寻找操作简单、方便、低耗的工艺流程，是当今研制新型的包膜缓/控释肥料的主要发展方向⑹。另外，据测算我国从1985~1996年，仅仅氮的损失就达1980亿元，而且硝态氮淋失更为严重［7］。把硝化抑制剂应用于肥料中，作为氮素释放的调节剂对大田作物生长的影响及其作用效果、有效的作用量目前还缺乏足够的研究。因此，筛选低廉、无毒、无污染、控氮良好的硝化抑制剂来提高氮肥的利用率，减少氮的损失及其对土壤、水体、大气等造成的污染具有重要的研究价值。本次研究借鉴近年来国内外缓释肥料开发利用上的先进经验以及我国资源现状，有针对性地筛选沸石、粉煤灰、金属磷酸盐等无机矿物与有机黏合剂聚乙烯醇混合作为薄膜材料包膜，同时以双氰胺作为硝化抑制剂，研制不同硝化抑制剂含量的无机矿物包膜缓释肥料，并应用于大田玉米上，对其整个生育期的生长特性和最终产量品质进行测定分析。最终探讨硝化抑制剂型粉煤灰包膜肥料对大田玉米生长所产生的效果，确定硝化抑制剂型新型包膜缓释肥料的肥效及其实用价值，以其为新型包膜肥料的研制提供新的研究思路和理论依据。供试材料试验在山东省泰安市山东农业大学南校区实验站进行，试验区土壤类型为棕壤，质地为黏壤土。试验前耕层土壤的基础地力为：全氮0.62g/kg，碱解氮46.5mg/kg，速效磷(Olsen-P)22.5mg/kg，速效钾(NH4OAc-K)106.12mg/kg，有机质14.1g/kg。供试玉米品种：五岳206。供试肥料：①普通复合肥(w(N)=0.15，w(P2O5)=0.15，w(K2O)=0.15);②树脂包膜复合肥(w(N)=0.14，w(P2O5)=0.14，w(K2O)=0.14)；③自制包膜复合肥:以普通复合肥(w(N)=0.15，w(P2O5)=0.15，w(K2O)=0.15)为肥料核心，包膜材料为粉煤灰、沸石、聚乙烯醇(PVA)等制成的无机一有机混合包裹剂，并加入双氰胺(硝化抑制剂)配合包膜。无机—有机混合包裹剂用量为被包裹肥料质量的0.25倍，双氰胺用量为被包裹肥料质量的0.01,0.02,0.04倍等3个用量，即自制的包膜复合肥中，m(被包裹的普通复合肥)：m(无机一有机混合包裹剂)：m(双氰胺)=1.00:0.25:0.01,1.00:0.25:0.02,1.00:0.25:0.04。试验设计采取随机区组的大田试验设计方案，每个小区面积为12m2。共6个处理，分别为：T1不施肥(ck);T2施用普通复合肥(CCF);T3施用树脂包膜复合肥(CRF);T4施用含有肥料质量0.01倍硝化抑制剂的粉煤灰包膜肥料(FCRF1);T5施用含有肥料质量0.02倍硝化抑制剂的粉煤灰包膜肥料(FCRF2);T6施用含有肥料质量0.04倍硝化抑制剂的粉煤灰包膜肥料(FCRF3);每个处理设3次重复。按照N,P2O5,K20为150kg/hm2的施用量作为基肥一次性施入。每个小区1畦，每畦3行，株行距40cmx30cm,采用开沟条施的施肥方式，幼苗末间苗每穴留1株玉米，收获时各处理选取10株玉米，称每株质量及籽粒质量，统计千粒质量，进而估计生物产量和经济产量，其它管理措施与当地普通大田相同。测定项目及方法叶绿素值及光合、蒸腾参数的测定：叶绿素含量采用SPAD-502叶绿素测定仪(北京合众博普科技发展有限公司)测定玉米叶片的SPAD值，每片叶测定3个点，测多个叶片取平均值。叶片光合速率和蒸腾速率在早上8:00-10:00间采用便携式光合蒸腾仪CB1102(北京康富来科技有限公司)测定。玉米叶片酶(SOD,POD,CAT)活性及可溶性蛋白和MDA含量的测定：酶液提取，除去叶片主脉剪碎，称0.5g放入研钵中，加4mL(0.5mol/LpH7.8)的磷酸缓冲液，冰浴研磨倒入离心管中，10000g冷冻(4°C)离心20min，上清液即酶液，0-4C保存待用，飞鸽冷冻离心机(上海安亭科学仪器厂)。采用氮蓝四唑(NBT)法测超氧化物歧化酶(SOD)活性；采用愈创木酚法测过氧化物酶(POD)活性；采用紫外吸收法测过氧化氢酶(CAT)活性。采用硫代巴比妥酸法测丙二醛(MDA)含量，采用考马斯亮蓝G250法测可溶性蛋白含量［8］，采用UV-2000紫外可见分光光度计(上海精密仪器仪表有限公司)比色。玉米产量测定：收获后晒干，测定生物、籽粒产量。玉米籽粒品质测定：采用微量凯氏法测蛋白质含量，采用FOSS全自动凯氏定氮仪KJELTEC2300(上海瑞玢国际贸易有限公司)；采用蔥酮比色法测可溶性糖、淀粉含量；采用2'6-二氯靛酚比色法测维生素C含量［9］。1.4数据统计分析采用DPS7.05数据处理系统对数据进行统计分析，采用LSD法比较，用MicrosoftOfficeExcel2003制作有关图表。2.1不同施肥处理对玉米叶片叶绿素值的影响在玉米的整个生育期内，与不施肥处理(ck)相比，肥料施用可不同程度地提高玉米叶片叶绿素含量(图1)，拔节期施用包膜复合肥料(CRF，FCRF1,FCRF2，FCRF3)处理与施用普通肥料(CCF)处理相比，差异不显著；进入抽雄期后，玉米叶片叶绿素含量都有所提高，且施用包膜复合肥处理所产生的效果高于施用普通复合肥处理，其提高率为分别为7.7%，8.1%，5.9%和11.1%；进入灌浆期后，施用肥料处理的玉米叶片的叶绿素值在整个生育期处于最高值，即叶绿素含量达到了最高点，不施肥处理(ck)的玉米叶片的叶绿素值开始降低，而此时期是提高作物产量的关键时期。可通过提高色素的含量来增强玉米叶片的光合作用，促进植物体内碳水化合物的合成，来保证玉米籽多粒饱；灌浆期到成熟期叶片叶绿素值均开始降低，这可能是由于玉米植株已经把制造的光合产物贮存转运到籽粒中，到达生育后期植株开始缓慢衰老所致。但是施用自制包膜缓释肥的3个处理(FCRF1,FCRF2，FCRF3)的玉米叶片的叶绿素值仍显著高于施用普通肥料和施用树脂包膜肥处理的，分别高出29.4%，27.7%，27.5%和18.2%，16.7%，16.4%。由此看出，施用3种自制包膜缓释肥料可以延缓玉米植株的衰老，在生育后期继续制造有机物质，提高籽粒的饱满程度。此外，3种添加有硝化抑制剂的肥料中以m(被包裹的普通复合肥)：m(无机一有机混合包裹剂)：m(双氰胺)=1.00：0.25:0.01(FCRF1)对玉米叶片叶绿素含量的提高作用最明显，并且对玉米叶片叶绿素含量的调节作用优于施用树脂包膜肥料的，这可能主要是由于自制包膜缓释肥料能更好的控制养分释放速率，能在玉米生长的后期持续供给其生长所要的营养元素，维持作物正常的代谢活动，延缓植株的衰老，提高作物的产量。2.2不同施肥处理对玉米叶片净光合速率和蒸腾速率的影响本次试验中，玉米叶片的净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)有着相同的变化趋势(图2） 。施肥可不同程度地提高玉米叶片的Pn值和Tr值，在玉米生长的4个生育期中，叶片净光合速率和蒸腾速率均呈现出先升高后降低的趋势，且灌浆期最大。在拔节期时施用普通肥料的处理对Pn值的促进效果要高于施用包膜缓释肥料的，而从抽雄期到成熟期，其效果要低于施用3种自制包膜缓释肥料处理的。灌浆期是玉米生长的关键期，叶片进行光合作用的最强期，提高作物产量的重要期。本次试验中，各处理的Pn值由高到低依次为FCRF3，FCRF2，CRF，FCRF1,CCF，ck（图2（a））。施用3种自制包膜缓释肥料处理与施用普通肥料处理相比，叶片的Pn值显著提高了6.0%，9.1%和11.3%，且FCRF2和FCRF3处理的还高于施用树脂包膜肥料处理的。到玉米成熟期，施用3种自制包膜缓释肥料处理的Pn值与施用树脂包膜肥料的相比，又分别提高38.4%，2.4%和25.1%，这说明自制包膜缓释肥料在玉米生长后期仍能显著的促进其叶片的净光合速率。灌浆期也是玉米叶片蒸腾速率最高的时期，施用3种自制包膜缓释肥料的处理与施用普通肥料的处理相比，叶片Tr值分别提高5.0%，5.4%和14.0%（图2（b））。到玉米成熟期，施用3种自制包膜缓释肥料处理的Tr值比施用普通肥料处理的更显著提高了22.1%，40.6%和30.6%，表明自制包膜缓释肥料在玉米生长后期提高其光合速率的同时也提高了其蒸腾速率。本次试验结果还可以看出，玉米叶片的光合速率与蒸腾速率与叶绿素值的变化趋势相似，这主要是由于叶绿素含量的多少直接影响着作物对光能的吸收和转换，影响捕获光能并转化成化学能的能力，影响净光合速率、蒸腾速率，胞间CO2浓度的变化，改变光系统的光化学活性，影响光合电子传递途径，影响到光能的转化效率，影响作物体内有机物质的合成与转换，最终影响到作物的产量和品质。不同施肥处理对玉米叶片内酶活性、可溶性蛋白含量和丙二醛含量的影响与不施肥（ck）相比，施肥能不同程度地提高灌浆期玉米叶片中各种保护酶活性（图3） 。施用3种自制包膜缓释肥料的处理与施用普通肥料的处理相比，植株体内SOD活性显著提高了110.0%,303.0%,269.1%(图3(a))，同时POD和CAT活性也分别提高了44.8%，13.2%，28.4%(图3(b))和5.7%，26.6%，14.8%(图3(c))。由此看出，3种自制包膜缓释肥料能通过提高保护酶的活性来提高玉米叶片抗性、生理活性，从而提高整株作物的抗性，维持植物体内正常的代谢活动，保护植株，延缓衰老。施肥处理可不同程度地提高玉米叶片内可溶性蛋白的质量分数，降低MDA的累积量，其可溶性蛋白质量分数的提高幅度在84.1%~117.5%之间，并且施用包膜缓释肥料的各处理(CRF,FCRF1,FCRF2,FCRF3)比施用普通肥料处理的分别提高了5.8%，6.1%，3.9%，18.2%，但仅施用FCRF3处理的与施用普通肥料处理的之间差异显著(表1)。同时，施用3种自制包膜缓释肥处理(FCRF1,FCRF2,FCRF3)与不施肥处理相比，显著降低了玉米叶片内MDA含量，分别降低了33.7%，41.8%，36.4%，但高于普通肥料处理的。表明施肥能够通过提高叶片内可溶性蛋白的质量分数，降低植物体内过氧化物质的累积量，提高植物体的代谢活性，减轻质膜的氧化程度，保护生物膜的完整性，在玉米生育中后期延缓植物体的衰老，维持植物体正常的生命代谢活动。不同施肥处理对玉米产量和品质的影响本次试验中，施肥处理对玉米产量均有增产效果，并且施用控释肥料可显著地提高玉米的籽粒产量和生物产量(表2)。籽粒产量的增产幅度为21.9%~65.5%，处理间存在显著性差异。施用3种自制包膜缓释肥料处理(FCRF1,FCRF2,FCRF3)与施用普通肥料处理相比，籽粒产量显著提高了24.0%，31.4%，35.8%。施肥处理(CCF,CRF,FCRF1,FCRF2,FCRF3)也显著提高了玉米生物产量，与不施肥处理相比，分别提高了18.3%，38.4%，86.0%，94.7%，106.2%；施用3种自制包膜缓释肥料的处理与施用普通肥料的处理相比，分别提高了57.2%，64.6%，74.4%，与施用树脂包膜肥料的处理相比，同样显著提高了34.4%，40.7%，65.5%，且均以m（被包裹的普通复合肥）：m（无机一有机混合包裹剂）：m（双氰胺）=1.00:0.25:0.04的自制包膜肥料增产效果最明显。出现以上结果的原因可能是普通控释肥料养分释放速度太快且不完全而导致作物生育后期养分供给不足，而3种自制包膜缓释肥养分释放速率较慢，后期仍能持续释放养分，供作物生长所需，自制硝化抑制剂型缓释肥料其养分释放规律更适合玉米的养分吸收规律。作物在生育后期仍能保持较强的生命活性，制造累积更多的有机物质，从而提高玉米的籽粒产量和生物产量。施用肥料对玉米的品质也有一定的影响。本次试验中，施肥处理提高了玉米籽粒中淀粉的质量分数，提高幅度为18.1%~76.7%,3种自制包膜缓释肥料除FCRF1处理外，玉米籽粒中的淀粉质量分数显著高于普通肥料处理的，且FCRF2和FCRF3处理的籽粒中淀粉质量分数还高于施用树脂包膜肥料处理的，提高了7.7%和28.7%（图4）。施肥处理同样提高了玉米籽粒中蛋白质和粗脂肪的质量分数，施用3种自制包膜缓释肥料处理与施用普通肥料处理相比，蛋白质质量分数显著提高了61.4%,74.4%和113.8%，且FCRF3处理的显著高于施用树脂包膜缓释肥处理的，提高了21.48%；与不施肥相比，脂肪质量分数提高了9.3%，7.8%和2.1%，与施用普通肥料相比，FCRF3处理的却有所降低。另外，可溶性糖的质量分数会影响到玉米的食用口感，Vc可作为一种高活性物质，参与许多新陈代谢过程，具有提高植物抵抗衰老和逆境的作用，同时也是人体所必需的一种营养物质。施用肥料可明显提高玉米籽粒中可溶性糖和Vc的质量分数，但施用3种自制包膜缓释肥处理的与施用普通肥料处理的相比差异不显著（表2）。施用3种自制包膜缓释肥料处理中，玉米籽粒中淀粉、蛋白质、可溶性糖的质量分数、Vc的质量分数均以FCRF3的处理提高效果最明显，而FCRF1的处理对粗脂肪质量分数的影响最显著。产生上述结果的原因可能是硝化抑制剂主要控制氮素的释放速率，提高了玉米对氮素的利用率，而氮素代谢又会直接影响到籽粒中淀粉、蛋白质及可溶性糖的合成，所以直接提高了与氮素代谢有关的指标。在本次试验条件下，与施用普通复合肥相比：施用3种自制包膜缓释肥能显著改善玉米叶片生长后期光合性能、提高叶绿含量；提高了灌浆期玉米叶片SOD,POD和CAT酶的活性及可溶性蛋白的质量分数，但MDA的质量摩尔浓度却有所提高；改善了玉米的农艺学性状，延缓了植株的衰老；提高了玉米籽粒中淀粉、蛋白质和Vc的质量分数，从而提高了玉米籽粒的品质。与施用普通肥料处理相比，施用3种自制包膜缓释肥料提高了玉米的籽粒产量和生物产量，其籽粒产量分别提高了24.0%，31.4%，35.8%；生物产量分别提高了57.2%,64.6%,74.4%。施用m(被包裹的普通复合肥)：m(无机一有机混合包裹剂)：m(双氰胺)=1.00:0.25:0.04的缓释肥料与施用树脂包膜缓释肥相比，玉米籽粒产量与生物产量分别提高了1.7%，65.5%，且对玉米生理特性和产量