王連林，張麗英，劉 莉，陳鐵成

(1.玉田縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 河北玉田 064100；2.灃田寶農(nóng)業(yè)科技有限公司 河北玉田 064109；3.唐山天予環(huán)境檢測(cè)有限公司 河北唐山 063009)

1 項(xiàng)目研究的背景

我國(guó)人民通過(guò)幾十年的努力解決了溫飽問(wèn)題，其中化肥的功勞占了一半。當(dāng)前，在我國(guó)耕地和糧食播種面積逐年下降的現(xiàn)實(shí)狀況下，提高單產(chǎn)是增加糧食總產(chǎn)的唯一途徑。然而，在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，多以增加化肥的投入量為主要解決方法，多數(shù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者認(rèn)為，只有多用肥，才能多打糧。這種做法完全違背“木桶理論”“最小養(yǎng)分率”和“報(bào)酬遞減律”，導(dǎo)致當(dāng)前肥料應(yīng)用步入以下三大誤區(qū)。

1.1 肥料用量與產(chǎn)量不成正比

原中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所曾希柏等專家研究表明：我國(guó)糧食單產(chǎn)大多為3 500～5 250 kg/hm2，糧食單產(chǎn)增產(chǎn)潛力一般為300～600 kg/hm2，增施化肥的增產(chǎn)效果一般為5～10 kg/kg(糧食/化肥)；從全國(guó)來(lái)看，東部地區(qū)雖然糧食生產(chǎn)潛力大，但是增產(chǎn)潛力很小，由于施肥量較大，增施化肥的增產(chǎn)效果不明顯[1]。

1.2 平均不等于平衡

早在20世紀(jì)90年代，原中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所金繼運(yùn)團(tuán)隊(duì)就開(kāi)始了“土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)法與平衡施肥技術(shù)”的研究，該項(xiàng)成果于1996年獲原農(nóng)業(yè)部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)，1999年獲國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)[2]。從此，各種形式的測(cè)土施肥工作在我國(guó)廣大地區(qū)推行，并初步形成了適應(yīng)當(dāng)前我國(guó)不同區(qū)域農(nóng)業(yè)狀況特點(diǎn)的土壤測(cè)試推薦施肥體系。2005年中央一號(hào)文件明確提出：“搞好沃土工程，推廣測(cè)土配方施肥”，自2005年起國(guó)家穩(wěn)步推進(jìn)測(cè)土配方施肥技術(shù)，截至2012年，測(cè)土配方施肥技術(shù)實(shí)施7年來(lái)，中央財(cái)政累計(jì)投入資金57億元，項(xiàng)目縣(場(chǎng)、單位)達(dá)2 498個(gè)，基本覆蓋所有農(nóng)業(yè)縣(場(chǎng))[3]。

平衡施肥技術(shù)是根據(jù)農(nóng)作物達(dá)到一定產(chǎn)量時(shí)所需要吸收的氮、磷、鉀養(yǎng)分?jǐn)?shù)量和種植該農(nóng)作物的土壤中所含有的氮、磷、鉀養(yǎng)分可供數(shù)量，二者綜合平衡之后提出的氮、磷、鉀需要量及各養(yǎng)分最佳比例的技術(shù)[4]。

但在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用肥體系中，許多化肥生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的復(fù)合肥以N-P2O5-K2O配合式15-15-15為主。近幾年又有公司研發(fā)出了更高含量配合式的復(fù)合肥，如17-17-17、18-18-18等，以平均的大量元素供給代替了平衡施肥。上述情況完全違背了作物生長(zhǎng)的需肥規(guī)律[5]。

1.3 高含量等于高科技

當(dāng)前，農(nóng)民用肥體現(xiàn)了三大導(dǎo)向：一是，聽(tīng)信銷售人員把高含量的復(fù)合肥(如N-P2O5-K2O配合式為19-19-19或20-20-20)作為高科技產(chǎn)品；二是，憑經(jīng)驗(yàn)選用肥料品種,即某種肥料施用效果較好,就以為是高科技產(chǎn)品，并連年施用,甚至所有作物都用同一化肥品種,用肥量也隨著對(duì)產(chǎn)量要求的提高不斷增加,而對(duì)實(shí)際的投入產(chǎn)出比并不清楚；三是，看別人用什么肥料就用什么肥料,聽(tīng)廣告宣傳購(gòu)買肥料,不去考慮土壤條件和作物需肥特性,長(zhǎng)期施用一個(gè)肥料品種,造成土壤養(yǎng)分失衡[6]。

破解上述三大誤區(qū)，必須明確化肥研發(fā)、生產(chǎn)與使用的主導(dǎo)方向。據(jù)原中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所楊俐蘋等1991年在河北玉田縣進(jìn)行的土壤測(cè)試研究結(jié)果表明:玉田縣所有的土壤缺氮，34%的土壤極缺磷，47%的土壤極缺鉀，30%的土壤極缺鋅，15%的土壤極缺錳，11%的土壤極缺硫。玉田縣土壤肥料工作站2009—2012年連續(xù)4年對(duì)玉田縣3 772戶農(nóng)戶的土壤養(yǎng)分進(jìn)行了監(jiān)測(cè)調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：與1991年的研究結(jié)果相比，20年后的玉田縣土壤養(yǎng)分狀況發(fā)生較大的變化，其中90%的土壤缺氮，35%的土壤缺磷，52%的土壤缺鉀，3%的土壤缺鐵，62%的土壤缺錳，17%的土壤缺銅，55%的土壤缺鋅，81%的土壤缺硫?？傮w趨勢(shì)表現(xiàn)是氮、磷補(bǔ)充較好，變化不大；鉀及中微量元素呈明顯缺失狀態(tài)，特別是中量元素硫，微量元素錳、鋅缺失嚴(yán)重，已成為制約農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)提高的主要因素。2009—2012年玉田縣土壤養(yǎng)分監(jiān)測(cè)調(diào)查結(jié)果匯總?cè)绫?所示，土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)[7]如表2所示。

根據(jù)土壤測(cè)試及20年來(lái)玉田縣土壤養(yǎng)分的變化趨勢(shì)，本文提出土壤養(yǎng)分管理措施，協(xié)助灃田寶農(nóng)業(yè)科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)適合我國(guó)北方不同土壤地力與作物的復(fù)混肥，并付諸農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)。

2 多元素螯合復(fù)混肥提出的理論依據(jù)

含氮、磷、鉀三大營(yíng)養(yǎng)元素的肥料應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已有150多年的歷史[8]，但含中微量元素肥料的應(yīng)用近10年來(lái)才被重視。眾多的研究成果證明，中微量元素只有在pH 5.5～6.5的土壤環(huán)境中才能很好地發(fā)揮作用[9-10]。同時(shí)，在作物所需的17種大中微量元素間是存在拮抗作用的，拮抗效應(yīng)的產(chǎn)生將直接導(dǎo)致肥料利用率的下降，影響肥料效果的發(fā)揮。

2.1 元素間拮抗作用的基本規(guī)律及解決途徑

植物營(yíng)養(yǎng)元素之間的相互作用是指營(yíng)養(yǎng)元素在土壤或植物中產(chǎn)生的相互影響，或者一種元素在與另一種元素以不同水平相混合施用時(shí)所產(chǎn)生的不同效應(yīng)，即2種營(yíng)養(yǎng)元素之間能夠產(chǎn)生的促進(jìn)作用或拮抗作用。這種相互作用在大量元素之間、微量元素之間以及微量元素與大量元素之間均有發(fā)生，可以在土壤中發(fā)生，也可以在植物體內(nèi)發(fā)生。由于這些相互作用改變了植物的營(yíng)養(yǎng)供給，為了能供應(yīng)適宜的營(yíng)養(yǎng)元素，就必須了解和考慮這些相互作用。

2.1.1 元素間拮抗作用的一般規(guī)律

眾多的試驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)踐以及化學(xué)肥料相互發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)證明：

(1)氮肥尤其是生理酸性銨態(tài)氮過(guò)量，會(huì)造成土壤溶液中過(guò)多的銨離子與鎂離子、鈣離子產(chǎn)生拮抗作用，影響作物對(duì)鎂、鈣的吸收。

(2)磷肥不能與鋅同補(bǔ)，因?yàn)榱追逝c鋅能形成磷酸鋅沉淀，降低磷和鋅的利用率。

(3)若過(guò)量施用磷肥,多余的有效磷會(huì)抑制作物對(duì)氮素的吸收,還能引起缺銅、缺硼、缺鎂等，同時(shí)還會(huì)阻礙鉀的吸收。磷肥施用量過(guò)多，還會(huì)活化土壤中對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育有害的物質(zhì)，如活性鋁、活性鐵、鎘(Cd)等，對(duì)生產(chǎn)不利。

(4)施鉀過(guò)量首先造成濃度障礙，使植物容易發(fā)生病蟲(chóng)害，繼而在土壤和植物體內(nèi)與鈣、鎂、硼等陽(yáng)離子營(yíng)養(yǎng)元素發(fā)生拮抗作用，嚴(yán)重時(shí)引起臍腐和葉色黃化。

氮、磷、鉀肥長(zhǎng)期過(guò)量施用引起的拮抗作用，目前必須施用含鈣、鎂、硫的肥料來(lái)解決。

2.1.2 土壤酸堿度對(duì)微量元素吸收的影響[11]

土壤酸堿度影響著微量元素的分解利用，使土壤中的微量元素處在“沉睡狀態(tài)”。人們發(fā)現(xiàn)土壤缺微量元素后，開(kāi)始向土壤內(nèi)施用，但因土壤酸堿度不合適，施用的微量元素?zé)o法發(fā)揮作用。眾多試驗(yàn)結(jié)果表明：鐵、錳、銅、鋅、硼等5種微量元素分解利用的pH為5.5～6.5，肥料學(xué)測(cè)定pH在5以下或pH在7以上時(shí)，這些微量元素活性降低，產(chǎn)生沉淀而無(wú)法利用。

2.1.3 解決元素間拮抗的有效途徑

針對(duì)土壤缺素情況，最初在復(fù)合肥中配入中微量元素，有效提高了肥料的利用率。但使用的中微量元素多數(shù)為簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)鹽，利用率受到一定限制。為了解決這一問(wèn)題，目前采用較多的是螯合工藝技術(shù)，利用乙二胺四乙酸(EDTA)、檸檬酸、黃腐酸、酒石酸等作為螯合劑，將微量元素轉(zhuǎn)化成螯合物，有效提高了微量元素的穩(wěn)定性和利用率。但上述螯合劑成本高，用戶在對(duì)全元素平衡肥料缺乏認(rèn)識(shí)的情況下，接受并使用這一高價(jià)肥料難度很大。

近幾年，灃田寶農(nóng)業(yè)科技有限公司利用氨基酸、黃腐酸生產(chǎn)廉價(jià)的中微量元素螯合物(螯合劑)，生產(chǎn)成本是EDTA中微量元素螯合物的8%～10%，在復(fù)合肥料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%～10%中微量元素螯合物，每噸成本僅增加60～80元，而此種復(fù)混肥料的養(yǎng)分利用率可提高10%～20%。與單純的三元復(fù)混肥料相比，其可增產(chǎn)10%～25%，在個(gè)別中微量元素嚴(yán)重缺乏的地區(qū)可達(dá)30%以上，效果非常明顯。

2.2 多元素螯合復(fù)混肥的應(yīng)用研究

為了探究多元素螯合復(fù)混肥對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響效應(yīng)，筆者于2018—2019 年在糧食作物(小麥、玉米)、蔬菜(黃瓜、甘藍(lán))、果樹(shù)(蘋果、梨)上進(jìn)行了田間試驗(yàn)。

2.2.1 材料和方法

(1)試驗(yàn)地基本情況

小麥、玉米試驗(yàn)在玉田縣亮甲店鎮(zhèn)孔五官屯村進(jìn)行，黃瓜、甘藍(lán)試驗(yàn)在玉田縣玉田鎮(zhèn)東姚莊村進(jìn)行，蘋果、梨試驗(yàn)在玉田縣唐自頭鎮(zhèn)燕山口村進(jìn)行。試驗(yàn)地 0～20 cm 耕層土壤理化性狀見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)地0～20 cm耕層土壤理化性狀

(2)供試品種及小區(qū)設(shè)置

小麥品種為冀麥22；玉米品種MC817；黃瓜為津雜 3 號(hào)；甘藍(lán)為中甘11號(hào)；蘋果為紅富士，樹(shù)齡8年；梨為酥梨，樹(shù)齡8年。

試驗(yàn)小區(qū)面積：小麥 3×667 m2，玉米5×667 m2，黃瓜300 m2，甘藍(lán)5×667 m2，蘋果2×667 m2，梨5×667 m2，每個(gè)處理重復(fù)3次。

(3)供試肥料

灃田寶農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的多元素螯合復(fù)混肥，該肥料產(chǎn)品為顆粒狀。主要技術(shù)指標(biāo)：N-P2O5-K2O=15-5-10，螯合態(tài)中微量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥10.0%，有機(jī)質(zhì)+有機(jī)酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥10.0%。

小麥專用肥：N+P2O5+K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%(15-9-6)；

玉米專用肥：N+P2O5+K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%(28-6-6)；

蔬菜專用肥：N+P2O5+K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57%(19-19-19)；

果樹(shù)專用肥：N+P2O5+K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%(18-9-18)；

常規(guī)復(fù)合肥：N+P2O5+K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%(15-15-15)。

2.2.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)處理按等價(jià)肥料投入量進(jìn)行安排。

處理1：施多元素螯合復(fù)混肥，每667 m2施肥量為50 kg；

處理2：施小麥專用肥、玉米專用肥、蔬菜專用肥、果樹(shù)專用肥，每667 m2施肥量為40～60 kg；

處理3：施常規(guī)復(fù)合肥，每667 m2施肥量為60 kg；

處理4：不施肥(對(duì)照)。

3 結(jié)果與討論

3.1 施用多元素螯合復(fù)混肥對(duì)小麥、玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

在小麥、玉米收獲期，及時(shí)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)和樣品采集、送檢。從表4可看出：在4個(gè)試驗(yàn)處理中，小麥?zhǔn)┯枚嘣仳蠌?fù)混肥與不施肥相比，2018年增產(chǎn)19.1%，2019年增產(chǎn)16.8%；玉米施用多元素螯合復(fù)混肥與不施肥相比，2018年增產(chǎn)17.1%，2019年增產(chǎn) 21.6%；同時(shí)比施用其他肥料的處理表現(xiàn)出不同程度的增產(chǎn)。

對(duì)不同處理提取的樣品進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，施用多元素螯合復(fù)混肥可顯著提高小麥、玉米產(chǎn)品中大量元素、微量元素的含量。從表5、表6中的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，施用多元素螯合復(fù)混肥的小麥籽粒中，全氮、全鉀含量均較其他處理有所增加，特別是對(duì)人體有益的微量元素銅、錳、鐵、鋅、鎳等的增幅較大；施用多元素螯合復(fù)混肥的玉米籽粒中，全氮、全磷、全鉀三大元素和微量元素的含量較其他處理增幅明顯。上述結(jié)果說(shuō)明，螯合工藝可提高作物對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)元素的吸收與積累，同時(shí)通過(guò)提高營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用率，還可以降低對(duì)人體有害的重金屬元素鎘、鉛、鉻的含量。

表4 不同施肥處理對(duì)小麥、玉米產(chǎn)量的影響

表5 不同施肥處理對(duì)小麥、玉米中微量元素含量的影響(干基)

表6 不同施肥處理對(duì)小麥、玉米中大量元素、重金屬含量的影響(干基)

3.2 施用多元素螯合復(fù)混肥對(duì)黃瓜、甘藍(lán)的產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

在黃瓜試驗(yàn)生長(zhǎng)中期及甘藍(lán)收獲后，取樣進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)，生長(zhǎng)期結(jié)束后進(jìn)行產(chǎn)量匯總，結(jié)果見(jiàn)表7、表8。

從表7可以看出：在4個(gè)試驗(yàn)處理中，黃瓜施多元素螯合復(fù)混肥與不施肥相比，2018年增產(chǎn)18.4%，2019年增產(chǎn)15.1%；甘藍(lán)施多元素螯合復(fù)混肥與不施肥相比，2018年增產(chǎn)17.8%，2019年增產(chǎn)14.6%。上述結(jié)果表明，施用多元素螯合復(fù)混肥在黃瓜和甘藍(lán)種植上比對(duì)照及其他處理有顯著的增產(chǎn)效果。

表7 不同施肥處理對(duì)黃瓜、甘藍(lán)產(chǎn)量的影響

表8 不同施肥處理對(duì)黃瓜、甘藍(lán)中微量元素及重金屬含量的影響(鮮基)

從表8可以看出，黃瓜施用多元素螯合復(fù)混肥后，普遍表現(xiàn)出對(duì)人體有益的微量元素積累量增加，特別是鐵增加幅度高達(dá)9.57倍，適口性明顯增強(qiáng)；重金屬含量普遍減少，鉛的含量減少達(dá)94.23%。結(jié)果表明，螯合工藝使得重金屬鉛被固定，黃瓜對(duì)重金屬鉛的吸收減弱；甘藍(lán)因生育期較短，對(duì)有益微量元素的吸收、積累變化相對(duì)不大，對(duì)重金屬的吸收、積累略有減少，但效果不明顯。

3.3 施用多元素螯合復(fù)混肥對(duì)蘋果、梨的產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

在蘋果、梨的收獲期進(jìn)行各處理小區(qū)產(chǎn)量實(shí)測(cè)，并取樣進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表9、表10。從表9可以看出，施用多元素螯合復(fù)混肥與不施肥相比，2018年蘋果增產(chǎn)15.3%，2019年增產(chǎn)20.4%；2018 年梨增產(chǎn)16.5%，2019年增產(chǎn)19.9%。雖較其他處理略有增加，但差異不明顯。

從表10可以看出，施用多元素螯合復(fù)混肥和果樹(shù)專用肥，均可以顯著提高蘋果、梨可溶性固形物含量，但是多元素螯合復(fù)混肥的效果優(yōu)于果樹(shù)專用肥的，表明多元素螯合復(fù)混肥可以有效改善蘋果、梨的品質(zhì)。

表9 不同施肥處理對(duì)蘋果、梨產(chǎn)量的影響

表10 不同施肥處理對(duì)蘋果、梨可溶性固形物含量的影響

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)多元素螯合復(fù)混肥在小麥、玉米、黃瓜、甘藍(lán)、蘋果和梨上進(jìn)行的田間試驗(yàn)，結(jié)果表明：施用多元素螯合復(fù)混肥，小麥產(chǎn)量提高16.8%～19.1%，玉米產(chǎn)量提高17.1%～21.6%，黃瓜產(chǎn)量提高15.1%～18.4%，甘藍(lán)產(chǎn)量提高14.6%～17.8%，蘋果產(chǎn)量提高15.3%～20.4%，梨產(chǎn)量提高16.5%～19.9%；可以改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，提高糧食、蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品中微量元素的含量，提高蘋果和梨可溶性固形物含量分別為7.5%～8.2%和8.1%～8.9%，蘋果和梨的儲(chǔ)存保鮮期明顯延長(zhǎng)。

2015年，原農(nóng)業(yè)部出臺(tái)《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》?；省傲阍鲩L(zhǎng)”“減肥增效”等政策及目標(biāo)的推出，對(duì)化肥行業(yè)提出了更高要求，也是化肥生產(chǎn)企業(yè)必須面對(duì)的一個(gè)挑戰(zhàn)。本文采用的多元素螯合復(fù)混肥在小麥、玉米、黃瓜、甘藍(lán)、蘋果、梨的種植上減肥提質(zhì)效果明顯，可引導(dǎo)新型肥料的開(kāi)發(fā)。

鑒于試驗(yàn)時(shí)間短、涉及的作物種類少、相關(guān)調(diào)查研究項(xiàng)目較少等因素，下一步將拓展多元素螯合復(fù)混肥相關(guān)研究?jī)?nèi)容，進(jìn)一步完善多元素螯合復(fù)混肥施用技術(shù)支撐體系。