玉米是中国的主要粮食作物之一，其生产水平与国家粮食安全密切相关。东北地区作为玉米的主产区之一，其土壤类型主要为黑土和黑钙土，具有腐殖质层厚、有机质含量高和保水保肥等特点^[1-2]。随着不断开垦和玉米连作等现象，导致东北地区的土壤肥力退化严重^[2-3]。近年来，由于生产中的不合理施肥尤其是过量施肥，导致玉米产量不稳定和耕地质量严重下降，致使农民的生产收益降低^[4-5]。有研究表明：这不仅使得肥料利用率低下，还造成了土壤酸化、水体富营养化和温室气体排放等一系列环境污染问题，严重制约着东北乃至中国粮食生产与经济可持续发展^{[1, 6]}。因此，降低化肥使用量、提高肥料利用率、减少农民的施肥成本和环境污染风险已成为亟待解决的问题。

海藻肥是以天然海藻为原料加工而成的新型有机肥，其含有大量的营养元素和有效活性成分，主要包括氮、磷、钾等大量元素和铁、锰、铜、锌等微量元素，还含有一定数量的蛋白质、氨基酸、多糖、微生物、甜菜碱、甘露醇和植物生长素等多种活性物质^[7-9]，且富含大量的活性酶和丰富的微生物群体^[10]。研究表明：施用海藻肥能够显著促进根系的生长，增强土壤酶和土壤微生物的活性以及作物抵抗胁迫的能力，进而有效提高作物的产量和改善品质^{[8, 11]}。涂海华等^[12]发现：将海藻肥喷施于葡萄叶片，可显著促进葡萄的生长进而达到增产15%的效果；YAO等^[13]施用海藻肥提高了番茄叶片的光合能力，使得番茄产量增加了4.6%~6.9%。海藻肥不仅能为植物的生长发育提供必需的营养，还能提供生长调节剂，促进植物生长发育；并且与普通化学肥料相比，具有安全无毒、环境友好等特点^[14]。然而关于新型海藻肥与复合肥配施对东北地区春玉米的生长效应影响的研究较少。本研究采用不同剂量新型海藻肥与复合肥一同施入土壤中，研究其对春玉米产量、生物量和农艺性状的影响，以明确该新型海藻肥合理的使用量及对春玉米的增产效应，为其应用推广提供理论依据。

1.   材料与方法

1.1   试验区和供试材料

试验地位于辽宁省阜新市彰武县双庙镇(N42°40′，E122°38′)，属温带季风气候，年平均气温7~8 ℃，年均降雨量约510 mm，降雨多集中在7—8月。试验区地势平坦，当地耕作方式为以一季春玉米为主的连年浅旋耕。供试土壤为沙壤土，在播种前采集0~20 cm的基础土壤样品，并按照鲍士旦^[15]的方法测定其理化性质为：容重1.45 g/cm³、pH 6.24、有机质含量为7.23 g/kg、全氮含量为0.56 g/kg、全磷含量为0.28 g/kg、全钾含量为27.05 g/kg、碱解氮含量为64.27 mg/kg、有效磷含量为20.60 mg/kg、速效钾含量为74.32 mg/kg。

供试玉米品种为金禾658 (购于辽宁金禾伟业种子有限公司)；供试复合肥m(N)∶ m(P₂O₅)∶m(K₂O)为27∶10∶13；供试海藻肥含海藻酸29.2%、粗蛋白14.1%、甘露醇10.9%、灰分30.2%和钾6.63%，是采用混合菌种的半固体好氧发酵工艺发酵褐藻，并采用德国先进的冷鲜造粒技术得到的新型海藻肥，与传统生产方式相比能够有效避免生产过程中的高温加热以及强酸碱的腐蚀，最大限度保存了海藻中海藻寡糖等提取物的活性^[13-14]。供试复合肥和海藻肥均由烟台五洲丰农业科技有限公司提供。

1.2   试验设计

试验采用单因素随机区组设计，共7个处理：CK (施用普通复合肥1500 kg/hm²)、CF₁+S₁、CF₂+S₁、CF₃+S₁、CF₁+S₂、CF₂+S₂和CF₃+S₂；其中，CF₁~CF₃分别为复合肥1500、1350和1200 kg/hm²，S₁~S₂分别为海藻肥7.5 和15 kg/hm²。每个处理3次重复，每重复小区面积为10 m×66 m。

试验于2017年5月4日播种、9月28日收获。供试玉米种植密度为6万株/hm²，种植行距50 cm，株距33 cm。所有处理复合肥与海藻肥充分混匀后作为基肥均匀撒施，并采用旋耕机翻入土壤，翻耕深度约13 cm。各小区均采用常规高产方式进行田间管理，并保持一致。

1.3   测定指标与方法

玉米产量：在玉米收获时进行产量的测定，每个处理小区随机选取3个具有代表性的10 m²样本测产，调查成穗数，用水分仪测定水分，按14%含水量折合成籽粒产量。

玉米产量构成因素：从每个小区取有代表性的15株玉米，按常规方法测定穗行数、行粒数、秃尖和百粒质量等产量构成因素^[5]。在苗期(2017年5月25日)、拔节期(2017年6月20日)、灌浆期(2017年7月20日)、乳熟期(2017年8月20日)和收获期(2017年9月27日)从每个小区选择生长发育一致、叶片无病斑和破损的植株地上部15株，烘箱105 ℃杀青0.5 h后，80 ℃烘干至恒质量，计算玉米单株干物质量^[16-17]。

玉米株高、茎粗和叶面积：从各处理小区选取10株代表性植株挂牌标记，在苗期和拔节期采用米尺测定玉米株高，并用游标卡尺测定第2节间(基部扁面)茎粗；在灌浆期采用长宽系数法测量叶面积，叶面积(LA)=L (叶片最大长度)×A (最大宽度)×0.75^[4]。

叶片叶绿素含量：在苗期、拔节期、灌浆期和乳熟期使用SPAD-502叶绿素仪(日本美能达公司制造)测定植株从上数第2个展开功能叶的SPAD值，取10株的平均值作为该小区的SPAD值^[11]。

1.4   数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2010和SAS 8.0进行数据处理和统计分析，不同处理间采用Duncan’s多重检验方法对各处理的差异显著性进行检验。

2.   结果与分析

2.1   不同处理对玉米产量及其构成因素的影响

海藻肥配施复合肥对玉米有增产效应(表1)，其中以添加7.5和15 kg/hm²海藻肥的CF₁+S₁和CF₁+S₂处理的产量最高，较CK处理分别显著增加了18.9%和15.9%。在添加7.5 kg/hm²海藻肥处理中，复合肥减量10% (CF₂+S₁) 处理和减量20% (CF₃+S₁) 处理与CK相比依然未减产，但较CF₁+S₁处理分别显著减少了12.3%和17.7%。在相同复合肥用量下，添加不同量的海藻肥对产量均无显著影响，表明翻倍施用的海藻肥增产效果并不显著。与CK处理相比，添加海藻肥的CF₁+S₁、CF₂+S₁、CF₁+S₂和CF₃+S₂处理显著增加了玉米的百粒质量。CF₁+S₂处理较其他处理显著增加了穗行数。

表  1  不同处理的玉米产量及其构成因素(mean±SD)

Table  1.  Yield and yield components of maize under different treatments

处理 treatment	产量/(kg·hm−2) yield	较CK增产/% increment vs. CK	穗行数 rows ear	行粒数 kernels row	秃尖/cm barren tip	百粒质量/g 100-grain weight
CK	9804.0±653.6 c	—	16.3±0.6 b	41.7±0.8 a	0.1±0.1 b	28.5±1.1 c
CF1+S1	11660.0±777.3 a	18.9	16.3±0.3 b	40.8±1.0 ab	0.4±0.2 ab	31.5±1.9 ab
CF2+S1	10384.1±692.3 bc	5.9	15.5±0.6 b	34.3±2.4 d	0.8±0.2 a	33.0±0.2 a
CF3+S1	9904.1±660.3 c	1.0	16.3±0.4 b	36.1±0.9 cd	0.5±0.1 ab	29.1±1.6 bc
CF1+S2	11358.0±757.2 a	15.9	17.9±0.3 a	39.3±0.4 abc	0.5±0.2 ab	31.5±0.6 ab
CF2+S2	10170.0±678.0 c	3.7	15.5±0.5 b	35.9±1.0 cd	0.4±0.1 ab	26.0±0.2 c
CF3+S2	9954.0±663.6 c	1.5	15.6±0.3 b	37.6±1.6 bcd	0.5±0.2 ab	32.8±0.7 a
注：CK 和 CF1. 复合肥 1500 kg/hm2；CF2. 复合肥 1350 kg/hm2；CF3. 复合肥 1200 kg/hm2；S1. 海藻肥 7.5 kg/hm2；S2. 海藻肥 15 kg/hm2；同列不同小写字母表示不同处理间差异显著 (P<0.05)；下同。 Note: CK and CF1. compound fertilizer 1500 kg/hm2; CF2. compound fertilizer 1350 kg/hm2; CF3. compound fertilizer 1200 kg/hm2; S1. seaweed fertilizer 7.5 kg/hm2; S2. seaweed fertilizer 15 kg/hm2; different letters within each column mean significant difference at the 0.05 probability level; the same as below.

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2.2   不同处理对玉米各时期单株干物质量的影响

不同处理在各时期的玉米单株干物质量不同(表2)。在苗期，添加15 kg/hm²海藻肥的CF₁+S₂处理的植株干物质量最高，较CK处理显著增加9.9%；海藻肥配施减量复合肥处理(CF₂+S₁、CF₃+S₁、CF₂+S₂和CF₃+S₂)与CK相比其干物质量未显著降低。在拔节期、灌浆期、乳熟期和收获期，添加海藻肥的CF₁+S₁与CF₁+S₂处理的干物质量均较CK处理显著提高。在收获期，海藻肥配施减量10%复合肥处理(CF₂+S₁和CF₂+S₂)的单株干物质量仍较CK显著增加4.5%与4.0%；海藻肥配施减量20%复合肥处理(CF₃+S₁和CF₃+S₂)的单株干物质量依然能与CK处理持平。在灌浆期、乳熟期和收获期，相同复合肥用量下添加不同剂量海藻肥的单株干物质量均无显著差异。

表  2  不同处理在各生育期的单株玉米干物质量(mean±SD)

Table  2.  Biomass per plant of maize at different stages under different treatments g

处理 treatment	苗期 seedling stage	拔节期 jointing stage	灌浆期 grain filling stage	乳熟期 milk stage	收获期 harvest stage
CK	16.2±0.3 bc	116.2±0.6 c	269.6±1.7 bc	321.6±2.2 bc	306.2±1.2 c
CF1+S1	16.6±0.3 ab	121.2±1.3 ab	280.2±3.1 a	337.2±3.8 a	325.7±0.5 a
CF2+S1	15.6±0.4 bc	118.0±0.6 bc	274.0±0.2 b	326.0±2.1 b	320.0±2.2 b
CF3+S1	15.1±0.4 c	115.6±1.7 c	263.9±1.3 cd	313.7±1.8 c	306.5±1.1 c
CF1+S2	17.8±0.4 a	123.7±1.8 a	282.8±2.0 a	338.0±5.7 a	326.9±3.0 a
CF2+S2	16.7±0.1 ab	122.2±1.1 a	269.5±3.0 bc	327.0±1.2 b	318.5±0.7 b
CF3+S2	16.3±0.4 b	117.6±0.6 bc	263.0±0.8 d	320.2±3.5 bc	309.3±0.6 c

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2.3   不同处理对玉米株高、茎粗和叶面积指数的影响

由图1可知：在玉米苗期，添加15 kg/hm²海藻肥(CF₁+S₂)处理的株高较未添加海藻肥的CK处理显著增加8.5%，较减量20%复合肥的CF₃+S₂处理显著增加11.9%，其他各处理组间的株高均无显著差异。在拔节期，翻倍添加海藻肥(CF₁+S₂)处理的株高最高；添加海藻肥(CF₁+S₁和CF₁+S₂)处理的株高分别较CK显著增加5.1%和8.0%，其他处理与CK处理之间的株高均无显著差异。

图  1  不同处理的玉米株高和茎粗

注：CK和CF₁. 复合肥1 500 kg/hm²；CF₂. 复合肥1 350 kg/hm²；CF₃. 复合肥1 200 kg/hm²；S₁. 海藻肥7.5 kg/hm²；S₂. 海藻肥15 kg/hm²；同时期不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)；下同。

Figure  1.  Plant height and stem diameter of maize under different treatments

Note: CK and CF₁. compound fertilizer 1 500 kg/hm²; CF₂. compound fertilizer 1 350 kg/hm²; CF₃. compound fertilizer 1 200 kg/hm²; S₁. seaweed fertilizer 7.5 kg/hm²; S₂. seaweed fertilizer 15 kg/hm²; different letters within each stage mean significant difference at the 0.05 probability level; the same as below.

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由图1还可知：添加7.5 kg/hm²海藻肥的CF₁+S₁处理在苗期的茎粗最粗，为26.6 mm，较CK、CF₂+S₁和CF₃+S₁处理分别显著增加12.2%、9.0%和11.8%；海藻肥配施减量复合肥的处理(CF₂+S₁、CF₃+S₁、CF₂+S₂和CF₃+S₂)与复合肥未减量的CK处理间的茎粗差异均不显著。在拔节期，添加海藻肥的CF₁+S₁和CF₁+S₂处理的茎粗最粗，较CK处理分别显著增加8.9%和7.2%；在相同用量复合肥下，翻倍施用海藻肥对茎粗的影响不显著。

对灌浆期不同处理玉米的叶面积指数分析(图2)发现：施用海藻肥的CF₁+S₁和CF₁+S₂处理效果最好，较CK处理分别显著增加6.5%和9.9%。海藻肥配施减量10%复合肥的CF₂+S₁和CF₂+S₂处理与CK处理差异不显著。CF₁+S₁与CF₁+S₂之间、CF₂+S₁与CF₂+S₂之间、CF₃+S₁与CF₃+S₂之间的叶面积指数差异不显著，表明在相同复合肥用量下，翻倍海藻肥对玉米叶面积指数影响不显著。

图  2  灌浆期不同处理的玉米叶面积指数

Figure  2.  Leaf area index of maize under different treatments

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2.4   不同处理对玉米叶绿素含量的影响

不同处理在各时期的玉米叶片SPAD值有所差异(表3)。在苗期，CK处理的SPAD值最低，较添加海藻肥的CF₁+S₁和CF₁+S₂处理分别显著降低8.8%和14.1%，但与海藻肥配施减量20%复合肥的CF₃+S₁和CF₃+S₂处理相比无显著差异。在拔节期和灌浆期，不同用量海藻肥配施减量10%和20%复合肥处理的SPAD值与CK均无显著差异。在乳熟期，添加海藻肥的CF₁+S₁与CF₁+S₂处理的SPAD值最高，分别较CK显著增加9.7%和11.8%；施用15 kg/hm²海藻肥配施减量10%与20%复合肥处理的SPAD值较CK依然显著增加。然而各个时期复合肥相同用量的条件下，不同海藻肥用量的处理之间SPAD值无显著差异。

表  3  不同处理的玉米叶绿素SPAD值

Table  3.  SPAD value of maize leaves under different treatments

处理 treatment	苗期 seedling stage	拔节期 jointing stage	灌浆期 grain filling stage	乳熟期 milk stage
CK	43.3±0.5 c	49.7±1.1 bc	52.5±0.9 abc	52.5±0.6 c
CF1+S1	47.5±1.1 ab	54.7±0.6 a	55.9±1.1 a	57.6±0.5 a
CF2+S1	44.9±0.4 bc	51.7±0.7 abc	52.3±1.0 abc	54.4±1.2 bc
CF3+S1	43.4±1.6 c	50.3±1.1 bc	50.3±0.1 bc	53.1±0.6 bc
CF1+S2	50.4±1.3 a	53.2±0.9 ab	53.9±1.7 ab	58.7±0.2 a
CF2+S2	47.8±0.9 ab	51.8±1.9 abc	53.8±1.3 ab	54.9±0.7 b
CF3+S2	44.4±0.8 c	49.6±0.7 c	49.5±0.6 c	54.9±0.3 b

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2.5   相关性分析

通过对产量及其农艺性状各指标的相关性分析(表4)发现：产量与SPAD值、叶面积指数、干物质量、株高和茎粗均呈极显著正相关(P<0.01)，说明SPAD值、叶面积指数、干物质量、株高和茎粗的提高可以促进产量的增加。玉米叶片SPAD值与叶面积指数、干物质量、株高和茎粗均呈极显著正相关(P<0.01)，且干物质量与株高和茎粗也呈极显著正相关(P<0.01)。

表  4  产量及其农艺性状间的相关性分析

Table  4.  Correlation analysis among yield and agronomic traits

指标 index	产量 yield	百粒质量 100-grain weight	SPAD 值 SPAD value	叶面积指数 leaf area index	干物质量 biomass	株高 plant height	茎粗 stem diameter
产量 yield	1
百粒质量 100-grain weight	0.330	1
SPAD 值 SPAD value	0.651**	0.301	1
叶面积指数 leaf area index	0.653**	0.015	0.710**	1
干物质量 biomass	0.685**	0.237	0.737**	0.824**	1
株高 plant height	0.782**	0.129	0.711**	0.876**	0.805**	1
茎粗 stem diameter	0.642**	0.167	0.660**	0.803**	0.724**	0.773**	1
注：“**”表示在 0.01 水平上显著相关。 Note: “**” means significant correlation at the 0.01 probability level.

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2.6   不同处理对玉米季经济效益的影响

由表5可知：各处理每公顷产出的经济收入为CF₁+S₁>CF₁+S₂>CF₂+S₁>CF₂+S₂>CF₃+S₂>CF₃+S₁>CK。充足的养分供应是作物高产的有力保证，在相同复合肥的条件下，添加海藻肥处理(CF₁+S₁和CF₁+S₂)有效地促进了玉米的生长发育，每公顷经济效益较CK增加了27.2%~32.5%。在复合肥减量20%的条件下，添加海藻肥(CF₃+S₁和CF₃+S₂处理)后依然保持平产，最终使得每公顷经济效益提高了8.9%~9.8%。

表  5  不同处理的玉米季每公顷经济效益

Table  5.  Economic benefits per hectare in maize under different treatments

处理 treatment	玉米产值/元 maize cost/yuan	复合肥折价/元 compound fertilizer cost/yuan	海藻肥折价/元 seaweed fertilizer cost/yuan	其他费用/元 other costs/yuan	纯收入/元 net profit/yuan	较CK增收/% increment vs. CK
CK	21568.8	4500	0	4500	12568.8	−
CF1+S1	25651.9	4500	450	4500	16651.9	32.5
CF2+S1	22844.9	4050	450	4500	14294.9	13.7
CF3+S1	21788.9	3600	450	4500	13688.9	8.9
CF1+S2	24987.6	4500	900	4500	15987.6	27.2
CF2+S2	22374.0	4050	900	4500	13824.0	10.0
CF3+S2	21898.8	3600	900	4500	13798.8	9.8
注：根据市场平均价格计算，玉米 2.2 元/kg；复合肥 3.0元/kg；海藻肥 60元/kg；其他费用包括租地、施肥、播种、农药及田间管理等，总计约4500元/hm2。 Note: According to the average price of the market, the price of maize was 2.2 yuan/kg; the price of compound fertilizer was 3.0 yuan/kg; the price of seaweed fertilizer was 60 yuan/kg; and the price of other costs, containing land renting, fertilization, sowing, pesticide and field management, were 4500 yuan/hm2.

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3.   讨论

玉米在生长发育过程中需要大量的养分，海藻肥作为天然的绿色有机肥料，含有丰富的营养元素和多种活性物质，能够促进作物的生长，并且具有对人体无毒害和环境无污染的特性^[18]。本研究发现：在传统复合肥(CK处理)的基础上施用7.5和15 kg/hm²的海藻肥均能够显著提高玉米的产量、干物质量以及叶片的SPAD值，这与姜洁等^[7]和殷颖等^[11]的研究结果相似。刘培京^[19]采用不同稀释浓度的海藻液对黄瓜、辣椒和番茄浸种及喷施发现其对3种蔬菜幼苗的株高、叶绿素含量和叶面积均有显著的提高。这主要是因为海藻肥中除了具有大量的营养元素外，还含有氨基酸、多糖、甜菜碱和植物生长素等活性物质，或作为营养成分参与植物的生命活动，或作为植物刺激素对植物生理活性起到积极的促进作用^[7-8]。研究发现：海藻提取物的施用使得叶片中的叶绿素含量增加^[13]，这与本试验结果吻合。BLUNDEN等^[20]认为这可能是由于海藻提取物中的甜菜碱减少了植物体内叶绿素的降解；且海藻肥的施用显著增大了叶片的叶面积^[21]。

海藻提取物的成分、结构和来源显著影响着其有效性，本试验的海藻肥含有29.2%海藻酸、14.1%粗蛋白、10.9%甘露醇、30.2%灰分、6.6%钾以及一些植物激素，通过尺寸排阻色谱测定发现其低分子量(MW<5 ku)的相关成分占比高达87.8%，高分子量(MW>5 ku)的相关成分占比为12.2%^[13]，说明它是一种较其他海藻提取物分子量更低的植物刺激素物质，能够更容易被作物根系吸收^[22]。海藻肥还可以通过吸附土壤中的有机分子，经过催化作用促进小分子聚合形成有机质，防止肥料的流失和浪费，并因为其本身含有一定的有机质，长期施用可显著提高土壤中的有机质含量^[23]。海藻肥自身含有丰富的酶和微生物，能够提高土壤酶和土壤微生物活性，进而提高养分的利用率，促进作物的生长发育^[10]。此外，海藻肥中的海藻酸能够有效降低水的表面张力，在植物表面形成一层使水溶性物质容易透过的薄膜，提高吸收海藻肥营养成分的效率^[24]，还能够增加作物抵抗干旱、盐碱和病虫害等生物或非生物胁迫的能力，增加根系活力，减少活性氧和丙二醛的积累，提高植株的抗逆性^[25-26]。本试验中，普通复合肥在减少20%使用量时，施用海藻肥仍能和常规用量复合肥(CK处理)的产量无显著差异，说明海藻肥的配施可以减少普通肥料的使用量，提高肥料利用率。与CK处理相比，CF₁+S₁和CF₁+S₂处理显著增加了玉米的株高、茎粗、叶面积指数和SPAD值等性状，具有良好的促生增产效果。

4.   结论

与传统复合肥(CK)相比，添加7.5 kg/hm²海藻肥(CF₁+S₁)显著提高了玉米的干物质量、株高、茎粗与SPAD值，进而使得玉米的产量显著增加18.9%，玉米季经济效益提高32.5%；并且在其配施减量10%乃至20%复合肥的情况下玉米依然未减产。然而，在相同复合肥用量下施用翻倍海藻肥(15 kg/hm²)处理的玉米产量、茎粗和叶片SPAD值与正常施用量(7.5 kg/hm²)之间均无显著差异。综合来看，在传统复合肥中添加7.5 kg/hm²的海藻肥能够有效地提高玉米的生长性状，进而达到增产效果。