商品有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)玉米生長(zhǎng)、產(chǎn)量及土壤肥力的影響

何 浩，危常州，李俊華，張宇彤

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子832003)

0 引 言

【研究意義】施用化肥是提高作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)的重要措施，而化肥過(guò)度施用，容易造成環(huán)境污染、土壤退化等問(wèn)題。在保障作物產(chǎn)量和糧食安全的基礎(chǔ)上，減少化肥使用量，是提高土壤肥力，減少環(huán)境污染的施肥措施[1]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用有機(jī)肥替代部分化肥的施肥方式，可以減少化肥用量，提高作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[2]。研究商品有機(jī)肥替代部分化肥現(xiàn)用合時(shí)玉米生長(zhǎng)、產(chǎn)量、土壤肥力及經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，對(duì)玉米生產(chǎn)中有機(jī)肥替代部分化肥的應(yīng)用有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】國(guó)內(nèi)外一些研究表明，有機(jī)肥替代部分化肥后，能協(xié)調(diào)有機(jī)與無(wú)機(jī)養(yǎng)分的平衡供應(yīng)，增加土壤養(yǎng)分含量，滿(mǎn)足作物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)養(yǎng)分的需求，在保證作物穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的同時(shí)減少化肥施用量[2-7]。羅洋等[8]和李春陽(yáng)等[9]研究表明，有機(jī)肥與化肥配施，可以減少化肥施用量，一定程度上避免過(guò)量施肥造成的環(huán)境污染和土壤次生鹽漬化。有機(jī)肥與化肥配施能提高小麥和玉米產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)系數(shù)和生理效率[10]。祝英等[11]研究表明有機(jī)肥替代部分化肥可以改善土壤微生物類(lèi)群數(shù)量，促進(jìn)玉米對(duì)養(yǎng)分的吸收利用和土壤養(yǎng)分的貯存，提高土壤養(yǎng)分和玉米產(chǎn)量。此外，有機(jī)肥和化肥配合施用還可以改善土壤容重、孔隙度、田間持水量和提高水分利用效率[12, 13]。一些研究表明，有機(jī)肥替代化肥能增加水稻、小麥和玉米產(chǎn)量，提高養(yǎng)分積量及肥料利用率，減少環(huán)境污染，培肥土壤[14-16]。呂鳳蓮等[17]在小麥—玉米輪作體系的研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥替代部分化肥能促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高作物產(chǎn)量、增加經(jīng)濟(jì)效益?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】有關(guān)研究文獻(xiàn)較少，尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道，研究通過(guò)有機(jī)肥替代部分化肥能在保障玉米的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的基礎(chǔ)上、減少化肥用量，提高土壤肥力、增加經(jīng)濟(jì)效益?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】設(shè)置田間小區(qū)試驗(yàn)，研究等養(yǎng)分條件下有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)玉米生長(zhǎng)、產(chǎn)量以及土壤肥力的影響，為玉米生產(chǎn)中有機(jī)肥替代化肥的應(yīng)用提供可行性依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)地位于新疆伊寧縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)示范園(43°55'N，81°33'E)，海拔683 m，該縣屬溫帶荒漠氣候，冬春溫和濕潤(rùn)，夏秋溫暖干燥，年平均氣溫10.6℃，年最高氣溫35.8℃，年降水量250～551.7 mm，無(wú)霜期154～184 d，年平均日照時(shí)數(shù)2 792.7 h，≥10℃有效積溫3 621.2℃。試驗(yàn)區(qū)土壤類(lèi)型為灌溉灰鈣土，耕層土壤(0～20 cm)的基礎(chǔ)理化性質(zhì)：pH 7.71，有機(jī)質(zhì)12.73 g/kg，全氮0.96 g/kg，堿解氮85.95 mg/kg，速效磷23.94 mg/kg，速效鉀229.24 mg/kg。

供試玉米品種為新玉50號(hào)，供試肥料：化肥包括尿素(含N 46.0%)，磷酸二銨(含N 18.0%，P2O548.0%)，硫酸鉀(含K2O 51.0%)，商品有機(jī)肥(含N 1.77%，P2O51.95%，K2O 0.53%)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年4月21日開(kāi)始實(shí)施，為田間小區(qū)試驗(yàn)，設(shè)置3個(gè)處理：不施肥對(duì)照(CK)；常規(guī)施肥(NPK)；有機(jī)肥替代部分化肥(MNPK)，其中NPK和MNPK處理是等氮、磷、鉀量投入。采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積為33.2 m2(4 m×8.3 m)。采用等行距的種植模式，株行距為50 cm×株距為21.5 cm，理論株數(shù)9.3×104株/hm2。不同處理施肥方案，確定有機(jī)肥氮替代化肥比例為10.0%，根據(jù)有機(jī)肥的養(yǎng)分含量，計(jì)算出有機(jī)肥替代所需用量，從而計(jì)算出有機(jī)肥中的氮、磷、鉀替代部分化肥的比例分別為10.0%、18.3%和15.0%。其中氮肥的40%用于基施、磷肥、鉀肥和商品有機(jī)肥全部基施。基肥在播種前施入土壤。氮肥的60%用于大喇叭口期追施尿素。表1

表1 不同處理施肥方案(kg/hm2)
Table 1 Fertilization schemes for different treatment

處理Treatment基肥Base fertilizer化肥Chemical fertilizer商品有機(jī)肥Commercial organic fertilizerNP2O5K2ONP2O5K2O追肥Topdressing總施肥量Total amountof fertilizerNNP2O5K2OCK0000000000NPK120.0180.060.0000180.0300.0180.060.0MNPK90.0147.051.030.033.09.0180.0300.0180.060.0

1.2.2 樣品采集及測(cè)定

在玉米苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期和成熟期，每個(gè)小區(qū)取長(zhǎng)勢(shì)均勻10株玉米，測(cè)定玉米株高、莖粗(用游標(biāo)卡尺測(cè)定莖基第一節(jié)間)和葉數(shù)(成熟期除外)，并用SPAD儀測(cè)定葉片SPAD值(苗期至大喇叭口期測(cè)定最新完全展開(kāi)葉，吐絲期和成熟期測(cè)定穗位葉)。

玉米成熟后，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取1 m2進(jìn)行考種和測(cè)產(chǎn)，測(cè)定穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)、行粒數(shù)、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重。脫粒，烘干后稱(chēng)重，計(jì)算小區(qū)產(chǎn)量(籽粒含水量為14%)。

玉米成熟期，采用“S”形法采集耕層(0～20 cm)土樣。土壤容重(5～10 cm)測(cè)定用環(huán)刀法；土壤含水量測(cè)定用烘干法；土壤堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法；土壤速效磷測(cè)定采用鉬銻抗比色法；土壤速效鉀的測(cè)定用火焰光度法；土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定用重鉻酸鉀—外加熱法；土壤pH測(cè)定用電位計(jì)法(水土比2.5∶1)[18]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件處理和分析，不同處理采用Duncan法進(jìn)行差異性檢驗(yàn)(P<0.05)。Microsoft Excel 2010制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)玉米株高、莖粗及葉片數(shù)影響

研究表明，有機(jī)肥替代部分化肥可以增加玉米株高。各處理株高，苗期無(wú)顯著差異，拔節(jié)期增長(zhǎng)迅速，較苗期各處理分別增加了140.03%、180.27%、245.40%，此時(shí)期差異最明顯，MNPK處理較NPK和CK處理顯著增加了16.51%和55.74%。大喇叭口期以后株高增長(zhǎng)緩慢，成熟期停止生長(zhǎng)，MNPK處理較NPK和CK處理顯著增加了6.84%和8.77%。圖1

注:不同小寫(xiě)字母代表不同處理差異顯著性(P<0.05)，下同

Note: Different lowercase letters represent significant differences among different treatments (P< 0.05).the same as below

圖1 不同處理下玉米株高變化
Fig.1 Effects of different treatments on plant height of maize

有機(jī)肥替代部分化肥可以增加玉米莖粗。各處理莖粗，苗期無(wú)顯著差異；拔節(jié)期迅速增加，較苗期分別增加25.53%、63.88%和56.72%，此時(shí)期差異最明顯，MNPK處理較CK和NPK處理顯著增加了23.20%和25.53%；大喇叭口期至吐絲期增加緩慢，成熟期時(shí)迅速降低，MNPK處理較CK和NPK處理顯著增加了11.77%和15.52%。圖2

有機(jī)肥替代部分化肥促進(jìn)玉米葉片的生長(zhǎng)。各處理葉片數(shù)，苗期時(shí)，MNPK處理玉米高于NPK與CK處理，與CK處理差異顯著；拔節(jié)期迅速增加，較苗期分別增加了35.87%、48.80%和50.00%，MNPK處理較NPK和CK處理顯著增加了36.80%和39.60%；大喇叭口期增加緩慢，MNPK處理顯著高于CK和NPK處理；吐絲期基本停止生長(zhǎng)，MNPK處理較NPK和CK處理增加了4.86%和7.41%。圖3

圖2 不同處理下玉米莖粗變化
Fig.2 Effect of different treatments on stalk diameter of maize

圖3 不同處理下玉米葉片數(shù)變化
Fig.3 Effect of different treatments on leaf number of maize

2.2 不同處理對(duì)玉米葉片SPAD值的影響

整個(gè)生育期，玉米葉片SPAD值均表現(xiàn)為MNPK>NPK>CK。各處理葉片SPAD值，苗期至大喇叭口期呈現(xiàn)先增加后平緩的趨勢(shì)；大喇叭口期至成熟期，CK處理持續(xù)下降，而NPK和MNPK處理先增加后降低，吐絲期時(shí)達(dá)到最高；成熟期時(shí)差異最顯著，MNPK處理較NPK和CK處理顯著增加了33.42%和42.95%。圖4

2.3 不同處理對(duì)玉米穗部性狀的影響

研究表明，有機(jī)肥替代化肥有效改善了玉米穗部性。MNPK處理較NPK和CK處理，穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)分別增加了15.64%和19.62%、1.87%和5.61%、30.50%和36.00%；穗粗分別顯著增加了6.57%和10.59%；禿尖長(zhǎng)分別降低了49.21%和0.54%。表2

2.4 不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量構(gòu)成的影響

研究表明，有機(jī)肥替代部分化肥可以增加玉米產(chǎn)量和改善產(chǎn)量構(gòu)成因子。MNPK處理較NPK和CK處理，穗粒數(shù)、有效株數(shù)、產(chǎn)量分別顯著增加了10.70%和33.12%、3.82%和0.66%、68.53%和83.47%，千粒重分別增加了1.49%和23.07%。MNPK和NPK處理較CK增產(chǎn)率分別為83.47%和68.53%，MNPK處理較NPK處理增產(chǎn)率為14.94%。表3

圖4 不同處理下玉米葉片SPAD值變化
Fig.4 Effect of different treatments on SPAD values of maize leaves

表2 不同處理下玉米穗部性狀
Table 2 Effect of different treatments on ear characters of maize

處理Treatment穗長(zhǎng)(cm)Ear length穗粗(cm)Ear diameter禿尖長(zhǎng)(cm)Bald tip length穗行數(shù)(行)Ear row number行粒數(shù)(粒)Grain numberper rowCK17.18 b4.72 c4.02 a14.27 a27.87 bNPK19.87 a5.03 b1.99 b14.53 a36.37 aMNPK20.55 a5.22 a2.04 b15.07 a37.90 a

注：同列數(shù)據(jù)中不同小寫(xiě)字母表示差異顯著性(P<0.05)，下同

Note: Different letters shows significant difference，the same as below

表3 不同處理下玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成
Table 3 Effect of different treatments on maize yield and yield composition

處理Treatment穗粒數(shù)(粒)Grain number per ear千粒重(g)1 000-grain有效株數(shù)(株/hm2)Effective plants 產(chǎn)量(kg/hm2)Yield增產(chǎn)率(%)Yield increase rate較CK較NPKCK397.01 c310.25 b83 080.05 c10 239.60 c——NPK528.51 b376.24 a86 179.95 b17 257.20 b68.53—MNPK570.97 a381.83 a86 800.05 a18 786.90 a83.4714.94

2.5 經(jīng)濟(jì)效益

研究表明，有機(jī)肥替代部分化肥提高了玉米經(jīng)濟(jì)效益。常規(guī)施肥(NPK)和有機(jī)肥替代部分化肥(MNPK)處理的產(chǎn)量分別為17 257.20和18 786.90 kg/hm2，玉米產(chǎn)值分別為24 246.37元和26 396.59 kg/hm2，MNPK處理較NPK處理增收2 149.23元；施肥投入主要包括化肥和有機(jī)肥成本，化肥成本分別為2 577.15和2 206.80元/hm2，MNPK處理的有機(jī)肥成本為2 100.00元/hm2，成本增加了1 729.65元，從而凈收益增加了419.58元。表4

2.6 不同處理下成熟期土壤肥力變化

研究表明，有機(jī)肥替代部分化肥提高了土壤肥力，并改善理化性質(zhì)。MNPK處理較NPK和CK處理，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀有機(jī)質(zhì)含量分別增加13.08%和39.29%、71.97%和95.70%、13.29%和45.13%、20.00%和23.26%；土壤pH降低0.90%%和1.53%；土壤含水量顯著增加了8.23%和21.93%；土壤容重顯著降低了2.74%和7.79%。表5

表4 玉米施肥處理經(jīng)濟(jì)效益
Table 4 Economic benefit analysis of maize fertilization treatment

處理Treatment產(chǎn)收Production income施肥投入Fertilization input產(chǎn)量Yield(kg/hm2)產(chǎn)值Yield value(元/hm2)增收Increase income(元/hm2)化肥成本Chemical fertilizer cost(元/hm2)有機(jī)肥成本Organic fertilizercost(元/hm2)增加成本Increase cost(元/hm2)凈收益Net income(元/hm2)NPK17 257.2024 246.37—2 577.150——MNPK18 786.9026 396.592 149.232 206.802 100.001 729.65419.58

注：除施肥不同外，其他管理均相同。其中2018年肥料價(jià)格：尿素1.8元/kg，磷酸二銨3.3元/kg，硫酸鉀3.3元/kg，商品有機(jī)肥1.25元/kg。2018年玉米(14%籽粒含水量)市場(chǎng)價(jià)格為1.4元/kg。凈收益=增收-增加成本

Note: All management is the same except for fertilization.Among them, the fertilizer price in 2018: urea 1.8 yuan / kg, diammonium phosphate 3.3 yuan / kg, potassium sulfate 3.3 yuan / kg, commercial organic fertilizer 1.25 yuan / kg.The market price of corn (14% grain moisture) in 2018 is 1.4 yuan/kg.Net income = Increase income - Increase cost

表5 不同處理下成熟期土壤肥力變化
Table 5 Effects of different treatments on soil fertility at mature stage

處理Treatment堿解氮Alkaline N(mg/kg)速效磷Available P(mg/kg)速效鉀Available K(mg/kg)有機(jī)質(zhì)Organic matter(g/kg)pH土壤含水量Soil moisture content(%)土壤容重Soil bulk density(g/cm3)CK59.38 b5.58 b186.26 b14.36 b7.83 a13.91 c1.54 aNPK73.14 ab6.35 b238.60 a14.75 b7.78 a15.67 b1.46 bMNPK82.71 a10.92 a270.31 a17.70 a7.71 a16.96 a1.42 c

3 討 論

由于有機(jī)肥的養(yǎng)分釋放緩慢，單獨(dú)施用不能及時(shí)提供作物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，化肥肥效快，易被作物吸收的特點(diǎn)，而應(yīng)用有機(jī)肥替代部分化肥施用的方式，能有效地協(xié)調(diào)有機(jī)與無(wú)機(jī)養(yǎng)分的供應(yīng)，及時(shí)滿(mǎn)足作物生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求，并能獲得高產(chǎn)[19]。研究發(fā)現(xiàn)，等養(yǎng)分條件下有機(jī)肥替代可以促進(jìn)玉米生長(zhǎng)發(fā)育，從而提高玉米株高、莖粗和葉片數(shù)，劉恩科等[20]研究表明，化肥與有機(jī)肥配合施用，可以改善玉米植株的生物學(xué)性狀。此外，王立剛等[21]研究發(fā)現(xiàn)增施有機(jī)肥后葉片SPAD值顯著增加，各處理在成熟期差異最顯著，因?yàn)橛袡C(jī)肥可以有效延緩玉米葉片衰老，延長(zhǎng)葉片光合功能期，為玉米生長(zhǎng)發(fā)育提供充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

有機(jī)肥替代部分化肥通過(guò)增加玉米穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)和千粒重，降低禿尖長(zhǎng)，從而有效地改善了穗部性狀，與侯小畔等[22]運(yùn)用化肥與有機(jī)肥配施的施肥方式可以改善玉米穗部性狀的研究結(jié)果相似。有機(jī)肥替代部分化肥通過(guò)有效地改善穗部性狀和提高玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子(穗粒數(shù)，千粒重和有效株數(shù))，使得產(chǎn)量顯著高于常規(guī)施肥和不施肥處理，表明有機(jī)肥替代化肥有利于玉米產(chǎn)量的增加[6, 17, 20, 23]。研究表明，有機(jī)肥替代部分化肥不僅在玉米生育前期及時(shí)提供生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，同時(shí)在玉米生育后期能有效地協(xié)調(diào)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分吸收的關(guān)系，從而提高玉米的產(chǎn)量。

從產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益方面來(lái)看，研究有機(jī)替代的1 hm2玉米的產(chǎn)量較常規(guī)施肥提高14.94%，增收2 149.23元，凈收益達(dá)到419.58元。呂鳳蓮等[17]研究也發(fā)現(xiàn)在小麥—玉米兩個(gè)輪作體系中有機(jī)肥替代部分化肥可以提高作物產(chǎn)量和增加經(jīng)濟(jì)效益。從土壤培肥效益來(lái)看，研究表明，有機(jī)肥替代部分化肥明顯改善了土壤理化性質(zhì)，提高土壤含水量，降低土壤pH值和土壤容重，提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量，為作物高產(chǎn)創(chuàng)造基礎(chǔ)。這一結(jié)果與前人研究結(jié)果一致[6, 21, 24-26]。

4 結(jié) 論

較常規(guī)施肥(NPK)，等養(yǎng)分條件下商品有機(jī)肥替代部分化肥(MNPK)減少化肥用量72 kg/hm2，其中N，P2O5和K2O分別減少30、33和9 kg/hm2；促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)，在不同生育期的玉米株高、莖粗、葉片數(shù)和葉片SPAD值均有所增加；有效改善玉米穗部性狀和產(chǎn)量構(gòu)成，其中顯著增加了穗粗和穗粒數(shù)，一定程度增加了穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)和千粒重，降低禿尖長(zhǎng)；增加了玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，其中增加玉米產(chǎn)量7 017.60 kg/hm2，增收2 149.23元/hm2，凈收益為419.58元/hm2；改善了土壤理化性質(zhì)，其中有效增加了土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量，提高土壤含水量，降低土壤pH和土壤容重。商品有機(jī)肥替代部分化肥是促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，增產(chǎn)增效和提高土壤肥力的一種經(jīng)濟(jì)可行的施肥方法。