河西灌區(qū)制種玉米化肥減量技術(shù)對(duì)制種產(chǎn)量的影響

孫寧科，趙建華，孫建好，陳亮之

（1.張掖市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 張掖 734000；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070）

甘肅河西走廊灌區(qū)已發(fā)展成為全國(guó)最大的雜交玉米種子生產(chǎn)基地［1-2］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年甘肅省雜交玉米制種面積9.942 萬(wàn)hm2，產(chǎn)種量達(dá) 6.54 億kg，占全國(guó)玉米制種總產(chǎn)量的近一半［3］。尤其是甘肅張掖地區(qū)位于河西走廊中部，是河西玉米制種基地的核心地帶，產(chǎn)種量可占全國(guó)大田玉米用種量的40%以上［4-5］。

玉米制種不但成為張掖地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)，而且是農(nóng)民增收的主要來(lái)源。然而，在制種玉米生產(chǎn)過(guò)程中存在諸多問(wèn)題，其中較為突出的是化肥使用不當(dāng)，無(wú)論制種公司還是制種農(nóng)戶(hù)為追求種子高產(chǎn)，在種子生產(chǎn)過(guò)程大量的投入化肥，這不但造成化肥的浪費(fèi)，而且致使肥料利用效率低下。索東讓等［6］在對(duì)比大田玉米和制種玉米田玉米需肥特點(diǎn)后發(fā)現(xiàn)，相比大田玉米，制種玉米應(yīng)適當(dāng)減少化肥施用量；然而，據(jù)調(diào)查［7］，現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中制種戶(hù)氮素（N）施用量高達(dá) 525 kg·hm-2，磷素（P2O5）施用量也高達(dá)180 kg·hm-2。因此，諸多學(xué)者對(duì)制種玉米化肥最佳施用量進(jìn)行探究，如秦潤(rùn)玲［8］研究發(fā)現(xiàn)制種玉米田氮磷肥最佳施用量為N 300 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2。孫寧科等［9］研究表明制種玉米N、P2O5和K2O的適宜施用量分別為300、90、75 kg·hm-2。但是，實(shí)際生產(chǎn)中，化肥投入量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這些推薦量；另外，制種田長(zhǎng)期連作引起的土壤退化問(wèn)題也日益嚴(yán)重［10-11］，趙蕓晨等［12］研究表明制種玉米田隨連作年限增加，土壤對(duì)磷素的固持及轉(zhuǎn)化率會(huì)隨之下降。由此可見(jiàn)，化肥過(guò)量帶來(lái)的農(nóng)田生態(tài)、環(huán)境等負(fù)面效應(yīng)日趨嚴(yán)重，如何改善制種玉米種植環(huán)節(jié)化肥投入過(guò)高的現(xiàn)狀已成為亟待解決的問(wèn)題，也是河西走廊灌區(qū)制種玉米可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

本文通過(guò)對(duì)在甘肅省張掖市開(kāi)展的制種玉米上化肥配施有機(jī)肥、化肥配施微量元素和制種玉米套作綠肥3項(xiàng)化肥減量試驗(yàn)的玉米產(chǎn)量進(jìn)行對(duì)比分析，探究制種玉米最佳化肥減施途徑，為制種玉米綠色可持續(xù)發(fā)展提供理論借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

3項(xiàng)試驗(yàn)于2017年在張掖市臨澤縣沙河鎮(zhèn)蘭家堡村相鄰的田塊同時(shí)進(jìn)行。該區(qū)域海拔1430 m，平均氣溫7℃，無(wú)霜期152 d，農(nóng)田以制種玉米連作為主。土壤為灌漠土；0～20 cm土層土壤化學(xué)性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)13.5～15.8 g·kg-1；全氮0.71～0.90 g·kg-1；全磷0.54～0.65 g·kg-1，堿解氮9.3～73.2 mg·kg-1；有 效 磷7.3～9.4 mg·kg-1；速 效 鉀153.3～165.8 mg·kg-1。土壤含硫、鈣、鎂分別為39.3、110.0、33.5 mg·kg-1，有效鋅0.69 mg·kg-1、有效錳7.18 mg·kg-1、有效硼1.01 mg·kg-1、有效鐵9.53 mg·kg-1；pH值8.2。

1.2 田間管理與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 種植方式

制種玉米母本4月中旬播種，70 cm寬地膜覆蓋，母本種植于膜上，一膜種植2行，行距50 cm，株距20 cm，母本保苗100005株·hm-2，膜間裸地寬50 cm，父本于母本播后一周播種，在2行母本中間播種1行，株距50 cm，父本保苗20001株·hm-2。試驗(yàn)小區(qū)間筑寬50 cm、高20 cm地埂，區(qū)組間設(shè)50 cm寬灌水溝。各處理灌水、鋤草等田間管理均保持一致。

1.2.2 施肥管理

3項(xiàng)試驗(yàn)氮肥均用尿素（N 46%），50%作為基肥，50%于玉米大喇叭口期追施。磷肥用磷酸二銨（N 18%；P2O546%），全部基施。鉀肥用氯化鉀（K2O 62%），50%基施、50%玉米大喇叭口期追肥。有機(jī)肥配施化肥減量試驗(yàn)中有機(jī)肥使用牛糞，用量45000 kg·hm-2（半干品），全部基施，含有機(jī)質(zhì)145 g·kg-1，全氮3.2 g·kg-1，P2O52.1 g·kg-1，K2O 2.0 g·kg-1。基肥于播種前按小區(qū)人工均勻撒施并翻壓入土，追施于拔節(jié)期人工開(kāi)溝深施覆土。

1.2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)1：氮磷鉀用量及配施有機(jī)肥化肥減量試驗(yàn)。

依據(jù)化肥氮磷鉀不同用量配比設(shè)置處理10個(gè)，分別為①CK、②N0P150K150、③N225P150K150、④N300P150K150、⑤N375P0K150、⑥N375P120K150、⑦N375P150K150、⑧N375P150K0、⑨N375P150K75、⑩N450P150K150，3次重復(fù)?；逝c有機(jī)肥配施處理10個(gè)，分別為①M(fèi)（牛糞45000 kg·hm-2）、②MN0P150K150、③MN225P150K150、④MN300P150K150、⑤MN375P0K150、⑥MN375P120K150、⑦M(jìn)N375P150K150、⑧MN375P150K0、⑨MN375P150K75、⑩MN450P150K150，重復(fù)3次。牛糞用量各處理一致。小區(qū)面積20 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。

試驗(yàn)2：配施中、微量元素化肥減量試驗(yàn)。

一處狹窄的巷子入口，巷子里面黑黢黢的，黑的像是要把我吞沒(méi)。入口處一盞昏暗的路燈，仿佛隨時(shí)要被夜風(fēng)吹滅。踩踏板的腳頓了一下。但我終究還是向這吃人般的黑暗騎去。

化肥配施中微量元素處理9個(gè)，分別為①N375P150K150、②N375P150K150S、③N375P150K150Ca、④N375P150K150Mg、⑤N375P150K150Zn、⑥N375P150K150Mn、⑦N375P150K150B、⑧N375P150K150Fe、⑨N450P150K150，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為20 m2。所有處理基施化肥均 為N 375 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2。硫肥用硫磺，施60 kg·hm-2，鈣肥用碳酸鈣，施90 kg·hm-2，鎂肥用氯化鎂（分析純），施60 kg·hm-2，鋅肥用硫酸鋅（分析純），施30 kg·hm-2，錳肥用硫酸錳（分析純），施30 kg·hm-2，硼肥用硼酸（分析純），施25 kg·hm-2，鐵肥用硫酸亞鐵（分析純），施3.5 kg·hm-2，均于拔節(jié)、抽雄期噴施。

試驗(yàn)3：制種玉米套作綠肥節(jié)氮效果試驗(yàn)。

制種玉米套作5個(gè)綠肥品種（甜豌豆、針葉豌豆、箭筈豌豆、毛苕子、麻豌豆）。設(shè)刈割留茬翻壓和全部翻壓2種綠肥處理方式及氮肥減量處理3個(gè)，分別為①刈割留茬，收獲地上部莖葉保留約10 cm根茬，根茬翻壓還田，N 388.5 kg·hm-2；②綠肥全部翻壓，地上部及根茬全部翻壓還田，N 358.5 kg·hm-2；③綠肥全部翻壓，N 313.5 kg·hm-2，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積33 m2。各處理 磷鉀 肥 用 量 一 致（P2O5150 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2），均基施，氮肥分兩次施入，基施各處理均N 88.5 kg·hm-2，綠肥翻壓后追施，3個(gè)處理追施量分別為300、270、225 kg·hm-2。毛苕子播量120 kg·hm-2，甜豌豆、針葉豌豆，箭筈豌豆，麻豌豆播量均為225 kg·hm-2。套作綠肥播種于母本空行，播種2行，行距30 cm。4月6日播種，6月3日刈割或翻壓。翻壓與追肥和澆水結(jié)合進(jìn)行。

1.3 樣品采集

9月22日玉米成熟期按小區(qū)取植株考察主要生物學(xué)性狀，9月23日按小區(qū)收獲，刨除小區(qū)邊行，每小區(qū)收取中間20 m2果穗進(jìn)行產(chǎn)量計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥及化肥配施有機(jī)肥對(duì)制種玉米產(chǎn)量的影響

化肥氮磷鉀不同施用量配比對(duì)制種玉米產(chǎn)量影響顯著（表1），N0P150K150、N225P150K150、N375P0K150和N375P150K0玉米產(chǎn)量與CK無(wú)顯著差異。在磷鉀施用水平一致的條件下，玉米產(chǎn)量隨施氮量增加而增加，N300P150K150和N375P150K150、N375P150K150和N450P150K150間差異不顯著；在氮肥用量（N 375 kg·hm-2）一致的情況下，N375P120K150玉米產(chǎn)量較N375P0K150高8.88%，與N375P150K0和N375P150K75玉米產(chǎn)量間無(wú)顯著差異。在氮磷肥用量一致的情況下，N375P150K150玉米產(chǎn)量顯著高于N375P150K0，但N375P150K0和N375P150K75間無(wú)顯著差異。

各化肥用量處理的玉米穗粒數(shù)均較CK高，其中N375P150K150和N450P150K150穗粒數(shù)相同且最高，分別 較N0P150K150和CK高30粒 和38粒；千 粒 重N0P150K150與CK間無(wú)差異，其他處理均不同程度高于CK，其中N375P150K75千粒重高于其他處理，達(dá)383 g，較CK高42.4%，較N450P150K150高23.2%。

對(duì)各處理增施牛糞45000 kg·hm-2，各處理玉米產(chǎn)量均較不施用有機(jī)肥處理有不同程度提高（表1），增幅10.2%～20.8%，平均增幅14.3%；穗粒數(shù)和千粒重平均增幅3.2%和3.5%。對(duì)比來(lái)看，MN300P150K150和MN375P150K150均較N450P150K150產(chǎn)量提高9.7 %。

表1 化肥及化肥有機(jī)肥配施對(duì)制種玉米產(chǎn)量的影響

2.2 中、微量元素增產(chǎn)效果及平衡投肥的節(jié)氮效應(yīng)

表2 化肥配施微量元素對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

對(duì)比來(lái)看，N375P150K150S玉米的穗粒數(shù)和千粒重均最高，較N375P150K150穗粒數(shù)提高2.6%，千粒重提高7.5%。而其他各處理較N375P150K150穗粒數(shù)的增幅在1.3%～2.3%，千粒重的增幅在0.3%～6.8%。

2.3 玉米套作綠肥節(jié)氮效應(yīng)

進(jìn)一步對(duì)玉米間作綠肥試驗(yàn)中玉米產(chǎn)量分析發(fā)現(xiàn)，3種處理方式下，玉米產(chǎn)量無(wú)顯著差異 （圖1）。相對(duì)比，雖然全部翻壓+N358.5和全部翻壓+N313.5處理化肥氮用量較刈割留茬+N388.5分別降低了10%和25%，但是玉米產(chǎn)量分別提高0.5%和2.2%。

圖1 套作綠肥處理方式對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

3 討論

3.1 有機(jī)肥配施對(duì)制種玉米產(chǎn)量的影響

盲目地偏施氮、磷肥，且隨著產(chǎn)量的提高偏投量越大，既造成土壤養(yǎng)分偏耗，又影響玉米種子質(zhì)量，偏投的氮、磷化肥帶來(lái)過(guò)剩污染和資源浪費(fèi)，成本增加，這是河西走廊灌區(qū)制種玉米種植中的普遍現(xiàn)象。有機(jī)肥是農(nóng)田土壤養(yǎng)分的主要來(lái)源之一，其養(yǎng)分含量全面，能平衡投肥結(jié)構(gòu)，改善土壤質(zhì)量，提高作物產(chǎn)量等［13-15］。付忠衛(wèi)等［16］研究商品有機(jī)肥配施化肥對(duì)河西走廊制種玉米產(chǎn)量影響表明，配施商品有機(jī)肥的處理產(chǎn)量最高，較單施化肥處理可增產(chǎn)5.98%，本研究結(jié)果表明，各化肥處理增施牛糞45000 kg·hm-2后，制種玉米產(chǎn)量平均增幅在14%，同時(shí)，MN375P150K150較N450P150K150化肥氮減量投入16.7%，而產(chǎn)量卻提高了9.7%。甚至，MN225P150K150較N450P150K150化肥氮減量投入50.0%，產(chǎn)量依然有4.6%的增幅，對(duì)比來(lái)看，N375P150K150和N225P150K150較高氮N450P150K150產(chǎn)量分別有3.7%和15.5%的降幅。以上結(jié)果均表明有機(jī)肥與化肥配施可有效提高制種玉米產(chǎn)量，且化肥減施后，有機(jī)肥的補(bǔ)充可有效緩解化肥減施帶來(lái)的產(chǎn)量降低。

另外，本研究中設(shè)置的5個(gè)氮水平（N 0、225、300、375、450 kg·hm-2），在 無(wú) 有 機(jī) 肥 投入的條件下，當(dāng)?shù)度脒_(dá)N 300 kg·hm-2后，N 450 kg·hm-2下制種玉米產(chǎn)量雖顯著高于N 300 kg·hm-2處理，但與N 375 kg·hm-2處理無(wú)顯著差異，N 375 kg·hm-2又與N 300 kg·hm-2處理無(wú)顯著 差 異，說(shuō) 明N 300 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2和K2O 150 kg·hm-2的化肥配比投入可滿(mǎn)足制種玉米的豐產(chǎn)需求，這也與筆者［9］之前的研究結(jié)果河西制種玉米化肥適宜投入量N、P2O5和K2O分別為300、90、75 kg·hm-2相一致。

3.2 中、微量元素配施的產(chǎn)量效應(yīng)

中、微量元素是植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中不可或缺的營(yíng)養(yǎng)元素，在促進(jìn)植物呼吸作用、光合作用及物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化等方面均發(fā)揮著重要作用、它影響作物產(chǎn)量、品質(zhì)形成［17-18］。諸多研究表明在玉米上施用中微量元素肥料具有顯著的增產(chǎn)效應(yīng)［19-21］。在制種玉米上也有類(lèi)似的效應(yīng)，師偉杰［22］研究幾種微量元素在制種玉米上的應(yīng)用效果發(fā)現(xiàn)微量元素肥料可不同程度地增加制種玉米生物量。本研究中，針對(duì)N375P150K150配施各種中、微量元素，各處理也有不同程度地增產(chǎn)效應(yīng)，增幅在3%～14%，其中N375P150K150S增產(chǎn)效應(yīng)顯著，較N375P150K150增產(chǎn)14.3%；相 比N450P150K150，N375P150K150S化 肥 氮減量16.6%，卻實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)10.4%。微量元素具有專(zhuān)一性的特點(diǎn)，玉米是對(duì)鋅最為敏感的作物之一。薛勇等［23］進(jìn)行的鋅肥在制種玉米上應(yīng)用的效果試驗(yàn)表明制種玉米施用鋅肥后增產(chǎn)效果顯著。本研究中，N375P150K150Zn較N375P150K150增產(chǎn)9.6%，較N450P150K150增產(chǎn)5.9%，以上結(jié)果均說(shuō)明降低化肥氮投入的情況下配施中量元素S和微量元素Zn可有效防止制種玉米產(chǎn)量的降低。

3.3 套作翻壓綠肥節(jié)肥效應(yīng)

綠肥是環(huán)保型有機(jī)肥料，利用綠肥能達(dá)到培肥增產(chǎn)和節(jié)約化肥的效果。綠肥作物以豆科為主，對(duì)于改良土壤、固定氮素具有重要作用，可以提高土壤肥力、減少化肥用量和提高水分利用率［24-25］。研究表明［26］綠肥翻壓的效果要好于留茬或根茬還田。本試驗(yàn)條件下與玉米間作的綠肥翻壓處理較刈割留茬具有明顯的增產(chǎn)效果。綠肥節(jié)氮已被研究證實(shí)，盧秉林等［27］研究發(fā)現(xiàn)在河西綠洲灌區(qū)進(jìn)行玉米種植時(shí)，間作收獲籽粒為主的針葉豌豆和間作以收獲豆科飼草為主的毛葉苕子，均能減少10%的化學(xué)氮肥用量。在本研究中，翻壓處理較刈割留茬處理化肥氮分別減少7.7%和19.3%，但是玉米產(chǎn)量卻分別增高0.5%和2.2%。說(shuō)明降低化肥氮投入的情況下翻壓綠肥可有效防止制種玉米產(chǎn)量的降低。

4 結(jié)論

本研究通過(guò)3個(gè)化肥減量試驗(yàn)表明，化肥配施有機(jī)肥后，各處理制種玉米產(chǎn)量呈不同程度增加，平均增幅為14%，制種玉米化肥的適宜施用量為N 300 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2和K2O 150 kg·hm-2，MN300P150K150較N450P150K150化 肥 氮 減 量33.3%，玉米增產(chǎn)9.7%；N375P150K150S較N450P150K150化肥氮減量16.6%，玉米增產(chǎn)10.4%；全部翻壓+N358.5和全部翻壓+N313.5處理化肥氮用量較刈割留茬+N388.5分別降低了10%和25%，而玉米增產(chǎn)0.5%和2.2%。