商品有機(jī)肥替代化肥對春玉米生長、產(chǎn)量及土壤肥力的影響

陳云梅，肖厚軍，趙 歡，秦 松，芶久蘭，趙堂甫，胡 崗，趙倫學(xué)，何成興，張 萌，魏全全

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，貴陽 550006；2.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴陽 550006；3.黔西縣農(nóng)牧局，貴州 黔西 553000；4.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，昆明 650205)

【研究意義】玉米在貴州種植面積超過全省耕地面積的25%[1-2]，是主要的糧飼兼用作物，其對氮肥比較敏感，施用氮肥是高產(chǎn)的重要手段。近年來，玉米生產(chǎn)上盲目過量施用氮肥造成肥效降低、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本增加、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題[3-6]。有機(jī)肥含有植物生長所需要的大量營養(yǎng)成分，各種微量元素、糖類和脂肪，具有改善土壤理化性質(zhì)、促進(jìn)微生物繁殖和活動、改善作物品質(zhì)等的作用。因此，研究商品有機(jī)肥替代化肥的適宜施用量，對保障玉米穩(wěn)產(chǎn)增收和減少化肥投入以保護(hù)環(huán)境具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】施用有機(jī)肥有助于提高土壤肥力[7-9]、增加氮肥的利用率[10-11]，使作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)[12]。添加有機(jī)肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中培土、減肥和節(jié)約成本的有效措施[13-14]。其中，商品有機(jī)肥配施化肥對作物生長、增產(chǎn)、提高肥效、培土和減污均有積極的作用[15-19]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】有關(guān)化肥配施有機(jī)肥對作物生長、產(chǎn)量、土壤肥力以及養(yǎng)分利用率影響的研究已有大量報(bào)道，但以推薦化肥用量的基礎(chǔ)上研究居多，而鮮見減量氮肥基礎(chǔ)上配施商品有機(jī)肥方面的相關(guān)研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】基于貴州玉米生產(chǎn)中普遍存在的過度依賴化肥和重氮肥造成了農(nóng)業(yè)成本增加、肥效降低、地力下降等問題，通過田間試驗(yàn)，研究施用不同水平商品有機(jī)肥替代20%化肥氮對貴州春玉米生長及土壤肥力的影響研究，以期為覆膜、商品有機(jī)肥和化肥三者配合在貴州玉米化肥減施增效上的推廣應(yīng)用及合理配比提供經(jīng)濟(jì)可行的施肥方案和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試玉米品種為靖豐8號，為收曲靖靖豐種業(yè)有限責(zé)任公司于2004年用外引自交系“贊SC122”作母本，自育自交系P97-18作父本組配的玉米單交種。生育期131 d左右。幼苗長勢強(qiáng)，成株整齊度好，株型半緊湊，株高288 cm，穗位高122 cm。雄花紫色，花絲淡紅色，葉色濃綠。籽粒黃白色，馬齒型。籽粒粗蛋白9.0%，粗脂肪4.17%，總淀粉63.3%，賴氨酸0.24%。靖豐8號高抗玉米絲黑穗病，抗小斑病、莖腐病。

供試肥料包括尿素(N，46%)、過磷酸鈣(P2O5，12%)，復(fù)合肥(15-15-15)，商品有機(jī)肥(N+P2O5+K2O≥8%，有機(jī)質(zhì)≥65%)，農(nóng)家肥(鮮樣：含水率74%、有機(jī)質(zhì)23%、N，0.40%、P2O5，0.17%、K2O，0.50%)。尿素與過磷酸鈣為常見單質(zhì)肥料，購自當(dāng)?shù)胤柿辖?jīng)銷商；復(fù)合肥產(chǎn)于中化重慶涪陵化工有限公司；商品有機(jī)肥由貴州天寶豐原生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)；農(nóng)家肥由當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶提供。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年4—9月在貴州畢節(jié)市黔西縣永燊鄉(xiāng)干溝村(全鄉(xiāng)地理位置為東經(jīng)106°07′47″，北緯27°00′25″)試驗(yàn)地進(jìn)行，該地屬于明顯的亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，境內(nèi)山巒起伏，地貌多樣，平均海拔1205 m，無霜期271 d，年平均氣溫14 ℃，年平均日照1100 h，年平均降雨量1007 mm，氣候溫和，雨量充沛，日照時間長。土壤類型為貴州典型地帶性粘性黃壤，其土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為：pH 6.19，有機(jī)質(zhì)20.7 g/kg，全氮2.24 g/kg，全磷0.5 g/kg，全鉀28.2 g/kg，堿解氮186.54 mg/kg，有效磷11.3 mg/kg，速效鉀152 mg/kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)3個處理(表1)，處理1，常規(guī)化肥(CK)；處理2，減量化肥氮20%+商品有機(jī)肥3000 kg/hm2；處理3，減量化肥氮20%+商品有機(jī)肥4500 kg/hm2。每處理3次重復(fù)，小區(qū)面積24 m2(6 m×4 m)，隨機(jī)區(qū)組排列。氮磷鉀肥按N 318 kg/hm2、P2O599 kg/hm2、K2O 95.6 kg/hm2施用，氮肥基肥施用40%，第1次追肥(6月1日)20%，第2次追肥(6月30日)40%。采用條帶覆膜種植，密度50 025株/hm2，播種時間4月18日，移栽時間5月6日。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 植株樣品處理、生物性狀、產(chǎn)量構(gòu)成要素及產(chǎn)量的測定 于玉米采收期采集玉米植株樣品，洗凈根系泥土，測定其株高、莖粗和穗位高。分莖葉、根和果穗三部分，分別稱重，再測其果穗的穗長、穗粗、禿尖、穗行數(shù)和行粒數(shù)；于105 ℃烘箱中殺青30 min，75 ℃烘干稱重。將植物樣品磨碎過篩后，自封袋分裝備用。產(chǎn)量于收獲時各小區(qū)單打單收測產(chǎn)。

1.4.2 植株樣品指標(biāo)測定 玉米植株樣品分為莖葉和籽粒兩部分，莖葉和籽粒的氮、磷、鉀含量分別采用半微量凱氏定氮法、釩鉑黃比色法和火焰分光光度法進(jìn)行測定。

1.4.3 土壤樣品基本理化性狀測定 種前及收獲期取0～20 cm耕層土樣經(jīng)風(fēng)干、研磨及過篩后，進(jìn)行土壤養(yǎng)分含量測定。土壤pH按水土比2.5∶ 1 pH計(jì)法測定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法，堿解氮釆用堿解擴(kuò)散法，有效磷采用NaHCO3，速效鉀采用火焰光度法測定[20]。

表1 各處理施肥量

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行計(jì)算處理，利用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 2018作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米的生物性狀

從表2看出，玉米株高以處理2的最高，為2.39 m，顯著高于處理1和處理3；處理1和處理3差異不顯著。玉米莖粗以處理2的最粗，為22.91 mm，顯著高于處理1和處理3；其次是處理2，為21.70 mm，與處理3間差異達(dá)顯著水平。玉米穗位高以處理2最高，為1.01 m，顯著高于其它處理；處理3玉米穗位高顯著高于處理1。

2.2 玉米的產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀

由表3可知，玉米穗長以處理1的最長，為16.33 cm;其次是處理2，為16.25 cm;處理3最短，為16.06 cm，三者間差異不顯著。玉米穗粗以處理3最粗，為54.46 mm;處理1次之，為54.30 mm，二者差異不顯著，但均顯著高于處理2。玉米禿尖長為，處理2>處理1>處理3，3個處理間差異不顯著。3個處理玉米穗行數(shù)差異不顯著。玉米行粒數(shù)以處理3最多，顯著高于處理1和處理2，且處理1和處理2差異未達(dá)顯著水平。玉米產(chǎn)量以處理3最高，為9699 kg/hm2，比處理1高620.33 kg/hm2，增產(chǎn)6.83%，差異達(dá)顯著水平；其次是處理1，為9078.67 kg/hm2，玉米產(chǎn)量顯著高于處理2；處理2最低，為8030 kg/hm2；比處理1低1048.67 kg/hm2；減產(chǎn)13.06%。

2.3 玉米的養(yǎng)分吸收量

從表4看出，各處理氮吸收量表現(xiàn)為處理2>處理1>處理3，且各處理間差異達(dá)顯著水平；各處理磷吸收量以處理2的最高，為25.26 kg/hm2，與處理3和處理1間差異達(dá)顯著水平，處理3磷吸收量最低。鉀吸收量以處理2最高，達(dá)33.85 kg/hm2，其次是處理1，為33.27 kg/hm2；處理3最低，3個處理差異不顯著。

2.4 土壤的養(yǎng)分含量

從表5看出，土壤pH和全氮含量均是處理1<處理2<處理3，其中，土壤pH 處理3與處理2間差異不顯著，但均顯著高于處理1；土壤全氮含量3個處理間差異不顯著。土壤有機(jī)質(zhì)含量為處理1<處理3<處理2，各處理間差異不顯著：土壤堿解氮含量處理3>處理1>處理2，3個處理間差異未達(dá)顯著水平；土壤有效磷含量為處理1>處理2>處理3，處理1顯著高于處理2和處理3，為29.47 mg/kg。土壤速效鉀含量以處理1最高，為283.33 mg/kg，顯著高于處理2和處理3，處理2稍低于處理3，兩者間差異不顯著。

表2 不同處理玉米的生物性狀

表3 不同處理玉米的產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀

表4 不同處理玉米籽粒氮磷鉀吸收量

3 討 論

研究結(jié)果表明，商品有機(jī)肥4500 kg/hm2替代常規(guī)化肥氮施用量的20%能顯著提高春玉米產(chǎn)量。王小明等[21-23]研究也表明，有機(jī)肥替代化肥可提高玉米產(chǎn)量。劉歡[24-29]在白菜上減施化學(xué)氮肥配施有機(jī)肥也得出類似結(jié)論，可能與有機(jī)肥中營養(yǎng)元素齊全，含有豐富的有機(jī)質(zhì)、大量養(yǎng)分元素、微量元素及多種功能菌[25]，且施入酸性土壤后可提高土壤pH，改善根際微生物活性，增加土壤含水量及有效養(yǎng)分含量[26]，減少養(yǎng)分流失和提高利用率[27]等因素有關(guān)。溫延臣等[30]研究表明，商品有機(jī)肥替代部分化肥處理與常規(guī)化肥處理相比，冬小麥及夏玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素未表現(xiàn)出顯著影響，這與本試驗(yàn)中的各處理間玉米穗長、穗行數(shù)和禿尖均無顯著差異基本一致。但實(shí)際上，施商品有機(jī)肥4500 kg/hm2替代20%化肥氮處理的玉米產(chǎn)量構(gòu)成有不同程度的改善，可能與有機(jī)肥與化肥配合施用可提高玉米穗行數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，從而改善玉米產(chǎn)量構(gòu)成[33]有關(guān)。

研究表明，商品有機(jī)肥3000 kg/hm2替代20%化肥氮處理玉米生物性狀與常規(guī)化肥相比，玉米株高、莖粗和穗位高總體均呈升高趨勢，這與趙歡等[31]的研究結(jié)果類似，說明化肥和有機(jī)肥配合可改善春玉米生物性狀。研究還發(fā)現(xiàn)，商品有機(jī)肥3000 kg/hm2替代20%化肥氮處理玉米產(chǎn)量最低，但其生物性狀明顯較優(yōu)，而施商品有機(jī)肥4500 kg/hm2替代20%化肥氮處理玉米生物性狀則不占優(yōu)勢，說明作物營養(yǎng)生長與生殖生長之間存在相互制約關(guān)系，二者存在養(yǎng)分的競爭，當(dāng)營養(yǎng)生長過旺時則生殖生長受到抑制，即表現(xiàn)為產(chǎn)量低，生物性狀較優(yōu)的情況，反之亦然。

有機(jī)適宜用量替代化肥可顯著提高玉米氮磷鉀吸收量[32]，本試驗(yàn)結(jié)果也證明，有機(jī)肥替代化肥春玉米籽粒對氮磷鉀的吸收量有不同程度提高；管冠[33]研究則表明，采用50%有機(jī)肥替代化肥氮減20%，不影響稻麥養(yǎng)分吸收，這與本研究結(jié)果相悖，可能是試驗(yàn)對象不同，吸肥能力及需肥特性有較大差異的緣故，也可能是因?yàn)樵囼?yàn)地所處環(huán)境條件差異較大所致，具體原因有待研究。此外，研究中商品有機(jī)肥3000 kg/hm2替代化肥氮減20%處理玉米產(chǎn)量最低，但其玉米植株氮磷鉀的吸收量均最高，原因仍可能為作物營養(yǎng)生長與生殖生長之間存在相互制約關(guān)系，這也解釋了商品有機(jī)肥3000 kg/hm2替代化肥氮減20%處理玉米產(chǎn)量最低，玉米生物性狀最優(yōu)的結(jié)果。

施用有機(jī)肥可提高土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量[34]；本試驗(yàn)條件下，商品有機(jī)肥替代化肥氮減20%處理對土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量均有一定程度的提高，這與徐明崗等[35-36]的研究結(jié)果基本一致，可能與施用有機(jī)肥可改善土壤理化性狀，增加土壤肥力，促進(jìn)被土壤固定的養(yǎng)分釋放[37]，增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤養(yǎng)分，增強(qiáng)土壤保肥供肥能力[38]等因素有關(guān)；李靜等[39]研究則表明，有機(jī)無機(jī)配合施pH值比單施無機(jī)肥低，這與本研究結(jié)果不一致，可能是試驗(yàn)地的土壤或氣候環(huán)境不同所致。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無機(jī)配合比單施化肥更有利于土壤養(yǎng)分的積累，能更好地提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮及堿解氮含量，且商品有機(jī)肥4500 kg/hm2替代化肥氮減20%處理對土壤酸度改善效果最佳，土壤全氮、堿解氮含量均優(yōu)于其他處理。

表5 不同處理土壤的養(yǎng)分含量

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)條件下，施用商品有機(jī)肥(3000和4500 kg/hm2)在貴州春玉米上的替代化肥氮20%效果不同，其中以商品有機(jī)肥4500 kg/hm2替代化肥氮減20%處理玉米產(chǎn)量最高，增產(chǎn)效果最好，對土壤酸度改善效果最佳，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量提升效果最大；以商品有機(jī)肥3000 kg/hm2替代化肥氮減20%處理的玉米生物性狀表現(xiàn)最優(yōu)；綜上所述，商品有機(jī)肥4500 kg/hm2替代20%化肥氮為貴州玉米化肥減施增效的最佳施肥模式。