青貯玉米高產(chǎn)與環(huán)境友好型施肥模式探究

趙世翔，魏邦泰，李 斐

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院，內(nèi)蒙古自治區(qū)土壤質(zhì)量與養(yǎng)分資源重點實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

2015年，我國提出大力發(fā)展我國飼草種植，協(xié)調(diào)飼草、糧食和經(jīng)濟作物三元結(jié)構(gòu)，和諧穩(wěn)定健康發(fā)展，到2020年將飼草種植面積擴大到633萬hm2，其中青貯玉米種植面積占比達到26%。同年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部開展“糧改飼”試點10個，2016年增至30個，2017年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部將“糧改飼”試點推行至全國各省市，每個省市試點近400個，同時給予大力財政補貼，“糧改飼”任務目標以每年67萬hm2增長，預計2030年，我國青貯玉米種植可突破667萬hm2［1］。

我國農(nóng)業(yè)種植多以小農(nóng)戶經(jīng)營為主，農(nóng)田水肥管理粗放，以氮肥為主的化肥投入過多，不僅造成資源的浪費，而且加劇環(huán)境惡化。自20世紀80年代以來，我國農(nóng)田化肥投入量以4%的速度逐年增加，成為全球化肥生產(chǎn)和消費量最高的國家。玉米的氮肥增產(chǎn)效應明顯，農(nóng)民為追求高產(chǎn)而盲目施用氮肥，造成氮肥的損失率高達45%［2］。據(jù)統(tǒng)計，我國農(nóng)作物集約化種植區(qū)，氮肥的投入量達到450～600 kg·hm-2［2］。在我國華北平原玉米種植區(qū)，氮肥年用量超過500 kg·hm-2［3］。在國家大力實行“糧改飼”的政策下，青貯玉米種植面積正在逐年迅速擴大，與此同時，青貯玉米的種植依然使用普通玉米使用的肥料和水分管理模式，甚至其遠超普通玉米。在這種管理模式含糊不清的情況下，以每年種植面積近百萬公頃的增速所帶來的氧化亞氮等溫室氣體的排放和土壤氮磷流失對地下水的污染是不可估量的。我國迫切需要一套成熟的適用于我國青貯玉米種植的管理模式，以應對棘手的環(huán)境問題。目前，針對糧用玉米氮肥管理的研究相對成熟［4-8］，近幾年雖然對青貯玉米栽培技術(shù)的研究有了可喜的進步，但大多是其飼用價值、種植密度、青貯品種培育以及飼料加工方面的研究［9-11］，栽培管理大多仍沿用糧用玉米生產(chǎn)模式，水氮優(yōu)化管理技術(shù)在青貯玉米上的應用仍然較少。本文通過不同的養(yǎng)分管理模式，研究了各種模式下青貯玉米產(chǎn)量、經(jīng)濟效益以及環(huán)境影響等問題，為內(nèi)蒙古青貯玉米可持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟環(huán)境雙贏提供技術(shù)支撐和保障，也為后期如何通過養(yǎng)分管理提高青貯玉米品質(zhì)等方面的研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中南部烏蘭察布市察右前旗瑞田現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司園區(qū)（112°48′～113°40′ E，40°41′～41°13′ N），此地氣候環(huán)境惡劣，冬季漫長寒冷，少有降雪，夏季涼爽且短暫，屬于典型的大陸性季風氣候。年平均降水量為360 mm，降水集中在7～8月，夏季平均氣溫22℃，年平均氣溫4.5℃，無霜期約為130 d，早霜出現(xiàn)在9月中下旬，晚霜出現(xiàn)在4至5月之間，常年風向為西北風。因氣候涼爽，晝夜溫差大，主要種植農(nóng)作物為玉米、馬鈴薯、雜糧、雜豆等。全旗以栗鈣土為主，其次為草甸土和沼澤土，黑鈣土和鹽土也有小面積分布。試驗區(qū)耕層土壤基本理化性質(zhì)為有機質(zhì)19.7 g·kg-1、pH 8.9、堿化度5.06%、硝態(tài)氮90.7 mg·kg-1、有效磷10 mg·kg-1、有效鉀138.3mg·kg-1、田間持水量180 g·kg-1、土壤容重1.37 g·cm-3。

1.2 試驗材料

本研究以青貯玉米品種先玉1331為試驗對象，種植方式采用膜側(cè)精量播種，膜下為滴灌帶，株距18 cm，平均行距為60 cm，種植密度為90000株·hm-2。

1.3 試驗設計

2018年春播前，在瑞田現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司園區(qū)選擇地力均勻、地勢平坦的地塊開展不同施肥模式對青貯玉米產(chǎn)量及其環(huán)境效應的研究。試驗采取大區(qū)種植，共設3個處理，分別為農(nóng)戶傳統(tǒng)施肥區(qū)（CON）、基于土壤測試的氮素營養(yǎng)調(diào)控（PAT-1）和基于光譜衛(wèi)星的全追肥模式（PAT-2）。CON模式下施肥以氮肥為主，磷鉀投入較少，全部肥料作為基肥施入土壤；PAT-1模式下施肥量根據(jù)目標需求量與土壤供應量計算得到，其中磷鉀肥和少部分氮肥作為基肥，其余氮肥作為追肥分3次施完，追施量依據(jù)青貯玉米養(yǎng)分吸收規(guī)律，追施前進行氮素調(diào)控。PAT-2模式所有肥料均作為追肥水肥一體施用，采用高光譜遙感對玉米長勢進行實時監(jiān)測，并利用高光譜反演技術(shù)對氮肥用量進行實時調(diào)控。不同模式下養(yǎng)分投入量詳見表1。

為了探究基于土壤測試的氮素營養(yǎng)調(diào)控（PAT-1）和基于光譜衛(wèi)星的全追肥（PAT-2）2種環(huán)境友好型施肥模式在實際生產(chǎn)中的應用效果，在充分結(jié)合PAT-1和PAT-2模式2018年的試驗結(jié)果和2種模式各自優(yōu)缺點的基礎上，2019年在瑞田現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司進一步開展環(huán)境友好型施肥技術(shù)模式的探究，并對2018年的試驗結(jié)果進行驗證。2019年春季播種前采集耕層土壤樣品進行監(jiān)測分析，并根據(jù)青貯玉米目標產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收規(guī)律以及肥料利用效率等計算得出肥料施用量。其中磷鉀肥和少部分氮肥作為基肥，在玉米生育期采用高光譜遙感反演技術(shù)進行氮素的實時調(diào)控，并將剩余的氮肥在青貯玉米生育的小喇叭口期、大喇叭口期和抽雄期分3次完成追施，基追比例為3∶3∶3∶1。該模式稱為優(yōu)化施肥技術(shù)模式（OPT）。OPT施肥模式具體的養(yǎng)分投入量詳見表1。

表1 不同模式化肥養(yǎng)分投入量 （kg·hm-2）

1.4 不同施肥模式調(diào)控原理

1.4.1 傳統(tǒng)施肥模式

通過對試驗區(qū)當?shù)剞r(nóng)戶進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，農(nóng)戶種植青貯玉米大多只施用基肥，不追肥，且基肥以氮肥為重，此模式以下簡稱CON模式。

1.4.2 基于土壤測試的氮素營養(yǎng)調(diào)控模式

首先，春播前采集耕層土壤樣品進行監(jiān)測分析，了解土壤基本養(yǎng)分供應能力；其次，根據(jù)瑞田現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司提供的往年青貯玉米產(chǎn)量確定目標產(chǎn)量，并根據(jù)青貯玉米每噸鮮產(chǎn)的氮磷鉀養(yǎng)分吸收量，計算得到目標產(chǎn)量下青貯玉米養(yǎng)分吸收量；最后，根據(jù)施用肥料的肥料利用率計算得出肥料施用總量。此模式按照基肥加追肥的原則，將磷鉀肥作為基肥，氮肥減去基肥中帶入的少量氮肥之后在關(guān)鍵生育期分3次追施。在每次追肥前3～5 d采集土壤樣品監(jiān)測土壤硝態(tài)氮，并根據(jù)土壤硝態(tài)氮含量和玉米長勢調(diào)整追肥日期及追肥量。此模式以瑞田現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司為中心輻射周邊1000余hm2。

由于地塊面積較大，費時費力，采土測試工作以片區(qū)為單位，以下簡稱PAT-1。

1.4.3 基于光譜衛(wèi)星的全追肥模式

此模式采用無基肥，所有肥料的投入為少量多次水肥一體膜下滴施。在玉米生長期間采用高光譜遙感技術(shù)對玉米長勢進行實時監(jiān)測，并采用高光譜反演技術(shù)，利用光譜指數(shù)（NDVI）與作物生物量、植株氮濃度等相關(guān)性極佳的特點，通過玉米冠層光譜信息推薦施肥量。根據(jù)不同生長時期玉米反演得出的NDVI值對玉米植株氮素濃度進行實時監(jiān)測，并依據(jù)不同生育期玉米需水需肥規(guī)律進行氮素的實時調(diào)控，從而確定整個玉米生長周期的施肥次數(shù)和施肥量（圖1），以下簡稱PAT-2。表2為PAT-2施肥日期及施氮量。

圖1 高精度衛(wèi)星NDVI圖

表2 PAT-2施肥日期及施肥量 （kg·hm-2）

1.4.4 優(yōu)化施肥技術(shù)模式

該技術(shù)模式充分結(jié)合PAT-1和PAT-2施肥模式的氮肥調(diào)控方法，此模式采用基肥加高光譜遙感反演氮肥實時調(diào)控技術(shù)。首先，春季播種前采集耕層土壤樣品進行監(jiān)測分析，并根據(jù)青貯玉米目標產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收規(guī)律以及肥料利用效率等計算得出肥料施用量。其中磷鉀肥和少部分氮肥作為基肥，在玉米生育期采用高光譜遙感技術(shù)對玉米長勢進行實時監(jiān)測，并通過實時監(jiān)測玉米冠層光譜信息，采用高光譜反演技術(shù)將剩余的氮肥在青貯玉米生育的小喇叭口期、大喇叭口期和抽雄期分3次完成追施，此模式簡稱OPT模式。

1.5 樣品測定與數(shù)據(jù)采集

1.5.1 樣品的測定

莖基部硝酸鹽含量：收獲之后在各模式的典型地塊采集莖基部（青貯玉米收獲后留茬部分）若干，風干粉碎后用紫外分光光度計法測定其硝酸鹽含量。

土壤硝態(tài)氮含量：在青貯玉米生育關(guān)鍵期小喇叭口期、大喇叭口期、抽雄期和收獲后采集相應地塊0～60 cm土壤樣品，將采集的土壤樣品混合后準確稱取50 g于振蕩瓶中，以0.01 mol·L-1的CaCl2為浸提劑，量取50 mL后倒入振蕩瓶，振蕩30 min后過濾，用RQeasy硝酸鹽反射儀測定土壤樣品硝態(tài)氮含量。

1.5.2 數(shù)據(jù)的采集與計算

各種模式產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于秋季青貯玉米收獲實際數(shù)據(jù)，成本與效益數(shù)據(jù)由瑞田現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司財務部提供。

其中氮素輸入途徑包括化肥投入、灌溉投入、種子帶入、干濕沉降和非共生固氮?；释度霝榈实膶嶋H投入量；灌溉投入由灌溉水中氮素含量和灌溉水用量求出；種子帶入由播種量及種子中氮素含量求得；干濕沉降及非共生固氮由文獻查閱得出。作物帶走由青貯玉米產(chǎn)量和玉米中氮素含量求得，土壤殘留以收獲期0～60 cm土層土壤硝態(tài)氮計算得出。

1.6 數(shù)據(jù)分析與整理

將數(shù)據(jù)錄入Excel 2007進行簡單計算與整理，用SAS 9.0進行單因素方差分析，用Sigmaplot 12.5進行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量對比

圖2為PAT-1和PAT-2的平均產(chǎn)量水平，與全國平均產(chǎn)量水平和農(nóng)戶平均產(chǎn)量水平對比發(fā)現(xiàn)，PAT-2的產(chǎn)量最高，PAT-1次之，PAT-1和PAT-2都高于全國平均水平，農(nóng)戶產(chǎn)量遠遠低于全國平均產(chǎn)量水平。農(nóng)戶施氮量高，但不注重磷鉀肥的施用，產(chǎn)量約49500 kg·hm-2。2016年我國青貯玉米平均產(chǎn)量為62000 kg·hm-2，PAT-1產(chǎn)量為67500 kg·hm-2，PAT-2產(chǎn)量約為73000 kg·hm-2。相比農(nóng)戶，PAT-1和PAT-2分別增產(chǎn)12500和23500 kg·hm-2，增幅分別為25.3%和47.4%。

圖2 不同模式產(chǎn)量對比

2.2 不同時期NDVI值變化

在青貯玉米生育期內(nèi)共測定7次NDVI，從圖3中可看出，其NDVI值隨時間延長不斷增大，最高值出現(xiàn)在7月18日，而后又呈降低的趨勢。在6月10日之前，玉米植株小，生物量低，從6月10日至7月5日這一階段施氮量不斷加大，玉米生長速度急劇增加，NDVI值也相應增大。第5次施氮量最高，施入之后7月18日測定NDVI，其值達到最大。從圖3中可知，施氮量與青貯玉米NDVI具有一定相關(guān)性，施氮量的增加會提高其NDVI值，后期施氮量減小，NDVI值則會減小。

圖3 不同時期NDVI及NDVI與施氮量的關(guān)系

2.3 莖基部硝酸鹽含量

玉米植株內(nèi)的氮素主要以蛋白質(zhì)氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和酰胺態(tài)氮的形式存在，其中硝態(tài)氮對氮素供應反應最為靈敏，所以通常在玉米生長期可以通過測定植株體內(nèi)硝酸鹽含量來判斷土壤對玉米的氮素供應狀況，在玉米生育前期，植株體內(nèi)硝酸鹽含量與生物量之間為正相關(guān)關(guān)系，但隨著生育的進程生物量不斷增加，其體內(nèi)硝酸鹽儲量會逐漸降低。圖4為不同施肥模式下收獲期莖基部硝酸鹽濃度，可以看出產(chǎn)量越高其硝酸鹽濃度越低。邢惕等［12］指出，春小麥莖基部硝酸鹽濃度隨著植株的不斷生長呈下降的趨勢，此理論也適用于玉米、棉花、甘藍、馬鈴薯等作物。玉米的高生物產(chǎn)量不是以植株中高的硝酸鹽儲存量為前提，若在玉米整個生長期內(nèi)土壤能夠提供適量的氮素，則植株體內(nèi)不會儲存過量硝酸鹽［13-15］。傳統(tǒng)施肥模式下產(chǎn)量最低，收獲時根茬硝酸鹽濃度最高，大量積累在玉米植株內(nèi)的硝酸鹽，在飼料發(fā)酵以及被畜禽食用后，通過一系列反應可轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽等毒害物質(zhì)，最終流向人體內(nèi)，危害人體健康。

圖4 不同產(chǎn)量水平模式下收獲期根茬硝酸鹽含量對比

2.4 肥料利用率

從表3可以看出，不同施肥模式對氮肥的可利用性有較大的影響。傳統(tǒng)施肥模式下氮肥利用率僅為26.5%，遠遠低于兩種PAT模式，PAT-1為52.5%，PAT-2最高，為54.7%。由此可知，少量多次的水肥一體化施肥模式符合作物對氮肥的需求且極大減少了有效根區(qū)以外養(yǎng)分流失，提高氮肥利用率。

表3 不同模式氮肥利用率

2.5 氮素供應與環(huán)境風險

圖5為不同模式不同時期各土層土壤硝態(tài)氮含量的變化情況。施入土壤中的氮肥，經(jīng)過一系列的化學反應生成各種形態(tài)的氮化合物，除部分被作物吸收利用外，其余部分形成氣體揮發(fā)或散逸，或被微生物轉(zhuǎn)化利用或被固定在土壤中，還有一部分以離子形態(tài)存在于土壤溶液中，這些存在于土壤溶液中的離子很容易隨水的滲透而流失。土壤硝態(tài)氮的移動性較強，可以隨水的移動而移動，從圖中可以看出，農(nóng)戶將氮肥全部作為基肥后，隨著一次又一次的過量灌溉，土壤氮素以硝態(tài)氮的形式在逐漸地向下層土壤移動。PAT-1基肥加追肥的模式和PAT-2無基肥全追肥模式，在各個階段均可持續(xù)供應作物所需的養(yǎng)分。不能被植物吸收利用的硝態(tài)氮隨灌水進入地下水中，并最終進入人或動物體內(nèi)，硝酸鹽會轉(zhuǎn)化形成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽與人體內(nèi)仲胺類物質(zhì)結(jié)合形成亞硝胺類，當亞硝胺類物質(zhì)超過一定限度之后則會使人體細胞畸變、癌變，嚴重影響人體健康。

圖5 不同模式0～60 cm土層土壤硝態(tài)氮含量變化

2.6 氮素平衡

土壤環(huán)境中的氮素遵循物質(zhì)守恒的原理。由表4可知，青貯玉米田氮素投入以化肥投入為主，占總投入的70.5%～72.7%。其次是灌溉帶入，當?shù)氐叵滤跛猁}含量平均為65 mg·L-1，傳統(tǒng)施肥模式、PAT-1和PAT-2模式下灌溉量約為450、343和343 mm，由此求得傳統(tǒng)施肥模式、PAT-1、PAT-2模式下由灌溉帶入土壤的氮素分別為35、27和27 kg·hm-2。玉米籽粒中也含有一定量的氮素，青貯玉米播種密度一般為90000株·hm-2，玉米籽粒中含氮量為12～15 g·kg-1，千粒重為350～400g［16］。由此可知，通過播種帶入農(nóng)田的氮素約為 4 kg·hm-2。趙榮芳等［17］通過總結(jié)公開發(fā)表的文獻，表明我國北方（華北和東北地區(qū)）氮沉降每年輸入到農(nóng)田系統(tǒng)中的氮量多數(shù)在3～34 kg·hm-2·年-1之間，多點平均約為21 kg·hm-2·年-1。非生物固定氮量國內(nèi)研究變化很大，一般范圍為15～33 kg·hm-2·年-1［18］。李書田等［19］和趙榮芳等［17］分別在旱田和華北小麥-玉米輪作氮素清單研究中均采用15 kg·hm-2·年-1，為此，本研究中將非生物固氮定為15 kg·hm-2·年-1。除被作物吸收外，施入土壤中的氮素以氣體形式散逸和隨水的滲透流失而損失到環(huán)境中。由表4可知，CON模式下氮素總輸入量最高，主要表現(xiàn)在化肥投入和灌溉帶入。在輸出項中，CON模式下作物帶走的量明顯比兩種PAT模式少，農(nóng)戶青貯玉米田中氮素的表觀損失為124 kg·hm-2，顯著高于PAT-1的27 kg·hm-2和PAT-2的7 kg·hm-2。

表4 不同模式氮素平衡 （kg·hm-2）

2.7 經(jīng)濟效益

表5是CON模式、PAT-1和PAT-2成本與利潤。由表5可知，農(nóng)戶產(chǎn)量最低，PAT-1肥料成本最低，為1560元·hm-2，由于PAT-2肥料全為養(yǎng)分含量較高的水溶性肥料，肥料成本最高，為2190元·hm-2。凈收益為青貯玉米單位收購價乘產(chǎn)量再減去各項成本之和，由表5可看出，CON模式下凈收益最低，為5385元·hm-2，PAT-2最高，為11820元·hm-2。與農(nóng)戶傳統(tǒng)模式相比，PAT-1和PAT-2凈增收分別增加103%和119%，成效顯著。

表5 不同模式成本與收益

2.8 環(huán)境友好型施肥技術(shù)模式效果驗證

為了進一步探究基于土壤測試的氮素營養(yǎng)調(diào)控（PAT-1）和基于光譜衛(wèi)星的全追肥（PAT-2）2種環(huán)境友好型施肥模式在實際生產(chǎn)中的應用效果，在充分結(jié)合PAT-1和PAT-2施肥技術(shù)模式的基礎上，2019年在瑞田現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司進一步開展環(huán)境友好型施肥技術(shù)模式的探究，并對2018年的試驗結(jié)果進行驗證（圖6）。結(jié)果表明，與CON模式相比，OPT模式下青貯玉米的產(chǎn)量增加了45.1%，氮素的表觀損失量降低了92.2%。由此可知，采用合理的施肥模式可以實現(xiàn)青貯玉米生產(chǎn)過程中環(huán)境和經(jīng)濟效益的統(tǒng)一。

圖6 不同施肥模式對青貯玉米產(chǎn)量及氮表觀損失量的影響

3 討論

3.1 環(huán)境友好型施肥模式對青貯玉米產(chǎn)量及環(huán)境效應的影響

大量試驗已經(jīng)證明，在一定范圍內(nèi)，增施氮肥會提高作物產(chǎn)量，但隨著氮肥用量增加，增施單位氮肥所引起的產(chǎn)量增加會越來越?。?0］。同時土壤中的氮素循環(huán)是時刻進行的，也就是說氮素的損失是不可避免的，施入到土壤中的氮除了部分可供植物吸收利用，多余的氮素通過各種途徑損失到環(huán)境中［21-24］。由此可知，隨著氮肥用量的增加，不僅其經(jīng)濟效益會降低，同時增加了氮素的環(huán)境風險。而長期以來農(nóng)戶為了追求青貯玉米的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)，在玉米種植過程中一直存在大水漫灌、大量施肥的現(xiàn)象。傳統(tǒng)施肥模式中，氮肥的施用多以尿素為主，且農(nóng)戶將氮、磷、鉀肥作為基肥一次性施入土壤中，尿素在土壤中極容易水解形成銨類物質(zhì)，并通過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮［25］。存在于土壤中的硝態(tài)氮除了被作物吸收利用外，在溫度和土壤微生物等的作用下能夠通過硝化和反硝化過程從土壤表面散逸，也會隨水分移動流向土壤深層，這可能會造成在作物生長后期氮素缺乏，從而影響作物產(chǎn)量［26］。而基于土壤測試的基肥加追肥模式和光譜全追肥模式根據(jù)青貯玉米養(yǎng)分需求規(guī)律，在適宜的時期進行氮肥的合理施用，保證了整個生育期內(nèi)玉米的養(yǎng)分需求，從而達到穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的目的［27］。不同施肥模式下，不同生育期0～60 cm土層硝態(tài)氮含量（圖5）也證實了與傳統(tǒng)施肥模式相比，基于土壤測試的基肥加追肥模式和基于光譜的全追肥模式能夠在青貯玉米整個生育期內(nèi)持久穩(wěn)定的提供作物需要的養(yǎng)分。因此，基于土壤測試的基肥加追肥模式和光譜全追肥模式下青貯玉米產(chǎn)量與傳統(tǒng)施肥模式相比，分別增加了36.4%和47.4%。同時，不管是基于土壤測試的基肥加追肥模式還是基于光譜的全追肥模式，均充分考慮了青貯玉米整個生育期的養(yǎng)分需求量，控制氮肥的投入，不僅充分滿足了玉米生長的養(yǎng)分需求，還有效地避免了氮素的損失。與傳統(tǒng)施肥模式相比，2種模式下氮肥投入分別降低了20.0%和13.6%，氮肥的表觀損失僅分別為傳統(tǒng)模式的21.8%和5.6%，氮肥利用率分別提高了98.1%和106.4%，從而實現(xiàn)了經(jīng)濟、環(huán)境效益的統(tǒng)一。

3.2 環(huán)境友好型施肥模式存在的問題及未來發(fā)展的方向

雖然，PAT-1和PAT-2的產(chǎn)量、經(jīng)濟效益及環(huán)境風險都優(yōu)于傳統(tǒng)種植模式，但2種施肥模式仍然存在一定的問題。PAT-1在春播前要全面掌握土壤的肥力水平，其土壤采集面較廣，工作量較大。采集后化驗分析、數(shù)據(jù)處理并將結(jié)果利用在實際生產(chǎn)指導中所用時間較長。在根據(jù)目標產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分供應情況下制訂追肥計劃后，每次追肥之前均要采集土壤樣品速測土壤氮素情況，為使監(jiān)測數(shù)據(jù)更有代表性和可靠性且具有時效性，必將花費較多人力物力；所以，種植面積較大時，此方法具有一定局限性。PAT-2采用全追肥的施肥模式，選用的肥料全部為水溶性肥料，目前磷酸一銨等水溶性磷肥的溶解度較低，溶解過程耗時長、效率低，磷肥移動性較差，作為追肥少量多次來施用，其利用效率等問題有待考證，而且肥料成本略高；此外，該模式下生育期內(nèi)追肥次數(shù)較多，能否在規(guī)定時間內(nèi)將肥料追入田間受限于種植面積、水井數(shù)量等。

綜上所述，PAT-1中作物氮素營養(yǎng)診斷方法工作量大且時效性較差，而PAT-2追肥次數(shù)多，過程繁瑣，2種模式再優(yōu)化空間巨大。為此，在2019年，結(jié)合PAT-1和PAT-2，即采用基肥加追肥的原則，播前采集耕層土壤樣品進行監(jiān)測分析，確定基肥施用量，在玉米生育期采用高光譜遙感反演技術(shù)進行氮素的實時調(diào)控，以此來解決PAT-1工作量大且時效性較差以及PAT-2追肥次數(shù)較多的問題。結(jié)果表明，采用優(yōu)化的施肥模式可以顯著地增加青貯玉米的產(chǎn)量（45.1%），并且降低氮素的環(huán)境損失（92.2%）（圖6）。由此可知，采用合理的施肥模式可以實現(xiàn)青貯玉米生產(chǎn)過程中環(huán)境和經(jīng)濟效益的統(tǒng)一。而根據(jù)目前作物氮素營養(yǎng)診斷技術(shù)的發(fā)展情況來看，先進的技術(shù)不斷被應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，基于光譜衛(wèi)星的作物冠層氮素營養(yǎng)診斷等技術(shù)具有大尺度、無損、便利、快捷等優(yōu)點，是加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要途徑。所以未來作物養(yǎng)分管理應該是融合先進的養(yǎng)分資源管理理論，在充分摸清土壤供肥能力、作物養(yǎng)分吸收規(guī)律等的基礎上，結(jié)合光譜與土壤養(yǎng)分傳感器診斷技術(shù)，實現(xiàn)作物生長期內(nèi)肥料尤其是氮肥施用的實時調(diào)控，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的健康綠色發(fā)展。

4 結(jié)論

相對而言，農(nóng)民施肥方式較便捷，但是產(chǎn)量明顯較低，肥料的損失較嚴重，且加劇了環(huán)境污染?；谕寥罍y試的氮素調(diào)控模式和基于衛(wèi)星光譜的無基肥模式在青貯玉米產(chǎn)量、經(jīng)濟效益等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)模式，對農(nóng)民增收和環(huán)境友好具有重要意義。2種優(yōu)化模式雖在青貯玉米實際生產(chǎn)中的初步探索成效顯著，但再優(yōu)化空間巨大，尤其是在青貯玉米生產(chǎn)過程中如何有效融合2種模式的優(yōu)點，實現(xiàn)快速、便捷及有效的氮素管理值得進一步研究。