液體廄肥替代化肥對(duì)玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

摘要：為了改善農(nóng)業(yè)用地品質(zhì)，促進(jìn)作物生長(zhǎng)及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，采用田間試驗(yàn)研究不同比例液體廄肥替代化肥對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，增施液體廄肥45～90 t·hm-2，可減少25%～50%化肥用量，玉米增產(chǎn)2.76%～6.04%；其中減10%化肥+液體廄肥30 t·hm-2處理玉米產(chǎn)量最高，達(dá)到11 278.51 kg·hm-2，氮肥利用率為32.57%。綜上，液體廄肥和化肥配施可提高土壤含水率和溫度，還能提高玉米的生物量和產(chǎn)量，可作為東北北部春玉米增產(chǎn)和養(yǎng)分平衡的合理施肥模式。

關(guān)鍵詞：有機(jī)肥；秸稈還田；玉米；產(chǎn)量

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，化肥用量以4.0%的增長(zhǎng)速度逐年遞增[1]。長(zhǎng)期過量施用化肥引起了廣泛關(guān)注，它會(huì)產(chǎn)生土壤退化、面源污染和資源浪費(fèi)等問題[2]，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生態(tài)和食品安全[3]。有機(jī)肥替代化肥是農(nóng)業(yè)減肥增效綠色生產(chǎn)的重要措施[4]。有研究表明，有機(jī)肥中含有的養(yǎng)分通?？梢员恢参镏苯游绽?，在改善農(nóng)田土壤理化性質(zhì)，提高作物生產(chǎn)力，減輕環(huán)境污染等方面具有積極影響，具有種類繁多和易獲取等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[5-6]?；室娦Ц?，其與有機(jī)肥二者進(jìn)行適量配施，既充分利用了肥料資源，又改善了土壤質(zhì)量，達(dá)到作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的效果[7]，是一種高效可持續(xù)的施肥制度。

當(dāng)前我國(guó)畜禽糞便年產(chǎn)生量約38億t，綜合利用率約為60%左右[8]。但是不合理的處理不僅會(huì)造成資源浪費(fèi)，也會(huì)成為農(nóng)業(yè)污染源。畜禽糞

Effects of Biochar Applied on Growth， Nutrient Accumulation and Yield of Maize on Saline Alkali Soil in Songnen Plain

WANG Zhihui1，2， LI Xinyu LI Jinzhe JIAO Zhiqi WANG Tianen SONG Ming WANG Hongyi1

Abstract：In order to explore the optimal application rate of biochar for planting maize on saline alkali soil， a field plot experiment was conducted to study the effects of different application rates （0， 10， 20， 40， 80 t·ha-1） of biochar on maize growth， nutrient accumulation， and yield. The results showed that， biochar increased the accumulation of dry matter after flowering， promoted the increase of grain filling rate， and enhanced the absorption of nutrients （C，N，P，K） by maize plants and grains， thereby increasing maize yield and improving maize quality. Therefore， in the alkaline maize field of the western Songnen Plain， the application amount of biochar of 40 t·ha-1 is the most sufficient for nutrient accumulation in the leaves， stems， and sheaths of maize plants， with a long active period of grain filling and the highest maize yield， making it the most economically effective amount.

Keywords：biochar;Songnen Plain；saline alkali soil；maize; plant growth; yield

便中不僅含有豐富的氮磷養(yǎng)分，還可以改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤保墑保溫效果，是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥[9]。因此，通過高效發(fā)酵畜禽糞肥，將其制成高品質(zhì)肥料，實(shí)行糞肥科學(xué)還田，適量替代化肥，對(duì)減少農(nóng)業(yè)面源污染、助力農(nóng)業(yè)綠色低碳發(fā)展具有十分重要的意義。此外，有研究表明，在秸稈條帶還田下化肥減量配施不同有機(jī)肥，能夠增加?xùn)|北地區(qū)黑鈣土中有機(jī)碳和速效氮、磷、鉀含量，并提高玉米產(chǎn)量[10]。秸稈還田也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中替代化肥的主要實(shí)現(xiàn)方式，相關(guān)研究表明，與單施化肥相比，秸稈還田替代30%和60%鉀肥，對(duì)玉米產(chǎn)量無顯著影響[11]。這些結(jié)果說明，采用秸稈和有機(jī)肥配合代替化肥在一定程度上可實(shí)現(xiàn)改土增產(chǎn)的目標(biāo)。

本試驗(yàn)針對(duì)東北北部春玉米主產(chǎn)區(qū)土壤肥力低、化肥用量高、水肥不協(xié)調(diào)等主要問題，通過糞漿一體化技術(shù)，開展高效培肥地力相關(guān)技術(shù)研究，以施用化肥為對(duì)照、設(shè)置液體廄肥按比例替代化肥的不同施肥處理，篩選出有機(jī)無機(jī)肥配施的最佳比例，明確化肥減施數(shù)量和液體廄肥替代的最佳比例范圍，從而進(jìn)一步提高肥料利用效率，構(gòu)建東北北部春玉米田高效土壤培育及養(yǎng)分平衡施用技術(shù)科學(xué)體系，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)東北北部春玉米豐產(chǎn)增效、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試玉米品種為金誠(chéng)316。供試肥料為玉米專用肥（12-16-17）大顆粒尿素（N 46%）、二銨（N 18%，P2O5 46%）、氯化鉀（K2O 60%）、重鈣（P2O5 44%）、液體廄肥（N 0.33%，P2O5 0.21%，K2O 0.24%）。1.2 方法

1.2.1 液體廄肥替代化肥試驗(yàn)

采用小區(qū)對(duì)比試驗(yàn)，于2019年4月在哈爾濱市雙城區(qū)長(zhǎng)產(chǎn)村（45°41′N，126°37′E）進(jìn)行，地處松嫩平原腹部，松花江南岸，處于第一積溫帶，中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。土壤類型為草甸黑土，基本理化性質(zhì)見表1。

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。注入式施用液體廄肥后旋耕，平地播種，種肥分離。CK（常規(guī)施肥處理，18.4-6.4-6.8）：底肥復(fù)合肥（12-16-17）600 kg·hm-2，大喇叭口期追施450 kg·hm-2尿素；T1（優(yōu)化配方施肥，16-5-5）：底肥摻混肥（7.5-5.0-5.0）472.5 kg·hm-2，大喇叭口期追施300 kg·hm-2尿素；T2（替代25%化肥），液體廄肥45 t·hm-2 +75%T1；T3（替代50%化肥）：液體廄肥90 t·hm-2+50%T1。

1.2.2 液體廄肥不同施用量試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，3次重復(fù)。L1：液體廄肥90 t·hm-2；L2：液體廄肥150 t·hm-2；L3：液體廄肥225 t·hm-2；L4：液體廄肥300 t·hm-2。

1.2.3 液體廄肥梯度替代化肥試驗(yàn)

試驗(yàn)采用大區(qū)對(duì)比試驗(yàn)，無重復(fù)，每處理約3.33 hm2。CK1：不施氮肥；CK2：常規(guī)施肥；H1：優(yōu)化配方施肥；H2：替代10%化肥+液體廄肥30 t·hm-2；H3：替代20%化肥+液體廄肥60 t·hm-2；H4：替代30%化肥+液體廄肥90 t·hm-2（表2）。

1.2.4 田間管理

播種：機(jī)械播種，株距23 cm，保苗67 500株·hm-2以上，單行種植。施肥播種時(shí)，保持化肥與種子間距5～8 cm，種子覆土3～5 cm。

封閉除草：乙草胺（雜草出土前施藥，施藥前后土壤宜保持濕潤(rùn)）。

穗期追肥：大喇叭口期追施速效氮肥，在行側(cè)距植株10～15 cm施肥，深度為10～20 cm，肥帶寬度大于3 cm，無明顯斷條，施肥后覆蓋嚴(yán)密。追肥時(shí)配合中耕培土，高度7～8 cm。

病蟲害防治：在大喇叭口期與抽雄初期結(jié)合防治。

收獲管理：機(jī)械收獲采用自走式收割機(jī)，確保收獲籽粒損失率≤2%、果穗損失率≤3%、籽粒破碎率≤1%，秸稈粉碎還田。于6月進(jìn)行生物學(xué)調(diào)查，10月收獲。

1.2.5 測(cè)定項(xiàng)目及方法

在玉米各主要生育期S型采集土壤樣品，測(cè)定土壤田間持水量和溫度；測(cè)定植株生物學(xué)指標(biāo)、生物量；每個(gè)處理隨機(jī)選3點(diǎn)，每點(diǎn)13.6 m2［長(zhǎng)10.00 m×寬1.36 m（2壟）］，測(cè)定玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2019、SPSS 25.0、Origin 2023軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和繪制圖表。用 Duncan′s 新復(fù)極差法進(jìn)行樣本間差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 液體廄肥替代化肥試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 液體廄肥對(duì)土壤含水率的影響

由圖1可知，苗期T2～T4與CK、T1處理土壤含水率差異顯著（Plt;0.05），常規(guī)施肥和優(yōu)化施肥處理的土壤含水率相對(duì)偏低，低于5%，而施用液體廄肥處理土壤含水率較高，均超過10%；降雨后各處理間無顯著差異，雖然常規(guī)施肥和優(yōu)化施肥處理仍低于施用液體廄肥處理，但均超過12%。

2.1.2 液體廄肥對(duì)土壤溫度的影響

施用液體廄肥也會(huì)對(duì)土壤溫度造成影響。由圖2可知，苗期和降雨后各處理間土壤溫度無顯著差異（Pgt;0.05），與CK對(duì)比，液體廄肥處理土壤溫度普遍低1～2 ℃，進(jìn)而對(duì)玉米出苗及生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生一定影響。因此，土壤溫度是影響液體廄肥施用效果的重要因素。

2.1.3 液體廄肥對(duì)玉米農(nóng)藝性狀的影響

通過對(duì)各個(gè)處理苗期調(diào)查情況來看，T1～T3玉米株高顯著高于CK處理。莖粗和葉寬均表現(xiàn)為相同趨勢(shì)，其中T2、T3處理較高。T1～T3處理葉長(zhǎng)均顯著大于CK處理（表3）。

2.1.4 液體廄肥對(duì)玉米生物量的影響

由表4可知，T1和T2處理地上部鮮重顯著高于CK和T3處理；各處理根部鮮重?zé)o顯著差異；T2處理根部干重顯著高于其他處理。說明，施用液體廄肥45 t·hm-2替代25%化肥對(duì)促進(jìn)玉米生長(zhǎng)發(fā)育有一定影響，顯著促進(jìn)了玉米苗期生長(zhǎng)。

2.1.5 液體廄肥對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由表5可知，各個(gè)處理間玉米穗長(zhǎng)無顯著差異，T1最高，為17.67 cm；百粒重、單穗粒重均表現(xiàn)為同一趨勢(shì)，T1處理最高，處理間無顯著差異；T3處理禿尖長(zhǎng)度顯著高于其他處理。

產(chǎn)量方面，與CK對(duì)比，各液體廄肥處理均呈現(xiàn)增產(chǎn)趨勢(shì)，其中T1處理增產(chǎn)率最高，為5.44%；T2處理增產(chǎn)率最低，為2.76%。說明，減少化肥用量的同時(shí)增施液體廄肥有利于玉米生長(zhǎng)發(fā)育，從而增加產(chǎn)量，對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益具有顯著影響。

2.2 不同液體廄肥施用量對(duì)玉米農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

由表6可知，各個(gè)處理隨液體廄肥量的增加，玉米穗長(zhǎng)略有增加；禿尖長(zhǎng)度L4最高，與其他處理差異顯著，各個(gè)處理間的百粒重和單穗粒重?zé)o顯著差異，產(chǎn)量表現(xiàn)為L(zhǎng)1最高，達(dá)10 530.33 kg·hm-2，其他處理均有所減產(chǎn)，L4處理減產(chǎn)較多，減產(chǎn)率達(dá)9.65%。

2.3 液體廄肥梯度替代化肥試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 玉米農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量

由表7可知，CK2和H1～H4處理株高、百粒重和產(chǎn)量顯著高于CK1，H2處理增產(chǎn)率最高，為11.22%。各處理間禿尖長(zhǎng)無顯著差異。

2.3.2 氮肥利用率

氮肥能夠提供作物生長(zhǎng)所需的氮元素，合理的施氮量和施肥時(shí)機(jī)是提高氮肥利用率的關(guān)鍵。由表8可知，CK2和H1～H4處理總氮量均顯著高于CK1處理，而H1～H4處理施氮量顯著低于CK2，氮肥利用率無顯著差異，與對(duì)照CK2相比平均提高10.49%～12.57%。說明合理減施氮肥并增施液體廄肥，可以提高水肥耦合效率，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 討論

土壤含水率及溫度對(duì)玉米出苗及生長(zhǎng)發(fā)育影響較大，對(duì)緩解春旱情況并提高蓄水保墑能力具有重要意義[12]。本研究表明施用液體廄肥能夠提高土壤含水率，尤其在春季干旱情況下，提高玉米出苗率，苗齊苗壯，增產(chǎn)作用顯著。養(yǎng)分吸收是促進(jìn)生物量積累的基礎(chǔ)，進(jìn)而改變穗部性狀，提高干物質(zhì)積累量[13]。朱利霞等[14]研究表明化肥減量配施有機(jī)肥顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量，其中70%化肥+30%有機(jī)肥處理有機(jī)質(zhì)和全氮含量增幅最大，分別為25.43%和31.87%。相應(yīng)的，土壤養(yǎng)分充足進(jìn)一步促進(jìn)玉米生長(zhǎng)發(fā)育，黃志浩等[15]研究表明，有機(jī)肥25%替代化肥提高了玉米生物量，本試驗(yàn)也得到了類似的結(jié)果?；实姆市л^快，易被作物吸收利用，可以在作物生長(zhǎng)前期提供適量的無機(jī)氮，而有機(jī)肥分解緩慢具有長(zhǎng)效性，礦質(zhì)化作用進(jìn)行較為緩慢，可以在作物生長(zhǎng)中后期持續(xù)提供氮素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。因此，化肥與有機(jī)肥合理配施能夠顯著有效提高作物產(chǎn)量[16]。

用液體廄肥進(jìn)行替代化肥的處理顯著提高了玉米的產(chǎn)量，這可能因?yàn)橐后w廄肥施入土壤后有利于形成土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，從而提高了土壤保水保肥以及供應(yīng)玉米養(yǎng)分的能力[17]。但也有研究表明，不同比例有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)作物產(chǎn)量的影響不同[18]。孟超然等[19]研究表明，不同替代比例的有機(jī)肥與化肥配施顯著增加了玉米產(chǎn)量，增產(chǎn)8.53%～11.35%。本試驗(yàn)表明當(dāng)液體廄肥施入量≤90 t·hm-2時(shí)，增產(chǎn)2.76%～11.22%；而超過90 t·hm-2時(shí)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量下降。也有相似的研究表明[20]，當(dāng)?shù)蕼p量70%并用有機(jī)肥替代時(shí)，玉米株高、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素均呈顯著下降趨勢(shì)。因此，當(dāng)液體廄肥替代比例較多時(shí)，肥效發(fā)揮較慢，與合理的替代比例對(duì)比，產(chǎn)量會(huì)有所減少[21]。這表明液體廄肥在一定替代比例內(nèi)提高作物產(chǎn)量，只能部分替代化肥，而不能完全替代。

發(fā)酵后的糞水不僅含有大量的氮、磷、鉀等大量元素，還含有氨基酸、微量元素和腐植酸等活性物質(zhì)，刺激作物生長(zhǎng)[22]。土壤中氮素存量的主要影響因素有施肥、降雨及作物吸收利用等，有機(jī)肥能夠增加土壤團(tuán)聚體粒徑以及有機(jī)碳含量，從而提高陽(yáng)離子交換量，使土壤的硝態(tài)氮固持能力提升[23]，其和化肥的共同施用既能快速給土壤提供氮素，又能將有效氮保留，提高作物吸收效率[24]。趙自超等[25]研究發(fā)現(xiàn)與化肥相比，施用糞水尤其是糞水深施條件下，可以增加小麥籽粒產(chǎn)量及氮素利用率。本研究表明，液體廄肥梯度替代化肥提高了氮肥利用率，一定程度上減少了氮素的浪費(fèi)以及氮素造成的環(huán)境污染。這可能由于化肥氮在土壤中容易轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮和硝態(tài)氮，造成氨揮發(fā)和硝酸鹽淋溶，而有機(jī)氮在土壤中分解速度慢，易于在土壤中保留[26]。因此進(jìn)一步說明有機(jī)肥對(duì)提高土壤氮素能力顯著優(yōu)于常規(guī)施肥。在實(shí)際施用中應(yīng)注意控制液體廄肥替代化肥比例，后續(xù)試驗(yàn)應(yīng)著重探究土壤養(yǎng)分、經(jīng)濟(jì)效益和施用頻次等方面，為進(jìn)一步大面積推廣提供數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)論

綜上，在秸稈還田背景下液體廄肥部分替代化肥更有利于作物生長(zhǎng)，而且對(duì)土壤氮供應(yīng)具有積極作用。與單施化肥相比，液體廄肥部分替代化肥可以顯著增加玉米生物量和產(chǎn)量，對(duì)株高和百粒重有明顯促進(jìn)作用，其中減10%化肥+液體廄肥30 t·hm-2對(duì)玉米的增產(chǎn)作用最為顯著。同時(shí)，液體廄肥部分替代化肥也顯著提高氮肥利用率。該技術(shù)充分利用當(dāng)?shù)厮疅豳Y源，實(shí)現(xiàn)玉米田水肥一體化，對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量有明顯的正效應(yīng)，有助于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

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Effects of Liquid Manure Replacing Chemical Fertilizers" on the Growth and Yield of Maize

SUN Simiao， WANG Xiaojun， GAO Hongsheng

Abstract：In order to improve the quality of agricultural land， promote crop growth， and promote sustainable agricultural development. Field experiments were conducted to investigate the effects of different proportions of liquid manure instead of chemical fertilizers on the growth and yield of maize. The results showed that increasing the application of liquid manure by 45-90 t·ha-1 can reduce the amount of chemical fertilizer by 25%-50% and increased the yield of maize by 2.76%-6.04%; The treatment of reducing 10% chemical fertilizer and 30 t·ha-1 liquid manure resulted in the highest corn yield， reaching 11 278.51 kg·ha-1， and a nitrogen fertilizer utilization rate of 32.57%. In summary， the combination of liquid manure and chemical fertilizers can increase soil moisture and temperature， as well as increase the biomass and yield of corn， making it a reasonable fertilization model for increasing yield and nutrient balance of spring maize in the northern part of Northeast China.

Keywords：organic fertilizer; returning straw to the field; maize; yield

收稿日期：2023-09-26

基金項(xiàng)目：黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院“農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新跨越工程”農(nóng)業(yè)特色產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新支撐項(xiàng)目（CX23TS25）。

第一作者：孫思淼（1996-），女，碩士，研究實(shí)習(xí)員，從事修復(fù)生態(tài)學(xué)研究。E-mail：550456722@qq.com。

通信作者：高洪生（1968-），男，碩士，研究員，從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用研究。E-mail：ghs6837@163.com。