紅壤旱地有機(jī)肥不同施用量對春玉米生物學(xué)特性及產(chǎn)量的影響

徐一蘭，劉唐興，蔣志鵬

(1．湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410127；2.湖南省永州市農(nóng)業(yè)局, 湖南 永州 425000)

我國亞熱帶紅壤旱地主要分布在江西、湖南等省的丘陵、臺地及山崗地帶，統(tǒng)計面積為211.2萬km2，約占全國土地面積的22%。紅壤旱地耕層土壤存在“酸、淺、瘦、板、旱”特點，有機(jī)質(zhì)含量不高，肥力水平低[1]，不利于作物高產(chǎn)；因此，合理施肥是提高紅壤旱地肥力，保證作物高產(chǎn)的重要措施之一。玉米是南方地區(qū)第三大糧食作物，常年種植面積62.74萬hm2。玉米是對肥料需求量較大的作物之一，因此根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥婪柿l件進(jìn)行合理施肥不僅有利于獲得較高的產(chǎn)量，還有利于改善土壤理化性質(zhì)、改善產(chǎn)品品質(zhì)和增強(qiáng)植株對外部環(huán)境的抗逆能力[2]。當(dāng)前，有關(guān)不同施肥模式條件下，主要開展了土壤營養(yǎng)特性[3-5]、玉米生長發(fā)育[6-7]、生理生化[8]、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀[9-11]等方面的研究，紅壤旱地有機(jī)無機(jī)配施不同施肥模式對春玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量[10,12-14]等方面也開展了部分研究，但缺乏對春玉米生物學(xué)特性及產(chǎn)量的系統(tǒng)研究。因此，本文以當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施肥習(xí)慣為對照，初步研究了不同有機(jī)肥施用量對春玉米干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響，從而為指導(dǎo)培肥紅壤旱地、優(yōu)化施肥結(jié)構(gòu)和高產(chǎn)栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本研究試驗地位于湖南省冷水灘區(qū)伊塘鎮(zhèn)。供試土壤為紅壤，試驗前耕層土壤理化性狀：有機(jī)質(zhì)2.40 g/kg，速效氮82.2 mg/kg，有效磷5.24 mg/kg，速效鉀50.5 mg/kg，pH 5.5。試驗地屬于中亞熱帶氣候，年均氣溫17.8℃，≥10℃積溫5 300.0℃，無霜期260 d，年降雨量1 500 mm。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)5個處理：常規(guī)施肥+有機(jī)肥施用量7 500 kg/hm2（T1）、常規(guī)施肥+有機(jī)肥施用量11 250 kg/hm2（T2）、常規(guī)施肥+有機(jī)肥施用量15 000 kg/hm2（T3）、常規(guī)施肥+有機(jī)肥施用量18 750 kg/hm2（T4）和常規(guī)施肥（CK，當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施肥），每個處理3次重復(fù)，田間采取隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為17.6 m2，小區(qū)四周加設(shè)保護(hù)行。玉米供試品種為臨奧1號。于2013年3月25日播種，每小區(qū)播種密度為88穴，每穴播2粒，待玉米出苗后定苗以確保全苗。常規(guī)施肥的基肥為貴州西洋肥業(yè)有限公司提供的西洋牌復(fù)合肥 (N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)，施肥量450.0 kg/hm2；有機(jī)肥為豬糞（有機(jī)質(zhì)含量94.9 g/kg，全N 23.6 g/kg，P2O558.5 g/kg，K2O 16.4 g/kg）；各施肥處理的基肥均為復(fù)合肥，肥料均全部在整地前一次性施入，施肥量均為750 kg/hm2，有機(jī)肥在整地后按施用量采用穴施一次性施入，然后進(jìn)行播種；均于4月25日追施拔節(jié)肥（N 69.0.0 kg/hm2），均于5月15日追施穗肥（N 138.0 kg/hm2）。其它栽培管理技術(shù)與大田生產(chǎn)一致。

1.3 測定內(nèi)容和方法

1.3.1 株 高 分別在春玉米的苗期、拔節(jié)期、抽雄期和成熟期，于每個小區(qū)隨機(jī)選擇8株玉米植株測定其株高，計算平均值。

1.3.2 葉面積、葉面積指數(shù)和干物質(zhì) 分別在春玉米的苗期、拔節(jié)期、抽雄期和成熟期，每個小區(qū)取3株植株測量單株葉面積（單株葉面積=長×寬×0.75）；計算葉面積指數(shù)（單株葉面積×單位土地面積內(nèi)株數(shù)/單位土地面積）。在測定單株葉面積后，將植株分根、莖、葉等部位于105℃條件進(jìn)行殺青，經(jīng)80℃烘干至恒重，測定各部位的干物質(zhì)量。

1.3.3 產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量 成熟期，統(tǒng)計各小區(qū)玉米株數(shù)，選擇10株進(jìn)行穗位高的測量；每小區(qū)隨機(jī)選擇15穗測定以下指標(biāo)：穗粗、穗長、禿頂長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)和籽粒干重；同時，測定各小區(qū)玉米實際產(chǎn)量。根據(jù)各處理的投入和產(chǎn)出等各個方面情況計算其產(chǎn)投比。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的相關(guān)處理采用Excel 2003軟件，方差分析和多重比較均采用DPS軟件進(jìn)行，多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥不同施用量對春玉米株高的影響

由圖1中可知，在春玉米主要生育時期，各處理春玉米株高大小順序表現(xiàn)為常規(guī)施肥+有機(jī)肥施用量18 750 kg/hm2（T4）＞常規(guī)施肥+有機(jī)肥施用量15 000 kg/hm2（T3）＞常規(guī)施肥+有機(jī)肥施用量11 250 kg/hm2（T2）＞常規(guī)施肥+有機(jī)肥施用量7 500 kg/hm2（T1）＞常規(guī)施肥（CK）。苗期和拔節(jié)期，各處理春玉米植株株高間的差異均未達(dá)顯著水平；抽雄期，T3和T4處理植株株高均為最高，均顯著高于T1、T2和CK，分別比CK增加46.2 cm和47.6 cm；成熟期，T4和T3處理均為最高，顯著(P<0.05)高于其它處理，分別比T1和CK增加17.66 cm、22.66 cm和13.53 cm、18.53 cm。

圖1 有機(jī)肥不同施用量對春玉米株高的影響Fig.1 Effect of different organic fertilizer treatments on plant height of spring maize

2.2 有機(jī)肥不同施用量對春玉米葉面積和葉面積指數(shù)的影響

各處理玉米的單株葉面積呈先增加后降低的變化趨勢，在抽雄期達(dá)到峰值（表1）。不同處理玉米的單株葉面積高低順序表現(xiàn)為T4＞T3＞T2＞T1＞CK。在春玉米主要生育時期，以T4處理單株葉面積為最高，均顯著(P<0.05)高于其它處理。苗期和拔節(jié)期，T2、T3、T4處理單株葉面積均顯著(P<0.05)高于對照；抽雄期和成熟期，T1、T2、T3、T4均顯著(P<0.05)高于對照，但T1和T2之間，T3和T4之間的差異沒有達(dá)到顯著水平。

在春玉米植株的主要生育時期，不同處理玉米葉面積指數(shù)（LAI）呈拋物線的變化趨勢，其大小順序表現(xiàn)為T4＞T3＞T2＞T1＞CK。苗期和拔節(jié)期，T4、T3、T2處理葉面積指數(shù)均顯著(P<0.05)高于對照；抽雄期和成熟期，所有處理葉面積指數(shù)均明顯高于CK（表1）。

2.3 有機(jī)肥不同施用量對春玉米干物質(zhì)積累的影響

表2中結(jié)果表明，有機(jī)肥不同施用量對春玉米主要生育時期不同部位干物質(zhì)積累量具有一定的影響。苗期，不同處理植株間的根系干重?zé)o顯著性差異；抽雄期和成熟期，均以T4處理為最高，與其它處理的差異均達(dá)顯著差異(P<0.05)。植株的莖干重均在抽雄期達(dá)到峰值。苗期，不同處理植株間莖干重?zé)o顯著性差異；拔節(jié)期，T4處理的莖干重與T1、CK的差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；抽雄期和成熟期，T3和T4處理莖干重均為最高，分別比CK增加43.88、57.13 g/株和23.72、25.10 g/株。不同處理植株間葉干重高低順序表現(xiàn)為T4＞T3＞T2＞T1＞CK。苗期，T2、T3和T4處理葉干重均顯著(P<0.05)高于T1和CK；其它主要生育時期，T4處理與CK的差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)，分別比CK增加1.85、15.25、12.20 g/株（表2）。

表1 春玉米葉面積和葉面積指數(shù)在有機(jī)肥不同施用量條件下的變化Table 1 Effects of different organic fertilizer treatments on leaf area and leaf area index of spring maize

表2 有機(jī)肥不同施用量對春玉米干物質(zhì)積累的影響Table 2 Effect of different organic fertilizer treatments on dry matter accumulation of spring maize

2.4 有機(jī)肥不同施用量對春玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量的影響

表3顯示，不同處理植株間的穗位高、穗粗、行數(shù)與CK的差異均未達(dá)顯著水平；但其禿頂長均顯著低于CK(P<0.05)；T2、T3和T4處理的穗長與CK的差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)；T4處理的行粒數(shù)、每穗粒數(shù)、百粒重與CK的差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)；T1和T2處理的行粒數(shù)、每穗粒數(shù)和百粒重均高于CK，但均無顯著性差異。

不同處理玉米產(chǎn)量大小順序為T4＞T3＞T2＞T1＞CK。其中以T4和T3處理為最高，分別達(dá)9171.45、9027.75 kg/hm2，均顯著(P<0.05)高于對照，分別比對照增加24.72%、22.77%；其次是T2和T1處理，產(chǎn)量分別為8572.05和8083.95 kg/hm2，分別比對照增加16.57%和9.93%。

2.5 有機(jī)肥不同施用量對春玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響

根據(jù)各處理的投入和產(chǎn)出等各個方面的計算結(jié)果，春玉米增施有機(jī)肥后，有利于獲得較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值和較佳的經(jīng)濟(jì)回報（表4）。各處理中，以T4處理經(jīng)濟(jì)效益最高，產(chǎn)值為22 928.63元/hm2，比對照增加4 544.63元/hm2，其大小順序為T4＞T3＞T2＞T1＞CK。產(chǎn)投比以T3處理為最高，為4.78∶1，其次是T2處理，產(chǎn)投比為4.72∶1。

3 結(jié) 論

在紅壤旱地對當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥基礎(chǔ)上增施有機(jī)肥的條件下，采用穴施的方式增施不同用量的有機(jī)肥，能有效地促進(jìn)春玉米植株的生長發(fā)育，增加春玉米在各主要生育時期的葉面積與葉面積指數(shù)、地下和地上部干物質(zhì)積累量，進(jìn)而有效地改善了春玉米的穗部經(jīng)濟(jì)性狀，從而獲得較高的產(chǎn)量，其增產(chǎn)效果隨著有機(jī)肥施用量的增加而增加。本研究中，春玉米在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上有機(jī)肥施用量為15 000～18 750 kg/hm2采用穴施的方式能獲得較高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。

4 討 論

前人研究顯示，作物的養(yǎng)分主要來源于外部施入的肥料，肥料對作物的營養(yǎng)代謝與循環(huán)具有十分重要的意義，從而最終影響作物的產(chǎn)量[3-4,9]。玉米植株所積累的干物質(zhì)大部分均來源于植株葉片的光合作用，在影響其光合作用的許多因素中，葉面積和葉面積指數(shù)是兩個十分關(guān)鍵的因素。王存連等[15]研究認(rèn)為，在合理的范圍之間，玉米群體的葉面積指數(shù)越高，其光合速率、產(chǎn)量也就越高。在眾多影響玉米植株葉面積和葉面積指數(shù)的因素中，其中肥水條件是十分關(guān)鍵的因素之一。在本試驗中，傳統(tǒng)施肥基礎(chǔ)上增施有機(jī)肥有利于增加單位面積玉米的單株葉面積和葉面積指數(shù)，增加葉片的受光面積、提高光能利用率，且光合作用的強(qiáng)度與其有機(jī)肥施用量呈正相關(guān)關(guān)系；在春玉米全生育期，玉米葉面積受有機(jī)無機(jī)肥配施的影響主要是在生育后期，它能延緩植株葉面積指數(shù)的降低速率，有利于延長光合作用的時期和干物質(zhì)的積累，為獲得高產(chǎn)奠定了相應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，這與于天一等[12]研究結(jié)果相一致。在本研究中，在生育前期各施肥處理對春玉米株高無明顯影響，在生育后期（抽雄期后）逐漸產(chǎn)生明顯的效應(yīng)，其原因可能是由于有機(jī)肥肥效緩慢，在玉米的生育后期有機(jī)肥的肥效才逐漸發(fā)揮，從而促進(jìn)植株的生長發(fā)育。

表3 有機(jī)肥不同施用量對春玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量的影響Table 3 Effect of different organic fertilizer treatments on yield components and yield of spring maize

表4 有機(jī)肥不同施肥處理經(jīng)濟(jì)效益分析Table 4 Effect of different organic fertilizer treatments on economic performance of spring maize

大量的研究結(jié)果表明，玉米產(chǎn)量的高低與肥料的種類、數(shù)量和施用方式等關(guān)系密切[16]。有研究認(rèn)為，有機(jī)肥和無機(jī)肥配合施用，在一定程度上有利于增加玉米產(chǎn)量[9-10,17]。本研究中，在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上，有機(jī)肥穴施均能促進(jìn)玉米植株的生長發(fā)育和干物質(zhì)積累；拔節(jié)期、抽雄期和成熟期，以有機(jī)肥施用量為18 750 kg/hm2和15 000 kg/hm2處理植株的根系干重、莖干重均顯著(P<0.05)高于其它處理；有機(jī)肥施用量為18 750 kg/hm2處理植株的葉干重顯著高于常規(guī)施肥；這表明隨著有機(jī)肥施用量的增加，春玉米地下和地上部干物質(zhì)積累量也隨之增加，從而為春玉米獲得高產(chǎn)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。玉米是喜肥的作物之一，玉米若要獲得較高的產(chǎn)量需合理配施氮、磷、鉀等肥料，如化肥與有機(jī)肥有機(jī)結(jié)合，可明顯增加玉米產(chǎn)量[18]。吳巍等[19]研究表明，豬糞型有機(jī)肥配施無機(jī)肥有利于提高春玉米百粒重和植株地上部干物質(zhì)量，其增產(chǎn)效果明顯。本研究中，在當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)施肥基礎(chǔ)上增施有機(jī)肥，有利于促進(jìn)植株生長發(fā)育和干物質(zhì)的積累，改善玉米的穗部經(jīng)濟(jì)性狀（如行粒數(shù)、每穗粒數(shù)和百粒重等），從而獲得較高的產(chǎn)量，增產(chǎn)效果隨著有機(jī)肥施用量的增加而增加，各處理玉米產(chǎn)量分別比對照增加9.93%、16.57%、22.77%和24.72%，其增產(chǎn)原因主要是行粒數(shù)、每穗粒數(shù)和百粒重的增加所致。

在本研究中，僅針對有機(jī)肥不同施用量對紅壤旱地春玉米干物質(zhì)積累和產(chǎn)量影響進(jìn)行了初步探索，不同施肥模式對紅壤旱地春玉米植株地上和地下部理化特性的影響及土壤水分和肥料利用率差異還需進(jìn)一步探索。

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