不同有機替代對滴灌玉米生長和磷素營養的影響

胡艷飛，劉濤，唐誠，褚貴新

(石河子大學農學院/新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832003)

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不同有機替代對滴灌玉米生長和磷素營養的影響

胡艷飛，劉濤，唐誠，褚貴新

(石河子大學農學院/新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832003)

【目的】研究以有機替代為基礎的施肥方式對滴灌玉米生長和磷素營養的影響，為有機無機肥配施在滴灌農田施用提供參考。【方法】設置CK(不施肥對照)、化肥、秸稈還田、精制有機肥、有機無機復合肥以及秸稈還田分別與精制有機肥和有機無機復合肥混施8個處理，通過連續2年定位試驗，研究其對玉米干物質量、磷素營養和肥料利用率的影響?！窘Y果】施用6 000 kg/hm2精制有機肥和6 000 kg/hm2玉米秸稈處理，分別較單施化肥的玉米植株干物質量、產量、含磷量和吸磷量分別增加了5 320 kg/hm2、1 810 kg/hm2、 0.48 g/kg和34.6 kg/hm2。6 000 kg/hm2精制有機肥和6 000 kg/hm2玉米秸稈配施化學磷肥利用率最高為67.0%，比單施化肥提高了38.5%。【結論】不同有機替代方式均能促進玉米生長，增加植株含磷量和吸磷量，提高肥料利用率。

滴灌玉米；干物質量；植株含磷量；吸磷量；磷肥利用率

0 引 言

【研究意義】玉米是典型的磷敏感作物[1-2]，供磷水平高低對其生長發育和產量有顯著影響。據報道，我國約有74%的耕地屬于缺磷土壤[3]。長期施用磷肥能夠提高土壤有效磷含量，但磷在土壤中移動性差，容易被固定，導致肥效下降，磷肥的當即利用率僅為10%～25 %[4-5]。有機肥料與無機肥料配合施用是我國施肥的指導方針，大量研究表明有機肥對提高作物產量、培肥土壤提高地力等方面發揮顯著作用。但近年來化肥施用量占我國肥料投入總量的比例急劇上升，從20世紀70年代的50%提升到目前的90%[6-7]，而我國農田有機肥提供的養分僅占養分總投入量的10%左右[8]。其后果一方面導致土壤有機質明顯下降、土壤結構及土壤保水保肥性能變差，另一方面突出體現在土地生產性能降低，對化學肥料的依賴性增強。國家先后出臺的“高標準農田建設”、“有機質提升計劃”等都非常強調有機肥的使用[9-11]?！厩叭搜芯窟M展】磷肥和有機肥混合使用一直是被認為是減少磷肥固定和提高磷肥利用率的有效手段，如腐殖酸、沼肥、秸稈、綠肥等有機肥料配施磷肥，在一定程度上減輕土壤對磷肥的固定，增加土壤速效磷含量，提高作物產量[12-16]。而有機無機肥配施不僅可以促進作物生長，提高作物產量，且對提高化肥利用率和提升農田地力等效果顯著[17-20]。因此在促進玉米生長、增加玉米產量的同時提高磷素資源利用率是農田磷肥養分優化管理的主要目標[21]。【本研究切入點】隨著覆膜滴灌節水技術大力發展，水肥一體化模式過分依賴溶解性高的化學肥料，致使有機肥用量逐年減少，導致新疆綠洲農田土壤有機質普遍。賴波等[22]報道稱，目前新疆總有機肥施用量不足施肥總量的10%。陳署晃等[23]對新疆北疆地區調查發現農戶基本不施用有機肥。【擬解決的關鍵問題】研究通過連續2年定位施肥試驗，研究不同有機替代對滴灌農田玉米生長和磷素營養的影響，旨在比較秸稈還田、精制有機肥及有機無機復合肥及其組合方式下玉米生長及磷素養分吸收特征，探索以不同有機替代為基礎的施肥方式，為有機無機肥配施在滴灌農田合理施用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

該試驗為田間定位小區試驗，于2013～2014年在新疆沙灣縣烏蘭烏蘇氣象試驗站進行(44°17′N、85°49′E，海拔 468.5 m)，供試土壤為灌耕灰漠土(灌淤旱耕人為土，CalcaricFluvisals)，耕層(0～20 cm)土壤pH 8.52，有機質18.73 g/kg，全氮0.96 g/kg，速效磷23.87 g/kg，速效鉀340.95 g/kg。

1.2 材 料

供試作物品種為春玉米“良玉66 (ZeaMaysL，cv Liangyu 66)”?；剩耗蛩?含N 46.0%)、磷酸一銨(含N 12.0%，含P2O561.0%)、硫酸鉀(K2O 51.0%)；玉米秸稈(含N 0.49%，P2O50.39%，K2O 1.67%)；精制有機肥(有機質含量為45.0%，含N 1.7%，P2O51.3%，K2O 1.5%)；有機無機復合肥(有機質含量20.0%，含N 2.0%，P2O511.0%，K2O 2.0%)；粉碎后的玉米秸稈、精制有機肥和有機無機復合肥做基肥在播種前一次性施入，化肥全部追施，根據玉米的生長需肥特性按比例分8次隨水滴施，生育期內灌水10次，灌水定額為450 m3。表1

表1 各處理玉米生育時期灌水施肥分配方案(M·D)

1.3 方 法

1.3.1 試驗設計

研究采用田間小區定位試驗，試驗在施氮總量一致的條件下，設置8個處理，T1∶CK(不施肥)；T2∶CF(單施化肥)；T3∶施用玉米秸稈3 000 kg/hm2，配施化肥；T4∶施用玉米秸稈6 000 kg/hm2，配施化肥；T5∶施用有機肥6 000 kg/hm2，配施化肥；T6∶施用有機無機復合肥750 kg/hm2，配施化肥；T7∶施用玉米秸稈6 000 kg/hm2，有機肥6 000 kg/hm2，配施化肥；T8∶施用玉米秸稈6 000 kg/hm2，有機無機復合肥750 kg/hm2，配施化肥。小區面積4.8 m × 8.0 m = 38.4 m2，40 cm + 80 cm寬窄行覆膜種植，膜上寬40 cm，膜間距80 cm，株距14.5 cm，1膜1管2行設計，每個小區4膜，種植密度為112 500株/hm2。隨機區組排列，重復三次，共24個小區。表2

1.3.2 樣品采集及測定

玉米成熟期，分別在各處理的24個小區采樣，具體操作如下：在各個小區的固定采樣區內，選取長勢一致的3株玉米帶回實驗室，分器官將采取的植株樣品在105 ℃烘箱中殺青30 min，75 ℃條件下烘干至恒重，冷卻后測定生物量，用釩鉬黃比色法測定植株磷含量及吸收量，計算肥料利用率。

1.4 數據統計

運用Office2016進行數據整理制表，SPSS22.0和GraphPad Prism 6.0 (GraphPad software, Inc.,USA)統計分析軟件進行分析并繪圖。

表2 施肥種類和施肥量

2 結果與分析

2.1 不同有機替代對玉米植株干物質量的影響

研究表明，不同施肥處理間的玉米干物質量存在明顯差異。與T1(CK)處理相比，2013年不同處理之間的差異不顯著(P>0.05)，各施肥處理干物質量增長500～4 400 kg/hm2不等；2014年處理之間差異逐漸增大，各施肥處理顯著增加了玉米干物質量，增長量為10 500～17 000 kg/hm2。2013和2014年以秸稈還田為基礎增施精制有機肥和有機無機復合肥的T4、T7、T8處理的干物質量分別單施化肥T2(CF)增加了10.8%～20.7%(干物質增加量為2 600～4 900 kg/hm2)和10.2%～23.7%(干物質增加量為2 800～6 400 kg/hm2)，兩年平均增長率為10.5%～20.9%。不同處理增長量排序為T7(5 320 kg/hm2) > T8(4 240 kg/hm2) > T4(2 660 kg/hm2)，說明以秸稈還田為基礎增施精制有機肥6 000 kg/hm2處理的效果優于增施750 kg/hm2有機無機復合肥，優于6 000 kg/hm2秸稈還田。T3、T5、T6是以不同的有機替代做基肥配施化肥，與T2(CF)單施化學肥料相比，2013和2014年的干物質量增長率分別為12.3%～17.1%，和11.9%～21.9%，平均增長率為12.1%～19.7%，增加量順序為T5(5 000 kg/hm2) > T6(3 100 kg/hm2) ≥ T3(3 070 kg/hm2)，說明 6 000 kg/hm2精制有機肥做基肥對提高玉米地上部分干物質量的效果優于750 kg/hm2有機無機復合肥做基肥，優于3 000 kg/hm2秸稈還田。

從有機替代方式上比較，與T2相比，T5、T7、T6、T8處理的干物質量均明顯增加，其年均增加量順序為T7(5 320 kg/hm2) > T5(5 000 kg/hm2) > T8(4 240 kg/hm2) > T6(3 100 kg/hm2)，說明6 000 kg/hm2精制有機肥做基肥與6 000 kg/hm2玉米秸稈做基肥配施對玉米干物質作用優于6 000 kg/hm2精制有機肥做基肥，750 kg/hm2有機無機復合肥配施6 000 kg/hm2玉米秸稈對玉米干物質積累效果優于750 kg/hm2有機無機復合肥做基肥?？傊?，不同有機替代措施均能提高玉米干物質量積累，其中施用6 000 kg/hm2精制有機肥較其他處理對玉米干物質量的積累效果最顯著(P<0.05)，而6 000 kg/hm2精制有機肥和6 000 kg/hm2玉米秸稈做基肥配施較其他處理可顯著促進玉米生長，提高玉米干物質量。圖1

2.2 不同有機替代對玉米產量的影響

2013和2014年玉米產量顯示，各施肥處理較T1(CK)均增加了玉米產量，各施肥處理兩年平均產量增加了2 500～4 400 kg/hm2，其中T7處理增加量最高，增長率為4 388 kg/hm2。與T2(CF)處理比較，2013年不同有機替代處理產量增加了170～820 kg/hm2。產量增長量表現為：T6(820 kg/hm2) > T4(720 kg/hm2) > T3(680 kg/hm2) > T7(640 kg/hm2) > T8(470 kg/hm2) > T5(170 kg/hm2)；2014年不同有機替代處理(除T4處理外)與T2相比產量增加具體表現為T7(2 980 kg/hm2) > T5(1 180 kg/hm2) > T8(1 000 kg/hm2) > T6(370 kg/hm2) > T3(70 kg/hm2)。與T2處理相比，有機替代兩年平均產量增加順序為T7(1 810 kg/hm2) > T8(740 kg/hm2) >T5(670 kg/hm2) >T6(600 kg/hm2) > T3(370 kg/hm2) > T4(200 kg/hm2)。說明不同有機替代方式均能提高玉米產量，其中施用6 000 kg/hm2精制有機肥6 000 kg/hm2玉米秸稈做基肥配施較其他處理對玉米產量的積累效果最顯著(P<0.05)，而6 000 kg/hm2精制有機肥和6 000 kg/hm2玉米秸稈做基肥配施較其他處理可顯著促進玉米生長，提高玉米產量。表3

注：不同字母表示處理間差異達到5%顯著水平，下同

Note: Different letters mean significant at 5% level, the same as below

圖1 不同施肥處理下收獲期玉米地上部分干物質量變化

注：不同字母表示處理間差異達到5%顯著水平，下同

Note: Different letters mean significant at 5% level, the same as below

2.3 不同有機替代對玉米磷素養分的影響

各施肥處理較T1(CK)均增加了玉米植株磷含量，各施肥處理兩年平均磷含量增加了10.5%～24.6 %，其中T7處理增加量最高，增長率為24.6%。與T2(CF)處理比較，2013年不同有機替代處理中，T5、T6、T7、T8處理含磷量增加了0.18～0.52 g/kg。含磷量增長量表現為：T7(0.52 g/kg) > T5(0.32 g/kg) = T6(0.32 g/kg) > T8(0.18 g/kg)；2014年不同有機替代處理與T2相比含磷量具體表現為T7(0.44 g/kg) > T8(0.34 g/kg) > T5(0.28 g/kg) > T6(0.21 g/kg) > T3(0.16 g/kg) > T4(0.13 g/kg)。與T2處理相比，有機替代兩年平均含磷量順序為T7(0.48 g/kg) > T5(0.30 g/kg) >T6、T8(0.26 g/kg) > T4(0.08 g/kg) > T3(0.06 g/kg)。不同有機替代處理可促進玉米植株對磷素的吸收，2013～2014年平均吸磷量與T2處理相比增加了10.9～34.6 kg/hm2，吸磷量增長順序為T7(34.6 kg/hm2) > T5(28.4 kg/hm2) > T8(24.2 kg/hm2) > T6(19.5 kg/hm2) > T4(11.8 kg/hm2) > T3(10.9 kg/hm2)。不同處理間吸磷量表現為施用有機肥處理(T5、T7)高于施用有機無機復合肥(T6、T8)，高于施用玉米秸稈處理(T3、T4)。說明不同有機替代可以在不同程度上提高玉米植株體內磷含量，以T7處理效果最顯著，說明6 000 kg/hm2精制有機肥和6 000 kg/hm2玉米秸稈做基肥配施可顯著促進玉米生長，增加玉米植株體內含磷量。表4

表4 不同施肥處理下玉米含磷量及吸收量變化

2.4 不同有機替代對磷素養分利用效率的影響

圖2A圖和圖2B分別表示化肥磷和總磷肥(化肥磷和有機肥磷之和)的年平均利用率。磷肥利用率高低順序為T7(67.0%) > T5(60.1%) > T8(55.4%) > T6(50.1%) > T4(41.6%) ≥ T3(40.6%) > T2(28.5%)。不同有機替代處理的磷肥利用率較T2(CF)處理平均增加了12.1%～38.5 %，其中施用精制有機肥的T5、T7處理磷肥利用率較T2處理分別提高了31.6%和38.5%，施用有機無機復合肥的T6、T8處理較T2處理磷肥利用率分別提高了21.6%和26.9%，施用不同量玉米秸稈的T3、T4處理較T2處理磷肥利用率分別提高了12.1%和13.1%。表明精制有機肥對提高磷肥利用率的作用優于有機無機復合肥，有機無機復合肥對提高磷肥利用率的作用優于秸稈還田。圖2A

隨著施磷量的增加(T2～T8處理施磷量依次增加)，磷肥利用率呈先升高后下降的趨勢，其中T3處理的磷肥利用率最高。T5、T7處理較T6、T8處理磷肥利用率分別高9.9%和11.6%，表明施用精制有機肥對提高磷肥的利用率較有機無機復合肥效果好，滴灌農田增施6 000 kg/hm2的精制有機肥能夠提高磷肥利用率。圖2B

圖2 不同施肥處理下玉米磷肥利用率變化

2.5 線性回歸分析

圖3A，圖3B分別代表含磷量與有機磷和總磷投入量(化肥磷和有機肥磷之和)的線性相關性分析， 圖3C、圖3D分別代表吸磷量與有機磷和總磷投入量的線性相關性分析。由圖3A和圖3C可以看出，有機磷投入量與玉米植株含量和吸磷量呈極顯著線性相關(P<0.01)，說明有機磷投入量越高，玉米植株含磷量越高，吸磷量也越高。玉米植株含磷量和吸磷量與總磷投入量也呈極顯著線性相關(P<0.01)，隨著總磷投入量的提高，玉米含磷量和吸磷量也隨之提高。總磷投入量包括有機磷和化肥磷兩部分，化肥磷投入量是固定的，所以總磷投入量的變化可被認為是有機磷投入量的變化，因此通過線性相關分析得知，玉米植株含磷量和吸磷量與有機磷投入量的相關系數高于與總磷投入量的系數，說明玉米植株含磷量和吸磷量與有機磷投入量的相關性更高，即有機磷對提高玉米含磷量和吸磷量的作用高于總磷。圖3

圖3 磷肥投入與玉米磷含量及吸收量的線性回歸分析

3 討 論

關于不同有機替代中磷肥利用率計算，大部分研究是以化學磷肥利用率和總磷肥利用率分別進行計算分析。有學者認為以往研究有機無機配施的肥料利用率存在兩個誤區，一是把有機肥養分含量完全等同于化肥提供的養分[24]，二是在計算時只考慮化肥施用量[25]。依據日本肥料農藥部對有機無機肥配施下肥料利用率的計算方法[26]，應該考慮以下因素：第一、有機肥不是速效肥料，主要用于做基肥；第二、需要根據有機肥中不同養分的含量將其折合為有效養分量，即相當于化學肥料量；第三、要計算出折合后的肥料量，是充分考慮施入有機肥能在當季替代的化肥量后，認為肥料利用率公式里的肥料投入量需要包括化學肥料提供的養分量和有機肥當季能替代的化肥量，例如牛糞堆肥的磷肥肥效率可以達80%。陶瑞等[27]根據此計算方法研究了減少化肥配施有機肥對滴灌棉花NP吸收和產量的影響，計算磷肥總施入量時借鑒文獻[26]，有機肥替代磷量是有機肥施用量與有機肥含磷量及肥效率的乘積，得出了有機肥替代20%～40 %的化肥能促進作物對磷養分的吸收，提高了磷肥利用率，因此認為此計算公式可以借鑒，同時提出了目前大多數已發表的相關文獻往往忽略有機肥能替代的化肥量。有機替代到土壤中會引起一系列的物理、化學和微生物學性質的改變，研究證明不同碳氮比有機物料添加到土壤中，能對作物生長、土壤微生物性質產生不同的影響，碳氮比在10～15∶1范圍內，地上部分生物量以及土壤微生物活性都較高，而且能夠進一步活化土壤氮磷，提高土壤氮磷利用率[28-29]。不同有機替代提高土壤陽離子交換量和土壤團粒結構，使土壤保水保肥能力增強[30]，有機肥分解過程產生的小分子有機物對作物根系生長的刺激作用以及對磷、微量元素等的活化作用[31]，這兩方面均可表現為促進作物根系生長，增強養分吸收，即影響有機肥替代化肥的當季替代率，也即替代量，這部分替代量也應該包括上一季作物未被利用的那一部分有機肥替代量。因此這樣報道的肥料利用率準確性值得商榷。

4 結 論

在保持施氮水平一致的基礎上，不同有機替代方式和單施化肥均能提高滴灌玉米干物質量和產量，促進玉米對磷素營養的吸收和磷含量，進而提高滴灌玉米的化學磷肥利用率。不同有機替代方式較單施化肥效果好，其中精制有機肥和玉米秸稈做基肥配施可顯著促進玉米生長，增加玉米植株體內含磷量和對磷素的吸收，提高化學磷肥利用率。

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Fund project:Supported by the national science and technology support project in 12th Five-Year plan "The study and demonstration of high-efficient utilization of water and fertilizer, farmland fertility promotion in food crops under drip irrigation condition (2012BAD42B02)

Influence of Different Strategies of Organic Matter Substituting Chemical Fertilizer on Maize Growth and P Nutrient under Drip Irrigation

HU Yan-fei, LIU Tao, TANG Cheng, CHU Gui-xin

(Department of Resources and environmental Sciences, College of Agriculture / The Key Laboratory of OasisEco-agricultureofXinjiangProductionandConstructionCorps,ShiheziUniversity,ShiheziXinjiang832003,China)

【Objective】 In order to offer reference for the application of organic and inorganic fertilizer under drip irrigation, the influence of maize growth and P nutrient based on different strategies of organic matter substituting chemical fertilizer was investigated.【Method】Eight treatments were set up for the two consecutive years of positioning test, which included CK, chemical fertilizer, corn stalk, organic matter, organic-inorganic compound fertilizer, and corn stalk applyed with organic matter and organic-inorganic compound fertilizer, respectively. The effects of dry matter, P nutrient and fertilizer use efficiency were studied.【Result】Compared with chemical fertilizer, applying 6,000 kg/hm2organic fertilizer and 6,000 kg/hm2corn stalk significantly increased dry matter, yield, P content and absorption by 5,320 kg/hm2, 1,810 kg/hm2, 0.48 g/kg and 34.6 kg/hm2respectively. Furthermore, chemical P use efficiency was also significantly enhanced, 38.5% higher than chemical fertilizer, and the value reached to 67.0%.【Conclusion】In conclusion, different strategies of organic matter substituting chemical fertilizer could alternative promote maize growth, increase P content and uptake, and improve the utilization rate of fertilizer.

maize; dry matter; P content; P absorption; P use efficiency

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.07.011

2016-01-08

國家十二五科技支撐項目“滴灌條件下糧食作物水肥資源高效利用與農田肥力提升研究與示范”(2012BAD42B02)

胡艷飛(1988-)，男，碩士研究生，研究方向為新型肥料與施肥技術，(E-mail)hyfZYC8256@sina.com

褚貴新(1969-)，男，教授，博士生導師，研究方向為植物營養生理生態，(E-mail)chuguixinshzu@163.com

S158；S506

A

1001-4330(2016)07-1251-09