培肥模式對隴中旱農區糧飼兼用玉米產量和品質的影響

沈吉成，李玲玲，謝軍紅，彭正凱，Eunice Essel，鄧超超，王進斌，頡健輝

(甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，甘肅農業大學 農學院，蘭州 730070)

玉米作為重要作物[1]，既可作糧食，也可作飼料，在保障中國糧食安全，緩解冬季飼料短缺及緩解能源危機等方面發揮重要作用[2-3]。中國玉米總量中大約75%用于飼料[4]，在獲得高產的前提下，提高粗蛋白含量，降低纖維素含量是糧飼兼用玉米優質生產的主要目標[4]。

近年來，隨著全膜雙壟溝播技術的應用，將玉米種植擴大到海拔2 300 m以上、年降水量300～400 mm的旱作農業區[5-6]，使玉米成為隴中黃土高原半干旱區的重要作物。該區大面積的玉米種植既為養殖業發展帶來新的機遇，又對玉米飼用化提出了新要求。全膜雙壟溝播技術的應用使玉米成為隴中旱農區主栽作物之一，但該技術下玉米的高產出導致土壤養分和水分耗竭，影響玉米產量和品質的持續提高。化肥用量的增加已成為中國農業促產增收的重要方式之一[7]。據統計，目前中國對氮肥使用量已超過7 000萬t，而作物對氮的平均利用率僅為40%～50%[8]。研究表明，氮肥用量的持續高增長，不僅造成土壤養分比例失調，同時玉米產量及品質逐年降低[9]。合理的土壤培肥方式可以保障土壤的肥力，促進玉米產量的提高，改善糧飼兼用玉米的品質[10]。然而，前人就玉米產量及品質對化肥用量的響應研究較多[11]，但在隴中旱農區關于土壤培肥模式對糧飼兼用玉米產量與品質的影響研究較少。因此，本研究依托2012年建立的定位試驗，研究不同培肥模式對糧飼兼用玉米纖維素質量分數和積累率、粗蛋白質量分數及籽粒產量和飼料產量的影響，旨在探究有利于糧飼兼用玉米高產優質生產的土壤培肥模式，為隴中旱農區糧飼兼用玉米可持續生產提供理論和技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2014-2015年在位于甘肅省定西市安定區的甘肅農業大學旱作農業綜合實驗站進行,研究依托的田間定位試驗始于2012年。該區屬中溫帶半干旱偏旱區，多年平均日照時數2 476.6 h，太陽輻射為592.9 kJ/cm2；年均氣溫6.4 ℃,變化幅度為5.8～6.8 ℃，≥0 ℃積溫為2 933.5 ℃，≥10 ℃積溫2 239.1 ℃，年均無霜期140 d；年均降雨量為390.9 mm，年蒸發量1 531 mm，是降雨量的3～4倍，變異系數為24.3%，土壤類型為黃綿土。2014-2015年降雨量如圖1所示。其中2014年玉米生育期降雨量為285.0 mm，2015年為278.1 mm。

圖1 試驗區降雨量Fig.1 Rainfall of experimental area

1.2 試驗設計

在保證單季玉米施氮量200 kg/hm2的前提下，以培肥模式為管理方式，試驗采用單因素隨機區組排列，設4個處理，具體為：對照(NA)不施肥，且全年無任何改良劑；豬糞處理(SM)施肥量為10 t/hm2，從當地養豬場獲取豬糞，儲存2個月后，均施，并在3 d內耕于土壤；秸稈處理(MS)施肥量為28.5 t/hm2，玉米秸稈來自上年作物，干燥粉碎，稱量，返回田間；豬糞+化肥處理(SC)施肥量為豬糞5 t/hm2，化肥0.1 t/hm2，豬糞的施用與SM相同，化肥即氮肥(尿素)播種時施入。重復3次，共12個小區，小區面積為4.29 m2(3.3 m×13 m)，其中豬糞與秸稈化學成分含量如表1所示。

玉米種植密度為5.25萬株/hm2，參試糧飼兼用型玉米品種為‘富農821’，于4月下旬播種，10月上旬收獲。休閑期用2，4-D丁酯與草甘膦除去田間雜草，生長期間人工拔出，其他管理同大田。

表1 玉米秸稈與豬糞的化學成分Table 1 Chemical composition of maize straw and swine manure

1.3 主要指標測定與計算方法

1.3.1 干物質 分別在玉米拔節期、開花期、灌漿期和成熟期4個生育時期每小區隨機取3株玉米，測定4個生育階段玉米葉鮮質量、莖鮮質量，在灌漿期、成熟期測定籽粒鮮質量，分別將樣品在80 ℃恒溫下烘干12 h，直至恒量，測定葉、莖、籽粒干質量。

1.3.2 玉米品質指標 分別在玉米拔節期、開花期、灌漿期和成熟期4個生育時期每小區隨機取3株玉米，將各生育階段玉米葉、莖在105 ℃烘箱中烘15～30 min 殺青，再將葉、莖、籽粒在80 ℃恒溫下繼續烘干12 h，直至恒量，粉碎留樣。用范氏纖維測定法測定樣品酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)質量分數,用凱氏定氮法[12]測定粗蛋白(CP)質量分數。

1.3.3 玉米產量 玉米成熟期按小區測定玉米籽粒產量和飼料產量，最后換算為每公頃產量(kg/hm2)。

1.4 數據處理

用SPSS 19.0 對數據進行方差分析和最小顯著性檢驗(LSR法)。

2 結果與分析

2.1 培肥模式對玉米各生育時期干物質積累與分配的影響

由表2可知，培肥增加糧飼兼用玉米各生育階段籽粒質量及干物質累積量，均表現為SC>SM>MS>NA。在玉米灌漿期與成熟期SC處理籽粒質量達到最大值，與NA相比，分別增加54.10%、52.88%。SC處理各生育時期玉米干物質累積量與NA相比，分別增加42.98%、24.69%、38.83%和34.32%。可見培肥可以增加糧飼兼用玉米干物質累積量，豬糞與化肥相結合玉米干物質累積量最多。

表2 不同培肥下玉米各生育時期干物質累積與分配Table 2 Maize dry matter accumulation and distribution at growth stage under different soil amendments

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note:Different lowercase letters mean significant difference(P<0.05)，the same below.

2.2 培肥模式對各生育時期玉米葉片酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維質量分數的影響

由圖2可知，不同培肥模式對糧飼兼用玉米葉中ADF和NDF質量分數影響顯著，且隨著生育進程的推進ADF、NDF質量分數呈上升趨勢。在各生育時期，SC、SM、MS處理的ADF和NDF質量分數低于NA，ADF、NDF質量分數SC

2.3 培肥模式對各生育時期玉米莖稈酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維質量分數的影響

由圖3可知，玉米莖中ADF和NDF質量分數隨生育時期和培肥模式變化趨勢與葉片基本一致，但質量分數高于葉片。各種培肥模式均降低糧飼兼用玉米各生育階段莖中ADF、NDF質量分數，且隨著生育期的推進ADF和NDF質量分數逐漸增加。其中2014年成熟期SC處理莖中ADF和NDF質量分數較NA分別降低5.66%和4.46%，2015年分別降低6.19%和4.73%。可見，玉米莖稈纖維素質量分數隨生育進程的推進而增加，培肥土壤可以降低玉米莖稈纖維素質量分數，其中以豬糞與化肥相結合培肥效果最好。

2.4 培肥模式對玉米籽粒中酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維質量分數的影響

培肥模式對玉米籽粒中ADF和NDF質量分數也有明顯影響(表3)。在玉米成熟期，2 a中籽粒ADF和NDF質量分數SC

不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著,下同 Different lowercase letters indicate significantly different between treatments at 0.05 level，the same below

圖2不同培肥下各生育時期玉米葉片ADF和NDF質量分數
Fig.2MassfractionofADFandNDFinmaizeleavesatgrowthstageunderdifferentsoilamendments

圖3 不同培肥下各生育時期玉米莖稈ADF和NDF質量分數Fig.3 Mass fraction of ADF and NDF in maize stem at growth stage under different soil amendments

2.5 培肥模式對玉米各生育時期纖維素積累率的影響

由圖4可知，隨著生育進程的推進玉米纖維積累率逐漸增加，且各種培肥模式均減緩糧飼兼用玉米各生育時期纖維素積累率。玉米纖維素積累率在各生育時期基本表現為SC

2.6 培肥模式對玉米各生育時期地上部分粗蛋白質量分數的影響

由表4可知，隨著生育進程的推進，玉米粗蛋白質量分數逐漸降低，且培肥模式對糧飼兼用玉米粗蛋白質量分數有明顯影響。各生育時期，SC、SM、MS處理粗蛋白質量分數顯著高于NA，同時2014年、2015年各時期粗蛋白質量分數SC>SM>MS>NA。SC處理粗蛋白質量分數與NA相比，2014年增加60.18%，2015年增加79.29%。可知，糧飼兼用玉米蛋白質質量分數隨著生育進程的推進而降低，培肥模式可以提高玉米粗蛋白質量分數，且豬糞與化肥結合效果最好。

圖4 不同培肥下玉米各生育時期纖維素積累率Fig.4 Maize fiber accumulation rate at growth stage under different soil amendments

2.7 培肥模式對玉米產量的影響

由表5可知，培肥模式對玉米籽粒產量和飼料產量有明顯影響，2014年產量高于2015年。SC、SM、MS處理產量顯著高于NA，2 a中玉米籽粒產量和飼料產量SC>SM>MS>NA。與NA相比，2014年SC處理籽粒產量和飼料產量分別提高67.24%、49.40%，2015年分別提高78.69%、55.09%。總之，培肥模式能明顯提高糧飼兼用玉米籽粒產量和飼料產量，豬糞與化肥配施產量最高。

3 討 論

培肥地力是提高作物產量和改善品質的主要措施之一[13]。相關研究表明，培肥模式可使玉米增產1.64%～8.96%[14]，有機肥的施用能夠提高作物的產量和干物質積累量[15]，有機肥與無機肥相結合能夠提供大量的干物質積累[16]。

表5 不同培肥下玉米產量Table 5 Maize yield under different soil amendments

試驗結果表明，與不施肥比較，2014年、2015年各種培肥措施下玉米各生育時期干物質累積量、籽粒產量及飼料產量顯著增加，其中豬糞與化肥相結合效果最明顯。這與李剛平等[17]、周莉華[18]的觀點基本一致。其原因可能是土壤培肥提高糧飼兼用玉米的抗旱、抗倒伏能力[19]，促進土壤氮素平衡[20]，使玉米營養體碳氮向各器官干物量合理分配[21]，而豬糞與化肥相結合進一步提高土壤氮素的積累，增加微生物數量，同時提高微生物有機礦化的動力，促進根系生長，進而促進根系對氮素的吸收[22]，可使玉米的收獲指數與氮收獲指數增加，有利于干物質從葉、莖向籽粒的運輸[23]，從而提高糧飼兼用玉米的產量。

粗蛋白作為評價糧飼兼用玉米品質的重要指標，其含量直接影響動物對飼草料的消化能力。較高的ADF、NDF質量分數降低了干物質的攝入量[24]。研究表明，通過肥料施用可使玉米籽粒粗蛋白質量分數增加1%～2%[25]。長期施用有機肥可以提高作物籽粒粗蛋白質量分數，改善小麥和玉米品質[18]。有機無機肥料長期配施，玉米籽粒粗蛋白質量分數均明顯增加[17]。

試驗結果表明，玉米粗蛋白質量分數隨著生育進程的推進而降低，因此提前收獲可增加粗蛋白質量分數，推遲收獲，則粗蛋白質量分數降低，這與馬存金等[26]研究結果一致。試驗還發現，隨著生育進程的推進，玉米纖維素的積累率逐漸增加，培肥土壤能夠明顯增加糧飼兼用玉米粗蛋白質量分數，降低玉米各生育階段ADF、NDF質量分數，同時減緩玉米各生育階段纖維素積累率，其中豬糞與化肥相結合對提高粗蛋白，降低各生育時期纖維素質量分數，減緩積累率效果最顯著，這與姜東等[27]的觀點一致。可能是有機無機配施提高土壤供肥體積質量，增加土壤的氮素含量，增加微量元素，平衡土壤養分[28]。而豬糞與化肥相結合也促進玉米對土壤硝態氮和銨態氮的吸收，使玉米氮素吸收累積，顯著提高了籽粒吸氮量和氮肥利用率，提高蛋白質的合成效率[29]，同時豬糞與化肥相結合提高籽粒中必需氨基酸含量及粗灰分的含量，進而提高單位面積蛋白質質量分數[27]，因此可以提高糧飼兼用玉米粗蛋白質量分數，改善玉米品質。

4 結 論

在隴中旱農區培肥地力既可以提高糧飼兼用玉米產量，也可以改善其品質。其中豬糞與化肥配施在提高糧飼兼用玉米籽粒產量和飼料產量，降低葉、莖、籽粒中纖維素質量分數，減緩各生育時期纖維素積累率，提高粗蛋白質量分數等方面的效果最佳，是有利于隴中旱農區糧飼兼用玉米高產、優質可持續生產的土壤培肥模式。