奶牛糞肥對玉米光合特性、產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

萬佳淼 原秦英 李東利 周喜榮 劉智 田超 劉少泉 孫權(quán)

摘要：探究在滴灌條件下奶牛糞肥對寧夏地區(qū)玉米光合特性、產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響。以綠博6號玉米為供試材料，設(shè)置6種發(fā)酵的奶牛糞施用水平（0、200、400、600、800、1 000 kg/666.7 m2）。結(jié)果表明，不同奶牛糞肥施用量可以促進玉米株高、莖粗、葉綠素含量;在玉米抽雄期，施1 000 kg/666.7 m2處理的氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率最高，分別較對照提高135.29%、107.94%、113.56%;施600 kg/666.7 m2處理凈光合速率最高，較對照顯著提高1842%;施800 kg/666.7 m2處理的玉米增產(chǎn)效果最佳，玉米的單穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量分別較對照顯著增加61.72%、67.22%、170.46%，施800、1 000 kg/666.7 m2處理之間的百粒質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量均無顯著性差異;施400、800 kg/666.7 m2 處理玉米的經(jīng)濟效益分別較對照顯著增加230.34%、275.33%。說明不同有機肥施用量均可促進玉米光合作用，提高玉米產(chǎn)量，增加經(jīng)濟效益，通過施肥量與產(chǎn)量函數(shù)模型得出最高產(chǎn)量施肥量為899.01 kg/666.7 m2，最大經(jīng)濟效益施肥量為699.44 kg/666.7 m2，經(jīng)主成分分析綜合評價結(jié)果得出，施800 kg/666.7 m2處理的有機肥施用量最佳。

關(guān)鍵詞：奶牛糞;光合特性;土壤肥力;玉米產(chǎn)量;經(jīng)濟效益

中圖分類號： S513.06文獻標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）07-0095-06

收稿日期：2020-09-09

基金項目：寧夏重點研發(fā)計劃重大專項（編號：2019BCF01001）。

作者簡介：萬佳淼（1992—），寧夏銀川人，碩士研究生，研究方向為農(nóng)業(yè)資源利用。E-mail：987549113@qq.com。

通信作者：孫 權(quán)，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事農(nóng)業(yè)資源利用教學(xué)與科研工作。E-mail：sqnxu@sina.com。

我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的產(chǎn)物每年生產(chǎn)量約達(dá)57億t，含有的氮磷鉀養(yǎng)分總量可達(dá)7 300萬t[1]，畜禽糞便中不僅含有作物可吸收的養(yǎng)分，還可以提高土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進土壤保墑保溫效果[2]，這就使畜禽糞便成為我國有機肥的主要來源。而奶牛養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)在寧夏規(guī)模相對較大，同時畜禽污糞資源量大，因不合理處理會造成大量資源浪費。目前，通過科學(xué)技術(shù)高效利用發(fā)酵畜禽糞便，將其制成高品質(zhì)的有機肥來代替化肥，可提高土壤肥力，減少環(huán)境面源污染，促進有機農(nóng)業(yè)的發(fā)展。畜禽糞便發(fā)酵后的有機肥，不僅養(yǎng)分全面，肥效持久，還能培肥地力，促進養(yǎng)地和用地的合理結(jié)合[3]，減少因化肥施入帶來的負(fù)面效果，增加土壤碳氮，為作物生長提供必需營養(yǎng)元素，有利于農(nóng)業(yè)健康發(fā)展，促進資源可持續(xù)發(fā)展[4]。

近年來關(guān)于有機肥的研究頗多，李恕艷等研究表明，施用38 t/hm2有機肥對番茄增產(chǎn)效果最佳[5]，可改善番茄品質(zhì)，促進作物生長發(fā)育[6]。武星魁等研究表明，有機肥替代化肥比例為25%時包心菜產(chǎn)量最高[7]，這是因為有機肥可以提高土壤碳氮含量，維持土壤有機質(zhì)和速效養(yǎng)分[8]。胡誠等研究發(fā)現(xiàn)，長期施有機肥可降低土壤容重，改善土壤孔隙，補充土壤氮素，進而提高土壤肥力，增加小麥產(chǎn)量[9-10]。前人的研究結(jié)果表明，有機肥中含有大量有益菌，可阻止土傳病害傳播。有機肥施用量為50%時可顯著增強作物光合能力，改良西瓜連作障礙，有利于作物增產(chǎn)[11]。有研究報道，有機肥可抑制土傳病害，防止土壤鹽漬化，改善土壤的物理結(jié)構(gòu)[12]，對提高土壤碳源，以保證養(yǎng)分充足供應(yīng)，對作物生長具有重要作用。

在滴灌條件下，在寧夏半干旱地區(qū)有機肥對作物生長發(fā)育的報道較少，本研究針對寧夏地處西北、水資源匱乏、土壤肥力貧瘠，但養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)、畜禽糞污染資源量大等特點，探索滴灌條件下奶牛糞好氧發(fā)酵對玉米生長發(fā)育、產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響。研究在滴灌條件下奶牛糞好氧發(fā)酵生產(chǎn)高品質(zhì)有機肥，通過滴灌方式，研究不同施肥量對土壤肥力、玉米生長發(fā)育、產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響，探索有機肥最佳施用量、最佳經(jīng)濟效益，旨在為該地區(qū)奶牛糞高效合理利用及玉米高產(chǎn)高效栽培提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2019年4—10月在寧夏銀川市興慶區(qū)月牙湖鄉(xiāng)俊華農(nóng)牧有限公司農(nóng)場（38°13′46.71″N，106°13′59.23″E）進行，海拔為1 100 m，年均氣溫≥10℃的積溫為3 300 ℃，無霜期為140～160d，年均日照時數(shù)為3 000 h，日溫差為13 ℃，年降水量為 180～200 mm，年均氣溫為8.5 ℃。供試土壤是耕種多年后形成的改良型土壤。土壤0～20 cm 耕層土壤基本理化性質(zhì)：pH值為8.26，有機質(zhì)含量為7.62 g/kg，堿解氮含量為47.72 mg/kg，速效磷含量為22.16 mg/kg，速效鉀含量為 50.55 mg/kg，全鹽含量為0.46 g/kg。

1.2 試驗材料

供試玉米品種為國家審定品種綠博6號。

試驗選用好氧發(fā)酵完成的奶牛糞，符合NY 525—2012《有機肥料》質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。其基本理化性質(zhì)：有機質(zhì)含量為4686%，全氮含量為40.31 g/kg，全磷含量為 11.65 g/kg，全鉀含量為16.52 g/kg，pH值為 8.22，全鹽含量為15.58 g/kg。

1.3 試驗設(shè)計

采用單因素隨機區(qū)組試驗設(shè)計。試驗設(shè)置6個奶牛糞肥施肥水平：CK（0 kg/666.7 m2）、N1（200 kg/666.7 m2）、N2（400 kg/666.7 m2）、N3（600 kg/666.7 m2）、N4（800 kg/666.7 m2）、N5（1 000 kg/666.7 m2），共6個處理，每個處理重復(fù)3次，共18個小區(qū)，小區(qū)面積為11 m×30 m=330 m2，隨機排列。在播前整地，劃好小區(qū)后，用電子秤稱量奶牛糞，奶牛糞全部基施，撒施于地表，翻耕，耙磨;氣吸式精量播種機單粒播種，2019年5月8日播種，播深5～10 cm，寬窄行種植，寬行為70 cm，窄行為40 cm，平均行距為55 cm;株距為20 cm，窄行鋪設(shè)1條滴灌帶，玉米生育期采用滴灌，共滴灌14次，總滴灌量為2 600 m3/hm2，種植密度為 6 060株/666.7 m2，2019年10月收獲。

1.4 測定項目及指標(biāo)

1.4.1 土壤養(yǎng)分指標(biāo)的測定

采集方法：按照隨機、等量的原則，采用“S”形采集土壤樣品，采集0～20 cm土層土樣帶回實驗室風(fēng)干、研磨、過篩。有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定;土壤全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定;全磷含量采用鉬銻抗比色法測定;速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定;速效鉀含量采用1 mol/L NH4OAc溶液浸提-火焰光度法（FP 6400型）測定。

1.4.2 玉米形態(tài)和光合指標(biāo)的測定

在玉米抽雄期后測定形態(tài)光合指標(biāo)，玉米株高用鋼尺測量，莖粗用數(shù)顯游標(biāo)卡尺（0.01 mm）測定近地面莖粗（mm），每次測量10株取平均值。用SPAD-502便攜式葉綠素儀測量1次葉綠素含量，每張葉片測定其基部、中部、尖部的葉綠素含量取其平均值。選擇晴天采用CI-6400便攜式光合測量儀測定光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度等。

1.4.3 玉米產(chǎn)量指標(biāo)測定

在玉米生理成熟后，各處理除去兩邊行及兩端各1 m取中間8行，進行田間綜合性狀調(diào)查。統(tǒng)計株數(shù)和果穗數(shù)，各小區(qū)取20株玉米的果穗進行室內(nèi)考種，測定小區(qū)產(chǎn)量。產(chǎn)值=籽粒產(chǎn)量×籽粒價格;經(jīng)濟效益=產(chǎn)值-總成本。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件整理數(shù)據(jù)和繪圖，同時采用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析，并對相關(guān)性指標(biāo)進行差異性分析（P<0.05，n=5）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同奶牛糞肥施用量對玉米生長指標(biāo)的影響

由表1可知，在玉米成熟期，施奶牛糞肥處理在不同程度上增加了玉米株高和莖粗，提高了葉綠素含量。N1、N2、N3、N4、N5處理株高分別較CK增加37.92%、36.74%、46.56%、50.49%、48.13%。不同施肥量處理玉米莖粗均高于CK，不同處理間無顯著性差異。不同施肥量對玉米葉綠素含量有顯著影響，N1、N2、N3、N4、N5處理的葉綠素含量較CK分別顯著增加28.72%、30.32%、18.23%、5443%、19.44%，不同處理間無顯著性差異。

2.2 不同奶牛糞肥施用量對玉米光合特性的影響

由表2可知，在玉米抽雄期，N3、N4、N5處理凈光合速率分別較CK顯著提高18.42%、12.79%、15.70%。N5處理的氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率最高，分別較CK顯著提高135.29%、10794%、113.56%。N2和N3處理氣孔導(dǎo)度分別較CK提高70.58%、52.94%。N2、N3和N4處理的胞間CO2濃度無顯著性差異。N1、N2、N3、N4、N5處理的蒸騰速率分別較CK增加23.72%、46.61、35.17%、55.51%、113.56%。

2.3 不同奶牛糞肥施用量對玉米農(nóng)藝性狀的影響

由表3可知，不同奶牛糞肥施用量對玉米農(nóng)藝性狀有重要影響，隨著施肥量增加，玉米穗行數(shù)增加，N1、N2、N3、N4、N5處理穗行數(shù)分別較CK顯著增加22.50%、25.05%、30.00%、32.55%、3503%，且不同處理間無顯著性差異。不同處理的行粒數(shù)與CK有顯著性差異，N1、N2、N3、N4、N5處理行粒數(shù)分別較CK增加9.00%、21.37%、2360%、26.97%、18.00%，以N4處理的行粒數(shù)最高，N3和N4處理無顯著性差異。N1、N2、N3、N4、N5處理的穗粗分別較CK顯著增加69.59%、6632%、65.90%、69.08%、66.04%，且不同處理間無顯著性差異。N2、N3、N4、N5處理的穗長分別較CK顯著增加42.13%、48.24%、38.46%、36.03%。不同處理的禿尖長較CK分別降低44.78%、59.20%、60.12%、57.05%、64.41%，不同處理間無顯著性差異。

2.4 不同奶牛糞肥施用量對玉米產(chǎn)量的影響

由表4可知，奶牛糞肥對玉米產(chǎn)量有顯著影響，不同奶牛糞施用量均可以顯著提高玉米產(chǎn)量。N1、N2、N3、N4、N5處理單穗粒數(shù)分別較CK顯著增加35.91%、57.92%、60.37%、61.72%、59.69%，N2、N3和N5處理間差異不顯著。N1、N2、N3、N4、N5處理玉米百粒質(zhì)量分別較CK顯著增加19.63%、38.32%、36.18%、67.22%、60.93%，N2和N3處理無顯著性差異，N4和N5處理無顯著性差異。N1、N2、N3、N4、N5處理玉米籽粒產(chǎn)量分別較CK顯著增加62.59%、118.40%、118.40%、170.46%、15705%，N4和N5處理無顯著性差異，N2和N3處理之間差異不顯著。不同施肥處理的單株鮮質(zhì)量與CK 有顯著性差異，N1、N2、N3、N4、N5處理單株鮮質(zhì)量分別較CK顯著增加57.89%、105.26%、147.36%、27368%、278.94%。N4和N5處理間無顯著性差異，N1和N3處理間差異顯著。

2.5 不同奶牛糞肥施用量對玉米經(jīng)濟效益的影響

由表5可知，不同奶牛糞施肥量處理可顯著提高玉米產(chǎn)值。各處理玉米產(chǎn)值由高到低為N4>N5>N2>N3>N1>CK，產(chǎn)值以N4和N5處理效果最佳，分別較CK增加170.46%、157.05%。各處理玉米經(jīng)濟效益高低順序為N4>N2>N1>N5>N3>CK，經(jīng)濟效益以N4和N2處理最佳，分別較CK增加275.33%、230.34%。而產(chǎn)投比高低順序為N2>N4>N1>N3>N5>CK，產(chǎn)投比以N2處理和N4處理效果最佳，分別較CK增加26.92%、27.56%。

2.6 不同奶牛糞肥最佳施用量

為直觀形象地描述不同奶牛糞肥施用量與玉米產(chǎn)量的關(guān)系，將不同奶牛糞肥施用量與玉米產(chǎn)量的關(guān)系繪于圖1，玉米產(chǎn)量隨著奶牛糞肥施用量的增加而增加，達(dá)到一定值后隨著奶牛糞肥施用量的增加，玉米產(chǎn)量有下降的趨勢，根據(jù)函數(shù)模型得出玉米產(chǎn)量（y）和有機肥施用量（x）的相關(guān)性，二者的關(guān)系為y=-0.000 9x2+1618 3x+491.88（r2=0.962 6），籽粒玉米價格為1.50元/kg，有機肥價格為650元/t，由函數(shù)公式得出，最高產(chǎn)量施肥量為899.01 kg/666.7 m2，最大經(jīng)濟效益施肥量為69944 kg/666.7 m2。

2.7 主成分分析

由表6可知，為明確最佳奶牛糞肥施用量，對所有測定指標(biāo)進行主成分分析，經(jīng)綜合客觀分析，第1個主成分的累積貢獻率達(dá)79%，第2個主成分累積貢獻率達(dá)92%，綜上所述，處理N4得分最高，處理N5得分次之，因此綜合考慮各項指標(biāo)，N4處理的施肥量最佳。

3 討論與結(jié)論

3.1 不同奶牛糞肥對玉米生長的影響

有機肥對調(diào)節(jié)土壤碳氮，促進作物生長發(fā)育有重要作用[12-13]。臧小平等研究認(rèn)為，施有機肥不僅可以提高土壤碳的積累，還有利于對作物株高、莖粗、葉綠素的增加[14]。王亞雄等研究發(fā)現(xiàn)，施用不同有機肥可以增加土壤氮磷鉀含量，增加枸杞光合能力，促進枸杞生長發(fā)育，提高枸杞的品質(zhì)[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，有機肥不僅促進玉米生長，還增強葉片光合效率，這與前人的研究結(jié)果相似。分析其原因可能是有機肥可以顯著增加土壤的碳、全氮和有效磷的含量[16]，且有機肥可以在土壤中礦化，補充土壤氮素[17]，同時氮磷鉀含量供應(yīng)充足，有利于葉片光合作用，促進玉米生長，還可能是因為發(fā)酵腐熟的奶牛糞中含有大量的有機質(zhì)，可以改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙，降低土壤容重，促進玉米根系生長，從而有利于作物生長發(fā)育[18-20]。

3.2 不同奶牛糞肥對玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

有研究認(rèn)為，施用有機肥可以補充土壤氮磷鉀含量，促進作物高效優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)，增加春玉米、葡萄、番茄等產(chǎn)量[21-24]。杜少平等研究表明，施用有機肥既能提高土壤肥力，還能促進西瓜成活率，增加西瓜產(chǎn)量[11]。謝軍等研究發(fā)現(xiàn)，有機肥替代化肥可以顯著增加玉米氮素，提高玉米產(chǎn)量[25]。李娟等指出，深松耕作方式施22.5 t/hm2有機肥可以增加玉米的穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量[26]。陳愛晶等研究表明，增施20%的有機肥既能促進土壤有機質(zhì)含量增加，還可以提高水稻產(chǎn)量[27]。本研究發(fā)現(xiàn)，施有機肥可以顯著增加玉米單穗粒數(shù)、穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量、穗長、穗粗，提高玉米產(chǎn)量。這與前人的研究結(jié)果一致，一方面是因為奶牛糞發(fā)酵后含有作物可以吸收的養(yǎng)分較全面，能夠補充玉米整個生育期對養(yǎng)分的需求。同時奶牛糞中大量的有機質(zhì)可以改善土壤物理結(jié)構(gòu)，增加土壤保水保肥性能，為作物提供充足的碳氮，促進作物生長[28]。另一方面可能是奶牛糞的施入，可以提高土壤有機質(zhì)含量，減少土壤中部分磷固定，增加土壤有效磷含量，促進作物對磷素的吸收[29]。而且奶牛糞發(fā)酵腐熟后有大量微生物，可以調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)，增加土壤中養(yǎng)分，補充部分土壤中養(yǎng)分被固持，從而提高土壤養(yǎng)分[30-32]。

有研究顯示，作物施肥量和玉米產(chǎn)量的關(guān)系呈拋物線形[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，玉米產(chǎn)量和有機肥施肥量有顯著相關(guān)性，隨著有機肥施肥量的增加玉米產(chǎn)量也在增加，當(dāng)超過一定施肥量時，玉米產(chǎn)量有所下降。通過數(shù)值模擬得出最高產(chǎn)量施肥量為 899.01 kg/666.7 m2，最大經(jīng)濟效益施肥量為 699.44 kg/666.7 m2。本試驗經(jīng)綜合評價得出，800 kg/666.7 m2 處理的有機肥施肥量最佳，而施 1 000 kg/666.7 m2 處理的籽粒產(chǎn)量低于施 800 kg/666.7 m2處理，這是因為過量施肥會降低作物對養(yǎng)分的利用效率[8]。而李娟等指出，在深松模式下施22.5 t/hm2有機肥處理玉米產(chǎn)量最高[26]，這與前人研究結(jié)果不一致，分析其原因一方面可能是研究區(qū)域土壤基礎(chǔ)肥力有差異，不同耕作方式也有一定的影響，作物類型不同，不同灌溉方式和灌水量有差異[34-35]，也會影響作物產(chǎn)量和經(jīng)濟效益[36];另一方面可能與有機肥類型相關(guān)[37]，有機肥種類較多，且養(yǎng)分比例不一致，同時有機肥施肥量也不同。

在本試驗中，與不施肥相比，發(fā)酵的奶牛糞在一定程度上可以提高土壤肥力，促進玉米生長發(fā)育，實現(xiàn)玉米增產(chǎn)創(chuàng)收。經(jīng)綜合評價得出，其中以施 800 kg/666.7 m2 有機肥玉米株高、莖粗最佳。施 1 000 kg/666.7 m2 玉米光合作用最強，氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率最高。施800 kg/666.7 m2的單穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量、單株鮮質(zhì)量較優(yōu)，同時產(chǎn)值和經(jīng)濟效益最高。通過玉米籽粒產(chǎn)量和施肥量函數(shù)模型的相關(guān)性分析可知，二者的關(guān)系為y=-0.000 9x2+1.618 3x+491.88（r2=0.962 6），得出最高產(chǎn)量施肥量為899.01 kg/666.7 m2，最大經(jīng)濟效益施肥量為699.44 kg/666.7 m2。經(jīng)客觀綜合評價得出，在滴灌條件下，施800 kg/666.7 m2處理的玉米株高、莖粗最優(yōu)，同時可以提高土壤肥力，有利于玉米生長發(fā)育，且玉米增產(chǎn)效果明顯，玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟效益最高。

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