河西灌區制種玉米化肥減量技術對制種產量的影響

孫寧科，趙建華，孫建好，陳亮之

（1.張掖市農業科學研究院，甘肅 張掖 734000；2.甘肅省農業科學院土壤肥料與節水農業研究所，甘肅 蘭州 730070）

甘肅河西走廊灌區已發展成為全國最大的雜交玉米種子生產基地［1-2］。據統計，2015年甘肅省雜交玉米制種面積9.942 萬hm2，產種量達 6.54 億kg，占全國玉米制種總產量的近一半［3］。尤其是甘肅張掖地區位于河西走廊中部，是河西玉米制種基地的核心地帶，產種量可占全國大田玉米用種量的40%以上［4-5］。

玉米制種不但成為張掖地區的支柱產業，而且是農民增收的主要來源。然而，在制種玉米生產過程中存在諸多問題，其中較為突出的是化肥使用不當，無論制種公司還是制種農戶為追求種子高產，在種子生產過程大量的投入化肥，這不但造成化肥的浪費，而且致使肥料利用效率低下。索東讓等［6］在對比大田玉米和制種玉米田玉米需肥特點后發現，相比大田玉米，制種玉米應適當減少化肥施用量；然而，據調查［7］，現實生產中制種戶氮素（N）施用量高達 525 kg·hm-2，磷素（P2O5）施用量也高達180 kg·hm-2。因此，諸多學者對制種玉米化肥最佳施用量進行探究，如秦潤玲［8］研究發現制種玉米田氮磷肥最佳施用量為N 300 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2。孫寧科等［9］研究表明制種玉米N、P2O5和K2O的適宜施用量分別為300、90、75 kg·hm-2。但是，實際生產中，化肥投入量遠遠超過這些推薦量；另外，制種田長期連作引起的土壤退化問題也日益嚴重［10-11］，趙蕓晨等［12］研究表明制種玉米田隨連作年限增加，土壤對磷素的固持及轉化率會隨之下降。由此可見，化肥過量帶來的農田生態、環境等負面效應日趨嚴重，如何改善制種玉米種植環節化肥投入過高的現狀已成為亟待解決的問題，也是河西走廊灌區制種玉米可持續發展的關鍵。

本文通過對在甘肅省張掖市開展的制種玉米上化肥配施有機肥、化肥配施微量元素和制種玉米套作綠肥3項化肥減量試驗的玉米產量進行對比分析，探究制種玉米最佳化肥減施途徑，為制種玉米綠色可持續發展提供理論借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

3項試驗于2017年在張掖市臨澤縣沙河鎮蘭家堡村相鄰的田塊同時進行。該區域海拔1430 m，平均氣溫7℃，無霜期152 d，農田以制種玉米連作為主。土壤為灌漠土；0～20 cm土層土壤化學性質：有機質13.5～15.8 g·kg-1；全氮0.71～0.90 g·kg-1；全磷0.54～0.65 g·kg-1，堿解氮9.3～73.2 mg·kg-1；有 效 磷7.3～9.4 mg·kg-1；速 效 鉀153.3～165.8 mg·kg-1。土壤含硫、鈣、鎂分別為39.3、110.0、33.5 mg·kg-1，有效鋅0.69 mg·kg-1、有效錳7.18 mg·kg-1、有效硼1.01 mg·kg-1、有效鐵9.53 mg·kg-1；pH值8.2。

1.2 田間管理與試驗設計

1.2.1 種植方式

制種玉米母本4月中旬播種，70 cm寬地膜覆蓋，母本種植于膜上，一膜種植2行，行距50 cm，株距20 cm，母本保苗100005株·hm-2，膜間裸地寬50 cm，父本于母本播后一周播種，在2行母本中間播種1行，株距50 cm，父本保苗20001株·hm-2。試驗小區間筑寬50 cm、高20 cm地埂，區組間設50 cm寬灌水溝。各處理灌水、鋤草等田間管理均保持一致。

1.2.2 施肥管理

3項試驗氮肥均用尿素（N 46%），50%作為基肥，50%于玉米大喇叭口期追施。磷肥用磷酸二銨（N 18%；P2O546%），全部基施。鉀肥用氯化鉀（K2O 62%），50%基施、50%玉米大喇叭口期追肥。有機肥配施化肥減量試驗中有機肥使用牛糞，用量45000 kg·hm-2（半干品），全部基施，含有機質145 g·kg-1，全氮3.2 g·kg-1，P2O52.1 g·kg-1，K2O 2.0 g·kg-1。基肥于播種前按小區人工均勻撒施并翻壓入土，追施于拔節期人工開溝深施覆土。

1.2.3 試驗設計

試驗1：氮磷鉀用量及配施有機肥化肥減量試驗。

依據化肥氮磷鉀不同用量配比設置處理10個，分別為①CK、②N0P150K150、③N225P150K150、④N300P150K150、⑤N375P0K150、⑥N375P120K150、⑦N375P150K150、⑧N375P150K0、⑨N375P150K75、⑩N450P150K150，3次重復。化肥與有機肥配施處理10個，分別為①M（牛糞45000 kg·hm-2）、②MN0P150K150、③MN225P150K150、④MN300P150K150、⑤MN375P0K150、⑥MN375P120K150、⑦MN375P150K150、⑧MN375P150K0、⑨MN375P150K75、⑩MN450P150K150，重復3次。牛糞用量各處理一致。小區面積20 m2，隨機區組排列。

試驗2：配施中、微量元素化肥減量試驗。

一處狹窄的巷子入口，巷子里面黑黢黢的，黑的像是要把我吞沒。入口處一盞昏暗的路燈，仿佛隨時要被夜風吹滅。踩踏板的腳頓了一下。但我終究還是向這吃人般的黑暗騎去。

化肥配施中微量元素處理9個，分別為①N375P150K150、②N375P150K150S、③N375P150K150Ca、④N375P150K150Mg、⑤N375P150K150Zn、⑥N375P150K150Mn、⑦N375P150K150B、⑧N375P150K150Fe、⑨N450P150K150，重復3次，隨機區組排列，小區面積為20 m2。所有處理基施化肥均 為N 375 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2。硫肥用硫磺，施60 kg·hm-2，鈣肥用碳酸鈣，施90 kg·hm-2，鎂肥用氯化鎂（分析純），施60 kg·hm-2，鋅肥用硫酸鋅（分析純），施30 kg·hm-2，錳肥用硫酸錳（分析純），施30 kg·hm-2，硼肥用硼酸（分析純），施25 kg·hm-2，鐵肥用硫酸亞鐵（分析純），施3.5 kg·hm-2，均于拔節、抽雄期噴施。

試驗3：制種玉米套作綠肥節氮效果試驗。

制種玉米套作5個綠肥品種（甜豌豆、針葉豌豆、箭筈豌豆、毛苕子、麻豌豆）。設刈割留茬翻壓和全部翻壓2種綠肥處理方式及氮肥減量處理3個，分別為①刈割留茬，收獲地上部莖葉保留約10 cm根茬，根茬翻壓還田，N 388.5 kg·hm-2；②綠肥全部翻壓，地上部及根茬全部翻壓還田，N 358.5 kg·hm-2；③綠肥全部翻壓，N 313.5 kg·hm-2，重復3次，隨機區組排列，小區面積33 m2。各處理 磷鉀 肥 用 量 一 致（P2O5150 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2），均基施，氮肥分兩次施入，基施各處理均N 88.5 kg·hm-2，綠肥翻壓后追施，3個處理追施量分別為300、270、225 kg·hm-2。毛苕子播量120 kg·hm-2，甜豌豆、針葉豌豆，箭筈豌豆，麻豌豆播量均為225 kg·hm-2。套作綠肥播種于母本空行，播種2行，行距30 cm。4月6日播種，6月3日刈割或翻壓。翻壓與追肥和澆水結合進行。

1.3 樣品采集

9月22日玉米成熟期按小區取植株考察主要生物學性狀，9月23日按小區收獲，刨除小區邊行，每小區收取中間20 m2果穗進行產量計算。

2 結果與分析

2.1 化肥及化肥配施有機肥對制種玉米產量的影響

化肥氮磷鉀不同施用量配比對制種玉米產量影響顯著（表1），N0P150K150、N225P150K150、N375P0K150和N375P150K0玉米產量與CK無顯著差異。在磷鉀施用水平一致的條件下，玉米產量隨施氮量增加而增加，N300P150K150和N375P150K150、N375P150K150和N450P150K150間差異不顯著；在氮肥用量（N 375 kg·hm-2）一致的情況下，N375P120K150玉米產量較N375P0K150高8.88%，與N375P150K0和N375P150K75玉米產量間無顯著差異。在氮磷肥用量一致的情況下，N375P150K150玉米產量顯著高于N375P150K0，但N375P150K0和N375P150K75間無顯著差異。

各化肥用量處理的玉米穗粒數均較CK高，其中N375P150K150和N450P150K150穗粒數相同且最高，分別 較N0P150K150和CK高30粒 和38粒；千 粒 重N0P150K150與CK間無差異，其他處理均不同程度高于CK，其中N375P150K75千粒重高于其他處理，達383 g，較CK高42.4%，較N450P150K150高23.2%。

對各處理增施牛糞45000 kg·hm-2，各處理玉米產量均較不施用有機肥處理有不同程度提高（表1），增幅10.2%～20.8%，平均增幅14.3%；穗粒數和千粒重平均增幅3.2%和3.5%。對比來看，MN300P150K150和MN375P150K150均較N450P150K150產量提高9.7 %。

表1 化肥及化肥有機肥配施對制種玉米產量的影響

2.2 中、微量元素增產效果及平衡投肥的節氮效應

表2 化肥配施微量元素對玉米產量及產量構成的影響

對比來看，N375P150K150S玉米的穗粒數和千粒重均最高，較N375P150K150穗粒數提高2.6%，千粒重提高7.5%。而其他各處理較N375P150K150穗粒數的增幅在1.3%～2.3%，千粒重的增幅在0.3%～6.8%。

2.3 玉米套作綠肥節氮效應

進一步對玉米間作綠肥試驗中玉米產量分析發現，3種處理方式下，玉米產量無顯著差異 （圖1）。相對比，雖然全部翻壓+N358.5和全部翻壓+N313.5處理化肥氮用量較刈割留茬+N388.5分別降低了10%和25%，但是玉米產量分別提高0.5%和2.2%。

圖1 套作綠肥處理方式對玉米產量的影響

3 討論

3.1 有機肥配施對制種玉米產量的影響

盲目地偏施氮、磷肥，且隨著產量的提高偏投量越大，既造成土壤養分偏耗，又影響玉米種子質量，偏投的氮、磷化肥帶來過剩污染和資源浪費，成本增加，這是河西走廊灌區制種玉米種植中的普遍現象。有機肥是農田土壤養分的主要來源之一，其養分含量全面，能平衡投肥結構，改善土壤質量，提高作物產量等［13-15］。付忠衛等［16］研究商品有機肥配施化肥對河西走廊制種玉米產量影響表明，配施商品有機肥的處理產量最高，較單施化肥處理可增產5.98%，本研究結果表明，各化肥處理增施牛糞45000 kg·hm-2后，制種玉米產量平均增幅在14%，同時，MN375P150K150較N450P150K150化肥氮減量投入16.7%，而產量卻提高了9.7%。甚至，MN225P150K150較N450P150K150化肥氮減量投入50.0%，產量依然有4.6%的增幅，對比來看，N375P150K150和N225P150K150較高氮N450P150K150產量分別有3.7%和15.5%的降幅。以上結果均表明有機肥與化肥配施可有效提高制種玉米產量，且化肥減施后，有機肥的補充可有效緩解化肥減施帶來的產量降低。

另外，本研究中設置的5個氮水平（N 0、225、300、375、450 kg·hm-2），在 無 有 機 肥 投入的條件下，當氮投入達N 300 kg·hm-2后，N 450 kg·hm-2下制種玉米產量雖顯著高于N 300 kg·hm-2處理，但與N 375 kg·hm-2處理無顯著差異，N 375 kg·hm-2又與N 300 kg·hm-2處理無顯著 差 異，說 明N 300 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2和K2O 150 kg·hm-2的化肥配比投入可滿足制種玉米的豐產需求，這也與筆者［9］之前的研究結果河西制種玉米化肥適宜投入量N、P2O5和K2O分別為300、90、75 kg·hm-2相一致。

3.2 中、微量元素配施的產量效應

中、微量元素是植物生長發育過程中不可或缺的營養元素，在促進植物呼吸作用、光合作用及物質能量轉化等方面均發揮著重要作用、它影響作物產量、品質形成［17-18］。諸多研究表明在玉米上施用中微量元素肥料具有顯著的增產效應［19-21］。在制種玉米上也有類似的效應，師偉杰［22］研究幾種微量元素在制種玉米上的應用效果發現微量元素肥料可不同程度地增加制種玉米生物量。本研究中，針對N375P150K150配施各種中、微量元素，各處理也有不同程度地增產效應，增幅在3%～14%，其中N375P150K150S增產效應顯著，較N375P150K150增產14.3%；相 比N450P150K150，N375P150K150S化 肥 氮減量16.6%，卻實現增產10.4%。微量元素具有專一性的特點，玉米是對鋅最為敏感的作物之一。薛勇等［23］進行的鋅肥在制種玉米上應用的效果試驗表明制種玉米施用鋅肥后增產效果顯著。本研究中，N375P150K150Zn較N375P150K150增產9.6%，較N450P150K150增產5.9%，以上結果均說明降低化肥氮投入的情況下配施中量元素S和微量元素Zn可有效防止制種玉米產量的降低。

3.3 套作翻壓綠肥節肥效應

綠肥是環保型有機肥料，利用綠肥能達到培肥增產和節約化肥的效果。綠肥作物以豆科為主，對于改良土壤、固定氮素具有重要作用，可以提高土壤肥力、減少化肥用量和提高水分利用率［24-25］。研究表明［26］綠肥翻壓的效果要好于留茬或根茬還田。本試驗條件下與玉米間作的綠肥翻壓處理較刈割留茬具有明顯的增產效果。綠肥節氮已被研究證實，盧秉林等［27］研究發現在河西綠洲灌區進行玉米種植時，間作收獲籽粒為主的針葉豌豆和間作以收獲豆科飼草為主的毛葉苕子，均能減少10%的化學氮肥用量。在本研究中，翻壓處理較刈割留茬處理化肥氮分別減少7.7%和19.3%，但是玉米產量卻分別增高0.5%和2.2%。說明降低化肥氮投入的情況下翻壓綠肥可有效防止制種玉米產量的降低。

4 結論

本研究通過3個化肥減量試驗表明，化肥配施有機肥后，各處理制種玉米產量呈不同程度增加，平均增幅為14%，制種玉米化肥的適宜施用量為N 300 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2和K2O 150 kg·hm-2，MN300P150K150較N450P150K150化 肥 氮 減 量33.3%，玉米增產9.7%；N375P150K150S較N450P150K150化肥氮減量16.6%，玉米增產10.4%；全部翻壓+N358.5和全部翻壓+N313.5處理化肥氮用量較刈割留茬+N388.5分別降低了10%和25%，而玉米增產0.5%和2.2%。