化肥減量配施對燕山丘陵區春玉米生長發育及產量的影響

邊麗梅 ，董 喆，鄭 偉，張麗妍，張 昊，郝春雷，慈艷華，杜江洪，孟繁盛

(赤峰市農牧科學研究院，內蒙古 赤峰 024031)

化肥作為重要的農業生產資料，在增加糧食產量、保障糧食安全方面發揮了重要的作用[1]，但我國的化肥使用量遠超國際公認的上限[2]，生產上為了追求高產盲目過量施用現象普遍存在，導致出現土壤及生態環境等一系列負面問題[3]。農業部自2015年圍繞"打好污染防治攻堅戰"，深入實施化肥使用量零增長行動以來，全國化肥施用量和施用強度已經連續3 a下降，但化肥施用三連減的原因主要是農作物播種面積的減少，而非施肥效率的提高，化肥減量施用仍然任重道遠[4]。

玉米作為重要的糧食和工業原料，一直是減量施肥的重點研究對象。內蒙古燕山丘陵區位于我國優質玉米種植帶上，玉米是該地區第一大糧食作物，玉米產量占內蒙古玉米總產量的17%[5]，對于內蒙古的糧食生產都有重要作用。然而該地區農業生產水平不高，化肥施用農田土壤后期養分供應不足和玉米肥料利用率低等問題凸顯。近年來關于化肥減量配施的研究很多，在替代物的選擇方面主要包括有機肥、緩控釋肥、秸稈還田和生物炭等。有研究認為有機肥替代化肥可以明顯改善土壤養分狀況[6], 提高玉米的氮素吸收量和利用率，促進氮素向玉米籽粒中轉移，防止氮素淋溶[7]。 緩釋肥料替代化肥可以降低耕層土壤硝態氮和銨態氮含量，減少硝態氮淋溶及農業面源污染[8]。秸稈還田替代化肥可提高玉米產量，增加土壤養分和有機質含量[9～11]。生物炭替代化肥可增強土壤固炭能力[12]，提高氮素向籽粒中轉移量，保持籽粒中氮素積累量較高水平，顯著提高氮肥利用率，增加玉米產量[13]。化肥減施替代效果受土壤肥力和氣候環境的影響很大[14]。

目前在化肥減施替代方面多是對單一替代物施用量的研究，而關于這幾種常用的替代物之間的橫向比較研究還很少，筆者在淺埋滴灌模式下開展了有機肥、緩控釋尿素、秸稈還田和生物炭與化肥減量配施對玉米生長發育和產量的影響研究，探討了化肥減量替代的可行性，旨在探索燕山丘陵區春玉米田化肥減量配施技術模式，為燕山丘陵區土壤高效綠色生產提供科學依據，實現玉米高產、水肥高效利用和保護農田環境的目標。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本概況

試驗于2020年在赤峰市農牧科學研究院10號試驗基地(41.30°N,118.87°E)進行，試驗地地勢平坦，地力均勻，土壤類型為棕壤土，試驗地前茬為玉米，供試土壤為壤土，0～20 cm土層基本理化性質為有機質17.9 g·kg-1，堿解氮113 mg·kg-1，速效磷17.8 mg·kg-1，速效鉀149 mg·kg-1。近20 a(1998-2017年)，玉米生長季(4月15日至10月15日)降雨量為326.2 mm，積溫3 417.1℃。

1.2 試驗設計

試驗設計的優化施肥量為N-P2O5-K2O=270-180-120(kg·hm-2)，在磷、鉀肥為優化用量的基礎上設6個處理(表1)。試驗采用大區種植，不設重復，每處理面積300 m2。玉米品種選用高產、高抗、優質的當地主栽品種赤單218，種植方式采用淺埋滴灌方式種植，寬行80 cm，窄行40 cm，平均行距60 cm，種植密度4 500株·667 m-2。各處理的磷肥、鉀肥和60%的氮肥在播種時基施，40%的氮肥在抽雄期用肥料點播器點在兩株玉米中間，追肥后進行滴灌。生育期內根據土壤墑情灌水4～5次，各時期灌水量分別為：播種300 m3·hm-2，拔節期450 m3·hm-2，抽雄期450 m3·hm-2，灌漿期450 m3·hm-2，總計1 650 m3·hm-2。

表1 試驗處理

1.3 測定項目與方法

每個處理標記有代表性的植株3株，分別于玉米苗期、拔節期、大喇叭口期、吐絲期、成熟期，田間活體測量葉面積和株高，葉面積采用長寬系數法計算(0.75)，葉面積指數(LAI)=該土地面積上的總葉面積/土地面積。

分別于玉米苗期、拔節期、大喇叭口期、吐絲期、成熟期，在每個處理取有代表性植株3株，于105℃殺青0.5 h后80℃烘干至恒重，測定地上部植株干物質量。

成熟期每處理隨機取3點，每點選取12 m2，按實收計算產量。測定穗長、穗粗、穗行數、行粒數、禿尖長、千粒重。

1.4 統計分析

采用Microsoft Excel 2013進行數據整理與計算，用spss 17.0進行數據統計分析，采用LSD法進行差異顯著性檢驗，顯著水平為(P <0.05)。采用Origin8.5進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對玉米株高的影響

由圖1可知，隨著玉米生育進程的推進，不同減氮替代處理下，玉米株高在生育期內的變化趨勢表現一致，均呈現S型生長曲線規律，即苗期生長緩慢，拔節期-大喇叭口期-吐絲期生長增速，吐絲期至成熟期速度減慢。

圖1 不同處理對玉米不同生育期株高的影響

從圖1可以看出，不同施肥處理下玉米株高表現不同。在整個生育時期，RN+OM處理和RN+CRU處理的株高都顯著高于RN處理。各處理株高在苗期差異不大，均無顯著差異； 在拔節期，RN處理的株高與秸稈還田和生物炭肥替代處理無顯著差異，比NPK處理、RN+OM處理和RN+CRU處理株高分別降低5.7%、5.7%和4.4%，差異顯著；在大喇叭口期，RN處理株高分別比NPK、RN+OM、RN+CRU、秸稈還田和生物炭肥降低4.4%、3.2%、5.6%、3.0%和3.4%，差異顯著。RN+CRU處理株高顯著高于秸稈還田處理；在吐絲期，RN處理株高顯著低于其它5個處理，RN+CRU處理株高比秸稈還田處理高3.9%，差異顯著。在成熟期，生物炭肥處理株高顯著低于其它處理。

2.2 不同處理對玉米葉面積指數的影響

不同處理對玉米葉面積指數的影響如圖2所示，苗期各處理間葉面積指數沒有明顯差異，大喇叭口期NPK和生物炭肥處理明顯高于其它處理，大喇叭口期RN+CRU處理的葉面積指數顯著低于其它處理。吐絲期各處理的葉面積指數達到最大值，但各處理間無明顯差異。成熟期NPK處理的葉面積指數最小，明顯低于其它處理。

圖2 不同處理對玉米不同生育期葉面積指數

2.3 不同處理對玉米干物質積累的影響

由圖3可知，隨著生育進程的推進，玉米干物質積累量逐漸增加，但積累速率不同，吐絲期至成熟期速率最高，大喇叭口至吐絲期次之。至成熟期，干物質積累量由大到小順序依次為RN+CRU、RN+OM、 RN、NPK、秸稈還田、生物炭肥，其中，RN+CRU處理與其它處理間干物質積累量差異顯著。

圖3 不同處理對玉米不同生育期干物質積累量的影響

2.4 不同處理對玉米產量及構成因素的影響

從表2 可以看出，不同減氮處理與正常施肥處理間產量差異顯著，不同減氮處理間無顯著差異，不同減氮處理下玉米產量表現為RN+OM> RN+CRU >秸稈還田>RN>生物炭肥。不同施肥處理對穗行數的影響不顯著，對禿尖長、穗粗、穗長、行粒數和千粒重的影響顯著，RN+OM和RN+CRU處理下的千粒重和穗長均顯著高于NPK處理；生物炭肥處理的禿尖長最短，為5.63 mm，顯著低于其它處理。

表2 不同處理的玉米籽粒產量及產量構成因素

3 結論與討論

2019年中央一號文件中強調要繼續"開展農業節肥行動，實現化肥使用量負增長"。因此，如何有效實現化肥減量替代依然是科研工作者需要研究解決的問題。合理施肥可以增加玉米的產量和生物量[15]。適當提高施肥量可以明顯增加株高，當施肥量達到一定程度后，株高趨于平穩[16]。研究發現，RN+OM處理和RN+CRU處理的株高都顯著高于RN處理，說明減氮前提下有機肥和緩控釋尿素替代氮肥可以增加玉米的株高。氮肥減量配施可以增加玉米葉面積指數和地上部干物質量，這和楊旸等[17]的研究結果一致。

適宜的土壤肥力條件可以最大限度地發揮出農田的生產潛力。適量減施氮肥減少了氮肥施用量，但提高了氮肥農學效率和肥料利用率，從而增加了肥料的經濟效益，還可以保證玉米產量，甚至在一定程度上可以提高玉米產量[13,18]。筆者研究結果表明，減氮配施可以在一定程度上增加玉米產量，對穗粗、穗長、行粒數和千粒重也有積極的影響，和前人結果一致。

大量研究結果表明，秸稈還田、施用生物炭肥和有機肥可以培肥地力，改善土壤質量，使施肥、高產和土壤環境形成良性循環，可持續綠色發展。生物炭因其特殊組成及結構，適量施入可降低土壤容重，增加土壤孔隙度和持水能力，進而發揮其改良土壤和增加作物產量的作用[19]。目前對秸稈還田的應用一般都配合土壤耕作措施進行，而且在不同地區因氣候、土壤因素等其增產效果也不同[20～21]。研究發現，減氮配施有機肥條件下，玉米產量最高，相應的產量構成因素穗粗、穗長、行粒數和千粒重也最高，和孟超然等[22]的結果一致。其次是減氮配施緩控釋尿素處理，而秸稈還田和生物炭肥配施處理的表現卻并不突出，綜合考慮作物產量與環境保護等因素，在春玉米生產中減少氮肥用量、施用有機肥和緩控釋尿素可以保證產量，同時還能減少農業面源污染，值得在生產中大力推廣。不過，由于本研究僅為一年的試驗結果，化肥減量配施的效果還有待多年的田間試驗驗證。