有機肥替代化肥對京郊夏播青貯玉米生長與飼料品質的影響

熊 波，王 琛，張 莉，滕 飛，李 震，李傳友，劉京蕊，常曉蓮，趙 謙，李貴桐*

（1.北京市農業機械試驗鑒定推廣站，北京 100079；2.中國農業大學土地科學與技術學院土壤和水科學系/農業農村部華北耕地保育實驗室，北京 100193）

青貯玉米是優質的飼料來源，其在乳熟期至臘熟期的玉米全株或莖葉經過切碎加工、貯藏發酵制成的飼料不僅可以作為草食性牲畜（牛、羊等）的食物來源，同時還具備可長期儲存的優良特征。青貯玉米產量高，可達60～105 t/hm2，較普通籽用玉米高15～45 t/hm2，可比玉米多提供2～3 倍的營養 物［1-3］。青貯玉米的品質通常采用洗滌劑對纖維的營養價值來評價，具體標準包括：干物質含量30%～40%，粗蛋白含量＞7.0%，淀粉含量＞28%，中性洗滌劑纖維含量＜45%，酸性洗滌劑纖維含量＜22%，木質素含量＜3.0%。與籽用玉米不同，青貯玉米需滿足地上生物量最大化和整株植株養分的均衡分布，既要為飼料調制提供高蛋白物質，還要注重其碳水化合物（纖維素）是否易于生物分解［4］。青貯玉米對氮肥反應敏感［5-7］，在合理施氮的條件下，可顯著促進青貯玉米的生長［8-9］，提高生物產量以及飼用營養品質［10］。但當N 素過量時，不僅會加速葉片衰老［11］，并且還會對環境造成巨大壓力［12］。因此，N 素的合理施用是青貯玉米產量和飼用營養品質的保證［13-15］。

隨著國家“減肥減藥”政策的逐步推行，在青貯玉米的實際生產中正大力倡導進行有機肥與無機肥混施。已有研究表明，不同比例的有機肥與無機肥配施對青貯玉米的生物量［16-21］和飼用價值［21-23］會產生很大的影響。此外，種植地氣候條件及田間管理措施［24-27］也會對有機肥與化肥配施的效果產生影響，因此具體情況還需進一步研究。

本研究旨在揭示常規生產條件下有機肥替代化肥對青貯玉米生長、產量與品質的影響，重點討論有機肥替代化肥對青貯玉米品質的影響，以期為指導青貯玉米生產中高效實施有機肥替代化肥提供實驗依據。

1 材料與方法

本試驗的土壤基本理化性質、供試肥料及田間試驗細節與熊波等［28］的研究報道一致。

1.1 試驗地點與土壤

試驗地位于北京市順義區李遂鎮葛代子村（40.106°N，116.749°E），屬于潮白河沖積平原，海拔38 m。屬暖溫帶半濕潤大陸性季風性氣候，年均氣溫為11.5℃，1 月平均氣溫4.9℃，7 月平均氣溫25.7℃，年日照2750 h，無霜期195 d 左右，年均相對濕度50%，年均降水量625 mm，為華北地區降水量較均衡的地區之一，全年降水的75%集中在7～8 月。該試驗地已連續多年種植冬小麥和青貯玉米。前茬冬小麥于2017 年6 月15 日收割，供試范圍內清除冬小麥地上部秸稈。供試土壤的0～35 cm 為輕壤土，35～55 cm 為粘壤土，55～100 cm 為砂壤土。2017 年6 月22 日播種前測定0～20 cm 表層土壤基本性質為：土壤有機質含量18.4 g/kg，pH 值8.2，全氮含量1.06 g/kg，含水 量12.6%，無機氮（NH4+-N 和NO3--N）16.84 mg/kg，有效磷28.66 mg/kg，速效鉀76.85 mg/kg，微生物量碳156.4 mg/kg，微生物量氮28.7 mg/kg。20～40、40～60、60～80、80～100 cm 各土層NO3--N 含量分別為18.6、21.2、15.4 和10.3 mg/kg。

1.2 供試肥料

所用有機肥是以新鮮牛糞為原料經好氧堆肥而制成的商品有機肥，其基本性質為：有機質含量62%，全氮2.32%，P2O5含量1.05%，K2O 含量2.07%，含水量27%；所用化肥為氮磷鉀三元復合肥，N、P2O5和K2O 含量均為15%。

1.3 田間試驗

試驗共設4 個處理，分別為100%化肥（N10）、70%化肥N+30%有機肥N（N7）、40%化肥N+60%有機肥N（N4）和100%有機肥N（N0），每個處理設置3 個重復，每個小區南北長12 m，東西寬9.6 m（玉米播種機的4 個播幅），小區面積115 m2。12 個小區隨機區組分布。為方便機械化播種，小區間無地面土埂間隔。各處理按等N 量（210 kg/hm2）計算有機肥和化肥用量。播種前將各小區的肥料充分混合均勻，人工均勻撒在地表，隨后進行統一的機械旋耕，深度10 cm，保證肥料均勻分布。

試驗于2017 年6 月22 日播種，玉米品種為鄭單958，播種量為45 kg/hm2。采取機械化精量播種，株距20 cm，行距60 cm，種植密度為82500株/hm2。田間管理按當地常規農事操作進行，青貯玉米生長期間無灌溉和植保措施。9 月30 日收獲，生育期98 d。

1.4 樣品采集與測定

1.4.1 玉米生長狀況

分別于8 月9 日（大喇叭口 期）、9 月4 日（揚花期）和9 月30 日（成熟期）采集玉米植株樣品，測定株高、葉面積、葉綠素含量、地上部干物質量和N、P、K 含量。葉綠素含量用SPAD-502 儀測定，每小區隨機選取30 個旗葉，在每個旗葉中部測定SPAD 值。玉米植株樣品的采集方法為：在8 月9 日和9 月4 日每小區內選取5 株長勢一致的完整植株，在9 月30 日每小區的中部取2 m 雙行中的完整植株。隨后分別測定植株株高、葉面積、地上部干物質量，具體方法是：株高采用鋼卷尺測量法測定，葉面積采用長寬法測量，干物質采用鮮樣在105℃殺青30 min，60℃烘干至恒重得到。植株全N 采用半微量凱氏定氮法測定，全P采用H2SO4-H2O2消煮鉬藍比色法測定，全K 采用H2SO4-H2O2消煮火焰光度法測定。在測定玉米干物質和N、P、K 含量時，由于植株體過大和葉、莖、果穗間差異很大，在9 月4 日和9 月30 日的測定中將植株的葉、莖、果穗部分分開，分別測定干物質和N、P、K 含量。

1.4.2 青貯玉米品質

將9 月30 日收獲的青貯玉米分為葉（包括苞葉）、莖（包括穗軸）、籽粒3 部分，樣品分別烘干后，用粉碎機將烘干樣品粉碎過直徑為0.15 mm的篩，取樣測定粗蛋白質（CP）、中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）和淀粉含量。其中，粗蛋白質含量采用國標GB/T 6432 中方法測定，中性洗滌纖維含量采用國標GB/T 20806 中方法測定，酸性洗滌纖維含量采用NY/T 1459 中方法測定，淀粉含量采用國標GB/T 20194 中方法測定。

1.4.3 指標計算

莖稈比（葉片比，籽粒比）=莖干重或葉干重或籽粒干重（kg/hm2）/地上部生物量（kg/hm2）；

葉面積系數（LAI）=單株所有綠葉的單葉面積之和，其中，單葉面積=長×寬×系數（展開葉為0.75，未展葉為0.5）。

1.4.4 數據處理

SPAD 值處理：每次每小區30 個測定值均符合正態分布，故其平均值采用算術平均值計算得到。其他測定均為小樣本重復測定（n=3），平均值均采用算術平均值得到。

采用SPSS 13.0 軟件處理數據，顯著性差異采用方差分析中的LSD 法檢驗。

2 結果與分析

2.1 植株生長情況

生育期內青貯玉米的生長情況如圖1 所示。收獲時玉米株高在2.36～2.43 m 之間，有機肥替代化肥對最終株高和株高動態均無顯著影響（圖1a）；葉綠素SPAD 值隨生育期逐漸增高，由8 月9 日的均值45 增加到9 月4 日的均值55，再 到9 月30 日的均值53，有機肥替代化肥對最終SPAD值及其動態均無顯著影響（圖1d）。

干物質累積在揚花期（9 月4 日）前不受有機肥替代化肥的影響，收獲時（9 月30 日）則受到有機肥替代化肥的影響：N7 和N4 處理最高，達到25500～26300 kg/hm2，而N10 和N0 處理分別只有22900 和19300 kg/hm2，低于N7 和N4 處理11%和26%（圖1b）。有機肥替代化肥對9 月4 日前葉面積系數（LAI）無影響，對9 月4 日后LAI 有顯著影響：9 月4 日時N10 和N0 處理LAI 顯著高于其他處理，9 月30 日時N0 處理LAI 顯著低于其他處理（圖1c）。

9 月4 日前葉片含N 量接近4.0%，有機肥替代化肥只影響收獲期（9 月30 日）葉片含N 量（圖1e）：N10 和N0 處理最低，在1.18%～1.20%之間，而N7 和N4 處理分別為1.41%和1.34%，高出N10 和N0 處理13%～18%；8 月9 日時莖稈含N 量在2.44%～2.83%之間，處理間差異不顯著（圖1f），隨后大幅降低，低于1.5%，到了收獲期（9 月30 日）N10 處理的莖稈含N 量顯著高于其他處理。

2.2 青貯玉米品質

表1 所示為試驗中各處理收獲時青貯玉米的品質狀況。N10 和N0 處理的整株粗蛋白含量均低于國標GB/T 25882—2010 中規定的一級品青貯玉米≥7.0%的標準，而N7 和N4 處理均大于該標準，說明有機肥替代化肥可以提高整株粗蛋白的水平，以60%有機肥替代化肥效果最佳。中性洗滌纖維含量在33.1%～42.3%之間，酸性洗滌纖維含量在13.8%～19.2%之間，均達到國標GB/T 25882—2010 中一級品標準，且隨著有機肥替代化肥比例的增高而逐步降低，表明青貯玉米中纖維素可降解性增強。淀粉含量大于33%，也達到國標GB/T 25882—2010 中一級品標準，但有機肥替代化肥對淀粉含量無顯著影響。葉片含水率在62%～68%之間，N0 處理含水率為62%，顯著低于其他處理。莖稈含水率在76%～80%之間，不同有機肥替代化肥處理之間差異不顯著。

葉片比在0.28 左右，莖稈比在0.26 左右，籽粒比在0.47 左右，均不受有機肥替代化肥的影響（表1），但葉片、莖稈和籽粒總粗蛋白收獲量顯著受到有機肥替代化肥比例的影響：第一，盡管葉片干物質量只占總生物量的28%左右，但其中粗蛋白收獲量達到458～637 kg/hm2，占總收獲量的31%～34%，且受有機肥替代化肥比例顯著影響，以30%有機肥替代化肥最佳，其次為60%有機肥替代化肥，而100%有機肥替代化肥與100%化肥相當；第二，莖稈生物量占總生物量的26%左右，其粗蛋白收獲量在347～503 kg/hm2之間，占總收獲量的28%，可見，其營養價值與整株水平接近，有機肥部分替代化肥時含量高于不替代或完全替代；第三，籽粒中粗蛋白的收獲量在554～713 kg/hm2之間，其粗蛋白與總粗蛋白收獲比例（38%～42%）小于籽粒比（45%～48%），說明籽粒的營養價值略低于整株水平。

表1 收獲期青貯玉米品質

2.3 養分在各器官的分布

有機肥替代化肥對N 在葉片、莖稈和籽粒中分布的影響較小（表2）。N 素主要分布在籽粒部分，回收量在89～114 kg/hm2之 間，占總N 回收量的38%～42%，比例從高到低依次是N10 ≈N0＞N4 ≈N7，與化肥相比，有機肥替代化肥不利于N 素在籽粒中累積。N 素的第二個庫是葉片，回收量在65～102 kg/hm2之間，占總N 回收量的31%～34%，比例從高到低依次是N7 ≈N4＞N0 ≈N10，有機肥替代化肥有利于N 素在葉片中累積。莖稈中N 素的比例在27%左右，不受有機肥替代化肥的影響。

有機肥替代化肥主要影響P 在籽粒和葉片中分布的數量和比例，而對莖稈中P的回收量影響很小（表2）。P 素主要分布在籽粒中，回收量在34～79 kg/hm2之 間，占 總P 回收量的46%～61%，比例從高到 低依次是N4＞N7＞N0 ≈N10，可 見，30%～60%比例的有機肥更有利于P 素在籽粒中的累積。P 素的第二個庫是葉片，回收量在28～44 kg/hm2之間，占總P 回收量的28%～41%，比例從高到低依次是N10＞N0＞N7＞N4，與化肥相比，有機肥替代化肥不利于P 素在葉片中累積；當有機無機肥配合時，有機肥比例越小，P 素在葉片中積累越多。

有機肥替代化肥主要影響K 在葉片中分布的數量和比例，而對籽粒中K的回收量影響很小（表2）。K 素主要分布在莖稈中，回收量在102～139 kg/hm2之間，占總K 回收量的43%～50%，比例從高到低依次是N10＞N4＞N7 ≈N0，可見，有機肥替代化肥不利于K 素在莖稈中的累積。K 素的第二個庫是葉片，回收量在92～142 kg/hm2之間，占總K 回收量的35%～44%，比例從高到低依次是N7 ≈N4 ≈N0＞N10，與化肥相比，有機肥替代化肥有利于K 素在葉片中的累積。

表2 有機肥替代化肥中青貯玉米養分在各器官的分布（kg/hm2）

3 討論

3.1 青貯玉米產量

青貯玉米產量既是重要的栽培指標，又是重要的經濟指標，在品質近似的條件下追求最大產量是青貯玉米生產的重要目標之一。本研究中，4 個處理的青貯玉米干物質產量在19300～26300 kg/hm2之間，平均為23500 kg/hm2，處于北京地區平均水平，與北京地區5 個品種青貯玉米干物質平均產量24000 kg/hm2非常接近［29］，但高于北京地區9 個品種青貯玉米干物質平均產量19600 kg/hm2［30］。從品種鄭單958 在北京地區的產量看，在施N 量（165 kg/hm2）、密 度（75000 株/hm2）、播 期（6 月22日）、收獲期（9 月28 日）近似的情況下，產量為17800 kg/hm2［30］，尚低于本研究中的100%有機肥替代化肥處理的產量，說明本研究中的產量水平較高。

有機肥替代部分化肥可以提高玉米產量［16-17，26］，因為肥料中N 素的釋放具有一定的緩效性，這與施用緩釋化學N 肥提高青貯玉米產量［8，31］有一定的相似性。研究表明，當緩釋氮復合肥施入量150 kg/hm2、緩釋成分為30%時，青貯玉米的產量最高［8］，這與本研究中30%有機肥替代化肥（N7）產量（圖1b）和養分回收率（表2）最高的結果相當一致，類似的結果也包括40%有機N［15］和20%有機N［18］對玉米產量的提高最大。因此，綜合來看，20%～40%的有機肥替代化肥可能使青貯玉米的產量達到最高。

3.2 青貯玉米品質

提高品質也是青貯玉米栽培的重要目標之一，對于提高其飼料價值具有重要意義，我國青貯玉米的品質正逐步提高［32-33］。本研究中，30%和60%有機肥替代化肥處理的粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和淀粉含量（表1）均優于國標GB/T 25880—2010 中規定的一級青貯玉米標準，表明在本試驗條件下有機肥部分替代化肥時生產出的青貯玉米品質優良，優于北京地區9 個品種夏播青貯玉米的品質［30］，也優于甘肅張掖地區10 個品種［34］、斯洛伐克共和國6 個品種［35］、捷克大部分品種［36］和巴西6 個品種［37］的品質。

全株青貯玉米中葉片比是另外一項重要的品質指標，葉片碳水化合物含量越高，其飼料價值越高［38-39］，喂飼奶牛不僅牛奶產量高，而且品質好［40-41］。青貯專用玉米品種的葉片比一般在0.2 左右［42］，而本研究 中4 個處理的葉片比在0.27～0.29 之間（表1），且隨有機肥替代化肥比例增高呈變大的趨勢，說明有機肥替代化肥可以增加植株中的葉片比例，這與在土耳其的研究結果相似［19］，有利于提高青貯玉米的品質。

施用N 肥可以提高青貯玉米的粗蛋白含量［10，12，43-44］，也有降低其 營養價值的風險［14］。減緩土壤N的供應可以提高青貯玉米的粗蛋白含量［8］。本研究中，有機肥替代化肥的粗蛋白含量比100%化肥（N10）提高10%～18%，以30%有機肥替代化肥效果最佳（表1），這種有機無機配合的效果小于前人研究的結果［45］。另外，很多研究表明增加N 肥用量將降低酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量［10，12，43-44］，這與本研究的結果相符：隨著有機肥替代化肥比例的提高，酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量均分別依次降低，因為土壤N 素的有效性依次降低，這與降低N 肥用量的效果相一致［20-21］。

4 結論

在關注農業生產經濟效益和環境影響的背景下，青貯玉米生產中應積極實施有機肥替代化肥行動。由于土壤養分狀況是動態變化的，本文結果僅代表當年種植的青貯玉米的產量及品質。結果顯示，有機肥替代化肥在維持青貯玉米產量的同時，可在一定程度上提高青貯玉米的品質，形成農業生產增產與增效的雙贏局面。

致謝：全體作者對北京榮萍種植專業合作社、北京金鑫現代農業發展有限公司和北京奧格尼克生物技術有限公司在本研究中的大力支持表示衷心感謝。