化肥配施有機肥提高玉米產量、氮素吸收量和籽粒鋅含量

李亞莉, 哈麗哈什·依巴提 , 庾金理, 李青軍,4

(1.新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所，烏魯木齊 830091；2. 塔城地區農業技術推廣中心，新疆塔城 834700；3. 新疆農業科學院拜城農業試驗站，新疆拜城 842300；4. 農業農村部荒漠綠洲作物生理生態與耕作重點實驗室，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】不施或少量施用有機肥，會降低肥料效益，也會造成農田氮磷面源污染、土壤生產力和農產品品質下降[1-3]。在玉米實際生產中，氮肥仍是最主要的肥料并且是提高作物產量最主要途徑之一，合理施用氮肥對于提高玉米產量和氮肥利用率、減輕環境壓力具有重要意義[4]。鋅的充足供應是實現作物高產高效的物質基礎之一。化肥配施有機肥是減少化肥用量，提高作物產量和改善品質的有效方法。研究施肥模式來提高肥料利用效率，對保持作物產量和品質穩定有重要意義。【前人研究進展】索東讓與孫傳范等[5-6]以小麥為研究對象，認為小麥輪作或單作有機無機肥配施能有效增加春小麥的有效穗數、穗粒數，提高千粒重、產量及經濟效益。史雅娟等[7]研究表明，與化肥相比，適量施用沼肥，可有效減少油菜硝酸鹽的積累。陳敏等[8]研究表明，高粱在施用一定量的有機肥后，其粗蛋白質、總淀粉等能達到酒用高粱的品質要求。有機肥與化肥配合施用可以有效改善土壤氮、磷、鉀等養分的平衡，改良土壤理化性狀，提高土壤有碳庫積累、有機質含量和養分的有效性，減少肥料損失、提高土壤肥力和生態系統的生產力，有機肥與化肥配施實現了作物養分平衡，即土壤養分供應強度和時期與作物需肥時期的協調，達到均衡、穩定、持久的養分供給[9-10]。【本研究切入點】鋅是植物體內300多種酶的組成成分，大量參與了植物體內的關鍵生理過程，但相比于小麥和水稻，玉米籽粒鋅含量比較低[11]。目前諸多研究主要集中在有機無機肥配施對作物產量、土壤養分及環境效應的影響方面，缺乏玉米Zn吸收與分配對有機無機肥配施的響應的研究。需研究化肥配施有機肥提高玉米產量、氮素吸收量和籽粒鋅含量。【擬解決的關鍵問題】以玉米為研究對象，研究有機無機配施對玉米生長與營養狀況、N利用效率、Zn元素的吸收與分配的影響，分析玉米生產中有機無機肥配施效應，為玉米減施增效提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2019和2020年在新疆農科院拜城試驗站進行，年均降水量170 mm，蒸發量1 538 mm。年均氣溫7.6℃，≥10℃有效積溫3 316℃。無霜期163 d。土壤為棕漠土，播前土壤pH 8.1，有機質14.9 g/kg，硝態氮37 mg/kg，銨態氮22 mg/kg，速效磷10.2 mg/kg，速效鉀146 mg/kg，有效鋅0.93 mg/kg。

玉米供試品種為新玉31號，1膜4行種植，行距配置30+50+30+60(cm)，株距25 cm，小區面積51 m2。分別于2019年4月20日和2020年4月22日播種，2019年4月27日和2020年4月30日出苗。灌溉方式為高壓滴灌，生育期灌溉10次，總灌水量4 500 m3/hm2。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

設5個處理，CK：不施肥；PK：施用磷鉀肥，不施氮肥；NPK：施用氮磷鉀肥；NPKZn：施用氮磷鉀肥和鋅肥；NPKM：施用氮磷鉀肥和有機肥，3次重復。

NPK、NPKZn、NPKM處理的施氮量為240 kg/hm2，其中NPKM處理的有機肥(含N量2.4%)用量為1 500 kg/hm2(36 kg N/hm2)，其余的N用尿素提供；3個處理的30%氮肥作基肥，70%氮肥分4次在拔節期(10%)、玉米大喇叭口期(30%)、孕穗期(15%)、吐絲期(15%)隨水滴施。

除CK處理外，其它處理的磷鉀用量分別為138和75 kg/hm2，NPKZn處理的鋅肥用量為15 kg/hm2。供試肥料分別為尿素(N≥46%)、三料磷肥(P2O5≥46%)、硫酸鉀(K2O≥50%)，有機肥(有機質≥45%，N+P2O5+K2O≥5%)和硫酸鋅。各處理的磷肥、鉀肥、有機肥、鋅肥做底肥，于玉米播種前結合犁地施入。

1.2.2 測定指標1.2.2.1 干物質與養分

在成熟期(2019年9月24日和2020年9月27日)采取玉米樣品，將采集的植株按不同器官(莖、葉、籽粒)分開，烘干、稱重(生物量)，粉碎，分析植株不同部位N、Zn養分含量。

1.2.2.2 產 量

玉米成熟期各小區調查面積8.5 m2的玉米株數，并采收30株測玉米單株籽粒重，計算產量。

養分積累量(kg/hm2)=株數(株/kg/hm2)×單株干物質重(kg)×養分濃度(%)。

1.2.2.3 土壤取樣

2018年10月20日在試驗區域按S型多點采集耕層(0～20 cm)土壤混合樣，測定pH值、有機質、硝態氮、銨態氮、速效磷、速效鉀、有效鋅等土壤基礎理化性狀；各項指標按照土壤農化分析中方法測定[12]。

1.3 數據處理

圖表利用Microsoft Excel 2003制作，試驗數據采用SPSS18.0統計軟件進行方差分析和多重比較(LSD法)。

2 結果與分析

2.1 施肥對玉米生物量的影響

研究表明，2019年，NPKZn處理下玉米的莖生物量累積最高，為8 252 kg/hm2，與CK、PK、NPKM處理差異顯著；NPKM處理下玉米葉、籽粒的生物量累積最高，分別為7 679和14 506 kg/hm2，玉米莖NPKM處理與CK、PK、NPK處理差異顯著，玉米籽粒NPKM與CK處理差異顯著，與其它處理差異不顯著。2019年玉米地上部累積在NPKM處理下達到最高，為30 493 kg/hm2，與CK、PK差異顯著。2020年，在玉米莖部位和葉部位，NPK處理生物量累積最高，分別為8 411和7 669 kg/hm2；NPKM處理的籽粒生物量累積最高，13 898 kg/hm2，玉米地上部生物量累積分配與2019年相同，均為NPKM處理，達到29 854 kg/hm2。表1

表1 玉米地上部生物量累積與分配Table 1 Accumulation and distribution of above-ground biomass in maize(kg/hm2)

2.2 施肥對玉米產量的影響

研究表明，2019年、2020年NPKM處理下產量最高，分別為15 922和15 852 kg/hm2，比NPK處理分別增產5.7%和7.3%，2年平均增產6.5%。CK處理下產量最低，2年分別為9 055、8 313 kg/hm2。2019年，不同處理下產量大小為NPKM(15 922 kg/hm2)>NPKZn(15 730 kg/hm2)>NPK(15 067 kg/hm2)>PK(10 044 kg/hm2)>CK(9 055 kg/hm2)。2020年，不同處理下產量大小為NPKM(15 852 kg/hm2)>NPKZn(15 448 kg/hm2)>NPK(14 767 kg/hm2)>PK(8 682 kg/hm2)>CK(8 313 kg/hm2)，且NPKM處理與CK、PK、NPK差異顯著。圖1

圖1 不同施肥處理下玉米產量變化 Fig.1 Maize yield under different fertilization treatments(kg/hm2)

2.3 施肥對玉米N素吸收量的影響

研究表明，2019年NPKM處理下玉米的莖、葉、籽粒N素吸收量均為最大值，與NPK處理相比，顯著提高了葉和籽粒的N素吸收量，總N素吸收量增加4.2%。2020年NPKM處理下玉米的N吸收量與2019年具有相同的趨勢，總N素吸收量比NPK處理增加4.8%。與NPK處理相比，NPKM處理的玉米總N素吸收量平均增加4.5%。NPKM處理與NPKZn處理沒有表現出顯著性差異，與NPK、PK、CK處理差異顯著。圖2

圖2 玉米N素吸收與分配 Fig.2 Absorption and distribution of N in maize(kg/hm2)

2.4 施肥對玉米不同器官Zn濃度的影響

研究表明，相比CK和PK處理，NPK、NPKZn、NPKM處理顯著增加了玉米不同器官的Zn濃度。2019年，NPKM處理的葉、莖的Zn濃度顯著低于NPKZn處理，而籽粒的Zn濃度差異不顯著，但葉、莖、籽粒的Zn濃度都顯著高于NPK處理。2020年，NPKM處理和NPKZn處理的葉、莖、籽粒的Zn濃度都沒有顯著差異，但都顯著高于NPK處理。NPKM處理的籽粒Zn濃度比NPK處理平均增加3.25 mg/kg。表2

表2 玉米不同器官Zn濃度變化Table 2 Zn concentration in different organs of Maize(mg/kg)

2.5 施肥對玉米不同器官的Zn分布的影響

研究表明，CK、PK、NPK處理的Zn元素更多的分配在籽粒中，分配到莖葉中的較少，而NPKZn和NPKM處理的籽粒Zn所占比例相對較小，莖葉Zn所占比例相對較大。當Zn供應不足時，玉米植株中的Zn優先滿足生殖器官需求，即植株中的Zn從莖葉向籽粒轉移，籽粒Zn所占比例增加；當Zn供應充足時，植株中的Zn分配較為均衡，即在滿足籽粒的需求外，莖葉Zn所占比例增加。表3

表3 Zn在玉米不同器官中的分布比例Table 2 Distribution proportion of Zn in different organs of Maize(%)

3 討 論

研究表明[13]，等氮量條件下，化肥與有機肥配施可以促進作物生長、提高產量，是減少氮肥用量的有效措施。魏文良等[14]研究指出，與化肥處理相比，有機無機肥配施處理顯著提高糧食作物的產量 (7.4%)，且不同的作物類型均表現出相似的規律。有機無機肥配施增加了夏玉米干物質和氮素積累量，提高了籽粒產量和氮素利用效率，是實現增產增效的合理施肥方式[15]，與研究結果一致，在玉米氮磷鉀肥配施有機肥后，玉米產量顯著增加6.5%，N素吸收量增加4.5%，保證了玉米產量的同時達到了化肥減量的作用。

鋅是細胞壁等結構的組成成分也起到調控植物體的新陳代謝的作用[16-18]。徐曉燕等[19]研究作物缺鋅主要表現在節間縮短，植株矮小，葉片不能正常擴展，葉脈間失綠出現黃白銹斑等。楊海霞、Malakouti M J等[20-21]研究表明，鋅在作物生長早期能促進種子萌發和光合產物韌皮部運輸，還可以提高提高氮磷鉀的利用效率。Peck A等[22]得出，鋅在具有提高農作物抗旱和抗熱作用。Rafiq等[23]以玉米為研究對象，在不同氮水平下施鋅可以顯著增加玉米的產量。Liu D Y等[24]研究指出，作物對Zn的吸收主要源于作物根系對有效鋅的匹配作用。Zhang Y Q等[25]得出，有機肥可以改善根際周圍的土壤環境和作物的根系形態兩方面共同作用來提高作物對鋅的吸收利用。Xue Y F[26]得出，氮肥的充分供應可以促進鋅向地上部轉運以及調節鋅從營養器官向籽粒的再轉移能力。研究結果表明，相比單施化肥(NPK)處理，化肥配施有機肥(NPKM)能顯著提高玉米的生物量、產量、N素吸收量和籽粒Zn濃度，與化肥配施鋅肥效果相當，這可能是由于玉米氮磷鉀肥配施有機肥后，玉米對N素的吸收量顯著增加，進而促進玉米各器官對Zn的吸收和再分配。

4 結 論

4.1等氮量條件下，化肥配施有機肥顯著增加了玉米產量和生物量。其中玉米產量相比氮磷鉀處理2年平均增產6.5%，增長量970 kg/hm2；生物量2年平均增長2.16%，增長量637 kg/hm2。

4.2等氮量條件下，化肥配施有機肥顯著提高了玉米的N素吸收量。與氮磷鉀處理相比，化肥配施有機肥處理的玉米總N素吸收量平均增加4.5%。

4.3等氮量條件下，化肥配施有機肥與化肥配施鋅肥都顯著提高了玉米的Zn濃度，與氮磷鉀處理相比，植株中的Zn分配較為均衡，即在滿足籽粒的需求外，莖葉Zn所占比例增加；化肥配施有機肥處理中籽粒Zn濃度平均增加3.25 mg/kg，化肥配施鋅肥處理中籽粒Zn濃度平均增加3.45 mg/kg，二者效果相當。