化肥減量配施有機肥對青貯玉米產量、營養品質及土壤養分的影響

焦金龍，李友強，吳 玲，尚 靜，高世斌，劉海嵐，吳元奇，林海建

(1.四川農業大學 玉米研究所，四川 溫江 611130；2.四川農業大學 農學院，四川 溫江 611130)

南方山地玉米區土壤瘠薄、氣候復雜多變、病蟲害突發頻發多限制了青貯玉米增產，施肥結構不合理，致使化肥施用量逐漸增加、利用效率低且環境污染嚴重，當地農民仍按傳統經驗進行施肥，普遍存在化肥和農藥不合理地過度施用，造成大量的浪費?！凹Z改飼”和“化肥農藥減施”均是近年來我國農業生產發展的重要戰略，也將是未來農業發展方向。在青貯玉米的生產過程中，隨著種植面積的不斷擴大，化肥和農藥的使用量逐年增大，大氣和水資源嚴重污染、土壤生產力降低、土壤中養分比例失調等一系列問題受到了人們的廣泛關注[1]。西南山地玉米種植區是我國的三大玉米產區，青貯玉米生物產量高，需肥量大，另外西南地區季節性干旱以及水土養分流失嚴重，加劇了玉米養分的不平衡。有效施肥是農作物高產的關鍵因素。研究表明，氮肥當季利用率只有30%～40%，磷肥利用率為10%～25%，鉀肥一般為45%。造成肥料利用率過低的原因主要有：過量施肥和生產管理不合理，施肥技術不配套[2]。全世界每年約有3×106～4×106t P2O5從土壤流失到水中。在國家“減肥減藥”的政策下，有機肥替代化肥在青貯玉米的種植中廣泛推廣[3]。有研究表明，化肥減施配施有機肥具有較好效果，不僅可以降低化肥投入量，提高資源的利用效率，而且可以實現土壤的可持續利用[4-6]，從而促使農作物增產增效。有機肥含有多種活性物質可以溶解土壤中的難溶化合物，具有增加土壤肥力、改善土壤理化性質和對環境污染較低等優點。如何研發肥料新產品和改進施肥技術，減少肥料損失、提高肥料利用率，一直以來是廣大研究者所關注的問題。因此，進一步優化施肥模式、提高肥料的利用率，化肥配量減施就顯得尤為重要。

本研究針對四川省青貯玉米種植中化肥和農藥的粗放使用、生產瓶頸以及對環境帶來的一些實際問題，結合前期調研結果，旨在以青貯玉米品種渝青386為研究對象，研究不同施肥處理對青貯玉米農藝性狀、產量、營養品質和土壤養分等的影響，為青貯玉米高產高效和環境友好發展提供科學依據，為該地區青貯玉米產業的持續發展和農業生態環境保護提供參考依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗在四川省資陽市安岳縣通賢鎮進行(104.56°E，30.18°N)。該地區屬于亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明、雨熱同期，雨水充足，但時空、地域分布不均，有冬干、春旱、夏旱連伏旱、秋雨多的特點，光照較足，無霜期長，風速小。常年平均氣溫18.5 ℃，年平均日照時數1 192.7 h。年平均降水量924.9 mm，年平均降雨日數為147.7 d。降雨集中在5—9月，7月最多。供試土壤5～20 cm土壤理化性質：有機質25.1 g/kg，堿解氮104.3 mg/kg，有效磷7.8 mg/kg，速效鉀247 mg/kg，水解性氮101.1 mg/kg，pH值7.98。

1.2 試驗材料與設計

青貯玉米渝青386由重慶市農業科學院玉米研究所提供。供試肥料為控釋肥沃夫特(27∶9∶9)、尿素(N≥46%)和普通復合肥(28∶8∶8)以及當地奶牛場的沼液(全氮0.07%，速效氮137.4 mg/L，全磷0.01%，全鉀0.082%)。試驗采用完全隨機設計，施肥方案以等氮為原則，根據有機肥(沼液)和化肥各自的含氮百分數計算出各處理中需要施加的有機肥和化肥量。肥料試驗共設6個處理，其中T1：控釋肥減量20%一次性深施(沃夫特純N 240 kg/hm2)；T2：控釋肥全量一次性深施(沃夫特純N 300 kg/hm2)；T3：全量化肥(普通復合肥純氮300 kg/hm2)；T4：100%有機肥替代(沼液150 t/hm2，不施化肥)；T5：50%有機肥替代(沼液75 t/hm2，沃夫特純氮150 kg/hm2)；對照 CK(農民習慣方式)。3個重復共18個小區，小區面積200 m2，種植密度為66 750株/hm2，有機肥在播前以底肥施入，緩控肥作底肥一次性施入，復合肥30%基施、40%于玉米拔節期(尿素)和30%于大喇叭口期(復合肥)人工均勻施入小區內，播種深度 5～6 cm，常規田間管理。

1.3 測定指標及方法

株高：在青貯玉米的各個生育時期內各小區中連續選取20株玉米，用卡尺測定莖基部到葉頂端的距離即為玉米的株高。

產量：在玉米籽粒達到2/3乳線期時全株收割，留茬高度10 cm左右，每小區選取20 m2測定產量，并折算每公頃青貯玉米鮮質量和干物質產量。

常規營養成分的測定：每小區隨機選擇連續3株稱鮮質量，用鍘刀鍘碎，放入70 ℃烘箱中烘至恒質量后稱質量，粉碎充分混勻后取部分樣品用于養分含量的測定。常規營養成分的測定主要包括干物質、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗灰分和粗脂肪。干物質、粗灰分、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗蛋白和粗脂肪參考張麗英[7]的方法測定。

土壤理化性質的測定：采用五點取樣法隨機采集0～15 cm的表層土壤，去除雜質充分混勻，用于土壤養分含量的測定。土壤基本理化性質采用常量分析法測定。脲酶活性采用靛酚藍比色法測定，以1 g干土反應生成NH4-N質量表示酶活性；過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測定；蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法測定；土壤水解性氮、速效鉀、有效磷含量分別采用堿解擴散法、醋酸銨浸提火焰光度法、碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法測定。

1.4 數據分析

采用Excel 2010對數據進行整理；使用SPSS 18.0進行方差分析，并用 Duncan法對各測定數據進行多重比較；用OriginPro 2018繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對青貯玉米鮮質量和干質量的影響

由圖1可知，不同處理間在2019，2020年2 a產量變化趨勢基本保持一致，不同施肥處理對青貯玉米鮮質量和干質量表現出不同程度的影響，試驗結果表明，在2019年T4處理下青貯玉米鮮質量高達55 084.75 kg/hm2，T2處理下青貯玉米鮮質量為53 681.5 kg/hm2，和對照相比分別增產7.88%，5.13%；T2處理下青貯玉米干質量最大，達24 423.54 kg/hm2，T4處理下干質量為24 192.11 kg/hm2，T2與T4處理相比干質量差異不顯著。在2020年，青貯玉米鮮質量表現為T4>T2>T1>CK>T3>T5，T4處理下產量高達49 938.3 kg/hm2，T1和T2處理產量分別為45 956.25，48 024.0 kg/hm2，和對照相比分別增產12.49%，3.53%，8.18%，其他處理和對照相比均有不同程度的減產；T2處理下青貯玉米干質量最大，達21 985.79 kg/hm2，T4處理下干質量為20 014.15 kg/hm2，T2與T4差異并不顯著。2019年青貯玉米產量普遍高于2020年，這與試驗地區2020年旱情有極大的關系。

不同小寫字母表示不同施肥處理間差異顯著(P<0.05)。圖3同。Different lowercase letters indicate significant difference between different fertilization.The same as Fig.3.

2.2 不同施肥處理下青貯玉米干物質積累動態

青貯玉米家畜能量的貢獻主要體現在干物質積累，青貯玉米干物質的積累與生育時期的推移呈顯著正相關，至成熟期干物質含量最大。由圖2可知，不同施肥處理干物質產量不盡相同，在收獲期各處理之間青貯玉米總干物質的積累順序為T4>T2>CK>T1>T5>T3，其中T4干物質積累量最大，T2處理下干物質積累量高于CK，但與CK相比差異不顯著。在拔節期和吐絲期主要是莖和葉的生長，通過玉米灌漿的積累，葉片和莖稈占全株比例逐漸降低，從灌漿期開始干物質積累由營養器官向生殖器官積累。在灌漿期后干物質在各器官的分配表現為果穗>莖>葉>苞葉>雄花。在成熟期，T4處理下穗質量最大，遠高于其他處理。

JS.拔節期；SS.吐絲期；FS.灌漿期；MS.收獲期。不同字母表示同一時期不同處理差異顯著。圖4同。

2.3 不同施肥處理對青貯玉米農藝性狀的影響

青貯玉米農藝性狀的改善直接關系到產量的高低。從表1可以看出，不同施肥處理間青貯玉米農藝性狀之間存在著不同程度的差異。2 a試驗不同處理下青貯玉米株高、穗質量和單株干質量均表現相似的變化趨勢。2019年T4處理下株高、穗質量和單株干質量均達到最大，株高為358.55 cm，穗質量達251.11 g。T1、T3和T5的株高、穗質量均低于傳統對照CK。不同處理之間穗長和穗粗也存在一定的顯著性差異(P<0.05)，T5處理下具有較高的穗長和穗粗，禿尖長并無顯著差異。由此可見，有機肥和無機肥混施可以顯著提高青貯玉米農藝性狀。

表1 不同施肥處理對青貯玉米農藝性狀的影響Tab.1 Effects of different fertilization treatments on agronomic traits of silage maize

2.4 不同施肥處理對青貯玉米養分積累的影響

從表2可以看出，不同施肥處理下青貯玉米氮磷鉀積累量存在顯著差異(P<0.05)。T2處理下氮、磷、鉀積累量均為最大，分別為234.83，173.75，35.72 kg/hm2。不同施肥處理下氮肥偏生產力和氮素吸收效率存在顯著差異(P<0.05)。T4處理下青貯玉米氮肥偏生產力最大，為166.46 kg/kg，說明有機肥和無機肥混施可以提高青貯玉米生產力。T1處理下氮素吸收效率最高為0.80 kg/kg。不同施肥處理下氮素吸收效率為T1>T2>T5>T4>T3>CK。由此可知，緩控肥的施用可以提高肥料利用率，降低土壤的依存率。

表2 不同施肥處理對青貯玉米養分積累的影響Tab.2 Effects of different fertilization treatments on nutrient accumulation of silage maize

2.5 不同施肥處理對青貯玉米營養品質的影響

如圖3所示，不同施肥處理之間粗蛋白含量無顯著差異，粗蛋白含量為7.5～8.0 mg/g，T1和T3處理下粗蛋白含量較高。不同處理間粗脂肪含量存在顯著差異(P<0.05)，粗脂肪含量為2.45～3.05 mg/g，T4處理下粗脂肪含量最高。不同施肥處理下酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維均存在一定的顯著差異(P<0.05)，酸性洗滌纖維含量在26.25%～31.35%，T5處理下酸性洗滌纖維含量最??；中性洗滌纖維含量在39.95%～46.85%，T4處理下中性洗滌纖維含量最小。有機肥和無機肥混施在提高青貯玉米粗脂肪含量的同時也增加了酸性洗滌纖維的含量。各處理下營養品質均符合青貯飼料一級品質標準。

圖3 不同施肥處理對青貯玉米營養品質的影響Fig.3 Effects of different fertilization treatment on nutritional quality of silage maize

2.6 不同施肥處理對土壤酶活性的影響

土壤脲酶能夠將尿素水解生成NH3、CO2、H2O，土壤脲酶活性的高低能夠直接反映土壤肥力的高低，是評價土壤肥力的重要指標之一，不同施肥處理對土壤脲酶的影響如表3所示，隨著生育時期的推移，土壤脲酶活性呈先增加后降低的趨勢，在灌漿期酶活性達到最大。不同施肥處理下土壤堿性磷酸酶在不同生育時期均表現出相似的變化趨勢，隨著生育期的推移先增加后降低，在大喇叭口期達到最大，T1處理土壤堿性磷酸酶活性最高，遠高于其他處理。隨著生育時期的推遲，過氧化氫酶表現出先增加后降低的趨勢，在灌漿期達到最大。

表3 不同施肥處理對土壤酶活性的影響Tab.3 Effects of different fertilization treatments on soil enzyme activity

2.7 不同施肥處理對土壤有效磷和水解性氮的影響

由圖4可知，青貯玉米根系5～20 cm土壤有效磷和水解性氮含量各處理之間有相似的變化趨勢，有效磷隨著生育期的進行逐漸降低，T1和T2相比，各個生育時期有效磷含量均無顯著差異，有效磷含量從拔節期的23.51 mg/kg下降到12.75 mg/kg。水解性氮隨著生育期的推移表現出先增加后降低，在吐絲期達到最大值，這與青貯玉米對土壤養分的吸收密切相關。不同處理間在不同的生育時期有效磷和水解性氮含量之間存在一定的顯著差異(P<0.05)且均高于對照。

圖4 不同施肥處理對土壤有效磷和水解性氮的影響Fig.4 Effects of different fertilization treatments on available phosphorus and hydrolytic nitrogen in soil

2.8 青貯玉米產量與土壤養分的相關分析

青貯玉米產量與土壤養分含量間的相關分析表明，玉米產量與脲酶、過氧化氫酶、有效磷含量呈極顯著正相關(P<0.01)，相關系數分別為0.845，0.798，0.784；青貯玉米產量與堿性磷酸酶呈顯著正相關(P<0.05)，相關系數為0.531；青貯玉米產量與水解性氮呈負相關，相關系數為0.073；脲酶與堿性磷酸酶、有效磷含量呈極顯著正相關，相關系數分別為0.699，0.917；脲酶與過氧化氫酶呈顯著正相關(P<0.05)，相關系數為0.559；過氧化氫酶與有效磷呈顯著正相關(P<0.05)，相關系數為0.488，但相關系數并不高(表4)。

表4 青貯玉米產量與土壤養分間Pearson相關系數Fig.4 Pearson correlation coefficient between silage maize yield and soil nutrient

3 討論與結論

3.1 不同施肥處理對青貯玉米產量和品質的影響

有效施肥是青貯玉米獲得高產的關鍵，施肥可以維持土壤保持較高的養分含量，有機肥和無機肥的混施可以調節土壤養分狀況、改善土壤結構和增強土壤肥力水平，從而有效提高青貯玉米生長，促使玉米增產、提質。本研究表明，不同施肥處理對青貯玉米鮮質量存在顯著影響，有機肥和緩控肥混施處理產量最高達到55 084.75 kg/hm2，T2產量為53 681.5 kg/hm2，和對照相比分別增產7.88%，5.13%，其他處理和傳統對照相比均有降低。2019年青貯玉米產量普遍高于2020年，這與試驗地區2020年旱情有極大的關系。緩控肥常量和緩控肥減量20%產量并無顯著差異，也就說明過量施肥對產量無顯著影響[8]。大量研究表明，化肥減施配施有機肥具有較好效果，不僅可以降低化肥投入量，提高資源的利用效率，而且可以實現土壤的可持續利用，從而促使農作物增產增效。蒲全明等[9]在甘藍的研究中表明，減少化肥投入增加有機肥的投入更有利于土壤肥力的提高以及土壤生態系統的改善。因此，在保證青貯玉米鮮質量不下降前提下，減少有機肥的使用量是現階段一個重要的問題。本研究表明，有機肥和無機肥混施有利于青貯玉米干質量積累，不同施肥處理下單株干質量在各個生育時期均表現出顯著差異，在整個生育期內全量有機肥和有機肥部分替代緩控肥二者差異不顯著，但顯著高于其他肥料處理。不同施肥處理下青貯玉米氮磷鉀積累量存在顯著差異。T2處理下氮、磷、鉀積累量均為最大，分別為234.83，173.75，35.72 kg/hm2，且顯著高于其他處理。T4處理下青貯玉米氮肥偏生產力最大為166.46 kg/kg，說明有機肥和無機肥混施可以提高青貯玉米生產力。T1處理下氮肥利用效率最高為0.80 kg/kg。由此可知，緩控肥的施用可以提高肥料利用率，降低土壤的依存率。研究中發現，T4處理下青貯玉米粗脂肪含量最高，說明適當的有機肥無機肥混施可以提高青貯玉米營養品質，尤其是熱能的積累，這與前人施肥對飼草營養價值研究觀點一致[10-11]。

3.2 不同施肥處理對土壤養分及酶活性的影響

土壤中存在許多酶類參與土壤的生化反應，如土壤酶類在土壤碳氮等營養物質的轉移和轉化中發揮至關重要的作用，蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶是參與土壤碳素循環的關鍵酶，是衡量土壤生物學活性的重要指標[12]。土壤酶活性與土壤微生物數量、微生物多樣性以及微生物數量呈顯著正相關[13-14]。不同施肥處理對土壤脲酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶的酶活性存在一定的影響。本試驗研究發現，在收獲期T4處理土壤堿性磷酸酶活性最高，也有研究表明，有機肥的施用可以有效提高土壤脲酶活性[15]，有機肥的施用可以豐富有機碳源加劇土壤微生物的活動，促使其分解更多水溶性碳水化合物[16-18]。磷酸酶能有效激活土壤有機磷，在作物吸收磷元素方面發揮著重要作用，緩控肥常量、緩控肥與有機肥混施處理下堿性磷酸酶含量在各個生育時期均表現出較高值，這與王巧玲等[19]對天然草地的研究結果保持一致，潛在的機制是有機肥的施用能夠提高微生物的活性。青貯玉米產量與脲酶、過氧化氫酶、有效磷含量呈極顯著正相關，相關系數為分別為0.845，0.798，0.784；青貯玉米產量與堿性磷酸酶呈顯著正相關，相關系數為0.531；青貯玉米產量與水解性氮呈負相關，相關系數為0.073；脲酶與堿性磷酸酶、有效磷含量呈極顯著正相關，相關系數分別為0.699，0.917；脲酶與過氧化氫酶呈顯著正相關，相關系數為0.559；過氧化氫酶與有效磷呈顯著正相關，相關系數為0.488，但相關系數并不高。施肥能夠有效活化土壤中的氮磷鉀，從而有效提高有效氮和速效鉀等含量，從而促進植物根系對養分的吸收[20]。

3.3 結論

通過連續2 a青貯玉米田間試驗表明，和其他處理相比有機肥(150 t/hm2)和緩控肥(純N 150 kg/hm2)混施處理產量最高，達到55 084.75 kg/hm2，干物質產量達24 192.11 kg/hm2，有機肥和控釋肥混施處理下土壤酶活性含量較高，T4處理下青貯玉米氮肥偏生產力最大為166.46 kg/kg，說明有機肥和無機肥混施可以提高青貯玉米生產力。和傳統施肥相比，緩控肥減量20%處理下氮肥利用效率最高為0.80 kg/kg，可見，緩控肥的施用可以提高肥料利用率，降低土壤的依存率。在西南地區化肥減量配施有機肥能夠顯著提高青貯玉米產量和品質，減少化肥成本，增加農民收益，同時還有利于農田生態環境的保護和土壤肥力的可持續利用。