有機肥部分替代化肥對玉米產量和氮素利用率的影響

謝小聰，鄭曉康，徐欣欣，李小麗，施黎云，包日在

(泰順縣農業農村局，浙江 泰順 325500)

化肥作為糧食生產的重要保障，是糧食連續增產的重要支撐。氮肥顯著提高了單株和單位面積糧食產量，對產量的影響占51.78%[1]。我國是世界最大化肥消費國，氮肥消費量占全球總量的23%，而我國農田氮肥的平均施用量是世界平均水平的2.6倍[2]。大量施用化肥引起土壤理化性狀惡化，出現酸化和板結等問題，多余養分在土壤中積累并流失到環境中，不僅造成了資源浪費，還造成嚴重的農業面源污染。據《第二次全國污染源普查公報》，我國農業源水污染物總氮排放量為141.49萬t，占全國水污染物總氮排放總量的46.52%[3]。研究[4]證明，有機肥替代化肥是實現化肥減量增效的有效措施之一，也是進一步增加產量和提高土壤肥力的重要途徑。有研究[5]表明，有機肥部分替代化肥能實現華北平原小麥-玉米輪作的作物穩產、高產和培肥地力。有機肥部分替代化肥對玉米、小麥、青稞、谷子等作物均有一定的增產效果，并能改善土壤肥力[6-10]。有研究[6，11-12]發現，與單施化肥相比，高比例有機肥替代化肥降低玉米籽粒產量。本研究旨在分析浙南地區黃壤土有機肥替代化肥對玉米的產量和土壤氮素養分的影響，以提出適合的有機肥替代方案，為有機肥的合理替代提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年在浙江省溫州市泰順縣雅陽鎮聯新村進行，試驗地位于27.391 696°N，120.035 762°E，海拔515 m，年平均氣溫16.6 ℃，年平均降水量2 017 mm。試驗地為黃壤土，耕層土壤(0～20 cm)pH值4.25，電導率為117.7 μS·cm-1，有機質含量為40.9 g·kg-1，全氮含量為1.83 g·kg-1，有效磷含量為63.9 mg·kg-1，速效鉀含量為83.3 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗共設5個處理：不施肥(CK)、配施氮磷鉀肥(NPK)、僅配施磷鉀肥(PK)、15%有機肥氮+85%無機氮(T15)、30%有機肥氮+70%無機氮(T30)，3次重復，每個小區面積25 m2，共15個小區，隨機區組排列。試驗區域外圍設置保護行，各小區其他管理措施一致。

試驗地氮(N)、磷(P2O5)和鉀(K2O)肥施用量分別為360、90和90 kg·hm-2。磷肥、鉀肥和有機肥以基肥形式一次性施入，氮肥分3次施用，播種、拔節期和大喇叭口期各占40%、40%和20%。供試氮肥用市售尿素(含N 46%)，磷肥用過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥用氯化鉀(含K2O 60%)，供試商品有機肥為北京中農瑞利源高科技發展有限公司生產的聚碳生物有機肥(含有機碳24.3%，全氮9.04%)。田間管理按當地常規栽培措施進行。試驗地前茬作物為玉米，玉米于4月26日播種，8月23日收獲，供試玉米品種為登海605。

1.3 取樣與分析

采用人工收獲，只留下不到3 cm的作物茬子，籽粒和秸稈產量來源于整個小區。收獲時取植株樣品，經烘干、粉碎后用于植株養分分析；每小區隨機采樣3個土壤樣點，采樣深度為0～20 cm，混勻土樣帶回實驗室自然風干后用于土壤養分分析。土壤、植株中各養分含量都按土壤農化常規分析方法測定[13]。

1.4 有關參數的計算

玉米收獲指數為玉米收獲時籽粒產量與地上部生物量的比值，反映了作物群體光合同化物轉化為經濟產品的能力。氮肥偏生產力為施氮肥后所獲得的玉米籽粒產量與氮肥的投入量的比值。氮素內部利用率為玉米籽粒產量與玉米收獲時地上部吸氮量的比值。氮素表觀利用率為施氮玉米地上部吸氮量和不施氮玉米地上部吸氮量差值與氮肥施入量的比值。

1.5 統計分析

試驗數據采用Excel進行整理，并采用SPSS 17統計軟件對數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 籽粒產量和地上部生物量

從表1看出，CK的玉米籽粒產量為3 553.33 kg·hm-2，PK處理籽粒產量4 827.00 kg·hm-2，比CK顯著提高了35.84%；施氮處理的NPK、T15和T30處理籽粒產量分別為8 048.67、8 206.33和7 811.00 kg·hm-2，三者相比均無顯著差異。不同處理的秸稈產量在3 515.67～9 198.33 kg·hm-2，各施肥處理小區的秸稈產量比CK提高33.91%～161.64%，差異均達顯著水平；其中以NPK處理最高，T15處理的秸稈產量與NPK處理無顯著差異，T30比NPK處理降低17.11%。各處理的玉米收獲指數在0.467 0～0.507 0，其中以NPK處理的收獲指數最低，其余處理間沒有顯著性差異。說明有機肥部分替代化肥能夠減少一定的玉米秸稈產量，對生物量有影響，提高了收獲指數，對玉米籽粒產量影響不大。

表1 不同施肥處理對玉米產量及收獲指數的影響Table 1 Effects of different fertilization treatments on maize yield and harvest index

2.2 玉米氮含量及其吸氮量

從表2看出，不同施肥處理的玉米籽粒氮含量比CK提高14.19%～55.73%，差異顯著，以NPK處理的籽粒氮含量最高。在3種施氮處理中，T15和T30處理的籽粒氮含量比NPK處理分別降低16.73%和17.83%，差異顯著。不同施肥處理的秸稈氮含量比CK提高33.72%～70.64%，以NPK處理的秸稈氮含量最高。說明施肥處理提高了玉米籽粒和秸稈的氮含量，施氮處理提高更顯著。

表2 不同施肥處理對玉米氮含量和吸氮量的影響Table 2 Effects of different fertilization treatments on nitrogen content and nitrogen uptake of maize

不同施肥處理的玉米籽粒吸氮量比CK顯著提高55.02%～252.31%，以NPK處理的籽粒吸氮量最高。在施氮處理中，T15和T30處理的籽粒吸氮量比NPK處理分別低15.00%和20.30%，差異顯著。不同施肥處理的秸稈吸氮量比CK顯著高77.77%～344.13%，以NPK處理的秸稈吸氮量最高。在3種施氮處理中，T15和T30處理的秸稈吸氮量比NPK處理分別降低15.56%和31.75%。說明施肥處理提高了玉米籽粒和秸稈的吸氮量，施氮處理提高更顯著。

2.3 氮素內部利用率和氮肥偏生產力

從表3看出，各處理玉米氮素內部利用率在41.73～70.30 kg·kg-1，不同施肥處理的氮素內部利用率比CK降低16.32%～40.64%，差異顯著。在3種施氮處理中，T15和T30處理的氮素內部利用率比NPK處理分別提高23.10%和28.61%，差異顯著，這說明，有機肥部分替代化肥可以提高氮素內部利用率。3種施氮處理玉米氮肥偏生產力在21.70～22.80 kg·kg-1，T15和T30處理的氮肥偏生產力與NPK處理間沒有顯著性差異。

表3 不同施肥處理的肥料效率Table 3 Fertilizer efficiency for different fertilization treatments

2.4 土壤全氮、有效氮、有機碳含量

從表4看出，各處理的土壤全氮含量在0.83～0.89 g·kg-1，處理間沒有顯著性差異。各處理的土壤硝態氮含量在4.06～6.30 mg·kg-1，施氮與不施氮處理間差異顯著，在3種施氮處理中，T15和T30處理的土壤硝態氮含量與NPK處理無顯著性差異。各處理的土壤銨態氮含量在1.03～1.49 mg·kg-1，施氮與不施氮處理間差異顯著，T30處理的土壤銨態氮含量比NPK處理降低24.61%。這說明與化肥NPK處理相比較，有機肥部分替代化肥對土壤全氮含量有所提高，但是有效氮含量降低，其中硝態氮含量差異不顯著，銨態氮含量降低較多，高比例替代的T30處理差異顯著。

表4 不同施肥處理的土壤養分含量Table 4 Soil nutrient content under different fertilization treatments

從表4看出，各處理的土壤有機碳含量在11.15～12.52 g·kg-1，處理間沒有顯著性差異。各處理的土壤碳氮比在12.99～14.10，處理間沒有顯著性差異。

3 結論

目前有機肥部分替代化肥已成為氮肥減量的重要措施之一，能夠提高土壤有機質含量，改善土壤養分狀況[14]。有機肥、無機肥配施能夠有效改善真菌群落結構，減緩土壤酸化[15]；提高土壤酶活性[10，16-17]，改變細菌生長環境，進而改變細菌群落結構組成，提高細菌群落多樣性[18]，促進土壤微生態系統穩定和改善。氮是限制玉米生長和產量的首要因素，不同地區不同比例有機肥、無機肥配施對作物產量的影響也不同。

在云南的紅棕壤土上進行10%～40%的有機肥替代化肥試驗，與NPK處理相比較，玉米產量提高6.07%～19.53%，秸稈生物量提高2.16%～21.76%[19]；在黑龍江白漿土上進行20%和30%的有機肥替代化肥實驗，玉米產量有顯著的增產[20]。本試驗結果顯示，與NPK處理相比較，T15、T30處理籽粒產量沒有顯著性差異，T30處理秸稈產量降低17.11%，與前述試驗結果不一致，但也能達到穩產效果。本試驗結果顯示，施肥處理提高了玉米籽粒和秸稈的氮含量及吸氮量，施氮處理提高更顯著；與NPK處理相比較，T15和T30處理的玉米籽粒氮含量及吸氮量都顯著降低，這與趙吉霞等[19]研究結果不一致。與NPK處理相比較，T15和T30處理的氮素內部利用率顯著提高，氮肥偏生產力沒有顯著性差異。

本研究表明，有機肥氮替代15%～30%化肥氮可保持玉米產量，提高土壤肥力和氮素利用率，減少化肥施用量，降低農業面源污染，促進生態文明建設，適宜在浙南玉米生產中推廣應用。