不同氮肥類型及用量對鹽堿耕地青貯玉米產量及飼用品質的影響

關鍵詞： 青貯玉米；氮肥種類；硝酸銨鈣；產量；飼用價值

玉米（Zea mays L.） 作為全球糧食產量份額最高的作物，不僅對全球糧食安全至關重要[1]，在飼料和工業生產中也發揮著重要作用[2]。近年來，隨著我國對農業供給側結構性改革以及“糧改飼”政策推行，青貯玉米作為一種高產、高營養、高適口性、易儲存的粗飼料，已成為我國草牧業健康發展過程中的重要組成[3]，并在北方農牧交錯帶等生態脆弱地區廣泛種植，且種植面積逐年擴大[4]。但是與食用玉米相比，青貯玉米存在需肥量高、肥料品種單一、區域土壤環境差等問題，這嚴重制約了青貯玉米的高產優質生產[5]。有研究表明，氮素供應是影響青貯玉米產量及營養品質的重要因素[6?8]。因此，進一步探究合理的氮肥種類及施肥量，對提升青貯玉米產量及品質具有重要意義。

土壤鹽堿化作為一個世界性的土壤環境問題，對世界糧食安全造成了很大威脅[9?10]。黃土高原北部的雁門關農牧交錯帶作為我國北方農牧交錯帶的重要組成部分[11]，該區域鹽堿地分布范圍廣、保肥能力差、氮素資源匱乏，嚴重制約著作物生產以及我國草牧業的健康持續發展[12]。鹽堿土壤中較高的pH 值和鹽分，影響了土壤中氮素的遷移轉化效率，導致作物平均氮肥利用率僅為20%～25%[13]，顯著低于正常土壤，進而導致氮肥過量使用，嚴重影響農業生態及糧食安全。研究表明，在低土壤含水量、低有機碳濃度和高pH 的農田生態系統中，氨揮發等活性氣態氮損失大約占施氮量的9%～42%[14]，且當土壤pH 高于8 后，土壤氨揮發會隨土壤pH 的升高而呈指數增加[15]，其主要與尿素水解導致的表層土壤NH₄⁺-N 濃度增加有關[16]。而硝酸銨鈣作為一種新型復合硝基肥，其中NH₄⁺-N 含量不高于1%，可以減少鹽堿地土壤的氣態氮損失，且鹽堿地較高的鹽分導致土壤滲透壓高， 容重高， 不會造成較多的NO₃^?淋溶[17]。同時硝酸銨鈣中大量的Ca²⁺可以將鹽堿土土壤膠體的Na⁺交換下來，使土壤中交換性鈉離子減少，降低了土壤堿化度和土壤pH[18]，增加了土壤膠體的凝聚力，促進了團粒結構的形成，提高土壤質量，提高養分利用率。但是，在雁門關農牧交錯帶鹽堿區青貯玉米生產體系中，不同氮肥種類及施氮水平對青貯玉米的養分需求及營養品質形成的影響還尚不清楚。

本研究針對雁門關農牧交錯帶鹽堿區青貯玉米生產系統對氮肥種類及施氮水平的響應，通過開展連續兩年田間試驗，探究不同氮水平下硝酸銨鈣與尿素對青貯玉米產量、氮素利用效率及飼喂價值的影響，明確該地區青貯玉米對氮肥種類及用量的響應規律，為我國農牧交錯帶鹽堿區青貯玉米資源高效、優質高產以及環境友好的草牧業可持續發展提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

本試驗于2022年4月—2023年9月在山西省朔州市應縣東輝耀村（39°36′16′′N，133°15′13′′E） 進行。本試驗區位于山西北部，地處北方農牧交錯帶，氣候屬北溫帶半濕潤大陸性氣候，年平均氣溫7℃ 左右，年均降水量360 mm。試驗地土壤為輕度蘇打鹽化土，試驗期間氣象數據見圖1，表層土壤的基本理化性質見表1。

1.2 試驗設計與田間管理

本研究采用裂區試驗設計，主處理為施硝酸銨鈣（N） 與尿素（U） 兩種氮肥處理；副處理為4 個施氮量，分別為N 90、180、270和360 kg/hm²，并設1 個不施氮對照（CK），共9個處理，每個處理3次重復，共設置27 個小區，每個小區面積為120 m²。

供試肥料為尿素（46% N），硝酸銨鈣（N-NO₃^?13.5%，N-NH₄⁺13.5%），過磷酸鈣（P₂O₅ 16%），硫酸鉀（51% K₂O）。氮肥施用方式按照總施氮量的1/3 在播前基施，2/3 在十葉期追施。磷肥和鉀肥隨基肥撒施于地表后翻耕，施入量分別為P₂O₅ 90 kg/hm² 和K₂O 80 kg/hm²。本研究供試青貯玉米品種為‘大京九26’ （購買于河南省大京九種業有限公司），種植密度為60000株/hm²，田間管理模式與當地農戶一致。2022年青貯玉米于5月17日播種，9月15日收獲，全生育期121 天；2023年青貯玉米于5 月15日播種，9月17日收獲，全生育期125 天。全生育期內無嚴重雜草及病蟲害發生。

1.3 樣品采集與指標測定

1.3.1 青貯玉米地上部生物量采集與測定 在青貯玉米六葉期（V6）、十葉期（V10）、吐絲期（R1）、灌漿期（R3） 和蠟熟期（籽粒乳線達 1/2 時，R4） 進行地上部生物量采集，每小區選取3株長勢均勻且具有代表性的植株，將樣品置于105℃ 烘箱殺青60 min，再降溫至75℃ 烘干至恒重，稱量其生物干重。

1.3.2 青貯玉米測產 在青貯玉米蠟熟期（籽粒乳線達 1/2時，R4），進行收獲并測產，各小區選取10 m² （5m×2m） 青貯玉米，從距地面15～20cm 處全株刈割，在田間測量鮮重，并換算成單位產量。

1.3.3 青貯玉米氮素積累量測定與相關指標計算 分別測定吐絲期和收獲期青貯玉米的氮素積累量，采用凱氏定氮法[19]測定不同時期青貯玉米地上部含氮量。氮素相關指標計算方法如下：氮肥農學利用效率（kg/kg） = （施氮處理青貯玉米產量?不施氮處理青貯玉米產量）/施氮量；氮肥表觀利用率（%） = （施氮處理青貯玉米氮素積累量?不施氮處理青貯玉米氮素積累量）/施氮量×100；氮肥生理利用效率（kg/kg） = （施氮處理青貯玉米產量?不施氮處理青貯玉米產量）/（施氮處理氮素積累量?不施氮處理氮素積累量）。

1.3.4 青貯玉米營養品質 采用 Van Soest 法[20]測定青貯玉米中性洗滌纖維（neutral detergent fibre，NDF）、酸性洗滌纖維（acid detergent fibre，ADF） 含量；粗蛋白含量（crude protein，CP） 為 含氮量乘以6.25。

1.3.5 相對飼用價值和總可消化營養物含量 不同處理青貯玉米的可消化干物質（digestible dry matter，DDM）、干物質采食量（dry matter intakes，DMI）、相對飼用價值（relative feeding value，RFV）、總可消化營養物含量（total digestible nutrients，TDN） 按照以下計算公式計算[21]：

1.4 數據處理與分析

試驗數據利用SPSS 20.0 （SPSS Inc.， Chicago， IL，USA） 采用單因素方差分析（One-way ANOVA） 和最小顯著性差異法（the least significant difference，LSD）分析不同處理間差異，再用雙因素方差分析（TwowayANOVA） 檢驗氮肥種類（fertilization type，F）、氮肥用量（N application rate，N） 及二者間的交互作用（F×N） 對各指標的影響。用SigmaPlot 14.0 （SystatSoftware Inc.， Chicago， IL， USA） 進行作圖。

2 結果與分析

2.1 青貯玉米干物質積累量及產量

圖2 可見，相同氮肥種類條件下，青貯玉米干物質積累量均以施氮量為270 kg/hm²時達到最高，顯著高于CK 和施氮量90 kg/hm² 處理，兩種氮肥種類條件下過量施氮均沒有進一步提高青貯玉米干物質積累量。兩種氮肥處理中青貯玉米干物質積累量均在施氮量為270kg/h m²時達到最高，且相比N90、N180、N360，N270處理干物質積累量增加了0.89%～61.61% （2022年）、16.18%～70.17% （2023年）。與U90、U180、U360處理相比，U270處理干物質積累量增加了25.79%～62.25% （2022 年）、9.64%～73.68% （2023 年）。

兩年試驗結果均顯示，硝酸銨鈣（N） 處理青貯玉米干物質積累量顯著高于尿素（U） 處理。施氮量為90～270 kg/hm²時，相比尿素（U） 處理，硝酸銨鈣（N） 處理的干物質積累量增加了10.88%～18.05%（2022 年）、2.55%～5.77% （2023 年）。硝酸銨鈣顯著提高了青貯玉米花前干物質累積，施氮量為90～270kg/hm²時，相比尿素（U） 處理，硝酸銨鈣（N） 處理玉米花前的干物質積累量增加了31.57%～53.95% （2022年）、12.38%～21.35% （2023年），但對花后干物質累積無明顯促進。

隨著施氮量增加青貯玉米產量呈現先增后降趨勢（圖3）。兩年試驗期間，兩種氮肥種類處理下均當施氮量達到270 kg/hm² 時產量最高，N270 和U270處理產量分別為95.34、83.34 t/hm² （2022年） 及90.40、85.47 t/hm² （2023年）。相比施氮量270 kg/hm²，在硝酸銨鈣（N） 處理中過量施氮處理（N360） 顯著降低青貯玉米產量，而在尿素（U） 處理中過量施氮處理（U360） 雖然沒有顯著降低青貯玉米產量，但是其產量水平也呈現出下降趨勢。相比尿素（U） 處理，相同施氮量情況下施用硝酸銨鈣可提高青貯玉米產量。在施氮量分別為90、180、270kg/hm² 時，硝酸銨鈣（N） 處理下的青貯玉米產量比尿素（U） 處理分別增加10.88%、18.05% 和14.40% （2022年） 及2.25%、5.65% 和5.77% （2023年）。

本研究中，不同施氮種類中青貯玉米產量與不同施氮量之間呈現顯著二次函數關系（圖3）。在施用尿素的情況下，施氮量為293.35 kg/hm² 時青貯玉米產量達到最高，為80.37 t /hm²；施用硝酸銨鈣的情況下，施氮量為283.1 kg/hm²時青貯玉米產量達到最高，為90.95 t/hm²。硝酸銨鈣（N） 處理下青貯玉米產量比尿素（U） 處理率先達到峰值且峰值更高，說明在該地區施用硝酸銨鈣更有利于青貯玉米的產量形成。

2.2 青貯玉米氮素累積量與氮素相關指標

同一施肥種類下，兩年青貯玉米的氮素累積量隨施氮量的增加均呈先增加后下降的趨勢，施氮量為270 kg/hm² 時氮素累積量達最高（圖4）。N270處理氮素累積量為255.80 kg/hm² （2022年） 和288.13 kg/hm²（2023年），相比N90、N180、N360處理增加幅度為15.26%～147.41% （2022年） 和18.95%～114.81%（2023年）；U270處理氮素累積量為227.91kg/hm²（2022 年） 和263.59 kg/hm² （2023年），相比U90、U180、U360處理增加1.58%～94.43% （2022年） 和7.96%～102.57% （2023年）。不同施氮量下青貯玉米吐絲期的氮素累積量呈現同樣的趨勢，且施用尿素的青貯玉米吐絲期氮素累積量占總氮素累積量的59.98%～68.79% （2022年）、60.37%～65.59%（2023 年），施用硝酸銨鈣的青貯玉米吐絲期氮素累積量占總氮素累積量的64.18%～71.91% （2022年）、62.08%～73.03% （2023年）。相比而言，硝酸銨鈣處理顯著提高了吐絲期氮素累積量的占比，說明施用硝酸銨鈣顯著促進吐絲前氮素吸收（圖4）。與尿素（U） 處理相比，2022年當施氮量為180 和270kg/hm²時，硝酸銨鈣（N） 處理顯著促進青貯玉米氮素吸收，分別增加了10.94% 和12.24%；2023年，青貯玉米氮素總累積量在兩種氮肥種類間無顯著差異，但硝酸銨鈣（N） 處理表現出了增加趨勢。

氮肥用量及肥料種類對氮肥農學利用效率有交互作用，但對氮肥表觀利用率及氮肥生理利用效率無交互作用（表2）。硝酸銨鈣和尿素處理的兩年氮肥農學利用效率和氮肥表觀利用效率均隨施氮量的增加呈先增加后下降的趨勢，施氮量為180 kg/hm²時達到最高，顯著高于其余各處理。2022年兩種肥料處理下氮肥生理利用效率均隨著施氮量的增加逐漸降低，2023年兩種肥料處理下，施氮量對氮肥生理利用效率無顯著影響。硝酸銨鈣相比尿素顯著提高了氮肥農學利用效率，氮肥表觀利用率及氮肥生理利用效率。

2.3 青貯玉米品質

在相同施肥種類條件下，施氮顯著降低了青貯玉米酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維含量，而施肥種類對青貯玉米酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維含量無顯著影響，二者無交互作用（表3）。相比CK 處理，N90、N180、N270、N360 處理酸性洗滌纖維降低了7.06%～24.83% （2022 年）、8.23%～18.57% （2023年），中性洗滌纖維降低了3.68%～7.06% （2022 年）、3.00%～6.95% （2023年），N180、N270、N360 處理之間均無顯著差異；U90、U180、U270、U360 處理酸性洗滌纖維降低了6.69%～20.58% （2022年）、7.26%～18.92% （2023 年），中性洗滌纖維降低了3.23%～7.28% （2022年）、1.23%～4.66% （2023 年），U180、U270、U360處理之間無顯著性差異。

兩種肥料處理下，粗蛋白含量隨著施氮量的增加先增加后下降，施肥量為270 kg/hm²時達到最高，與施氮量180 kg/hm² 處理無顯著差異。相比U90、U180、U360 處理，U270 處理粗蛋白含量增加了1.57%～94.38% （2022年）、7.93%～102.53% （2023年）。相比N90、N180、N360處理，N270處理粗蛋白含量增加了15.28%～147.25% （2022年）、22.51%～114.84% （2023年）。施氮量為180、270 kg/hm²時，與尿素處理相比，硝酸銨鈣處理粗蛋白含量增加了10.96%、12.29% （2022） 和1.33%、9.35% （2023）。

2.4 青貯玉米相對飼用價值和總可消化營養物含量

在相同施肥種類條件下，施氮量顯著影響青貯玉米相對飼用價值和總可消化營養物含量，而施肥種類僅在2023 年顯著影響青貯玉米相對飼用價值，二者無交互作用（圖5）。隨著施氮量的增加，青貯玉米相對飼用價值和總可消化營養物含量呈逐漸增加后趨于穩定的趨勢，施氮量為180、270、360kg/hm²時青貯玉米相對飼用價值和總可消化營養物含量均無顯著性差異，與施氮量90 kg/hm² 相比，青貯玉米相對飼用價值提高6.84%～9.98% （2022年）、5.66%～8.36% （2023年），青貯玉米總可消化營養物含量提高4.12%～7.43% （2022年）、3.07%～4.82%（2023年）。

3 討論

3.1氮肥用量對青貯玉米產量、氮素累積、品質及飼用價值的影響

氮肥可以顯著提高青貯玉米干物質積累量、產量及氮素累積量[22]，且隨著施氮量的增加會呈現先升高后降低的趨勢[23]。本研究也發現類似的規律，施肥量為90～270 kg/hm² 時青貯玉米干物質積累量、產量及氮素積累量均隨施氮量增加而增加，當施氮量超過270 kg/hm² 后出現下降趨勢（圖2、圖3、圖4），與Li 等[23]研究結果一致。Wang 等[24]研究表明，施氮量為240 kg/hm² 時，玉米產量較施氮量為 0～190kg/hm² 的玉米產量提高了7.2%～53.8%。而本研究通過施氮量與產量之間的擬合曲線結果發現，施氮量為283.1 kg/hm² （硝酸銨鈣） 和293.5 kg/hm² （尿素） 時玉米產量分別達到最高90.95和80.37 t /hm²，最佳施氮量高于相關研究推薦施氮量[25?26]，原因可能是雁門關農牧交錯帶鹽堿區土壤鹽漬化產生的鹽脅迫影響作物的氮吸收效率，從而導致作物氮肥利用率較低[27]，同時青貯玉米的高生物量也導致其氮素吸收量較大，對氮素水平需求高所導致。青貯玉米的氮素累積量與施氮量在一定范圍內呈顯著正相關，之后保持相對穩定[28]。本研究結果也均顯示氮素積累量隨著施氮量的增加先升后降，施氮量達到270kg/hm²時氮素累積量達到最高。

青貯玉米植株酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維決定了其營養質量、適口性和消化率，是評價其品質的關鍵指標[29]。氮肥用量顯著影響青貯玉米品質，中性、酸性洗滌纖維與施氮量呈負相關[30?31]。本研究中，當氮肥施用量為90～360 kg/hm² 時，酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量相比CK 處理分別降低6.69%～24.83% 和1.23%～7.28% （表3），與Agnew等[7]研究一致。在Ahmad 等[32]的研究中，隨著施氮量增加會降低中性洗滌劑和酸性洗滌劑纖維含量，顯著提高飼料玉米的飼用價值和營養品質。在我們的研究中，隨著施氮量的增加，青貯玉米相對飼用價值和總可消化營養物含量先增加后保持穩定，且施氮量為180～270 kg/hm² 時達到最大（圖5），這與王晨光等[8]研究結果一致，表明適量施入氮肥可以提高青貯玉米飼用價值和品質。

3.2 氮肥種類對青貯玉米產量、氮素累積、品質及飼用價值的影響

不同氮肥種類顯著影響青貯玉米產量、干物質積累量、氮素累積量。丁國麗等[33]研究發現，硝酸銨鈣能夠更好地促進和提高菌根化甜玉米的生長和品質。Ama1ah 等[34]通過施用硝酸銨鈣與尿素對比發現，硝酸銨鈣對提升玉米產量效果更優，同時在提升玉米生長特性、提高秸稈產量方面具有一定優勢[35]。與前人研究一致，本研究在兩年試驗期間硝酸銨鈣可以顯著促進青貯玉米干物質積累量，且當施氮量為180、270kg/hm²時，硝酸銨鈣相比尿素更能促進青貯玉米氮素吸收（2022年）。同時，施用硝酸銨鈣可以在較低施氮量下達到更高的產量（圖3），可能一方面由于硝酸銨鈣含有較高的NO₃^?-N、NH₄⁺-N，進入土壤無需轉化可被植物直接吸收[36]，且鹽堿耕地質地黏重、膠體分散，硝酸鹽淋溶率低[37]，作物的氮素利用率顯著提升；另一方面硝酸銨鈣中的Ca²⁺可以將鹽堿耕地中Na⁺置換出來，降低土壤對作物的鹽脅迫，提高養分吸收速率[38]。硝酸銨鈣相比尿素更能促進青貯玉米花前干物質累積，卻對花后干物質累積多無明顯促進作用，可能是因為花后玉米根系已發育良好，伸至土壤深層，受鹽堿脅迫較弱，氮肥種類對其影響減弱。

本研究結果表明，不同氮素形態對青貯玉米的酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量無顯著影響（表3），與Safdarian 等[39]的研究結果一致。此外，數據表明不同氮源對相對飼用價值和2023年總可消化營養物含量無顯著影響，但顯著影響2022年總可消化營養物含量（圖5）。這可能是因為2022年施氮量為180～270 kg/hm²時，施用硝酸銨鈣顯著增加了氮素累積量（圖4），導致粗蛋白含量間存在顯著差異，進而影響總可消化營養物含量。

4 結論

在雁門關農牧交錯帶鹽堿區，合理施用氮肥可以顯著提高青貯玉米氮素利用率，從而提高青貯玉米的產量、干物質積累量及其飼用價值。相比尿素，施用硝酸銨鈣在鹽堿耕地的效果更佳，根據二次曲線擬合結果，施用硝酸銨鈣可以在較低施氮量下實現高產，即最佳施氮量283.1 kg/hm² 下，獲得最高產量90.95 kg/hm²。而青貯玉米的飼用品質及飼用價值僅受施氮量影響，幾乎不受氮肥種類影響。因此，施用硝酸銨鈣（N 283.1 kg/hm²） 可在雁門關農牧交錯帶鹽堿區青貯玉米生產體系中實現高產優質協同增效，可作為該地區青貯玉米資源高效、優質高產的氮肥管理措施。