有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)‘桂甜糯525’產(chǎn)量品質(zhì)和土壤環(huán)境的影響

王吉平 何鐵光 張雨 徐亮 蘇天明 李嘉維 覃波

摘? 要：本研究通過田間試驗(yàn)，以不施肥為對(duì)照（T1），設(shè)置單施化肥（T2）和不同有機(jī)肥替代部分化肥（T3和T4）3個(gè)施肥處理，研究不同有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)玉米產(chǎn)質(zhì)量和土壤環(huán)境的影響。結(jié)果顯示，施肥處理下玉米植株的農(nóng)藝性狀均優(yōu)于不施肥處理，與單施化肥相比，施用有機(jī)肥能更好地促進(jìn)玉米植株的生長(zhǎng)，其中T3處理玉米植株的莖粗和葉片長(zhǎng)較T2顯著（P<0.05，下同）提高11.94%和4.53%;施肥能顯著提高玉米產(chǎn)量，較不施肥可顯著提高14.27%～17.17%;施用有機(jī)肥能提高玉米鮮果穗性狀和品質(zhì)，其中T3處理穗長(zhǎng)較T2顯著提高7.12%;與T2處理相比，T4處理的籽粒蛋白質(zhì)含量較T3顯著提高7.21%，T3處理籽粒的可溶性糖含量較T1和T4處理顯著提高61.54%和77.97%;T3處理土壤中的有機(jī)質(zhì)含量較單施化肥顯著提高64.52%。各指標(biāo)相關(guān)性分析中，籽粒蛋白質(zhì)和脂肪含量與總氮含量呈顯著正相關(guān)（r=0.868，P<0.01），說(shuō)明有機(jī)肥可通過提高玉米對(duì)氮的吸收從而促進(jìn)籽粒中蛋白質(zhì)和脂肪等營(yíng)養(yǎng)成分的積累。綜上，有機(jī)肥替代部分化肥相比于不施肥和單施化肥能更好的促進(jìn)玉米植株的生長(zhǎng)，且在保證產(chǎn)量的同時(shí)能提高果穗品質(zhì)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，可作為區(qū)域化肥減施下春玉米提質(zhì)保產(chǎn)的推薦施肥方案。

關(guān)鍵詞：玉米;有機(jī)肥;化肥減施;產(chǎn)量和品質(zhì);土壤改良

中圖分類號(hào)：S15;S14????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Effects of Organic Fertilizer Replacing Part of Chemical Fertilizer on Yield， Quality and Soil Environment with ‘Guitiannuo 525

WANG Jiping1， HE Tieguang1， ZHANG Yu2， XU Liang2， SU Tianing， LI Jiawei3， QIN Bo4

1. Agricultural Resources and Environment Research Institute， Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning， Guangxi 530007， China; 2. Yunnan Academy of Forestry， Kunming， Yunnan 650201， China; 3. Guangxi Yuanchuang Agricultural Science and Technology Development Co.， Ltd， Nanning， Guangxi 530022， China; 4. Hechi Guihengwang Technology Co.， Ltd， Hechi， Guangxi 546399， China

Abstract： In this study， the effects of different organic fertilizers on corn yield quality and soil environment were studied with no fertilizer （T1）， chemical fertilizers （T2） and different organic fertilizers replacing partial chemical fertilizers （T3 and T4） by field experiments. The agronomic traits of maize plants under fertilizer treatments were better than those under T1. Compared with T2， the growth of maize plants was promoted under organic fertilizer treatment （T3 and T4）. The stem diameter and leaf length of maize plants under T3 treatment were significantly increased compared with T2 （P<0.05， the same below） by 11.94% and 4.53%， respectively. Compared with the control， the maize yield could be significantly increased with 14.27%?17.17% under fertilizer treatments， but it was insignificant （P>0.05， the same below） between T2-T4. Compared with T2， the ear length of T3 was significantly increased 7.12%， the protein and fat content under T4 were significantly increased with 7.21% compare with T3， and the soluble sugar content under T3 was significantly increased with 61.54% and 77.97% compare with that of T1 and T4， and the organic matter content in soil were increased by 64.52% and 27.38% under T3 and T4， respectively. In the correlation analysis of all indexes， the content of protein and fat in kernel was significantly positively correlated with the content of total nitrogen （r = 0.868， P <0.01）， which indicated that the accumulation of protein， fat and other nutrients in kernels could be promoted by improving the absorption of nitrogen. In conclusion， the growth of corn plants， ear quality and content of soil organic matter were be improved under organic fertilizers replacing partial chemical fertilizers， which could be used as the recommended fertilization strategy for improving the quality and yield of spring maize under regional fertilizer application reduction.

Keywords： maize; organic fertilizer; chemical fertilizer reduction; yield and quality; soil improvement

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.09.021

施肥是促進(jìn)作物生長(zhǎng)和增加產(chǎn)量的重要農(nóng)田管理措施。近年來(lái)，因盲目追求產(chǎn)量而過量施用化肥的現(xiàn)象屢見不鮮，化肥用量的不斷增加和不合理施用引發(fā)了土壤退化、肥料利用率降低和農(nóng)業(yè)面源污染等一系列問題[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)年化肥施用量超過5600萬(wàn)t，單位面積耕地化肥施用量遠(yuǎn)超國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)[2]。根據(jù)農(nóng)業(yè)部印發(fā)的《全國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2015—2030年）》文件明確指出，化肥使用零增長(zhǎng)是保護(hù)耕地資源和農(nóng)業(yè)生態(tài)的重要途徑。因此，在保障作物產(chǎn)量的前提下，探究一種化肥減施下實(shí)現(xiàn)作物提質(zhì)增效的施肥方案是十分必要的。大量研究表明，有機(jī)肥具有改善土壤環(huán)境，提升土壤有機(jī)質(zhì)含量[3]，促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)[4]，實(shí)現(xiàn)作物提質(zhì)增產(chǎn)[5-6]的作用。有機(jī)質(zhì)和有益微生物對(duì)促進(jìn)化肥吸收具有協(xié)同作用，可促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收和產(chǎn)量的提升[7]，腐殖酸對(duì)作物的產(chǎn)量和增加土壤含水率等方面也具有一定的積極作用[8]。但有機(jī)肥總養(yǎng)分含量較低，肥效釋放緩慢，單施有機(jī)肥無(wú)法滿足作物快速生長(zhǎng)需求。因此，合理減施化肥并配施有機(jī)肥是實(shí)現(xiàn)化肥使用零增長(zhǎng)和作物提質(zhì)增產(chǎn)的重要手段[9-11]。

玉米是我國(guó)重要的糧飼作物，在廣西，其種植面積僅次于水稻和甘蔗。2018年廣西玉米播種面積達(dá)584.43千hm2，產(chǎn)量達(dá)273.40萬(wàn)t（數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站：http：//data.stats. gov.cn/）。當(dāng)前種植玉米的主要肥源為化肥，而玉米連作下長(zhǎng)期施用化肥會(huì)導(dǎo)致土壤微生物活性和功能多樣性下降[12]，從而降低土壤肥力，導(dǎo)致連作下作物減產(chǎn)，不利于可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展和土壤健康?；逝涫┯袡C(jī)肥能較好的改善耕地土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，活化土壤微生物，提高作物養(yǎng)分吸收效率和肥料利用率，實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量提升和作物提質(zhì)增產(chǎn)[13-15]。但有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)玉米植株性狀、玉米產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤有機(jī)質(zhì)含量和根系土壤固氮菌數(shù)量的影響的研究相對(duì)較少。因此，分

析不同有機(jī)肥對(duì)玉米生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)和土壤環(huán)境的影響，對(duì)促進(jìn)玉米栽培過程化肥減施和可持續(xù)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。本研究結(jié)合當(dāng)?shù)氐湫吞厣r(nóng)業(yè)廢棄物資源和有機(jī)肥生產(chǎn)情況，選擇的蠶沙生物有機(jī)肥和含腐殖酸有機(jī)肥，以玉米為試驗(yàn)材料開展田間試驗(yàn)，研究當(dāng)?shù)夭煌愋陀袡C(jī)肥對(duì)玉米植株性狀、玉米產(chǎn)量、果穗品質(zhì)及土壤環(huán)境變化的影響，為改善當(dāng)?shù)馗刭|(zhì)量、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和玉米高質(zhì)量栽培提供參考依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 材料

供試肥料分別為YARA復(fù)合肥（NPK比例為21-6-13）、硫酸鉀（鉀含量51%），蠶沙生物有機(jī)肥（固態(tài)粉狀肥料，原料為蠶沙，有機(jī)質(zhì)含量為29.8%，河池市桂晟生物有限公司提供）和含腐殖酸有機(jī)肥（原料為雞糞和花生麩，腐殖酸含量為15.82%，南寧桂裕鑫農(nóng)業(yè)科技有限公司提供）。供試玉米品種為‘桂甜糯525。

1.2? 方法

1.2.1? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)? 試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)在廣西貴港市貴港農(nóng)科所試驗(yàn)基地，地區(qū)年平均溫度約25 ℃，種植期間（4—7月）最低溫度為21 ℃～24 ℃，最高溫度32 ℃～34 ℃，適宜春玉米種植栽培。試驗(yàn)地土壤理化性質(zhì)為pH 5.20，水解性氮78.9 mg/kg，有效磷54.5 mg/kg，速效鉀128 mg/kg，有機(jī)質(zhì)13.9 g/kg，全氮1.00 g/kg，全磷1.22 g/kg，全鉀4.35 g/kg。

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，T1處理：不施肥，為對(duì)照組;T2處理：?jiǎn)问┤繜o(wú)機(jī)肥，以復(fù)合肥（21-6-13）、硫酸鉀（51%）為肥源，按150 kg/hm2，K2O 120 kg /hm2稱取;T3處理：減施20%化肥（按T2比例進(jìn)行折算）+15 t/hm2蠶沙生物有機(jī)肥;T4處理：減施20%化肥（按T2比例進(jìn)行折算）+ 15 t/hm2含腐殖酸有機(jī)肥;具體施肥時(shí)間及單個(gè)小區(qū)施肥量見表1。每處理設(shè)3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，單個(gè)小區(qū)面積約20 m2（3.20 m×6.24 m）。玉米種植苗距為23 cm × 70 cm，單穴播雙粒種，待出苗后單穴保留1株苗。

1.2.2? 項(xiàng)目測(cè)定? 成熟期在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取樣5株玉米植株，分別進(jìn)行株高、莖粗、總?cè)~片數(shù)的測(cè)量和統(tǒng)計(jì)，選擇果穗往上第一片葉測(cè)量葉片的長(zhǎng)和寬及葉片SPAD值。

每個(gè)小區(qū)收獲的鮮果穗中，根據(jù)單果穗平均質(zhì)量挑選5個(gè)具有代表性果穗進(jìn)行測(cè)定，調(diào)查穗長(zhǎng)、穗粗、單穗重、穗粒重和百粒重。并分別統(tǒng)計(jì)各小區(qū)收獲的果穗總重量，折算成公頃產(chǎn)量。

每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇5個(gè)果穗，脫粒后混勻取適量進(jìn)行籽粒品質(zhì)測(cè)定，其中籽粒全氮、全磷、全鉀分別按照GB 5009.5—2016凱氏定氮法、GB 5009.87—2016鉬藍(lán)分光光度法、和GB 5009.91—2017原子吸收光譜法進(jìn)行測(cè)定;蛋白質(zhì)、脂肪和淀粉分別參照GB 5009.5—2016分光光度法、GB 5009.6—2016索式抽提法和GB 5009.9—2016酶水解法進(jìn)行檢測(cè);可溶性糖含量參照NY/T 1278—2007銅還原碘量法進(jìn)行檢測(cè)。

土壤固氮微生物數(shù)量檢測(cè)：采用平板計(jì)數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。

土壤理化性狀測(cè)定：土壤氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分測(cè)定按照鮑士旦《土壤農(nóng)化分析》[16]方法。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016軟件進(jìn)行整理，以SPSS 22.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析，以O(shè)rigin 9.0軟件進(jìn)行作圖，相關(guān)性分析使用R語(yǔ)言corrplot包進(jìn)行可視化分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同施肥處理對(duì)玉米植株農(nóng)藝性狀的影響

由表2可得，不同施肥處理對(duì)玉米植株的生長(zhǎng)影響差異較大，施肥處理（T2～T4）玉米的各項(xiàng)農(nóng)藝性狀指標(biāo)均高于對(duì)照（T1）。其中T2～T4處理玉米株高和葉片SPAD值均顯著高于T1處理，分別提高6.17%、9.37%、6.54%和7.72%、8.59%、7.34%;T2處理葉片長(zhǎng)和葉片寬與T1處理相比差異并不顯著，而T3和T4處理較對(duì)照分別顯著提高7.16%、5.04%和6.32%、7.52%;T3處理的玉米植株莖粗和葉片長(zhǎng)較T2處理顯著提高11.94%和4.53%，結(jié)果表明有機(jī)肥部分替代化肥能顯著促進(jìn)玉米植株莖稈的生長(zhǎng)和葉片伸長(zhǎng)。綜上，不同有機(jī)肥部分代替化肥能更好地促進(jìn)玉米植株的生長(zhǎng)，且部分指標(biāo)顯著優(yōu)于施用全量化肥處理。

2.2? 不同施肥處理對(duì)玉米產(chǎn)量及果穗性狀的影響

產(chǎn)量是影響玉米價(jià)值和農(nóng)民收入的重要指標(biāo)。本次試驗(yàn)中，T2～T4處理產(chǎn)量均顯著高于T1處理（7.57 t/hm2），分別提高17.17%、15.59%和14.27%。T2～T4處理間產(chǎn)量差異并不顯著（圖1）。

不同處理下玉米果穗性狀中，T3處理的穗長(zhǎng)最大（20.02 cm）且顯著高于T2處理，其他指標(biāo)不同處理間差異并不顯著（表3）。不同施肥處理對(duì)玉米果穗性狀的影響較小，有機(jī)肥替代部分化肥較單施化肥對(duì)果穗伸長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用。

2.3? 不同施肥處理對(duì)籽粒養(yǎng)分及品質(zhì)的影響

果穗籽粒的品質(zhì)是影響其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的關(guān)鍵因素。本次試驗(yàn)中，不同施肥處理的籽粒品質(zhì)具有一定差異（表4）。其中，T2～T4處理籽粒的總磷含量顯著高于T1處理，分別顯著提高82.35%、141.18%和105.88%，且T3處理顯著高于T2處理;

T3處理籽粒可溶性糖含量最高，較T1和T4處理顯著提高61.54 %和77.97%;T3處理籽粒淀粉含量顯著低于其他處理，較T1和T2分別顯著降低8.42%和7.47%;與T2處理相比，T4處理的籽粒蛋白質(zhì)含量較T3處理顯著提高7.21%。結(jié)果表明蠶沙生物有機(jī)肥能更好地促進(jìn)籽粒中淀粉的分解并提高可溶性糖的積累，實(shí)現(xiàn)鮮食果穗口感改良，而含腐殖酸有機(jī)肥更有利于籽粒中蛋白質(zhì)的累積，提高果穗的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

2.4? 不同施肥處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量和固氮菌數(shù)量的影響

不同施肥處理中，T3處理土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，分別較T1、T2和T4顯著提高56.69%、64.52%和29.16%（圖2A）。施用有機(jī)肥能提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，對(duì)土壤改良具有一定的促進(jìn)作用。各施肥處理間土壤固氮菌數(shù)量的變化差異不顯著（圖2B）。

2.5? 各指標(biāo)間的相關(guān)性分析

綜合試驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見圖3。玉米植株農(nóng)藝性狀之間總體呈正相關(guān)關(guān)系，其中株高、莖粗和葉片長(zhǎng)寬兩兩間顯著正相關(guān)， 葉片長(zhǎng)和SPAD呈極顯著（P<0.01）正相關(guān);產(chǎn)量與玉米株高和葉片數(shù)呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明玉米植株更好的生長(zhǎng)能促進(jìn)玉米產(chǎn)量增加;籽?？偭着c株高、莖粗、葉片長(zhǎng)寬及葉片SPAD值呈顯著正相關(guān)，總鉀與葉片長(zhǎng)寬呈顯著正相關(guān)，籽粒中淀粉含量與莖粗、葉片長(zhǎng)和玉米總磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明玉米植株生長(zhǎng)較好時(shí)籽粒能更好的積累磷鉀，但不利于籽粒中蛋白質(zhì)和淀粉含量的增加，籽粒中總氮含量與蛋白質(zhì)和脂肪含量呈極顯著正相關(guān)。此外，土壤有機(jī)質(zhì)含量與玉米植株莖粗和葉片長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)能促進(jìn)玉米植株的生長(zhǎng)，為玉米高產(chǎn)提供基礎(chǔ)。

3? 討論

施肥是促進(jìn)作物生長(zhǎng)的重要農(nóng)田管理措施[17]，植株的健康生長(zhǎng)是保證作物高產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。本試驗(yàn)中，施肥處理的玉米植株生長(zhǎng)情況均優(yōu)于對(duì)照，尤其是能顯著提高玉米植株的株高及葉片SPAD值，這有利于玉米植株更好的利用自身優(yōu)勢(shì)進(jìn)行光合作用，增加干物質(zhì)的積累，提高玉米產(chǎn)量。其中T3處理玉米植株株高和葉片SPAD值最大，較T1顯著提高9.37%和8.59%，結(jié)果表明有機(jī)肥對(duì)玉米植株的生長(zhǎng)具有更好的促進(jìn)作用。這可能是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)通過改善土壤有機(jī)碳含量，增加土壤有機(jī)碳庫(kù)積累[18-19]，從而促進(jìn)作物生產(chǎn)和產(chǎn)量提高。

玉米果穗性狀是影響消費(fèi)者選擇的重要指標(biāo)，施肥能有效提高果穗性狀和產(chǎn)量。本試驗(yàn)中，施肥處理玉米產(chǎn)量均顯著高于對(duì)照，施用有機(jī)肥較單施化肥更能穩(wěn)產(chǎn)。在果穗性狀方面，T3處理穗長(zhǎng)顯著大于T2，這與李放等[15]化肥配施黃腐酸能促進(jìn)夏玉米增產(chǎn)的結(jié)論類似。

果穗品質(zhì)是影響口感、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和商品價(jià)值的關(guān)鍵因子[20]。高品質(zhì)的玉米果穗通常更受消費(fèi)者青睞。本試驗(yàn)中，施肥處理籽粒的總磷含量顯著高于對(duì)照，T3處理可溶性糖含量最高，較T1顯著提高61.54%，T4處理籽粒蛋白質(zhì)和脂肪含量最高且顯著高于T3處理。結(jié)果表明蠶沙生物有機(jī)肥能促進(jìn)籽粒中提高可溶性糖的積累，改善玉米口感，這與陵軍成[21]在化肥減施下增施生物有機(jī)肥提高人參果中可溶性糖含量的研究類似;施用含腐殖酸有機(jī)肥能更好的提高籽粒中的總氮和蛋白質(zhì)含量，這可能是腐殖酸通過增加土壤中有效氮含量[22]，促進(jìn)作物對(duì)氮的吸收，從而增加籽粒中蛋白質(zhì)等含氮化合物的含量，促進(jìn)作物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的提升。

相關(guān)性分析結(jié)果表明，玉米籽粒總氮含量提高可顯著促進(jìn)其蛋白質(zhì)和脂肪的積累，而玉米植株吸收的養(yǎng)分更多地用于植株生長(zhǎng)時(shí)，對(duì)籽粒中主要營(yíng)養(yǎng)成分的積累可能是不利的。施用蠶沙生物有機(jī)肥能更好的促進(jìn)籽粒中可溶性糖含量的增加，含腐殖酸有機(jī)肥則能更好的促進(jìn)籽粒中蛋白質(zhì)含量的提高。不同有效功能成分有機(jī)肥對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量品質(zhì)具有不同的效果，這為區(qū)域定向培育高品質(zhì)玉米的高產(chǎn)栽培提供了較好的施肥方案的參考。

4? 結(jié)論

不同有機(jī)肥代替部分化肥能更好地促進(jìn)玉米植株的生長(zhǎng)，且在保證玉米穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)能提高籽粒中可溶性糖或蛋白質(zhì)的積累，并增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，為后茬作物提供養(yǎng)分。本研究為區(qū)域化肥減施下玉米的提質(zhì)保產(chǎn)和土壤改良提供了一定的數(shù)據(jù)支撐，并提出果穗生長(zhǎng)期間提高玉米對(duì)氮的吸收可能對(duì)增加籽粒中含氮化合物的積累具有一定的促進(jìn)作用，為實(shí)現(xiàn)富含蛋白質(zhì)的高品質(zhì)玉米的高產(chǎn)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。

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