有機(jī)肥替代減施化肥對(duì)玉米磷素積累和產(chǎn)量形成影響

楊志遠(yuǎn)宋秋霞王殿堯

(1.黑龍江龍和農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，黑龍江 哈爾濱 150028；2.黑龍江省博恒認(rèn)證有限公司，黑龍江 哈爾濱 150030；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

玉米是我國重要的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物，適量的化肥可以增加玉米產(chǎn)量和提高玉米品質(zhì)，但是長期過量施用化肥會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)、肥料利用效率降低。有機(jī)肥不僅含有作物生長所需的氮、磷、鉀等大量元素以及鐵、錳、鋅、銅等微量元素，還含有氨基酸和蛋白質(zhì)等有機(jī)養(yǎng)分。此外，有機(jī)肥還含有大量腐植酸與微生物等物質(zhì)，可提升土壤質(zhì)量和肥力。有機(jī)肥與化肥的配合施用能夠發(fā)揮有機(jī)肥持久性與化肥速效性的優(yōu)點(diǎn)，為作物各階段的生長發(fā)育提供養(yǎng)分[1]。很多研究者認(rèn)為，有機(jī)無機(jī)肥的合理配施，是提高土壤肥力與作物增產(chǎn)提質(zhì)的重要因素[2,3]。國內(nèi)外一些研究表明，有機(jī)肥替代部分化肥后，能協(xié)調(diào)有機(jī)和無機(jī)養(yǎng)分的平衡供應(yīng)，提高土壤養(yǎng)分如有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀等含量，有利于促進(jìn)作物增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[4-7]。因此，有機(jī)肥與無機(jī)肥的配施可提高作物對(duì)養(yǎng)分的吸收及肥料利用率，使肥料效益最大化，減少不合理的肥料投入并達(dá)到作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。

磷素作為作物生長發(fā)育所需的3大主要營養(yǎng)元素之一，對(duì)玉米的生長及最終產(chǎn)量的形成起著重要作用[8]。磷素是玉米的敏感性元素，直接參與玉米光合作用中的光合磷酸化和碳水化合物的合成與運(yùn)轉(zhuǎn)及其體內(nèi)多個(gè)代謝過程[9]，對(duì)提高玉米產(chǎn)量具有不可替代的作用。本試驗(yàn)在東北草甸黑土研究有機(jī)無機(jī)配施下的減量施肥，明確配施有機(jī)肥條件下減施化肥玉米磷素吸收累積特征，以磷肥利用效率、產(chǎn)量特征等多個(gè)角度提出減肥適宜用量，旨在為玉米生產(chǎn)提供理論依據(jù)。為保證糧食安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，配施有機(jī)肥減施化肥，可以提高有機(jī)肥資源的使用量和利用率，達(dá)到高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)雙目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)“化肥零增長”。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和供試品種

試驗(yàn)于2020年在黑龍江省綏化市北林區(qū)團(tuán)結(jié)村試驗(yàn)基地(E126°47′，N46°35′，海拔158m)進(jìn)行。供試玉米品種為“鑫鑫1號(hào)”。供試土壤類型為黑土，土壤基礎(chǔ)肥力為pH 6.68，有機(jī)質(zhì)33.32g·kg-1，堿解氮224mg·kg-1，速效磷27.10mg·kg-1，速效鉀130.5mg·kg-1。

1.1.2 供試肥料

化肥：氮肥為尿素(N 46%)；磷肥為磷酸二銨(N 18%，P2O546%)；鉀肥為氯化鉀(K2O 60%)。

有機(jī)肥為綏化當(dāng)?shù)剞r(nóng)民利用牛糞堆肥制成。有機(jī)質(zhì)32.5%；全氮1.01%；全磷(P2O5)1.11%；全鉀(K2O)0.54；pH 7.44；含水率40%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為裂區(qū)試驗(yàn)。試驗(yàn)于2020年5月3日播種，2020年10月20日收獲。采用精準(zhǔn)機(jī)械作業(yè)播種施肥，每個(gè)處理播種12壟，壟長為75m，壟寬為0.65m，種植密度為5.6萬株·hm-2。玉米在拔節(jié)期追氮鉀肥，氮肥的種追肥比為3∶7，有機(jī)肥作為基肥一次性施入。試驗(yàn)設(shè)7個(gè)處理，分別為M0+F、M1+F1、M1+F2、M2+F1、M2+F2、M3+F1、M3+F2。其中，M0不施用有機(jī)肥；M1有機(jī)肥低量12t·hm-2；M2有機(jī)肥中量24t·hm-2；M3有機(jī)肥高量36t·hm-2。F綏化市常規(guī)施肥；F1減施化肥20%；F2減施化肥40%。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 玉米地上部磷素積累量的測(cè)定

分別于拔節(jié)期(6月27日)、大喇叭口期(7月25日)、灌漿期(8月31日)、成熟期(10月15日)，在每個(gè)裂區(qū)隨機(jī)取3～5株玉米植株樣品，將莖稈、葉片分離，于烘箱105℃殺青30min，80℃烘干至恒重。將植株樣品各器官烘干磨細(xì)后采用濃H2SO4-H2O2法消煮，植株全磷含量用鉬銻抗比色法測(cè)定。

玉米莖/葉磷積累量(kg·hm-2)=莖/葉干物質(zhì)重×莖/葉全磷含量

1.3.2 玉米產(chǎn)量的測(cè)定

成熟期每個(gè)處理取10m2玉米穗進(jìn)行測(cè)產(chǎn)和室內(nèi)考種，以14%含水率重量折算小區(qū)產(chǎn)量，調(diào)查指標(biāo)有穗數(shù)、行粒數(shù)、百粒重，計(jì)算其含水率和產(chǎn)量，取其平均值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)結(jié)果均使用平均值(n=3)表示，使用Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理；SPSS 26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥替代減施化肥對(duì)玉米莖稈和葉片養(yǎng)分積累量的影響

2.1.1 有機(jī)肥替代減施化肥對(duì)玉米莖稈磷積累量的影響

從圖1可知，在減施化肥處理下玉米莖稈的磷積累量均隨生育期推進(jìn)整體增加，且呈單峰曲線變化，在灌漿期達(dá)峰值，成熟期下降。

圖1 不同處理玉米莖稈磷積累量變化

在拔節(jié)期，在F1(減施化肥20%)條件下，M1+F1處理、M3+F1處理玉米莖稈磷積累量分別比M0+F處理高7.05%、43.17%，M2+F1處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理低16.74%，各處理間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)；大喇叭口期，M1+F1處理、M3+F1處理玉米莖稈磷積累量分別比M0+F處理高6.07%、3.30%，M2+F1處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理低11.10%，各處理間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)；灌漿期，M2+F1處理、M3+F1處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理高3.75%、42.08%，M1+F1處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理低2.81%，各處理間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。在F2(減施化肥40%)條件下，M1+F2處理、M3+F2處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理低17.39%、8.61%，M2+F2處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理高1.62%，各處理間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。成熟期，M1+F1處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理低4.31%，M2+F1處理、M3+F1處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理高4.75%、24.38%，各處理間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)；在拔節(jié)期、大喇叭口期、成熟期，M1+F2處理、M2+F2處理、M3+F2處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理低，各處理間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

各時(shí)期中，M1+F1處理玉米莖稈磷積累量高于M1+F2處理、M2+F1處理玉米莖稈磷積累量高于M2+F2處理、M3+F1處理玉米莖稈磷積累量高于M3+F2處理，且兩者間差異較為顯著(P<0.05)。

2.1.2 有機(jī)肥替代減施化肥對(duì)玉米葉片磷積累量的影響

從圖2可知，玉米葉片磷積累量隨生育期進(jìn)程呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，與玉米莖稈磷積累變化趨勢(shì)一致，但與莖稈磷積累量不同的是，葉片磷積累量在拔節(jié)期到大喇叭口期迅速升高，且在大喇叭口期有峰值，而后逐漸降低。

圖2 不同處理玉米葉片磷積累量變化

在拔節(jié)期，M1+F1處理、M2+F1處理、M3+F1處理玉米葉片磷積累量分別比M0+F處理高1.21kg·hm-2、0.58kg·hm-2、2.54kg·hm-2，且均與M0+F處理間差異顯著(P<0.05)，M3+F1處理玉米葉片磷積累量比M0+F處理高84.95%。大喇叭口期，M1+F1處理、M3+F1處理玉米葉片磷積累量分別比M0+F處理高1.48%、18.78%，M2+F1處理玉米葉片磷積累量比M0+F處理低2.97%。灌漿期，M2+F1處理、M3+F1處理玉米葉片磷積累量分別比M0+F處理高4.43%、11.02%，M1+F1處理玉米葉片磷積累量比M0+F處理低72.73%，且各處理差異不顯著(P>0.05)。M2+F2處理玉米葉片磷積累量比M0+F處理低11.08%，M3+F2處理玉米葉片磷積累量比M0+F處理高1.87%，各處理差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。成熟期，M1+F1處理、M2+F1處理、M3+F1處理玉米葉片磷積累量分別比M0+F處理高9.84%、1.37%、10.98%，且各處理差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。在拔節(jié)期、大喇叭口期、成熟期，M1+F2處理、M2+F2處理、M3+F2處理玉米葉片磷積累量均比M0+F處理低。

各時(shí)期中，M1+F1處理玉米葉片磷積累量高于M1+F2處理、M2+F1處理玉米葉片磷積累量高于M2+F2處理、M3+F1處理玉米葉片磷積累量高于M3+F2處理，且兩者間差異較為顯著(P<0.05)。

2.2 有機(jī)肥替代減施化肥對(duì)玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1可知，M1+F1處理的穗數(shù)、百粒重較M0+F處理分別增加8.64%、2.06%，但產(chǎn)量低于M0+F處理，且差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。M2+F1處理較M0+F處理的穗數(shù)、百粒重分別增加5.71%、2.65%。M3+F1處理的穗數(shù)、百粒重、產(chǎn)量等指標(biāo)在所有處理中均表現(xiàn)最高，M3+F1處理的穗數(shù)、百粒重、產(chǎn)量較M0+F處理分別增加7.74%、4.75%、9.53%，且差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

表1 不同處理玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素

M1+F2處理穗數(shù)、百粒重、產(chǎn)量較M0+F處理分別降低2.88%、1.27%、13.01%。M2+F2處理與M0+F處理相比，穗數(shù)、百粒重、產(chǎn)量分別降低2.33%、1.08%、1.35%。M3+F2處理的穗數(shù)、百粒重、產(chǎn)量等指標(biāo)在所有處理中均表現(xiàn)最高，M3+F2處理的穗數(shù)、百粒重、產(chǎn)量較M0+F處理分別增加1.51%、0.13%、2.11%，除百粒重外其余皆差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

M1+F1處理、M1+F2處理與M2+F2處理產(chǎn)量分別較M0+F處理減少3.31%、13.01%和1.35%，說明與農(nóng)民常規(guī)施肥方式相比，這3個(gè)處理會(huì)使玉米減產(chǎn)。M2+F1處理、M3+F1處理、M3+F2處理產(chǎn)量均高于M0+F處理，且M3+F1處理達(dá)到產(chǎn)量最大值10572.30kg·hm-2。因此，合理配施有機(jī)肥減施化肥是獲得玉米高產(chǎn)的關(guān)鍵。

3 討論

玉米各器官磷素積累分配與轉(zhuǎn)運(yùn)隨著生育期的推進(jìn)發(fā)生相應(yīng)的變化，不斷的密切協(xié)調(diào)、有序配合以保證后期的生長發(fā)育，有機(jī)無機(jī)配施可以在一定程度上改變玉米體內(nèi)磷積累量的變化。景立權(quán)等[10]研究表明，施用有機(jī)肥在玉米生育后期更加有利于磷素向籽粒的轉(zhuǎn)移，當(dāng)葉片、莖稈與穗部都充分吸收養(yǎng)分后才能將養(yǎng)分有效地供給籽粒，最終使玉米高產(chǎn)，因此作物的產(chǎn)量直接或間接受磷在其器官內(nèi)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)情況的影響。李翠蘭等[11]研究表明，有機(jī)無機(jī)肥配施處理的植株磷素積累量較單施化肥處理增加了13.7%～41.5%。本研究結(jié)果表明，與單施化肥相比，在F1(減施化肥20%)條件下，各時(shí)期M3+F1處理玉米葉片、莖稈磷積累量為最高值，且比M0+F處理玉米莖稈磷積累量高10.98%～84.95%和3.30%～43.17%。在F2(減施化肥40%)條件下，各時(shí)期M3+F2處理玉米葉片磷積累量皆為最高值。除灌漿期外，M3+F2處理玉米莖稈磷積累量皆為最高值。玉米葉片和莖稈磷積累量隨生育期推進(jìn)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，由此表明，適當(dāng)減量化肥與有機(jī)肥的合理配施，可有效增加玉米磷積累量。

劉恩科等[11]研究認(rèn)為，氮、磷、鉀肥的均衡施用或氮、磷、鉀肥與有機(jī)肥配合施用，可以改善玉米植株的生物學(xué)性狀和提高玉米產(chǎn)量。呂鳳蓮等[12]研究發(fā)現(xiàn)，與單施化肥相比，有機(jī)肥替代75%化肥可使小麥、玉米顯著增產(chǎn)。本試驗(yàn)證明，減施化肥20%和減施化肥40%配施適量有機(jī)肥可以有效降低玉米的禿尖長，顯著提高玉米的產(chǎn)量構(gòu)成要素，提高玉米產(chǎn)量，其中M3處理效果最為明顯，可以看出有機(jī)無機(jī)配施能在減施化肥40%同時(shí)保持玉米穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)減肥增效，提高玉米產(chǎn)量。合理的有機(jī)無機(jī)肥料配比可提高農(nóng)作物產(chǎn)量，但若配比不當(dāng)則可能導(dǎo)致減產(chǎn)[13]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，M1+F1處理、M1+F2處理、M2+F2處理玉米產(chǎn)量低于常規(guī)處理的玉米產(chǎn)量，由此可見，不合理的減施化肥配施有機(jī)肥會(huì)降低玉米產(chǎn)量。

4 結(jié)論

隨著玉米生育時(shí)期的推進(jìn)，玉米莖稈和葉片磷素積累量變化趨勢(shì)為先升高后逐漸降低的趨勢(shì)，莖稈磷素積累量在灌漿期達(dá)到最大值，葉片磷素積累量在大喇叭口期達(dá)到最大值；玉米干物質(zhì)重呈先增加后減少的趨勢(shì)，在灌漿期達(dá)到最大值。在F1(減施化肥20%)和F2(減施化肥40%)條件下，各時(shí)期磷素含量均在M3處理中出現(xiàn)最高值，其中M3+F1處理最高，能夠最為有效地為玉米生長提供充足養(yǎng)分。添加有機(jī)肥可顯著提高玉米產(chǎn)量，其中減施化肥20%配施高量有機(jī)肥(M3+F1)處理增產(chǎn)效果最為明顯。