化肥有机替代对皖北地区夏玉米生长及产量构成的影响

许忠兵, 李孝良, 2*, 胡立涛, 吴长昊, 丁馨怡, 肖 新

(1.安徽科技学院 资源与环境学院，安徽 凤阳 233100；2.农业部生物有机肥创制重点实验室，安徽 蚌埠 233400)

作为我国第一大小麦主产区、第二大玉米种植区、“第二粮仓”的黄淮南片砂姜黑土的改良利用与产能提升对保障我国农业安全有重要意义[1]。化肥施用量的增加，我国农产品生产，尤其是粮食连年增产起到了关键作用，但也带来耕地酸化、盐渍化、污染等土壤质量下降问题[2-4]。农业部2015年提出了到2020年化肥零增长行动方案，科技部也开展了化肥减量增效专项研究。有机肥与无机肥配施是砂姜黑土培肥的主要措施之一[5-6]。在江苏，与单施化学氮肥相比，氮用量为180 kg/hm2并且有机肥料氮的替代率在15%～30%能够显著提高水稻的稻谷产量[7]；在东北，有机肥替代30%化肥氮，不影响春玉米籽粒产量、粗蛋白产量，并显著降低收获期土壤矿质氮残留[8]；在华北平原，有机肥替代30%无机肥处理能够保证粮食产量，有机肥替代50%无机肥处理更能提高土壤肥力[9]。本研究针对“第二粮仓”黄淮南片主要土壤类型砂姜黑土，开展化肥有机替代比例试验，探讨玉米化肥减量化栽培技术，为皖北夏玉米的化肥施用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

试验区属于华北暖温带半湿润季风气候，年均气温15 ℃，无霜期约210 d，年降雨量约1 000 mm。供试土壤为砂姜黑土，质地粘壤土，耕作层土壤pH值为7.91，有机质含量10.7 g/kg，全氮含量0.941 g/kg，碱解氮含量80.2 mg/kg，有效磷含量 28.8 mg/kg，速效钾 241 mg/kg。

1.2 供试材料

1.2.1 供试玉米 品种为淮海26。

1.2.2 供试肥料 无机复混肥(质量比为N∶P2O5∶K2O = 25∶13∶7)；有机肥(质量比为N∶P2O5∶K2O=2∶1.1∶1.9，有机质≥45%)。

表1 皖北夏玉米化肥有机替代田间试验方案设计

1.3 试验设计及处理

1.3.1 试验方案设计 试验采用单因素试验方案设计，以空白(CK)、无机肥(NPK)、有机肥(OF)为对照，设置有机肥替代0%、20%、40%化肥，即有机肥+100%化肥(OF100)、有机肥+80%化肥(OF80)、有机肥+60%化肥(OF60)三个替代比例，重复三次，随机区组排列(表 1)。

1.3.2 试验方法设计 试验于2016 年6 月18 日在宿州市埇桥区灰古镇宿州淮河种业有限公司进行(33°41′32″N；117°04′26″E；H：43 m)。小区面积为200 m2，在秸秆粉碎还田基础上，基肥一次性施入，通过旋耕的方式让基肥与土壤充分混匀。6 月19 日机械播种，行距0.6 m，株距 0.24 m进行，基本苗4 500株/667 m2。追肥于玉米大喇叭口期趁雨根部撒施，10 月10 日玉米收获测产。玉米田间管理、病虫害防治按常规进行。

1.3.3 样品采集方法 在玉米苗期(7 月15 日)、拔节期(8 月3 日)、孕穗期(9 月13 日)、收获期(10 月10 日)采集玉米地上部植株样品 5 株，称鲜重后采用烘干法测定植株干物质重。于玉米孕穗期测定穗位叶SPAD值，于玉米收获期小区分5 点，每点收取2 m行长玉米穗，考种计产。

1.3.4 数据处理方法 采用DPS 7.05软件对数据统计分析，差异显著性测验采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 化肥有机替代比例对玉米干物质累积的影响

肥料施用可显著提高皖北夏玉米干物质累积量(图1)。玉米苗期、拔节期、孕穗期，各施肥处理玉米干物质累积量均显著高于不施肥处理(CK)，但不同施肥处理间差异不显著；至收获期，化肥有机替代(OF100、OF80、OF60)相对无机肥处理(NPK)干物质量有增加趋势，显著高于纯有机肥处理(OF)。收获期玉米干物质累积量以有机肥+80%无机肥处理(OF80)、有机肥+60%无机肥处理(OF60)、有机肥+100%无机肥处理(OF100)处理相对较高，分别为357.27 g/株、341.63 g/株、335.75 g/株，其次为无机肥处理(NPK)和有机肥处理(OF)，玉米干物质量分别为324.20 g/株、302.15 g/株，以不施肥处理(CK)最低，玉米干物质量仅为271.51 g/株。在玉米生育前期，化肥和化肥有机替代均可有效提高玉米干物质累积量，但生育后期，适当比例的化肥有机替代，可有效改善玉米养分供应，提高玉米干物质累积量。

图1 化肥有机替代比例对玉米干物质量的影响

注：同一生育期，各处理不同字母表示差异达5%显著水平。下同。

Note：The different letters in the same growth stage mean significant difference at levels of 0.05, respectively. The same below.

2.2 化肥有机替代比例对玉米孕穗期叶绿素含量的影响

叶绿素是一类反映作物光合能力和氮素营养状况的指标。田间试验结果表明，化肥有机替代各处理间皖北夏玉米孕穗期叶片SPAD 值有显著差异(图2)，肥料施用可显著提高玉米叶片SPAD值。供试各肥料处理中，玉米SPAD值以NPK、OF80、OF100处理相对较高，分别为61.2、58.7、57.7，其次为OF、OF 60处理，SPAD值分别为55.7、55.3，而以CK处理最低，SPAD值仅为41.4。叶绿素含量与玉米氮素营养有关，无机肥前期通过基肥，后期通过追肥来保障氮素供应，SPAD较高，但实际生产中也发现无机肥处理相对于化肥有机替代，成熟期提前3～5天，这可能与无机肥处理玉米生育后期氮素供应不足出现早衰有关；有机肥部分替代化肥，适当降低基肥和追肥用量，可改善玉米生育后期氮素营养状况，利于光合产物的累积，提高玉米产量。

2.3 化肥有机替代比例对玉米产量的影响

玉米产量的形成与养分供应直接相关，施肥可显著提高皖北夏玉米产量(图3)。供试各处理中，以OF100、OF80处理夏玉米产量最高，分别为644.8 kg/667 m2、628.1 kg/667 m2，其次为NPK、OF60处理，玉米产量分别为572.5 kg/667 m2、555.8 kg/667 m2，而以CK处理玉米产量最低，仅为400.2 kg/667 m2。适当比例的化肥有机替代，可显著提高夏玉米产量，本研究中，每667 m2施用有机肥100 kg，化肥减量20%，夏玉米产量较空白(CK)增产56.9%，较无机肥(NPK)增产9.7%。

图2 化肥有机替代比例对玉米孕穗期SPAD值影响

图3 化肥有机替代比例对玉米产量的影响

2.4 化肥有机替代比例对玉米产量构成的影响

有机替代比例不同化肥试验玉米产量构成分析结果表明(表2)，在基本苗保持相对一致下，有机肥(OF)相对空白处理(CK)，通过提高穗粒数增加玉米产量，但相对无机肥处理(NPK)，OF处理的株穗数、穗粒数、千粒重均低于NPK处理，其产量也相对较低。有机肥替代40%化肥处理(OF60)，穗粒数、千粒重与NPK处理无显著差异，但株穗数显著低于NPK处理，影响玉米产量。有机肥替代0%和20%化肥处理(OF100、OF80)处理，相对NPK处理，可有效提高玉米千粒重，达到玉米增产的作用。适当比例的化肥有机替代，可改善玉米生育后期养分供应，最大限度地保持绿叶面积，增加光合强度，延长灌浆时间，促进光合产物的运输、转移，提高粒重，增加玉米产量。本试验中，每667 m2施用有机肥100 kg，化肥减量20%，可有效改善玉米产量构成，提高玉米产量，增加玉米种植效益。

表2 不同有机无机配施比例对玉米产量构成影响

注：表中数据为三次重复均值，同列数据后不同字母表示差异达5%显著水平。

Note：The data in the table is three repeated averages. The different letters in a column mean significant difference at levels of 0.05, respectively.

3 结论与讨论

不同养分管理模式对土壤环境、作物生长产生不同影响。近年来，化肥的高投入对粮食单产的贡献未达到预期贡献，农业生产面临增肥不增产、土壤环境污染等问题[2-3]。有机肥养分完全、肥效较长、调节土壤理化性状、提高土壤缓冲能力和保水保肥能力、改善作物品质等优点[10]，有机肥部分替代化肥在水稻[7]、小麦[11]、玉米[6,8]等作物生产中是可行的。但并不是有机肥替代比例越高越好，不同作物对有机肥的需求存在一个最佳比例[12]。刘盼盼等研究表明[13]，在皖北麦玉轮作体系，在秸秆还田的基础上，施用3 000～6 000 kg/hm2有机肥料，减少30%～50%的化肥用量，对小麦、玉米产量没有显著影响。本研究也表明，每667 m2施用有机肥100 kg，减少20%化肥用量，皖北夏玉米产量较无机肥处理增产9.7%，且产量与有机肥配合100%化肥处理(OF100)无显著差异，适宜在皖北夏玉米中推广应用。