红壤旱地有机肥不同施用量对春玉米生物学特性及产量的影响

2014-09-24徐一兰刘唐兴蒋志鹏

湖南农业科学 2014年11期

徐一兰，刘唐兴，蒋志鹏

(1．湖南生物机电职业技术学院，湖南长沙 410127；2.湖南省永州市农业局, 湖南永州 425000)

我国亚热带红壤旱地主要分布在江西、湖南等省的丘陵、台地及山岗地带，统计面积为211.2万km2，约占全国土地面积的22%。红壤旱地耕层土壤存在“酸、浅、瘦、板、旱”特点，有机质含量不高，肥力水平低[1]，不利于作物高产；因此，合理施肥是提高红壤旱地肥力，保证作物高产的重要措施之一。玉米是南方地区第三大粮食作物，常年种植面积62.74万hm2。玉米是对肥料需求量较大的作物之一，因此根据当地的土壤肥力条件进行合理施肥不仅有利于获得较高的产量，还有利于改善土壤理化性质、改善产品品质和增强植株对外部环境的抗逆能力[2]。当前，有关不同施肥模式条件下，主要开展了土壤营养特性[3-5]、玉米生长发育[6-7]、生理生化[8]、产量和品质性状[9-11]等方面的研究，红壤旱地有机无机配施不同施肥模式对春玉米生长发育及产量[10,12-14]等方面也开展了部分研究，但缺乏对春玉米生物学特性及产量的系统研究。因此，本文以当地传统施肥习惯为对照，初步研究了不同有机肥施用量对春玉米干物质积累和产量的影响，从而为指导培肥红壤旱地、优化施肥结构和高产栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本研究试验地位于湖南省冷水滩区伊塘镇。供试土壤为红壤，试验前耕层土壤理化性状：有机质2.40 g/kg，速效氮82.2 mg/kg，有效磷5.24 mg/kg，速效钾50.5 mg/kg，pH 5.5。试验地属于中亚热带气候，年均气温17.8℃，≥10℃积温5 300.0℃，无霜期260 d，年降雨量1 500 mm。

1.2 试验设计

试验设5个处理：常规施肥+有机肥施用量7 500 kg/hm2（T1）、常规施肥+有机肥施用量11 250 kg/hm2（T2）、常规施肥+有机肥施用量15 000 kg/hm2（T3）、常规施肥+有机肥施用量18 750 kg/hm2（T4）和常规施肥（CK，当地传统施肥），每个处理3次重复，田间采取随机区组排列，小区面积为17.6 m2，小区四周加设保护行。玉米供试品种为临奥1号。于2013年3月25日播种，每小区播种密度为88穴，每穴播2粒，待玉米出苗后定苗以确保全苗。常规施肥的基肥为贵州西洋肥业有限公司提供的西洋牌复合肥 (N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)，施肥量450.0 kg/hm2；有机肥为猪粪（有机质含量94.9 g/kg，全N 23.6 g/kg，P2O558.5 g/kg，K2O 16.4 g/kg）；各施肥处理的基肥均为复合肥，肥料均全部在整地前一次性施入，施肥量均为750 kg/hm2，有机肥在整地后按施用量采用穴施一次性施入，然后进行播种；均于4月25日追施拔节肥（N 69.0.0 kg/hm2），均于5月15日追施穗肥（N 138.0 kg/hm2）。其它栽培管理技术与大田生产一致。

1.3 测定内容和方法

1.3.1 株高分别在春玉米的苗期、拔节期、抽雄期和成熟期，于每个小区随机选择8株玉米植株测定其株高，计算平均值。

1.3.2 叶面积、叶面积指数和干物质分别在春玉米的苗期、拔节期、抽雄期和成熟期，每个小区取3株植株测量单株叶面积（单株叶面积=长×宽×0.75）；计算叶面积指数（单株叶面积×单位土地面积内株数/单位土地面积）。在测定单株叶面积后，将植株分根、茎、叶等部位于105℃条件进行杀青，经80℃烘干至恒重，测定各部位的干物质量。

1.3.3 产量构成因素和产量成熟期，统计各小区玉米株数，选择10株进行穗位高的测量；每小区随机选择15穗测定以下指标：穗粗、穗长、秃顶长、穗行数、行粒数、穗粒数和籽粒干重；同时，测定各小区玉米实际产量。根据各处理的投入和产出等各个方面情况计算其产投比。

1.4 数据处理

数据的相关处理采用Excel 2003软件，方差分析和多重比较均采用DPS软件进行，多重比较采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 有机肥不同施用量对春玉米株高的影响

由图1中可知，在春玉米主要生育时期，各处理春玉米株高大小顺序表现为常规施肥+有机肥施用量18 750 kg/hm2（T4）＞常规施肥+有机肥施用量15 000 kg/hm2（T3）＞常规施肥+有机肥施用量11 250 kg/hm2（T2）＞常规施肥+有机肥施用量7 500 kg/hm2（T1）＞常规施肥（CK）。苗期和拔节期，各处理春玉米植株株高间的差异均未达显著水平；抽雄期，T3和T4处理植株株高均为最高，均显著高于T1、T2和CK，分别比CK增加46.2 cm和47.6 cm；成熟期，T4和T3处理均为最高，显著(P<0.05)高于其它处理，分别比T1和CK增加17.66 cm、22.66 cm和13.53 cm、18.53 cm。

图1 有机肥不同施用量对春玉米株高的影响Fig.1 Effect of different organic fertilizer treatments on plant height of spring maize

2.2 有机肥不同施用量对春玉米叶面积和叶面积指数的影响

各处理玉米的单株叶面积呈先增加后降低的变化趋势，在抽雄期达到峰值（表1）。不同处理玉米的单株叶面积高低顺序表现为T4＞T3＞T2＞T1＞CK。在春玉米主要生育时期，以T4处理单株叶面积为最高，均显著(P<0.05)高于其它处理。苗期和拔节期，T2、T3、T4处理单株叶面积均显著(P<0.05)高于对照；抽雄期和成熟期，T1、T2、T3、T4均显著(P<0.05)高于对照，但T1和T2之间，T3和T4之间的差异没有达到显著水平。

在春玉米植株的主要生育时期，不同处理玉米叶面积指数（LAI）呈抛物线的变化趋势，其大小顺序表现为T4＞T3＞T2＞T1＞CK。苗期和拔节期，T4、T3、T2处理叶面积指数均显著(P<0.05)高于对照；抽雄期和成熟期，所有处理叶面积指数均明显高于CK（表1）。

2.3 有机肥不同施用量对春玉米干物质积累的影响

表2中结果表明，有机肥不同施用量对春玉米主要生育时期不同部位干物质积累量具有一定的影响。苗期，不同处理植株间的根系干重无显著性差异；抽雄期和成熟期，均以T4处理为最高，与其它处理的差异均达显著差异(P<0.05)。植株的茎干重均在抽雄期达到峰值。苗期，不同处理植株间茎干重无显著性差异；拔节期，T4处理的茎干重与T1、CK的差异达显著水平(P<0.05)；抽雄期和成熟期，T3和T4处理茎干重均为最高，分别比CK增加43.88、57.13 g/株和23.72、25.10 g/株。不同处理植株间叶干重高低顺序表现为T4＞T3＞T2＞T1＞CK。苗期，T2、T3和T4处理叶干重均显著(P<0.05)高于T1和CK；其它主要生育时期，T4处理与CK的差异均达显著水平(P<0.05)，分别比CK增加1.85、15.25、12.20 g/株（表2）。

表1 春玉米叶面积和叶面积指数在有机肥不同施用量条件下的变化Table 1 Effects of different organic fertilizer treatments on leaf area and leaf area index of spring maize

表2 有机肥不同施用量对春玉米干物质积累的影响Table 2 Effect of different organic fertilizer treatments on dry matter accumulation of spring maize

2.4 有机肥不同施用量对春玉米产量构成因素和产量的影响

表3显示，不同处理植株间的穗位高、穗粗、行数与CK的差异均未达显著水平；但其秃顶长均显著低于CK(P<0.05)；T2、T3和T4处理的穗长与CK的差异均达显著水平(P<0.05)；T4处理的行粒数、每穗粒数、百粒重与CK的差异均达显著水平(P<0.05)；T1和T2处理的行粒数、每穗粒数和百粒重均高于CK，但均无显著性差异。

不同处理玉米产量大小顺序为T4＞T3＞T2＞T1＞CK。其中以T4和T3处理为最高，分别达9171.45、9027.75 kg/hm2，均显著(P<0.05)高于对照，分别比对照增加24.72%、22.77%；其次是T2和T1处理，产量分别为8572.05和8083.95 kg/hm2，分别比对照增加16.57%和9.93%。

2.5 有机肥不同施用量对春玉米经济效益的影响

根据各处理的投入和产出等各个方面的计算结果，春玉米增施有机肥后，有利于获得较高的经济产值和较佳的经济回报（表4）。各处理中，以T4处理经济效益最高，产值为22 928.63元/hm2，比对照增加4 544.63元/hm2，其大小顺序为T4＞T3＞T2＞T1＞CK。产投比以T3处理为最高，为4.78∶1，其次是T2处理，产投比为4.72∶1。

3 结论

在红壤旱地对当地常规施肥基础上增施有机肥的条件下，采用穴施的方式增施不同用量的有机肥，能有效地促进春玉米植株的生长发育，增加春玉米在各主要生育时期的叶面积与叶面积指数、地下和地上部干物质积累量，进而有效地改善了春玉米的穗部经济性状，从而获得较高的产量，其增产效果随着有机肥施用量的增加而增加。本研究中，春玉米在常规施肥基础上有机肥施用量为15 000～18 750 kg/hm2采用穴施的方式能获得较高的产量和经济效益。

4 讨论

前人研究显示，作物的养分主要来源于外部施入的肥料，肥料对作物的营养代谢与循环具有十分重要的意义，从而最终影响作物的产量[3-4,9]。玉米植株所积累的干物质大部分均来源于植株叶片的光合作用，在影响其光合作用的许多因素中，叶面积和叶面积指数是两个十分关键的因素。王存连等[15]研究认为，在合理的范围之间，玉米群体的叶面积指数越高，其光合速率、产量也就越高。在众多影响玉米植株叶面积和叶面积指数的因素中，其中肥水条件是十分关键的因素之一。在本试验中，传统施肥基础上增施有机肥有利于增加单位面积玉米的单株叶面积和叶面积指数，增加叶片的受光面积、提高光能利用率，且光合作用的强度与其有机肥施用量呈正相关关系；在春玉米全生育期，玉米叶面积受有机无机肥配施的影响主要是在生育后期，它能延缓植株叶面积指数的降低速率，有利于延长光合作用的时期和干物质的积累，为获得高产奠定了相应的物质基础，这与于天一等[12]研究结果相一致。在本研究中，在生育前期各施肥处理对春玉米株高无明显影响，在生育后期（抽雄期后）逐渐产生明显的效应，其原因可能是由于有机肥肥效缓慢，在玉米的生育后期有机肥的肥效才逐渐发挥，从而促进植株的生长发育。

表3 有机肥不同施用量对春玉米产量构成因素和产量的影响Table 3 Effect of different organic fertilizer treatments on yield components and yield of spring maize

表4 有机肥不同施肥处理经济效益分析Table 4 Effect of different organic fertilizer treatments on economic performance of spring maize

大量的研究结果表明，玉米产量的高低与肥料的种类、数量和施用方式等关系密切[16]。有研究认为，有机肥和无机肥配合施用，在一定程度上有利于增加玉米产量[9-10,17]。本研究中，在常规施肥的基础上，有机肥穴施均能促进玉米植株的生长发育和干物质积累；拔节期、抽雄期和成熟期，以有机肥施用量为18 750 kg/hm2和15 000 kg/hm2处理植株的根系干重、茎干重均显著(P<0.05)高于其它处理；有机肥施用量为18 750 kg/hm2处理植株的叶干重显著高于常规施肥；这表明随着有机肥施用量的增加，春玉米地下和地上部干物质积累量也随之增加，从而为春玉米获得高产奠定了物质基础。玉米是喜肥的作物之一，玉米若要获得较高的产量需合理配施氮、磷、钾等肥料，如化肥与有机肥有机结合，可明显增加玉米产量[18]。吴巍等[19]研究表明，猪粪型有机肥配施无机肥有利于提高春玉米百粒重和植株地上部干物质量，其增产效果明显。本研究中，在当地传统施肥基础上增施有机肥，有利于促进植株生长发育和干物质的积累，改善玉米的穗部经济性状（如行粒数、每穗粒数和百粒重等），从而获得较高的产量，增产效果随着有机肥施用量的增加而增加，各处理玉米产量分别比对照增加9.93%、16.57%、22.77%和24.72%，其增产原因主要是行粒数、每穗粒数和百粒重的增加所致。

在本研究中，仅针对有机肥不同施用量对红壤旱地春玉米干物质积累和产量影响进行了初步探索，不同施肥模式对红壤旱地春玉米植株地上和地下部理化特性的影响及土壤水分和肥料利用率差异还需进一步探索。

[1]王伯仁, 徐明岗, 文石林.长期不同施肥对旱地红壤性质和作物生长的影响[J].水土保持学报, 2005, 19(1): 97-100,144.

[2]郑若良, 宋志荣.施肥对玉米产量及品质的影响研究[J].杂粮作物, 2003, 23(4): 239-241.

[3]邵兴华, 徐金仁, 张建忠, 等.长期施肥对旱地红壤肥力和酶活性的影响[J].生态环境学报, 2011, 20(2): 266-269.

[4]孔宏敏, 何圆球, 吴大付, 等.长期施肥对红壤旱地作物产量和土壤肥力的影响[J].应用生态学报, 2004, 15(5): 782-786.

[5]朱平, 彭畅, 高洪军, 等.长期培肥对土壤肥力及玉米产量的影响[J].玉米科学, 2009, 17(6): 105-108, 111.

[6]刘高洁, 逄焕成, 李玉义.长期施肥对潮土夏玉米生长发育和光合特性的影响[J].植物营养与肥料学报, 2010, 16(5): 1094-1099.

[7]宋日, 吴春胜, 马丽艳, 等.有机无机肥料配合施用对玉米根系的影响[J].作物学报, 2002, 28(3): 393-396.

[8]夏连胜, 刘树堂, 王艳华, 等.长期定位施肥对夏玉米生理特性及产品品质的影响[J].玉米科学, 2006, 14(3): 154-156.

[9]孙文涛, 宫亮, 包红静, 等.不同有机无机配比对玉米产量及土壤物理性质的影响[J].中国农学通报, 2011, 27(3): 80-84.

[10]陈刚, 王璞, 陶洪斌, 等.有机无机配施对旱地春玉米产量及土壤水分利用的影响[J].干旱地区农业研究, 2012, 30(6): 139-144.

[11]刘恩科, 赵秉强, 胡昌浩, 等.长期不同施肥制度对玉米产量和品质的影响[J].中国农业科学, 2004, 37(5): 711-716.