不同有机替代对滴灌玉米生长和磷素营养的影响

胡艳飞，刘涛，唐诚，褚贵新

(石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003)



不同有机替代对滴灌玉米生长和磷素营养的影响

胡艳飞，刘涛，唐诚，褚贵新

(石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003)

【目的】研究以有机替代为基础的施肥方式对滴灌玉米生长和磷素营养的影响，为有机无机肥配施在滴灌农田施用提供参考。【方法】设置CK(不施肥对照)、化肥、秸秆还田、精制有机肥、有机无机复合肥以及秸秆还田分别与精制有机肥和有机无机复合肥混施8个处理，通过连续2年定位试验，研究其对玉米干物质量、磷素营养和肥料利用率的影响。【结果】施用6 000 kg/hm2精制有机肥和6 000 kg/hm2玉米秸秆处理，分别较单施化肥的玉米植株干物质量、产量、含磷量和吸磷量分别增加了5 320 kg/hm2、1 810 kg/hm2、 0.48 g/kg和34.6 kg/hm2。6 000 kg/hm2精制有机肥和6 000 kg/hm2玉米秸秆配施化学磷肥利用率最高为67.0%，比单施化肥提高了38.5%。【结论】不同有机替代方式均能促进玉米生长，增加植株含磷量和吸磷量，提高肥料利用率。

滴灌玉米；干物质量；植株含磷量；吸磷量；磷肥利用率

0 引 言

【研究意义】玉米是典型的磷敏感作物[1-2]，供磷水平高低对其生长发育和产量有显著影响。据报道，我国约有74%的耕地属于缺磷土壤[3]。长期施用磷肥能够提高土壤有效磷含量，但磷在土壤中移动性差，容易被固定，导致肥效下降，磷肥的当即利用率仅为10%～25 %[4-5]。有机肥料与无机肥料配合施用是我国施肥的指导方针，大量研究表明有机肥对提高作物产量、培肥土壤提高地力等方面发挥显著作用。但近年来化肥施用量占我国肥料投入总量的比例急剧上升，从20世纪70年代的50%提升到目前的90%[6-7]，而我国农田有机肥提供的养分仅占养分总投入量的10%左右[8]。其后果一方面导致土壤有机质明显下降、土壤结构及土壤保水保肥性能变差，另一方面突出体现在土地生产性能降低，对化学肥料的依赖性增强。国家先后出台的“高标准农田建设”、“有机质提升计划”等都非常强调有机肥的使用[9-11]。【前人研究进展】磷肥和有机肥混合使用一直是被认为是减少磷肥固定和提高磷肥利用率的有效手段，如腐殖酸、沼肥、秸秆、绿肥等有机肥料配施磷肥，在一定程度上减轻土壤对磷肥的固定，增加土壤速效磷含量，提高作物产量[12-16]。而有机无机肥配施不仅可以促进作物生长，提高作物产量，且对提高化肥利用率和提升农田地力等效果显著[17-20]。因此在促进玉米生长、增加玉米产量的同时提高磷素资源利用率是农田磷肥养分优化管理的主要目标[21]。【本研究切入点】随着覆膜滴灌节水技术大力发展，水肥一体化模式过分依赖溶解性高的化学肥料，致使有机肥用量逐年减少，导致新疆绿洲农田土壤有机质普遍。赖波等[22]报道称，目前新疆总有机肥施用量不足施肥总量的10%。陈署晃等[23]对新疆北疆地区调查发现农户基本不施用有机肥。【拟解决的关键问题】研究通过连续2年定位施肥试验，研究不同有机替代对滴灌农田玉米生长和磷素营养的影响，旨在比较秸秆还田、精制有机肥及有机无机复合肥及其组合方式下玉米生长及磷素养分吸收特征，探索以不同有机替代为基础的施肥方式，为有机无机肥配施在滴灌农田合理施用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

该试验为田间定位小区试验，于2013～2014年在新疆沙湾县乌兰乌苏气象试验站进行(44°17′N、85°49′E，海拔 468.5 m)，供试土壤为灌耕灰漠土(灌淤旱耕人为土，CalcaricFluvisals)，耕层(0～20 cm)土壤pH 8.52，有机质18.73 g/kg，全氮0.96 g/kg，速效磷23.87 g/kg，速效钾340.95 g/kg。

1.2 材 料

供试作物品种为春玉米“良玉66 (ZeaMaysL，cv Liangyu 66)”。化肥：尿素(含N 46.0%)、磷酸一铵(含N 12.0%，含P2O561.0%)、硫酸钾(K2O 51.0%)；玉米秸秆(含N 0.49%，P2O50.39%，K2O 1.67%)；精制有机肥(有机质含量为45.0%，含N 1.7%，P2O51.3%，K2O 1.5%)；有机无机复合肥(有机质含量20.0%，含N 2.0%，P2O511.0%，K2O 2.0%)；粉碎后的玉米秸秆、精制有机肥和有机无机复合肥做基肥在播种前一次性施入，化肥全部追施，根据玉米的生长需肥特性按比例分8次随水滴施，生育期内灌水10次，灌水定额为450 m3。表1

表1 各处理玉米生育时期灌水施肥分配方案(M·D)

1.3 方 法

1.3.1 试验设计

研究采用田间小区定位试验，试验在施氮总量一致的条件下，设置8个处理，T1∶CK(不施肥)；T2∶CF(单施化肥)；T3∶施用玉米秸秆3 000 kg/hm2，配施化肥；T4∶施用玉米秸秆6 000 kg/hm2，配施化肥；T5∶施用有机肥6 000 kg/hm2，配施化肥；T6∶施用有机无机复合肥750 kg/hm2，配施化肥；T7∶施用玉米秸秆6 000 kg/hm2，有机肥6 000 kg/hm2，配施化肥；T8∶施用玉米秸秆6 000 kg/hm2，有机无机复合肥750 kg/hm2，配施化肥。小区面积4.8 m × 8.0 m = 38.4 m2，40 cm + 80 cm宽窄行覆膜种植，膜上宽40 cm，膜间距80 cm，株距14.5 cm，1膜1管2行设计，每个小区4膜，种植密度为112 500株/hm2。随机区组排列，重复三次，共24个小区。表2

1.3.2 样品采集及测定

玉米成熟期，分别在各处理的24个小区采样，具体操作如下：在各个小区的固定采样区内，选取长势一致的3株玉米带回实验室，分器官将采取的植株样品在105 ℃烘箱中杀青30 min，75 ℃条件下烘干至恒重，冷却后测定生物量，用钒钼黄比色法测定植株磷含量及吸收量，计算肥料利用率。

1.4 数据统计

运用Office2016进行数据整理制表，SPSS22.0和GraphPad Prism 6.0 (GraphPad software, Inc.,USA)统计分析软件进行分析并绘图。

表2 施肥种类和施肥量

2 结果与分析

2.1 不同有机替代对玉米植株干物质量的影响

研究表明，不同施肥处理间的玉米干物质量存在明显差异。与T1(CK)处理相比，2013年不同处理之间的差异不显著(P>0.05)，各施肥处理干物质量增长500～4 400 kg/hm2不等；2014年处理之间差异逐渐增大，各施肥处理显著增加了玉米干物质量，增长量为10 500～17 000 kg/hm2。2013和2014年以秸秆还田为基础增施精制有机肥和有机无机复合肥的T4、T7、T8处理的干物质量分别单施化肥T2(CF)增加了10.8%～20.7%(干物质增加量为2 600～4 900 kg/hm2)和10.2%～23.7%(干物质增加量为2 800～6 400 kg/hm2)，两年平均增长率为10.5%～20.9%。不同处理增长量排序为T7(5 320 kg/hm2) > T8(4 240 kg/hm2) > T4(2 660 kg/hm2)，说明以秸秆还田为基础增施精制有机肥6 000 kg/hm2处理的效果优于增施750 kg/hm2有机无机复合肥，优于6 000 kg/hm2秸秆还田。T3、T5、T6是以不同的有机替代做基肥配施化肥，与T2(CF)单施化学肥料相比，2013和2014年的干物质量增长率分别为12.3%～17.1%，和11.9%～21.9%，平均增长率为12.1%～19.7%，增加量顺序为T5(5 000 kg/hm2) > T6(3 100 kg/hm2) ≥ T3(3 070 kg/hm2)，说明 6 000 kg/hm2精制有机肥做基肥对提高玉米地上部分干物质量的效果优于750 kg/hm2有机无机复合肥做基肥，优于3 000 kg/hm2秸秆还田。

从有机替代方式上比较，与T2相比，T5、T7、T6、T8处理的干物质量均明显增加，其年均增加量顺序为T7(5 320 kg/hm2) > T5(5 000 kg/hm2) > T8(4 240 kg/hm2) > T6(3 100 kg/hm2)，说明6 000 kg/hm2精制有机肥做基肥与6 000 kg/hm2玉米秸秆做基肥配施对玉米干物质作用优于6 000 kg/hm2精制有机肥做基肥，750 kg/hm2有机无机复合肥配施6 000 kg/hm2玉米秸秆对玉米干物质积累效果优于750 kg/hm2有机无机复合肥做基肥。总之，不同有机替代措施均能提高玉米干物质量积累，其中施用6 000 kg/hm2精制有机肥较其他处理对玉米干物质量的积累效果最显著(P<0.05)，而6 000 kg/hm2精制有机肥和6 000 kg/hm2玉米秸秆做基肥配施较其他处理可显著促进玉米生长，提高玉米干物质量。图1

2.2 不同有机替代对玉米产量的影响

2013和2014年玉米产量显示，各施肥处理较T1(CK)均增加了玉米产量，各施肥处理两年平均产量增加了2 500～4 400 kg/hm2，其中T7处理增加量最高，增长率为4 388 kg/hm2。与T2(CF)处理比较，2013年不同有机替代处理产量增加了170～820 kg/hm2。产量增长量表现为：T6(820 kg/hm2) > T4(720 kg/hm2) > T3(680 kg/hm2) > T7(640 kg/hm2) > T8(470 kg/hm2) > T5(170 kg/hm2)；2014年不同有机替代处理(除T4处理外)与T2相比产量增加具体表现为T7(2 980 kg/hm2) > T5(1 180 kg/hm2) > T8(1 000 kg/hm2) > T6(370 kg/hm2) > T3(70 kg/hm2)。与T2处理相比，有机替代两年平均产量增加顺序为T7(1 810 kg/hm2) > T8(740 kg/hm2) >T5(670 kg/hm2) >T6(600 kg/hm2) > T3(370 kg/hm2) > T4(200 kg/hm2)。说明不同有机替代方式均能提高玉米产量，其中施用6 000 kg/hm2精制有机肥6 000 kg/hm2玉米秸秆做基肥配施较其他处理对玉米产量的积累效果最显著(P<0.05)，而6 000 kg/hm2精制有机肥和6 000 kg/hm2玉米秸秆做基肥配施较其他处理可显著促进玉米生长，提高玉米产量。表3

注：不同字母表示处理间差异达到5%显著水平，下同

Note: Different letters mean significant at 5% level, the same as below

图1 不同施肥处理下收获期玉米地上部分干物质量变化

注：不同字母表示处理间差异达到5%显著水平，下同

Note: Different letters mean significant at 5% level, the same as below

2.3 不同有机替代对玉米磷素养分的影响

各施肥处理较T1(CK)均增加了玉米植株磷含量，各施肥处理两年平均磷含量增加了10.5%～24.6 %，其中T7处理增加量最高，增长率为24.6%。与T2(CF)处理比较，2013年不同有机替代处理中，T5、T6、T7、T8处理含磷量增加了0.18～0.52 g/kg。含磷量增长量表现为：T7(0.52 g/kg) > T5(0.32 g/kg) = T6(0.32 g/kg) > T8(0.18 g/kg)；2014年不同有机替代处理与T2相比含磷量具体表现为T7(0.44 g/kg) > T8(0.34 g/kg) > T5(0.28 g/kg) > T6(0.21 g/kg) > T3(0.16 g/kg) > T4(0.13 g/kg)。与T2处理相比，有机替代两年平均含磷量顺序为T7(0.48 g/kg) > T5(0.30 g/kg) >T6、T8(0.26 g/kg) > T4(0.08 g/kg) > T3(0.06 g/kg)。不同有机替代处理可促进玉米植株对磷素的吸收，2013～2014年平均吸磷量与T2处理相比增加了10.9～34.6 kg/hm2，吸磷量增长顺序为T7(34.6 kg/hm2) > T5(28.4 kg/hm2) > T8(24.2 kg/hm2) > T6(19.5 kg/hm2) > T4(11.8 kg/hm2) > T3(10.9 kg/hm2)。不同处理间吸磷量表现为施用有机肥处理(T5、T7)高于施用有机无机复合肥(T6、T8)，高于施用玉米秸秆处理(T3、T4)。说明不同有机替代可以在不同程度上提高玉米植株体内磷含量，以T7处理效果最显著，说明6 000 kg/hm2精制有机肥和6 000 kg/hm2玉米秸秆做基肥配施可显著促进玉米生长，增加玉米植株体内含磷量。表4

表4 不同施肥处理下玉米含磷量及吸收量变化

2.4 不同有机替代对磷素养分利用效率的影响

图2A图和图2B分别表示化肥磷和总磷肥(化肥磷和有机肥磷之和)的年平均利用率。磷肥利用率高低顺序为T7(67.0%) > T5(60.1%) > T8(55.4%) > T6(50.1%) > T4(41.6%) ≥ T3(40.6%) > T2(28.5%)。不同有机替代处理的磷肥利用率较T2(CF)处理平均增加了12.1%～38.5 %，其中施用精制有机肥的T5、T7处理磷肥利用率较T2处理分别提高了31.6%和38.5%，施用有机无机复合肥的T6、T8处理较T2处理磷肥利用率分别提高了21.6%和26.9%，施用不同量玉米秸秆的T3、T4处理较T2处理磷肥利用率分别提高了12.1%和13.1%。表明精制有机肥对提高磷肥利用率的作用优于有机无机复合肥，有机无机复合肥对提高磷肥利用率的作用优于秸秆还田。图2A

随着施磷量的增加(T2～T8处理施磷量依次增加)，磷肥利用率呈先升高后下降的趋势，其中T3处理的磷肥利用率最高。T5、T7处理较T6、T8处理磷肥利用率分别高9.9%和11.6%，表明施用精制有机肥对提高磷肥的利用率较有机无机复合肥效果好，滴灌农田增施6 000 kg/hm2的精制有机肥能够提高磷肥利用率。图2B

图2 不同施肥处理下玉米磷肥利用率变化

2.5 线性回归分析

图3A，图3B分别代表含磷量与有机磷和总磷投入量(化肥磷和有机肥磷之和)的线性相关性分析， 图3C、图3D分别代表吸磷量与有机磷和总磷投入量的线性相关性分析。由图3A和图3C可以看出，有机磷投入量与玉米植株含量和吸磷量呈极显著线性相关(P<0.01)，说明有机磷投入量越高，玉米植株含磷量越高，吸磷量也越高。玉米植株含磷量和吸磷量与总磷投入量也呈极显著线性相关(P<0.01)，随着总磷投入量的提高，玉米含磷量和吸磷量也随之提高。总磷投入量包括有机磷和化肥磷两部分，化肥磷投入量是固定的，所以总磷投入量的变化可被认为是有机磷投入量的变化，因此通过线性相关分析得知，玉米植株含磷量和吸磷量与有机磷投入量的相关系数高于与总磷投入量的系数，说明玉米植株含磷量和吸磷量与有机磷投入量的相关性更高，即有机磷对提高玉米含磷量和吸磷量的作用高于总磷。图3

图3 磷肥投入与玉米磷含量及吸收量的线性回归分析

3 讨 论

关于不同有机替代中磷肥利用率计算，大部分研究是以化学磷肥利用率和总磷肥利用率分别进行计算分析。有学者认为以往研究有机无机配施的肥料利用率存在两个误区，一是把有机肥养分含量完全等同于化肥提供的养分[24]，二是在计算时只考虑化肥施用量[25]。依据日本肥料农药部对有机无机肥配施下肥料利用率的计算方法[26]，应该考虑以下因素：第一、有机肥不是速效肥料，主要用于做基肥；第二、需要根据有机肥中不同养分的含量将其折合为有效养分量，即相当于化学肥料量；第三、要计算出折合后的肥料量，是充分考虑施入有机肥能在当季替代的化肥量后，认为肥料利用率公式里的肥料投入量需要包括化学肥料提供的养分量和有机肥当季能替代的化肥量，例如牛粪堆肥的磷肥肥效率可以达80%。陶瑞等[27]根据此计算方法研究了减少化肥配施有机肥对滴灌棉花NP吸收和产量的影响，计算磷肥总施入量时借鉴文献[26]，有机肥替代磷量是有机肥施用量与有机肥含磷量及肥效率的乘积，得出了有机肥替代20%～40 %的化肥能促进作物对磷养分的吸收，提高了磷肥利用率，因此认为此计算公式可以借鉴，同时提出了目前大多数已发表的相关文献往往忽略有机肥能替代的化肥量。有机替代到土壤中会引起一系列的物理、化学和微生物学性质的改变，研究证明不同碳氮比有机物料添加到土壤中，能对作物生长、土壤微生物性质产生不同的影响，碳氮比在10～15∶1范围内，地上部分生物量以及土壤微生物活性都较高，而且能够进一步活化土壤氮磷，提高土壤氮磷利用率[28-29]。不同有机替代提高土壤阳离子交换量和土壤团粒结构，使土壤保水保肥能力增强[30]，有机肥分解过程产生的小分子有机物对作物根系生长的刺激作用以及对磷、微量元素等的活化作用[31]，这两方面均可表现为促进作物根系生长，增强养分吸收，即影响有机肥替代化肥的当季替代率，也即替代量，这部分替代量也应该包括上一季作物未被利用的那一部分有机肥替代量。因此这样报道的肥料利用率准确性值得商榷。

4 结 论

在保持施氮水平一致的基础上，不同有机替代方式和单施化肥均能提高滴灌玉米干物质量和产量，促进玉米对磷素营养的吸收和磷含量，进而提高滴灌玉米的化学磷肥利用率。不同有机替代方式较单施化肥效果好，其中精制有机肥和玉米秸秆做基肥配施可显著促进玉米生长，增加玉米植株体内含磷量和对磷素的吸收，提高化学磷肥利用率。

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Fund project:Supported by the national science and technology support project in 12th Five-Year plan "The study and demonstration of high-efficient utilization of water and fertilizer, farmland fertility promotion in food crops under drip irrigation condition (2012BAD42B02)

Influence of Different Strategies of Organic Matter Substituting Chemical Fertilizer on Maize Growth and P Nutrient under Drip Irrigation

HU Yan-fei, LIU Tao, TANG Cheng, CHU Gui-xin

(Department of Resources and environmental Sciences, College of Agriculture / The Key Laboratory of OasisEco-agricultureofXinjiangProductionandConstructionCorps,ShiheziUniversity,ShiheziXinjiang832003,China)

【Objective】 In order to offer reference for the application of organic and inorganic fertilizer under drip irrigation, the influence of maize growth and P nutrient based on different strategies of organic matter substituting chemical fertilizer was investigated.【Method】Eight treatments were set up for the two consecutive years of positioning test, which included CK, chemical fertilizer, corn stalk, organic matter, organic-inorganic compound fertilizer, and corn stalk applyed with organic matter and organic-inorganic compound fertilizer, respectively. The effects of dry matter, P nutrient and fertilizer use efficiency were studied.【Result】Compared with chemical fertilizer, applying 6,000 kg/hm2organic fertilizer and 6,000 kg/hm2corn stalk significantly increased dry matter, yield, P content and absorption by 5,320 kg/hm2, 1,810 kg/hm2, 0.48 g/kg and 34.6 kg/hm2respectively. Furthermore, chemical P use efficiency was also significantly enhanced, 38.5% higher than chemical fertilizer, and the value reached to 67.0%.【Conclusion】In conclusion, different strategies of organic matter substituting chemical fertilizer could alternative promote maize growth, increase P content and uptake, and improve the utilization rate of fertilizer.

maize; dry matter; P content; P absorption; P use efficiency

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.07.011

2016-01-08

国家十二五科技支撑项目“滴灌条件下粮食作物水肥资源高效利用与农田肥力提升研究与示范”(2012BAD42B02)

胡艳飞(1988-)，男，硕士研究生，研究方向为新型肥料与施肥技术，(E-mail)hyfZYC8256@sina.com

褚贵新(1969-)，男，教授，博士生导师，研究方向为植物营养生理生态，(E-mail)chuguixinshzu@163.com

S158；S506

A

1001-4330(2016)07-1251-09