培肥模式对陇中旱农区粮饲兼用玉米产量和品质的影响

沈吉成，李玲玲，谢军红，彭正凯，Eunice Essel，邓超超，王进斌，颉健辉

(甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃农业大学 农学院，兰州 730070)

玉米作为重要作物[1]，既可作粮食，也可作饲料，在保障中国粮食安全，缓解冬季饲料短缺及缓解能源危机等方面发挥重要作用[2-3]。中国玉米总量中大约75%用于饲料[4]，在获得高产的前提下，提高粗蛋白含量，降低纤维素含量是粮饲兼用玉米优质生产的主要目标[4]。

近年来，随着全膜双垄沟播技术的应用，将玉米种植扩大到海拔2 300 m以上、年降水量300～400 mm的旱作农业区[5-6]，使玉米成为陇中黄土高原半干旱区的重要作物。该区大面积的玉米种植既为养殖业发展带来新的机遇，又对玉米饲用化提出了新要求。全膜双垄沟播技术的应用使玉米成为陇中旱农区主栽作物之一，但该技术下玉米的高产出导致土壤养分和水分耗竭，影响玉米产量和品质的持续提高。化肥用量的增加已成为中国农业促产增收的重要方式之一[7]。据统计，目前中国对氮肥使用量已超过7 000万t，而作物对氮的平均利用率仅为40%～50%[8]。研究表明，氮肥用量的持续高增长，不仅造成土壤养分比例失调，同时玉米产量及品质逐年降低[9]。合理的土壤培肥方式可以保障土壤的肥力，促进玉米产量的提高，改善粮饲兼用玉米的品质[10]。然而，前人就玉米产量及品质对化肥用量的响应研究较多[11]，但在陇中旱农区关于土壤培肥模式对粮饲兼用玉米产量与品质的影响研究较少。因此，本研究依托2012年建立的定位试验，研究不同培肥模式对粮饲兼用玉米纤维素质量分数和积累率、粗蛋白质量分数及籽粒产量和饲料产量的影响，旨在探究有利于粮饲兼用玉米高产优质生产的土壤培肥模式，为陇中旱农区粮饲兼用玉米可持续生产提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2014-2015年在位于甘肃省定西市安定区的甘肃农业大学旱作农业综合实验站进行,研究依托的田间定位试验始于2012年。该区属中温带半干旱偏旱区，多年平均日照时数2 476.6 h，太阳辐射为592.9 kJ/cm2；年均气温6.4 ℃,变化幅度为5.8～6.8 ℃，≥0 ℃积温为2 933.5 ℃，≥10 ℃积温2 239.1 ℃，年均无霜期140 d；年均降雨量为390.9 mm，年蒸发量1 531 mm，是降雨量的3～4倍，变异系数为24.3%，土壤类型为黄绵土。2014-2015年降雨量如图1所示。其中2014年玉米生育期降雨量为285.0 mm，2015年为278.1 mm。

图1 试验区降雨量Fig.1 Rainfall of experimental area

1.2 试验设计

在保证单季玉米施氮量200 kg/hm2的前提下，以培肥模式为管理方式，试验采用单因素随机区组排列，设4个处理，具体为：对照(NA)不施肥，且全年无任何改良剂；猪粪处理(SM)施肥量为10 t/hm2，从当地养猪场获取猪粪，储存2个月后，均施，并在3 d内耕于土壤；秸秆处理(MS)施肥量为28.5 t/hm2，玉米秸秆来自上年作物，干燥粉碎，称量，返回田间；猪粪+化肥处理(SC)施肥量为猪粪5 t/hm2，化肥0.1 t/hm2，猪粪的施用与SM相同，化肥即氮肥(尿素)播种时施入。重复3次，共12个小区，小区面积为4.29 m2(3.3 m×13 m)，其中猪粪与秸秆化学成分含量如表1所示。

玉米种植密度为5.25万株/hm2，参试粮饲兼用型玉米品种为‘富农821’，于4月下旬播种，10月上旬收获。休闲期用2，4-D丁酯与草甘膦除去田间杂草，生长期间人工拔出，其他管理同大田。

表1 玉米秸秆与猪粪的化学成分Table 1 Chemical composition of maize straw and swine manure

1.3 主要指标测定与计算方法

1.3.1 干物质 分别在玉米拔节期、开花期、灌浆期和成熟期4个生育时期每小区随机取3株玉米，测定4个生育阶段玉米叶鲜质量、茎鲜质量，在灌浆期、成熟期测定籽粒鲜质量，分别将样品在80 ℃恒温下烘干12 h，直至恒量，测定叶、茎、籽粒干质量。

1.3.2 玉米品质指标 分别在玉米拔节期、开花期、灌浆期和成熟期4个生育时期每小区随机取3株玉米，将各生育阶段玉米叶、茎在105 ℃烘箱中烘15～30 min 杀青，再将叶、茎、籽粒在80 ℃恒温下继续烘干12 h，直至恒量，粉碎留样。用范氏纤维测定法测定样品酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)质量分数,用凯氏定氮法[12]测定粗蛋白(CP)质量分数。

1.3.3 玉米产量 玉米成熟期按小区测定玉米籽粒产量和饲料产量，最后换算为每公顷产量(kg/hm2)。

1.4 数据处理

用SPSS 19.0 对数据进行方差分析和最小显著性检验(LSR法)。

2 结果与分析

2.1 培肥模式对玉米各生育时期干物质积累与分配的影响

由表2可知，培肥增加粮饲兼用玉米各生育阶段籽粒质量及干物质累积量，均表现为SC>SM>MS>NA。在玉米灌浆期与成熟期SC处理籽粒质量达到最大值，与NA相比，分别增加54.10%、52.88%。SC处理各生育时期玉米干物质累积量与NA相比，分别增加42.98%、24.69%、38.83%和34.32%。可见培肥可以增加粮饲兼用玉米干物质累积量，猪粪与化肥相结合玉米干物质累积量最多。

表2 不同培肥下玉米各生育时期干物质累积与分配Table 2 Maize dry matter accumulation and distribution at growth stage under different soil amendments

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

Note:Different lowercase letters mean significant difference(P<0.05)，the same below.

2.2 培肥模式对各生育时期玉米叶片酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维质量分数的影响

由图2可知，不同培肥模式对粮饲兼用玉米叶中ADF和NDF质量分数影响显著，且随着生育进程的推进ADF、NDF质量分数呈上升趋势。在各生育时期，SC、SM、MS处理的ADF和NDF质量分数低于NA，ADF、NDF质量分数SC

2.3 培肥模式对各生育时期玉米茎秆酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维质量分数的影响

由图3可知，玉米茎中ADF和NDF质量分数随生育时期和培肥模式变化趋势与叶片基本一致，但质量分数高于叶片。各种培肥模式均降低粮饲兼用玉米各生育阶段茎中ADF、NDF质量分数，且随着生育期的推进ADF和NDF质量分数逐渐增加。其中2014年成熟期SC处理茎中ADF和NDF质量分数较NA分别降低5.66%和4.46%，2015年分别降低6.19%和4.73%。可见，玉米茎秆纤维素质量分数随生育进程的推进而增加，培肥土壤可以降低玉米茎秆纤维素质量分数，其中以猪粪与化肥相结合培肥效果最好。

2.4 培肥模式对玉米籽粒中酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维质量分数的影响

培肥模式对玉米籽粒中ADF和NDF质量分数也有明显影响(表3)。在玉米成熟期，2 a中籽粒ADF和NDF质量分数SC

不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著,下同 Different lowercase letters indicate significantly different between treatments at 0.05 level，the same below

图2不同培肥下各生育时期玉米叶片ADF和NDF质量分数
Fig.2MassfractionofADFandNDFinmaizeleavesatgrowthstageunderdifferentsoilamendments

图3 不同培肥下各生育时期玉米茎秆ADF和NDF质量分数Fig.3 Mass fraction of ADF and NDF in maize stem at growth stage under different soil amendments

2.5 培肥模式对玉米各生育时期纤维素积累率的影响

由图4可知，随着生育进程的推进玉米纤维积累率逐渐增加，且各种培肥模式均减缓粮饲兼用玉米各生育时期纤维素积累率。玉米纤维素积累率在各生育时期基本表现为SC

2.6 培肥模式对玉米各生育时期地上部分粗蛋白质量分数的影响

由表4可知，随着生育进程的推进，玉米粗蛋白质量分数逐渐降低，且培肥模式对粮饲兼用玉米粗蛋白质量分数有明显影响。各生育时期，SC、SM、MS处理粗蛋白质量分数显著高于NA，同时2014年、2015年各时期粗蛋白质量分数SC>SM>MS>NA。SC处理粗蛋白质量分数与NA相比，2014年增加60.18%，2015年增加79.29%。可知，粮饲兼用玉米蛋白质质量分数随着生育进程的推进而降低，培肥模式可以提高玉米粗蛋白质量分数，且猪粪与化肥结合效果最好。

图4 不同培肥下玉米各生育时期纤维素积累率Fig.4 Maize fiber accumulation rate at growth stage under different soil amendments

2.7 培肥模式对玉米产量的影响

由表5可知，培肥模式对玉米籽粒产量和饲料产量有明显影响，2014年产量高于2015年。SC、SM、MS处理产量显著高于NA，2 a中玉米籽粒产量和饲料产量SC>SM>MS>NA。与NA相比，2014年SC处理籽粒产量和饲料产量分别提高67.24%、49.40%，2015年分别提高78.69%、55.09%。总之，培肥模式能明显提高粮饲兼用玉米籽粒产量和饲料产量，猪粪与化肥配施产量最高。

3 讨 论

培肥地力是提高作物产量和改善品质的主要措施之一[13]。相关研究表明，培肥模式可使玉米增产1.64%～8.96%[14]，有机肥的施用能够提高作物的产量和干物质积累量[15]，有机肥与无机肥相结合能够提供大量的干物质积累[16]。

表5 不同培肥下玉米产量Table 5 Maize yield under different soil amendments

试验结果表明，与不施肥比较，2014年、2015年各种培肥措施下玉米各生育时期干物质累积量、籽粒产量及饲料产量显著增加，其中猪粪与化肥相结合效果最明显。这与李刚平等[17]、周莉华[18]的观点基本一致。其原因可能是土壤培肥提高粮饲兼用玉米的抗旱、抗倒伏能力[19]，促进土壤氮素平衡[20]，使玉米营养体碳氮向各器官干物量合理分配[21]，而猪粪与化肥相结合进一步提高土壤氮素的积累，增加微生物数量，同时提高微生物有机矿化的动力，促进根系生长，进而促进根系对氮素的吸收[22]，可使玉米的收获指数与氮收获指数增加，有利于干物质从叶、茎向籽粒的运输[23]，从而提高粮饲兼用玉米的产量。

粗蛋白作为评价粮饲兼用玉米品质的重要指标，其含量直接影响动物对饲草料的消化能力。较高的ADF、NDF质量分数降低了干物质的摄入量[24]。研究表明，通过肥料施用可使玉米籽粒粗蛋白质量分数增加1%～2%[25]。长期施用有机肥可以提高作物籽粒粗蛋白质量分数，改善小麦和玉米品质[18]。有机无机肥料长期配施，玉米籽粒粗蛋白质量分数均明显增加[17]。

试验结果表明，玉米粗蛋白质量分数随着生育进程的推进而降低，因此提前收获可增加粗蛋白质量分数，推迟收获，则粗蛋白质量分数降低，这与马存金等[26]研究结果一致。试验还发现，随着生育进程的推进，玉米纤维素的积累率逐渐增加，培肥土壤能够明显增加粮饲兼用玉米粗蛋白质量分数，降低玉米各生育阶段ADF、NDF质量分数，同时减缓玉米各生育阶段纤维素积累率，其中猪粪与化肥相结合对提高粗蛋白，降低各生育时期纤维素质量分数，减缓积累率效果最显著，这与姜东等[27]的观点一致。可能是有机无机配施提高土壤供肥体积质量，增加土壤的氮素含量，增加微量元素，平衡土壤养分[28]。而猪粪与化肥相结合也促进玉米对土壤硝态氮和铵态氮的吸收，使玉米氮素吸收累积，显著提高了籽粒吸氮量和氮肥利用率，提高蛋白质的合成效率[29]，同时猪粪与化肥相结合提高籽粒中必需氨基酸含量及粗灰分的含量，进而提高单位面积蛋白质质量分数[27]，因此可以提高粮饲兼用玉米粗蛋白质量分数，改善玉米品质。

4 结 论

在陇中旱农区培肥地力既可以提高粮饲兼用玉米产量，也可以改善其品质。其中猪粪与化肥配施在提高粮饲兼用玉米籽粒产量和饲料产量，降低叶、茎、籽粒中纤维素质量分数，减缓各生育时期纤维素积累率，提高粗蛋白质量分数等方面的效果最佳，是有利于陇中旱农区粮饲兼用玉米高产、优质可持续生产的土壤培肥模式。