有机肥配施氮肥对滴灌春玉米产量及土壤肥力状况的影响

王艳丽 吴鹏年 李培富 王西娜 朱 旭



有机肥配施氮肥对滴灌春玉米产量及土壤肥力状况的影响

王艳丽 吴鹏年 李培富*王西娜 朱 旭

宁夏大学农学院, 宁夏银川 750021

针对宁夏扬黄灌区沙质土壤肥力贫瘠、养分利用率低以及农田生产力弱等问题。通过两年连续田间定位试验, 采用裂区试验设计, 主处理为不施有机肥(−M)处理和施有机肥3000 kg hm–2(+M)处理, 副处理为施纯氮0 (N0)、75 (N75)、150 (N125)、225 (N225)和300 kg hm–2(N300) 5个不同氮肥用量, 进行滴灌条件下有机肥与氮肥配合施用对玉米产量及土壤肥力状况的研究, 探讨施肥对土壤养分、玉米产量的影响, 以选择最佳的肥料配比, 从而达到玉米高产、优质和土壤培肥的目的。结果表明, 有机肥配施氮肥能有效增加土壤有机质、全氮、全磷、速效钾和速效磷含量, 促进春玉米干物质累积并提高产量, 以有机肥配施纯氮300 kg hm–2和225 kg hm–2处理的培肥效果最佳。有机肥配施氮150、225和300 kg hm–2处理间的玉米产量无显著差异, 但较不施氮肥处理产量分别提高了74.21%、91.33%和81.23%, 施有机肥处理较不施有机肥处理平均增产24.28%。在试验区的推荐施肥量为3000 kg hm–2有机肥配施225~300 kg hm–2氮肥。

滴灌; 有机肥; 氮肥; 玉米产量; 水肥状况

玉米是我国主要的粮饲兼用作物[1], 种植面积达2400万公顷[2]。但玉米是旱地作物中需水量大、耗肥性强、对水肥胁迫比较敏感的作物之一。因此, 土壤贫瘠、干旱缺水是限制玉米生长及产量提高的重要因素。科学施肥是提高产量的有效途径之一, 玉米生长所需要的多种元素中, 氮尤为重要, 是限制生长和产量的首要因素[3]。近年来, 为了增加玉米产量, 大量施用氮肥[4], 而缺乏一些有机质的投入, 使土壤结构严重破坏, 造成化肥浪费严重, 目前中国氮肥利用率仅为28%~41%[5]。相关研究表明, 有机肥与氮肥配施可以大大提高氮肥利用率, 从而提高玉米产量[6]。有机肥与氮肥配施, 氮肥增产率可提高10%左右[7]。宁夏扬黄灌区是主要的粮食产区, 玉米种植面积占灌区面积的70%, 达9.5万公顷, 其中滴灌春玉米面积达3.5万公顷, 为水肥一体化技术的应用提供了基础[8]。而在宁夏扬黄灌区农业生产中存在水资源短缺, 土壤贫瘠, 有机质、氮、磷、钾等养分缺乏, 土壤沙化和次生盐渍化严重等问题, 以及农民为了追求高产, 盲目追施氮肥, 造成施肥后效果不佳, 氮肥利用率低, 生态环境受到污染[9-11], 并且施肥时间不恰当, 造成养分供应不均衡, 使产量不稳定。因此, 本研究以宁夏中部干旱带扬黄灌区玉米为对象, 以节水培肥技术为中心, 以提高扬黄灌区产量为目标, 通过有机肥配施氮肥不同处理, 测定玉米关键生育期水分、养分、干物质积累及产量, 进行滴灌条件下有机肥与氮肥配合施用对玉米产量及水肥状况的研究, 了解施肥对土壤养分、玉米产量的影响, 以选择最佳的肥料配方, 达到玉米高产、优质和土壤培肥的目的。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2016年和2017年两年田间定位试验, 在宁夏盐池县冯记沟乡三墩子村天朗现代农业公司进行。该地处黄河上游, 东经106°52′, 北纬37°38′, 海拔1500 m左右, 属中温带干旱、半干旱气候区, 平均气温22.4℃, 多年平均降水量为280 mm左右, 年内降水分布极不平衡, 降雨主要集中在6月至9月, 而同期蒸发量高达2000~3000 mm, 无霜期151 d; ≥10℃积温2949.9℃, 日照时数2800 h左右。玉米生育期内降雨量和平均温度见图1。

该区属盐环定扬黄灌溉区, 开垦多年, 因周边过度放牧, 原灰钙土表层被深厚风积沙土层覆盖, 土壤沙性。播前0~40 cm土层土壤容重为1.77 g cm–3, 总孔隙度33.3%, 含有机质4.43 g kg–1、全氮0.20 g kg–1、全磷0.29 g kg–1、全钾19.36 g kg–1、碱解氮24.55 mg kg–1、速效磷4.65 mg kg–1、速效钾67.50 mg kg–1、全盐0.41 mg kg–1, pH 8.61。

1.2 试验设计和田间管理

采用裂区设计, 设置有机肥水平和氮肥水平2个处理, 主处理为不施有机肥(−M)和施有机肥(+M, 3000 kg hm–2), 在2016年全部做基肥施入; 副处理为5个施氮水平即不施氮肥(N0)、施氮75 kg hm–2(N75)、施氮150kg hm–2(N150)、施氮225kg hm–2(N225)和施氮300 kg hm–2(N300), 3次重复, 共30个小区, 小区面积为80 m2(10 m × 8 m)。

供试有机肥属于腐植酸型有机肥(生物发酵肥, 品名: 渔谷丰, 生产厂家: 宁夏吴忠市绿色能源开发有限公司), 其中含有机质55.3%、全氮4.6%、全磷0.2%、全钾0.29%。在玉米播种前机械撒施, 然后结合旋耕施入土壤。供试氮肥为尿素, 含氮量46%; 磷钾肥通过磷酸二氢钾(含P2O552%, K2O 34%)补充, 其总用量为P2O5140 kg hm–2, K2O 92 kg hm–2。全部结合滴灌水肥一体化在玉米关键生育期追施, 具体灌水和施肥情况见表1, 两年灌水定额均为2775 m3hm–2, 分10次滴灌。

图1 2016–2017年生育期内降雨量和平均气温

供试玉米品种为银玉439, 采用气吸式播种机精量播种、铺滴灌带、覆土一体完成。采用宽窄行种植, 宽行70 cm, 窄行30 cm, 株距22 cm。种植密度为9万株hm–2。滴灌带铺设于窄行之间, 干土播种, 播后滴水, 播种时施入种肥磷酸二铵(含P2O516%, K2O 46%) 300 kg hm–2。

表1 玉米不同生育期灌水和施肥情况

“-”表示对应生育期下不施肥。“-” means no fertilization at the corresponding growth period.

1.3 测定指标及方法

1.3.1 土壤养分 参照鲍士旦编写的《土壤农化分析》[12], 测定玉米收获后0~40 cm土层土壤有机质、氮磷钾等指标, 分析其对土壤养分的影响。

1.3.2 土壤水分 在玉米关键生育期采用土钻(直径0.08 m)烘干法测定0~100 cm土壤质量含水量(每 20 cm土层取一个土样), 并结合降雨量和灌水量, 计算玉米的阶段耗水量[13]: W =×××10, 其中W为土壤贮水量(mm),为土层深度(cm),是土壤容重,是土壤水分含量(%); 作物耗水量: ET =++Δ, 其中为作物生育期降雨量,为生育期灌水量, Δ为玉米播种期和收获期土壤贮水量之差。

1.3.3 植株样品采集 当田间出苗率达90%以上时, 第1次采样, 之后每隔20 d取样1次。从每小区随机采集植株样品(完整植株) 10株, 分小区包装标记后, 带回实验室, 测定鲜重和干重。

1.3.4 玉米籽粒产量 在测产区每个小区取中间3行玉米测产。

1.3.5 相关计算公式 氮肥偏生产力=施肥区作物产量/施肥区的施氮量; 氮肥农学效率= (施肥区作物产量–空白区作物产量)/施肥区的施肥量; WUE =/ET, 式中WUE为水分利用效率,为经济产量, ET为玉米生育期的耗水量。

1.4 数据统计分析

采用Origin 9.5和R软件制图, DPS7.5软件统计分析数据, 采用LSD法进行多重比较(<0.05)。

2 结果与分析

2.1 有机肥配施氮肥对玉米生育期土壤养分的影响

有机肥配施氮肥处理显著影响玉米耕层土壤养分含量, 但不同处理的调节效应不同(表2)。两年土壤有机质、全氮、全磷和碱解氮在不施有机肥(−M)条件下, 各处理均以N300处理最为显著, 分别较N0处理平均提高20.41%、100.00%、56.67%和12.31%, 施有机肥(+M)条件下, N300处理较N0处理分别平均提高22.16%、82.52%、64.58%和12.73%, 较−M-N0分别平均提高了24.21%、108.89%、71.22%和17.70%, +M处理较−M处理分别平均提高了2.14%、8.98%、6.92%和3.19%。两年期间, 玉米收获期不同处理速效磷、速效钾含量均显著高于对照处理。在−M和+M条件下, N225处理对速效磷和速效钾含量的提高作用最佳, 分别较−M-N0平均提高了10.30%、118.41%和14.01%、136.21%, +M处理较−M处理分别平均提高了1.78%和9.43%。说明施用有机肥可提高土壤肥力。

2.2 有机肥配施氮肥对玉米关键生育期地上部干物质的影响

两年研究结果(表3)显示, 在玉米关键生育期各处理地上部干物质重呈逐渐上升的趋势。玉米生长前期(拔节期), 两年在−M和+M各处理的植株地上部干物质重均以N300处理表现最佳, 分别较−M-N0平均增加了20.14%和23.73%。玉米生育中后期(抽雄–灌浆期), 在−M处理下, N300和N225处理间无显著差异, 较N0处理分别平均增加了22.40%和19.70%, 在+M处理下, N300和N225处理显著高于N0处理, 较N0处理平均增加了20.08%、19.34%。在玉米生长后期(成熟期), 在−M条件下, N225、N300较N0处理两年分别平均增加了7.68%和10.10%, +M处理中以N225处理最显著, 较N0处理平均增加了17.14%, 较−M-N0处理增加了25.85%。2017年与N0处理相比, N225和N300处理的玉米关键生育期干物质重在+M处理下的增幅比−M处理的增幅更显著。方差分析表明, 2016年只有成熟期出现交互作用; 而2017年从抽雄期开始出现显著的交互作用。分析其原因主要是玉米生长前期有机肥腐熟与作物争夺土壤中的氮素, 且气候较为干旱, 扰动土壤不利于保水所致, 中后期玉米生长受有机肥、土壤水分和氮肥共同作用, 处理间差异显著。

表2 2016年和2017年成熟期有机肥配施氮肥对耕层(0~40 cm)土壤养分的影响

同列标以不同小写字母的数值在0.05水平差异显著。*表示差异显著(< 0.05), ns表示差异不显著(> 0.05)。−M-N0: 不施有机肥不施氮肥; −M+N75: 不施有机肥, 施氮75 kg hm–2; −M+N150: 不施有机肥, 施氮150 kg hm–2; −M+N225: 不施有机肥, 施氮225 kg hm–2; −M+N300: 不施有机肥, 施氮300 kg hm–2; +M-N0: 施有机肥3000 kg hm–2, 不施氮肥; +M+N75: 施有机肥3000 kg hm–2, 施氮75 kg hm–2; +M+N150: 施有机肥3000 kg hm–2, 施氮150 kg hm–2; +M+N225: 施有机肥3000 kg hm–2, 施氮225 kg hm–2; +M+N300: 施有机肥3000 kg hm–2, 施氮300 kg hm–2。M表示有机肥, N表示氮肥, M×N表示有机肥与氮肥的交互作用。

Values followed by different letters within the same column are significantly different at< 0.05. * indicates significance (< 0.05), ns indicates no significance (> 0.05). −M-N0: no organic fertilizer and no nitrogen fertilizer; −M+N75: no organic fertilizer + pure nitrogen 75 kg hm–2; −M+N150: no organic fertilizer + pure nitrogen 150 kg hm–2; −M+N225: no organic fertilizer + pure nitrogen 225 kg hm–2; −M+N300: no organic fertilizer + pure nitrogen 300 kg hm–2; +M-N0: organic fertilizer 3000 kg hm–2+ no nitrogen fertilizer; +M+N75: organic fertilizer 3000 kg hm–2+ pure nitrogen 75 kg hm–2; +M+N150: organic fertilizer 3000 kg hm–2+ pure nitrogen with 150 kg hm–2; +M+N225: organic fertilizer 3000 kg hm–2+ pure nitrogen 225 kg hm–2; +M+N300: organic fertilizer 3000 kg hm–2+ pure nitrogen 300 kg hm–2; M: organic fertilizer,N: nitrogen fertilizer, M × N : interaction effects between organic fertilizer and nitrogen fertilizer.

表3 有机肥配施氮肥对玉米关键生育期地上部干物质的影响

同列标以不同小写字母的数值在0.05水平差异显著。*表示差异显著(< 0.05), ns表示差异不显著(> 0.05)。缩写同表1。

Values followed by different letters within the same column are significantly different at< 0.05. * indicates significance (< 0.05), ns indicates no significance (> 0.05). Abbreviations are the same as those given in Table 1.

2.3 有机肥配施氮肥对玉米产量的影响

从图2可以看出, +M处理较−M处理平均增产了24.28%。其中在−M下, N225和N300处理增产效果最为显著, 较N0平均增加了58.38%、63.26%; 在+M条件下, N75、N150、N225和N300处理间无显著差异, 处理较N0平均增加了25.32%、32.76%、42.70%和35.17%, 较−M-N0处理平均增加了68.03%、78.00%、91.33%和81.23%。在等氮条件下, +M处理较−M处理玉米产量有所增加, N75增加了35.89%; N150增加了26.43%; N225增加了20.80%; N300水平分别增加了11.01%。综合两年试验研究结果表明, +M+N150、+M+N225和+M+N300处理玉米增产效果最佳。可见, 有机肥配施适量氮肥可以显著提高玉米产量。

图2 2016年和2017年有机肥配施氮肥对玉米产量的影响

标以不同小写字母的柱值在0.05水平差异显著。*表示差异显著(< 0.05), ns表示差异不显著(> 0.05)。缩写同表1。

Bars superscripted by different letters are significantly different among different treatments in the same year at< 0.05. * indicates significance (< 0.05); ns indicates no significance (> 0.05). Abbreviations are the same as those given in Table 1.

2.4 有机肥配施氮肥对玉米水肥利用效率的影响

由表4可知, 两年等氮条件下, +M处理的氮肥偏生产力均高于−M处理, 其中+M+N300处理表现最佳, 较−M+N300处理平均增加14.67%。在2016年−M处理下, 随着施氮量的增加, 氮肥农学效率有所降低, 而+M处理, 氮肥农学效率以N225处理最佳, 为16.15%; 2017年的氮肥农学效率随着施氮量的增加有所降低。有机肥配施氮肥处理下, 玉米耗水量两年均以+M+N300处理最低, 较+M-N0处理平均降低6.63%, 较−M-N0处理平均减少13.92%, +M处理较−M处理耗水量平均降低7.78%。各处理下土壤水分利用效率在等氮条件下, +M处理较−M处理均有不同程度的提高, 其中+M+N225处理最显著, 较+M-N0处理平均提高56.97%; 较−M-N0处理提高126.71%。其次是+M+N300和+M+N150。

3 讨论

有机肥可以改善土壤理化性质, 增加水分入渗、抑制蒸发, 提高土壤有效含水量[14-16], 提高作物水分利用率[17-18]。不同氮肥用量配施有机肥均有利于耕层土壤保水, 在增加小麦产量的同时加剧耕层水分的消耗[19]。有机肥与氮肥配施可以加强冬小麦对水分的吸收利用, 与不施有机肥相比, 施有机肥下每公顷增1 mm降水可多生产小麦1.83 kg, 水分利用效率可提高21.8%[20]。苏秦等[21]研究表明, 施用有机肥可提高土壤含水量,利于土壤的扩蓄增容,且对提高作物产量和土壤水分利用效率有显著效果。王晓娟等[22]研究发现, 施有机肥能显著增加玉米水分利用效率12.37%~37.55%。本研究发现, 在有机肥基础上, 土壤耗水量降低, 水分利用效率升高。其原因一是腐熟高峰期后有机肥有保水保肥性, 减少了无效蒸发, 二是滴灌将水直接滴入玉米根部, 促进玉米根系吸收。

表4 有机肥配施氮肥对玉米水肥利用效率的影响

同列标以不同小写字母的数值在0.05水平差异显著。缩写同表1。

Values followed by different letters within the same column are significantly different at< 0.05. Abbreviations are the same as those given in Table 1.

本研究发现, 与不施肥处理相比, 有机肥配施氮肥不同处理耕层土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量均显著增加。这与贾中涛等[23]、徐明岗等[24]研究结果一致。分析其原因, 一是有机肥配施氮肥能促进有机肥的腐熟, 增加土壤中的有机质和氮磷钾的含量; 配施氮肥可增强土壤对氮磷钾的吸附力, 从而提高土壤肥力, 改善土壤养分状况; 二是有机肥配施氮肥可减少氮肥与土壤的接触, 从而降低氮肥被土壤的固定作用, 提高土壤养分的利用率。

党翼等[25]研究发现, 配施高量有机肥可以增加干物质积累量。黄腾跃等[26]研究表明, 生物有机肥配施氮肥可以改善玉米生长发育状况, 从而促进玉米干物质积累和养分积累。有研究[27]结果显示, 单施有机肥以及有机肥与氮肥配施对夏玉米干物质量有增加效应, 且有机肥与氮肥配施处理较不施肥处理差异显著。本研究发现, 在有机肥基础上配施的氮肥量越高, 玉米干物质积累量越显著。其原因一是农家肥需要通过完全熟化才可施入土壤, 并需要长时间转化成腐殖酸才可被作物吸收[28], 而本试验采用的腐殖酸型有机肥腐解速度快, 较农家肥更容易吸收, 具有利用率高, 见效快等特点[29]; 二是有机肥配施氮肥能加速有机肥的腐熟, 从而提供玉米植株所必需的中、微量元素, 且有机肥具有长效作用, 可满足玉米生育后期的养分需求[30]。加之滴灌施肥可通过随水施氮的方式为玉米供氮, 维持理想的根系环境, 促进须根和地上部的生长。

大量研究[29,31]发现, 与单施有机肥或无机肥相比, 有机肥配施氮肥可显著提高玉米的生物产量和籽粒产量; 梁金凤等[32]研究发现, 有机肥与无机肥配合施用有利于提高作物产量和氮肥利用效率, 基本符合高产玉米与高氮肥利用率相统一的观点[33]。本研究结果表明, 有机肥配施氮肥可大幅提高玉米产量, 且配施高氮量时玉米增产效果更显著。本试验也发现有机肥配施不同氮肥水平下, 两年玉米干物重和产量存在一定的差异, 且2018年的干物重和产量较2017年有所提高, 这可能与年际之间降雨量不同和生育期温度差异有关[34], 2018年相对2017年偏湿润; 也可能与有机肥腐解程度有关。鉴于本实验只有两年数据, 因此有待多年试验进一步验证。

4 结论

在施用有机肥基础上, 玉米生育期耗水量有所降低, 以配施纯氮300 kg hm–2处理降低最显著。有机肥配施氮肥能有效提高土壤有机质、全氮、全磷、速效钾和速效磷含量, 其中以有机肥配施纯氮300 kg hm–2和225 kg hm–2处理表现最佳, 可显著增加干物质积累量。与不施有机肥不施氮肥处理相比, 有机肥配施纯氮150 kg hm–2处理、225 kg hm–2处理和 300 kg hm–2能够改善玉米生育期土壤肥力状况, 实现增产。

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Effects of organic manure combined with nitrogen fertilizer on spring maize yield and soil fertility under drip irrigation

WANG Yan-Li, WU Peng-Nian, LI Pei-Fu*, WANG Xi-Na, and ZHU Xu

School of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021, Ningxia, China

The study focused on the problems of poor fertility, low nutrient utilization and weak productivity in sandy soil of Ningxia provinces. A two-year of continuous field positioning experiment designed by split block, the main treatment for non-organic fertilizer (−M) and organic fertilizer 3000 kg hm–2(+M) treatment, and the secondary treatment for pure nitrogen of 0 (N0), 75 (N75), 125 (N125), 225 (N225), and 300 (N300) kg hm–2, total 5 different nitrogen fertilizer dosages. The aim for this study was to screen the best fertilizer combination for improving soil fertility and achieving high yield, high quality of corn. The application of organic fertilizer combined with nitrogen fertilizer could effectively increase the contents of soil organic matter, total N, total P, available K, and available P, the dry matter accumulation and grain yield of maize, and two treatments of applying organic fertilizer 3000 kg hm–2combined with pure nitrogen of 300 kg hm–2and 225 kg hm–2performed the best. There was no significant difference in yield among the treatments of organic fertilizercombined with pure nitrogen of 150, 225, and 300 kg hm–2, these three treatments increased maize yield by 74.21%, 91.33%, and 81.23% respectively compared with that of the treatment without organic fertilizer, and the average yield of organic fertilizer treatments was 24.28% higher than that of non-organic fertilizer treatments. Organic fertilizer combined with pure nitrogen of 225 kg hm–2to 300 kg hm–2is recommended in the test area.

drip irrigation; organic fertilizer; nitrogen fertilizer; maize yield; water-fertilizer status

2018-12-06;

2019-04-15;

2019-04-22.

10.3724/SP.J.1006.2019.83080

李培富, E-mail: peifuli@163.com

E-mail: 623544182@qq.com

本研究由“十二五”农村领域国家科技计划项目(2015BAD22B05-03)资助。

This study was supported by the National Science and Technology Projects for Rural Areas during the “12th Five-Year Plan” (2015BAD22B05-03).

URL:http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20190419.0903.004.html