不同施肥方式对玉米种植的影响之综合评价

2020-05-18衡圆圆曾维庆岳志强

农业技术与装备 2020年3期

衡圆圆，贺俊，曾锦，郑昊，曾维庆，岳志强

（1.云南师范大学能源与环境科学学院，云南昆明 650500；2.玉溪市农业环境保护和农村能源工作站，云南玉溪 653100）

玉米是我国三大粮食之一，作为中国的高产粮食作物，玉米是畜牧业、养殖业、水产养殖业等的重要饲料来源，也是食品、医疗卫生、轻工业、化工业等的不可或缺的原料之一[1]。2018年，全国玉米播种面积为0.243×108hm2，占全国农作物总播种面积的25.39%，产量高达2.57×108t。其中，云南省玉米播种面积为178.52×104hm2，占全国玉米播种面积的4.27%，占云南省农作物总播种面积的26.21%，占云南省粮食作物播种面积的42.86%，产量达926×104t，占全国玉米总产量的3.6%[2]。

玉溪市作为“滇中粮仓”，2018年农业总播种面积为28.56×104hm2，其中，玉米播种面积为 5.70×104hm2，占总播种面积的19.96%[3]。星云湖作为云南省九大高原湖泊之一，为珠江流域南盘江水系的源头湖泊，也是玉溪市江川区居民生产生活的重要自然资源。但是，由于污染源广，生产生活活动频繁，导致星云湖水质逐年下降。这是由星云湖流域内的工业废水、生活污水，农业废弃物等污染造成的，每年入湖的TN、TP、COD 量分别为 95×104kg、20×104kg、52×104kg，其中畜禽养殖、农田面源、农村生活污染占总量的70%以上[4]。为了改善星云湖TN、TP和COD超标的现状，本项目采用5种不同施肥方式及空白处理进行玉米种植试验，从玉米生长性状、产量、土壤结构变化量、土壤重金属变化量、氮磷流失量、产生的经济效益等多个方面来综合评价，通过环保指标、经济指标和生长指标及其影响因子进行科学合理的评价，筛选出最适合星云湖流域的玉米种植施肥模式。

1 试验材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于玉溪市江川县九溪镇中营村委会义程果木庄园，海拔1 800 m，年平均气温15.6℃，年均降雨量890 mm，园内有100 m3的沼气池1个，土壤质地为中壤。

1.2 试验材料

品种：选择市场上反响较好的雪妃9 000（糯玉米）。肥料：化肥、沼肥、堆沤肥以及生物炭。

1.3 试验设计

玉米种植试验设计6个处理，每个处理重复3次，共18个处理小区，每个处理小区长9 m，宽4 m，面积36 m2。每个小区下设一个2 m×1 m×1.5 m的径流池。种植区域外围设保护行宽2 m。

表1 处理描述表Tab.1 Processingdescription

在整个玉米生长过程中，设置3次施肥，包括一次基肥和两次追肥（提苗肥和孕穗肥）。施肥时除CK处理外，其余处理施入等量氮素。

表2 总肥料一览表（以每小区计）Tab.2 General fertilizer list

1.3.1 玉米生长情况记录

自玉米发芽后开始对玉米生长情况进行记录，每小区均匀布点选取10株固定的玉米植株进行数据观测，主要观测指标包括：株高（地面至雄穗顶端的高度）、径围、玉米穗位（地面到最上部果穗着生节的高度）等，当玉米成熟时开始进行采收，玉米带叶鲜穗质量即记录为经济学产量，整株重记录为生物学产量，对每个处理进行分区计录产量。

1.3.2 土壤及水样检测

在玉米种植前后分别采集各小区的土样样品，检测其氮、磷、重金属等含量及土壤结构。在玉米生长过程中记录灌溉、降雨、径流量等情况，收集水样品进行检测。

1.3.3 数据处理

采用Excel、Spss、Origin等数据处理软件对记录的数据进行处理并分析结果。

2 试验结果与分析

2.1 不同肥料处理对收获时期玉米株高、茎秆直径、穗位的影响

将收获时期所记录的玉米的株高、茎秆直径、穗位数据按照不同施肥处理的记录数据求平均值，得到图1。

由图1可知，CK处理株高最低，为200.63cm，其次是C处理、A处理、B处理、E处理，D处理株高最高，为211.73 cm。空白处理植株的茎秆直径最小，为2.89 cm，其次是全化肥处理、全沼肥处理、沼肥+化肥处理、有机肥处理，沼肥+生物炭处理植株的茎秆直径最大，为3.93 cm。空白处理植株的穗位最低，为87.83 cm，其次是全化肥处理、全沼肥处理、有机肥处理、沼肥+生物炭处理，沼肥+化肥处理植株的穗位最高，为98.66 cm。将每小区所记录的玉米生长情况数据进行处理，得到表3。

表3 不同肥料处理对玉米植株生长情况的影响Tab.3 Effects ofdifferent fertilizer treatment on growth ofmaize plants

由表3可知，CK处理与D处理的株高差异显著，与其余处理间不显著，这可能是空白处理土壤中仍有前茬种植的肥料残留，因此株高与其他处理差距不大。

CK处理茎秆直径与A处理间差异不显著，与其他处理存在显著差异，这可能是土壤中养分不够充足，化肥养分供给不善导致的。C处理与D处理间不存在显著性差异，与其他处理间存在显著性差异。E处理与B处理间无显著性差异，与其他处理间存在显著性差异，这可能是由于生物炭与有机肥均有缓释肥的效果，在玉米生长后期仍能保证充足的养分供应给玉米茎秆，使玉米茎秆较好地发挥疏导、支撑和贮存等功能。

CK处理与其他处理穗位均存在显著性差异，这可能是由于土壤中养分不足，无法较好地通过茎秆向上传递水分、无机及有机养分，造成果穗着生点低于其他处理。A处理与D处理存在显著性差异，与其余处理间不存在显著性差异，这表明在相同氮素水平情况下，沼肥可以提高茎秆营养疏导及养分贮存的功能，使玉米果穗着生点提高。

由以上分析可知，是否施用肥料对茎秆直径及穗位影响较大，在等量氮肥情况下，化肥处理茎秆直径及穗位均处于较低水平。

2.2 不同肥料处理对玉米产量的影响

将收获时期所记录的玉米产量性状数据按照不同施肥处理进行数据处理，得到表4。玉米经济学产量为带叶鲜穗玉米重量，穗行、穗宽、穗行、行粒数均为衡量经济学产量的具体指标，生物学产量为玉米植株整株重量。

表4 不同肥料处理对玉米产量的影响Tab.4 Effects ofdifferent fertilizer treatment on corn yield

由表4可知，各处理经济学产量表现为：CK＜A＜C＜B＜D＜E；各处理生物学产量表现为：CK＜A＜B＜D＜C＜E。

各处理间经济学产量不存在显著性差异，这可能是由于CK处理中上茬作物的基肥未完全分解，在本季种植中恰逢雨季，遇水后腐烂分解，为CK处理中的玉米植株提供了一定的养分，使其实际产量增大。

CK处理和A处理的生物学产量与E处理存在显著性差异，与其他处理间不存在显著性差异，表明同等氮素水平下，化肥处理的生物学产量处于较低水平，沼肥+生物炭处理使玉米植株生物学产量明显增加。

由以上分析可知，不施肥使玉米生物学产量和经济学产量均较低，在同等氮素水平下，化肥处理的经济学产量与生物学产量均较差，沼肥+生物炭处理的经济学产量与生物学产量均最好，基肥添加生物炭可明显提高玉米的产量。

2.3 不同肥料处理对氮磷损失情况的影响

氮、磷损失量分别为见图2、图3。

由图2、3可知：玉米种植氮素总损失量在3.71～7.21 kg/hm2，损失率为 2.32%～15.47%。氮流失量在 0.57～4.95 kg/hm2，占氮损失量的15.36～75.04%。其中，氮损失量最大的是B处理，其次是A处理，B处理氮损失量为CK的2.21倍。氮流失量最大的是A处理，其次是B处理，氮流失量最少的是CK处理，其次是E处理。A处理氮流失量为CK的8.68倍，E处理氮流失为CK的5.39倍，E处理流失量较A处理少61.24%。具体氮流失量大小顺序为：A＞B＞C＞D＞E＞CK。其中，CK、D、E 处理氮流失低于 A、C、B，但 A、C、B流失量差异不明显，而CK处理流失量最少与其没施肥有关。

由图2、图3可知：玉米种植磷素损失总量在0.53～1.80 kg/hm2，损失率为37.92%～79.11%。磷流失量在0.11～1.54 kg/hm2，占磷损失的20.75%～89.53%。其中，磷损失量最大的是C、D处理，其次是A处理，磷损失量最少的是CK处理，其次是E。与CK相比，C、D处理磷损失量为CK的3.4倍，E处理磷损失量为CK的3.17倍。磷流失量最大的是B处理，流失量最小是CK处理，其次是E处理。B处理磷流失量为CK的14倍，E处理磷流失为CK的5.73倍，E处理流失量较B处理少144%。具体磷散失量大小顺序为：C=D＞A＞B＞E＞CK。其中，CK处理磷流失量较低与其没施肥有一定关系，处理中E处理磷流失量低于另外四种处理，但差异性并不明显。地表径流整体趋势和总磷散失量区别不大，但磷流失途径中地表径流占比较小。

由以上分析可知，氮磷流失与施入的肥料量有关，空白处理氮流失量最少。在同等氮量情况下，“沼肥+生物炭”处理流失量最少，较化肥处理少61.24%。磷流失量最小是空白处理，其次是“沼肥+生物炭”处理，磷流失量最大的是堆沤肥处理，“沼肥+生物炭”处理流失量较堆沤肥处理少144%。

2.4 不同肥料处理对土壤结构的影响

由图 4 可知，A、B、C、D、E、CK 6 种处理密度均下降，其中处理B下降最少，下降10.09%、E处理下降最多，下降24.32%；A、B、C、D、E、CK 6种处理 pH均上升，其中，B处理上升最少，上升0.33%，E处理上升最多，上升3.73%；处理A、C、D、E、CK的孔隙度均上升，其中E处理上升最多，上升12.95%，处理 B孔隙度下降，下降了 3.21%；处理 A、B、C、D、E、CK有机质均上升，其中处理E上升最多，上升70.33%。

2.5 不同肥料处理对土壤重金属含量的影响

不同肥料处理对土壤重金属含量的影响，见图5。

由图5可知：几种不同施肥处理对土壤中锌元素的影响最大，铅、铬和铜元素也有较大影响，其余的重金属元素影响不大。其原因可能是重金属在土壤中的分布受到土壤性质和个别金属化学性质的影响，大部分金属不会移动至耕作高度下，作物吸收的重金属含量不多。铬元素变化较大可能是由于试验地土壤偏酸性，在pH值在2～6.5时，土壤对Cr6+的吸附量较大。而锌元素变化则是由于沼液、沼渣中含有大量的Zn2+，伴随施肥过程进入土壤，致使锌元素含量增加。另外在自然界中，由于铅具有很高的负电性，容易与铁、铝的氧化物、有机质及碳酸形成共价化合物，因此难以被植物吸收。

生物炭具有一定的吸附作用，可将重金属离子固定成稳定的状态。在种植试验中，也达到了降低部分土壤中Cr、Zn含量的目的。生物炭的吸附作用主要是通过提高土壤CEC（阳离子交换量）来修复污染土壤。重金属离子被固定在土壤胶体中，土壤重金属的生物有效性降低，就达到了修复的目的。由于生物炭本身的pH呈碱性，添加到土壤中提高了土壤的pH，土壤胶体微粒表面所带负电荷增加，则土壤阳离子交换量也增加。

3 综合评价

通过以上分析，不能将直观的或片面的结论作为评价依据，以下根据调查走访结果以及试验的目的意义对本次玉米种植试验进行综合评价，将评价指标设定如表5，将环保指标、经济指标、生长指标的评分占比设定为40%、50%、10%。满分为2分，即环保指标满分为0.8分，经济指标满分为1分，生长指标满分为0.2分，每个指标的影响因素占比如下表。不同施肥方式所涉及的经济效益评价见表6。