化肥减量配施对燕山丘陵区春玉米生长发育及产量的影响

边丽梅 ，董 喆，郑 伟，张丽妍，张 昊，郝春雷，慈艳华，杜江洪，孟繁盛

(赤峰市农牧科学研究院，内蒙古 赤峰 024031)

化肥作为重要的农业生产资料，在增加粮食产量、保障粮食安全方面发挥了重要的作用[1]，但我国的化肥使用量远超国际公认的上限[2]，生产上为了追求高产盲目过量施用现象普遍存在，导致出现土壤及生态环境等一系列负面问题[3]。农业部自2015年围绕"打好污染防治攻坚战"，深入实施化肥使用量零增长行动以来，全国化肥施用量和施用强度已经连续3 a下降，但化肥施用三连减的原因主要是农作物播种面积的减少，而非施肥效率的提高，化肥减量施用仍然任重道远[4]。

玉米作为重要的粮食和工业原料，一直是减量施肥的重点研究对象。内蒙古燕山丘陵区位于我国优质玉米种植带上，玉米是该地区第一大粮食作物，玉米产量占内蒙古玉米总产量的17%[5]，对于内蒙古的粮食生产都有重要作用。然而该地区农业生产水平不高，化肥施用农田土壤后期养分供应不足和玉米肥料利用率低等问题凸显。近年来关于化肥减量配施的研究很多，在替代物的选择方面主要包括有机肥、缓控释肥、秸秆还田和生物炭等。有研究认为有机肥替代化肥可以明显改善土壤养分状况[6], 提高玉米的氮素吸收量和利用率，促进氮素向玉米籽粒中转移，防止氮素淋溶[7]。 缓释肥料替代化肥可以降低耕层土壤硝态氮和铵态氮含量，减少硝态氮淋溶及农业面源污染[8]。秸秆还田替代化肥可提高玉米产量，增加土壤养分和有机质含量[9～11]。生物炭替代化肥可增强土壤固炭能力[12]，提高氮素向籽粒中转移量，保持籽粒中氮素积累量较高水平，显著提高氮肥利用率，增加玉米产量[13]。化肥减施替代效果受土壤肥力和气候环境的影响很大[14]。

目前在化肥减施替代方面多是对单一替代物施用量的研究，而关于这几种常用的替代物之间的横向比较研究还很少，笔者在浅埋滴灌模式下开展了有机肥、缓控释尿素、秸秆还田和生物炭与化肥减量配施对玉米生长发育和产量的影响研究，探讨了化肥减量替代的可行性，旨在探索燕山丘陵区春玉米田化肥减量配施技术模式，为燕山丘陵区土壤高效绿色生产提供科学依据，实现玉米高产、水肥高效利用和保护农田环境的目标。

1 材料与方法

1.1 试验地基本概况

试验于2020年在赤峰市农牧科学研究院10号试验基地(41.30°N,118.87°E)进行，试验地地势平坦，地力均匀，土壤类型为棕壤土，试验地前茬为玉米，供试土壤为壤土，0～20 cm土层基本理化性质为有机质17.9 g·kg-1，碱解氮113 mg·kg-1，速效磷17.8 mg·kg-1，速效钾149 mg·kg-1。近20 a(1998-2017年)，玉米生长季(4月15日至10月15日)降雨量为326.2 mm，积温3 417.1℃。

1.2 试验设计

试验设计的优化施肥量为N-P2O5-K2O=270-180-120(kg·hm-2)，在磷、钾肥为优化用量的基础上设6个处理(表1)。试验采用大区种植，不设重复，每处理面积300 m2。玉米品种选用高产、高抗、优质的当地主栽品种赤单218，种植方式采用浅埋滴灌方式种植，宽行80 cm，窄行40 cm，平均行距60 cm，种植密度4 500株·667 m-2。各处理的磷肥、钾肥和60%的氮肥在播种时基施，40%的氮肥在抽雄期用肥料点播器点在两株玉米中间，追肥后进行滴灌。生育期内根据土壤墒情灌水4～5次，各时期灌水量分别为：播种300 m3·hm-2，拔节期450 m3·hm-2，抽雄期450 m3·hm-2，灌浆期450 m3·hm-2，总计1 650 m3·hm-2。

表1 试验处理

1.3 测定项目与方法

每个处理标记有代表性的植株3株，分别于玉米苗期、拔节期、大喇叭口期、吐丝期、成熟期，田间活体测量叶面积和株高，叶面积采用长宽系数法计算(0.75)，叶面积指数(LAI)=该土地面积上的总叶面积/土地面积。

分别于玉米苗期、拔节期、大喇叭口期、吐丝期、成熟期，在每个处理取有代表性植株3株，于105℃杀青0.5 h后80℃烘干至恒重，测定地上部植株干物质量。

成熟期每处理随机取3点，每点选取12 m2，按实收计算产量。测定穗长、穗粗、穗行数、行粒数、秃尖长、千粒重。

1.4 统计分析

采用Microsoft Excel 2013进行数据整理与计算，用spss 17.0进行数据统计分析，采用LSD法进行差异显著性检验，显著水平为(P <0.05)。采用Origin8.5进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对玉米株高的影响

由图1可知，随着玉米生育进程的推进，不同减氮替代处理下，玉米株高在生育期内的变化趋势表现一致，均呈现S型生长曲线规律，即苗期生长缓慢，拔节期-大喇叭口期-吐丝期生长增速，吐丝期至成熟期速度减慢。

图1 不同处理对玉米不同生育期株高的影响

从图1可以看出，不同施肥处理下玉米株高表现不同。在整个生育时期，RN+OM处理和RN+CRU处理的株高都显著高于RN处理。各处理株高在苗期差异不大，均无显著差异； 在拔节期，RN处理的株高与秸秆还田和生物炭肥替代处理无显著差异，比NPK处理、RN+OM处理和RN+CRU处理株高分别降低5.7%、5.7%和4.4%，差异显著；在大喇叭口期，RN处理株高分别比NPK、RN+OM、RN+CRU、秸秆还田和生物炭肥降低4.4%、3.2%、5.6%、3.0%和3.4%，差异显著。RN+CRU处理株高显著高于秸秆还田处理；在吐丝期，RN处理株高显著低于其它5个处理，RN+CRU处理株高比秸秆还田处理高3.9%，差异显著。在成熟期，生物炭肥处理株高显著低于其它处理。

2.2 不同处理对玉米叶面积指数的影响

不同处理对玉米叶面积指数的影响如图2所示，苗期各处理间叶面积指数没有明显差异，大喇叭口期NPK和生物炭肥处理明显高于其它处理，大喇叭口期RN+CRU处理的叶面积指数显著低于其它处理。吐丝期各处理的叶面积指数达到最大值，但各处理间无明显差异。成熟期NPK处理的叶面积指数最小，明显低于其它处理。

图2 不同处理对玉米不同生育期叶面积指数

2.3 不同处理对玉米干物质积累的影响

由图3可知，随着生育进程的推进，玉米干物质积累量逐渐增加，但积累速率不同，吐丝期至成熟期速率最高，大喇叭口至吐丝期次之。至成熟期，干物质积累量由大到小顺序依次为RN+CRU、RN+OM、 RN、NPK、秸秆还田、生物炭肥，其中，RN+CRU处理与其它处理间干物质积累量差异显著。

图3 不同处理对玉米不同生育期干物质积累量的影响

2.4 不同处理对玉米产量及构成因素的影响

从表2 可以看出，不同减氮处理与正常施肥处理间产量差异显著，不同减氮处理间无显著差异，不同减氮处理下玉米产量表现为RN+OM> RN+CRU >秸秆还田>RN>生物炭肥。不同施肥处理对穗行数的影响不显著，对秃尖长、穗粗、穗长、行粒数和千粒重的影响显著，RN+OM和RN+CRU处理下的千粒重和穗长均显著高于NPK处理；生物炭肥处理的秃尖长最短，为5.63 mm，显著低于其它处理。

表2 不同处理的玉米籽粒产量及产量构成因素

3 结论与讨论

2019年中央一号文件中强调要继续"开展农业节肥行动，实现化肥使用量负增长"。因此，如何有效实现化肥减量替代依然是科研工作者需要研究解决的问题。合理施肥可以增加玉米的产量和生物量[15]。适当提高施肥量可以明显增加株高，当施肥量达到一定程度后，株高趋于平稳[16]。研究发现，RN+OM处理和RN+CRU处理的株高都显著高于RN处理，说明减氮前提下有机肥和缓控释尿素替代氮肥可以增加玉米的株高。氮肥减量配施可以增加玉米叶面积指数和地上部干物质量，这和杨旸等[17]的研究结果一致。

适宜的土壤肥力条件可以最大限度地发挥出农田的生产潜力。适量减施氮肥减少了氮肥施用量，但提高了氮肥农学效率和肥料利用率，从而增加了肥料的经济效益，还可以保证玉米产量，甚至在一定程度上可以提高玉米产量[13,18]。笔者研究结果表明，减氮配施可以在一定程度上增加玉米产量，对穗粗、穗长、行粒数和千粒重也有积极的影响，和前人结果一致。

大量研究结果表明，秸秆还田、施用生物炭肥和有机肥可以培肥地力，改善土壤质量，使施肥、高产和土壤环境形成良性循环，可持续绿色发展。生物炭因其特殊组成及结构，适量施入可降低土壤容重，增加土壤孔隙度和持水能力，进而发挥其改良土壤和增加作物产量的作用[19]。目前对秸秆还田的应用一般都配合土壤耕作措施进行，而且在不同地区因气候、土壤因素等其增产效果也不同[20～21]。研究发现，减氮配施有机肥条件下，玉米产量最高，相应的产量构成因素穗粗、穗长、行粒数和千粒重也最高，和孟超然等[22]的结果一致。其次是减氮配施缓控释尿素处理，而秸秆还田和生物炭肥配施处理的表现却并不突出，综合考虑作物产量与环境保护等因素，在春玉米生产中减少氮肥用量、施用有机肥和缓控释尿素可以保证产量，同时还能减少农业面源污染，值得在生产中大力推广。不过，由于本研究仅为一年的试验结果，化肥减量配施的效果还有待多年的田间试验验证。