有机肥替代部分化肥对‘桂甜糯525’产量品质和土壤环境的影响

王吉平 何铁光 张雨 徐亮 苏天明 李嘉维 覃波

摘  要：本研究通过田间试验，以不施肥为对照（T1），设置单施化肥（T2）和不同有机肥替代部分化肥（T3和T4）3个施肥处理，研究不同有机肥替代部分化肥对玉米产质量和土壤环境的影响。结果显示，施肥处理下玉米植株的农艺性状均优于不施肥处理，与单施化肥相比，施用有机肥能更好地促进玉米植株的生长，其中T3处理玉米植株的茎粗和叶片长较T2显著（P<0.05，下同）提高11.94%和4.53%;施肥能显著提高玉米产量，较不施肥可显著提高14.27%～17.17%;施用有机肥能提高玉米鲜果穗性状和品质，其中T3处理穗长较T2显著提高7.12%;与T2处理相比，T4处理的籽粒蛋白质含量较T3显著提高7.21%，T3处理籽粒的可溶性糖含量较T1和T4处理显著提高61.54%和77.97%;T3处理土壤中的有机质含量较单施化肥显著提高64.52%。各指标相关性分析中，籽粒蛋白质和脂肪含量与总氮含量呈显著正相关（r=0.868，P<0.01），说明有机肥可通过提高玉米对氮的吸收从而促进籽粒中蛋白质和脂肪等营养成分的积累。综上，有机肥替代部分化肥相比于不施肥和单施化肥能更好的促进玉米植株的生长，且在保证产量的同时能提高果穗品质，增加土壤有机质含量，可作为区域化肥减施下春玉米提质保产的推荐施肥方案。

关键词：玉米;有机肥;化肥减施;产量和品质;土壤改良

中图分类号：S15;S14      文献标识码：A

Effects of Organic Fertilizer Replacing Part of Chemical Fertilizer on Yield， Quality and Soil Environment with ‘Guitiannuo 525

WANG Jiping1， HE Tieguang1， ZHANG Yu2， XU Liang2， SU Tianing， LI Jiawei3， QIN Bo4

1. Agricultural Resources and Environment Research Institute， Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning， Guangxi 530007， China; 2. Yunnan Academy of Forestry， Kunming， Yunnan 650201， China; 3. Guangxi Yuanchuang Agricultural Science and Technology Development Co.， Ltd， Nanning， Guangxi 530022， China; 4. Hechi Guihengwang Technology Co.， Ltd， Hechi， Guangxi 546399， China

Abstract： In this study， the effects of different organic fertilizers on corn yield quality and soil environment were studied with no fertilizer （T1）， chemical fertilizers （T2） and different organic fertilizers replacing partial chemical fertilizers （T3 and T4） by field experiments. The agronomic traits of maize plants under fertilizer treatments were better than those under T1. Compared with T2， the growth of maize plants was promoted under organic fertilizer treatment （T3 and T4）. The stem diameter and leaf length of maize plants under T3 treatment were significantly increased compared with T2 （P<0.05， the same below） by 11.94% and 4.53%， respectively. Compared with the control， the maize yield could be significantly increased with 14.27%?17.17% under fertilizer treatments， but it was insignificant （P>0.05， the same below） between T2-T4. Compared with T2， the ear length of T3 was significantly increased 7.12%， the protein and fat content under T4 were significantly increased with 7.21% compare with T3， and the soluble sugar content under T3 was significantly increased with 61.54% and 77.97% compare with that of T1 and T4， and the organic matter content in soil were increased by 64.52% and 27.38% under T3 and T4， respectively. In the correlation analysis of all indexes， the content of protein and fat in kernel was significantly positively correlated with the content of total nitrogen （r = 0.868， P <0.01）， which indicated that the accumulation of protein， fat and other nutrients in kernels could be promoted by improving the absorption of nitrogen. In conclusion， the growth of corn plants， ear quality and content of soil organic matter were be improved under organic fertilizers replacing partial chemical fertilizers， which could be used as the recommended fertilization strategy for improving the quality and yield of spring maize under regional fertilizer application reduction.

Keywords： maize; organic fertilizer; chemical fertilizer reduction; yield and quality; soil improvement

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.09.021

施肥是促进作物生长和增加产量的重要农田管理措施。近年来，因盲目追求产量而过量施用化肥的现象屡见不鲜，化肥用量的不断增加和不合理施用引发了土壤退化、肥料利用率降低和农业面源污染等一系列问题[1]。据统计，我国年化肥施用量超过5600万t，单位面积耕地化肥施用量远超国际安全标准[2]。根据农业部印发的《全国农业可持续发展规划（2015—2030年）》文件明确指出，化肥使用零增长是保护耕地资源和农业生态的重要途径。因此，在保障作物产量的前提下，探究一种化肥减施下实现作物提质增效的施肥方案是十分必要的。大量研究表明，有机肥具有改善土壤环境，提升土壤有机质含量[3]，促进作物根系生长[4]，实现作物提质增产[5-6]的作用。有机质和有益微生物对促进化肥吸收具有协同作用，可促进作物对养分的吸收和产量的提升[7]，腐殖酸对作物的产量和增加土壤含水率等方面也具有一定的积极作用[8]。但有机肥总养分含量较低，肥效释放缓慢，单施有机肥无法满足作物快速生长需求。因此，合理减施化肥并配施有机肥是实现化肥使用零增长和作物提质增产的重要手段[9-11]。

玉米是我国重要的粮饲作物，在广西，其种植面积仅次于水稻和甘蔗。2018年广西玉米播种面积达584.43千hm2，产量达273.40万t（数据来源于国家统计局网站：http：//data.stats. gov.cn/）。当前种植玉米的主要肥源为化肥，而玉米连作下长期施用化肥会导致土壤微生物活性和功能多样性下降[12]，从而降低土壤肥力，导致连作下作物减产，不利于可持续农业发展和土壤健康。化肥配施有机肥能较好的改善耕地土壤结构和理化性质，活化土壤微生物，提高作物养分吸收效率和肥料利用率，实现耕地质量提升和作物提质增产[13-15]。但有机肥替代部分化肥对玉米植株性状、玉米产量、品质及土壤有机质含量和根系土壤固氮菌数量的影响的研究相对较少。因此，分

析不同有机肥对玉米生长、产量及品质和土壤环境的影响，对促进玉米栽培过程化肥减施和可持续农业产业的发展具有重要意义。本研究结合当地典型特色农业废弃物资源和有机肥生产情况，选择的蚕沙生物有机肥和含腐殖酸有机肥，以玉米为试验材料开展田间试验，研究当地不同类型有机肥对玉米植株性状、玉米产量、果穗品质及土壤环境变化的影响，为改善当地耕地质量、促进农业可持续发展和玉米高质量栽培提供参考依据。

1  材料与方法

1.1  材料

供试肥料分别为YARA复合肥（NPK比例为21-6-13）、硫酸钾（钾含量51%），蚕沙生物有机肥（固态粉状肥料，原料为蚕沙，有机质含量为29.8%，河池市桂晟生物有限公司提供）和含腐殖酸有机肥（原料为鸡粪和花生麸，腐殖酸含量为15.82%，南宁桂裕鑫农业科技有限公司提供）。供试玉米品种为‘桂甜糯525。

1.2  方法

1.2.1  试验设计  试验点设在广西贵港市贵港农科所试验基地，地区年平均温度约25 ℃，種植期间（4—7月）最低温度为21 ℃～24 ℃，最高温度32 ℃～34 ℃，适宜春玉米种植栽培。试验地土壤理化性质为pH 5.20，水解性氮78.9 mg/kg，有效磷54.5 mg/kg，速效钾128 mg/kg，有机质13.9 g/kg，全氮1.00 g/kg，全磷1.22 g/kg，全钾4.35 g/kg。

试验共设4个处理，T1处理：不施肥，为对照组;T2处理：单施全量无机肥，以复合肥（21-6-13）、硫酸钾（51%）为肥源，按150 kg/hm2，K2O 120 kg /hm2称取;T3处理：减施20%化肥（按T2比例进行折算）+15 t/hm2蚕沙生物有机肥;T4处理：减施20%化肥（按T2比例进行折算）+ 15 t/hm2含腐殖酸有机肥;具体施肥时间及单个小区施肥量见表1。每处理设3次重复，共12个小区，小区随机区组排列，单个小区面积约20 m2（3.20 m×6.24 m）。玉米种植苗距为23 cm × 70 cm，单穴播双粒种，待出苗后单穴保留1株苗。

1.2.2  项目测定  成熟期在每个小区随机取样5株玉米植株，分别进行株高、茎粗、总叶片数的测量和统计，选择果穗往上第一片叶测量叶片的长和宽及叶片SPAD值。

每个小区收获的鲜果穗中，根据单果穗平均质量挑选5个具有代表性果穗进行测定，调查穗长、穗粗、单穗重、穗粒重和百粒重。并分别统计各小区收获的果穗总重量，折算成公顷产量。

每个小区随机选择5个果穗，脱粒后混匀取适量进行籽粒品质测定，其中籽粒全氮、全磷、全钾分别按照GB 5009.5—2016凯氏定氮法、GB 5009.87—2016钼蓝分光光度法、和GB 5009.91—2017原子吸收光谱法进行测定;蛋白质、脂肪和淀粉分别参照GB 5009.5—2016分光光度法、GB 5009.6—2016索式抽提法和GB 5009.9—2016酶水解法进行检测;可溶性糖含量参照NY/T 1278—2007铜还原碘量法进行检测。

土壤固氮微生物数量检测：采用平板计数法进行计算。

土壤理化性状测定：土壤氮、磷、钾和有机质等养分测定按照鲍士旦《土壤农化分析》[16]方法。

1.3  数据处理

试验数据采用Excel 2016软件进行整理，以SPSS 22.0软件进行差异显著性分析，以Origin 9.0软件进行作图，相关性分析使用R语言corrplot包进行可视化分析。

2  结果与分析

2.1  不同施肥处理对玉米植株农艺性状的影响

由表2可得，不同施肥处理对玉米植株的生长影响差异较大，施肥处理（T2～T4）玉米的各项农艺性状指标均高于对照（T1）。其中T2～T4处理玉米株高和叶片SPAD值均显著高于T1处理，分别提高6.17%、9.37%、6.54%和7.72%、8.59%、7.34%;T2处理叶片长和叶片宽与T1处理相比差异并不显著，而T3和T4处理较对照分别显著提高7.16%、5.04%和6.32%、7.52%;T3处理的玉米植株茎粗和叶片长较T2处理显著提高11.94%和4.53%，结果表明有机肥部分替代化肥能显著促进玉米植株茎秆的生长和叶片伸长。综上，不同有机肥部分代替化肥能更好地促进玉米植株的生长，且部分指标显著优于施用全量化肥处理。

2.2  不同施肥处理对玉米产量及果穗性状的影响

产量是影响玉米价值和农民收入的重要指标。本次试验中，T2～T4处理产量均显著高于T1处理（7.57 t/hm2），分别提高17.17%、15.59%和14.27%。T2～T4处理间产量差异并不显著（图1）。

不同处理下玉米果穗性状中，T3处理的穗长最大（20.02 cm）且显著高于T2处理，其他指标不同处理间差异并不显著（表3）。不同施肥处理对玉米果穗性状的影响较小，有机肥替代部分化肥较单施化肥对果穗伸长具有一定的促进作用。

2.3  不同施肥处理对籽粒养分及品质的影响

果穗籽粒的品质是影响其营养价值的关键因素。本次试验中，不同施肥处理的籽粒品质具有一定差异（表4）。其中，T2～T4处理籽粒的总磷含量显著高于T1处理，分别显著提高82.35%、141.18%和105.88%，且T3处理显著高于T2处理;

T3处理籽粒可溶性糖含量最高，较T1和T4处理显著提高61.54 %和77.97%;T3处理籽粒淀粉含量显著低于其他处理，较T1和T2分别显著降低8.42%和7.47%;与T2处理相比，T4处理的籽粒蛋白质含量较T3处理显著提高7.21%。结果表明蚕沙生物有机肥能更好地促进籽粒中淀粉的分解并提高可溶性糖的积累，实现鲜食果穗口感改良，而含腐殖酸有机肥更有利于籽粒中蛋白质的累积，提高果穗的营养价值。

2.4  不同施肥处理对土壤有机质含量和固氮菌数量的影响

不同施肥处理中，T3处理土壤有机质含量最高，分别较T1、T2和T4顯著提高56.69%、64.52%和29.16%（图2A）。施用有机肥能提升土壤有机质含量，对土壤改良具有一定的促进作用。各施肥处理间土壤固氮菌数量的变化差异不显著（图2B）。

2.5  各指标间的相关性分析

综合试验检测指标进行相关性分析，结果见图3。玉米植株农艺性状之间总体呈正相关关系，其中株高、茎粗和叶片长宽两两间显著正相关， 叶片长和SPAD呈极显著（P<0.01）正相关;产量与玉米株高和叶片数呈显著正相关，说明玉米植株更好的生长能促进玉米产量增加;籽粒总磷与株高、茎粗、叶片长宽及叶片SPAD值呈显著正相关，总钾与叶片长宽呈显著正相关，籽粒中淀粉含量与茎粗、叶片长和玉米总磷含量呈显著负相关，说明玉米植株生长较好时籽粒能更好的积累磷钾，但不利于籽粒中蛋白质和淀粉含量的增加，籽粒中总氮含量与蛋白质和脂肪含量呈极显著正相关。此外，土壤有机质含量与玉米植株茎粗和叶片长呈极显著正相关，说明有机质能促进玉米植株的生长，为玉米高产提供基础。

3  讨论

施肥是促进作物生长的重要农田管理措施[17]，植株的健康生长是保证作物高产的重要基础。本试验中，施肥处理的玉米植株生长情况均优于对照，尤其是能显著提高玉米植株的株高及叶片SPAD值，这有利于玉米植株更好的利用自身优势进行光合作用，增加干物质的积累，提高玉米产量。其中T3处理玉米植株株高和叶片SPAD值最大，较T1显著提高9.37%和8.59%，结果表明有机肥对玉米植株的生长具有更好的促进作用。这可能是因为有机质通过改善土壤有机碳含量，增加土壤有机碳库积累[18-19]，从而促进作物生产和产量提高。

玉米果穗性状是影响消费者选择的重要指标，施肥能有效提高果穗性状和产量。本试验中，施肥处理玉米产量均显著高于对照，施用有机肥较单施化肥更能稳产。在果穗性状方面，T3处理穗长显著大于T2，这与李放等[15]化肥配施黄腐酸能促进夏玉米增产的结论类似。

果穗品质是影响口感、营养价值和商品价值的关键因子[20]。高品质的玉米果穗通常更受消费者青睐。本试验中，施肥处理籽粒的总磷含量显著高于对照，T3处理可溶性糖含量最高，较T1显著提高61.54%，T4处理籽粒蛋白质和脂肪含量最高且显著高于T3处理。结果表明蚕沙生物有机肥能促进籽粒中提高可溶性糖的积累，改善玉米口感，这与陵军成[21]在化肥减施下增施生物有机肥提高人参果中可溶性糖含量的研究类似;施用含腐殖酸有机肥能更好的提高籽粒中的总氮和蛋白质含量，这可能是腐殖酸通过增加土壤中有效氮含量[22]，促进作物对氮的吸收，从而增加籽粒中蛋白质等含氮化合物的含量，促进作物的营养价值的提升。

相关性分析结果表明，玉米籽粒总氮含量提高可显著促进其蛋白质和脂肪的积累，而玉米植株吸收的养分更多地用于植株生长时，对籽粒中主要营养成分的积累可能是不利的。施用蚕沙生物有机肥能更好的促进籽粒中可溶性糖含量的增加，含腐殖酸有机肥则能更好的促进籽粒中蛋白质含量的提高。不同有效功能成分有机肥对玉米生长和产量品质具有不同的效果，这为区域定向培育高品质玉米的高产栽培提供了较好的施肥方案的参考。

4  结论

不同有机肥代替部分化肥能更好地促进玉米植株的生长，且在保证玉米稳产的同时能提高籽粒中可溶性糖或蛋白质的积累，并增加土壤有机质含量，为后茬作物提供养分。本研究为区域化肥减施下玉米的提质保产和土壤改良提供了一定的数据支撑，并提出果穗生长期间提高玉米对氮的吸收可能对增加籽粒中含氮化合物的积累具有一定的促进作用，为实现富含蛋白质的高品质玉米的高产和可持续农业发展提供了科学依据。

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责任编辑：白  净