化肥减量配施生物有机肥提高玉米产量

杨万华，顾祝禹，江路霞，廖建勋，孙国锋，尹称意，汤园园

（1.建始县农业农村局，湖北 恩施 445300；2.武汉市秀谷科技有限公司，武汉 430000）

化肥作为重要的农业生产资料，对农业生产具有重要的作用［1］，对中国粮食产量增加贡献率达40%以上［2］。中国化肥的用量占全世界化肥总量的33%，施用强度达世界平均水平3 倍，已超过安全上限［2，3］。化肥的过量与不合理施用导致土壤板结、肥料利用率低、农产品品质下降，对生态环境造成了威胁［4-6］。中国农业加快产业转型升级，实现绿色可持续发展，亟待降低化肥的不合理施用，改善生态环境。

生物有机肥是在有机肥中添加有益微生物菌群的新型肥料，能够改善土壤环境，降低作物病虫害的发生，提升土壤肥力，增加农作物的产量，提高农产品品质［7-9］。国家出台化肥减量化与有机肥替代化肥的政策，在农作物上化肥减量配施生物有机肥的研究成为热点。化肥减量配施有机肥在水分亏缺下有利于子棉增产，缓解水分亏缺对棉花生长发育的影响，以50%化肥+50%有机肥为最佳施肥处理［10］。减量15%施用化肥，配施400 kg/hm2生物有机肥能增加土壤细菌和真菌的数量，提高土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性和养分含量，增加玉米单株干物质量［11］。化肥减量配施生物有机肥能够有效降低化肥使用量，改良土壤，增加土壤团粒结构，达到化肥减量增效的目的。已有研究主要集中在单一有机肥或化肥对农作物的影响［12，13］，对化肥减量配施生物有机肥的研究报道较少。因此，选取湖北省建始县玉米地进行大田试验，研究化肥减量配施生物有机肥对土壤理化性质、玉米产量与经济效益的影响，以期为化肥减量增效提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在湖北省建始县业州镇，该区域位于湖北省西南部，地势西高东低，属亚热带季风气候区，光照充足，降雨充沛，年均温15.3 ℃，年均无霜期260 d，相对湿度79%，年降水1 400 mm。耕作方式采用旋耕，以种植水稻和玉米为主。耕地类型主要有旱地、水田和水浇地。试验地土壤pH 为6.21，容重1.45 g/cm3，有机质15.7 g/kg，碱解氮88.4 mg/kg，有效磷13.5 mg/kg，速效钾105.2 mg/kg。

1.2 供试材料

玉米品种为康农玉108，生育期为130 d，生物有机肥于市场购买，有机质含量为47.10%，总养分6.86%，水分21.32%。供试化肥为尿素（N≥46%）、磷酸二铵（N≥18%，P2O5≥46%）、硫酸钾（K2O 50%）。

1.3 试验设计

试验设置5 个处理，对照（CK）为当地常规施肥用水平（尿素、磷酸二铵、硫酸钾分别为375、225、150 kg/hm2）；T1 化肥施用量与CK 相同，配施生物有机肥1 500 kg/hm2；T2 化肥施用量较CK 减少10%，配施生物有机肥1 500 kg/hm2；T3 化肥施用量较CK 减少20%，配施生物有机肥1 500 kg/hm2，T4 化肥施用量较CK 减少30%，配施生物有机肥1 500 kg/hm2。每个处理3 次重复，共15 个小区，小区随机排列，面积为50 m2。玉米宽窄行种植，宽行60 cm，窄行40 cm，株距25 cm，地膜覆盖。施肥及田间管理同当地大田。

1.4 样品的采集与分析

在玉米成熟时期对土壤取样，在表层土壤（0～20 cm）取3 点混合土样，自然风干、混匀后过1 mm筛保存。土壤理化性质按常规方法检测［14］。pH 采用电位计法，水土比为5∶1，土壤容重采用环刀法，土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法-外加热法，土壤碱解氮采用碱解扩散法，有效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用中性NH4Ac 浸提-火焰光度比色法。玉米成熟后每小区随机取10株玉米进行室内分析，分别测定株高、穗粗、穗长、穗粒数、百粒重等，同时对每小区玉米子粒称重，计算产量。

1.5 数据统计

采用Excel、Origin 和SPSS 软件进行数据统计、图表绘制，进行单因素方差分析（ANOYA），Duncan’s法分析差异显著性。

2 结果与分析

2.1 化肥减量对土壤理化性质的影响

化肥减量配施生物有机肥对土壤理化性质的影响见图1。化肥减量配施生物有机肥处理土壤pH均显著高于全部施用化肥处理（对照），其中T4 pH最高，高于对照4.04%。与对照相比，T1 至T4 土壤容重均显著降低，而T1 至T4 间土壤容重差异不显著，其中T2、T3 土壤容重较低，均为1.34 g/cm3。T1至T4 土壤有机质含量较对照均有提升，差异不显著，呈现出先增加后降低的趋势，T3 有机质含量最高，为16.8 g/kg。

图1 不同处理的土壤理化性质

分析速效养分。与对照相比，化肥减量配施生物有机肥各处理碱解氮与速效钾差异不显著，碱解氮与速效钾的含量较对照有一定的增加，且均呈现先增加后降低的趋势。化肥减量10%时碱解氮最高，较对照增加了10.47%，化肥减量20%时速效钾最高，较对照增加了22.90%。T1 至T4 有效磷较对照分别增加了11.27%、14.29%、16.54%、9.78%，且T3 有效磷较对照差异显著。可见生物有机肥能够有效改善土壤pH 与容重，增加土壤中有机质、碱解氮、有效磷与速效钾，为作物的生长提供大量营养元素。

2.2 化肥减量对玉米产量构成的影响

化肥减量配施生物有机肥对玉米产量构成影响显著（表1）。与单施用化肥相比，增施生物有机肥的玉米株高、穗粗、穗长、穗粒数、百粒重、子粒产量均呈上升趋势，说明生物有机肥可提高玉米的产量，实现增产。T1 至T4 与对照相比，株高增加了6.16%、6.47%、4.28%、2.45%，穗粗增加了12.92%、13.59%、14.70%、6.24%，穗长增加了9.78%、10.33%、8.15%、5.43%，穗粒数增加了4.61%、6.46%、5.72%、3.14%，百粒重增加了1.41%、1.13%、1.69%、0.85%。T1 至T4 株高、百粒重与对照差异不显著，T1 至T3 穗粗、穗长、穗粒数较对照显著增加，T2、T3 玉米产量构成较优。表明化肥减量配施一定量的生物有机肥，能够促进玉米的生长，优化玉米产量构成，有利于玉米增产。

表1 不同处理的玉米产量构成

T1 至T4 玉米子粒产量较对照分别增加了11.78%、13.62%、13.45%、7.72%。化肥减量10%配施生物有机肥子粒产量最高，为8 865 kg/hm2，随化肥施用量的减少产量逐渐降低，表明适当的化肥减量配施生物有机肥能够提高玉米产量，化肥过度减量不利于玉米增产。

2.3 化肥减量对玉米经济效益的影响

不同处理的玉米产量与经济效益见表2。由表2 可知，化肥减量配施生物有机肥的玉米产量均有一定的增加，其中T2、T3 增产效果较好，增产率分别为13.62%、13.45%；T2 产值最高，为21 276.0 元/hm2；以T3 经济效益最好，由于化肥减量20%，较T2 肥料成本低，T3 经济效益为17 562.4 元/hm2，较对照增加7.25%。表明化肥减量配施生物有机肥能够有效提高玉米产量，增加经济效益，有助于农业增产、农民增收。

表2 不同处理的玉米产量与经济效益

3 讨论

化学肥料利用率较低是中国农业生产面临的重要问题，过量的施用会导致土壤板结、盐碱化、土壤结构破坏等问题，对生态环境产生负面影响［15，16］。生物有机肥含有大量有机质、氮磷钾营养元素和有益微生物菌群，能改善土壤结构，增加土壤养分含量，增强土壤保水保肥能力［17，18］，合理增施生物有机肥能有效改良土壤。

有机质是评价土壤肥力的重要指标，是微生物生命活动能量的来源，为植物的生长发育提供养分［19］。试验结果表明，配施生物有机肥，土壤pH 与容重的改良效果显著，土壤中有机质、碱解氮、有效磷、速效钾的含量有一定的增加。这与邱吟霜等［17］、孙薇等［20］的研究结果相似。由于化肥中不含有机质，而生物有机肥含有大量有机质、氮磷钾等矿质元素与土壤有益微生物，生物有机肥进入土壤能够有效降低土壤容重，提升pH，增加有机质、碱解氮、有效磷与速效钾。梁运江等［21］研究发现，施用生物有机肥有利于提高土壤中速效氮、磷、钾含量，但须配施适量的氮、磷、钾肥才能在作物产量不下降的前提下提高土壤肥力。本研究结果表明，随化肥减量的增加，碱解氮、有效磷与速效钾的含量表现为先增加后降低的趋势，化肥减量20%配施1 500 kg/hm2生物有机肥，土壤碱解氮、有效磷与速效钾的含量较对照增加了9.90%、16.54%、22.90%。随着化肥减量的增加，土壤中有机质、碱解氮、有效磷与速效钾的含量出现下降，原因是化肥施用量减少。

化肥减量配施生物有机肥改良土壤不仅要考虑肥料的高效利用，同时还需注意作物产量与经济效益的关系［22］。本研究表明，化肥减量配施生物有机肥能够提高玉米产量，但玉米产量与经济效益均随化肥减量比例增加呈先增加后降低的趋势。化肥减量20%配施1 500 kg/hm2生物有机肥经济效益最高，为17 562.4 元/hm2。柏琼芝等［23］研究也表明，化肥减量配施生物有机肥能够明显提高作物产量与经济效益，化肥减量比例过高会导致经济效益降低。化肥减量配施生物有机肥需综合考虑土壤理化性质、作物产量与经济效益，因地制宜，结合实际生产情况进行化肥减量配施生物有机肥改良土壤。

4 结论

1）化肥减量配施生物有机肥能够改善土壤的理化性质，土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾的含量分别增加了2.58%～4.04%、4.69%～7.90%、4.55%～10.47%、9.77%～16.51%、11.88%～22.90%，随化肥减量比例的增加呈现先增加后降低的趋势，土壤容重降低了5.48%～8.22%。

（2）化肥减量配施生物有机肥有利于提高玉米株高、穗粗、穗长、穗粒数等产量因子，增加玉米产量与经济效益，化肥减量20%配施1 500 kg/hm2生物有机肥经济效益最高，子粒产量为8 851 kg/hm2，经济效益为17 562.4 元/hm2。