有机肥替代减施化肥对玉米磷素积累和产量形成影响

杨志远宋秋霞王殿尧

(1.黑龙江龙和农业发展有限公司，黑龙江 哈尔滨 150028；2.黑龙江省博恒认证有限公司，黑龙江 哈尔滨 150030；3.东北农业大学资源与环境学院，黑龙江 哈尔滨 150030)

玉米是我国重要的粮食作物和经济作物，适量的化肥可以增加玉米产量和提高玉米品质，但是长期过量施用化肥会导致土壤板结、肥料利用效率降低。有机肥不仅含有作物生长所需的氮、磷、钾等大量元素以及铁、锰、锌、铜等微量元素，还含有氨基酸和蛋白质等有机养分。此外，有机肥还含有大量腐植酸与微生物等物质，可提升土壤质量和肥力。有机肥与化肥的配合施用能够发挥有机肥持久性与化肥速效性的优点，为作物各阶段的生长发育提供养分[1]。很多研究者认为，有机无机肥的合理配施，是提高土壤肥力与作物增产提质的重要因素[2,3]。国内外一些研究表明，有机肥替代部分化肥后，能协调有机和无机养分的平衡供应，提高土壤养分如有机质、有效磷、速效钾等含量，有利于促进作物增产稳产[4-7]。因此，有机肥与无机肥的配施可提高作物对养分的吸收及肥料利用率，使肥料效益最大化，减少不合理的肥料投入并达到作物高产稳产的目的。

磷素作为作物生长发育所需的3大主要营养元素之一，对玉米的生长及最终产量的形成起着重要作用[8]。磷素是玉米的敏感性元素，直接参与玉米光合作用中的光合磷酸化和碳水化合物的合成与运转及其体内多个代谢过程[9]，对提高玉米产量具有不可替代的作用。本试验在东北草甸黑土研究有机无机配施下的减量施肥，明确配施有机肥条件下减施化肥玉米磷素吸收累积特征，以磷肥利用效率、产量特征等多个角度提出减肥适宜用量，旨在为玉米生产提供理论依据。为保证粮食安全、保护生态环境，配施有机肥减施化肥，可以提高有机肥资源的使用量和利用率，达到高产与优质双目标，实现“化肥零增长”。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验地点和供试品种

试验于2020年在黑龙江省绥化市北林区团结村试验基地(E126°47′，N46°35′，海拔158m)进行。供试玉米品种为“鑫鑫1号”。供试土壤类型为黑土，土壤基础肥力为pH 6.68，有机质33.32g·kg-1，碱解氮224mg·kg-1，速效磷27.10mg·kg-1，速效钾130.5mg·kg-1。

1.1.2 供试肥料

化肥：氮肥为尿素(N 46%)；磷肥为磷酸二铵(N 18%，P2O546%)；钾肥为氯化钾(K2O 60%)。

有机肥为绥化当地农民利用牛粪堆肥制成。有机质32.5%；全氮1.01%；全磷(P2O5)1.11%；全钾(K2O)0.54；pH 7.44；含水率40%。

1.2 试验设计

本试验为裂区试验。试验于2020年5月3日播种，2020年10月20日收获。采用精准机械作业播种施肥，每个处理播种12垄，垄长为75m，垄宽为0.65m，种植密度为5.6万株·hm-2。玉米在拔节期追氮钾肥，氮肥的种追肥比为3∶7，有机肥作为基肥一次性施入。试验设7个处理，分别为M0+F、M1+F1、M1+F2、M2+F1、M2+F2、M3+F1、M3+F2。其中，M0不施用有机肥；M1有机肥低量12t·hm-2；M2有机肥中量24t·hm-2；M3有机肥高量36t·hm-2。F绥化市常规施肥；F1减施化肥20%；F2减施化肥40%。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 玉米地上部磷素积累量的测定

分别于拔节期(6月27日)、大喇叭口期(7月25日)、灌浆期(8月31日)、成熟期(10月15日)，在每个裂区随机取3～5株玉米植株样品，将茎秆、叶片分离，于烘箱105℃杀青30min，80℃烘干至恒重。将植株样品各器官烘干磨细后采用浓H2SO4-H2O2法消煮，植株全磷含量用钼锑抗比色法测定。

玉米茎/叶磷积累量(kg·hm-2)=茎/叶干物质重×茎/叶全磷含量

1.3.2 玉米产量的测定

成熟期每个处理取10m2玉米穗进行测产和室内考种，以14%含水率重量折算小区产量，调查指标有穗数、行粒数、百粒重，计算其含水率和产量，取其平均值。

1.4 数据分析

本试验结果均使用平均值(n=3)表示，使用Excel 2019软件进行数据整理；SPSS 26.0软件进行数据的方差分析。

2 结果与分析

2.1 有机肥替代减施化肥对玉米茎秆和叶片养分积累量的影响

2.1.1 有机肥替代减施化肥对玉米茎秆磷积累量的影响

从图1可知，在减施化肥处理下玉米茎秆的磷积累量均随生育期推进整体增加，且呈单峰曲线变化，在灌浆期达峰值，成熟期下降。

图1 不同处理玉米茎秆磷积累量变化

在拔节期，在F1(减施化肥20%)条件下，M1+F1处理、M3+F1处理玉米茎秆磷积累量分别比M0+F处理高7.05%、43.17%，M2+F1处理玉米茎秆磷积累量比M0+F处理低16.74%，各处理间差异达到显著水平(P<0.05)；大喇叭口期，M1+F1处理、M3+F1处理玉米茎秆磷积累量分别比M0+F处理高6.07%、3.30%，M2+F1处理玉米茎秆磷积累量比M0+F处理低11.10%，各处理间差异达到显著水平(P<0.05)；灌浆期，M2+F1处理、M3+F1处理玉米茎秆磷积累量比M0+F处理高3.75%、42.08%，M1+F1处理玉米茎秆磷积累量比M0+F处理低2.81%，各处理间差异达到显著水平(P<0.05)。在F2(减施化肥40%)条件下，M1+F2处理、M3+F2处理玉米茎秆磷积累量比M0+F处理低17.39%、8.61%，M2+F2处理玉米茎秆磷积累量比M0+F处理高1.62%，各处理间差异达到显著水平(P<0.05)。成熟期，M1+F1处理玉米茎秆磷积累量比M0+F处理低4.31%，M2+F1处理、M3+F1处理玉米茎秆磷积累量比M0+F处理高4.75%、24.38%，各处理间差异达到显著水平(P<0.05)；在拔节期、大喇叭口期、成熟期，M1+F2处理、M2+F2处理、M3+F2处理玉米茎秆磷积累量比M0+F处理低，各处理间差异达到显著水平(P<0.05)。

各时期中，M1+F1处理玉米茎秆磷积累量高于M1+F2处理、M2+F1处理玉米茎秆磷积累量高于M2+F2处理、M3+F1处理玉米茎秆磷积累量高于M3+F2处理，且两者间差异较为显著(P<0.05)。

2.1.2 有机肥替代减施化肥对玉米叶片磷积累量的影响

从图2可知，玉米叶片磷积累量随生育期进程呈现先升高后降低的趋势，与玉米茎秆磷积累变化趋势一致，但与茎秆磷积累量不同的是，叶片磷积累量在拔节期到大喇叭口期迅速升高，且在大喇叭口期有峰值，而后逐渐降低。

图2 不同处理玉米叶片磷积累量变化

在拔节期，M1+F1处理、M2+F1处理、M3+F1处理玉米叶片磷积累量分别比M0+F处理高1.21kg·hm-2、0.58kg·hm-2、2.54kg·hm-2，且均与M0+F处理间差异显著(P<0.05)，M3+F1处理玉米叶片磷积累量比M0+F处理高84.95%。大喇叭口期，M1+F1处理、M3+F1处理玉米叶片磷积累量分别比M0+F处理高1.48%、18.78%，M2+F1处理玉米叶片磷积累量比M0+F处理低2.97%。灌浆期，M2+F1处理、M3+F1处理玉米叶片磷积累量分别比M0+F处理高4.43%、11.02%，M1+F1处理玉米叶片磷积累量比M0+F处理低72.73%，且各处理差异不显著(P>0.05)。M2+F2处理玉米叶片磷积累量比M0+F处理低11.08%，M3+F2处理玉米叶片磷积累量比M0+F处理高1.87%，各处理差异达到显著水平(P<0.05)。成熟期，M1+F1处理、M2+F1处理、M3+F1处理玉米叶片磷积累量分别比M0+F处理高9.84%、1.37%、10.98%，且各处理差异达到显著水平(P<0.05)。在拔节期、大喇叭口期、成熟期，M1+F2处理、M2+F2处理、M3+F2处理玉米叶片磷积累量均比M0+F处理低。

各时期中，M1+F1处理玉米叶片磷积累量高于M1+F2处理、M2+F1处理玉米叶片磷积累量高于M2+F2处理、M3+F1处理玉米叶片磷积累量高于M3+F2处理，且两者间差异较为显著(P<0.05)。

2.2 有机肥替代减施化肥对玉米产量和产量构成因素的影响

由表1可知，M1+F1处理的穗数、百粒重较M0+F处理分别增加8.64%、2.06%，但产量低于M0+F处理，且差异达到显著水平(P<0.05)。M2+F1处理较M0+F处理的穗数、百粒重分别增加5.71%、2.65%。M3+F1处理的穗数、百粒重、产量等指标在所有处理中均表现最高，M3+F1处理的穗数、百粒重、产量较M0+F处理分别增加7.74%、4.75%、9.53%，且差异达到显著水平(P<0.05)。

表1 不同处理玉米产量和产量构成因素

M1+F2处理穗数、百粒重、产量较M0+F处理分别降低2.88%、1.27%、13.01%。M2+F2处理与M0+F处理相比，穗数、百粒重、产量分别降低2.33%、1.08%、1.35%。M3+F2处理的穗数、百粒重、产量等指标在所有处理中均表现最高，M3+F2处理的穗数、百粒重、产量较M0+F处理分别增加1.51%、0.13%、2.11%，除百粒重外其余皆差异达到显著水平(P<0.05)。

M1+F1处理、M1+F2处理与M2+F2处理产量分别较M0+F处理减少3.31%、13.01%和1.35%，说明与农民常规施肥方式相比，这3个处理会使玉米减产。M2+F1处理、M3+F1处理、M3+F2处理产量均高于M0+F处理，且M3+F1处理达到产量最大值10572.30kg·hm-2。因此，合理配施有机肥减施化肥是获得玉米高产的关键。

3 讨论

玉米各器官磷素积累分配与转运随着生育期的推进发生相应的变化，不断的密切协调、有序配合以保证后期的生长发育，有机无机配施可以在一定程度上改变玉米体内磷积累量的变化。景立权等[10]研究表明，施用有机肥在玉米生育后期更加有利于磷素向籽粒的转移，当叶片、茎秆与穗部都充分吸收养分后才能将养分有效地供给籽粒，最终使玉米高产，因此作物的产量直接或间接受磷在其器官内积累和转运情况的影响。李翠兰等[11]研究表明，有机无机肥配施处理的植株磷素积累量较单施化肥处理增加了13.7%～41.5%。本研究结果表明，与单施化肥相比，在F1(减施化肥20%)条件下，各时期M3+F1处理玉米叶片、茎秆磷积累量为最高值，且比M0+F处理玉米茎秆磷积累量高10.98%～84.95%和3.30%～43.17%。在F2(减施化肥40%)条件下，各时期M3+F2处理玉米叶片磷积累量皆为最高值。除灌浆期外，M3+F2处理玉米茎秆磷积累量皆为最高值。玉米叶片和茎秆磷积累量随生育期推进呈现先升高后降低的趋势，由此表明，适当减量化肥与有机肥的合理配施，可有效增加玉米磷积累量。

刘恩科等[11]研究认为，氮、磷、钾肥的均衡施用或氮、磷、钾肥与有机肥配合施用，可以改善玉米植株的生物学性状和提高玉米产量。吕凤莲等[12]研究发现，与单施化肥相比，有机肥替代75%化肥可使小麦、玉米显著增产。本试验证明，减施化肥20%和减施化肥40%配施适量有机肥可以有效降低玉米的秃尖长，显著提高玉米的产量构成要素，提高玉米产量，其中M3处理效果最为明显，可以看出有机无机配施能在减施化肥40%同时保持玉米稳产高产，实现减肥增效，提高玉米产量。合理的有机无机肥料配比可提高农作物产量，但若配比不当则可能导致减产[13]。本试验结果表明，M1+F1处理、M1+F2处理、M2+F2处理玉米产量低于常规处理的玉米产量，由此可见，不合理的减施化肥配施有机肥会降低玉米产量。

4 结论

随着玉米生育时期的推进，玉米茎秆和叶片磷素积累量变化趋势为先升高后逐渐降低的趋势，茎秆磷素积累量在灌浆期达到最大值，叶片磷素积累量在大喇叭口期达到最大值；玉米干物质重呈先增加后减少的趋势，在灌浆期达到最大值。在F1(减施化肥20%)和F2(减施化肥40%)条件下，各时期磷素含量均在M3处理中出现最高值，其中M3+F1处理最高，能够最为有效地为玉米生长提供充足养分。添加有机肥可显著提高玉米产量，其中减施化肥20%配施高量有机肥(M3+F1)处理增产效果最为明显。