化肥减量配施有机肥对青贮玉米产量、营养品质及土壤养分的影响

焦金龙，李友强，吴 玲，尚 静，高世斌，刘海岚，吴元奇，林海建

(1.四川农业大学 玉米研究所，四川 温江 611130；2.四川农业大学 农学院，四川 温江 611130)

南方山地玉米区土壤瘠薄、气候复杂多变、病虫害突发频发多限制了青贮玉米增产，施肥结构不合理，致使化肥施用量逐渐增加、利用效率低且环境污染严重，当地农民仍按传统经验进行施肥，普遍存在化肥和农药不合理地过度施用，造成大量的浪费。“粮改饲”和“化肥农药减施”均是近年来我国农业生产发展的重要战略，也将是未来农业发展方向。在青贮玉米的生产过程中，随着种植面积的不断扩大，化肥和农药的使用量逐年增大，大气和水资源严重污染、土壤生产力降低、土壤中养分比例失调等一系列问题受到了人们的广泛关注[1]。西南山地玉米种植区是我国的三大玉米产区，青贮玉米生物产量高，需肥量大，另外西南地区季节性干旱以及水土养分流失严重，加剧了玉米养分的不平衡。有效施肥是农作物高产的关键因素。研究表明，氮肥当季利用率只有30%～40%，磷肥利用率为10%～25%，钾肥一般为45%。造成肥料利用率过低的原因主要有：过量施肥和生产管理不合理，施肥技术不配套[2]。全世界每年约有3×106～4×106t P2O5从土壤流失到水中。在国家“减肥减药”的政策下，有机肥替代化肥在青贮玉米的种植中广泛推广[3]。有研究表明，化肥减施配施有机肥具有较好效果，不仅可以降低化肥投入量，提高资源的利用效率，而且可以实现土壤的可持续利用[4-6]，从而促使农作物增产增效。有机肥含有多种活性物质可以溶解土壤中的难溶化合物，具有增加土壤肥力、改善土壤理化性质和对环境污染较低等优点。如何研发肥料新产品和改进施肥技术，减少肥料损失、提高肥料利用率，一直以来是广大研究者所关注的问题。因此，进一步优化施肥模式、提高肥料的利用率，化肥配量减施就显得尤为重要。

本研究针对四川省青贮玉米种植中化肥和农药的粗放使用、生产瓶颈以及对环境带来的一些实际问题，结合前期调研结果，旨在以青贮玉米品种渝青386为研究对象，研究不同施肥处理对青贮玉米农艺性状、产量、营养品质和土壤养分等的影响，为青贮玉米高产高效和环境友好发展提供科学依据，为该地区青贮玉米产业的持续发展和农业生态环境保护提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验在四川省资阳市安岳县通贤镇进行(104.56°E，30.18°N)。该地区属于亚热带湿润季风气候，四季分明、雨热同期，雨水充足，但时空、地域分布不均，有冬干、春旱、夏旱连伏旱、秋雨多的特点，光照较足，无霜期长，风速小。常年平均气温18.5 ℃，年平均日照时数1 192.7 h。年平均降水量924.9 mm，年平均降雨日数为147.7 d。降雨集中在5—9月，7月最多。供试土壤5～20 cm土壤理化性质：有机质25.1 g/kg，碱解氮104.3 mg/kg，有效磷7.8 mg/kg，速效钾247 mg/kg，水解性氮101.1 mg/kg，pH值7.98。

1.2 试验材料与设计

青贮玉米渝青386由重庆市农业科学院玉米研究所提供。供试肥料为控释肥沃夫特(27∶9∶9)、尿素(N≥46%)和普通复合肥(28∶8∶8)以及当地奶牛场的沼液(全氮0.07%，速效氮137.4 mg/L，全磷0.01%，全钾0.082%)。试验采用完全随机设计，施肥方案以等氮为原则，根据有机肥(沼液)和化肥各自的含氮百分数计算出各处理中需要施加的有机肥和化肥量。肥料试验共设6个处理，其中T1：控释肥减量20%一次性深施(沃夫特纯N 240 kg/hm2)；T2：控释肥全量一次性深施(沃夫特纯N 300 kg/hm2)；T3：全量化肥(普通复合肥纯氮300 kg/hm2)；T4：100%有机肥替代(沼液150 t/hm2，不施化肥)；T5：50%有机肥替代(沼液75 t/hm2，沃夫特纯氮150 kg/hm2)；对照 CK(农民习惯方式)。3个重复共18个小区，小区面积200 m2，种植密度为66 750株/hm2，有机肥在播前以底肥施入，缓控肥作底肥一次性施入，复合肥30%基施、40%于玉米拔节期(尿素)和30%于大喇叭口期(复合肥)人工均匀施入小区内，播种深度 5～6 cm，常规田间管理。

1.3 测定指标及方法

株高：在青贮玉米的各个生育时期内各小区中连续选取20株玉米，用卡尺测定茎基部到叶顶端的距离即为玉米的株高。

产量：在玉米籽粒达到2/3乳线期时全株收割，留茬高度10 cm左右，每小区选取20 m2测定产量，并折算每公顷青贮玉米鲜质量和干物质产量。

常规营养成分的测定：每小区随机选择连续3株称鲜质量，用铡刀铡碎，放入70 ℃烘箱中烘至恒质量后称质量，粉碎充分混匀后取部分样品用于养分含量的测定。常规营养成分的测定主要包括干物质、粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗灰分和粗脂肪。干物质、粗灰分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗蛋白和粗脂肪参考张丽英[7]的方法测定。

土壤理化性质的测定：采用五点取样法随机采集0～15 cm的表层土壤，去除杂质充分混匀，用于土壤养分含量的测定。土壤基本理化性质采用常量分析法测定。脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定，以1 g干土反应生成NH4-N质量表示酶活性；过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法测定；蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；碱性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法测定；土壤水解性氮、速效钾、有效磷含量分别采用碱解扩散法、醋酸铵浸提火焰光度法、碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法测定。

1.4 数据分析

采用Excel 2010对数据进行整理；使用SPSS 18.0进行方差分析，并用 Duncan法对各测定数据进行多重比较；用OriginPro 2018绘图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对青贮玉米鲜质量和干质量的影响

由图1可知，不同处理间在2019，2020年2 a产量变化趋势基本保持一致，不同施肥处理对青贮玉米鲜质量和干质量表现出不同程度的影响，试验结果表明，在2019年T4处理下青贮玉米鲜质量高达55 084.75 kg/hm2，T2处理下青贮玉米鲜质量为53 681.5 kg/hm2，和对照相比分别增产7.88%，5.13%；T2处理下青贮玉米干质量最大，达24 423.54 kg/hm2，T4处理下干质量为24 192.11 kg/hm2，T2与T4处理相比干质量差异不显著。在2020年，青贮玉米鲜质量表现为T4>T2>T1>CK>T3>T5，T4处理下产量高达49 938.3 kg/hm2，T1和T2处理产量分别为45 956.25，48 024.0 kg/hm2，和对照相比分别增产12.49%，3.53%，8.18%，其他处理和对照相比均有不同程度的减产；T2处理下青贮玉米干质量最大，达21 985.79 kg/hm2，T4处理下干质量为20 014.15 kg/hm2，T2与T4差异并不显著。2019年青贮玉米产量普遍高于2020年，这与试验地区2020年旱情有极大的关系。

不同小写字母表示不同施肥处理间差异显著(P<0.05)。图3同。Different lowercase letters indicate significant difference between different fertilization.The same as Fig.3.

2.2 不同施肥处理下青贮玉米干物质积累动态

青贮玉米家畜能量的贡献主要体现在干物质积累，青贮玉米干物质的积累与生育时期的推移呈显著正相关，至成熟期干物质含量最大。由图2可知，不同施肥处理干物质产量不尽相同，在收获期各处理之间青贮玉米总干物质的积累顺序为T4>T2>CK>T1>T5>T3，其中T4干物质积累量最大，T2处理下干物质积累量高于CK，但与CK相比差异不显著。在拔节期和吐丝期主要是茎和叶的生长，通过玉米灌浆的积累，叶片和茎秆占全株比例逐渐降低，从灌浆期开始干物质积累由营养器官向生殖器官积累。在灌浆期后干物质在各器官的分配表现为果穗>茎>叶>苞叶>雄花。在成熟期，T4处理下穗质量最大，远高于其他处理。

JS.拔节期；SS.吐丝期；FS.灌浆期；MS.收获期。不同字母表示同一时期不同处理差异显著。图4同。

2.3 不同施肥处理对青贮玉米农艺性状的影响

青贮玉米农艺性状的改善直接关系到产量的高低。从表1可以看出，不同施肥处理间青贮玉米农艺性状之间存在着不同程度的差异。2 a试验不同处理下青贮玉米株高、穗质量和单株干质量均表现相似的变化趋势。2019年T4处理下株高、穗质量和单株干质量均达到最大，株高为358.55 cm，穗质量达251.11 g。T1、T3和T5的株高、穗质量均低于传统对照CK。不同处理之间穗长和穗粗也存在一定的显著性差异(P<0.05)，T5处理下具有较高的穗长和穗粗，秃尖长并无显著差异。由此可见，有机肥和无机肥混施可以显著提高青贮玉米农艺性状。

表1 不同施肥处理对青贮玉米农艺性状的影响Tab.1 Effects of different fertilization treatments on agronomic traits of silage maize

2.4 不同施肥处理对青贮玉米养分积累的影响

从表2可以看出，不同施肥处理下青贮玉米氮磷钾积累量存在显著差异(P<0.05)。T2处理下氮、磷、钾积累量均为最大，分别为234.83，173.75，35.72 kg/hm2。不同施肥处理下氮肥偏生产力和氮素吸收效率存在显著差异(P<0.05)。T4处理下青贮玉米氮肥偏生产力最大，为166.46 kg/kg，说明有机肥和无机肥混施可以提高青贮玉米生产力。T1处理下氮素吸收效率最高为0.80 kg/kg。不同施肥处理下氮素吸收效率为T1>T2>T5>T4>T3>CK。由此可知，缓控肥的施用可以提高肥料利用率，降低土壤的依存率。

表2 不同施肥处理对青贮玉米养分积累的影响Tab.2 Effects of different fertilization treatments on nutrient accumulation of silage maize

2.5 不同施肥处理对青贮玉米营养品质的影响

如图3所示，不同施肥处理之间粗蛋白含量无显著差异，粗蛋白含量为7.5～8.0 mg/g，T1和T3处理下粗蛋白含量较高。不同处理间粗脂肪含量存在显著差异(P<0.05)，粗脂肪含量为2.45～3.05 mg/g，T4处理下粗脂肪含量最高。不同施肥处理下酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维均存在一定的显著差异(P<0.05)，酸性洗涤纤维含量在26.25%～31.35%，T5处理下酸性洗涤纤维含量最小；中性洗涤纤维含量在39.95%～46.85%，T4处理下中性洗涤纤维含量最小。有机肥和无机肥混施在提高青贮玉米粗脂肪含量的同时也增加了酸性洗涤纤维的含量。各处理下营养品质均符合青贮饲料一级品质标准。

图3 不同施肥处理对青贮玉米营养品质的影响Fig.3 Effects of different fertilization treatment on nutritional quality of silage maize

2.6 不同施肥处理对土壤酶活性的影响

土壤脲酶能够将尿素水解生成NH3、CO2、H2O，土壤脲酶活性的高低能够直接反映土壤肥力的高低，是评价土壤肥力的重要指标之一，不同施肥处理对土壤脲酶的影响如表3所示，随着生育时期的推移，土壤脲酶活性呈先增加后降低的趋势，在灌浆期酶活性达到最大。不同施肥处理下土壤碱性磷酸酶在不同生育时期均表现出相似的变化趋势，随着生育期的推移先增加后降低，在大喇叭口期达到最大，T1处理土壤碱性磷酸酶活性最高，远高于其他处理。随着生育时期的推迟，过氧化氢酶表现出先增加后降低的趋势，在灌浆期达到最大。

表3 不同施肥处理对土壤酶活性的影响Tab.3 Effects of different fertilization treatments on soil enzyme activity

2.7 不同施肥处理对土壤有效磷和水解性氮的影响

由图4可知，青贮玉米根系5～20 cm土壤有效磷和水解性氮含量各处理之间有相似的变化趋势，有效磷随着生育期的进行逐渐降低，T1和T2相比，各个生育时期有效磷含量均无显著差异，有效磷含量从拔节期的23.51 mg/kg下降到12.75 mg/kg。水解性氮随着生育期的推移表现出先增加后降低，在吐丝期达到最大值，这与青贮玉米对土壤养分的吸收密切相关。不同处理间在不同的生育时期有效磷和水解性氮含量之间存在一定的显著差异(P<0.05)且均高于对照。

图4 不同施肥处理对土壤有效磷和水解性氮的影响Fig.4 Effects of different fertilization treatments on available phosphorus and hydrolytic nitrogen in soil

2.8 青贮玉米产量与土壤养分的相关分析

青贮玉米产量与土壤养分含量间的相关分析表明，玉米产量与脲酶、过氧化氢酶、有效磷含量呈极显著正相关(P<0.01)，相关系数分别为0.845，0.798，0.784；青贮玉米产量与碱性磷酸酶呈显著正相关(P<0.05)，相关系数为0.531；青贮玉米产量与水解性氮呈负相关，相关系数为0.073；脲酶与碱性磷酸酶、有效磷含量呈极显著正相关，相关系数分别为0.699，0.917；脲酶与过氧化氢酶呈显著正相关(P<0.05)，相关系数为0.559；过氧化氢酶与有效磷呈显著正相关(P<0.05)，相关系数为0.488，但相关系数并不高(表4)。

表4 青贮玉米产量与土壤养分间Pearson相关系数Fig.4 Pearson correlation coefficient between silage maize yield and soil nutrient

3 讨论与结论

3.1 不同施肥处理对青贮玉米产量和品质的影响

有效施肥是青贮玉米获得高产的关键，施肥可以维持土壤保持较高的养分含量，有机肥和无机肥的混施可以调节土壤养分状况、改善土壤结构和增强土壤肥力水平，从而有效提高青贮玉米生长，促使玉米增产、提质。本研究表明，不同施肥处理对青贮玉米鲜质量存在显著影响，有机肥和缓控肥混施处理产量最高达到55 084.75 kg/hm2，T2产量为53 681.5 kg/hm2，和对照相比分别增产7.88%，5.13%，其他处理和传统对照相比均有降低。2019年青贮玉米产量普遍高于2020年，这与试验地区2020年旱情有极大的关系。缓控肥常量和缓控肥减量20%产量并无显著差异，也就说明过量施肥对产量无显著影响[8]。大量研究表明，化肥减施配施有机肥具有较好效果，不仅可以降低化肥投入量，提高资源的利用效率，而且可以实现土壤的可持续利用，从而促使农作物增产增效。蒲全明等[9]在甘蓝的研究中表明，减少化肥投入增加有机肥的投入更有利于土壤肥力的提高以及土壤生态系统的改善。因此，在保证青贮玉米鲜质量不下降前提下，减少有机肥的使用量是现阶段一个重要的问题。本研究表明，有机肥和无机肥混施有利于青贮玉米干质量积累，不同施肥处理下单株干质量在各个生育时期均表现出显著差异，在整个生育期内全量有机肥和有机肥部分替代缓控肥二者差异不显著，但显著高于其他肥料处理。不同施肥处理下青贮玉米氮磷钾积累量存在显著差异。T2处理下氮、磷、钾积累量均为最大，分别为234.83，173.75，35.72 kg/hm2，且显著高于其他处理。T4处理下青贮玉米氮肥偏生产力最大为166.46 kg/kg，说明有机肥和无机肥混施可以提高青贮玉米生产力。T1处理下氮肥利用效率最高为0.80 kg/kg。由此可知，缓控肥的施用可以提高肥料利用率，降低土壤的依存率。研究中发现，T4处理下青贮玉米粗脂肪含量最高，说明适当的有机肥无机肥混施可以提高青贮玉米营养品质，尤其是热能的积累，这与前人施肥对饲草营养价值研究观点一致[10-11]。

3.2 不同施肥处理对土壤养分及酶活性的影响

土壤中存在许多酶类参与土壤的生化反应，如土壤酶类在土壤碳氮等营养物质的转移和转化中发挥至关重要的作用，蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶是参与土壤碳素循环的关键酶，是衡量土壤生物学活性的重要指标[12]。土壤酶活性与土壤微生物数量、微生物多样性以及微生物数量呈显著正相关[13-14]。不同施肥处理对土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶的酶活性存在一定的影响。本试验研究发现，在收获期T4处理土壤碱性磷酸酶活性最高，也有研究表明，有机肥的施用可以有效提高土壤脲酶活性[15]，有机肥的施用可以丰富有机碳源加剧土壤微生物的活动，促使其分解更多水溶性碳水化合物[16-18]。磷酸酶能有效激活土壤有机磷，在作物吸收磷元素方面发挥着重要作用，缓控肥常量、缓控肥与有机肥混施处理下碱性磷酸酶含量在各个生育时期均表现出较高值，这与王巧玲等[19]对天然草地的研究结果保持一致，潜在的机制是有机肥的施用能够提高微生物的活性。青贮玉米产量与脲酶、过氧化氢酶、有效磷含量呈极显著正相关，相关系数为分别为0.845，0.798，0.784；青贮玉米产量与碱性磷酸酶呈显著正相关，相关系数为0.531；青贮玉米产量与水解性氮呈负相关，相关系数为0.073；脲酶与碱性磷酸酶、有效磷含量呈极显著正相关，相关系数分别为0.699，0.917；脲酶与过氧化氢酶呈显著正相关，相关系数为0.559；过氧化氢酶与有效磷呈显著正相关，相关系数为0.488，但相关系数并不高。施肥能够有效活化土壤中的氮磷钾，从而有效提高有效氮和速效钾等含量，从而促进植物根系对养分的吸收[20]。

3.3 结论

通过连续2 a青贮玉米田间试验表明，和其他处理相比有机肥(150 t/hm2)和缓控肥(纯N 150 kg/hm2)混施处理产量最高，达到55 084.75 kg/hm2，干物质产量达24 192.11 kg/hm2，有机肥和控释肥混施处理下土壤酶活性含量较高，T4处理下青贮玉米氮肥偏生产力最大为166.46 kg/kg，说明有机肥和无机肥混施可以提高青贮玉米生产力。和传统施肥相比，缓控肥减量20%处理下氮肥利用效率最高为0.80 kg/kg，可见，缓控肥的施用可以提高肥料利用率，降低土壤的依存率。在西南地区化肥减量配施有机肥能够显著提高青贮玉米产量和品质，减少化肥成本，增加农民收益，同时还有利于农田生态环境的保护和土壤肥力的可持续利用。