秸混肥不同处理对‘浙甜19’生长特性和产量的影响

侯俊峰，陈 斌，包 斐，谭禾平，韩海亮，王桂跃，赵福成

（浙江省农业科学院玉米与特色旱粮研究所，浙江 东阳 322100）

0 引言

中国生物质能源丰富，农作物秸秆总量超过7亿t，其中粮食作物类秸秆占比达到86.4%。水稻、小麦和玉米的秸秆数量最大，分别占比29.0%、19.9%和37.5%，主要作为肥料和饲料化利用[1]。传统的秸秆主要以焚烧的方式处理，不仅污染环境还浪费了秸秆资源[1]。近年来秸秆还田利用的比例逐年增加，秸秆通过肥料和饲料化利用替代化肥，可以减少传统化肥的使用，起到减肥减施的作用，具有显著的环境和经济效益[2]。

化肥能够改善和提高农田土壤质量和生产力[3-5]，然而研究表明，长期使用化肥，农田土壤团聚体、土壤颗粒和土壤空隙会遭到不同程度的破坏[6]，肥料利用率下降[7]，提供作物营养的土壤速效养分下降，影响作物正常生长发育，作物产量会受到影响[3,8]。但是施用化肥对农作物经济产量和效益的重要作用又不容忽视，通过有机和无机配施的方式能够解决土壤养分降低的问题[9]。研究表明，施用秸秆能显著改善农田土壤质量，增加农田土壤有机质、土壤微生物碳氮含量和土壤酶活性[10]。

研究结果表明，秸秆还田能够提高土壤肥力，但秸秆直接还田在田间分解及养分转化的速率较慢，对土壤肥力和作物产量的效力短期内很难表现出来[11-12]。丁文成等[13]利用盆栽试验研究小麦—玉米—玉米轮作土壤中15N标记玉米秸秆中氮的有效性，结果表明15N标记玉米秸秆对冬小麦吸收氮的贡献平均为6.2%～14.2%，当季玉米中回收率为7.1%～10.3%；种植3季后15N标记玉米秸秆氮约56%～69%残留在土壤中，损失17%～26%，当季作物对秸秆养分的利用较少，秸秆直接还田养分损失较多。

秸秆还田会产生严重的土传病害，此外未腐解的秸秆也会影响作物生长，所以对秸秆进行优化处理可以在作物生育期内释放秸秆养分，减少肥料的使用。秸混肥是先将植物秸秆通过旋切、搅拌和挤压造粒，然后机械摩擦升温灭菌和降温散水干燥制备而成的，能够减少土传病害对作物根系生长的影响。作物秸秆腐解后产生N、P、K养分，可以减少生产中化肥的使用，具有广阔的应用前景，有助于实现化肥施用零增长和保障国家粮食安全[1]。

本研究使用的秸混肥是浙江省农科院、浙江大学、浙江省农技推广中心和中国水稻研究所等共同研发的一种新型有机无机复混肥。叶淑珍等[14]详细介绍了秸混肥制作工艺，将鲜稻秆、麦秸秆复配氮磷钾养分，采用堆压搅碎和孔磨辊压工艺制作秸混颗粒肥。在水稻中的试验结果表明，秸混肥有长效释放的作用和较高养分利用率，具有减量减施的效果。

鉴于长期施用化肥会导致土壤质量下降，且秸混肥具有减量减施和提高土壤养分的效果，在鲜食玉米中还鲜有相关研究。因此，本研究通过试验不同秸混肥处理对鲜食玉米叶绿素含量、干物质积累和产量的影响，研究秸混肥在甜玉米生产中的适用情况，同时对不同施肥方式进行比较，以期在生产中减少化肥的使用和人工投入，提升鲜食玉米产量，增加生产效率。

1 材料和方法

1.1 试验条件

本研究在浙江省农科院玉米与特色旱粮研究所东阳基地内进行，地理位置 29°16′N，120°19′E，海拔90 m，属亚热带季风气候，年均降水量1400 mm，降雨集中在春季和夏季。试验土壤为黄红壤，0～20 cm土壤含有机质13.0 g/kg，全氮0.52 g/kg，全磷0.45 g/kg，全钾1.52 g/kg，速效氮20.3 mg/kg，有效磷3.15 mg/kg，速效钾19.6 mg/kg，pH 5.44。

1.2 试验设计

本试验处理采用完全随机设计，每个处理面积约70 m2（每个处理6畦，畦宽1.3 m，长9 m），每个处理的边行不取样。秸混肥养分组成如表1所示。春秋两季肥料处理如表2所示，每个处理3次重复，除施肥外的病虫害和除草处理与丰产田一致。

表1 有机型秸混肥养分组成

表1 有机型秸混肥养分组成

有机型秸混肥有机质68.6全氮4.0全钾4.7全磷1.7

表2 春秋两季不同施肥处理的肥料组成

1.3 测定指标及方法

1.3.1 品种生育期 供试品种为‘浙甜19’，春秋两季分别于2020年3月30日和7月17日播种，散粉时选择长势一致的植株挂牌，分别于散粉期(0 DAP)、散粉后10天(10 DAP)和散粉后20天(20 DAP)取样。

1.3.2 叶面积 在0 DAP、10 DAP和20 DAP取每个处理长势一致的5个植株，取所有叶片，用卷尺测量每个叶片的叶长和叶宽（分别是最长和最宽的位置），依据公式(1)计算叶面积。

式中LA为叶面积(m2)，L为叶长(m)，W为叶宽(m)。

1.3.3 叶绿素含量 花后3个时期，取每个处理3个植株的穗位叶，测定植株的叶绿素含量。叶片基部剪碎混匀后称取0.2 g，共3份，放入研钵中，加入3 mL的95%乙醇，研磨至组织变白。取滤纸1张，放入漏斗中，将提取液沿玻璃棒导入漏斗中，过滤到25 mL棕色容量瓶中。用乙醇冲洗研钵及残渣数次，一起倒入漏斗中。吸取乙醇，将滤纸上的叶绿体色素洗入容量瓶中。用乙醇定容至25 mL，混匀。吸取叶绿体色素提取液到1 cm的比色皿中，用95%乙醇为空白对照，分别在波长645 nm和665 nm处，用紫外分光光度计测定叶绿素a和叶绿素b的吸光值，依据公式(2)计算叶绿素a和叶绿素b的含量。

表3 ‘浙甜19’春秋两季生育期

式中Chl为叶绿素含量(mg/g)，C为色素含量(mg/L)；V为提取液体积(mL)；N为稀释倍数；W为样品鲜质量(g)；1000即1 L=1000 mL。

1.3.4 干物质重 吐丝期后每隔10天，选取每个处理5株长势一致的植株，取其地上部分，按茎、叶、雌穗和雄穗分解，在105℃烘箱内杀青30 min，85℃恒温下烘至恒重，称量其干物质重。

1.3.5 产量三要素 收获时测定每个处理的产量三要素（穗数、穗粒数和千粒重）。

1.3.6 氮肥利用率 参照赵欢等[15]的方法计算氮肥利用效率(nitrogen recovery efficiency，NRE)和氮肥偏生产力(nitrogen partial factor productivity，NPFP)，见式(3)、(4)。

1.4 统计与分析

经Excel 2007整理后，利用SPSS 21.0 for Windows对数据进行统计分析，采用ANOVA进行方差分析、采用LSD法进行差异显著性检验(P＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 秸混肥不同处理间叶绿素含量的差异

从图1可以看到，2020年春季叶绿素a和叶绿素b的变化趋势一致，散粉后，穗位叶的叶绿素含量先增加后减少，在10 DAP达到最大值，这个时期光合作用达到最大值。春季散粉后不同时期，各处理之间的叶绿素含量进行比较，不同处理间叶绿素a和叶绿素b含量大小为CK＞S5＞S1＞S2＞S3＞S4＞S0，生产对照的叶绿素含量最高，秸混肥处理中，S5的叶绿素含量最高，其次为S1，并且都显著高于S0。秋季叶绿素含量比较可以看到 ，不同处理之间 CK＞A3＞A2＞A5＞A6＞A1＞A4＞A0。秸混肥处理的叶绿素含量低于CK，其中春季的S5和秋季的A3与CK无显著差异。春季S5处理的叶绿素含量大于S3处理，秋季A3处理的叶绿素含量大于A1处理，说明秸混肥和尿素底施的方式比尿素在大喇叭口期追施的方式叶绿素含量更高。说明秸混肥相较于尿素的肥效挥发慢，主要在生育期的中后段供应叶绿素的养分需求。

图1 春、秋两季散粉后3个时期‘浙甜19’叶绿素a和叶绿素b含量变化

春季S1处理底施150 kg秸混肥的叶绿素含量显著高于S0，但是显著小于CK，说明秸混肥能部分提供甜玉米叶绿素合成对养分的需要，前期的养分释放较慢，需适当补充氮素。

2.2 秸混肥不同处理间叶面积差异

从图2的叶面积可以看到，春季不同处理间叶面积从大到小分别为，S5＞CK＞S4＞S2＞S3＞S1＞S0，春季S5处理的叶面积在秸混肥处理中最高，在同样施肥量（秸混肥150 kg和20 kg尿素）的情况下，秸混肥和尿素底施，植株的叶面积最高，更适合植株叶片生长。秋季不同处理间叶面积从大到小分别为，A2＞A1＞CK＞A3＞A4＞A6＞A5＞A0。秋季肥料处理分颗粒肥和棒肥，施用颗粒肥处理的叶面积大于施用棒肥处理。秋季秸混颗粒肥处理A1，A2，A3的叶面积大于棒肥处理A4，A5，A6对应值，其中0 DAP和10 DAP，A2处理的叶面积大于CK处理对应值。20 kg尿素一次底施、一次大喇叭口期施肥的方式，植株的叶面积更大。

图2 春、秋两季散粉后3个时期‘浙甜19’叶面积变化

2.3 秸混肥不同处理间产量变化

产量是验证施肥量和施肥方式最有效的标准，从表4看到，春季不同处理间，产量最高是CK，其次是S5，S5在秸混肥处理中产量最高，其次是S4、S2、S3、S1，并且秸混肥处理显著高于S0。S1和S0处理比较，S1较S0增产109.5%，是150 kg秸混肥的肥力效果。S1处理和CK产量进行比较，S1处理较CK减产20.9%，说明仅施150 kg秸混肥不够植株生殖生长的养分需求。S5处理和CK比较，S5处理较CK仅减产3.8%，说明150 kg秸混肥和20 kg尿素底施的方式可以满足生产中的肥料需求。秋季不同处理间与春季试验结果一致，秋季秸混肥中产量最高的A3处理和春季产量最高的A5处理施肥量和施肥方式相同。

表4 春季和秋季收获时不同处理之间‘浙甜19’的产量变化

2.4 秸混肥不同处理的养分构成和玉米氮肥利用率

由表5可知，秸混肥处理的氮肥施用量小于生产对照。春季不同处理之间NRE和NPFP比较，秸混肥处理S5和CK的施氮量、NRE和NPFP没有显著差异。S1处理的NRE显著大于其他处理，为80.38 g/g，S2和S4的施氮量小于S5和S3，但是NRE和NPFP显著大于S5和S3，说明随着施N量的增加，单位质量氮的生产力降低。

表5 不同施肥处理的养分构成和氮肥利用率

秋季秸混肥不同处理之间的氮含量一致，由于施肥方式的不同，氮肥NRE和NPFP不同。A3处理的NRE和NPFP与CK比较，分别较后者高6.39 g/g和7.82%，显著高于其他处理，说明秸混肥和尿素全部底施的施肥方式更符合甜玉米的肥料需求规律。秸混颗粒肥和棒肥相比，前者的氮肥利用率更高。

2.5 散粉后不同处理之间的干重变化

从图3可以看到，散粉以后，‘浙甜19’叶片的干物质逐渐减少。春季茎秆的干物质重先增加后降低；秋季散粉后植株茎秆多数呈降低趋势（除了A3处理干重逐渐增加，A4干重先降低后增加，可能是由于后期取样的植株茎秆较粗）。

图3 春秋两季不同处理间‘浙甜19’不同部位干重变化

花后果穗的干重一直增加。春季S5和CK的叶、茎、穗和总重高于其他处理，CK和S5之间没有显著差异。散粉和10 DAP S5处理的叶、茎、穗和总重显著高于S3；20 DAP S5处理的干重高于S3，但没有显著差异；S4和S2处理的施肥量一致，但是施肥方式不同，S4的干重高于S2，表明等量施肥的情况下，施肥方式的不同对甜玉米干物质和产量也有影响，150 kg秸混肥和20 kg尿素底施的方式比在大喇叭口期补肥更适宜甜玉米的养分需求。

秋季施肥比较，6个秸混肥施肥处理的肥料用量相同，其中颗粒肥和棒肥之间的干物质重没有显著差异。不同施肥方式的穗干重之间比较，A3＞A1＞A2，说明150 kg秸混肥和20 kg尿素底施的方式比尿素在大喇叭口期补施更有利于甜玉米生殖生长。

3 讨论与结论

秸秆还田不仅可以藏碳于土，增加土壤有机质，改善土壤理化性状，缓解土壤重金属污染[16]，减少温室气体排放[17]，提升耕地质量[18]；同时还可以使秸秆中的矿质营养返回土壤中，促进养分平衡[19]。但是秸秆施用方式不当，会导致土壤病菌增加，产生病害加重的负面影响[20]。秸秆还田分为直接还田和间接还田方式，直接还田包括覆盖还田，深混还田和留高茬等，间接还田包括过腹还田和堆沤还田[19]，秸秆直接还田后腐解速率较慢，并且遇水发酵会产生有毒物质，影响作物的生长[21-22]。秸秆中带有的病虫害会导致下茬作物病虫害严重，本研究使用的秸混肥经过机械摩擦升温灭菌和降温散水干燥制备而成，可以消减秸秆二次腐解后的这些问题。

叶绿素在光合作用中起到吸收、传递和转化光能的作用，叶绿素含量决定着植物光合作用的强度[23]。植株叶片的叶绿素含量随着土壤中可吸收养分的增加而提高，光合作用强度增加，产量就越高。有研究结果表明，玉米叶片中的含氮量与叶绿素含量呈正相关，玉米产量在一定时期内与叶片中氮素和叶绿素含量呈正比[23]。本研究春季和秋季都是在150 kg秸混肥和20 kg尿素底施的情况下叶绿素含量最高，在此施肥方式下，‘浙甜19’的产量也最高。施肥方式不同，植株的叶绿素含量之间也有差异，本研究的秸混肥处理中，春季S5处理和秋季A3处理，‘浙甜19’的叶绿素含量高于其他处理，说明150 kg秸混肥和20 kg尿素底施的方式更适宜生产中甜玉米叶绿素的养分需求。甜玉米对氮素需求较高，150 kg秸混肥不能提供足够的氮素需求，秸混肥属于缓释型肥料，在生育前期不能满足植株生长需要的养分，搭配尿素的使用，能够保证甜玉米苗期和拔节期养分需求，从而保证植株健康生长。

养分是作物形态发育的重要影响因子，施氮量和施肥方式都能对植株形态产生影响。施氮量相同情况下，施肥方式不同对植株形态也会产生影响[24]。叶面积大小能反映植株对光能的捕获范围和植株长势，施氮量的增加有利于叶片生长，叶面积增加，同时延长植株持绿性，有利于提高植株的光合速率和光能利用率，对提高植株产量影响重大[25]。春季S5的叶面积小于CK生产对照，大于其他秸混肥处理，并且S5和S3施肥量相同，S5全部底施的方式叶面积更高，说明S5的施肥方式相较于分次施肥更适合‘浙甜19’植株生长需求。秋季颗粒肥的叶面积整体大于棒肥，棒肥优点在于施用和生产简单，由于不能均匀撒施，导致甜玉米植株长势不均匀，总体产量不如颗粒肥效果好。因此，使用颗粒秸混肥，并且150 kg秸混肥和20 kg尿素底施更适合生产中甜玉米‘浙甜19’的养分需求。

干物质量与肥料供应有密切关系，随着施氮量的增加，植株的干物质重增加。不同的施肥方式对干物质重也有影响，本研究中春季花后S5的叶、茎、穗和总重高于其他处理，A3略小于其他处理，其中颗粒肥和棒肥之间的干物质重没有显著差异。植株干物质重越大，产量也越高。

施氮是增加粮食产量的有效方法，现在氮肥一次性基施的比例逐年加大[26]。曾子豪等[27]研究结果表明，分次施肥较一次施肥能增加花后氮素向子粒中转运，更有利于增加植株产量。本研究中春秋两季不同秸混肥施肥方式之间的产量存在差异，秸混肥处理中，春季S5和秋季A3处理的产量最高，并且春季S5与生产对照没有显著差异，秋季A3处理高于生产对照，说明秸混肥新型肥料能够解决生产中减少施肥次数与提高作物产量之间的矛盾，秸混肥和尿素底施的方式在生产中可以减少化肥的施用，全部作为基肥使用，也节省了人工成本。S5处理和生产对照施氮量一致，氮肥利用效率和偏生产力没有显著差异，秋季秸混肥处理和生产对照的氮肥利用效率和偏生产力之间没有显著差异，说明秸混肥处理可以替代传统的施肥方法，并且秸混肥能够增加土壤有机质，改善土壤质量，有助于作物增产，实现农业可持续发展[28]。

综上，鉴于作物秸秆和其他农林废弃物直接还田不利于当季作物生长，病虫害发生几率增加的问题。本研究使用的新型肥料，能够减少病虫危害，利用生物质能，能够提供甜玉米生长所需的部分氮肥和磷钾肥，并且含有大量有机质，长期使用能够改善土壤环境，减少化肥的使用。本研究中150 kg秸混肥和20 kg尿素底施的方式可以代替生产中化肥使用，秸混肥具有的缓释效果，搭配尿素底施能够满足‘浙甜19’整个生育期的养分需求。由于秸混肥和尿素底施，只施一次肥料，可以减少用工，提高生产效率，同时秸混肥中较多的有机质还可以改善土壤质量。因此，后续试验将着重研究秸混肥对土壤质量的改善和对果穗品质的影响，为秸混肥在甜玉米生产中的广泛使用，提供理论支撑。