有機肥替代部分化肥對‘桂甜糯525’產量品質和土壤環境的影響

王吉平 何鐵光 張雨 徐亮 蘇天明 李嘉維 覃波

摘? 要：本研究通過田間試驗，以不施肥為對照（T1），設置單施化肥（T2）和不同有機肥替代部分化肥（T3和T4）3個施肥處理，研究不同有機肥替代部分化肥對玉米產質量和土壤環境的影響。結果顯示，施肥處理下玉米植株的農藝性狀均優于不施肥處理，與單施化肥相比，施用有機肥能更好地促進玉米植株的生長，其中T3處理玉米植株的莖粗和葉片長較T2顯著（P<0.05，下同）提高11.94%和4.53%;施肥能顯著提高玉米產量，較不施肥可顯著提高14.27%～17.17%;施用有機肥能提高玉米鮮果穗性狀和品質，其中T3處理穗長較T2顯著提高7.12%;與T2處理相比，T4處理的籽粒蛋白質含量較T3顯著提高7.21%，T3處理籽粒的可溶性糖含量較T1和T4處理顯著提高61.54%和77.97%;T3處理土壤中的有機質含量較單施化肥顯著提高64.52%。各指標相關性分析中，籽粒蛋白質和脂肪含量與總氮含量呈顯著正相關（r=0.868，P<0.01），說明有機肥可通過提高玉米對氮的吸收從而促進籽粒中蛋白質和脂肪等營養成分的積累。綜上，有機肥替代部分化肥相比于不施肥和單施化肥能更好的促進玉米植株的生長，且在保證產量的同時能提高果穗品質，增加土壤有機質含量，可作為區域化肥減施下春玉米提質保產的推薦施肥方案。

關鍵詞：玉米;有機肥;化肥減施;產量和品質;土壤改良

中圖分類號：S15;S14????? 文獻標識碼：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

施肥是促進作物生長和增加產量的重要農田管理措施。近年來，因盲目追求產量而過量施用化肥的現象屢見不鮮，化肥用量的不斷增加和不合理施用引發了土壤退化、肥料利用率降低和農業面源污染等一系列問題[1]。據統計，我國年化肥施用量超過5600萬t，單位面積耕地化肥施用量遠超國際安全標準[2]。根據農業部印發的《全國農業可持續發展規劃（2015—2030年）》文件明確指出，化肥使用零增長是保護耕地資源和農業生態的重要途徑。因此，在保障作物產量的前提下，探究一種化肥減施下實現作物提質增效的施肥方案是十分必要的。大量研究表明，有機肥具有改善土壤環境，提升土壤有機質含量[3]，促進作物根系生長[4]，實現作物提質增產[5-6]的作用。有機質和有益微生物對促進化肥吸收具有協同作用，可促進作物對養分的吸收和產量的提升[7]，腐殖酸對作物的產量和增加土壤含水率等方面也具有一定的積極作用[8]。但有機肥總養分含量較低，肥效釋放緩慢，單施有機肥無法滿足作物快速生長需求。因此，合理減施化肥并配施有機肥是實現化肥使用零增長和作物提質增產的重要手段[9-11]。

玉米是我國重要的糧飼作物，在廣西，其種植面積僅次于水稻和甘蔗。2018年廣西玉米播種面積達584.43千hm2，產量達273.40萬t（數據來源于國家統計局網站：http：//data.stats. gov.cn/）。當前種植玉米的主要肥源為化肥，而玉米連作下長期施用化肥會導致土壤微生物活性和功能多樣性下降[12]，從而降低土壤肥力，導致連作下作物減產，不利于可持續農業發展和土壤健康?；逝涫┯袡C肥能較好的改善耕地土壤結構和理化性質，活化土壤微生物，提高作物養分吸收效率和肥料利用率，實現耕地質量提升和作物提質增產[13-15]。但有機肥替代部分化肥對玉米植株性狀、玉米產量、品質及土壤有機質含量和根系土壤固氮菌數量的影響的研究相對較少。因此，分

析不同有機肥對玉米生長、產量及品質和土壤環境的影響，對促進玉米栽培過程化肥減施和可持續農業產業的發展具有重要意義。本研究結合當地典型特色農業廢棄物資源和有機肥生產情況，選擇的蠶沙生物有機肥和含腐殖酸有機肥，以玉米為試驗材料開展田間試驗，研究當地不同類型有機肥對玉米植株性狀、玉米產量、果穗品質及土壤環境變化的影響，為改善當地耕地質量、促進農業可持續發展和玉米高質量栽培提供參考依據。

1? 材料與方法

1.1? 材料

供試肥料分別為YARA復合肥（NPK比例為21-6-13）、硫酸鉀（鉀含量51%），蠶沙生物有機肥（固態粉狀肥料，原料為蠶沙，有機質含量為29.8%，河池市桂晟生物有限公司提供）和含腐殖酸有機肥（原料為雞糞和花生麩，腐殖酸含量為15.82%，南寧桂裕鑫農業科技有限公司提供）。供試玉米品種為‘桂甜糯525。

1.2? 方法

1.2.1? 試驗設計? 試驗點設在廣西貴港市貴港農科所試驗基地，地區年平均溫度約25 ℃，種植期間（4—7月）最低溫度為21 ℃～24 ℃，最高溫度32 ℃～34 ℃，適宜春玉米種植栽培。試驗地土壤理化性質為pH 5.20，水解性氮78.9 mg/kg，有效磷54.5 mg/kg，速效鉀128 mg/kg，有機質13.9 g/kg，全氮1.00 g/kg，全磷1.22 g/kg，全鉀4.35 g/kg。

試驗共設4個處理，T1處理：不施肥，為對照組;T2處理：單施全量無機肥，以復合肥（21-6-13）、硫酸鉀（51%）為肥源，按150 kg/hm2，K2O 120 kg /hm2稱取;T3處理：減施20%化肥（按T2比例進行折算）+15 t/hm2蠶沙生物有機肥;T4處理：減施20%化肥（按T2比例進行折算）+ 15 t/hm2含腐殖酸有機肥;具體施肥時間及單個小區施肥量見表1。每處理設3次重復，共12個小區，小區隨機區組排列，單個小區面積約20 m2（3.20 m×6.24 m）。玉米種植苗距為23 cm × 70 cm，單穴播雙粒種，待出苗后單穴保留1株苗。

1.2.2? 項目測定? 成熟期在每個小區隨機取樣5株玉米植株，分別進行株高、莖粗、總葉片數的測量和統計，選擇果穗往上第一片葉測量葉片的長和寬及葉片SPAD值。

每個小區收獲的鮮果穗中，根據單果穗平均質量挑選5個具有代表性果穗進行測定，調查穗長、穗粗、單穗重、穗粒重和百粒重。并分別統計各小區收獲的果穗總重量，折算成公頃產量。

每個小區隨機選擇5個果穗，脫粒后混勻取適量進行籽粒品質測定，其中籽粒全氮、全磷、全鉀分別按照GB 5009.5—2016凱氏定氮法、GB 5009.87—2016鉬藍分光光度法、和GB 5009.91—2017原子吸收光譜法進行測定;蛋白質、脂肪和淀粉分別參照GB 5009.5—2016分光光度法、GB 5009.6—2016索式抽提法和GB 5009.9—2016酶水解法進行檢測;可溶性糖含量參照NY/T 1278—2007銅還原碘量法進行檢測。

土壤固氮微生物數量檢測：采用平板計數法進行計算。

土壤理化性狀測定：土壤氮、磷、鉀和有機質等養分測定按照鮑士旦《土壤農化分析》[16]方法。

1.3? 數據處理

試驗數據采用Excel 2016軟件進行整理，以SPSS 22.0軟件進行差異顯著性分析，以Origin 9.0軟件進行作圖，相關性分析使用R語言corrplot包進行可視化分析。

2? 結果與分析

2.1? 不同施肥處理對玉米植株農藝性狀的影響

由表2可得，不同施肥處理對玉米植株的生長影響差異較大，施肥處理（T2～T4）玉米的各項農藝性狀指標均高于對照（T1）。其中T2～T4處理玉米株高和葉片SPAD值均顯著高于T1處理，分別提高6.17%、9.37%、6.54%和7.72%、8.59%、7.34%;T2處理葉片長和葉片寬與T1處理相比差異并不顯著，而T3和T4處理較對照分別顯著提高7.16%、5.04%和6.32%、7.52%;T3處理的玉米植株莖粗和葉片長較T2處理顯著提高11.94%和4.53%，結果表明有機肥部分替代化肥能顯著促進玉米植株莖稈的生長和葉片伸長。綜上，不同有機肥部分代替化肥能更好地促進玉米植株的生長，且部分指標顯著優于施用全量化肥處理。

2.2? 不同施肥處理對玉米產量及果穗性狀的影響

產量是影響玉米價值和農民收入的重要指標。本次試驗中，T2～T4處理產量均顯著高于T1處理（7.57 t/hm2），分別提高17.17%、15.59%和14.27%。T2～T4處理間產量差異并不顯著（圖1）。

不同處理下玉米果穗性狀中，T3處理的穗長最大（20.02 cm）且顯著高于T2處理，其他指標不同處理間差異并不顯著（表3）。不同施肥處理對玉米果穗性狀的影響較小，有機肥替代部分化肥較單施化肥對果穗伸長具有一定的促進作用。

2.3? 不同施肥處理對籽粒養分及品質的影響

果穗籽粒的品質是影響其營養價值的關鍵因素。本次試驗中，不同施肥處理的籽粒品質具有一定差異（表4）。其中，T2～T4處理籽粒的總磷含量顯著高于T1處理，分別顯著提高82.35%、141.18%和105.88%，且T3處理顯著高于T2處理;

T3處理籽?？扇苄蕴呛孔罡撸^T1和T4處理顯著提高61.54 %和77.97%;T3處理籽粒淀粉含量顯著低于其他處理，較T1和T2分別顯著降低8.42%和7.47%;與T2處理相比，T4處理的籽粒蛋白質含量較T3處理顯著提高7.21%。結果表明蠶沙生物有機肥能更好地促進籽粒中淀粉的分解并提高可溶性糖的積累，實現鮮食果穗口感改良，而含腐殖酸有機肥更有利于籽粒中蛋白質的累積，提高果穗的營養價值。

2.4? 不同施肥處理對土壤有機質含量和固氮菌數量的影響

不同施肥處理中，T3處理土壤有機質含量最高，分別較T1、T2和T4顯著提高56.69%、64.52%和29.16%（圖2A）。施用有機肥能提升土壤有機質含量，對土壤改良具有一定的促進作用。各施肥處理間土壤固氮菌數量的變化差異不顯著（圖2B）。

2.5? 各指標間的相關性分析

綜合試驗檢測指標進行相關性分析，結果見圖3。玉米植株農藝性狀之間總體呈正相關關系，其中株高、莖粗和葉片長寬兩兩間顯著正相關， 葉片長和SPAD呈極顯著（P<0.01）正相關;產量與玉米株高和葉片數呈顯著正相關，說明玉米植株更好的生長能促進玉米產量增加;籽?？偭着c株高、莖粗、葉片長寬及葉片SPAD值呈顯著正相關，總鉀與葉片長寬呈顯著正相關，籽粒中淀粉含量與莖粗、葉片長和玉米總磷含量呈顯著負相關，說明玉米植株生長較好時籽粒能更好的積累磷鉀，但不利于籽粒中蛋白質和淀粉含量的增加，籽粒中總氮含量與蛋白質和脂肪含量呈極顯著正相關。此外，土壤有機質含量與玉米植株莖粗和葉片長呈極顯著正相關，說明有機質能促進玉米植株的生長，為玉米高產提供基礎。

3? 討論

施肥是促進作物生長的重要農田管理措施[17]，植株的健康生長是保證作物高產的重要基礎。本試驗中，施肥處理的玉米植株生長情況均優于對照，尤其是能顯著提高玉米植株的株高及葉片SPAD值，這有利于玉米植株更好的利用自身優勢進行光合作用，增加干物質的積累，提高玉米產量。其中T3處理玉米植株株高和葉片SPAD值最大，較T1顯著提高9.37%和8.59%，結果表明有機肥對玉米植株的生長具有更好的促進作用。這可能是因為有機質通過改善土壤有機碳含量，增加土壤有機碳庫積累[18-19]，從而促進作物生產和產量提高。

玉米果穗性狀是影響消費者選擇的重要指標，施肥能有效提高果穗性狀和產量。本試驗中，施肥處理玉米產量均顯著高于對照，施用有機肥較單施化肥更能穩產。在果穗性狀方面，T3處理穗長顯著大于T2，這與李放等[15]化肥配施黃腐酸能促進夏玉米增產的結論類似。

果穗品質是影響口感、營養價值和商品價值的關鍵因子[20]。高品質的玉米果穗通常更受消費者青睞。本試驗中，施肥處理籽粒的總磷含量顯著高于對照，T3處理可溶性糖含量最高，較T1顯著提高61.54%，T4處理籽粒蛋白質和脂肪含量最高且顯著高于T3處理。結果表明蠶沙生物有機肥能促進籽粒中提高可溶性糖的積累，改善玉米口感，這與陵軍成[21]在化肥減施下增施生物有機肥提高人參果中可溶性糖含量的研究類似;施用含腐殖酸有機肥能更好的提高籽粒中的總氮和蛋白質含量，這可能是腐殖酸通過增加土壤中有效氮含量[22]，促進作物對氮的吸收，從而增加籽粒中蛋白質等含氮化合物的含量，促進作物的營養價值的提升。

相關性分析結果表明，玉米籽?？偟刻岣呖娠@著促進其蛋白質和脂肪的積累，而玉米植株吸收的養分更多地用于植株生長時，對籽粒中主要營養成分的積累可能是不利的。施用蠶沙生物有機肥能更好的促進籽粒中可溶性糖含量的增加，含腐殖酸有機肥則能更好的促進籽粒中蛋白質含量的提高。不同有效功能成分有機肥對玉米生長和產量品質具有不同的效果，這為區域定向培育高品質玉米的高產栽培提供了較好的施肥方案的參考。

4? 結論

不同有機肥代替部分化肥能更好地促進玉米植株的生長，且在保證玉米穩產的同時能提高籽粒中可溶性糖或蛋白質的積累，并增加土壤有機質含量，為后茬作物提供養分。本研究為區域化肥減施下玉米的提質保產和土壤改良提供了一定的數據支撐，并提出果穗生長期間提高玉米對氮的吸收可能對增加籽粒中含氮化合物的積累具有一定的促進作用，為實現富含蛋白質的高品質玉米的高產和可持續農業發展提供了科學依據。

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