有機肥替代減施化肥對玉米磷素積累和產量形成影響

楊志遠宋秋霞王殿堯

(1.黑龍江龍和農業發展有限公司，黑龍江 哈爾濱 150028；2.黑龍江省博恒認證有限公司，黑龍江 哈爾濱 150030；3.東北農業大學資源與環境學院，黑龍江 哈爾濱 150030)

玉米是我國重要的糧食作物和經濟作物，適量的化肥可以增加玉米產量和提高玉米品質，但是長期過量施用化肥會導致土壤板結、肥料利用效率降低。有機肥不僅含有作物生長所需的氮、磷、鉀等大量元素以及鐵、錳、鋅、銅等微量元素，還含有氨基酸和蛋白質等有機養分。此外，有機肥還含有大量腐植酸與微生物等物質，可提升土壤質量和肥力。有機肥與化肥的配合施用能夠發揮有機肥持久性與化肥速效性的優點，為作物各階段的生長發育提供養分[1]。很多研究者認為，有機無機肥的合理配施，是提高土壤肥力與作物增產提質的重要因素[2,3]。國內外一些研究表明，有機肥替代部分化肥后，能協調有機和無機養分的平衡供應，提高土壤養分如有機質、有效磷、速效鉀等含量，有利于促進作物增產穩產[4-7]。因此，有機肥與無機肥的配施可提高作物對養分的吸收及肥料利用率，使肥料效益最大化，減少不合理的肥料投入并達到作物高產穩產的目的。

磷素作為作物生長發育所需的3大主要營養元素之一，對玉米的生長及最終產量的形成起著重要作用[8]。磷素是玉米的敏感性元素，直接參與玉米光合作用中的光合磷酸化和碳水化合物的合成與運轉及其體內多個代謝過程[9]，對提高玉米產量具有不可替代的作用。本試驗在東北草甸黑土研究有機無機配施下的減量施肥，明確配施有機肥條件下減施化肥玉米磷素吸收累積特征，以磷肥利用效率、產量特征等多個角度提出減肥適宜用量，旨在為玉米生產提供理論依據。為保證糧食安全、保護生態環境，配施有機肥減施化肥，可以提高有機肥資源的使用量和利用率，達到高產與優質雙目標，實現“化肥零增長”。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗地點和供試品種

試驗于2020年在黑龍江省綏化市北林區團結村試驗基地(E126°47′，N46°35′，海拔158m)進行。供試玉米品種為“鑫鑫1號”。供試土壤類型為黑土，土壤基礎肥力為pH 6.68，有機質33.32g·kg-1，堿解氮224mg·kg-1，速效磷27.10mg·kg-1，速效鉀130.5mg·kg-1。

1.1.2 供試肥料

化肥：氮肥為尿素(N 46%)；磷肥為磷酸二銨(N 18%，P2O546%)；鉀肥為氯化鉀(K2O 60%)。

有機肥為綏化當地農民利用牛糞堆肥制成。有機質32.5%；全氮1.01%；全磷(P2O5)1.11%；全鉀(K2O)0.54；pH 7.44；含水率40%。

1.2 試驗設計

本試驗為裂區試驗。試驗于2020年5月3日播種，2020年10月20日收獲。采用精準機械作業播種施肥，每個處理播種12壟，壟長為75m，壟寬為0.65m，種植密度為5.6萬株·hm-2。玉米在拔節期追氮鉀肥，氮肥的種追肥比為3∶7，有機肥作為基肥一次性施入。試驗設7個處理，分別為M0+F、M1+F1、M1+F2、M2+F1、M2+F2、M3+F1、M3+F2。其中，M0不施用有機肥；M1有機肥低量12t·hm-2；M2有機肥中量24t·hm-2；M3有機肥高量36t·hm-2。F綏化市常規施肥；F1減施化肥20%；F2減施化肥40%。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 玉米地上部磷素積累量的測定

分別于拔節期(6月27日)、大喇叭口期(7月25日)、灌漿期(8月31日)、成熟期(10月15日)，在每個裂區隨機取3～5株玉米植株樣品，將莖稈、葉片分離，于烘箱105℃殺青30min，80℃烘干至恒重。將植株樣品各器官烘干磨細后采用濃H2SO4-H2O2法消煮，植株全磷含量用鉬銻抗比色法測定。

玉米莖/葉磷積累量(kg·hm-2)=莖/葉干物質重×莖/葉全磷含量

1.3.2 玉米產量的測定

成熟期每個處理取10m2玉米穗進行測產和室內考種，以14%含水率重量折算小區產量，調查指標有穗數、行粒數、百粒重，計算其含水率和產量，取其平均值。

1.4 數據分析

本試驗結果均使用平均值(n=3)表示，使用Excel 2019軟件進行數據整理；SPSS 26.0軟件進行數據的方差分析。

2 結果與分析

2.1 有機肥替代減施化肥對玉米莖稈和葉片養分積累量的影響

2.1.1 有機肥替代減施化肥對玉米莖稈磷積累量的影響

從圖1可知，在減施化肥處理下玉米莖稈的磷積累量均隨生育期推進整體增加，且呈單峰曲線變化，在灌漿期達峰值，成熟期下降。

圖1 不同處理玉米莖稈磷積累量變化

在拔節期，在F1(減施化肥20%)條件下，M1+F1處理、M3+F1處理玉米莖稈磷積累量分別比M0+F處理高7.05%、43.17%，M2+F1處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理低16.74%，各處理間差異達到顯著水平(P<0.05)；大喇叭口期，M1+F1處理、M3+F1處理玉米莖稈磷積累量分別比M0+F處理高6.07%、3.30%，M2+F1處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理低11.10%，各處理間差異達到顯著水平(P<0.05)；灌漿期，M2+F1處理、M3+F1處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理高3.75%、42.08%，M1+F1處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理低2.81%，各處理間差異達到顯著水平(P<0.05)。在F2(減施化肥40%)條件下，M1+F2處理、M3+F2處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理低17.39%、8.61%，M2+F2處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理高1.62%，各處理間差異達到顯著水平(P<0.05)。成熟期，M1+F1處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理低4.31%，M2+F1處理、M3+F1處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理高4.75%、24.38%，各處理間差異達到顯著水平(P<0.05)；在拔節期、大喇叭口期、成熟期，M1+F2處理、M2+F2處理、M3+F2處理玉米莖稈磷積累量比M0+F處理低，各處理間差異達到顯著水平(P<0.05)。

各時期中，M1+F1處理玉米莖稈磷積累量高于M1+F2處理、M2+F1處理玉米莖稈磷積累量高于M2+F2處理、M3+F1處理玉米莖稈磷積累量高于M3+F2處理，且兩者間差異較為顯著(P<0.05)。

2.1.2 有機肥替代減施化肥對玉米葉片磷積累量的影響

從圖2可知，玉米葉片磷積累量隨生育期進程呈現先升高后降低的趨勢，與玉米莖稈磷積累變化趨勢一致，但與莖稈磷積累量不同的是，葉片磷積累量在拔節期到大喇叭口期迅速升高，且在大喇叭口期有峰值，而后逐漸降低。

圖2 不同處理玉米葉片磷積累量變化

在拔節期，M1+F1處理、M2+F1處理、M3+F1處理玉米葉片磷積累量分別比M0+F處理高1.21kg·hm-2、0.58kg·hm-2、2.54kg·hm-2，且均與M0+F處理間差異顯著(P<0.05)，M3+F1處理玉米葉片磷積累量比M0+F處理高84.95%。大喇叭口期，M1+F1處理、M3+F1處理玉米葉片磷積累量分別比M0+F處理高1.48%、18.78%，M2+F1處理玉米葉片磷積累量比M0+F處理低2.97%。灌漿期，M2+F1處理、M3+F1處理玉米葉片磷積累量分別比M0+F處理高4.43%、11.02%，M1+F1處理玉米葉片磷積累量比M0+F處理低72.73%，且各處理差異不顯著(P>0.05)。M2+F2處理玉米葉片磷積累量比M0+F處理低11.08%，M3+F2處理玉米葉片磷積累量比M0+F處理高1.87%，各處理差異達到顯著水平(P<0.05)。成熟期，M1+F1處理、M2+F1處理、M3+F1處理玉米葉片磷積累量分別比M0+F處理高9.84%、1.37%、10.98%，且各處理差異達到顯著水平(P<0.05)。在拔節期、大喇叭口期、成熟期，M1+F2處理、M2+F2處理、M3+F2處理玉米葉片磷積累量均比M0+F處理低。

各時期中，M1+F1處理玉米葉片磷積累量高于M1+F2處理、M2+F1處理玉米葉片磷積累量高于M2+F2處理、M3+F1處理玉米葉片磷積累量高于M3+F2處理，且兩者間差異較為顯著(P<0.05)。

2.2 有機肥替代減施化肥對玉米產量和產量構成因素的影響

由表1可知，M1+F1處理的穗數、百粒重較M0+F處理分別增加8.64%、2.06%，但產量低于M0+F處理，且差異達到顯著水平(P<0.05)。M2+F1處理較M0+F處理的穗數、百粒重分別增加5.71%、2.65%。M3+F1處理的穗數、百粒重、產量等指標在所有處理中均表現最高，M3+F1處理的穗數、百粒重、產量較M0+F處理分別增加7.74%、4.75%、9.53%，且差異達到顯著水平(P<0.05)。

表1 不同處理玉米產量和產量構成因素

M1+F2處理穗數、百粒重、產量較M0+F處理分別降低2.88%、1.27%、13.01%。M2+F2處理與M0+F處理相比，穗數、百粒重、產量分別降低2.33%、1.08%、1.35%。M3+F2處理的穗數、百粒重、產量等指標在所有處理中均表現最高，M3+F2處理的穗數、百粒重、產量較M0+F處理分別增加1.51%、0.13%、2.11%，除百粒重外其余皆差異達到顯著水平(P<0.05)。

M1+F1處理、M1+F2處理與M2+F2處理產量分別較M0+F處理減少3.31%、13.01%和1.35%，說明與農民常規施肥方式相比，這3個處理會使玉米減產。M2+F1處理、M3+F1處理、M3+F2處理產量均高于M0+F處理，且M3+F1處理達到產量最大值10572.30kg·hm-2。因此，合理配施有機肥減施化肥是獲得玉米高產的關鍵。

3 討論

玉米各器官磷素積累分配與轉運隨著生育期的推進發生相應的變化，不斷的密切協調、有序配合以保證后期的生長發育，有機無機配施可以在一定程度上改變玉米體內磷積累量的變化。景立權等[10]研究表明，施用有機肥在玉米生育后期更加有利于磷素向籽粒的轉移，當葉片、莖稈與穗部都充分吸收養分后才能將養分有效地供給籽粒，最終使玉米高產，因此作物的產量直接或間接受磷在其器官內積累和轉運情況的影響。李翠蘭等[11]研究表明，有機無機肥配施處理的植株磷素積累量較單施化肥處理增加了13.7%～41.5%。本研究結果表明，與單施化肥相比，在F1(減施化肥20%)條件下，各時期M3+F1處理玉米葉片、莖稈磷積累量為最高值，且比M0+F處理玉米莖稈磷積累量高10.98%～84.95%和3.30%～43.17%。在F2(減施化肥40%)條件下，各時期M3+F2處理玉米葉片磷積累量皆為最高值。除灌漿期外，M3+F2處理玉米莖稈磷積累量皆為最高值。玉米葉片和莖稈磷積累量隨生育期推進呈現先升高后降低的趨勢，由此表明，適當減量化肥與有機肥的合理配施，可有效增加玉米磷積累量。

劉恩科等[11]研究認為，氮、磷、鉀肥的均衡施用或氮、磷、鉀肥與有機肥配合施用，可以改善玉米植株的生物學性狀和提高玉米產量。呂鳳蓮等[12]研究發現，與單施化肥相比，有機肥替代75%化肥可使小麥、玉米顯著增產。本試驗證明，減施化肥20%和減施化肥40%配施適量有機肥可以有效降低玉米的禿尖長，顯著提高玉米的產量構成要素，提高玉米產量，其中M3處理效果最為明顯，可以看出有機無機配施能在減施化肥40%同時保持玉米穩產高產，實現減肥增效，提高玉米產量。合理的有機無機肥料配比可提高農作物產量，但若配比不當則可能導致減產[13]。本試驗結果表明，M1+F1處理、M1+F2處理、M2+F2處理玉米產量低于常規處理的玉米產量，由此可見，不合理的減施化肥配施有機肥會降低玉米產量。

4 結論

隨著玉米生育時期的推進，玉米莖稈和葉片磷素積累量變化趨勢為先升高后逐漸降低的趨勢，莖稈磷素積累量在灌漿期達到最大值，葉片磷素積累量在大喇叭口期達到最大值；玉米干物質重呈先增加后減少的趨勢，在灌漿期達到最大值。在F1(減施化肥20%)和F2(減施化肥40%)條件下，各時期磷素含量均在M3處理中出現最高值，其中M3+F1處理最高，能夠最為有效地為玉米生長提供充足養分。添加有機肥可顯著提高玉米產量，其中減施化肥20%配施高量有機肥(M3+F1)處理增產效果最為明顯。