姜佰文，牛 煜，王春宏，李 威，邵 慧，席赫陽(yáng)，李欣儒，楊浩楠

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030）

玉米是我國(guó)第一大糧食作物，其增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對(duì)于國(guó)家糧食安全具有重要意義。而氮素是玉米生育過程中所需最多元素，也是限制生長(zhǎng)和產(chǎn)量的首要因素[1]。由于土壤中氮素含量較低，應(yīng)通過施用氮肥滿足玉米對(duì)氮素需求。目前農(nóng)民生產(chǎn)中常用的“一炮轟”施肥方式存在前期氮素營(yíng)養(yǎng)過量和后期氮素營(yíng)養(yǎng)不足等問題，出現(xiàn)脫肥早衰現(xiàn)象[2]。因此，為追求高產(chǎn)，農(nóng)民開始過度投入化學(xué)氮肥，但產(chǎn)量增長(zhǎng)速率相對(duì)平緩，并導(dǎo)致土壤板結(jié)、肥力減弱等嚴(yán)重后果[3]。大量研究表明，有機(jī)無機(jī)配施有利于改良土壤，協(xié)調(diào)玉米養(yǎng)分供需關(guān)系，提高玉米產(chǎn)量[4-5]。

據(jù)原農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年畜禽糞污產(chǎn)生量高達(dá)38 億t，但綜合利用率卻不足60%[6]。我國(guó)當(dāng)前每年產(chǎn)生的動(dòng)物有機(jī)肥（畜禽糞便）總量約為1 400 萬t 純氮，相當(dāng)于化學(xué)氮肥年生產(chǎn)量一半，但收集還田率僅為40%左右[7]。使用畜禽糞污替代部分化學(xué)氮肥，我國(guó)三大主要糧食作物產(chǎn)量有效提高6.8%，氮素吸收量提高6.5%，氮肥利用率提高10.4%[8]。但黑龍江省有機(jī)糞肥以干清糞為主，其回收利用效率低，肥分以磷肥居多，養(yǎng)分釋放緩慢[9-10]。

利用液體有機(jī)肥可不施用種肥，并減少化學(xué)氮肥用量。采用液體有機(jī)肥可高效回收利用尿液糞水，其養(yǎng)分以氮素居多，并較快釋放養(yǎng)分。本研究通過田間大區(qū)試驗(yàn)探究基施液體有機(jī)肥、減量追施化學(xué)氮肥的施肥模式對(duì)玉米氮素吸收利用效率及產(chǎn)量影響，了解玉米氮素積累動(dòng)態(tài)，旨在為東北春玉米應(yīng)用液體有機(jī)肥合理搭配氮肥施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2018～2019年在黑龍江省哈爾濱市雙城區(qū)長(zhǎng)產(chǎn)村同一塊試驗(yàn)田開展定位試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)年均氣溫4.4 ℃，降水量615 mm，有效積溫2 700～2 900 ℃。供試玉米品種為金誠(chéng)316，種植密度為6.1 萬株·hm-2。供試化學(xué)肥料：尿素（N：46%），重過磷酸鈣（P2O5：46%），氯化鉀（K2O：60%）。供試液體有機(jī)肥由哈爾濱丹青農(nóng)業(yè)科技股份有限公司提供，為無害化處理的養(yǎng)殖牛糞污（2018年養(yǎng)分含量：N：0.34%、P2O5：0.23%、K2O：0.26%、有機(jī)質(zhì)：2.91%、水不溶物含量：0.38%、干物質(zhì)＜12%；2019年養(yǎng)分含量：N：0.37%、P2O5：0.20%、K2O：0.24%、有機(jī)質(zhì)：3.03%、水不溶物含量：0.47%、干物質(zhì)＜12%）。供試土壤類型為草甸黑土，2018 年土壤基礎(chǔ)肥力為：有機(jī)質(zhì)22.46 g·kg-1，pH 6.41，堿解氮193.1 mg·kg-1，速效磷110.8 mg·kg-1，速效鉀227.5 mg·kg-1，全氮1.02 g·kg-1；2019 年土壤基礎(chǔ)肥力為：有機(jī)質(zhì)23.67 g·kg-1，pH 6.76，堿解氮216.4 mg·kg-1，速效磷111.7 mg·kg-1，速效鉀285.9 mg·kg-1，全氮1.35 g·kg-1。

1.2 方法

本試驗(yàn)采取田間大區(qū)試驗(yàn)，共設(shè)6個(gè)處理，每個(gè)處理播種8 壟，壟長(zhǎng)500 m，壟寬0.65 m，采用精準(zhǔn)機(jī)械作業(yè)播種施肥。在上一年秋季玉米收獲同時(shí)秸稈粉碎，馬斯奇奧滅茬機(jī)滅茬后，Tm、Tmf40、Tmf60 和Tmf80 處理采用丹麥Samson 液體施肥機(jī)（由哈爾濱丹青農(nóng)業(yè)科技股份有限公司提供） 將液體有機(jī)肥67.5 t·hm-2作為基肥噴灑地表，均采用五鏵翻轉(zhuǎn)犁將秸稈及有機(jī)肥翻至深度25～30 cm。每年5 月1 日前播種，6 月25 日拔節(jié)后追肥，其中種肥和追肥均為化肥。T0 處理為不施氮肥； Tf100 處理為雙城地區(qū)常規(guī)施肥量； Tm、Tmf40（減氮60%）、Tmf60（減氮40%）、Tmf80（減氮20%）處理均應(yīng)用液體有機(jī)肥作基肥，且化學(xué)磷鉀肥追施量與Tf100總量相同，但化學(xué)氮肥追施量分別為Tf100總量0、40%、60%、80%。施肥方案如表1所示。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 玉米氮素含量測(cè)定

分別在拔節(jié)期（6 月17～20 日）、抽雄期（7 月20～25日）、灌漿期（9月1～5日）、成熟期（10月15～20 日），每處理3 次重復(fù)，每重復(fù)隨機(jī)抽選取9 株玉米，將植株按葉、莖、苞葉、穗軸、籽粒分開，洗凈后置于烘箱105 ℃殺青30 min，再調(diào)至65 ℃烘干至恒重，并測(cè)定各器官干物質(zhì)重。將器官粉碎后，經(jīng)H2SO4-H2O2方法消煮，AA3 雙通道流動(dòng)分析儀測(cè)定植物氮含量。

1.3.2 玉米產(chǎn)量測(cè)定

每處理隨機(jī)選取3 處（10 m2）長(zhǎng)勢(shì)一致玉米曬干后脫粒稱重，折算為14%含水率的產(chǎn)量；再隨機(jī)選取30 穗玉米考種，測(cè)定行粒數(shù)、穗行數(shù)和百粒重等指標(biāo)。

表1 肥料運(yùn)籌情況Table 1 Fertilizer operation situation （kg·hm-2）

1.4 計(jì)算公式

氮素積累量（kg·hm-2）=干物重×氮含量；

氮素吸收速率（kg·hm-2·d-1）=氮素積累量/天數(shù)；

氮素收獲指數(shù)=籽粒氮積累量/植株氮積累量；

收獲指數(shù)=籽粒干物質(zhì)積累量/植株干物質(zhì)積累量；

增產(chǎn)率（%）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-Tf100施肥區(qū)產(chǎn)量）/Tf100施肥區(qū)產(chǎn)量×100%；

化肥氮利用率（%）=（施氮處理植株氮積累量-對(duì)照植株氮積累量）/化肥氮施用量×100%；

化肥氮農(nóng)學(xué)利用率（kg·kg-1）=（施氮處理籽粒產(chǎn)量-對(duì)照籽粒產(chǎn)量）/化肥氮施用量；

化肥氮偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=籽粒產(chǎn)量/化肥施氮總量；

化肥氮貢獻(xiàn)率（%）=（施氮肥區(qū)產(chǎn)量-對(duì)照區(qū)產(chǎn)量）/施氮肥區(qū)產(chǎn)量×100%；

其中，Tf100處理的對(duì)照為T0，Tmf40、Tmf60、Tmf80處理的對(duì)照為Tm。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel 2013、Origin 8.5 和SPSS 19.0 軟件分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。多重比較采用Duncan 法，在P＜0.05顯著水平下作相關(guān)性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 應(yīng)用液體有機(jī)肥減施氮肥對(duì)玉米氮素積累及吸收速率的影響

2.1.1 液體有機(jī)肥減施氮肥對(duì)玉米葉片氮積累量的影響

玉米葉片氮積累見圖1，在拔節(jié)期上升，抽雄期氮積累達(dá)到最高，然后開始下降，成熟期最低。在拔節(jié)期，2018 和2019 年未施用種肥且應(yīng)用液體有機(jī)肥在同一水平下Tm、Tmf40、Tmf60、Tmf80 處理氮積累量均高于常規(guī)Tf100 處理。在抽雄期，葉片氮積累量迅速增加，兩年中Tmf60處理較Tf100 處理分別顯著提高9.76% 和3.36%（P＜0.05）， Tmf80 處理較Tf100 處理分別顯著提高7.62%和7.68%（P＜0.05）。在灌漿期，氮素逐漸向籽粒轉(zhuǎn)移，各處理葉片氮積累量均開始下降，Tf100、Tmf60、Tmf80 處理差異不顯著（P＞0.05）。在成熟期，玉米葉片氮積累量最低，葉片氮已完全向籽粒轉(zhuǎn)移，其中Tmf60、Tmf80 處理下降幅度較大，兩年中Tmf60 處理較Tf100 處理分別下降43.56%和18.34%，Tmf60 處理較Tf100 處理分別下降54.30%和24.68%。

2.1.2 液體有機(jī)肥減施氮肥對(duì)玉米莖稈氮積累量的影響

玉米莖桿氮積累見圖2。在拔節(jié)期，2018年和2019 年Tm、Tmf40、Tmf60、Tmf80 處理莖稈氮積累均顯著高于Tf100處理。抽雄期莖稈氮積累量迅速增加，兩年中Tmf60 處理較Tf100 處理分別顯著提高4.70%和18.6%（P＜0.05），Tmf80 處理與Tf100處理相比分別顯著提高25.45%和28.4%（P＜0.05）。灌漿期莖稈氮積累量開始下降，Tmf60、Tmf80 處理下降幅度較大，說明Tmf60、Tmf80處理向籽粒轉(zhuǎn)移的氮素較多。成熟期植株莖稈氮積累量降至最低，兩年中從抽雄到成熟期Tmf60處理莖稈氮素積累量下降幅度分別是Tf100 處理的44.09%和1.4 倍，Tmf80處理較Tf100處理分別下降54.30%和1.3倍。

2.1.3 液體有機(jī)肥減施氮肥對(duì)玉米各器官氮素分配的影響

玉米生育期氮素分配如圖3 所示，在拔節(jié)期，2018 年和2019 年Tm、Tmf40、Tmf60、Tmf80 處理植株總氮積累量顯著高于Tf100處理。抽雄期是植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛階段，兩年中Tmf60、Tmf80 處理氮素積累量較快，Tmf60 處理植株總氮積累量較Tf100 處理分別顯著提高7.68%和8.82%（P＜0.05），Tmf80 處理較Tf100 處理分別顯著提高14.97%和15.1%（P＜0.05）。在灌漿期，兩年中Tmf60、Tmf80處理總氮積累量稍高于Tf100處理，但差異不顯著（P＞0.05）。灌漿期是植株生殖生長(zhǎng)迅速時(shí)期，兩年中Tmf60、Tmf80 處理籽粒吸氮量分別占植株總氮量47.43%和46.90%、45.81%和46.79%，Tf100 處理為44.37%和43.16%。在成熟期，兩年中Tmf60處理總氮積累量較Tf100 處理分別顯著提高5.28%和10.0%（P＜0.05），Tmf80處理較Tf100處理分別顯著提高3.78%和2.95%（P＜0.05）。成熟期植株各器官氮素向籽粒轉(zhuǎn)移，籽粒氮積累量達(dá)最大值，兩年中Tmf60 處理籽粒氮積累量較Tf100 處理分別提高11.67%和22.37%，Tmf80處理較Tf100處理分別提高13.19%和9.58%。

2.1.4 液體有機(jī)肥減施氮肥對(duì)玉米氮素吸收速率的影響

不同處理玉米氮素吸收速率及氮素收獲指數(shù)見表2。由表2 可知，播種-拔節(jié)期階段植株氮素吸收速率較為緩慢，應(yīng)用液體有機(jī)肥且未施用種肥的Tm、Tmf40、Tmf60、Tmf80 處理氮素吸收速率顯著高于常規(guī)處理，說明應(yīng)用液體有機(jī)肥替代施用化肥種肥可滿足追肥前苗期玉米氮素營(yíng)養(yǎng)需求。拔節(jié)期-抽雄期階段是植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛階段，也是植株吸收氮素最為迅速時(shí)刻。2018 年和2019 年Tmf60處理氮素吸收速率較Tf100 處理分別提高7.11%（P＜0.05）和5.43%，Tmf80處理較Tf100處理分別顯著提高16.42%（P＜0.05）和12.97%（P＜0.05）。抽雄期-灌漿期植株從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯成L(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)器官氮素也逐漸向籽粒中轉(zhuǎn)移。兩年中Tmf60 處理籽粒氮素吸收速率較Tf100 處理分別顯 著 提 高7.58%（P＜0.05）和11.73%（P＜0.05），Tmf80 處理較Tf100 顯著提高4.50%和13.41%（P＜0.05）。灌漿期-成熟期階段植株氮素吸收速率最緩慢，籽粒對(duì)氮素吸收能力也開始減弱。兩年中Tmf60 處理植株氮素吸收速率均為最高，較Tf100處理分別顯著提高53.57%（P＜0.05）和1.07 倍（P＜0.05）。且Tmf60處理籽粒氮素吸收速率較Tf100處理分別顯著提高21.34%（P＜0.05）和38.18%（P＜0.05）。兩年中Tmf60處理氮素收獲指數(shù)較Tf100分別顯著提高7.24%（P＜0.05）和10.29%（P＜0.05），Tmf80處理與Tf100處理分別提高4.35%和5.88%。

2.2 應(yīng)用液體有機(jī)肥減施氮肥對(duì)玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因子的影響

玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子如表3 所示。由表3可知，在2018 年和2019 年Tmf60 處理百粒重較Tf100 處理分別提高5.17%和3.16%，Tmf80 處理較Tf100 處理分別提高2.55%和0.53%。兩年中Tmf60處理較Tf100 處理分別增產(chǎn)9.92%和8.42%，Tmf80處理較Tf100 處理分別增產(chǎn)6.36%與5.78%，且與其他處理產(chǎn)量均達(dá)顯著差異（P＜0.05）。兩年中Tmf60 處理收獲指數(shù)較Tf100 分別顯著提高6.17%（P＜0.05）和10.64%（P＜0.05），Tmf80 處理與Tf100處理分別提高4.03%和2.13%。本試驗(yàn)中2018年和2019年應(yīng)用液體有機(jī)肥減量施用40%、20%化學(xué)氮肥顯著提高玉米產(chǎn)量，以Tmf60處理產(chǎn)量最高，達(dá)12 097.34和11 057.35 kg·hm-2。

2.3 應(yīng)用液體有機(jī)肥減施氮肥對(duì)玉米化學(xué)氮肥利用效率的影響

由表4 可知，在2018 年和2019 年Tmf60 處理化學(xué)氮利用率較Tf100 處理分別顯著提高9.9%（P＜0.05）和21.8%（P＜0.05）。兩年中Tmf60處理化學(xué)氮利用率較Tf100處理分別顯著提高10.6 kg·kg-1（P＜0.05）和9.3 kg·kg-1（P＜0.05），Tmf80 處理較Tf100處理分別提高2.5 kg·kg-1（P＜0.05）和2.7 kg·kg-1（P＜0.05）。兩年中Tmf60 處理化肥氮偏生產(chǎn)力較Tf100 處理分別顯著提高50.9 kg·kg-1（P＜0.05）和45.7 kg·kg-1（P＜0.05），Tmf80 較Tf100 處理分別提高20.2 kg·kg-1（P＜0.05）和18.3 kg·kg-1（P＜0.05）。兩年中Tmf60 處理化肥氮貢獻(xiàn)率較Tf100 處理分別顯著提高1.2%和1.5%（P＜0.05）。

表2 不同處理玉米氮素吸收速率及氮素收獲指數(shù)Table 2 Nitrogen uptake rate and nitrogen harvest index of maize at different treatments

表4 不同處理化學(xué)氮肥利用效率Table 4 Utilization efficiency of chemical nitrogen fertilizer at different treatments

3 討論與結(jié)論

有機(jī)肥和無機(jī)肥配合施用可提高土壤轉(zhuǎn)化酶活性以及有效營(yíng)養(yǎng)成分，為作物提供良好生長(zhǎng)環(huán)境[11-12]。本試驗(yàn)研究表明，應(yīng)用液體有機(jī)肥不施用種肥可在拔節(jié)期為玉米莖葉提供充足氮素，顯著提高植株氮素積累量。李前等研究也表明，施用基肥不施用種肥在拔節(jié)期促進(jìn)玉米生長(zhǎng)[13]。而劉占軍等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代30%化肥氮使玉米氮積累量在拔節(jié)期和抽雄期顯著低于習(xí)慣施肥[14]。因傳統(tǒng)糞肥在玉米生長(zhǎng)前期仍有大部分養(yǎng)分需釋放礦化，消耗土壤中養(yǎng)分與能量，導(dǎo)致其與作物爭(zhēng)奪土壤中養(yǎng)分[15]。而液體有機(jī)肥具有較多速效養(yǎng)分，利于玉米生長(zhǎng)前期養(yǎng)分吸收，從而提高拔節(jié)期和抽雄期氮積累量。

本研究表明，應(yīng)用液體有機(jī)肥減施40%化學(xué)氮肥有效提高籽粒氮積累量。米國(guó)華等研究指出，籽粒灌漿的氮素主要來源，包括花后氮素貯藏與運(yùn)輸及花前營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累向籽粒中轉(zhuǎn)移[16]。本研究表明，應(yīng)用液體有機(jī)肥減施40%化學(xué)氮肥在生殖生長(zhǎng)階段葉片與莖稈中氮素下降幅度較大，且籽粒氮素積累量較多，說明其更利于氮素向籽粒中富集，并合理分配氮素。高洪軍等也表明，施用農(nóng)家肥替代部分氮素使葉和莖鞘總的素轉(zhuǎn)移量增加11.8 kg·hm-2[17]。玉米產(chǎn)量受植株內(nèi)部氮素轉(zhuǎn)運(yùn)與外部氮素吸收的雙重影響[18]，而如何調(diào)控花后從外部吸收的氮使其高效輸送至籽粒，是提高氮素利效率重要舉措[19]。本研究表明，在生殖期應(yīng)用液體有機(jī)肥減施40%化學(xué)氮肥加快籽粒吸收氮素營(yíng)養(yǎng)速率，且在抽雄-灌漿期控制營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，優(yōu)先籽粒吸收氮素。在灌漿-成熟期，此處理為植株提供充足氮素，延長(zhǎng)生殖生長(zhǎng)期，滿足籽粒充分發(fā)育的氮素吸收條件，提高氮素收獲指數(shù)。謝軍等[20]與劉斌祥等[21]也同樣發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代部分氮肥促進(jìn)玉米對(duì)氮吸收累積和向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)。

Wen 和Geng 等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無機(jī)配施可通過調(diào)控氮素的養(yǎng)分釋放最終顯著影響作物干物質(zhì)和氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)， 促進(jìn)灌漿和增加籽粒重量[22-23]。因此在生育后期能否有充足氮素供應(yīng)，對(duì)玉米高產(chǎn)增收具有決定性作用。本試驗(yàn)同樣表明，應(yīng)用液體有機(jī)肥減施40%化學(xué)氮肥在生殖生長(zhǎng)期為籽粒提供充足氮素并顯著提高氮素積累量，進(jìn)而優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成因子，顯著提高玉米收獲指數(shù)，達(dá)到增產(chǎn)增效目的。Jat 等認(rèn)為，有機(jī)肥投入刺激土壤微生物活動(dòng)及作物對(duì)養(yǎng)分吸收，增加光合有機(jī)物和氮素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，從而提高產(chǎn)量[24]。

朱菜紅等研究發(fā)現(xiàn)，配施有機(jī)肥提高化肥氮利用率，其機(jī)制為促進(jìn)土壤微生物對(duì)化肥氮的有效調(diào)控，使化肥氮更好被轉(zhuǎn)化利用[25]。李孝良等研究表明，化肥減量20%配施有機(jī)肥具有較好化肥利用效率，化學(xué)氮利用率為39.4%、化肥氮農(nóng)學(xué)利用效率為12.2 kg·kg-1、化肥氮偏生產(chǎn)力為49.2 kg·kg-1[26]，而本研究經(jīng)兩年試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用液體有機(jī)肥減施40%化學(xué)氮肥化學(xué)氮利用率最高達(dá)到54.0%、化肥氮農(nóng)學(xué)利用效率最高達(dá)到21.8 kg·kg-1、化肥氮偏生產(chǎn)力最高達(dá)到112.0 kg·kg-1。因本試驗(yàn)采用未施用種肥并減量追施化學(xué)氮肥施肥模式，有效阻控化肥養(yǎng)分流失，進(jìn)而提高化學(xué)氮肥利用效率，減緩化肥對(duì)生態(tài)環(huán)境污染的影響。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相較于常規(guī)施肥處理，基肥應(yīng)用液體有機(jī)肥不施用種肥的施肥方式不僅利于玉米前期生長(zhǎng)發(fā)育，還提高糞污資源利用效率和播種效率，且應(yīng)用液體有機(jī)肥減施40%化學(xué)氮肥可在玉米生育后期保證充足氮素供應(yīng)，增加氮素積累量及籽粒氮素吸收速率，提高化學(xué)氮肥利用效率，達(dá)到減肥增效目的。