邊麗梅 ，董 喆，鄭 偉，張麗妍，張 昊，郝春雷，慈艷華，杜江洪，孟繁盛

(赤峰市農(nóng)牧科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 赤峰 024031)

化肥作為重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，在增加糧食產(chǎn)量、保障糧食安全方面發(fā)揮了重要的作用[1]，但我國(guó)的化肥使用量遠(yuǎn)超國(guó)際公認(rèn)的上限[2]，生產(chǎn)上為了追求高產(chǎn)盲目過(guò)量施用現(xiàn)象普遍存在，導(dǎo)致出現(xiàn)土壤及生態(tài)環(huán)境等一系列負(fù)面問(wèn)題[3]。農(nóng)業(yè)部自2015年圍繞"打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)"，深入實(shí)施化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)以來(lái)，全國(guó)化肥施用量和施用強(qiáng)度已經(jīng)連續(xù)3 a下降，但化肥施用三連減的原因主要是農(nóng)作物播種面積的減少，而非施肥效率的提高，化肥減量施用仍然任重道遠(yuǎn)[4]。

玉米作為重要的糧食和工業(yè)原料，一直是減量施肥的重點(diǎn)研究對(duì)象。內(nèi)蒙古燕山丘陵區(qū)位于我國(guó)優(yōu)質(zhì)玉米種植帶上，玉米是該地區(qū)第一大糧食作物，玉米產(chǎn)量占內(nèi)蒙古玉米總產(chǎn)量的17%[5]，對(duì)于內(nèi)蒙古的糧食生產(chǎn)都有重要作用。然而該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平不高，化肥施用農(nóng)田土壤后期養(yǎng)分供應(yīng)不足和玉米肥料利用率低等問(wèn)題凸顯。近年來(lái)關(guān)于化肥減量配施的研究很多，在替代物的選擇方面主要包括有機(jī)肥、緩控釋肥、秸稈還田和生物炭等。有研究認(rèn)為有機(jī)肥替代化肥可以明顯改善土壤養(yǎng)分狀況[6], 提高玉米的氮素吸收量和利用率，促進(jìn)氮素向玉米籽粒中轉(zhuǎn)移，防止氮素淋溶[7]。 緩釋肥料替代化肥可以降低耕層土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，減少硝態(tài)氮淋溶及農(nóng)業(yè)面源污染[8]。秸稈還田替代化肥可提高玉米產(chǎn)量，增加土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量[9～11]。生物炭替代化肥可增強(qiáng)土壤固炭能力[12]，提高氮素向籽粒中轉(zhuǎn)移量，保持籽粒中氮素積累量較高水平，顯著提高氮肥利用率，增加玉米產(chǎn)量[13]?；蕼p施替代效果受土壤肥力和氣候環(huán)境的影響很大[14]。

目前在化肥減施替代方面多是對(duì)單一替代物施用量的研究，而關(guān)于這幾種常用的替代物之間的橫向比較研究還很少，筆者在淺埋滴灌模式下開展了有機(jī)肥、緩控釋尿素、秸稈還田和生物炭與化肥減量配施對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響研究，探討了化肥減量替代的可行性，旨在探索燕山丘陵區(qū)春玉米田化肥減量配施技術(shù)模式，為燕山丘陵區(qū)土壤高效綠色生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)、水肥高效利用和保護(hù)農(nóng)田環(huán)境的目標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本概況

試驗(yàn)于2020年在赤峰市農(nóng)牧科學(xué)研究院10號(hào)試驗(yàn)基地(41.30°N,118.87°E)進(jìn)行，試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，地力均勻，土壤類型為棕壤土，試驗(yàn)地前茬為玉米，供試土壤為壤土，0～20 cm土層基本理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)17.9 g·kg-1，堿解氮113 mg·kg-1，速效磷17.8 mg·kg-1，速效鉀149 mg·kg-1。近20 a(1998-2017年)，玉米生長(zhǎng)季(4月15日至10月15日)降雨量為326.2 mm，積溫3 417.1℃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化施肥量為N-P2O5-K2O=270-180-120(kg·hm-2)，在磷、鉀肥為優(yōu)化用量的基礎(chǔ)上設(shè)6個(gè)處理(表1)。試驗(yàn)采用大區(qū)種植，不設(shè)重復(fù)，每處理面積300 m2。玉米品種選用高產(chǎn)、高抗、優(yōu)質(zhì)的當(dāng)?shù)刂髟云贩N赤單218，種植方式采用淺埋滴灌方式種植，寬行80 cm，窄行40 cm，平均行距60 cm，種植密度4 500株·667 m-2。各處理的磷肥、鉀肥和60%的氮肥在播種時(shí)基施，40%的氮肥在抽雄期用肥料點(diǎn)播器點(diǎn)在兩株玉米中間，追肥后進(jìn)行滴灌。生育期內(nèi)根據(jù)土壤墑情灌水4～5次，各時(shí)期灌水量分別為：播種300 m3·hm-2，拔節(jié)期450 m3·hm-2，抽雄期450 m3·hm-2，灌漿期450 m3·hm-2，總計(jì)1 650 m3·hm-2。

表1 試驗(yàn)處理

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

每個(gè)處理標(biāo)記有代表性的植株3株，分別于玉米苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、成熟期，田間活體測(cè)量葉面積和株高，葉面積采用長(zhǎng)寬系數(shù)法計(jì)算(0.75)，葉面積指數(shù)(LAI)=該土地面積上的總?cè)~面積/土地面積。

分別于玉米苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、成熟期，在每個(gè)處理取有代表性植株3株，于105℃殺青0.5 h后80℃烘干至恒重，測(cè)定地上部植株干物質(zhì)量。

成熟期每處理隨機(jī)取3點(diǎn)，每點(diǎn)選取12 m2，按實(shí)收計(jì)算產(chǎn)量。測(cè)定穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、禿尖長(zhǎng)、千粒重。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與計(jì)算，用spss 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，顯著水平為(P <0.05)。采用Origin8.5進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)玉米株高的影響

由圖1可知，隨著玉米生育進(jìn)程的推進(jìn)，不同減氮替代處理下，玉米株高在生育期內(nèi)的變化趨勢(shì)表現(xiàn)一致，均呈現(xiàn)S型生長(zhǎng)曲線規(guī)律，即苗期生長(zhǎng)緩慢，拔節(jié)期-大喇叭口期-吐絲期生長(zhǎng)增速，吐絲期至成熟期速度減慢。

圖1 不同處理對(duì)玉米不同生育期株高的影響

從圖1可以看出，不同施肥處理下玉米株高表現(xiàn)不同。在整個(gè)生育時(shí)期，RN+OM處理和RN+CRU處理的株高都顯著高于RN處理。各處理株高在苗期差異不大，均無(wú)顯著差異； 在拔節(jié)期，RN處理的株高與秸稈還田和生物炭肥替代處理無(wú)顯著差異，比NPK處理、RN+OM處理和RN+CRU處理株高分別降低5.7%、5.7%和4.4%，差異顯著；在大喇叭口期，RN處理株高分別比NPK、RN+OM、RN+CRU、秸稈還田和生物炭肥降低4.4%、3.2%、5.6%、3.0%和3.4%，差異顯著。RN+CRU處理株高顯著高于秸稈還田處理；在吐絲期，RN處理株高顯著低于其它5個(gè)處理，RN+CRU處理株高比秸稈還田處理高3.9%，差異顯著。在成熟期，生物炭肥處理株高顯著低于其它處理。

2.2 不同處理對(duì)玉米葉面積指數(shù)的影響

不同處理對(duì)玉米葉面積指數(shù)的影響如圖2所示，苗期各處理間葉面積指數(shù)沒(méi)有明顯差異，大喇叭口期NPK和生物炭肥處理明顯高于其它處理，大喇叭口期RN+CRU處理的葉面積指數(shù)顯著低于其它處理。吐絲期各處理的葉面積指數(shù)達(dá)到最大值，但各處理間無(wú)明顯差異。成熟期NPK處理的葉面積指數(shù)最小，明顯低于其它處理。

圖2 不同處理對(duì)玉米不同生育期葉面積指數(shù)

2.3 不同處理對(duì)玉米干物質(zhì)積累的影響

由圖3可知，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，玉米干物質(zhì)積累量逐漸增加，但積累速率不同，吐絲期至成熟期速率最高，大喇叭口至吐絲期次之。至成熟期，干物質(zhì)積累量由大到小順序依次為RN+CRU、RN+OM、 RN、NPK、秸稈還田、生物炭肥，其中，RN+CRU處理與其它處理間干物質(zhì)積累量差異顯著。

圖3 不同處理對(duì)玉米不同生育期干物質(zhì)積累量的影響

2.4 不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

從表2 可以看出，不同減氮處理與正常施肥處理間產(chǎn)量差異顯著，不同減氮處理間無(wú)顯著差異，不同減氮處理下玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為RN+OM> RN+CRU >秸稈還田>RN>生物炭肥。不同施肥處理對(duì)穗行數(shù)的影響不顯著，對(duì)禿尖長(zhǎng)、穗粗、穗長(zhǎng)、行粒數(shù)和千粒重的影響顯著，RN+OM和RN+CRU處理下的千粒重和穗長(zhǎng)均顯著高于NPK處理；生物炭肥處理的禿尖長(zhǎng)最短，為5.63 mm，顯著低于其它處理。

表2 不同處理的玉米籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

3 結(jié)論與討論

2019年中央一號(hào)文件中強(qiáng)調(diào)要繼續(xù)"開展農(nóng)業(yè)節(jié)肥行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)化肥使用量負(fù)增長(zhǎng)"。因此，如何有效實(shí)現(xiàn)化肥減量替代依然是科研工作者需要研究解決的問(wèn)題。合理施肥可以增加玉米的產(chǎn)量和生物量[15]。適當(dāng)提高施肥量可以明顯增加株高，當(dāng)施肥量達(dá)到一定程度后，株高趨于平穩(wěn)[16]。研究發(fā)現(xiàn)，RN+OM處理和RN+CRU處理的株高都顯著高于RN處理，說(shuō)明減氮前提下有機(jī)肥和緩控釋尿素替代氮肥可以增加玉米的株高。氮肥減量配施可以增加玉米葉面積指數(shù)和地上部干物質(zhì)量，這和楊旸等[17]的研究結(jié)果一致。

適宜的土壤肥力條件可以最大限度地發(fā)揮出農(nóng)田的生產(chǎn)潛力。適量減施氮肥減少了氮肥施用量，但提高了氮肥農(nóng)學(xué)效率和肥料利用率，從而增加了肥料的經(jīng)濟(jì)效益，還可以保證玉米產(chǎn)量，甚至在一定程度上可以提高玉米產(chǎn)量[13,18]。筆者研究結(jié)果表明，減氮配施可以在一定程度上增加玉米產(chǎn)量，對(duì)穗粗、穗長(zhǎng)、行粒數(shù)和千粒重也有積極的影響，和前人結(jié)果一致。

大量研究結(jié)果表明，秸稈還田、施用生物炭肥和有機(jī)肥可以培肥地力，改善土壤質(zhì)量，使施肥、高產(chǎn)和土壤環(huán)境形成良性循環(huán)，可持續(xù)綠色發(fā)展。生物炭因其特殊組成及結(jié)構(gòu)，適量施入可降低土壤容重，增加土壤孔隙度和持水能力，進(jìn)而發(fā)揮其改良土壤和增加作物產(chǎn)量的作用[19]。目前對(duì)秸稈還田的應(yīng)用一般都配合土壤耕作措施進(jìn)行，而且在不同地區(qū)因氣候、土壤因素等其增產(chǎn)效果也不同[20～21]。研究發(fā)現(xiàn)，減氮配施有機(jī)肥條件下，玉米產(chǎn)量最高，相應(yīng)的產(chǎn)量構(gòu)成因素穗粗、穗長(zhǎng)、行粒數(shù)和千粒重也最高，和孟超然等[22]的結(jié)果一致。其次是減氮配施緩控釋尿素處理，而秸稈還田和生物炭肥配施處理的表現(xiàn)卻并不突出，綜合考慮作物產(chǎn)量與環(huán)境保護(hù)等因素，在春玉米生產(chǎn)中減少氮肥用量、施用有機(jī)肥和緩控釋尿素可以保證產(chǎn)量，同時(shí)還能減少農(nóng)業(yè)面源污染，值得在生產(chǎn)中大力推廣。不過(guò)，由于本研究?jī)H為一年的試驗(yàn)結(jié)果，化肥減量配施的效果還有待多年的田間試驗(yàn)驗(yàn)證。