有机肥替代化肥对京郊夏播青贮玉米生长与饲料品质的影响

熊 波，王 琛，张 莉，滕 飞，李 震，李传友，刘京蕊，常晓莲，赵 谦，李贵桐*

（1.北京市农业机械试验鉴定推广站，北京 100079；2.中国农业大学土地科学与技术学院土壤和水科学系/农业农村部华北耕地保育实验室，北京 100193）

青贮玉米是优质的饲料来源，其在乳熟期至腊熟期的玉米全株或茎叶经过切碎加工、贮藏发酵制成的饲料不仅可以作为草食性牲畜（牛、羊等）的食物来源，同时还具备可长期储存的优良特征。青贮玉米产量高，可达60～105 t/hm2，较普通籽用玉米高15～45 t/hm2，可比玉米多提供2～3 倍的营养 物［1-3］。青贮玉米的品质通常采用洗涤剂对纤维的营养价值来评价，具体标准包括：干物质含量30%～40%，粗蛋白含量＞7.0%，淀粉含量＞28%，中性洗涤剂纤维含量＜45%，酸性洗涤剂纤维含量＜22%，木质素含量＜3.0%。与籽用玉米不同，青贮玉米需满足地上生物量最大化和整株植株养分的均衡分布，既要为饲料调制提供高蛋白物质，还要注重其碳水化合物（纤维素）是否易于生物分解［4］。青贮玉米对氮肥反应敏感［5-7］，在合理施氮的条件下，可显著促进青贮玉米的生长［8-9］，提高生物产量以及饲用营养品质［10］。但当N 素过量时，不仅会加速叶片衰老［11］，并且还会对环境造成巨大压力［12］。因此，N 素的合理施用是青贮玉米产量和饲用营养品质的保证［13-15］。

随着国家“减肥减药”政策的逐步推行，在青贮玉米的实际生产中正大力倡导进行有机肥与无机肥混施。已有研究表明，不同比例的有机肥与无机肥配施对青贮玉米的生物量［16-21］和饲用价值［21-23］会产生很大的影响。此外，种植地气候条件及田间管理措施［24-27］也会对有机肥与化肥配施的效果产生影响，因此具体情况还需进一步研究。

本研究旨在揭示常规生产条件下有机肥替代化肥对青贮玉米生长、产量与品质的影响，重点讨论有机肥替代化肥对青贮玉米品质的影响，以期为指导青贮玉米生产中高效实施有机肥替代化肥提供实验依据。

1 材料与方法

本试验的土壤基本理化性质、供试肥料及田间试验细节与熊波等［28］的研究报道一致。

1.1 试验地点与土壤

试验地位于北京市顺义区李遂镇葛代子村（40.106°N，116.749°E），属于潮白河冲积平原，海拔38 m。属暖温带半湿润大陆性季风性气候，年均气温为11.5℃，1 月平均气温4.9℃，7 月平均气温25.7℃，年日照2750 h，无霜期195 d 左右，年均相对湿度50%，年均降水量625 mm，为华北地区降水量较均衡的地区之一，全年降水的75%集中在7～8 月。该试验地已连续多年种植冬小麦和青贮玉米。前茬冬小麦于2017 年6 月15 日收割，供试范围内清除冬小麦地上部秸秆。供试土壤的0～35 cm 为轻壤土，35～55 cm 为粘壤土，55～100 cm 为砂壤土。2017 年6 月22 日播种前测定0～20 cm 表层土壤基本性质为：土壤有机质含量18.4 g/kg，pH 值8.2，全氮含量1.06 g/kg，含水 量12.6%，无机氮（NH4+-N 和NO3--N）16.84 mg/kg，有效磷28.66 mg/kg，速效钾76.85 mg/kg，微生物量碳156.4 mg/kg，微生物量氮28.7 mg/kg。20～40、40～60、60～80、80～100 cm 各土层NO3--N 含量分别为18.6、21.2、15.4 和10.3 mg/kg。

1.2 供试肥料

所用有机肥是以新鲜牛粪为原料经好氧堆肥而制成的商品有机肥，其基本性质为：有机质含量62%，全氮2.32%，P2O5含量1.05%，K2O 含量2.07%，含水量27%；所用化肥为氮磷钾三元复合肥，N、P2O5和K2O 含量均为15%。

1.3 田间试验

试验共设4 个处理，分别为100%化肥（N10）、70%化肥N+30%有机肥N（N7）、40%化肥N+60%有机肥N（N4）和100%有机肥N（N0），每个处理设置3 个重复，每个小区南北长12 m，东西宽9.6 m（玉米播种机的4 个播幅），小区面积115 m2。12 个小区随机区组分布。为方便机械化播种，小区间无地面土埂间隔。各处理按等N 量（210 kg/hm2）计算有机肥和化肥用量。播种前将各小区的肥料充分混合均匀，人工均匀撒在地表，随后进行统一的机械旋耕，深度10 cm，保证肥料均匀分布。

试验于2017 年6 月22 日播种，玉米品种为郑单958，播种量为45 kg/hm2。采取机械化精量播种，株距20 cm，行距60 cm，种植密度为82500株/hm2。田间管理按当地常规农事操作进行，青贮玉米生长期间无灌溉和植保措施。9 月30 日收获，生育期98 d。

1.4 样品采集与测定

1.4.1 玉米生长状况

分别于8 月9 日（大喇叭口 期）、9 月4 日（扬花期）和9 月30 日（成熟期）采集玉米植株样品，测定株高、叶面积、叶绿素含量、地上部干物质量和N、P、K 含量。叶绿素含量用SPAD-502 仪测定，每小区随机选取30 个旗叶，在每个旗叶中部测定SPAD 值。玉米植株样品的采集方法为：在8 月9 日和9 月4 日每小区内选取5 株长势一致的完整植株，在9 月30 日每小区的中部取2 m 双行中的完整植株。随后分别测定植株株高、叶面积、地上部干物质量，具体方法是：株高采用钢卷尺测量法测定，叶面积采用长宽法测量，干物质采用鲜样在105℃杀青30 min，60℃烘干至恒重得到。植株全N 采用半微量凯氏定氮法测定，全P采用H2SO4-H2O2消煮钼蓝比色法测定，全K 采用H2SO4-H2O2消煮火焰光度法测定。在测定玉米干物质和N、P、K 含量时，由于植株体过大和叶、茎、果穗间差异很大，在9 月4 日和9 月30 日的测定中将植株的叶、茎、果穗部分分开，分别测定干物质和N、P、K 含量。

1.4.2 青贮玉米品质

将9 月30 日收获的青贮玉米分为叶（包括苞叶）、茎（包括穗轴）、籽粒3 部分，样品分别烘干后，用粉碎机将烘干样品粉碎过直径为0.15 mm的筛，取样测定粗蛋白质（CP）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）和淀粉含量。其中，粗蛋白质含量采用国标GB/T 6432 中方法测定，中性洗涤纤维含量采用国标GB/T 20806 中方法测定，酸性洗涤纤维含量采用NY/T 1459 中方法测定，淀粉含量采用国标GB/T 20194 中方法测定。

1.4.3 指标计算

茎秆比（叶片比，籽粒比）=茎干重或叶干重或籽粒干重（kg/hm2）/地上部生物量（kg/hm2）；

叶面积系数（LAI）=单株所有绿叶的单叶面积之和，其中，单叶面积=长×宽×系数（展开叶为0.75，未展叶为0.5）。

1.4.4 数据处理

SPAD 值处理：每次每小区30 个测定值均符合正态分布，故其平均值采用算术平均值计算得到。其他测定均为小样本重复测定（n=3），平均值均采用算术平均值得到。

采用SPSS 13.0 软件处理数据，显著性差异采用方差分析中的LSD 法检验。

2 结果与分析

2.1 植株生长情况

生育期内青贮玉米的生长情况如图1 所示。收获时玉米株高在2.36～2.43 m 之间，有机肥替代化肥对最终株高和株高动态均无显著影响（图1a）；叶绿素SPAD 值随生育期逐渐增高，由8 月9 日的均值45 增加到9 月4 日的均值55，再 到9 月30 日的均值53，有机肥替代化肥对最终SPAD值及其动态均无显著影响（图1d）。

干物质累积在扬花期（9 月4 日）前不受有机肥替代化肥的影响，收获时（9 月30 日）则受到有机肥替代化肥的影响：N7 和N4 处理最高，达到25500～26300 kg/hm2，而N10 和N0 处理分别只有22900 和19300 kg/hm2，低于N7 和N4 处理11%和26%（图1b）。有机肥替代化肥对9 月4 日前叶面积系数（LAI）无影响，对9 月4 日后LAI 有显著影响：9 月4 日时N10 和N0 处理LAI 显著高于其他处理，9 月30 日时N0 处理LAI 显著低于其他处理（图1c）。

9 月4 日前叶片含N 量接近4.0%，有机肥替代化肥只影响收获期（9 月30 日）叶片含N 量（图1e）：N10 和N0 处理最低，在1.18%～1.20%之间，而N7 和N4 处理分别为1.41%和1.34%，高出N10 和N0 处理13%～18%；8 月9 日时茎秆含N 量在2.44%～2.83%之间，处理间差异不显著（图1f），随后大幅降低，低于1.5%，到了收获期（9 月30 日）N10 处理的茎秆含N 量显著高于其他处理。

2.2 青贮玉米品质

表1 所示为试验中各处理收获时青贮玉米的品质状况。N10 和N0 处理的整株粗蛋白含量均低于国标GB/T 25882—2010 中规定的一级品青贮玉米≥7.0%的标准，而N7 和N4 处理均大于该标准，说明有机肥替代化肥可以提高整株粗蛋白的水平，以60%有机肥替代化肥效果最佳。中性洗涤纤维含量在33.1%～42.3%之间，酸性洗涤纤维含量在13.8%～19.2%之间，均达到国标GB/T 25882—2010 中一级品标准，且随着有机肥替代化肥比例的增高而逐步降低，表明青贮玉米中纤维素可降解性增强。淀粉含量大于33%，也达到国标GB/T 25882—2010 中一级品标准，但有机肥替代化肥对淀粉含量无显著影响。叶片含水率在62%～68%之间，N0 处理含水率为62%，显著低于其他处理。茎秆含水率在76%～80%之间，不同有机肥替代化肥处理之间差异不显著。

叶片比在0.28 左右，茎秆比在0.26 左右，籽粒比在0.47 左右，均不受有机肥替代化肥的影响（表1），但叶片、茎秆和籽粒总粗蛋白收获量显著受到有机肥替代化肥比例的影响：第一，尽管叶片干物质量只占总生物量的28%左右，但其中粗蛋白收获量达到458～637 kg/hm2，占总收获量的31%～34%，且受有机肥替代化肥比例显著影响，以30%有机肥替代化肥最佳，其次为60%有机肥替代化肥，而100%有机肥替代化肥与100%化肥相当；第二，茎秆生物量占总生物量的26%左右，其粗蛋白收获量在347～503 kg/hm2之间，占总收获量的28%，可见，其营养价值与整株水平接近，有机肥部分替代化肥时含量高于不替代或完全替代；第三，籽粒中粗蛋白的收获量在554～713 kg/hm2之间，其粗蛋白与总粗蛋白收获比例（38%～42%）小于籽粒比（45%～48%），说明籽粒的营养价值略低于整株水平。

表1 收获期青贮玉米品质

2.3 养分在各器官的分布

有机肥替代化肥对N 在叶片、茎秆和籽粒中分布的影响较小（表2）。N 素主要分布在籽粒部分，回收量在89～114 kg/hm2之 间，占总N 回收量的38%～42%，比例从高到低依次是N10 ≈N0＞N4 ≈N7，与化肥相比，有机肥替代化肥不利于N 素在籽粒中累积。N 素的第二个库是叶片，回收量在65～102 kg/hm2之间，占总N 回收量的31%～34%，比例从高到低依次是N7 ≈N4＞N0 ≈N10，有机肥替代化肥有利于N 素在叶片中累积。茎秆中N 素的比例在27%左右，不受有机肥替代化肥的影响。

有机肥替代化肥主要影响P 在籽粒和叶片中分布的数量和比例，而对茎秆中P的回收量影响很小（表2）。P 素主要分布在籽粒中，回收量在34～79 kg/hm2之 间，占 总P 回收量的46%～61%，比例从高到 低依次是N4＞N7＞N0 ≈N10，可 见，30%～60%比例的有机肥更有利于P 素在籽粒中的累积。P 素的第二个库是叶片，回收量在28～44 kg/hm2之间，占总P 回收量的28%～41%，比例从高到低依次是N10＞N0＞N7＞N4，与化肥相比，有机肥替代化肥不利于P 素在叶片中累积；当有机无机肥配合时，有机肥比例越小，P 素在叶片中积累越多。

有机肥替代化肥主要影响K 在叶片中分布的数量和比例，而对籽粒中K的回收量影响很小（表2）。K 素主要分布在茎秆中，回收量在102～139 kg/hm2之间，占总K 回收量的43%～50%，比例从高到低依次是N10＞N4＞N7 ≈N0，可见，有机肥替代化肥不利于K 素在茎秆中的累积。K 素的第二个库是叶片，回收量在92～142 kg/hm2之间，占总K 回收量的35%～44%，比例从高到低依次是N7 ≈N4 ≈N0＞N10，与化肥相比，有机肥替代化肥有利于K 素在叶片中的累积。

表2 有机肥替代化肥中青贮玉米养分在各器官的分布（kg/hm2）

3 讨论

3.1 青贮玉米产量

青贮玉米产量既是重要的栽培指标，又是重要的经济指标，在品质近似的条件下追求最大产量是青贮玉米生产的重要目标之一。本研究中，4 个处理的青贮玉米干物质产量在19300～26300 kg/hm2之间，平均为23500 kg/hm2，处于北京地区平均水平，与北京地区5 个品种青贮玉米干物质平均产量24000 kg/hm2非常接近［29］，但高于北京地区9 个品种青贮玉米干物质平均产量19600 kg/hm2［30］。从品种郑单958 在北京地区的产量看，在施N 量（165 kg/hm2）、密 度（75000 株/hm2）、播 期（6 月22日）、收获期（9 月28 日）近似的情况下，产量为17800 kg/hm2［30］，尚低于本研究中的100%有机肥替代化肥处理的产量，说明本研究中的产量水平较高。

有机肥替代部分化肥可以提高玉米产量［16-17，26］，因为肥料中N 素的释放具有一定的缓效性，这与施用缓释化学N 肥提高青贮玉米产量［8，31］有一定的相似性。研究表明，当缓释氮复合肥施入量150 kg/hm2、缓释成分为30%时，青贮玉米的产量最高［8］，这与本研究中30%有机肥替代化肥（N7）产量（图1b）和养分回收率（表2）最高的结果相当一致，类似的结果也包括40%有机N［15］和20%有机N［18］对玉米产量的提高最大。因此，综合来看，20%～40%的有机肥替代化肥可能使青贮玉米的产量达到最高。

3.2 青贮玉米品质

提高品质也是青贮玉米栽培的重要目标之一，对于提高其饲料价值具有重要意义，我国青贮玉米的品质正逐步提高［32-33］。本研究中，30%和60%有机肥替代化肥处理的粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和淀粉含量（表1）均优于国标GB/T 25880—2010 中规定的一级青贮玉米标准，表明在本试验条件下有机肥部分替代化肥时生产出的青贮玉米品质优良，优于北京地区9 个品种夏播青贮玉米的品质［30］，也优于甘肃张掖地区10 个品种［34］、斯洛伐克共和国6 个品种［35］、捷克大部分品种［36］和巴西6 个品种［37］的品质。

全株青贮玉米中叶片比是另外一项重要的品质指标，叶片碳水化合物含量越高，其饲料价值越高［38-39］，喂饲奶牛不仅牛奶产量高，而且品质好［40-41］。青贮专用玉米品种的叶片比一般在0.2 左右［42］，而本研究 中4 个处理的叶片比在0.27～0.29 之间（表1），且随有机肥替代化肥比例增高呈变大的趋势，说明有机肥替代化肥可以增加植株中的叶片比例，这与在土耳其的研究结果相似［19］，有利于提高青贮玉米的品质。

施用N 肥可以提高青贮玉米的粗蛋白含量［10，12，43-44］，也有降低其 营养价值的风险［14］。减缓土壤N的供应可以提高青贮玉米的粗蛋白含量［8］。本研究中，有机肥替代化肥的粗蛋白含量比100%化肥（N10）提高10%～18%，以30%有机肥替代化肥效果最佳（表1），这种有机无机配合的效果小于前人研究的结果［45］。另外，很多研究表明增加N 肥用量将降低酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量［10，12，43-44］，这与本研究的结果相符：随着有机肥替代化肥比例的提高，酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量均分别依次降低，因为土壤N 素的有效性依次降低，这与降低N 肥用量的效果相一致［20-21］。

4 结论

在关注农业生产经济效益和环境影响的背景下，青贮玉米生产中应积极实施有机肥替代化肥行动。由于土壤养分状况是动态变化的，本文结果仅代表当年种植的青贮玉米的产量及品质。结果显示，有机肥替代化肥在维持青贮玉米产量的同时，可在一定程度上提高青贮玉米的品质，形成农业生产增产与增效的双赢局面。

致谢：全体作者对北京荣萍种植专业合作社、北京金鑫现代农业发展有限公司和北京奥格尼克生物技术有限公司在本研究中的大力支持表示衷心感谢。