有机肥替代部分化肥氮对糯玉米产量、品质及氮素利用的影响

娄 菲 左怿平 李 萌 代鑫萌 王 健 韩金玲 吴 舒 李向岭,* 段会军

有机肥替代部分化肥氮对糯玉米产量、品质及氮素利用的影响

娄 菲1左怿平1李 萌1代鑫萌1王 健1韩金玲1吴 舒3李向岭1,*段会军2,*

1河北科技师范学院农学与生物科技学院 / 河北省作物逆境生物学重点实验室, 河北秦皇岛 066004;2河北农业大学农学院 / 华北作物改良与调控国家重点实验室, 河北保定 071001;3河北环境工程学院/ 河北省农业生态安全重点实验室, 河北秦皇岛 066102

研究有机肥替代部分化肥氮对糯玉米产量、品质及氮素利用的影响, 探索糯玉米生产中有机肥与化肥的最佳配施比例, 为河北省鲜食糯玉米优质栽培提供理论依据。2021和2022年设置田间试验, 以糯玉米品种斯达糯41为试验材料, 采用随机区组设计, 设置不施氮(T1)、常量化肥氮(T2)、有机肥替代20%化肥氮(T3)、有机肥替代40%化肥氮(T4)、有机肥替代60%化肥氮(T5)和有机肥替代100%化肥氮(T6)共6个处理。结果表明, 与T2处理相比, T3、T4和T5处理提高了糯玉米鲜果穗产量, 分别增加3.08%、13.61%、3.20%; T3～T6处理下氮素利用效率降低, T3、T4和T5处理氮肥偏生产力和氮肥农学效率增加。与T2处理相比, T3～T5处理提高了糯玉米外观和品尝品质评分, 其中T4处理总评分最高, 这主要是因为有机肥替代部分化肥氮增加了籽粒总淀粉和支链淀粉含量, 降低了籽粒蛋白质和可溶性糖含量, 同时改善了籽粒质构特性, 籽粒硬度、弹性和咀嚼性增加, 内聚性降低。综上所述, 在总施氮量为180 kg hm–2条件下, 有机肥替代部分化肥氮的比例为总施氮量40%时可以实现糯玉米鲜果穗产量和品质的协同提高。

糯玉米; 有机肥; 产量; 氮效率; 籽粒品质

糯玉米起源于中国, 是一种基因发生变异的新玉米类型, 其籽粒胚乳淀粉由近100%支链淀粉组成[1-2]。我国糯玉米种植面积有80万公顷左右, 已成为全球糯玉米种植面积最大的国家[3], 随着生活水平提高, 糯玉米凭借其绵软适口、甜粘清香的独特口感和风味深受消费者喜爱和青睐[4-5]。糯玉米的产量和品质, 除了受自身遗传基因影响, 还受栽培措施和气候环境等因素的影响, 其中氮肥作为玉米的“粮食”, 在提升玉米产量和品质中发挥着重要作用[6-7]。在片面追求高产过程中, 普遍存在过量施用氮肥的现象, 不仅易造成糯玉米减产和品质降低, 还导致成本增加和环境污染[7-8]。

有机肥与氮肥配合施用是一种可持续农业管理模式, 两者优化配施可减少化肥投入, 提高肥料利用效率和作物产量, 改善作物品质[10-11]。有机肥料的使用能够减少合成化肥的使用, 在提高土壤肥力和缓解环境污染问题具有较大的应用潜力。研究表明, 有机肥部分替代化肥能协调有机与无机养分的平衡供应, 满足作物生长发育需求, 保持作物高产稳产[12-13], 同时可以减少化肥用量。何浩等[14]研究表明, 秸秆条状还田条件下, 化肥减量配施有机肥可以增加土壤中有机碳和速效氮、磷、钾含量, 实现玉米增产增收。与常规施氮相比, 减氮20%配施有机处理可以提高玉米产量[15-16]。谢军等[17]研究表明, 有机肥氮替代50%的化肥氮能显著提高玉米籽粒产量和氮素利用效率, 降低氮素进入环境的风险。化肥和有机肥合理施用不仅能保证作物的稳产增产, 而且能降低环境污染的风险, 实现农业资源循环再利用[18]。有机肥和无机肥配施可以调节土壤养分状况、改善土壤结构和增强土壤肥力水平, 提升玉米品质[19]。周芸等[20]研究表明有机肥氮替代30%化肥氮可以提高玉米籽粒淀粉含量、可溶性糖含量和蛋白质含量。方成等[21]研究表明常规施化肥减施30%配施餐厨垃圾源蚓粪处理能显著增加玉米维生素C、可溶性糖和淀粉含量; Zhai等[22]研究表明, 与单施化肥相比, 有机肥替代15%和30%化肥氮能显著提高夏玉米籽粒产量和水分利用效率, 增加经济效益。

随着糯玉米绿色生产技术研究的推进, 有机肥和化肥配施已经成为改善和提升玉米产量和品质的栽培措施之一, “减氮”成为糯玉米绿色生产的主题之一, 然而目前河北省化肥氮减量条件下有机肥不同比例替代对糯玉米产量、品质及氮素利用的影响效应研究尚未见报道。因此, 本研究基于田间试验明确有机肥替代部分化肥氮对糯玉米干物质与氮素积累、鲜果穗产量和籽粒品质的影响, 以期确定河北省糯玉米生产中有机肥与化肥最佳配施比例, 为糯玉米有机替代调优栽培提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况和供试材料

于2021年和2022年在河北省秦皇岛市昌黎县河北科技师范学院农学与生物科技学院实验站(39º07′N, 119º17′E)进行。试验区域气候属于温带大陆性季风气候, 年平均气温11.8℃, 无霜期210 d, 降水量 527.0 mm, 年日照2720 h。土壤类型为褐土。试验地土壤容重为1.44, 全氮含量1.36 g kg–1, 碱解氮含量64.08 mg kg–1, 有效磷11.69 mg kg–1, 速效钾54.50 mg kg–1, 有机质12.40 g kg–1。

以糯玉米品种斯达糯41为供试品种。供试肥料包括复合肥(N、P2O5和K2O含量分别为22%、8%和14%)、过磷酸钙(P2O552%)、硫酸钾(K2O 51%), 商品羊粪有机肥(有机质含量50%, 养分含量为N 2.14%、P2O51.24%、K2O 2.18%)。

1.2 试验设计

采用随机区组设计, 设不施氮(T1)、常量化肥氮(T2)、有机肥替代20%化肥氮(T3)、有机肥替代40%化肥氮(T4)、有机肥替代60%化肥氮(T5)和有机肥替代100%化肥氮(T6)。其中, 有机替代是指通过有机肥中氮养分折合所代替的化肥氮肥的百分比。除T1处理不施氮外, T3、T4、T5和T6处理的氮养分均与T2处理相同, 为等氮量设计, 施氮量为180 kg hm–2。T2处理的氮全部由化肥提供, T6处理的氮全部由有机肥提供, T3、T4和T5处理一部分氮由有机肥提供, 一部分氮由化肥提供。所有处理的磷钾养分投入一致, P2O5为75 kg hm–2, K2O为108 kg hm–2。所有肥料在播种前一次性施入土壤中。种植密度是52,500株hm–2。每个处理3次重复。每个小区长15 m,宽6 m, 面积90 m2。糯玉米生育期内田间除草、植保、灌溉等管理同当地大田生产。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 干物质和全氮含量 于拔节期、大喇叭口期、开花期和采收期, 取田间长势一致的植株3株, 拔节期、大喇叭口期、开花期将植株分成茎(含叶鞘)、叶两部分; 采收期将植株分成茎、叶、籽粒、穗轴、苞叶五部分, 放入烘箱中, 105℃杀青30 min, 70℃烘干至恒重后, 研磨成粉末, 采用凯氏定氮法测定全氮含量。

1.3.2 鲜果穗产量 于最适采收期, 采收5 m双行鲜果穗除去苞叶后进行称重, 统计实收穗数, 选取20个果穗进行考种。

1.3.3 蒸煮食味品质 于最适采收期, 剥去果穗外层的苞叶, 取5穗放入托盘, 在蒸锅内蒸煮30 min后切段品尝。评分从气味、色泽、甜度、风味、柔嫩性和果皮薄厚6个方面进行。食味品质参考NY/T 523-2020的糯玉米品质评价评分指标执行。

1.3.4 籽粒营养品质 于最适采收期, 选择5个大小均匀的果穗进行收获, 剥离籽粒, 于40℃烘干, 研磨成粉末, 采用凯氏定氮法测定籽粒含氮量, 利用以下公式计算籽粒中蛋白质含量: 蛋白质含量(mg g–1)=氮含量×6.25。采用GB25006285蒽酮-硫酸比色法测定可溶性糖和蔗糖含量, 采用双波长法测定直链和支链淀粉含量。

1.3.5 籽粒质构特性 于最适采收期, 选择5个大小均匀的果穗, 在电饭锅中放入适量水, 等锅中水沸腾放入采收的糯玉米, 待水再次沸腾后记时15 min, 捞出沥干, 沥干后隔袋60℃保温。剥离较为完整的玉米粒9粒, 用镊子夹住剥离的糯玉米粒胚乳面朝上, 放置于TA-XT2i型物性测试仪机台上, 压缩模式进行探头全谱图分析, 触发点负载7 g, 测试速度0.50 mm s–1, 压缩距离1 mm, 循环次数2次, 测定硬度、内聚性、弹性、胶黏性、咀嚼性等。

1.4 有关指标计算公式

氮素利用率 (NUE, %) = (施氮区植株氮素积累量–不施氮区植株氮素积累量)/施氮量×100%; 氮肥偏生产力(PFPN, kg kg–1) = 鲜果穗产量/施氮量; 氮素农学效率(AEN, kg kg–1) = (施氮区鲜果穗产量–不施氮区鲜果穗产量)/施氮量。

1.5 数据处理及分析

采用Microsoft Excel 2016进行数据整理, 利用SPSS 22.0软件进行方差分析和多重比较, 采用SigmaPlot 10.0进行软件作图。

2 结果与分析

2.1 有机肥替代部分化肥氮对糯玉米植株干物质积累的影响

由图1可知, 各处理对糯玉米植株干物质积累量的影响在2个年份表现出相似的变化趋势。增施氮肥增加了糯玉米开花期和采收期植株干物质积累量。与T1处理相比, T2、T3、T4、T5和T6处理下开花期植株干物质积累量2年平均值分别提高31%、46.54%、60.16%、61.26%和44.20%, 采收期植株干物质积累量2年平均值分别提高31.48%、39.01%、65.38%、67.14%和33.55%。与T2处理相比, T3、T4、T5和T6处理开花期植株干物质积累量2年平均值分别提高13.44%、24.08%、24.57%和14.48%, 采收期分别提高5.34%、24.35%、26.08%和1.57%。与T2处理相比, T1处理下开花期和采收期植株干物质积累量2年平均值分别降低31.00%和31.48%, 说明有机肥替代化肥T3、T4和T5处理增加了糯玉米开花期和采收期植株干物质积累量。

2.2 有机肥替代部分化肥氮对糯玉米植株氮素积累的影响

由图2可知, 各处理对植株干物质积累的影响在2个年份表现出相似的变化趋势。增施氮肥增加了糯玉米开花期和采收期植株氮素积累量。与T1处理相比, T2、T3、T4、T5和T6处理下开花期植株氮素积累量2年平均值分别提高54.91%、78.65%、78.31%、72.77%和21.41%, 采收期植株氮素积累量2年平均值分别提高56.42%、71.03%、66.61%、63.72%和21.86%。与T2处理相比, T3、T4和T5处理开花期植株氮素积累量2年平均值分别提高7.70%、20.90%和17.0%, 采收期分别别提高3.45%、5.28%和0.37%。与T2处理相比, T1和T6处理下采收期植株氮素积累量降低, 2年平均值分别降低39.61%和14.97%, 说明有机肥替代部分化肥氮T3、T4和T5处理增加了糯玉米开花期和采收期植株氮素积累量。

图1 有机肥替代部分化肥氮对糯玉米植株干物质积累的影响

T1: 不施氮; T2: 常量化肥氮; T3: 有机肥替代20%化肥氮; T4: 有机肥替代40%化肥氮; T5: 有机肥替代60%化肥氮; T6: 有机肥替代100%化肥氮。V6: 拔节期; V12: 大喇叭口期; R1: 吐丝期; R3: 乳熟采收期。

T1: no nitrogen fertilizer application; T2: constant fertilizer nitrogen; T3: organic fertilizer substituting 20% chemical fertilizer nitrogen; T4: organic fertilizer substituting 40% chemical fertilizer nitrogen; T5: organic fertilizer substituting 60% chemical fertilizer nitrogen; T6: organic fertilizer substituting 100% chemical fertilizer nitrogen. V6: jointing stage; V12: big bell mouth stage; R1: silking stage; R3: milk ripening harvest stage.

图2 有机肥替代部分化肥氮对糯玉米植株氮素积累动态的影响

T1: 不施氮; T2: 常量化肥氮; T3: 有机肥替代20%化肥氮; T4: 有机肥替代40%化肥氮; T5: 有机肥替代60%化肥氮; T6: 有机肥替代100%化肥氮。V6: 拔节期; V12: 大喇叭口期; R1: 吐丝期; R3: 乳熟采收期。

T1: no nitrogen fertilizer application; T2: constant fertilizer nitrogen; T3: organic fertilizer substituting 20% chemical fertilizer nitrogen; T4: organic fertilizer substituting 40% chemical fertilizer nitrogen; T5: organic fertilizer substituting 60% chemical fertilizer nitrogen; T6: organic fertilizer substituting 100% chemical fertilizer nitrogen. V6: jointing stage; V12: big bell mouth stage; R1: silking stage; R3: milk ripening harvest stage.

2.3 有机肥替代部分化肥氮对糯玉米鲜果穗产量的影响

由图3可知, 各处理对糯玉米鲜果穗产量的影响在2个年份表现出相似的变化趋势。增施氮肥增加了糯玉米鲜果穗产量。与T1处理相比, 2021年T2～T5处理分别提升8.99%、12.36%、23.82%和12.48%, T6处理降低0.13%; 2022年T2～T6处理分别提升53.90%、75.32%、78.57%、73.38%和38.31%; 与T2处理相比, T3、T4和T5处理下鲜果穗产量增加, 而T6处理降低; 2021年T3、T4和T5处理分别增加3.08%、13.61%和3.20%, T6处理降低8.36%; 2022年分别增加13.92%、16.03%和12.66%, T6处理降低10.13%, 说明随着有机肥替代比例的增加糯玉米从不显著增产到显著增产在减产, 有机肥替代部分化肥处理(T4)下糯玉米鲜果穗产量提升效果最好。

2.4 有机肥替代部分化肥氮对糯玉米氮素利用效率的影响

由表1可知, 各处理对糯玉米氮素利用效率的影响在2个年份表现出相似的变化趋势。与T2处理相比, T3～T6处理下氮素利用效率2年平均值分别降低10.27%、25.59%、20.46%和72.96%, T3、T4和T5处理氮肥偏生产力2年平均值分别增加8.51%、14.82%和7.93%, T6处理降低9.25%, T4处理下氮肥偏生产力最高; 与T2处理相比, 2021年T3、T4和T5处理氮素农学效率分别增加7.83%、34.45%和8.11%, T6处理降低18.91%, 仅有T4达到显著水平; 2022年T3、T4和T5处理分别增加11.20%、19.60%和21.69%, T6处理降低39.16%, T3、T4和T5处理达到显著水平, 说明随着有机肥替代比例的增加, 糯玉米氮素利用效率呈降低趋势, 氮肥偏生产力最高和氮素农学效率呈先增加后降低的趋势, 有机肥替代40%化肥氮处理下(T4)糯玉米氮肥偏生产力和氮素农学效率最高。

图3 有机肥替代部分化肥氮对糯玉米鲜穗产量的影响

T1: 不施氮; T2: 常量化肥氮; T3: 有机肥替代20%化肥氮; T4: 有机肥替代40%化肥氮; T5: 有机肥替代60%化肥氮; T6: 有机肥替代100%化肥氮。同一年份同列数据不同字母表示处理间在0.05概率水平差异显著。

T1: no nitrogen fertilizer application; T2: constant fertilizer nitrogen; T3: organic fertilizer substituting 20% chemical fertilizer nitrogen; T4: organic fertilizer substituting 40% chemical fertilizer nitrogen; T5: organic fertilizer substituting 60% chemical fertilizer nitrogen; T6: organic fertilizer substituting 100% chemical fertilizer nitrogen. Different lowercase letters mean significant differences among the treatments in the same year at the 0.05 probability level.

表1 有机肥替代部分化肥氮对糯玉米氮素利用效率的影响

T1: 不施氮; T2: 常量化肥氮; T3: 有机肥替代20%化肥氮; T4: 有机肥替代40%化肥氮; T5: 有机肥替代60%化肥氮; T6: 有机肥替代100%化肥氮。R3: 乳熟采收期。同一年份同列数据不同字母表示处理间在0.05概率水平差异显著。

T1: no nitrogen fertilizer application; T2: constant fertilizer nitrogen; T3: organic fertilizer substituting 20% chemical fertilizer nitrogen; T4: organic fertilizer substituting 40% chemical fertilizer nitrogen; T5: organic fertilizer substituting 60% chemical fertilizer nitrogen; T6: organic fertilizer substituting 100% chemical fertilizer nitrogen. NUE: nitrogen use efficiency; PPEN: partial factor productivity of applied N; AEN: agronomic efficiency of applied N. Different lowercase letters mean significant differences among the treatments in the same year at the 0.05 probability level.

2.5 有机肥替代部分化肥氮对糯玉米食味品质的影响

由表2可知, 各处理对糯玉米食味品质的影响在2个年份表现出相似的变化趋势。糯玉米外观和品尝品质评分表现为T2～T6处理高于T1处理, 增施氮肥能够提高糯玉米外观品质和品尝品质, T3～T6处理下糯玉米外观和品尝品质总评分均高于T2处理, 随着有机肥替代比例的增加呈现先升高后降低的趋势, 其中T4处理下糯玉米总评分最高, 2021和2022年分别为87.1分和90.7分; 有机肥施用后糯玉米外观较好, 糯性较好, 果皮较为适中, 柔嫩性和风味较好, 说明有机肥替代部分化肥氮提升了糯玉米外观和品尝品质, 但随着替代比例的增加提升效果变小, T4处理能提升糯玉米外观品质和口感。

表2 有机肥替代部分化肥氮对鲜食糯玉米食味品质的影响

T1: 不施氮; T2: 常量化肥氮; T3: 有机肥替代20%化肥氮; T4: 有机肥替代40%化肥氮; T5: 有机肥替代60%化肥氮; T6: 有机肥替代100%化肥氮。同一年份同列数据不同字母表示处理间在0.05概率水平差异显著。

T1: no nitrogen fertilizer application; T2: constant fertilizer nitrogen; T3: organic fertilizer substituting 20% chemical fertilizer nitrogen; T4: organic fertilizer substituting 40% chemical fertilizer nitrogen; T5: organic fertilizer substituting 60% chemical fertilizer nitrogen; T6: organic fertilizer substituting 100% chemical fertilizer nitrogen. Different lowercase letters mean significant differences among the treatments in the same year at the 0.05 probability level.

2.6 有机肥替代部分化肥氮对糯玉米籽粒营养品质的影响

由表3可知, 各处理对糯玉米籽粒营养品质的影响在2个年份表现出相似的变化趋势。与T1处理相比, 施氮各处理增加了糯玉米籽粒蛋白质含量、可溶性总含量和可溶性总淀粉含量。与T2处理相比, T3处理增加了籽粒蛋白质含量, 而T4、T5、T6处理降低了籽粒蛋白质含量; 与T2处理相比, T3、T4、T5、T6提高了籽粒可溶性糖含量、蔗糖含量、总淀粉含量和支链淀粉含量, T3、T4、T5、T6处理籽粒总淀粉含量2年平均值较T2处理分别增加3.79%、15.25%、9.67%和8.79%, 籽粒支链淀粉含量分别增加3.18%、15.18%、9.18%和7.77%, 其中T4处理下籽粒可溶性总淀粉和支链淀粉含量提升效果最好, 说明有机肥替代部分化肥氮处理提高了糯玉米籽粒可溶性总糖和蔗糖含量、总淀粉含量和支链淀粉含量, 其中T4处理下籽粒可溶性糖、蔗糖含量、总淀粉和支链淀粉含量最高。

2.7 有机肥替代部分化肥氮对糯玉米籽粒质构特性的影响

由表4可知, 各处理对糯玉米籽粒质构特性的影响在2个年份表现出相似的变化趋势。与T1处理相比, 施氮处理改善了糯玉米籽粒质构特性, 增加了籽粒硬度、内聚性、弹性和咀嚼性, 而对胶黏性无影响。与T2处理相比, T3、T4、T5和T6籽粒硬度和内聚性2年平均值分别降低2.32%～9.66%和3.03%～41.67%; T3、T4和T5处理籽粒弹性和咀嚼性2年平均值分别增加10.63%～24.67%和25.31%～ 40.66%, 差异达到显著水平; 有机肥替代化肥氮各处理对籽粒胶黏性无显著影响, 说明有机肥替代部分化肥氮处理降低糯玉米籽粒硬度和内聚性, 增加籽粒弹性和咀嚼性, 其中T4处理下籽粒硬度和内聚性适中, 籽粒弹性和咀嚼性显著增加。

T1: 不施氮; T2: 常量化肥氮; T3: 有机肥替代20%化肥氮; T4: 有机肥替代40%化肥氮; T5: 有机肥替代60%化肥氮; T6: 有机肥替代100%化肥氮。同年份同列数据不同字母表示处理间在0.05概率水平差异显著。

T1: no nitrogen fertilizer application; T2: constant fertilizer nitrogen; T3: organic fertilizer substituting 20% chemical fertilizer nitrogen; T4: organic fertilizer substituting 40% chemical fertilizer nitrogen; T5: organic fertilizer substituting 60% chemical fertilizer nitrogen; T6: organic fertilizer substituting 100% chemical fertilizer nitrogen. Different lowercase letters mean significant differences among the treatments in the same year at the 0.05 probability level.

表4 有机肥替代部分化肥氮对糯玉米籽粒质构特性的影响

T1: 不施氮; T2: 常量化肥氮; T3: 有机肥替代20%化肥氮; T4: 有机肥替代40%化肥氮; T5: 有机肥替代60%化肥氮; T6: 有机肥替代100%化肥氮。同年份同列数据不同字母表示处理间在0.05概率水平差异显著。

T1: no nitrogen fertilizer application; T2: constant fertilizer nitrogen; T3: organic fertilizer substituting 20% chemical fertilizer nitrogen; T4: organic fertilizer substituting 40% chemical fertilizer nitrogen; T5: organic fertilizer substituting 60% chemical fertilizer nitrogen; T6: organic fertilizer substituting 100% chemical fertilizer nitrogen. Different lowercase letters mean significant differences among the treatments in the same year at the 0.05 probability level.

2.8 鲜果穗产量、氮效率和品质的相关性

由图4可以看出, 鲜果穗产量与氮素利用率(=0.85)、氮肥偏生产力(=1.00)、氮肥农学效率(= 0.94)、籽粒总淀粉含量、籽粒支链淀粉含量呈极显著正相关关系; 蒸煮食味总分与采收期植株干物质积累量、籽粒可溶性糖含量(=0.80)、籽粒蔗糖含量、籽粒总淀粉含量、籽粒支链淀粉含量、籽粒弹性(=0.80)、籽粒胶黏性和籽粒咀嚼性(=0.89)极显著正相关, 与籽粒内聚性极显著负相关; 籽粒总淀粉含量和籽粒支链淀粉含量(=0.99)之间极显著正相关, 籽粒直链淀粉含量与籽粒蛋白质含量呈极显著正相关关系, 与蒸煮食味总分显著负相关。在糯玉米生产过程中, 要注意协调籽粒蛋白质含量与总淀粉、支链淀粉含量之间的关系, 保证糯玉米高品质生产。

图4 鲜果穗产量、氮效率和品质的相关性

GY: 鲜果穗产量; DMA: 采收期植株干物质积累量; NC: 采收期植株氮素积累量; NUE: 氮素利用率; PFPN: 氮肥偏生产力; AEN: 氮肥农学效率; CFS: 蒸煮食味总分; GPTC: 籽粒蛋白质含量; GSSC: 籽粒可溶性糖含量; GSC: 籽粒蔗糖含量; TGSC: 籽粒总淀粉含量; GAC: 籽粒直链淀粉含量; GPLC: 籽粒支链淀粉含量; GH: 籽粒硬度; GCH: 籽粒内聚性; GE: 籽粒弹性; GV: 籽粒胶黏性; GCW: 籽粒咀嚼性。

GY: fresh ear yield; DMA: plant dry matter accumulation during harvest; NC: plant nitrogen accumulation during harvest; NUE: nitrogen efficiency; PFPN: nitrogen partial productivity; AEN: nitrogen fertilizer agronomic efficiency; CFS: cooking flavor score; GPTC: grain protein content; GSSC: grain soluble sugar content; GSC: grain sucrose content; TGSC: the total grain starch; GAC: grain amylose content; GPLC: grain pullulan content; GH: grain hardness; GCH: grain cohesion; GE: grain elasticity; GV: grain viscosity; GCW: grain chewability.

3 讨论

作物生物量与养分积累密切相关, 养分积累是生物量积累及产量形成的基础, 养分供应充足才能促进玉米生长发育。党翼等[23]研究发现, 氮肥配施有机肥可以增加玉米干物质积累量。王艳博等[24]研究表明, 相对于单施无机肥处理, 氮肥配施1500 kg hm–2有机肥可促进玉米物质积累, 改善穗部性状, 提高产量。黄志浩等[25]研究表明, 有机肥25%替代化肥氮提高了玉米生物量。本研究表明, 与单施化学氮处理相比, 有机肥替代化肥氮各处理能够提高糯玉米干物质积累量, 这与前人研究结果一致。主要是由于常量化肥氮处理仅能在短期内维持土壤中氮素的供应, 可能会造成玉米生育后期土壤氮素亏缺和肥力下降, 而有机肥施用能补充玉米生育后期土壤氮库, 提高土壤氮素有效性, 同时有机肥缓慢释放养分的特性可以避免作物生育后期养分供应不足的问题, 有利于作物干物质积累量的增加[26-27]。

氮素是玉米生长的必需元素, 是植物干物质累积及进行光合作用的基础[28]。研究表明[29-30], 等氮条件下有机无机肥配施处理可以提高玉米整个生育期内各器官的氮素积累量, 有效促进玉米植株对氮素的吸收利用。本研究表明, 常量化肥氮和有机肥替代100%化肥氮处理下糯玉米植株氮积累量小于有机肥替代部分化肥氮各处理, 有机肥替代部分化肥氮处理显著增加了糯玉米开花期和采收期植株氮素积累量, 这与宋桂云等[31]研究发现的结论一致, 可能是有机肥替代化肥影响农田的土壤质量及根系生长的微生态环境, 有机无机肥的配施改善了土壤养分的供应过程, 让土壤养分的释放更为平缓, 使土壤中的养分维持在了较高水平, 为后期糯玉米的生长所需的养分提供了保障[28,32]。作物产量的提高主要是通过群体对肥、光、温、水等资源利用效率的提升来实现。氮肥农学效率、偏生产力、吸收利用率和生理利用率是反映作物对氮肥利用效率的主要指标。本研究中, 随着有机肥替代比例的增加, 糯玉米氮素利用效率呈降低趋势, 有机肥替代20%化肥氮处理下糯玉米氮素利用效率最高, 这与李孝良等[33]研究得出的化肥减量 20%配施有机肥处理提高玉米氮素利用率的结论一致, 这主要是由于有机肥施入土壤后, 为土壤微生物提供了大量能源物质, 促进了土壤微生物增殖及微生物生物量氮的增加, 有利于土壤氮的协调供应, 提高了作物氮素利用效率。本研究发现随着有机肥替代比例的增加, 糯玉米氮肥偏生产力和氮肥农学效率呈先增加后降低的趋势, 有机肥替代40%化肥氮处理下氮肥偏生产力和氮肥农学效率最高, 显著高于单施化肥处理, 这与高洪军等[34]、张秀芝等[35]的研究结果一致, 研究发现有机肥配施化肥处理下氮肥农学利用率、偏生产力均显著高于单施氮肥处理。

适宜的有机肥替代化肥有利于增加作物产量。习斌等[36]、Geng等[37]研究表明, 化肥与有机肥合理的配施相比较单施化肥处理可以提高玉米籽粒产量。适宜的有机肥氮替代比例才能够促进作物产量, 比例过高或者过低都会降低作物产量[38]。本研究中, 与常量化肥氮相比, 有机肥替代20%～60%化肥氮处理能够增加糯玉米鲜果穗产量, 其中有机肥替代40%化肥氮处理下糯玉米鲜穗产量最高, 这与薛同宣等[39]研究结果一致, 40%鸡粪有机肥氮替代化肥处理玉米产量最高。糯玉米产量随着有机肥替代比例的增加出现先上升后下降的趋势, 表明一定水平总养分量情况下, 有机肥料和化学肥料比例适宜, 更能发挥肥料的效率, 这是因为化肥的肥效较快, 易被作物吸收利用, 可以在作物生长前期提供适量的无机氮, 有机肥分解缓慢具有长效性, 在作物生长中后期, 有机肥矿化能持续稳定地释放供应无机氮, 增加土壤氮、磷养分, 促进作物生长发育, 提高作物产量[18,27]。因此, 具有合适配比的有机肥料与无机肥料可以满足玉米的整个生长期内的需肥要求, 提高肥料的利用效率。

化肥和有机肥合理配施是提升作物品质的主要栽培措施之一[25,41-42], 本研究中, 有机肥替代40%化肥氮处理下糯玉米蛋白质含量有所增加但未达到显著水平, 有机肥替代化肥增加糯玉米可溶性糖含量, 这与周芸等[20]研究有机肥氮替代30%化肥处理提高玉米可溶性糖含量结果相似。有机肥氮替代增加了糯玉米籽粒总淀粉含量, 有机肥替代20%～60%化肥处理增加糯玉米籽粒支链淀粉含量, 其中替代40%化肥氮处理下籽粒总淀粉含量和支链淀粉含量显著增加, 这是因为有机肥与氮肥配施可增强土壤对氮磷钾的吸附力, 从而提高土壤肥力, 改善土壤养分状况, 为土壤提供丰富的有机质, 有机质可以被土壤中的微生物分解和释放, 满足作物发育的需求, 提高养分向籽粒的运输。同时, 微生物还参与分解有机肥的过程, 释放出有机酸和酶等物质, 促进玉米的养分吸收和代谢, 从而提升籽粒品质[30,40]。

可见, 在保证总氮量不增加的前提下, 有机肥替代部分化肥氮处理可以促进糯玉米对氮磷钾养分的吸收和代谢, 一方面增加糯玉米生物量和鲜果穗产量, 提高植株氮素利用效率; 一方面增加玉米籽粒中蛋白质含量、可溶性糖含量、总淀粉含量和支链淀粉含量, 提升籽粒营养品质, 实现糯玉米品质的提升, 为河北省鲜食糯玉米优质栽培提供了思路。然而, 该研究还有待进一步深入和完善, 一方面从农田土壤质量及生态环境角度进一步验证有机肥替代部分化肥氮对糯玉米农田土壤理化性质和微生物多样性的调控机制, 加强有机肥替代部分化肥氮调控糯玉米农田土壤理化性质和微生物多样性的分析; 另一方面从淀粉品质提升的角度出发在有机肥和化学氮肥在内的管理体系下, 深入研究有机肥配施氮肥条件下糯玉米籽粒胚乳发育过程中淀粉代谢关键酶活性及其同工酶基因表达量的变化, 阐明有机肥配施氮肥对糯玉米籽粒淀粉精细结构调控的生理机制。

4 结论

在总施氮量为180 kg hm–2条件下, 有机肥替代40%化肥氮可以改善糯玉米外观品质和食用口感, 提升籽粒支链淀粉含量、氮素利用率、氮素农学利用率和氮肥偏生产力, 有利于实现糯玉米鲜果穗产量和品质的协同提高。因此, 有机肥替代40%化肥氮可作为一项提质增效技术在河北省糯玉米生产中应用推广。

[1] 赵久然, 卢柏山, 史亚兴, 徐丽. 我国糯玉米育种及产业发展动态. 玉米科学, 2016, 24(4): 67–71. Zhao J R, Lu B S, Shi Y L, Xu L. Development trends of waxy maize breeding and industry in China., 2016, 24(4): 67–71 (in Chinese with English abstract).

[2] 董宗宗, 乔勇进, 刘晨霞, 张怡, 王晓, 陈冰洁. 不同采收期对鲜穗糯玉米品质影响的研究. 上海农业学报, 2020, 36(4): 19–24. Dong Z Z, Qiao Y J, Liu C X, Zhang Y, Wang X, Chen B J. Study on the influence of different harvesting times on the quality of fresh waxy maize., 2020, 36(4): 19–24 (in Chinese with English abstract).

[3] 史亚兴, 徐丽, 赵久然, 卢柏山, 樊艳丽. 中国糯玉米产业优势及在“一带一路”发展中的机遇. 作物杂志, 2019, (2): 15–19. Shi Y X, Xu L, Zhao J R, Lu B S, Fan Y L. Waxy maize industry advantages in China and opportunities in the development of the belt and road., 2019, (2): 15–19 (in Chinese with English abstract).

[4] 李余良, 索海翠. 鲜食玉米胚乳突变基因及其分子育种研究进展. 中国农学通报, 2019, 35(19): 21–27. Li Y L, Suo H C. Endosperm mutation genes and molecular breeding of fresh maize: research progress., 2019, 35(19): 21–27 (in Chinese with English abstract).

[5] 徐丽, 赵久然, 卢柏山, 史亚兴, 樊艳丽. 我国鲜食玉米种业现状及发展趋势. 中国种业, 2020, (10): 14–18. Xu L, Zhao J R, Lu B S, Shi Y X, Fan Y L. Current situation and development trend of fresh maize seed industry in China., 2020, (10): 14–18 (in Chinese with English abstract).

[6] Xiao G, Zhao Z, Liang L, Meng F, Wu W, Guo Y, Improving nitrogen and water use efficiency in a wheat-maize rotation system in the North China plain using optimized farming practices., 2019, 212: 172–180.

[7] Cui Z L, Zhang H Y, Chen X P, Zhang C C, Ma W Q, Huang C D, Zhang W F, Mi G H, Miao Y X, Li X L, Gao Q, Yang J C, Wang Z H, Ye Y L, Guo S W, Lu J W, Huang J L, Lv S H, Sun Y X, Liu Y Y, Peng X L, Ren J, Li S Q, Deng X P, Shi X J, Zhang Q, Yang Z P, Tang L, Wei C Z, Jia L L, Zhang J W, He M R, Tong Y N, Tang Q Y, Zhong X H, Liu Z H, Cao N, Kou C L, Ying H, Yin Y L, Jiao X Q, Zhang Q S, Fan M S, Jiang R F, Zhang F S, Dou Z X. Pursuing sustainable productivity with millions of smallholder farmers., 2018, 555: 363–366.

[8] Liu B, Wang X Z, Ma L, Chadwick D, Chen X P. Combined applications of organic and synthetic nitrogen fertilizers for improving crop yield and reducing reactive nitrogen losses from China’s vegetable systems: a meta-analysis., 2021, 269: 116143.

[9] Zhang J, Zhuang M H, Shan N, Zhao Q, Li H, Wang L G. Substituting organic manure for compound fertilizer increases yield and decreases NH3and N2O emissions in an intensive vegetable production systems., 2019, 670: 1187–1189.

[10] Huang R, Wang Y M, Liu J, Gao J J, Zhang Y R, Ni J P, Xie D T, Wang Z F, Gao M. Partial substitution of chemical fertilizer by organic materials changed the abundance, diversity, and activity of NIRS-type denitrifying bacterial communities in a vegetable soil., 2020, 152: 103589.

[11] Cai A D, Xu M G, Wang B R, Zhang W J, Liang G P, Hou E Q, Luo Y Q. Manure acts as a better fertilizer for increasing crop yields than synthetic fertilizer does by improving soil fertility., 2019, 189: 168–175.

[12] 卢合全, 唐薇, 罗振, 孔祥强, 李振怀, 徐士振, 辛承松. 商品有机肥替代部分化肥对连作棉田土壤养分、棉花生长发育及产量的影响. 作物学报, 2021, 47: 2511–2521. Lu H Q, Tang W, Luo Z, Kong X Q, Li Z H, Xu S Z, Xin C S. Effects of commercial organic fertilizer substituting chemical fertilizer partially on soil nutrients, plant development, and yield in cotton., 2021, 47: 2511–2521 (in Chinese with English abstract).

[13] 王艳丽, 吴鹏年, 李培富, 王西娜, 朱旭. 有机肥配施氮肥对滴灌春玉米产量及土壤肥力状况的影响. 作物学报, 2019, 45: 1230–1237. Wang Y L, Wu P N, Li P F, Wang X N, Zhu X. Effects of organic manure combined with nitrogen fertilizer on spring maize yield and soil fertility under drip irrigation., 2019, 45: 1230–1237 (in Chinese with English abstract).

[14] 何浩, 张宇彤, 危常州, 李俊华. 等养分条件下不同有机肥氮替代率对玉米生长及土壤肥力的影响. 核农学报, 2021, 35: 454–461. He H, Zhang Y T, Wei C Z, Li J H. Effects of different organic fertilizer replacement rates on maize growth and soil fertility under equal nutrient conditions., 2021, 35: 454–461 (in Chinese with English abstract).

[15] 王兴龙, 莫太相, 邱传志, 刘晓林, 陈伟, 袁继超, 张翔, 孔凡磊. 减氮配施有机肥对土壤碳库及玉米产量的影响. 生态环境学报, 2017, 26: 1342–1348. Wang X L, Mo T X, Qiu C Z, Liu X L, Chen W, Yuan J C, Zhang X, Kong F L. Effect of nitrogen reduction with organic fertilizer application on soil carbon pool management index and maize yield., 2017, 26: 1342–1348 (in Chinese with English abstract).

[16] 刘斌祥, 王兴龙, 周芳, 杜伦静, 金容, 冯冬菊, 袁继超, 孔凡磊. 减氮配施不同种类有机肥对玉米物质分配、转运与产量的影响. 生态学杂志, 2020, 39: 130–138. Liu B X, Wang X L, Zhou F, Du L J, Jin R, Feng D J, Yuan J C, Kong F L. Effects of reducing nitrogen combined with application of different types of organic fertilizers on dry matter allocation, transport, and yield of maize., 2020, 39: 130–138 (in Chinese with English abstract).

[17] 谢军, 赵亚南, 陈轩敬, 李丹萍, 徐春丽, 王珂, 张跃强, 石孝均. 有机肥氮替代化肥氮提高玉米产量和氮素吸收利用效率. 中国农业科学, 2016, 49: 3934–3943. Xie J, Zhao Y N, Chen X J, Li D P, Xu C L, Wang K, Zhang Y Q, Shi X J. Nitrogen of organic manure replacing chemical nitrogenous fertilizer improve maize yield and nitrogen uptake and utilization efficiency., 2016, 49: 3934–3943 (in Chinese with English abstract).

[18] 朱浩宇, 高明, 龙翼, 徐国鑫, 王富华, 王子芳. 化肥减量有机替代对紫色土旱坡地土壤氮磷养分及作物产量的影响. 环境科学, 2020, 41: 1921–1929. Zhu H Y, Gao M, Long Y, Xu G X, Wang F H, Wang Z F. Effects of fertilizer reduction and application of organic fertilizer on soil nitrogen and phosphorus nutrients and crop yield in a purple soil sloping field., 2020, 41: 1921–1929 (in Chinese with English abstract).

[19] 焦金龙, 李友强, 吴玲, 尚静, 高世斌, 刘海岚, 吴元奇, 林海建. 化肥减量配施有机肥对青贮玉米产量、营养品质及土壤养分的影响. 华北农学报, 2022, 37(3): 128–135. Jiao J L, Li Y Q, Wu L, Shang J, Gao S B, Liu H L, Wu Y Q, Lin H J. Effects of fertilizer reduction combined with organic fertilizer on yield, nutritional value and soil nutrient of silage maize., 2022, 37(3): 128–135 (in Chinese with English abstract).

[20] 周芸, 李永梅, 范茂攀, 王自林, 徐智, 张丹, 赵吉霞. 有机肥等氮替代化肥对红壤团聚体及玉米产量和品质的影响. 作物杂志, 2019, (4): 125–132. Zhou Y, Li Y M, Fan M P, Wang Z L, Xu Z, Zhang D, Zhao J X. Effects of nitrogen in organic manure replacing chemical nitrogenous fertilizer on aggregates of red soil, maize yield and quality., 2019, (4): 125–132 (in Chinese with English abstract).

[21] 方成, 代子雯, 李伟明, 王东升, 焦加国, 陈小云, 徐莉. 化肥减施配施不同有机肥对甜糯玉米产量和品质的影响. 生态学杂志, 2021, 40: 1347–1355. Fang C, Dai Z W, Li W M, Wang D S, Jiao J G, Chen X Y, Xu L. Effects of reduced chemical fertilizer with organic fertilizer application on the yield and grain quality of sweet-waxy maize., 2021, 40: 1347–1355 (in Chinese with English abstract).

[22] Zhai L C, Wang Z B, Zhai Y C, Zhang L H, Zheng M J, Yao H P, Lv L H, Shen H P, Zhang J T, Yao Y R, Jia X L. Partial substitution of chemical fertilizer by organic fertilizer benefits grain yield, water use efficiency, and economic return of summer maize., 2022, 217: 105287.

[23] 党翼, 张建军, 赵刚, 郭天文, 樊廷录, 王勇, 王磊. 不同用量的有机肥对陇东旱地春玉米生长特性及产量的影响. 中国土壤与肥料, 2015, (3): 62–67. Dang Y, Zhang J J, Zhao G, Guo T W, Fan T L, Wang Y, Wang L. Effect of different amount of manure on growth characteristics and yield of spring maize in calcic kastanozems soil of Eastern Gansu’s Loess Plateau., 2015, (3): 62–67 (in Chinese with English abstract).

[24] 刘斌祥, 王兴龙, 周芳, 杜伦静, 金容, 冯冬菊, 袁继超, 孔凡磊. 减氮配施不同种类有机肥对玉米物质分配、转运与产量的影响. 生态学杂志, 2020, 39: 130–138. Liu B X, Wang X L, Zhou F, Du L J, Jin R, Feng D J, Yuan J C, Kong F L. Effects of reducing nitrogen combined with application of different types of organic fertilizers on dry matter allocation, transport, and yield of maize., 2020, 39: 130–138 (in Chinese with English abstract).

[25] 黄志浩, 曹国军, 耿玉辉, 潘京洲, 邢伟明. 有机肥部分替代氮肥土壤硝态氮动态变化特征及玉米产量效应研究. 玉米科学, 2019, 27(1): 151–158. Huang Z H, Cao G J, Geng Y H, Pan J Z, Xing W M. Effects of organic manure partial substitution for chemical N fertilizer on the dynamic change of soil nitrate N and maize yield., 2019, 27(1): 151–158 (in Chinese with English abstract).

[26] 虞轶俊, 马军伟, 陆若辉, 邬奇峰, 朱伟锋, 孔海民, 王峰. 有机肥对土壤特性及农产品产量和品质影响研究进展. 中国农学通报, 2020, 36(35): 64–71. Yu Y, Ma J W, Lu R H, Wu Q F, Zhu W F, Kong H M, Wang F. Effect of organic fertilizer on soil characteristics, yield and quality of agricultural products: research progress., 2020, 36(35): 64–71 (in Chinese with English abstract).

[27] 晁赢, 付钢锋, 阎祥慧, 杭中桥, 杨全刚, 王会, 潘红, 娄燕宏,诸葛玉平. 有机肥对作物品质、土壤肥力及环境影响的研究进展. 中国农学通报, 2022, 38(29): 103–107.Chao Y, Fu G F, Yan X H, Hang Z Q, Yang Q G, Wang H, Pan H, Lou Y H, Zhuge Y P. Effects of organic fertilizer on crop quality, soil fertility and environment: research progress., 2022, 38(29): 103–107 (in Chinese with English abstract).

[28] 刘楚桐, 陈松岭, 金鑫鑫, 徐志强, 叶旭红, 邹洪涛, 张玉龙. 控释氮肥减量配施对土壤氮素调控及夏玉米产量的影响. 中国土壤与肥料, 2021, (2): 108–115. Liu C T, Chen S L, Jin X X, Xu Z Q, Ye X H, Zou H T, Zhang Y L. Effect of reducing and postponing controlled-release nitrogen application on soil nitrogen regulation and summer maize yield., 2021, (2): 108–115 (in Chinese with English abstract).

[29] 郭校伟, 潘军晓, 张济世, 徐张义, 马东立, 崔振岭. 好氧发酵猪粪部分替代化肥提高夏玉米氮素利用率和土壤肥力. 植物营养与肥料学报, 2020, 26: 1025–1034.Guo X W, Pan J X, Zhang J S, Xu Z Y, Ma D L, Cui Z L. Partial substitution of chemical fertilizer with aerobic fermented pig manure increases nitrogen use efficiency of summer maize and soil fertility., 2020, 26: 1025–1034 (in Chinese with English abstract).

[30] 高飞, 李威, 逄妍, 陶晓亮, 姜佰文. 不同氮肥处理对春玉米氮吸收分配及产量的影响. 作物杂志, 2015, (4): 97–101. Gao F, Li W, Pang Y, Tao X L, Jiang B W. Effects of different nitrogen fertilizers on nitrogen absorption, distribution and yield of spring maize., 2015, (4): 97–101 (in Chinese with English abstract).

[31] 宋桂云, 侯迷红, 孙德智, 苏雅乐, 苏慧, 马金慧, 马玉露. 氮肥施用对科尔沁地区粮饲兼用玉米氮素积累及氮效率的影响. 中国土壤与肥料, 2017, (6): 93–98. Song G Y, Hou M H, Sun D Z, Su Y L, Su H, Ma J H, Ma Y L. Effects of nitrogen fertilizer application on N accumulation and N efficiency of dual-purpose maize in Korqin., 2017, (6): 93–98 (in Chinese with English abstract).

[32] Xia Y H, Chen X B, Zheng S M, Gunina A, Ning Z, Hu Y J, Tang H M, Rui Y C, Zhang Z H, He H B, Huang D Y, Su Y R. Manure application accumulates more nitrogen in paddy soils than rice straw but less from fungal necro mass., 2021, 319: 107575.

[33] 李孝良, 胡立涛, 王泓, 张云晴, 吴长昊, 汪建飞. 化肥减量配施有机肥对皖北夏玉米养分吸收及氮素利用效率的影响. 南京农业大学学报, 2019, 42: 118–123. Li X L, Hu L T, Wang H, Zhang Y Q, Wu C H, Wang J F. Effects of combination of chemical fertilizer reduction with organic manure on nutrient uptake and nitrogen utilization efficiency of summer maize in Northern Anhui province., 2019, 42: 118–123 (in Chinese with English abstract).

[34] 高洪军, 朱平, 彭畅, 张秀芝, 李强, 张卫建. 等氮条件下长期有机无机配施对春玉米的氮素吸收利用和土壤无机氮的影响. 植物营养与肥料学报, 2015, 21: 318–325. Gao H J, Zhu P, Peng C, Zhang X Z, Li Q, Zhang W J. Effects of partially replacement of inorganic N with organic materials on nitrogen efficiency of spring maize and soil inorganic nitrogen content under the same N input., 2015, 21: 318–325 (in Chinese with English abstract).

[35] 张秀芝, 高洪军, 彭畅, 李强, 朱平. 等氮量投入下有机无机肥配施对玉米产量及氮素利用的影响. 玉米科学, 2012, 20(6): 123–127. Zhang X Z, Gao H J, Peng C, Li Q, Zhu P. Effects of combined application of organic manure and chemical fertilizer on maize yield and nitrogen utilization under equal nitrogen rates., 2012, 20(6): 123–127 (in Chinese with English abstract).

[36] 习斌, 翟丽梅, 刘申, 刘宏斌, 杨波, 任天志. 有机无机肥配施对玉米产量及土壤氮磷淋溶的影响. 植物营养与肥料学报, 2015, 21: 326–335. Xi B, Zhai L M, Liu S, Liu H B, Yang B, Ren T Z. Effects of combination of organic and inorganic fertilization on maize yield and soil nitrogen and phosphorus leaching., 2015, 21: 326–335 (in Chinese with English abstract).

[37] Geng Y H, Cao G J, Wang L H, Wang S H. Effects of equal chemical fertilizer substitutions with organic manure on yield, dry matter, and nitrogen uptake of spring maize and soil nitrogen distribution., 2019, 14: e0219512.

[38] 罗洋, 郑金玉, 郑洪兵, 李瑞平, 李伟堂, 刘武仁, 董英山. 有机无机肥料配合施用对玉米生长发育及产量的影响. 玉米科学, 2014, 22(5): 132–136. Luo Y, Zheng J Y, Zheng H B, Li R P, Li W T, Liu W R, Dong Y S. Effects of manure and fertilizer application on growth and yield of maize., 2014, 22(5): 132–136 (in Chinese with English abstract).

[39] 薛同宣, 张开心, 孔雀飞, 杨守军, 张忠兰, 王洪芹. 无抗养殖鸡粪与化肥配施对玉米生长及土壤理化性状的影响. 山东农业科学, 2020, 52(4): 106–111.Xue T X, Zhang K X, Kong Q F, Yang S J, Zhang Z L, Wang H Q. Effect of combined application of antibiotic-free chicken manure with chemical fertilizer on maize growth and soil properties., 2020, 52(4): 106–111 (in Chinese with English abstract).

[40] Zhao J, Ni T, Li J, Lu Q, Fang Z Y, Huang Q W, Zhang R F, Li R, Shen B, Shen Q R. Effects of organic-inorganic compound ferti­lizer with reduced chemical fertilizer application on crop yields, soil biological activity and bacterial community structure in a rice-wheat cropping system., 2016, 99: 1–12.

[41] 王元元, 李超, 刘思超, 杨晶, 唐利忠, 屠乃美, 易镇邪. 有机肥对水稻产量、品质及土壤特性的影响研究进展. 中国稻米, 2019, 25(1): 15–20. Wang Y Y, Li C, Liu S C, Yang J, Tang L Z, Tu N M, Yi Z X. Research advances on effects of organic fertilizer on yield, quality of rice and soil characteristics., 2019, 25(1): 15–20 (in Chinese with English abstract).

[42] 李燕青, 林治安, 温延臣, 车升国, 孙文彦, 赵秉强. 不同类型有机肥与化肥配施对小麦品质的影响. 植物营养与肥料学报, 2016, 22: 1513–1522. Li Y Q, Lin Z A, Wen Y C, Che S G, Sun W Y, Zhao B Q. Effects of combined application of chemical fertilizers with different sources of organic manure on the grain quality of winter wheat., 2016, 22: 1513–1522 (in Chinese with English abstract).

Effects of organic fertilizer substituting chemical fertilizer nitrogen on yield, quality, and nitrogen efficiency of waxy maize

LOU Fei1, ZUO Yi-Ping1, LI Meng1, DAI Xin-Meng1, WANG Jian1, HAN Jin-Ling1, WU Shu3, LI Xiang-Ling1,*, and DUAN Hui-Jun2,*

1College of Agronomy and Biotechnology, Hebei Normal University of Science and Technology / Hebei Key Laboratory of Crop Stress Biology, Qinhuangdao 066004, Hebei, China;2College of Agronomy, Hebei Agricultural University / State Key Laboratory of North China Crop Improvement and Regulation, Baoding 071001, Hebei, China;3Hebei University of Environmental Engineering / Hebei Key Laboratory of Agroecological Safety, Qinhuangdao 066102, Hebei, China

The objective of this study is to investigate the effect of organic fertilizer substitution of some chemical fertilizers on eayield, quality, and nitrogen utilization of fresh waxy maize, and to explore the optimum organic fertilizer substitution ratio for chemical fertilizer in waxy maize production, which can provide the theoretical basis for the high-quality cultivation of fresh waxy maize in Hebei Plain. The field trials were conducted in 2020 and 2021 using the waxy maize variety Sidanuo 41 as the experimental material. A randomized zonal experimental design was used to set up 6 treatments: no nitrogen application (T1), quantitative fertilizer nitrogen (T2), organic fertilizer substituting 20% chemical fertilizer nitrogen (T3), organic fertilizer substituting 40% chemical fertilizer nitrogen (T4), organic fertilizer substituting 60% chemical fertilizer nitrogen (T5), and organic fertilizer substituting 100% chemical fertilizer nitrogen (T6). The results showed that substituting of T3, T4, T5 treatments with commercial organic fertilizer increased fresh ears yield of waxy maize, increased by 3.08%, 13.61%, and 3.20%, respectively. Compared with T2 treatment, nitrogen use efficiency treatment with T3–T6 were decreased, the partial productivity and agronomic efficiency of nitrogen fertilizer of T3–T5 treatments were significantly increased. The appearance and tasting quality scores of waxy maize under the substituting of commercial organic fertilizer were higher than T2 treatment, and the total score of T4 treatment was the highest, mainly because the substituting some chemical fertilizer by organic fertilizer increased the total starch and pullulan content of grain, reduced the content of grain protein and soluble sugar, and improved grain texture characteristics, increased grain hardness, elasticity and chewiness, and decreased cohesion. In conclusion, under the condition of a total nitrogen application rate of 180 kg hm–2, the substituting 40% chemical fertilizer nitrogen (T4) with organic fertilizer can improve the yield and quality of fresh ears of waxy maize.

waxy maize; organic fertilizer; yield; nitrogen efficiency; quality

10.3724/SP.J.1006.2024.33038

本研究由河北省特色专业玉米新品种选育基金项目(21326319D-16)和河北省现代农业产业技术体系玉米产业创新团队建设项目(HBCT2023010410)资助。

This study was supported by the Special Specialty Corn New Bariety Breeding Fund Project of Hebei Province (21326319D-16) and the Construction Project of Maize Industry Innovation Team of Modern Agricultural Technology System in Hebei Province (HBCT2023010410).

李向岭, E-mail: ncqyfz2008@126.com; 段会军, E-mail: hjduan@hebau.edu.cn

E-mail: lff19980817@163.com

2023-06-09;

2023-09-13;

2023-09-27.

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