有机肥部分替代化肥对玉米产量和氮素利用率的影响

谢小聪，郑晓康，徐欣欣，李小丽，施黎云，包日在

(泰顺县农业农村局，浙江 泰顺 325500)

化肥作为粮食生产的重要保障，是粮食连续增产的重要支撑。氮肥显著提高了单株和单位面积粮食产量，对产量的影响占51.78%[1]。我国是世界最大化肥消费国，氮肥消费量占全球总量的23%，而我国农田氮肥的平均施用量是世界平均水平的2.6倍[2]。大量施用化肥引起土壤理化性状恶化，出现酸化和板结等问题，多余养分在土壤中积累并流失到环境中，不仅造成了资源浪费，还造成严重的农业面源污染。据《第二次全国污染源普查公报》，我国农业源水污染物总氮排放量为141.49万t，占全国水污染物总氮排放总量的46.52%[3]。研究[4]证明，有机肥替代化肥是实现化肥减量增效的有效措施之一，也是进一步增加产量和提高土壤肥力的重要途径。有研究[5]表明，有机肥部分替代化肥能实现华北平原小麦-玉米轮作的作物稳产、高产和培肥地力。有机肥部分替代化肥对玉米、小麦、青稞、谷子等作物均有一定的增产效果，并能改善土壤肥力[6-10]。有研究[6，11-12]发现，与单施化肥相比，高比例有机肥替代化肥降低玉米籽粒产量。本研究旨在分析浙南地区黄壤土有机肥替代化肥对玉米的产量和土壤氮素养分的影响，以提出适合的有机肥替代方案，为有机肥的合理替代提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年在浙江省温州市泰顺县雅阳镇联新村进行，试验地位于27.391 696°N，120.035 762°E，海拔515 m，年平均气温16.6 ℃，年平均降水量2 017 mm。试验地为黄壤土，耕层土壤(0～20 cm)pH值4.25，电导率为117.7 μS·cm-1，有机质含量为40.9 g·kg-1，全氮含量为1.83 g·kg-1，有效磷含量为63.9 mg·kg-1，速效钾含量为83.3 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验共设5个处理：不施肥(CK)、配施氮磷钾肥(NPK)、仅配施磷钾肥(PK)、15%有机肥氮+85%无机氮(T15)、30%有机肥氮+70%无机氮(T30)，3次重复，每个小区面积25 m2，共15个小区，随机区组排列。试验区域外围设置保护行，各小区其他管理措施一致。

试验地氮(N)、磷(P2O5)和钾(K2O)肥施用量分别为360、90和90 kg·hm-2。磷肥、钾肥和有机肥以基肥形式一次性施入，氮肥分3次施用，播种、拔节期和大喇叭口期各占40%、40%和20%。供试氮肥用市售尿素(含N 46%)，磷肥用过磷酸钙(含P2O512%)，钾肥用氯化钾(含K2O 60%)，供试商品有机肥为北京中农瑞利源高科技发展有限公司生产的聚碳生物有机肥(含有机碳24.3%，全氮9.04%)。田间管理按当地常规栽培措施进行。试验地前茬作物为玉米，玉米于4月26日播种，8月23日收获，供试玉米品种为登海605。

1.3 取样与分析

采用人工收获，只留下不到3 cm的作物茬子，籽粒和秸秆产量来源于整个小区。收获时取植株样品，经烘干、粉碎后用于植株养分分析；每小区随机采样3个土壤样点，采样深度为0～20 cm，混匀土样带回实验室自然风干后用于土壤养分分析。土壤、植株中各养分含量都按土壤农化常规分析方法测定[13]。

1.4 有关参数的计算

玉米收获指数为玉米收获时籽粒产量与地上部生物量的比值，反映了作物群体光合同化物转化为经济产品的能力。氮肥偏生产力为施氮肥后所获得的玉米籽粒产量与氮肥的投入量的比值。氮素内部利用率为玉米籽粒产量与玉米收获时地上部吸氮量的比值。氮素表观利用率为施氮玉米地上部吸氮量和不施氮玉米地上部吸氮量差值与氮肥施入量的比值。

1.5 统计分析

试验数据采用Excel进行整理，并采用SPSS 17统计软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 籽粒产量和地上部生物量

从表1看出，CK的玉米籽粒产量为3 553.33 kg·hm-2，PK处理籽粒产量4 827.00 kg·hm-2，比CK显著提高了35.84%；施氮处理的NPK、T15和T30处理籽粒产量分别为8 048.67、8 206.33和7 811.00 kg·hm-2，三者相比均无显著差异。不同处理的秸秆产量在3 515.67～9 198.33 kg·hm-2，各施肥处理小区的秸秆产量比CK提高33.91%～161.64%，差异均达显著水平；其中以NPK处理最高，T15处理的秸秆产量与NPK处理无显著差异，T30比NPK处理降低17.11%。各处理的玉米收获指数在0.467 0～0.507 0，其中以NPK处理的收获指数最低，其余处理间没有显著性差异。说明有机肥部分替代化肥能够减少一定的玉米秸秆产量，对生物量有影响，提高了收获指数，对玉米籽粒产量影响不大。

表1 不同施肥处理对玉米产量及收获指数的影响Table 1 Effects of different fertilization treatments on maize yield and harvest index

2.2 玉米氮含量及其吸氮量

从表2看出，不同施肥处理的玉米籽粒氮含量比CK提高14.19%～55.73%，差异显著，以NPK处理的籽粒氮含量最高。在3种施氮处理中，T15和T30处理的籽粒氮含量比NPK处理分别降低16.73%和17.83%，差异显著。不同施肥处理的秸秆氮含量比CK提高33.72%～70.64%，以NPK处理的秸秆氮含量最高。说明施肥处理提高了玉米籽粒和秸秆的氮含量，施氮处理提高更显著。

表2 不同施肥处理对玉米氮含量和吸氮量的影响Table 2 Effects of different fertilization treatments on nitrogen content and nitrogen uptake of maize

不同施肥处理的玉米籽粒吸氮量比CK显著提高55.02%～252.31%，以NPK处理的籽粒吸氮量最高。在施氮处理中，T15和T30处理的籽粒吸氮量比NPK处理分别低15.00%和20.30%，差异显著。不同施肥处理的秸秆吸氮量比CK显著高77.77%～344.13%，以NPK处理的秸秆吸氮量最高。在3种施氮处理中，T15和T30处理的秸秆吸氮量比NPK处理分别降低15.56%和31.75%。说明施肥处理提高了玉米籽粒和秸秆的吸氮量，施氮处理提高更显著。

2.3 氮素内部利用率和氮肥偏生产力

从表3看出，各处理玉米氮素内部利用率在41.73～70.30 kg·kg-1，不同施肥处理的氮素内部利用率比CK降低16.32%～40.64%，差异显著。在3种施氮处理中，T15和T30处理的氮素内部利用率比NPK处理分别提高23.10%和28.61%，差异显著，这说明，有机肥部分替代化肥可以提高氮素内部利用率。3种施氮处理玉米氮肥偏生产力在21.70～22.80 kg·kg-1，T15和T30处理的氮肥偏生产力与NPK处理间没有显著性差异。

表3 不同施肥处理的肥料效率Table 3 Fertilizer efficiency for different fertilization treatments

2.4 土壤全氮、有效氮、有机碳含量

从表4看出，各处理的土壤全氮含量在0.83～0.89 g·kg-1，处理间没有显著性差异。各处理的土壤硝态氮含量在4.06～6.30 mg·kg-1，施氮与不施氮处理间差异显著，在3种施氮处理中，T15和T30处理的土壤硝态氮含量与NPK处理无显著性差异。各处理的土壤铵态氮含量在1.03～1.49 mg·kg-1，施氮与不施氮处理间差异显著，T30处理的土壤铵态氮含量比NPK处理降低24.61%。这说明与化肥NPK处理相比较，有机肥部分替代化肥对土壤全氮含量有所提高，但是有效氮含量降低，其中硝态氮含量差异不显著，铵态氮含量降低较多，高比例替代的T30处理差异显著。

表4 不同施肥处理的土壤养分含量Table 4 Soil nutrient content under different fertilization treatments

从表4看出，各处理的土壤有机碳含量在11.15～12.52 g·kg-1，处理间没有显著性差异。各处理的土壤碳氮比在12.99～14.10，处理间没有显著性差异。

3 结论

目前有机肥部分替代化肥已成为氮肥减量的重要措施之一，能够提高土壤有机质含量，改善土壤养分状况[14]。有机肥、无机肥配施能够有效改善真菌群落结构，减缓土壤酸化[15]；提高土壤酶活性[10，16-17]，改变细菌生长环境，进而改变细菌群落结构组成，提高细菌群落多样性[18]，促进土壤微生态系统稳定和改善。氮是限制玉米生长和产量的首要因素，不同地区不同比例有机肥、无机肥配施对作物产量的影响也不同。

在云南的红棕壤土上进行10%～40%的有机肥替代化肥试验，与NPK处理相比较，玉米产量提高6.07%～19.53%，秸秆生物量提高2.16%～21.76%[19]；在黑龙江白浆土上进行20%和30%的有机肥替代化肥实验，玉米产量有显著的增产[20]。本试验结果显示，与NPK处理相比较，T15、T30处理籽粒产量没有显著性差异，T30处理秸秆产量降低17.11%，与前述试验结果不一致，但也能达到稳产效果。本试验结果显示，施肥处理提高了玉米籽粒和秸秆的氮含量及吸氮量，施氮处理提高更显著；与NPK处理相比较，T15和T30处理的玉米籽粒氮含量及吸氮量都显著降低，这与赵吉霞等[19]研究结果不一致。与NPK处理相比较，T15和T30处理的氮素内部利用率显著提高，氮肥偏生产力没有显著性差异。

本研究表明，有机肥氮替代15%～30%化肥氮可保持玉米产量，提高土壤肥力和氮素利用率，减少化肥施用量，降低农业面源污染，促进生态文明建设，适宜在浙南玉米生产中推广应用。