一次性减氮施有机无机复混肥对夏玉米产量、氮利用、土壤养分的影响

摘""" 要：为鲁西北潮土区玉米增产增收和轻简化栽培技术提供理论依据，采用一次性减氮施有机无机复混肥技术，对玉米籽粒产量、可持续性指数、氮效率、土壤养分含量的变化进行研究。试验设置不施肥对照（CK）、常规氮磷钾肥（NPK）、猪粪有机无机复混肥1 800 kg·hm-2（OF）3个处理。结果表明：与NPK处理相比，OF处理的氮肥用量减少88 kg·hm-2（35.2%），2017—2022连续6年的玉米平均产量为10 549.56 kg·hm-2，增产3.94%，籽粒蛋白质产量提高8.22%，可持续性指数最高（0.74），氮素吸收率、氮素利用率、氮肥偏生产力、氮肥农学效率与肥料利用率分别提高0.21%、67.63%、62.86%、71.85%、5.52%；OF处理相较NPK处理可有效降低土壤pH值，0～100 cm土层有机质（SOM）、全氮（TN）、有效磷（AP）和速效钾（AK）含量显著提高6.58%～64.82%、7.22%～8.63%、24.66%～329.26%、14.81%～76.06%；OF处理的0～20 cm土层硝态氮含量比CK、NPK处理提高44.51%和3.68%，NPK处理的20～100 cm土层硝态氮比CK、OF处理提高78.66%～149.05%、23.57%～149.61%，增大了硝酸盐淋溶风险。综上，一次性减氮施有机无机复混肥通过提高土壤养分含量，促进玉米的养分吸收利用，实现夏玉米产量增产3.94%，提高可持续产量指数，是适宜鲁西北潮土区高产农田玉米轻简化生产的有效施肥措施。

关键词：一次性施肥；有机无机复混肥；玉米产量；氮效率；土壤性质

中图分类号：S513；S143.6"""""""" 文献标识码：A""""""""" DOI 编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2024.07.003

Effects of One-time Nitrogen Reduction Application of Organic and Inorganic Compound Fertilizer on Maize Yield， Nitrogen Efficiency and Soil Properties

ZHOU Xiaolin， DU Mengyang， WANG Yuxia，" ZHAO Tongkai， LI Zishuang， LI Hongjie

（Dezhou Academy of Agricultural Sciences， Dezhou， Shandong 253015， China）

Abstract： The changes of corn grain yield， sustainability index， nitrogen efficiency and soil nutrient content were studied through long-term one-time nitrogen reduction application of organic-inorganic compound fertilizer， which provided theoretical basis for corn yield and income increase and light and simplified cultivation technology in the tidal soil area of northwest Shandong Province. In October 2010， the field trial was started in the tidal soil area of northwest Shandong Province， and the yield data of six consecutive years from 2017 to 2022 were selected for analysis. A total of 3 treatments were set up， including no fertilizer（CK）， conventional fertilizer（NPK）， fertilizes， pig manure-organic and inorganic compound fertilizer （1 800 kg·hm-2， OF）. The results showed that，compared with NPK treatment， the amount of nitrogen fertilizer under OF treatment was reduced by 35.2%（88 kg·hm-2）. The average yield of maize was 10 549.56 kg·hm-2， which increased by 3.94%， the grain protein yield was increased by 8.22%. The highest sustainability index was 0.74， nitrogen absorption rate， nitrogen use efficiency， nitrogen partial productivity， agronomic efficiency of nitrogen and fertilizer use efficiency were increased by 0.21%， 67.63%， 62.86%， 71.85% and 5.52%， respectively. Compared with NPK treatment， OF treatment could reduce soil pH value effectively. The contents of organic matter （SOM）， total nitrogen （TN）， available phosphorus （AP） and available potassium （AK） in 0-100 cm soil layers were significantly increased by 6.58%-64.82%， 7.22%-8.63%， 24.66%-329.26% and 14.81%-76.06%. The nitrate nitrogen content in 0-20 cm soil layer of OF treatment was increased by 44.51% and 3.68% compared with CK and NPK treatment， and the nitrate nitrogen content in 20-100 cm soil layer of NPK treatment was increased by 78.66%-149.05% and 23.57%-149.61% compared with CK and OF treatment， which increased the risk of nitrate leaching. In conclusion， the application of organic-inorganic compound fertilizer with one-time nitrogen reduction can improve the soil nutrient content， promote the nutrient absorption and utilization of maize， and achieve a stable yield increase of 3.94% in summer maize， which is an effective fertilization measure suitable for light and simplified production of maize in high-yield farmland in the northwest of Shandong Province.

Key words： One-time fertilization; organic-inorganic compound fertilizer; maize yield; nitrogen efficiency; soil properties

玉米作为一种不可或缺的主粮作物，在保障人类粮食安全方面发挥着至关重要的作用[1]。玉米生产中，氮肥的不合理使用会降低作物的生产力和品质，造成环境污染。氮的有效利用，对作物生产、环境可持续性和粮食安全至关重要[2]。有研究表明，单一使用无机肥会使土壤肥力恶化，单施有机肥又会导致作物产量下降。因此，人们需要新的农艺技术来提高肥料的利用率。目前，研究人员正在广泛研究的形式主要有大田投入有机物料、生物炭和作物残茬。通过这些措施可以改善土壤质量[3-6]。已有研究表明，有机肥部分替代化肥可以使土壤细菌网络更稳定、代谢系统更复杂、玉米根系生长环境更稳定，进而对作物产量产生有益影响[7]。有机无机肥配合施用可以获得更高的产量和更好的稳定性[8]。当前研究主要集中在有机肥堆肥或者商品肥与无机肥混合施用。有机无机复混肥在作物上的研究多为等量施用氮、磷、钾肥或者在作物某个生育期适量追施氮肥，对一次性有机无机复混肥减氮施肥研究相对较少。本研究中，在当地农民习惯性施肥基础上，减少35%施氮量，通过12年连续定位试验，研究一次性减氮施用有机无机复混肥对玉米产量稳定性和可持续性、氮素利用效率、硝态氮含量、土壤性质的影响，为鲁西北潮土区玉米增产增收和环境友好的施肥方式提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2010年10月在德州市哨马营村进行，试验地属于暖温带半湿润季风气候，年平均气温为12.9 ℃，年平均降水量为547.5 mm。种植制度为冬小麦与夏玉米一年两熟。试验土壤为非石灰性潮土，pH值为8.3，有机质（SOM）含量为2.03%，全氮（TN）含量为0.12%，全磷（TP）含量为0.083%，全钾（TK）含量为2.08%，有效磷P2O5（AP）为37.4 mg·kg-1，有效钾（AK）含量为282 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验设3个处理，分别为不施肥处理（CK）、常规施肥处理（NPK）、猪粪有机无机复混肥处理（OF）。4次重复，随机区组排列，小区面积为50 m2（10 m×5 m）。试验田冬小麦与夏玉米轮作，玉米品种为郑单958，玉米季施尿素基肥1.09 kg，拔节期追施尿素1.63 kg。一次性施用有机无机复合肥处理肥作为基肥。供试肥料：尿素（N∶46%）、重过磷酸钙（P2O5∶46%）、硫酸钾（K2O： 50%）、猪粪有机无机复混肥（江阴市联业生物科技有限公司，氮、磷、钾总养分≥15%，氮、磷、钾配比 ∶ 9-3-3，有机质≥20%，有益菌3亿个·g-1～5亿个·g-1）。各小区施肥量见表1。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤样品 2021—2022年，玉米收获期，每小区选取5个样点，采用打孔法取0～100 cm层土壤，每20 cm为一层，同一层混合后装入自封袋中。将土壤置于阴凉通风处，风干后研磨，过1 mm筛，测定土壤硝态氮、有效磷、速效钾和pH值。再过0.15 mm筛，测土壤有机质和全氮样品。用pH计测定土壤pH值，土壤与水的比例为2.5∶1。硝态氮用1 mol·L-1 KCl提取，振荡后过滤。再用连续流分析仪测定滤液中硝态氮的含量。有效磷用0.5 mol·L-1 NaHCO3提取，振荡后过滤，加钼锑抗混合显色剂，摇匀、定容，放置30 min，用波长660 nm和1 cm光径比色杯进行比色测定。然后，用1 mol·L-1 NH4OAc萃取有效钾，振荡提取有效钾。过滤后，用火焰光度计测定滤液中钾含量，用重铬酸钾外加热法测定有机质。总氮用浓硫酸和混合催化剂（K2SO4∶CuSO4=10∶1）脱沸，连续流分析仪测定脱沸溶液中的氮含量。

1.3.2 玉米样品 2017—2022年，玉米收获期，每小区取30穗，脱粒测产，以籽粒含水量14%折算小区产量。2021—2022年，玉米收获时，每小区取3株玉米植株，105 ℃杀青15 min，65 ℃烘干至恒质量，称质量后粉碎，测定籽粒及植株氮、磷、钾含量。全钾、总氮采用浓H2SO4-H2O2脱沸蒸馏法测定，总磷采用钼黄比色法测定，总钾采用火焰光度计测定[9]。

1.3.3 各项指标数据计算公式 肥料贡献率（FCR，%）反映了年肥料的投入能力[10]。

FCR（%）＝（Y-Yck）/Y×100"" （1）

式中，Y为施肥区域作物产量（kg·hm-2）；Yck为不施肥区作物产量（kg·hm-2）。

产量稳定性用统计变异系数（CV，%）衡量不同年份之间的产量变化，CV值越大，产量稳定性越低[11]。

CV（%）＝SD/AVE×100（2）

式中，SD为标准差（kg·hm-2）；AVE为平均产量（kg·hm-2）。

产量可持续性用可持续产量指数（SYI，%）表示，指数越高系统的可持续性越好[12]。

SYI（%）＝（AVE-SD）/Ymax×100 （3）

式中，Ymax为处理的本处理小区作物的最高产量值（kg·hm-2）。

化肥氮偏生产力（kg·kg-1）＝施氮处理作物产量／施氮量（4）

肥料氮利用率（kg·kg-1）＝（施氮处理籽粒产量－CK处理籽粒产量）/施氮量 （5）

蛋白质含量（%）=总氮含量×5.7（6）

蛋白质产量（kg·hm-2）=籽粒干物质量×蛋白质含量 （7）

氮素收获指数（%）=籽粒成熟期氮素积累量/成熟期总氮素积累量×100" （8）

氮素籽粒生产效率（kg·kg-1）=籽粒产量/成熟期氮素积累量 （9）

氮吸收效率（kg·kg-1） =成熟期氮积累量/施氮量" （10）

肥氮利用率（%）=（施氮处理植株氮素积累量-CK处理植株氮素积累量）/氮施用量×100（11）

1.4 数据处理与统计分析

本研究采用Microsoft Excel 2016和DPS 9.01软件对试验数据进行整理和显著性分析，用Origin 2021软件作图。植株养分含量数据采用2021、2022年平均值进行分析。

2 结果与分析

2.1 一次性减氮施有机无机复混肥对玉米产量的影响

由图1可知，连续6年玉米籽粒平均产量范围为5 442.95 kg·hm-2～10 549.56 kg·hm-2 。有机无机复混肥的施用显著提高了玉米产量。OF处理的籽粒产量最高，比CK、NPK处理分别提高93.82%、3.94%。OF处理显著提高了玉米干物质量、蛋白含量、蛋白质产量（表2），比CK显著提高43.92%、37.02%、181.50%，比NPK处理显著提高8.19%、2.53%、8.23%。与CK、NPK处理相比，OF处理的玉米产量变异系数最低、可持续性生产指数最高。因此，有机无机复混肥处理的增产潜力更大。

2.2 一次性减氮施有机无机复混肥对玉米养分吸收的影响

NPK和OF处理均显著提高了玉米籽粒和秸秆的养分吸收（图2）。OF处理的籽粒氮、磷、钾的吸收较CK分别提高128.27%、74.81%、82.59%，较NPK处理分别提高8.24%、5.55%、5.90%。OF处理的秸秆氮、磷、钾的吸收量较CK分别提高61.86%、1.10%、54.70%，较NPK处理分别提高10.22%、21.57%、16.57%。玉米植株氮、磷、钾总累积量排序为OFgt;NPKgt;CK，OF处理的氮、磷、钾累积量比NPK处理分别提高9.28%、13.33%、15.2% 。

2.3 一次性减氮施有机无机复混肥对玉米氮效率的影响

由表3可知，OF处理能显著提高氮收获指数，比CK、NPK处理分别提高25.78%、3.47%，OF处理的氮肥吸收率、氮素利用率、化肥氮偏生产力、氮素农学效率、肥料利用率较NPK处理分别提高0.21%、67.63%、62.86%、71.85%、5.52%。结果表明，OF处理的氮素利用率达到较高水平，减少氮肥用量有利于提高氮素利用率和氮素农艺效率，降低氮素损失。

2.4 一次性减氮施有机无机复混肥对土壤养分的影响

由图3可知，3个不同施肥处理的土壤有机质、速效钾、有效磷和全氮含量从高到低的排序均为OF＞NPK＞CK。OF处理的表层土硝态氮含量最高。随着土层深度的增加，硝态氮含量呈下降的趋势。同时，OF处理的pH也呈下降的趋势。OF处理的0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土层有机质含量比NPK处理分别提高6.58%、64.82%、58.41%、24.38%、17.18%。OF处理的0～100 cm土层全氮、有效磷、速效钾含量较NPK处理分别提高7.22%～8.63%、24.66%～329.26%、14.81%～76.06%。OF处理的0～20 cm土层硝态氮含量较CK、NPK处理分别提高44.51%、3.68%。NPK处理的20～100 cm土层硝态氮含量最高，较CK、OF处理分别提高78.66%～149.05%、23.57%～149.61%。综上所述，长期施用化肥，土层硝态氮残留量最高，有硝酸盐浸出的危险。有机无机复混肥可以有效避免这种危险，并且能够培肥土壤耕层的肥力。

3 讨论与结论

3.1 讨论

3.1.1 一次性减氮施有机无机复混肥对玉米产量的影响 前人已经证实，有机无机复混肥的养分释放能与作物吸收强度和肥料需求时期保持一致，且养分供应比单独施用无机肥更稳定和持久[13]。一方面，有机无机复混肥通过优化土壤微生物多样性，提高土壤理化性质，获得较高的产量；另一方面，有机无机复混肥通过延缓根系衰老[14]，促进根系对养分吸收的强度与时长，提高作物的品质和产量[15]。许多研究表明，施用有机无机复混肥比单一施肥更能促进玉米的生长[16]，增加玉米行粒数[17]，实现玉米增产4.7%～14.5%[18-19]，这与本研究结果一致。本研究中，在氮素减量35%的情况下，有机无机复合肥处理处理与单独无机肥处理相比，仍能提高作物产量，增产幅度为3.94%。此外，有机无机复混肥处理的玉米干物质产量、蛋白含量、蛋白质产量较NPK处理均有所提高。与此同时，有机无机复混肥处理的产量变异系数最低，可持续性生产指数最高。由此可见，施用有机无机复混肥比单一施肥更有利于玉米产量的可持续发展。

3.1.2 一次性减氮施有机无机复混肥对玉米氮效率的影响 有研究指出，作物获得高产的原因之一是有机无机复混肥能够提供良好的氮素供应[20-22]，不断提高土壤保肥供肥水平[23]， 通过增加植株氮素积累，减少氮素损失，提高氮素利用效率[24]。张磷等[25]研究表明，有机无机复混肥较常规NPK处理的氮素利用效率高61%以上。戴黎等[26]研究认为，有机无机复混肥氮、磷、钾养分减施10%～20%不会导致水稻明显减产，可以替代常规施肥，达到减肥增效的目的。本研究得到了相似的结果，有机无机复混肥的氮素利用率比单施化肥处理提高67.63%，显著提高了作物的氮肥吸收率、氮素利用率、化肥氮偏生产力、氮素农学效率与肥料利用率。有机无机复混肥处理的玉米秸秆和籽粒氮、素、钾累积量在作物收获时显著高于单施化肥处理。这充分说明合理的氮施用量可以增加植株氮、磷、钾的累积量，减少氮素的损失。

3.1.3 一次性减氮施有机无机复混肥对土壤养分的影响 长期施有机无机复混肥可以降低土壤pH值，提高土壤有效磷、速效钾、无机氮、有机质含量[27]。本研究中，OF处理的pH也是呈下降的趋势，OF处理的0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土层有机质含量较NPK处理分别提高6.58%、64.82%、58.41%、24.38、17.18%。OF处理的全氮、有效磷和速效钾含量较NPK处理分别提高7.22%～8.63%、24.66%～329.26%、14.81%～76.06%。OF处理的硝态氮含量在0～20 cm土层含量最高，在20～100 cm土层含量逐渐降低，且显著低于其他2个处理。由此可见，有机无机复混肥可以有效降低硝态氮淋溶的风险。鲁帅等[28]研究表明，有机无机复混肥提高了土壤有效磷和速效钾含量，但并不明显，这与本研究结果不一致。原因可能是有机无机复混肥的养分含量不一致，也可能是本试验有机无机复混肥的磷钾含量略高于常规氮、磷、钾处理。

3.2 结论

本研究结果表明，与常规化肥相比，一次性减氮施有机无机复混肥提高了土壤养分含量，促进了玉米的养分吸收利用，氮、磷、钾累积量分别增加9.28%、13.33%、15.2%，夏玉米产量增产3.94%，氮素利用率、氮肥偏生产力、氮素农学效率与肥料利用率分别提高67.63%、62.86%、71.85%、5.52%，无机氮用量减少35%，是适宜鲁西北潮土区高产农田玉米轻简化生产的有效施肥措施。

参考文献：

[1] LIU Q， PANG Z Q， SUN H R， et al. Unveiling the maize-benefit： Synergistic impacts of organic-inorganic fertilizer cooperation on rhizosphere microorganisms and metabolites[J]. Applied Soil Ecology， 2024， 193： 105171.

[2] LIU B Y， LIN B J， LI X X， et al. Appropriate farming practices of summer maize in the North China Plain： Reducing nitrogen use to promote sustainable agricultural development[J]. Resources， Conservation and Recycling， 2021， 175： 105889.

[3] SHARMA M， SHARMA Y K， DOTANIYA M L. Effect of press mud and FYM application with zinc sulphate on yield of hybrid rice[J]. Journal of Environmental and Agricultural Sciences， 2014， 1： 8.

[4] DAMSE D N， BHALEKA M N， PAWAR P K. Effect of integrated nutrient management on growth and yield of garlic[J]. The Bioscan， 2014， 9（4）： 1557-1560.

[5] DHALIWAL S S， RAM H， WALIA S S， et al. Long-term influence of nutrient management on carbon and nutrients in typic-ustochrept soils[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis， 2019， 50（19）： 2420-2428.

[6] KEMAL Y O， ABERA M. Contribution of integrated nutrient management practices for sustainable crop productivity， nutrient uptake and soil nutrient status in maize based cropping systems[J]. Journal of Nutrients， 2015， 2（1）： 1-10.

[7] BOLINDER M A， CROTTY F， ELSEN A， et al. The effect of crop residues， cover crops， manures and nitrogen fertilization on soil organic carbon changes in agroecosystems： A synthesis of reviews[J]. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change， 2020， 25（6）： 929-952.

[8] MACCARTHY D S， ADAMTEY N， FREDUAH B S， et al. Modeling the effect of soil fertility management options on maize yield stability under variable climate in a sub-humid zone in Ghana[J]. Frontiers in Sustainable Food Systems， 2023， 7： 1132732.

[9] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 3版. 北京： 中国农业出版社， 2000.

[10] 卞文新， 马晓晓， 孙东旭， 等. 包膜氮肥一次性减量施用对冬小麦产量和氮素利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2022， 28（10）： 1840-1851.

[11] 王德建， 林静慧， 孙瑞娟， 等. 太湖地区稻麦高产的氮肥适宜用量及其对地下水的影响[J]. 土壤学报， 2003， 40（3）： 426-432.

[12] 李忠芳， 徐明岗， 张会民， 等. 长期施肥和不同生态条件下我国作物产量可持续性特征[J]. 应用生态学报， 2010， 21（5）： 1264-1269.

[13] 王朝辉， 李生秀. 不同生育期缺水和补充灌水对冬小麦氮磷钾吸收及分配影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2002， 8（3）： 265-270.

[14] 彭耀林， 朱俊英， 唐建军， 等. 有机无机肥长期配施对水稻产量及干物质生产特性的影响[J]. 江西农业大学学报， 2004， 26（4）： 485-490.

[15] 宋日， 吴春胜， 马丽艳， 等. 有机无机肥料配合施用对玉米根系的影响[J]. 作物学报， 2002， 28（3）： 393-396.

[16] 谷洁， 高华， 李鸣雷， 等. 有机无机复混肥对冬小麦产量及其水分利用效率的影响[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版）， 2004， 32（2）： 65-68.

[17] 常淮霞， 韩金荣. “莲味宝”有机无机复合肥对玉米增产效果研究[J]. 杂粮作物， 2007， 27（4）： 307-309.

[18] 高菊生， 徐明岗， 王伯仁， 等. 长期有机无机肥配施对土壤肥力及水稻产量的影响[J]. 中国农学通报， 2005， 21（8）： 211-214， 259.

[19] 李宗新， 董树亭， 胡昌浩， 等. 有机无机肥互作对玉米产量及耕层土壤特性的影响[J]. 玉米科学， 2004， 12（3）： 100-102.

[20] 刘世平， 庄恒扬， 单玉华， 等. 轮耕对土壤供氮和小麦吸氮状况的影响[J]. 江苏农学院学报， 1998， 19（2）： 50-53.

[21] 沈其荣. 有机肥在可持续农业中的作用[M]//冯锋， 张福锁， 杨新泉. 植物营养研究： 进展与展望. 北京： 中国农业大学出版社， 2000： 158-176.

[22] 石英， 冉炜， 沈其荣， 等. 不同施氮水平下旱作水稻土壤无机氮的动态变化及其吸氮特征[J]. 南京农业大学学报， 2001， 24（2）： 61-65.

[23] 周德兴. 有机-无机复合肥料的使用与发展对策[M]//上海化工研究院， 国家磷复混肥生产技术与装备研究推广中心. 复混肥生产技术与设备. 北京： 化学工业出版社， 1999： 123-127.

[24] 徐阳春， 沈其荣. 有机肥和化肥长期配合施用对土壤及不同粒级供氮特性的影响[J]. 土壤学报， 2004， 41（1）： 87-92.

[25] 张磷， 黄小红， 谢晓丽， 等. 施肥技术对土壤肥力和肥料利用率的影响[J]. 广东农业科学， 2005（2）： 46-49.

[26] 戴黎， 胡诚， 万建华， 等. 有机无机复混肥料对水稻产量及养分吸收利用的影响[J]. 中国土壤与肥料， 2024（2）： 111-119.

[27] 高飞， 汪志鹏， 赵贺， 等. 低地力条件下有机肥部分替代化肥对作物产量和土壤性状的影响[J]. 江苏农业学报， 2020， 36（1）： 83-91.

[28] 鲁帅， 罗晓刚， 刘全伟， 等. 有机无机复混肥对小麦生长、土壤养分和重金属含量的影响[J]. 浙江农业学报， 2023， 35（4）： 922-930.