楊清夏, 李歡, 龍光強(qiáng), 2, 趙平, 2,*, 吳開(kāi)賢, 何澍然

基于有機(jī)肥和菌肥的玉米減肥增效研究

楊清夏1, 2, 3, 李歡1, 龍光強(qiáng)1, 2, 趙平1, 2,*, 吳開(kāi)賢4, 何澍然1

1. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 云南昆明 650201 2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部云南耕地保育科學(xué)觀(guān)測(cè)實(shí)驗(yàn)站, 云南昆明 650201 3. 宜賓市屏山縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，四川宜賓 645350 4. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院, 云南昆明 650201

有機(jī)肥和菌肥配施可改善土壤供肥能力, 有望在玉米化肥減量和增效中發(fā)揮重要作用。通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn), 在常規(guī)施肥和氮磷鉀同時(shí)減量20%的基礎(chǔ)上, 分別配施有機(jī)肥和菌肥, 測(cè)定玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收分配與利用, 結(jié)合土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài), 評(píng)價(jià)有機(jī)肥和菌肥在玉米減肥增效中的作用。結(jié)果表明, 與常規(guī)施肥相比, 化肥減量20%配施有機(jī)肥和菌肥的玉米產(chǎn)量可達(dá)到常規(guī)化肥水平, 且分別比化肥減量20%處理增產(chǎn)19.8%和26.6%, 玉米收獲指數(shù)提高32.7%和32.8%; 相比減量化肥, 配施有機(jī)肥和菌肥均提高了玉米凈收益和偏生產(chǎn)力, 并不同程度地增加玉米籽粒中氮、磷、鉀的分配比例, 且均達(dá)到了常規(guī)化肥處理的水平。在玉米三個(gè)生長(zhǎng)期, 減量化肥配施有機(jī)肥和菌肥可較減量化肥不同程度提高土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和速效鉀含量, 增幅分別為21. 2%—26. 8%、1. 4%—20. 4%、7. 9%—25. 3% ?？傮w上, 化肥減量配施有機(jī)肥和菌肥可提高土壤速效養(yǎng)分供應(yīng), 增加玉米籽粒氮磷鉀分配比例, 提高玉米收獲指數(shù), 實(shí)現(xiàn)氮磷鉀肥同時(shí)減量但不減產(chǎn)的目標(biāo), 可在云南等地作物的減肥增效中發(fā)揮重要作用。

玉米; 產(chǎn)量; 有機(jī)肥; 菌肥; 化肥減量; 養(yǎng)分吸收

0 前言

化肥在我國(guó)糧食安全方面有著重要的作用, 對(duì)我國(guó)糧食單產(chǎn)增長(zhǎng)貢獻(xiàn)率高達(dá)55%—57%, 對(duì)總產(chǎn)增長(zhǎng)貢獻(xiàn)率約為30%—31%[1]。但近年來(lái), 我國(guó)化肥的施用量在逐漸增長(zhǎng), 2014年達(dá)到了5995. 9萬(wàn)噸, 其中云南省達(dá)224. 99萬(wàn)噸, 占全國(guó)化肥總施用量的3. 75%[2]。長(zhǎng)期大量施用化肥, 導(dǎo)致土壤板結(jié)、鹽堿化、土壤肥力下降的同時(shí)降低了肥料利用率, 也對(duì)環(huán)境造成了很大的威脅[3-4]。因此, 2015年國(guó)家提出了化肥零增長(zhǎng)戰(zhàn)略, 實(shí)現(xiàn)減肥增效已經(jīng)成為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此, 迫切需要一種既有利于作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn), 又可以減少化肥施用量、增加農(nóng)民收益的施肥措施。

有機(jī)肥施用可降低土壤緊實(shí)度、改善土壤結(jié)構(gòu)[5]、增加土壤有機(jī)質(zhì)和提高土壤養(yǎng)分含量[6]。我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料多以速效肥為主, 肥效快但肥料損失嚴(yán)重, 有機(jī)無(wú)機(jī)配施可協(xié)調(diào)養(yǎng)分供應(yīng)與作物吸收的同步性, 促進(jìn)養(yǎng)分高效利用, 是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的有效途徑[7]。有研究發(fā)現(xiàn), 有機(jī)無(wú)機(jī)配施較單施化肥可減少玉米氮肥用量30%—50%, 并能有效維持產(chǎn)量[8]。菌肥又稱(chēng)為微生物肥料, 因其成本低、增產(chǎn)作用明顯等特點(diǎn)成為部分替代化肥的重要選擇[9]; 菌肥可以保持各種營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化、促進(jìn)作物生長(zhǎng)、減少土傳病害和環(huán)境污染[10]; 其含有的多種菌類(lèi)還可以加快土壤微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解, 從而提高作物產(chǎn)量[11], 菌肥與化肥配合施用時(shí)作物的產(chǎn)量增幅可達(dá)10%—26%,同時(shí)減少15%的氮磷鉀復(fù)合肥[12]?？梢?jiàn)有機(jī)肥和菌肥都有很大的減肥增效潛力, 目前在玉米、小麥等作物上有較廣泛的研究和應(yīng)用, 并取得很好的效果。

玉米是我國(guó)三大糧食作物之一, 占糧食作物播種面積和總產(chǎn)量的31. 5%和34. 9%[13]玉米在云南的種植面積約為151. 7萬(wàn)hm2, 占全省糧食作物種植面積的21%[14]。提高和維持玉米產(chǎn)量對(duì)促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和保障糧食安全至關(guān)重要。玉米在整個(gè)生育期內(nèi)需肥量大, 養(yǎng)分吸收時(shí)期長(zhǎng), 科學(xué)的施肥對(duì)玉米有很大的減肥增效潛力, 研究發(fā)現(xiàn), 合理施用肥料在玉米增產(chǎn)的眾多因素中起28%—30%的作用[15]。本文通過(guò)研究化肥減量分別配施有機(jī)肥和生物菌肥對(duì)玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分利用、土壤肥力、經(jīng)濟(jì)效益的影響, 為探索玉米的減肥增效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年5月—9月于昆明市尋甸縣仁德鎮(zhèn)云南農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)教育實(shí)踐基地進(jìn)行。試驗(yàn)地處北緯23°32′、東經(jīng)103°13′, 海拔1953.5 m, 亞熱帶季風(fēng)氣候, 年降水量1040 mm, 集中分布在7—9月; 年平均氣溫14.7 ℃, 無(wú)霜期301天。土壤理化性狀pH 7.9、有機(jī)質(zhì)12. 5 mg·kg-1、速效磷5.5 mg·kg-1、速效鉀162.6 mg·kg-1、硝態(tài)氮1.6 mg·kg-1、銨態(tài)氮0. 79 mg·kg-1、全氮1. 3 g·kg-1、全磷0. 17 g·kg-1、全鉀14. 2 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料

有機(jī)肥(N+P2O5+K2O≥5%, 有機(jī)質(zhì)≥45%)為天津國(guó)豐民裕農(nóng)業(yè)科技有限公司公司生產(chǎn)。有機(jī)肥用量為1000 kg·hm-2, 種植(2018年5月5日)前一天撒施表面, 混入5 cm 表土層。

菌肥為匈牙利生產(chǎn)的土壤改良菌肥, 含單胞菌、弗雷德里克斯堡假單胞菌、草地阿格雷氏菌、類(lèi)芽孢桿菌、乙酰微小桿菌、固氮螺菌和巴西固氮螺菌等, 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為細(xì)菌(0. 8%), 基質(zhì)(0.7%), 水(98. 5%)。菌肥用量為15 L·hm-2, 菌液稀釋200倍, 玉米種植前一天下午8點(diǎn)噴灑土表, 然后迅速翻動(dòng)表層土壤, 澆水, 夜間下小雨充分淋溶至根層。

氮肥選用尿素(含N 46%), 分三次施入, 其中基肥40%, 小喇叭口期追肥25%, 大喇叭口期追肥35%。磷鉀肥分別選用過(guò)磷酸鈣(含P2O516%)和硫酸鉀(含K2O 52%), 全部做基肥穴施。氮、磷、鉀肥的施用量全部按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣進(jìn)行施用, 肥料養(yǎng)分用量分別為N 250 kg·hm-2, P2O575 kg·hm-2, K2O 75 kg·hm-2。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采取完全隨機(jī)設(shè)計(jì), 共設(shè)置6個(gè)處理, 每個(gè)處理三次重復(fù)。試驗(yàn)小區(qū)面積3.5 m×5 m＝17.5 m2, 小區(qū)周邊設(shè)1 m保護(hù)行, 種植玉米。玉米種植株距為0.25 m, 行距為0.5 m, 種植密度為80000株·hm-2。試驗(yàn)的6個(gè)處理分別是常規(guī)化肥對(duì)照(NC)、常規(guī)化肥+菌肥(NB)、常規(guī)化肥+有機(jī)肥(NT)、減量化肥(氮、磷、鉀肥施用量均相對(duì)于NC減少20%, RC)、減量化肥+菌肥(RB)、減量化肥+有機(jī)肥(RT)。各處理養(yǎng)分施用量見(jiàn)表1。

1.4 樣品采集與分析

1.4.1 土壤樣品采集和指標(biāo)測(cè)定

在玉米種植前, 采集0—20 cm 土壤, 測(cè)定土壤的基本理化性質(zhì)。有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法－外加熱法測(cè)定, 土壤速效磷用0. 5 mol·L-1NaHCO3浸提－鉬藍(lán)比色法測(cè)定, 速效鉀用NH4OAc 浸提-火焰光度法測(cè)定, 土壤 pH 用酸度計(jì)電位法測(cè)定, 全氮用全自動(dòng)蒸餾儀測(cè)定, 全磷用鉬藍(lán)比色法測(cè)定, 全鉀用火焰光度法測(cè)定[16]。分別在玉米第一次追肥前、第2次追肥前、玉米收獲期時(shí), 在各小區(qū)采集土壤混合樣品, 測(cè)定土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀含量。土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮用1 mol·L-1氯化鉀浸提后用流動(dòng)分析儀測(cè)定。

1.4.2 植株樣品采集和指標(biāo)測(cè)定

在玉米成熟期采集各小區(qū)中間2行玉米, 測(cè)定產(chǎn)量; 每小區(qū)選擇有代表性的玉米5株按根、莖、籽粒分開(kāi), 稱(chēng)鮮重, 然后于105 ℃下殺青30 min, 65 ℃烘干至恒重, 稱(chēng)重測(cè)定生物量后粉碎過(guò)篩, 用濃H2SO4-H2O2消煮后分別用自動(dòng)蒸餾定氮法、釩鉬黃比色法、火焰光度法測(cè)定植株各部位的全氮、全磷、全鉀含量。

1.5 有關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法

收獲指數(shù)(%)=產(chǎn)量/生物產(chǎn)量

養(yǎng)分積累量(kg·hm-2) =干重(kg·hm-2)×養(yǎng)分含量(%)/100

肥料偏生產(chǎn)力(kg·kg-1) =小區(qū)籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)/肥料施用量(kg·hm-2)

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010 軟件處理數(shù)據(jù)和作圖, 運(yùn)用SPSS對(duì)在0. 05水平進(jìn)行處理間產(chǎn)量、生物量和養(yǎng)分吸收量的顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理下的玉米產(chǎn)量和生物量

在常規(guī)化肥(NC)基礎(chǔ)上, 配施有機(jī)肥(NT)玉米產(chǎn)量提高了14.8%(表2); 配施菌肥(NB)玉米產(chǎn)量并未提高; 當(dāng)化肥用量減少20%(RC)時(shí), 玉米產(chǎn)量下降16.2%, 在此基礎(chǔ)配施有機(jī)肥(RT)和菌肥(RB), 玉米產(chǎn)量提高19.8%和26.6%, 且與常規(guī)化肥處理(NC)間沒(méi)有產(chǎn)量差異(＞0. 05)?；蕼p量20%配施有機(jī)肥和菌肥玉米生物量并未提高, 而玉米收獲指數(shù)有顯著提高, 其中, NT和NB比NC處理提高了49.2%和35.6%, RT和RB比RC處理提高了37.5%和37.6%、比 NC處理提高了32.7%和32.8%。

表1 不同處理的化肥養(yǎng)分投入量

表2 減量化肥配施有機(jī)肥和菌肥的玉米產(chǎn)量和生物量

注: 同列不同字母表示差異5%顯著水平, 下表同。

2.2 不同施肥處理下玉米養(yǎng)分積累量及其分配

與NC處理相比, 各施肥處理均未提高玉米總氮、磷、鉀積累量(表3)。氮在籽粒中的積累量最大, 占總氮積累量65. 5%—80. 9%; 磷在籽粒中的積累量最大, 占總磷積累量的58. 4%—77. 4%; 鉀在秸稈中的積累量最大, 占總鉀積累量的66. 3%—78. 6%。

常規(guī)化肥配施有機(jī)肥促進(jìn)了養(yǎng)分向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn), 較NC處理籽粒氮、磷、鉀百分比分別提高了16.1%、17.5%、31.3%; 常規(guī)化肥配施菌肥較NC處理無(wú)顯著差異。化肥減量20%配施有機(jī)肥和菌肥較常規(guī)施肥均有增加籽粒氮、磷、鉀百分比的趨勢(shì), 尤其是鉀配比, RT和RB比RC處理提高了39. 6%和55. 5%, RB比NC處理提高了19.6%。由此可見(jiàn), 化肥減量20%配施有機(jī)肥和菌肥促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)器官中的養(yǎng)分向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn), 增加了籽粒中的養(yǎng)分配比, 進(jìn)而提高了玉米產(chǎn)量。

表3 養(yǎng)分積累總量及其在玉米各部位的分配

2.3 不同施肥處理下的肥料偏生產(chǎn)力

相較于NC處理, 常規(guī)化肥配施有機(jī)肥提高了玉米氮、磷、鉀肥偏生產(chǎn)力, 配施菌肥無(wú)顯著差異(表4)。相較于RC處理, 化肥減量20%配施有機(jī)肥和菌肥的氮肥偏生產(chǎn)力分別提高了36.7%和26.6%、磷鉀肥偏生產(chǎn)力都提高了19.8%和26.7%; 相較于NC處理, 氮肥偏生產(chǎn)力分別提高了25.4%和32.6%、磷鉀肥偏生產(chǎn)力提高了25.5%和32.7%。

表4 減量化肥配施有機(jī)肥和菌肥的肥料偏生產(chǎn)力

2.4 不同施肥處理下的土壤養(yǎng)分

土壤硝態(tài)氮含量在玉米小喇叭口期和大喇叭口期較高, 在收獲期, 硝態(tài)氮含量大幅下降, 各施肥處理間含量接近(圖1)。在玉米三個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期, RT、RB處理的硝態(tài)氮達(dá)到了常規(guī)施肥NC處理的水平, 并且有增加土壤硝態(tài)氮的趨勢(shì); NT和NB較NC處理硝態(tài)氮分別增加了36.3%—78.4%和28.0%—40.1%。銨態(tài)氮在玉米三個(gè)生長(zhǎng)期呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì), RT處理與NC處理間都沒(méi)有顯著差異, 達(dá)到了常規(guī)施肥時(shí)的銨態(tài)氮水平。在小喇叭口期, 在常規(guī)化肥和減量20%化肥基礎(chǔ)上, 配施有機(jī)肥和菌肥均有增加土壤硝態(tài)氮含量的趨勢(shì), RT與RB分別比RC顯著提高了49. 5%和10. 3%; 大喇叭口期也有相近趨勢(shì)。

土壤速效磷鉀在玉米生育期整體上都保持較穩(wěn)定的水平, 在成熟期略有下降。玉米三個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期, 在常規(guī)化肥和減量20%化肥基礎(chǔ)上, 配施有機(jī)肥都有增加土壤速效磷含量的趨勢(shì), 配施有機(jī)肥的效果整體要比菌肥好。在玉米小喇叭口期, NT比NC處理提高了32. 4%, 且NT顯著高于NB處理; 化肥減量20%時(shí), RT比RC和NC處理提高了25.0%和21.6%, 且RT顯著高于RB處理; 大喇叭口期和成熟期也有相近規(guī)律。土壤速效鉀在玉米三個(gè)生長(zhǎng)期的含量也比較穩(wěn)定, 相較于NC處理, 配施有機(jī)肥處理(NT、RT)都提高了三個(gè)生長(zhǎng)期的速效鉀, NT和RT處理較NC處理分別提高了26.0%—47.0%和17.7%—22.2%。

圖1 減量化肥配施有機(jī)肥和菌肥的土壤養(yǎng)分

Figure 1 Soil nutrients of reducing application of chemical fertilizer combined with organic fertilizer and bacterial fertilizer

2.5 經(jīng)濟(jì)效益分析

不同施肥處理的玉米產(chǎn)值為14492.3—19851.3元·hm-2, 相較于NC處理, 常規(guī)化肥配施有機(jī)肥和菌肥增加了2557.6元·hm-2和1461.1元·hm-2; 化肥減量配施有機(jī)肥和菌肥增加了370.1元·hm-2和1.59.9元·hm-2(表5)。不同施肥處理的施肥成本為1457.3元·hm-2—2921.7元·hm-2, NT、NB處理較NC處理凈收益增加了1707.6元·hm-2和1336.1元·hm-2, 化肥減量時(shí), RT較NC處理凈收益下降, RB較NC處理凈收益增加了1299.3元·hm-2。

3 討論

本研究表明, 化肥減量20%較常規(guī)施肥處理玉米產(chǎn)量下降20. 7%, 在此基礎(chǔ)配施有機(jī)肥和菌肥后玉米產(chǎn)量提高了15. 3%和24. 1%, 達(dá)到了當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥的產(chǎn)量水平, 且玉米產(chǎn)值都有所增加; 化肥減量配施有機(jī)肥的凈經(jīng)濟(jì)效益降低了115.5元·hm-2, 但在本研究中, 減少了20%的化肥施用量, 將有機(jī)肥5%的總養(yǎng)分算入其中, 仍然有7.5%的減肥潛力, 且同時(shí)減少了氮、磷、鉀肥, 很大程度地降低了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn), 響應(yīng)了我國(guó)綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的號(hào)召, 具有一定可行性; 化肥減量配施菌肥時(shí)施肥投入降低了239.4元·hm-2, 凈經(jīng)濟(jì)效益增加了1299.3元·hm-2, 綜合環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益, 化肥減量20%配施菌肥是比較理想的施肥方式, 為玉米生產(chǎn)中的減氮增效研究提供了理論依據(jù)。

玉米對(duì)氮肥比較敏感, 有研究表明, 玉米最合適的氮肥施用量在180 kg·hm-2左右時(shí)產(chǎn)量和氮肥利用率最高[17]。據(jù)報(bào)道, 玉米、小麥、水稻三大糧食作物的氮肥施用量超過(guò)240 kg·hm-2后, 氮肥利用率會(huì)大幅度下降[18]。據(jù)此, 本研究中當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥(施氮量250 kg·hm-2)的氮素投入已能滿(mǎn)足作物需求, 并存在一定減氮空間。然而, 在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上增施有機(jī)肥和菌肥, 仍有增產(chǎn)的空間, 這可能是由于常規(guī)施肥處理中限制玉米產(chǎn)量提升的因素為較低的土壤肥力, 如土壤板結(jié)、養(yǎng)分失衡等, 而有機(jī)肥含有的微生物可以有效促進(jìn)土壤中的養(yǎng)分循環(huán)[19], 保證土壤中養(yǎng)分活化和供應(yīng); 同時(shí), 有機(jī)肥含有的有機(jī)質(zhì)能改善土壤結(jié)構(gòu), 增加土壤陽(yáng)離子交換量, 提高土壤的保肥性[20-22]。本研究中常規(guī)化肥配施有機(jī)肥的產(chǎn)值和凈收益較常規(guī)施肥均增加了, 產(chǎn)量顯著提高, 進(jìn)一步驗(yàn)證了有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施有利于作物高產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn), 這與習(xí)斌等[23]的研究一致。

化肥減量配施有機(jī)肥和菌肥可以實(shí)現(xiàn)減肥不減產(chǎn), 從作物養(yǎng)分利用方面來(lái)看, 是由于配施有機(jī)肥和菌肥提高了養(yǎng)分向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)。本研究中, 配施生物菌肥和有機(jī)肥一定程度上均可提高氮、磷、鉀在玉米籽粒中的配比。肥料偏生產(chǎn)力也是反映養(yǎng)分施用量、土壤的基礎(chǔ)肥力水平的重要指標(biāo), 更是評(píng)估“減肥增效”技術(shù)效果的一個(gè)重要指標(biāo)[24]。如何減少肥料的施用又可以維持作物產(chǎn)量和偏生產(chǎn)力是研究熱點(diǎn)[25-26]。本研究結(jié)果顯示, 化肥減量20%配施有機(jī)肥和菌肥與常規(guī)施肥相比, 氮肥偏生產(chǎn)力提高了25.4%和32.6%、磷鉀肥偏生產(chǎn)力提高了25.5%和32.7%, 這也是維持玉米產(chǎn)量的一個(gè)原因。

表5 不同施肥處理下的凈經(jīng)濟(jì)效益分析

注: 2018尿素2元·kg-1, 過(guò)磷酸鈣0.56元·kg-1, 硫酸鉀元3.4·kg-1, 有機(jī)肥1.1元·kg-1, 菌肥元25·kg-1; 2018年玉米市場(chǎng)價(jià)為2.3元·kg-1。

化肥減量配施有機(jī)肥和菌肥可以保持土壤養(yǎng)分的持續(xù)供應(yīng), 這也是實(shí)現(xiàn)減肥不減產(chǎn)的原因之一。土壤的速效養(yǎng)分是衡量土壤肥力的重要標(biāo)準(zhǔn), 對(duì)于提高作物產(chǎn)量是至關(guān)重要的[27]。有機(jī)肥營(yíng)養(yǎng)成分豐富, 能夠增加土壤有機(jī)質(zhì), 有效改善土壤肥力, 加之其養(yǎng)分釋放速率相對(duì)緩慢, 與成分單一且肥效不持久的化肥配合施用, 能有效協(xié)調(diào)養(yǎng)分的供應(yīng), 及時(shí)滿(mǎn)足作物生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求, 從而增加作物的產(chǎn)量[28-32]; 而菌肥也可以有效培育土壤, 含有的多種菌類(lèi)可以增加土壤中微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解, 促進(jìn)作物對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)元素的吸收, 從而提高作物的產(chǎn)量[33-34], 這與本研究的結(jié)果一致。本研究中, 化肥減量20%與常規(guī)化肥處理相比, 在玉米整個(gè)生育期中速效磷速效鉀差異很小, 但土壤中的氮素供應(yīng)在小喇叭口期均有所下降, 考慮到玉米氮素吸收以硝態(tài)氮為主[35], 可以推導(dǎo)出, 化肥減量20%的處理導(dǎo)致減產(chǎn)的原因之一可能是小喇叭口期硝態(tài)氮的供應(yīng)不足。而菌肥, 特別是有機(jī)肥施用后, 可提高小喇叭口期的硝態(tài)含量, 這可能是有機(jī)肥和菌肥能在化肥減量條件下維持玉米產(chǎn)量的重要原因。這也暗示, 維持玉米產(chǎn)量, 保障生育前期的養(yǎng)分供應(yīng)也十分關(guān)鍵。前人研究表明, 從拔節(jié)期到大喇叭口期, 玉米對(duì)養(yǎng)分的吸收利用對(duì)產(chǎn)量的形成是很重要[36], 所以將追肥時(shí)期適當(dāng)前移, 是否能夠提高玉米對(duì)養(yǎng)分的吸收利用效率, 從而達(dá)到減肥不減產(chǎn)的效果,這也值得研究。大喇叭口期的養(yǎng)分供應(yīng)對(duì)玉米的生長(zhǎng)尤為關(guān)鍵。。本研究中, 在玉米大喇叭口期, 化肥減量20%配施有機(jī)肥和菌肥的土壤速效磷、鉀含量和常規(guī)施肥相比并未下降, 這也可能是保證玉米不減產(chǎn)的關(guān)鍵原因之一。

基于本文的研究結(jié)果, 在化肥減量的基礎(chǔ)上同時(shí)配施有機(jī)肥和菌肥, 在保持作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí), 是否會(huì)有更大的減肥潛力和經(jīng)濟(jì)效益, 值得進(jìn)一步探討和研究。

4 結(jié)論

本研究表明, 相較常規(guī)施肥, 化肥配施有機(jī)肥和菌肥不同程度地提高土壤速效養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度, 及時(shí)為玉米提供了所需的養(yǎng)分; 同時(shí)不同強(qiáng)度地促進(jìn)了氮、磷、鉀向玉米籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn), 其中以配施有機(jī)肥效果更佳, 分別將氮、磷、鉀配比提高了16. 1%、29. 2%、31. 3%?；蕼p量配施有機(jī)肥和菌肥玉米產(chǎn)量分別提高了19.8%和26.6%, 達(dá)到常規(guī)施肥的產(chǎn)量水平, 且玉米的收獲指數(shù)和肥料偏生產(chǎn)力都有顯著提高。本研究表明, 化肥減量20%時(shí), 配施有機(jī)肥和菌肥對(duì)維持玉米產(chǎn)量的各項(xiàng)指標(biāo)都有較好的效果, 可以達(dá)到減肥不減產(chǎn); 綜合環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益, 化肥減量20%配施菌肥是比較理想的施肥方式, 較常規(guī)施肥處理施肥投入降低了239.4元·hm-2, 凈經(jīng)濟(jì)效益增加了1299.3元·hm-2, 對(duì)玉米生產(chǎn)中的減氮增效研究有重要意義。

[1] 劉芬, 同延安, 王小英, 等. 渭北旱塬春玉米施肥效果及肥料利用效率研究[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2014, 20(1): 48–55.

[2] 王金林, 武廣云, 劉友林, 等. 云南省化肥施用現(xiàn)狀及減量增效的途徑研究[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2018, 34(3): 26– 36.

[3] 朱兆良, 金繼運(yùn). 保障我國(guó)糧食安全的肥料問(wèn)題[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2013, 19(2): 259–273.

[4] 楊尚東, 李榮坦, 譚宏偉, 等. 長(zhǎng)期單施化肥和有機(jī)無(wú)機(jī)配合條件下紅壤蔗區(qū)土壤生物學(xué)性狀及細(xì)菌多樣性差異[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2016, 22(4): 1024–1030.

[5] 衛(wèi)婷, 韓麗娜, 韓清芳, 等. 有機(jī)培肥對(duì)旱地土壤養(yǎng)分有效性和酶活性的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(3): 611–620.

[6] 邱吟霜, 王西娜, 李培富, 等. 不同種類(lèi)有機(jī)肥及用量對(duì)當(dāng)季旱地土壤肥力和玉米產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)土壤與肥料, 2019(6): 182–189.

[7] 榮勤雷, 梁國(guó)慶, 周衛(wèi), 等. 不同有機(jī)肥對(duì)黃泥田土壤培肥效果及土壤酶活性的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2014, 20(5): 1168–1177.

[8] 楊旸, 崔超, 馬廣全, 等. 有機(jī)肥氮替代化肥氮對(duì)河套灌區(qū)春玉米生長(zhǎng)發(fā)育、氮素效率及產(chǎn)量的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2020, 49(2): 9–16.

[9] 段淇斌, 趙冬青, 姚拓, 等. 施用生物菌肥對(duì)飼用玉米生長(zhǎng)和土壤微生物數(shù)量的影響[J]. 草原與草坪, 2019, 35(2): 54–58.

[10] 張永輝, 魯紹明, 趙瓊玲, 等. 生物菌肥在可持續(xù)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)園藝文摘, 2014, 30(8): 18–21．

[11] 焦永剛, 郭敬華, 董靈迪, 等. 生物菌肥對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境改良效果[J]. 北方園藝, 2017(13): 135–139.

[12] 許麗, 孫青, 宗睿, 等. 生物菌肥等量替代氮磷鉀復(fù)合肥對(duì)冬小麥和夏玉米產(chǎn)量及土壤肥力的影響[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 51(4): 85–88.

[13] 呂杰, 席曉玲, 劉洪彬, 等. 遼寧省玉米布局變化及其區(qū)域比較優(yōu)勢(shì)研究[J]. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 47(3): 379–384.

[14] 鄒志剛, 張浩, 曾昭霞, 等. 云南斷陷盆地喀斯特4種典型種植模式的能值分析[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2018, 29(8): 2641–2650.

[15] 武文明, 王世濟(jì), 陳洪儉, 等. 氮肥后移促進(jìn)受漬夏玉米根系形態(tài)恢復(fù)和提高花后光合性能[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 25(7): 1008–1015.

[16] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

[17] 易鎮(zhèn)邪, 吳小京, 張小平, 等. 施氮量對(duì)春玉米產(chǎn)量形成與氮肥利用率的影響[J]. 作物研究, 2010, 24 (1): 22–24.

[18] 于飛, 施衛(wèi)明. 近10年中國(guó)大陸主要糧食作物氮肥利用率分析[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2015, 52(6): 1311–1324.

[19] SHI Renyong, LIU Zhaodong, LI Yu, et al. Mechanisms for increasing soil resistance to acidification by long-term manure application[J]. Soil & Tillage Research, 2019, 185: 77–84.

[20] FAN Mingsheng, SHEN Jianbo, YUAN Lixing, et al. Improving crop pro-ductivity and resource use efficiency to ensure food security and environmental quality in China[J]. Journal of Experimental Botany, 2012, 63(1): 13–24.

[21] DIACONO M, MONTEMURRO F. Long-term effects of organic -amendments on soil fertility: A review[J]. Agronomy for Sustainable Development, 2010, 30(2): 401–422.

[22] 王興龍, 莫太相, 邱傳志, 等. 減氮配施有機(jī)肥對(duì)土壤碳庫(kù)及玉米產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2017, 26(8): 1342–1348.

[23] 習(xí)斌, 翟麗梅, 劉申, 等. 有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)玉米產(chǎn)量及土壤氮磷淋溶的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2015, 21(2): 326–335.

[24] 米國(guó)華, 伍大利, 陳延玲, 等. 東北玉米化肥減施增效技術(shù)途徑探討[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 51(14): 2758–2770.

[25] 宋以玲, 于建, 陳士更, 等. 化肥減量配施生物有機(jī)肥對(duì)油菜生長(zhǎng)及土壤微生物和酶活性影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2018, 32(1): 352–360.

[26] 胡娟, 吳景貴, 孫繼梅, 等. 氮肥減量與緩控肥配施對(duì)土壤供氮特征及玉米產(chǎn)量的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2015, 29(4): 116–120.

[27] 徐娜, 黨廷輝, 劉文兆. 黃土高塬溝壑區(qū)農(nóng)田土壤養(yǎng)分與作物產(chǎn)量變化的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2016, 22(5): 1240–1248.

[28] Xin Xiuli, Qin Shengwu, Zhang Jiabao, et al. Yield, phosphorus use efficiency and balance response to substituting long- term chemical fertilizer use with organic manure in a wheat- maize system [J]. Field Crops Research, 2017, 208: 27–33.

[29] Liu Enke, Yan Changrong, Mei Xurong, et al. Long-term effect of chemical fertilizer, straw and manure on soil chemical and biological properties in northwest China[J]. Geo-derma, 2010, 158(3): 173–180.

[30] LIU Changan, LI Fengrui, ZHOU Limin, et al. Effect of organic manure and fertilizer on soil water and crop yields in newly- built terraces with loess soils in a semi- arid environment [J]. Agricultural Water Management, 2013, 117: 123–132.

[31] GUO Liyue, WU Guanglei, LI Yong, et al. Effects of cattle manure compost combined with chemical fertilizer on topsoil organic matter, bulk density and earthworm activity in a wheat–maize rotation system in Eastern China[J]. Soil & Tillage Research, 2016, 156: 140–147.

[32] LIU Ping, ZHAO Haijun, LI Yan, et al. Corn yields with organic and inorganic amendments underchanging climate[J]. Nurient Cycling in Agroecosystems, 2018, 111(2/3): 1–13.

[33] 栗麗, 洪堅(jiān)平, 謝英荷, 等. 生物菌肥對(duì)采煤塌陷復(fù)墾土壤生物活性及盆栽油菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2010, 18(5): 939–944.

[34] 閻世江, 李照全, 張治家. 生物菌肥的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J]. 北方園藝, 2017(5): 189–192.

[35] 魏天嬌, 周金泉, 張明超, 等. 銨硝營(yíng)養(yǎng)對(duì)高粱根系細(xì)胞膜質(zhì)子泵的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2015, 21(5): 1178–1183.

[36] 王宜倫, 李潮海, 何萍, 等. 超高產(chǎn)夏玉米養(yǎng)分限制因子及養(yǎng)分吸收積累規(guī)律研究[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2010, 16(3): 559–566.

Study on reducing fertilizer and increasing use efficiency of maize based on organic fertilizer and bacterial fertilizer

YANG Qing xia1,2,3, LI Huang1, LONG Guangqiang1, 2, ZHAO Pin1, 2,*, WU Kaixian4, HE Shuran1

1. College of Resources and Environment Science, Yunnan Agricultural University, Kunming, Yunnan 650201, China 2. Yunnan Scientific Observation Station for Cultivated Land Conservation of the Ministry of Agriculture, Kunming, Yunnan 650201, China 3. Agricultural Rural Bureau of Pingshan County, Yibin, Yunnan 645350, China 4. College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agricultural University, Kunming, Yunnan 650201, China

Combined application of organic fertilizer and bacterial manurecan amelioratethe nutrient supply capacity of soil, which is expected to contribute toreducing dosageof chemical fertilizer and increasing use efficiency of nutrient for maize cultivation. Organic fertilizer and bacterial fertilizer were combined to applied with conventional amount and 20% reduction of chemical fertilizer (nitrogen, phosphorus and potassium) through the field plot experiment. Crop yield, absorption, utilization and distribution of nutrients were determined; meanwhile soil nutrient dynamicswere analyzed to evaluate the application effect of organic fertilizer and bacterial manureon reducing chemical fertilizer application and increasing nutrient use efficiency. The results showed that the crop yield of 20% reduction of chemical fertilizer combined with organic fertilizer and bacterial manureobtained the same yield level of conventional fertilization. Compared with 20% reduction of chemical fertilizer, combined application of organic fertilizer and bacterial fertilizer with reduced chemical fertilizer increased yield by 19.8% and 26.6% respectively and harvest index by 32.7% and 32.8% respectively. Compared with reduced chemical fertilizer, combined application of organic fertilizer and bacterial manureincreased the net income and partial productivity, and enhancedthe distribution proportion of NPKin grains to various degrees, and had the same effectin treatment of conventional fertilization. In three growing phasesof maize, the application of reduced chemical fertilizer combined with organic fertilizer and bacterial fertilizer significantly increased the contents of nitrate nitrogen, ammonium nitrogen and available potassium in soil by 21. 2%-26. 8%,1.4%-20.4% and 7.9%-25.3% respectively. On the whole, reducing application amount of chemical fertilizer combined with organic fertilizer and bacterial manurecould improve the supply intensity of soil available nutrient, increase the distribution ratio of NPK in grains, and improve the harvest index, thus achieving the goal of non-reduction of yield while reducing application amounts of NPK fertilizer.Organic fertilizer and bacterial manurewould play an important role in reducing application amount of chemical fertilizers and increasing nutrient use efficiency of crops in Yunnan and other regions.

maize; yield; organic fertilizer; bacterial manure; chemical fertilizer reduction; nutrient absorption

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.04.023

S513

A

1008-8873(2022)04-196-08

2020-07-26;

2020-09-14

云南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018BB015); 云南省農(nóng)業(yè)聯(lián)合專(zhuān)項(xiàng)(2017FG001-027); 云南省中青年后備人才項(xiàng)目(2017HB027)

楊清夏(1995—), 女, 云南昆明人, 碩士研究生, 從事作物施肥研究, E-mail:2107094914@qq.com

通信作者:趙平, 女, 博士, 副教授, 主要從事植物營(yíng)養(yǎng)研究, E-mail: 2586439210@qq.com

楊清夏, 李歡, 龍光強(qiáng),等. 基于有機(jī)肥和菌肥的玉米減肥增效研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2022, 41(4): 196–203.

YANG Qing xia, LI Huang, ZHAO Pin, et al. Study on reducing fertilizer and increasing use efficiency of maize based on organic fertilizer and bacterial fertilizer[J]. Ecological Science, 2022,41(4): 196–203.