机械化有机无机肥一体施用模式对玉米干物质和氮素积累及转运的影响

刘晓明，王艳群，马 阳，付 帅，张子旋，郭华强，彭正萍

（1. 河北农业大学 资源与环境科学学院/河北省农田生态环境重点实验室，河北 保定 071001；2. 华北作物改良与调控国家重点实验室，河北 保定 071001；3. 桃城区农业农村局，河北 衡水 053000）

玉米是我国主要粮食作物之一，也是当前主要饲料来源和工业原料［1］。随现代农业的快速发展，我国大部分地区长期采用浅耕施肥及后期追肥等传统施肥方式，导致农田耕层变浅、犁底层加厚、蓄水和保肥能力下降［2-3］，不利于作物生长和养分吸收利用［4］。

有机肥可增加土壤有机质，加快腐殖酸对土壤养分的活化、改良和培肥地力［5-6］，但有机肥在培肥地力方面主要协调作物生长环境、改善土壤理化和生物学性状，对作物供给养分弱于化肥［7］。有机无机肥合理配施可提高土壤养分供应强度，实现作物增产［8］。合理施肥可调控作物生物量和干物质积累［9］。不同施肥方式、土壤环境、气候等条件下作物干物质积累规律与养分吸收均有差异。在黄淮海小麦—玉米轮作区，夏玉米的种植中很少施用或者根本不施用有机肥，大部分地区为化学肥料一次性施入，后期不再追肥。研究表明，有机无机肥配合施用可提高水分利用率［10-11］，降低土壤容重，促进根系生长，提高地上部生物量，促进作物增产［5,12］。但关于机械化有机无机肥一体化配施对玉米生长发育、干物质转运、产量形成的影响研究尚少。

因此，本研究在田间原位2 年定位试验条件下，研究新型有机无机肥一体化配施技术对夏玉米产量、地上部干物质转运和氮养分吸收的影响，这种新技术在距离玉米植株30 cm 左右施用有机肥，施肥深度0 ～15 cm，同时在距离玉米植株5 ～8 cm 处施用无机肥，施肥深度0 ～30 cm，且分6 层施入土壤，实现了玉米季有机无机肥同时一次性施入，又实现了化肥的深松施入，为玉米轻简增产的环境友好型农业生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2019—2020 年在河北省邢台市宁晋县贾家口镇白木村（北纬37°36′47ʺ，东经115°6′58ʺ）进行，地属温带大陆性气候，年均气温12.82 ℃，年均降水量499 mm。土壤为潮褐土，黏壤质。播种前0 ～20 cm 土壤理化性状：pH 值8.4、有机质15.02 g/kg、全氮1.17 g/kg，有效磷13.62 mg/kg、速效钾185.1 mg/kg。供试玉米为‘郑单958’，行距60 cm，株距23 cm。供试肥料为控释尿素（N 44%）、磷酸二铵（N 15%、P2O542%）、氯化钾（K2O 60%）、复合肥（28-4-6）、生物有机肥（N-P2O5-K2O≥5%、有机质≥55%、有效活菌数≥2 亿/g）。

1.2 试验设计

共设置4 个处理：农民习惯施肥（T1）、100%推荐无机肥（T2）、撒施生物有机肥+70%推荐无机肥（T3）、有机无机肥同机异位机械施用生物有机肥+70%推荐无机肥（T4）。前3 个处理所有肥料撒施地表后进行0 ～15 cm 旋耕，采用传统玉米精量播种机进行播种，施肥深度0 ～15 cm；第4 个处理采用新型有机无机肥同机异位施肥精播机，在距离植株30 cm 左右施用生物有机肥，施肥深度0 ～15 cm，同时在距离玉米植株5 ～8 cm 处施用无机肥，施肥深度0 ～30 cm，且分6 层施入，同时将种子播入土壤。农民习惯施肥处理的氮、磷、钾用量通过实地调查确定，推荐无机肥纯N、P2O5、K2O 分别为225、90、135 kg/hm2，生物有机肥1 500 kg/hm2，各试验处理及纯养分用量见表1。各处理为大区试验，每个大区542 m2，采样时每个大区采3 个重复。各处理肥料全部一次性施入土壤，后期不再追肥。除施肥外的其他管理措施均按照当地习惯进行。

表1 各试验处理及施肥情况Table 1 Fertilization of different treatments

1.3 测定指标及方法

1.3.1 植株生长性状 在玉米生长的拔节、大喇叭口、抽雄吐丝、灌浆期（花后15 d），每处理选择3组重复，各重复选择代表性植株6 株，采用SPAD-502 叶绿素仪测定穗位叶的SPAD 值（拔节期测定最新完全展开叶，大喇叭口－灌浆期测定穗位叶）。

1.3.2 地上部干物质累积与转运 玉米抽雄吐丝和成熟期，每处理选择3 组重复，各重复选择代表性植株2 株，抽雄吐丝期分为茎秆、叶片、穗轴，成熟期分为茎杆、叶片、穗轴、籽粒，在烘箱中于105 ℃杀青30 min，75 ℃烘至恒重，称其干重，粉碎后采用 H2SO4-H2O2消煮，全自动化学分析仪测定全氮，干物质转运计算方法参考文献［13］。

1.3.3 产量及其构成因素 成熟期，每处理采3 次重复，每个重复采集连续15 个果穗，数出穗粒数。风干脱粒后，测定籽粒产量和百粒重，用谷物水分测定仪测定其中含水量，折算含水量为14%的籽粒产量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 进行数据的处理和相关图表绘制，使用SPSS 22.0 软件（Duncan）进行显著性检验，显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 机械化有机无机肥一体施用模式对玉米叶片叶绿素SPAD 的影响

2 年结果表明（表2），拔节、大喇叭口期各处理间叶绿素SPAD 表现为差异不显著；抽雄吐丝和灌浆期T3、T4 分别较T1 显著提高2.12%～10.04%和5.24%～5.43%。各处理从拔节—灌浆期玉米叶绿素SPAD 增长率为T3＞T4＞T1＞T2。说明在整个生育期内，施用生物有机肥处理的叶片叶绿素优于农民习惯施无机肥。

表2 不同处理对玉米叶片叶绿素SPAD 的影响Table 2 Effects of different treatments on chlorophyll SPAD of leaves in maize

2.2 机械化有机无机肥一体施用模式对玉米干物质积累与转运的影响

2.2.1 机械化有机无机肥一体施用模式对玉米干物质积累的影响 2 年结果表明，抽雄吐丝期和成熟期各处理间干物质差异显著，施用生物有机肥显著增加玉米茎秆、叶片以及整株干物质积累（表3）。T3 的叶片和植株干物质较T1、T2 分别提高9.52% ～16.95% 和5.22% ～8.41%，T3 茎秆干物质比T1 提高9.78%；T4 的叶片、茎秆、植株干物质分别较T1、T2 提高12.83% ～20.48%、6.30%～14.08%和8.99%～12.29%；施用生物有机肥处理的T3 和T4 玉米茎秆、叶片和整株干物质均无明显差异。

表3 不同处理对玉米生育时期干物质积累量的影响Table 3 Effects of different treatments on maize dry matter accumulation at different stages

成熟期，T4 的叶片、籽粒和植株干物质较T1、T2、T3 分别显著提高10.98%～22.35%、8.89%～21.56% 和5.81% ～8.41%；T3 比T2 的叶片干重显著增加12.82%，二者籽粒重无显著差异，且均较T1 提高10%以上；玉米茎秆与穗轴干重各处理间趋势一致，T2、T3、T4 间无明显差异，且均显著高于T1；T3 的整株干物质较T1、T2 显著提高11.27%、2.91%。表明有机无机肥配施和分层深松施肥均有利于玉米干物质的积累。

2.2.2 机械化有机无机肥一体施用模式对夏玉米干物质转运的影响 2 年结果（表4）表明，从花前叶片干物质转运量看，化肥配施生物有机肥明显增加干物质转运效率和对籽粒的贡献率，各处理间叶片干物质转运量T3＞T4＞T2＞T1，变幅为0.25 ～0.47 t/hm2，干物质转运率T3＞T2＞T4＞T1，变幅为7.39% ～12.91%，籽粒贡献率T3＞T2＞T4＞T1，变幅为1.95%～3.32%。各处理间花前茎秆的干物质转运量、转运率和对籽粒的贡献率均为T4 最优，其中干物质转运量、转运效率和对籽粒贡献率分别增加54.96% ～88.00%、48.54% ～68.58% 和43.06%～62.78%。

表4 不同处理对玉米营养器官干物质转运的影响Table 4 Effects of different treatments on dry matter transport in vegetative organs of maize

花后各处理间干物质积累量有明显差异，T4 干物质积累量较T1、T2、T3 显著提高7.70%～22.68%，T2、T3 干物质积累量无明显差异，但较T1 显著提高12.76%和13.91%。花后干物质积累量对籽粒贡献率T1＞T2＞T3＞T4，变幅为93.83%～95.42%。花后干物质积累比例在52.36%～54.59%，T2、T3、T4 花后干物质积累占比明显高于T1。表明有机无机肥配施和分层深松施肥不仅提高花前茎秆的干物质转运，还能促进花后干物质的积累。

2.3 机械化有机无机肥一体施用模式对玉米氮素积累与转运的影响

2.3.1 机械化有机无机肥一体施用模式对玉米氮素积累的影响 有机无机肥配施可提高玉米各器官和植株氮素积累量，T4 处理明显提高成熟期籽粒氮积累量（表5）。抽雄吐丝期，T4 的叶片氮素积累量高于其他处理7.61% ～29.54%；T3 比T2 提高20.37%。各处理间茎秆与植株氮积累量表现趋势一致，T4 比T1 ～T3 的茎秆和植株氮积累量分别提升11.33% ～26.88%、9.55% ～21.46%；T3 比T1、T2 的茎秆和植株氮积累量分别提高3.08%～13.97%和10.21%～10.87%。

表5 不同处理对玉米生育时期氮素积累的影响Table 5 Effects of different treatments on maize nitrogen accumulation at different stages

成熟期，各处理间叶片氮素积累量没有明显差异。茎秆与籽粒的氮素积累量表现一致，T4 显著高于其他处理，T2、T3 均显著高于T1，T4 茎秆氮素积累量较其他处理增加5.83%～23.10%；T2、T3 较T1 茎秆和籽粒的氮素积累量分别提升13.48% ～16.32%和13.93% ～19.30%。成熟期植株氮积累量T4＞T3＞T2＞T1，T4 植株氮积累量较其他处理提升11.51%～29.67%。表明有机无机肥配施并结合深松可提高作物后期养分供应和籽粒中氮素积累，肥料深施有助于作物氮素吸收利用。

2.3.2 机械化有机无机肥一体施用模式对玉米氮素转运的影响

由表6 可知，玉米营养器官氮素的转运主要在茎秆，T4 高于其他处理，两茬玉米花后氮素积累量均以T4 最高。两年结果表明，不同施肥模式下玉米茎秆氮素转运量T4＞T3＞T2＞T1，T4 比其他处理提升15.70%～29.80%。T4 花后氮素积累量显著高于其他处理13.60%～39.34%，花后氮素吸收比例较T1 增加3.4 个百分点；T2、T3 花后氮素积累量差异不明显但均显著高于T1 处理21.02%和22.65%，花后氮素吸收比例分别增加4.59、2.50 个百分点。

表6 不同处理对玉米营养器官氮素转运的影响Table 6 Effects of different treatments on nitrogen transfer in vegetative organs of maize

2.4 机械化有机无机肥一体施用模式对夏玉米产量及其构成因素的影响

连续两年结果（表7）显示，玉米平均产量以T4 最高且显著高于其它处理8.68%～24.06%；T2与T3 间平均产量差异不显著。T4 的平均穗粒数较T1 显著提高14.49%。表明有机无机肥合理配施可提高玉米穗粒数，进而提高产量；等量施肥条件下，生物有机肥条施和分层深松施肥的处理T4 有利于玉米增产。

表7 不同施肥处理对玉米产量性状的影响Table 7Effects of different fertilization treatments on maize yield characters

3 讨论与结论

合理肥料用量及施肥模式有效促进玉米花前干物质积累以及花后干物质从营养器官向籽粒的转运，提升籽粒生物量比例，获得较高籽粒产量［14-15］。有机无机肥配施提高肥料利用率，满足作物整个生育期所需养分，有利于增加作物地上部生物量［16-17］。刘斌祥等［18］指出，化肥减量配施有机肥较常规施肥显著提高玉米干物质积累量；赵亚南等［19］认为，减施化肥促进花前干物质向籽粒转移，利于作物增产。本试验表明，化肥减量30%配施生物有机肥（T3和T4）处理可提高玉米干物质积累量，促进营养器官干物质向籽粒转移；等量施肥条件下，生物有机肥条施和分层深松施化肥（T4）促进玉米茎秆中的干物质向籽粒转移，提高玉米成熟期叶片和籽粒干物质积累。化肥减量30%分层深施配合有机肥（T4）可提高花后干物质积累量，花后干物质吸收比例为53.36%～54.59%，且不同施肥处理花后干物质对籽粒贡献率均在90%以上，说明成熟期籽粒中大部分的干物质主要来源于花后形成的干物质，这与高占等［20］的研究结果一致。

玉米籽粒中的养分来源于根系吸收和花前营养器官养分再转运及花后吸收，施用有机肥有利于营养器官养分向籽粒转移，提高籽粒中养分吸收比例，增加成熟期养分吸收总量，实现作物增产［21］。本研究表明，化肥减量30%分层深施配合生物有机肥（T4）较推荐施肥（T2）和农民习惯施肥（T1）显著提高玉米成熟期籽粒和植株养分含量，促进花前营养体中的养分向籽粒转移量，各处理氮素花后吸收比例在45.92%～50.51%，花后氮素吸收与干物质积累比例基本相似。化肥减量30%配施生物有机肥提高玉米成熟期氮素积累量，生物有机肥条施和分层深松施肥（T4）效果更为显著，且较其他处理提高11.51%～29.67%。李孝良等［22］报道，化肥减量配施有机肥改善玉米后期营养状况，抽雄吐丝—成熟期地上部植株氮、磷、钾养分吸收比例较常规施肥分别提高3.2%、11.8%、9.1%。

叶绿素是反应植株进行光合作用的重要指标，而光合作用是产量形成的基础。有机无机肥合理配施可促进植物吸收养分，提高玉米的净光合速率和叶绿素含量［23］，王嘉男等［24］认为有机肥能够延缓叶片衰老，延长光合作用时间，有效促进干物质积累量向籽粒转移，提高作物产量。本研究在作物生长前期，推荐施肥（T2）处理叶绿素含量高于施生物有机肥（T3 和T4）处理，而在玉米整个生育期，施用生物有机肥处理叶绿素增长较快，到灌浆期高于推荐施肥（T2）和农民习惯施肥处理（T1），这是由于生物有机肥速效养分含量低，肥效释放较缓慢，替代部分化肥后降低玉米生育前期叶绿素含量，但同时由于生物有机肥长效、全面、均衡的特点也满足了玉米生育后期所需养分。化肥减量30%分层深施配合生物有机肥（T4）处理平均产量较其他处理显著提高8.68%～24.06%（表7），这与合理施肥方式能够提高肥料利用率，促进养分吸收，保持土壤肥力有关［25］，课题组以前研究也证明，在等量施肥条件下，肥料深施改善土壤深层理化性状，促进玉米吸收深层土壤养分，增加产量［4］。

综上，有机无机肥同机异位机械施用生物有机肥+70%推荐无机肥（T4）促进玉米生长发育，利于根系吸收土壤养分，促进养分向籽粒转移，提高玉米花后干物质积累，增加玉米产量，是黄淮海平原区夏玉米生产中值得推荐的一种新型施肥模式。