農(nóng)林論文增施有機肥可少用一半化肥并維持最高的玉米產(chǎn)量

1、增施有機肥可少用一半化肥并維持最高的玉米產(chǎn)量 abstractexcessive consumption of chemical fertilizer and pesticide leads to serious environmental pollution,while debases the quality of agricultural ecosystem. to decrease the damage of chemical fertilizer and maintain or increase the crop yield, straw-fertilizing-field after

2、 feeding animals is one important approach. leaf area index and dry matter accumulation in m2 and m3 treatments were significantly higher than that of m1 (p<0.05). when organic fertilizer reached to 75kghm-2, reduced a half of common chemical fertilizer consumption realized not only the highest d

3、ry matter accumulation, but also gained the highest grain yield (12884.4 kghm-2). however, when organic fertilizer was added to150 t hm2, the increasing of both grain yield and biomass become smaller, indicating that the75kghm-2 organic fertilizer increasing at the base of m2 was ineffective. that t

4、he treatment of m2f2 gained the highest yield might be due to modest proportion of dry matter distribution in different organs, achieving the harmonization of source, sink and flow. those factors together benefited for thetransportation of photosynthate to grain. this research could provide a useful

5、 reference for usingchemical fertilizer reasonably and lessening environmental pollution while guaranteeing the grain safety.keywords: organic fertilizer; mineral fertilizer; maize; leaf area index; dry matter accumulation; yield1. 引言高投入、高產(chǎn)出和高效率為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要特征。為保證高產(chǎn)，需要向耕地持續(xù)投入大 量化肥 。但是，濫施化肥不但不能有效增產(chǎn)反而會導(dǎo)致土壤

6、理化性狀改變，造成嚴(yán)重的 環(huán)境污染。以氮肥為例，我國是世界上最大的氮肥生產(chǎn)與消費國，早在 1998 年我國農(nóng)業(yè) 化學(xué)氮肥施用量就已突破 2.47107 t，占世界同期氮肥用量的 29.7%3。目前，我國化肥平均 施用量達 434.3 kg hm-2，是國際化肥安全施用上限(225 kg hm-2)的 1.93 倍，但利用率僅為40%左右, 其余 60%的化肥貢獻給了土壤和地下水4。農(nóng)產(chǎn)種植成本大幅上升、品質(zhì)下降及 種地效益下降等負(fù)面問題的出現(xiàn)，也給化肥農(nóng)業(yè)帶來挑戰(zhàn)。大量化肥引起生態(tài)環(huán)境惡化，已 經(jīng)成為全球生態(tài)問題，受到廣泛關(guān)注5。具有“長效肥料”之稱的有機肥, 具有養(yǎng)分齊全、平衡、穩(wěn)肥性好、后

7、效長的優(yōu)點6。長期施用有機肥可改良土壤團塊結(jié)構(gòu)；提高土壤有機質(zhì)含量；改善土壤理化性質(zhì)；增加土壤生 物多樣性；減少土壤對氮磷鉀的固定，顯著提高土壤肥力。有機肥中的碳水化合物，在分解 過程中釋放出熱量，有利于提高地溫，改良土壤耕性，延長土壤適耕期7，8。有機肥亦是我 國傳統(tǒng)的農(nóng)家肥料，50年代初，全國有機肥料占總用肥量的99%以上，近年來，由于化肥的 大量使用，有機肥占總用肥的比例下降到30%以下7，導(dǎo)致耕地越種越瘦。針對化肥和農(nóng)藥給生態(tài)環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品所帶來的諸多問題，國內(nèi)外學(xué)者提出了許多替代模 式，尋求農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的新途徑，其共同特點是保護環(huán)境，減少化肥、農(nóng)藥的施用，最大限 度地依靠有機肥來培肥土

8、壤，保持肥力，持續(xù)供給農(nóng)作物養(yǎng)分9。但是，在中國具體應(yīng)用成 功的例子依然較少，其原因是對有機肥使用效果缺乏系統(tǒng)的試驗證據(jù)。如何盡可能多地將農(nóng) 業(yè)和生活有機質(zhì)廢物投入再循環(huán)，在保障糧食安全的同時，減少化肥用量，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán) 境是本研究的切入點。本研究的科學(xué)假設(shè)是，如果秸稈中的養(yǎng)分通過動物過腹還田，糧食帶 走的養(yǎng)分不能有效還田，可通過增施化肥解決，按照糧食與秸稈比例為 1:1 計算，與現(xiàn)行的 化肥施用量相比，僅施加1半的化肥即可保證糧食產(chǎn)量不下降，甚至因改造了土壤理化和生物性質(zhì)，產(chǎn)量還可略有提高。本研究通過常規(guī)玉米在大田條件下試驗，增加有機肥減少化肥用量，并保證玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，為高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)、

9、安全糧食生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。2. 材料和方法2.1 試驗設(shè)計本試驗于 2005 年 10 月2007 年 11 月在山東省泰安市山東農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米科技園(e1179，n369) 進行，試驗地所在區(qū)域為暖溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫13，平均降水量 675.3 毫米, 年均日照時數(shù) 2527.9 小時，年日照百分率 58.3%，年內(nèi)無霜期 200 多天。采用裂區(qū)設(shè)計，有機肥用量為主區(qū)，肥料梯度依次為 0（m1）, 75（m2）, 150（m3）t hm2； 化肥處理為副區(qū)，化肥用量（單位 kg hm2）為，f1 (n 84; p2o5 28; k2o 67)、f2 (n168; p2o55

10、6; k2o 134)、f3(n336; p2o5 112; k2o 268)，共 9 個處理，栽植小區(qū)面積為 27m2，小區(qū)之間設(shè) 50cm 寬保護行，3 次重復(fù)。 供試材料為普通玉米(zea mays l.)鄭單 958，行距 67cm、株距 25cm，種植密度為 60000 株hm2，開溝穴播，每穴 2 粒，播種深度為 5cm，其它管理措 施同常規(guī)大田?？紤]到今后發(fā)展秸稈畜牧業(yè)“過腹還田”，有機肥采用半熟的牛糞。化肥中氮肥為尿素及 磷酸2銨（(nh4)2hpo4），磷肥為磷酸2銨（(nh4)2hpo4），鉀肥為硫酸鉀(k2so4)。氮肥分 兩次施用，播種前基施總量的 1/3，大口期施 2

11、/3，有機肥及磷、鉀肥播種前1次性基施。兩 年試驗結(jié)果趨勢基本1致，表現(xiàn)出很好的重復(fù)性。本文以 20062007 年度試驗數(shù)據(jù)進行分析。2.2 葉面積指數(shù)葉面積指數(shù)的測定采用葉面積指數(shù)法10，測量每片葉的葉長（l），以葉片最寬處的寬 度作為葉寬(w)，計算單株葉面積(la)、葉面積指數(shù)(lai)：單株葉面積(la)=lw0.75葉面積指數(shù)(lai)=單株葉面積單位土地面積株數(shù)/單位土地面積2.3 生物量及干物質(zhì)分配在玉米關(guān)鍵生育時期取樣，大喇叭口期分莖稈和葉片兩部分，抽雄期分莖稈、葉片、苞 葉和穗軸4部分，成熟期分莖稈、葉片、穗軸、苞葉、籽粒5部分，于干燥箱 105殺青 30min 后，80烘

12、干至恒重，測定干物質(zhì)積累量。2.4 數(shù)據(jù)分析本試驗分 9 個小區(qū) 3 次重復(fù)。數(shù)據(jù)分析采用 microsoft excel 2000 和 dps7.5 統(tǒng)計分析軟 件進行數(shù)據(jù)處理和差異性檢驗，多重比較運用 lsd 法。采用 sigmaplot10.0 繪制圖形。當(dāng) p<0.05 時，視各處理之間的差異為顯著。3. 結(jié)果3.1 葉面積指數(shù)的動態(tài)變化由表 1 可以看出，有機肥處理的玉米葉面積指數(shù)顯著高于不施有機肥處理組，其中大喇 叭口期和成熟其均以 m3（150 thm2）處理最高，分別高出平均值 7%和 8%。不施有機肥時， 抽雄期和成熟期葉面積指數(shù)均以 f2 處理略高，分別高出平均值 3

13、%和 5%，統(tǒng)計檢驗不顯 著。有機肥施用量 m2（75 thm2）水平下，f1 和 f3 處理的葉面積指數(shù)極顯著高于 f2 處理，3 個時期 f2 處理的葉面積指數(shù)分別較均值低 6%、19%和 7%。隨著生育期延長，玉米葉面積指數(shù)均呈下降趨勢，即使如此，在有機肥施用量為 75 thm-2 的條件下，正常化肥用量 f3處理的玉米葉面積指數(shù)依然表現(xiàn)最大。有機肥 m3 水平下，葉面積指數(shù)以 f1 處理最高，但 隨生育進程推進，從抽雄至成熟期的葉面積指數(shù)以 f2 處理的變化幅度最小，為 4.64.8，而f1 和 f3 的變化幅度分別為 4.95.7 和 4.65.2。3.2 干物質(zhì)積累量動態(tài)變化表 2

14、 顯示，有機肥施用量 m1 處理下的玉米單株干物質(zhì)積累量顯著低于 m1 和 m2 處理。在 m1 水平下，大喇叭口期干物質(zhì)積累量以 f3 為最高，f2 與 f3 處理無顯著差異；抽雄期 化肥處理間的干物質(zhì)積累量差異表現(xiàn)為 f1>f3>f2；成熟期化肥處理間的干物質(zhì)積累量差異表現(xiàn)為 f1>f3>f2，差異達極顯著水平。m2 水平下，大喇叭口期和抽雄期化肥處理間的差異表現(xiàn)1致，f2>f3>f1；成熟期干物質(zhì)積累量 f2 與 f3 處理之間無顯著差異，但極顯著高于 f1 處理（p<0.0001），說明在有機肥用量為 75kghm-2 時，常規(guī)化肥用量減半不會

15、降低成 熟期的干物質(zhì)積累。m3 水平下，大喇叭口期和抽雄期干物質(zhì)積累以 f3 處理最高3 ，較該條 件下均值分別高出 4%和 6%；成熟期干物質(zhì)量 f2 與 f3 無顯著差異，但顯著高于 f1 處理； 且成熟期 m3 與 m2 條件下的干物質(zhì)無顯著差異(p>0.05)，說明有機肥施用量達到 m3 水平 對干物質(zhì)積累量無顯著影響，高于 m2 有機肥水平的有機肥為無效投入。3.3 干物質(zhì)在不同器官中的分配由圖 1 可以看出，成熟期葉片干物質(zhì)分配量隨有機肥施用量的增加而增加。不施有機肥 時，f1 處理的葉片干物質(zhì)分配量高于其它兩個處理；有機肥 m2 水平下，干物質(zhì)分配量 f1與 f2 處理之間

16、無顯著差異，但顯著高于 f3 處理；有機肥 m3 水平下，f2 的干物質(zhì)分配量 顯著高于 f1、f3 處理。不同配施比較發(fā)現(xiàn)，以 m3f2 處理的葉片干物質(zhì)分配量最高，其余 依次為 m2f2、m2f1、m2f3、m3f2、m3f3>m1f1>m1f2、m1f3。圖 1 成熟期干物質(zhì)在各器官中的分配量fig.1.amount of dry matter distribution in different organs at maturity不施有機肥的 m1 處理中，玉米莖干物質(zhì)分配量顯著低于施有機肥的 m2 和 m3 處理。有機肥 m1 水平下，分配到莖中的干物質(zhì)隨化肥施用量的增加

17、而降低；有機肥 m2 水平下，莖干物質(zhì)分配量在化肥處理間的差異表現(xiàn)為 f3>f1>f2；而在有機肥施用量 m3 水平下，f1處理的莖干物質(zhì)分配量顯著低于 f2 和 f3 處理，但 f2 與 f3 處理之間無顯著差異。不同配 施處理比較，m2f3、m3f2 和 m3f3 無顯著差異，但高于其它處理；其次為 m2f1 和 m3f1 處理，m2f2 與 m1f1 處理無顯著差異，m1f2 處理較低，m1f3 最低。苞葉+穗軸的干物質(zhì)分配量在 m1、m2、m3 水平下分別為 49.9gstalk-1、51.4 gstalk-1、54.8 gstalk-1。m1 水平下，苞葉+穗軸的干物質(zhì)分

18、配量 f1>f3>f2；m2 水平下，苞葉+穗軸 的干物質(zhì)分配量隨化肥用量的增加呈遞增趨勢；m3 水平下，f3 處理獲得了最高的干物質(zhì)分 配量，f1 與 f2 處理無顯著差異。不同配施處理間比較，處理間差異表現(xiàn)為 m1f1、m2f3、 m3f3>m3f1、m3f2、m2f2>m1f3>m2f1>m1f2(p<0.001)。單株籽粒干物重以有機肥 m1 處理最低，m2 與 m3 之間無顯著差異。有機肥施用量m1 水平下，f1 與 f3 處理無顯著差異，但顯著高于 f2 處理；m2 水平下，m2f2>m2f1、 m2f3；m3 水平下，m3f2>

19、;m3f1、m3f3。不同配施處理間比較，處理間籽粒干物重差異表 現(xiàn)為 m2f2、m3f2> m2f1、m2f3、m3f1、m3f3、m1f1、 m1f3>m1f2。說明不施有機 肥時，不施化肥和正常化肥用量均利于籽粒干物重的提高，而化肥用量為正常用量1半的處 理對籽粒干物重?zé)o顯著影響；在有機肥用量 75thm-2 和 150 thm-2 條件下，化肥用量降低到 正常用量1半的處理獲得了最高的籽粒干物重；但增加有機肥用量1倍對籽粒干物重?zé)o顯著影響。3.4 不同器官干物質(zhì)分配量的相關(guān)性分析表 3 顯示，葉片干物質(zhì)分配量與莖桿的干物質(zhì)分配量呈極顯著正相關(guān)；葉片、莖干物質(zhì)分配量與單株總干

20、物質(zhì)積累量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達 0.91 和 0.92；苞葉+穗軸和籽粒 的干物質(zhì)分配量與單株總干物質(zhì)積累量呈顯著正相關(guān)；籽粒干物質(zhì)分配量與葉片的干物質(zhì)分 配量呈顯著正相關(guān)。說明在試驗條件下，鄭單 958 的籽粒產(chǎn)量主要取決于光合光能器官葉 片的干物質(zhì)分配量，植株總重則主要決定于葉片和莖桿的干物質(zhì)分配量，其次取決于籽粒和 苞葉+穗軸的干物質(zhì)分配量。3.5 不同處理玉米籽粒產(chǎn)量的差異由圖 2 可以看出，不施有機肥時，籽粒產(chǎn)量以 f2 處理最低；在 m2 和 m3 水平下，則以 f2 處理的籽粒產(chǎn)量最高，分別為 1288.4 kghm-2 和 12491.4 kghm-2。但總的看來，施有機

21、肥條件下化肥用量為常規(guī)用量的1半時產(chǎn)量最高。以上說明有機肥用量為 75 kghm-2 即可獲 得玉米高產(chǎn)，有機肥用量再增加至 150 kghm-2 對產(chǎn)量無益，增加的 75 kghm-2 有機肥為無效 投入。4. 討論 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對化肥的長期依賴，將制約農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。改良耕地質(zhì)量的重點應(yīng)當(dāng)定位在 “減化肥、增糞肥”。提高光合產(chǎn)物的循環(huán)利用可有效提高“糧食”產(chǎn)量，這不僅沒有環(huán)境 風(fēng)險，而且解決了棘手的鄉(xiāng)村環(huán)境問題和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展問題11。理論上，秸稈中含有 的物質(zhì)和能量與糧食不相上下，關(guān)鍵1環(huán)是通過牲畜轉(zhuǎn)換，即生態(tài)學(xué)上的初級生產(chǎn)和次級生產(chǎn)鏈接。如果通過1定的技術(shù)措施實現(xiàn)秸稈“過腹還田”，如加

22、工成微儲秸草12為牲畜提供飼 料，進而增加有機肥，地會越種越肥，化肥用量必然下降，對水的需求也將減少，從而大大 降低種植業(yè)成本13。有人在水稻上研究表明適當(dāng)減少氮肥用量可1定程度上提高產(chǎn)量14， 但是通過嚴(yán)格試驗檢驗上述科學(xué)假說的研究工作較少報道。本文研究發(fā)現(xiàn)，在有機肥施用量75thm-2 前提下，在目前基礎(chǔ)上減少1半化肥用量，玉米籽粒產(chǎn)量仍高于施常規(guī)化肥量的籽粒產(chǎn)量（圖 2），但當(dāng)有機肥施用量增加至 150 thm-2 時，籽粒產(chǎn)量無顯著增加，化肥利用率 大幅度降低，這說明糧食生產(chǎn)中減少化肥投放量的空間很大。據(jù)初步估計，如將全國 50%的秸稈利用起來，可增加牛糞 32.8 億38.3 億噸，

23、折合 2835 萬3310 萬噸硫酸胺。如果堅持不懈地用有機肥養(yǎng)地，減少化肥用量，則1些溫帶和濕潤 地區(qū)的鹽堿地、丘陵地帶等中低產(chǎn)田可變?yōu)楦弋a(chǎn)田或中產(chǎn)田，這樣，我國糧食生產(chǎn)的壓力就大為減小了。目前我國農(nóng)民每公頃耕地肥料投入比歐洲農(nóng)民多 208 元，但糧食生產(chǎn)能力只相當(dāng)于歐洲國家的 60%70%。由于不合理施肥，國家每年浪費性化肥投入高達 1400 億元。 事實上，中國農(nóng)民使用的化肥中，60%左右沒有利用并對環(huán)境造成危害15。有人研究發(fā)現(xiàn)16， 由于長年過量施肥，每公頃氮(n)盈余 127 kg， 損失 267kg，其中氨揮發(fā)和淋洗的氮損失分 別高達 143kg 和 102kg,，對環(huán)境安全構(gòu)成

24、了嚴(yán)重威脅。本研究表明，有機肥施用量 m1 處 理下的玉米單株干物質(zhì)積累量低于 m1 和 m2 處理；在有機肥用量為 75kghm-2 時，常規(guī)化 肥用量減半不會降低玉米成熟期的干物質(zhì)積累，大喇叭口期和抽雄期的干物質(zhì)均以 f2 處理的最高，成熟期 f2 與 f3 無顯著差異（p>0.05）；當(dāng)有機肥用量由 75 thm-2 增至 150 thm-2時，干物質(zhì)積累量并無顯著變化，說明有機肥施用超過1定量會出現(xiàn)報酬遞減現(xiàn)象。 長期施用有機肥可改良土壤理化性質(zhì)、提高土壤生物活性。施用有機肥后，耕層的土壤容重降低，總孔隙度和土壤吸附力增加17。witter18通過 30 年的大田試驗研究表明，長期 施用有機肥或有機料等提高土壤微生物量。另外，長期使用有機肥可大大提高土壤中的細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量19。本研究中 m2f2 處理之所以獲得最高產(chǎn)量可能與這