農(nóng)林學(xué)類論文-增施有機肥可少用一半化肥并維持最高的玉米產(chǎn)量.doc

農(nóng)林學(xué)類論文-增施有機肥可少用一半化肥并維持最高的玉米產(chǎn)量AbstractExcessiveconsumptionofchemicalfertilizerandpesticideleadstoseriousenvironmentalpollution,whiledebasesthequalityofagriculturalecosystem.Todecreasethedamageofchemicalfertilizerandmaintainorincreasethecropyield,straw-fertilizing-fieldafterfeedinganimalsisoneimportantapproach.LeafareaindexanddrymatteraccumulationinM2andM3treatmentsweresignificantlyhigherthanthatofM1(P0.05).Whenorganicfertilizerreachedto75kghm-2,reducedahalfofcommonchemicalfertilizerconsumptionrealizednotonlythehighestdrymatteraccumulation,butalsogainedthehighestgrainyield(12884.4kghm-2).However,whenorganicfertilizerwasaddedto150thm2,theincreasingofbothgrainyieldandbiomassbecomesmaller,indicatingthatthe75kghm-2organicfertilizerincreasingatthebaseofM2wasineffective.ThatthetreatmentofM2F2gainedthehighestyieldmightbeduetomodestproportionofdrymatterdistributionindifferentorgans,achievingtheharmonizationofsource,sinkandflow.Thosefactorstogetherbenefitedforthetransportationofphotosynthatetograin.Thisresearchcouldprovideausefulreferenceforusingchemicalfertilizerreasonablyandlesseningenvironmentalpollutionwhileguaranteeingthegrainsafety.Keywords:organicfertilizer；mineralfertilizer；maize；leafareaindex；drymatteraccumulation；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1。但是，濫施化肥不但不能有效增產(chǎn)反而會導(dǎo)致土壤理化性狀改變，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2，早在1998年我國農(nóng)業(yè)化學(xué)氮肥施用量就已突破2.47107t，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(dá)434.3kghm-2，是國際化肥安全施用上限(225kghm-2)的1.93倍，但利用率僅為40%左右,其余60%的化肥貢獻(xiàn)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、后效長的優(yōu)點6。長期施用有機肥可改良土壤團(tuán)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(hù)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，僅施加一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)、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(jìn)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）thm2；化肥處理為副區(qū)，化肥用量（單位kghm2）為，F(xiàn)1(N84；P2O528；K2O67)、F2(N168；P2O556；K2O134)、F3(N336；P2O5112；K2O268)，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(hù)行，3次重復(fù)。供試材料為普通玉米(ZeamaysL.)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。考慮到今后發(fā)展秸稈畜牧業(yè)“過腹還田”，有機肥采用半熟的牛糞?；手械蕿槟蛩丶傲姿岫@（(NH4)2HPO4），磷肥為磷酸二銨（(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2/3，有機肥及磷、鉀肥播種前一次性基施。兩年試驗結(jié)果趨勢基本一致，表現(xiàn)出很好的重復(fù)性。本文以20062007年度試驗數(shù)據(jù)進(jìn)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、苞葉和穗軸四部分，成熟期分莖稈、葉片、穗軸、苞葉、籽粒五部分，于干燥箱105殺青30min后，80烘干至恒重，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MicrosoftExcel2000和DPS7.5統(tǒng)計分析軟件進(jìn)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)PF3F2；成熟期化肥處理間的干物質(zhì)積累量差異表現(xiàn)為F1F3F2，差異達(dá)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)一致，F(xiàn)2F3F1；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（P0.05)，說明有機肥施用量達(dá)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，F(xiàn)1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處理之間無顯著差異，但顯著高于F3處理；有機肥M3水平下，F(xiàn)2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、M3F3M1F1M1F2、M1F3。圖1成熟期干物質(zhì)在各器官中的分配量Fig.1.Amountofdrymatterdistributionindifferentorgansatmaturity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F3F1F2；而在有機肥施用量M3水平下，F(xiàn)1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、51.4gstalk-1、54.8gstalk-1。M1水平下，苞葉+穗軸的干物質(zhì)分配量F1F3F2；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，F(xiàn)3處理獲得了最高的干物質(zhì)分配量，F(xiàn)1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、M3F3M3F1、M3F2、M2F2M1F3M2F1M1F2(PM2F1、M2F3；M3水平下，M3F2M3F1、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、M3F2M2F1、M2F3、M3F1、M3F3、M1F1、M1F3M1F2。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一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150thm-2條件下，化肥用量降低到正常用量一半的處理獲得了最高的籽粒干物重；但增加有機肥用量一倍對籽粒干物重?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)分配量與單株總干物質(zhì)積累量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)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