甜玉米（Zea mays L．var Ｒ ugosa）为玉米属的一个品种，是一种粮、菜、果兼用的食品，因胚乳中糖转化为淀粉的基因隐性突变而导致糖分的积累，籽粒具有甜、粘、嫩和浓郁香味的特点，深受人们的喜爱。2012 年全球甜玉米种植面积1.126× 10⁶ hm²， 鲜果穗产量9.764×10⁶ t， 平均产量每公顷8.7 t ^[1]。美国、墨西哥、尼日利亚、印度尼西亚、匈牙利、南非和秘鲁是甜玉米的主要生产国^[2]，我国甜玉米产地主要分布在广东、广西、 江西、福建等南方省区^[3-4]，大城市郊区因经济效益好也有较多种植。

目前关于甜玉米的研究主要集中在品种选育和栽培技术方面^[5-10]，关于施肥技术和土壤养分调控对甜玉米产量和品质的研究也有报道，但主要集中在化肥用量和品种搭配方面^[11-18]，涉及有机肥无机肥配施及土壤养分转化和微生物活性的报道较少，主要是关于甜玉米产量和品质^[19-24]，而关注土壤养分供应动态，特别是氮（N）素，与土壤微生物量、植株N吸收、籽粒品质和茎叶的饲料品质的报道尚少。

甜玉米生育期短，对养分需求强度大，品质也深受土壤养分供应的影响。这种情况下，有机肥与化肥配施能否满足甜玉米高强度的养分需求？土壤养分供应状况是否影响甜玉米的产量与品质？甜玉米茎叶能否符合青储饲料的品质要求？ 都关系到有机肥替代化肥工作的顺利展开。为此，本研究旨在揭示常规生产条件下有机肥替代化肥对土壤养分供应和甜玉米产量与品质的影响，分析甜玉米生物量作为青储饲料的可行性，重点讨论有机肥替代对甜玉米N吸收的影响，以期为指导甜玉米生产中高效实施有机肥替代提供实验依据。

1 　材料与方法

1.1 试验基本情况

试验地点设在北京市顺义区李遂镇葛代子村（40.106°N，116.749°E）。试验地气候条件、土壤基本性质和供试肥料情况见相关研究^[25]，简要概述为：试验地处暖温带半湿润大陆性季风气候区， 年均降水量625 mm且集中在7 ～ 8 月份；试验地土壤为冲积潮土，连续多年种植冬小麦和青储玉米，0 ～ 35 cm为轻壤土；0 ～ 20 cm表层土壤有机质含量18.4 g/kg，全氮含量1.06 g/kg，试验前无机氮（NH₄ ⁺-N和NO₃ ^--N）16.84 mg/kg，有效磷28.66 mg/kg，速效钾76.85 mg/kg；供试有机肥是以新鲜牛粪为原料经好氧堆肥而制成的商品有机肥，其基本性质为：有机质含量62%，全氮2.32%，全磷（P₂O₅）含量1.05%，全钾（K₂O）含量2.07%，含水量27%。供试化肥为NPK三元复合肥，N、P₂O₅ 和K₂O含量均为15%。

1.2 田间试验

供试甜玉米品种为美珍204，于2017 年6 月22 日播种，播种量为45 kg/hm²，采取机械化精量播种，株距20 cm，行距60 cm，种植密度为82500 株/hm²。田间管理按当地常规农事操作进行，生长期间无灌溉和植保措施。2017 年9 月6 日收获， 生育期76 d。

试验按等N量（210 kg/hm²）计算有机肥和化肥用量，施N量主要依据前人在相同地域（北京市顺义区）青贮玉米生产体系中的N肥推荐用量180 kg/hm^2[26]并结合供试土壤有机质含量确定。 P、K没有推荐量，只有当地常规施肥量。6 月21 日将各小区所用肥料充分混合均匀，人工均匀撒在地表，随后利用机械旋耕到10 cm土层，保证肥料均匀分布。试验共设4 个处理，即：①100%化肥（代号N10：N、P₂O₅ 和K₂O施用量均为210 kg/hm²）； ②70%化肥N + 30%有机肥N（ 代号N7：N、P₂O₅ 和K₂O施用量分别为210、175.51 和203.21 kg/hm²）；③40%化肥N + 60%有机肥N（代号N4：N、P₂O₅ 和K₂O施用量分别为210、141.03 和196.42 kg/hm²）； ④100%有机肥N（ 代号N0： N、P₂O5 和K₂O施用量分别为210、95.04 和187.37 kg/hm²）。每个处理设置3 个小区重复，每个小区南北长12 m，东西宽9.6 m（为玉米播种机的4 个播幅，方便机械化播种），小区面积115 m²。12 个小区按随机区组方式分布。为方便机械化播种，小区间无地面土埂间隔。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 土壤

分别于8 月9 日（大喇叭口期）和9 月6 日（成熟期）采集0 ～ 20 cm土壤，测定土壤含水量、无机N（NH₄ ⁺-N和NO₃ ^--N）、有效P、速效K和土壤微生物量C、N，各指标测定方法同文献 ^[25]。

1.3.2 植株

分别于8 月9 日（大喇叭口期）和9 月6 日（成熟期）采集植株样品，测定株高、叶绿素SPAD值、旗叶N含量、茎叶干物质量和N、P、K含量， 各指标的测定方法见文献^[25]。成熟期（9 月6 日）的叶片和茎秆样品测定粗蛋白质含量，中性及酸性洗涤纤维含量和淀粉含量：粗蛋白质含量采用GB/T 6432 方法测定， 中性洗涤纤维含量采用GB/T 20806 方法测定，酸性洗涤纤维含量采用NY/T 1459 方法测定，淀粉含量采用GB/T 20194 方法测定。

各测定指标的取样方法为：① SPAD值，每小区随机选取30 个旗叶，在每个旗叶中部测定SPAD值；②旗叶N含量，每小区收集5 个正常旗叶，形成1 个混合样品；③株高、茎叶干物质量和N、P、 K含量，8 月9 日在每小区选取5 株长势一致的植株，分别收集叶片和茎秆，形成叶片混合样品和茎秆混合样品。9 月6 日在每小区中部取2 m双行中的植株，分别收集叶片和茎秆，形成叶片混合样品和茎秆混合样品。

1.3.3 籽粒品质

将9 月6 日收获的甜玉米果穗样品测定鲜重， 得到甜玉米果穗产量；每个小区随机抽取6 个果穗，分别称重，分别取下籽粒称重，按出籽率=籽粒鲜重/果穗鲜重 ×100%得到出籽率；从上述6 个果穗得到的籽粒中随机分为6 组，数出100 粒， 称重得到籽粒的百粒重；从上述6 个果穗得到的籽粒中随机抽取200 粒，组成1 个混合样品，测定N含量（微量凯氏法）、皮渣率（NY/T 524-2002 方法）、粗蛋白质含量（GB/T 6432 方法）和糖含量（GB/T 6194 方法）。

1.4 指标计算与数据处理

叶片或茎秆N（P，K）回收量（kg/hm²）=叶片或茎秆N（P，K）含量（kg/kg）× 叶片或茎秆干物质量（kg/hm²）；

叶片比或茎秆比=叶片鲜重或茎秆鲜重（kg/hm²）/（叶片鲜重 + 茎秆鲜重）（kg/hm²）。

SPAD值每次每小区30 个测定值，经检验均符合正态分布，故其平均值采用算术平均值计算得到；其它指标测定均为小样本重复测定（n=3 或n=6），平均值均采用算术平均值得到；各处理间差异的显著性检验方法采用方差分析中的LSD检验法，应用SPSS 13.0 软件处理数据。

2 结果与分析

2.1 土壤养分

甜玉米生长期间土壤养分的动态变化情况如图1 所示。对于土壤无机N而言（图1a），在大喇叭口期（8 月9 日），纯化肥（N10）和30%有机肥替代（N7）处理达到50 mg/kg，显著高于60%有机肥替代（N4）和100%有机肥替代（N0）处理的20 mg/kg，表明此时化肥中的N素发挥了重要的供氮作用，而有机肥中的N没有转化为土壤无机N或发生了无机N的微生物固持；到了收获期（9 月6 日），所有处理的土壤无机N水平均十分接近， 在20 ～ 26 mg/kg之间，表明在70 余天后有机肥中的N已经转化为土壤无机N，有机肥替代比例已经不再影响土壤无机N水平。60%～ 100%有机肥替代（N4 和N0 处理）时，表层土壤无机N水平始终稳定在20 mg/kg左右。

在甜玉米生长期间，不同有机肥替代处理间土壤有效P、速效K的动态变化趋势相似，随着生育期的延长而逐渐提高（图1b、c）。土壤有效P由最初的29 mg/kg提高到90 mg/kg左右。在大喇叭口期（8 月9 日），30%有机肥替代处理（N7）的土壤速效钾水平显著高于其它处理，甚至高于纯化肥处理（N10），说明30%有机肥替代可以明显提高吸肥高峰期土壤K的供应水平。

有机肥替代比例显著影响土壤微生物量C、N的动态变化（图1d、e）。从整个甜玉米生长期而言， 有机肥替代比例越高，土壤微生物C、N水平越高， 尤其是在生长中期（8 月9 日），土壤微生物量C依

注：* 为同一时间内处理间差异达到95%的显著水平。下同。

次为330mg/kg（N0）、225mg/kg（N4）、192mg/kg（N7） 和157 mg/kg（N10），有机肥的加入显著提高了土壤微生物量C；而到了收获期（9 月6 日），高比例替代处理（N4 和N0）微生物量C含量近似，在241 ～ 275 mg/kg范围，比低替代比例（N7 和N10） 高出约50%，表明大量有机肥可以在较长时间内（76 d）维持较高的土壤微生物量C。对于微生物量N而言，在8 月9 日时100%化肥处理（N10）最低，为46.5 mg/kg，而100%有机肥替代（N0）含量最高，达到70.7 mg/kg，比N10 处理高52%；而到了9 月6 日， 不同处理间的差异不显著， 在52 ～ 56 mg/kg之间，表明有机肥施用不能维持较高水平的土壤微生物量N。分析微生物量C/N发现（图1f）：中、高替代比例处理（N4 和N0）的变化趋势较为一致，整个生育期内一直维持在4.5 ～ 5.0 之间；无替代（N10）和低比例替代（N7）变化较为一致，整个生育期内从4.6 左右下降到3.6 左右。

2.2 植株生长

生育期内甜玉米的生长情况如图2 所示：在拔节期（8 月9 日），100%化肥处理（N10）的玉米株高显著大于其他有机肥替代化肥处理，表明化肥的速效作用明显；收获时玉米株高在1.78 ～ 1.84 m之间，有机肥替代化肥对最终株高无显著影响（图2a）。所有处理玉米的叶绿素SPAD值都是随生育期逐渐增高，但从两个时期来看，100%有机肥处

理由8 月9 日的均值50.1 增加到9 月6 日的均值52.6，显著高于其他处理，故全量有机肥替代化肥显著提高了SPAD值，尤其是生育后期的SPAD值（图2b）。

甜玉米鲜生物量增长迅速， 由8 月9 日的1.80 ～ 2.14 kg/m² 增加到9 月6 日的2.83 ～ 3.21 kg/m²，日均增量约0.037 kg/m²，但有机肥替代比例对甜玉米鲜生物量无显著影响（图2c）。对于甜玉米旗叶含N量（图2d），在大喇叭口期（8 月9 日），高比例替代处理（N4 和N0）的含N量显著高于低比例替代（N10 和N7）；同样，在收获期（9 月6 日），100%有机肥替代处理（N0）的旗叶含N量最高。因此，在甜玉米生长期内，有机肥替代化肥可提高旗叶含N量，且替代比例越大，效果越显著。

甜玉米整株叶片含N量与旗叶含N量不同（图2e），在大喇叭口期（8 月9 日），有机肥替代化肥的各处理（N0、N4 和N7）整株叶片含N量显著低于纯化肥处理（N10），而在收获期（9 月6 日），有机肥替代显著提高了叶片含N量。对于茎秆含N量而言（图2f），在大喇叭口期（8 月9 日），各处理间差异不显著，而到了收获期（9 月6 日），同样是高比例有机肥替代（N0 和N4）显著提高了茎秆含N量。因此，在甜玉米生长期内， 有机肥替代化肥可提高收获期叶片和茎秆的含N量，且替代比例越大，效果越显著。

2.3 果穗品质

对于甜玉米来说，果穗产量和品质是衡量甜玉米种植价值最重要的指标。本研究中，主要通过果穗产量、百粒重、出籽率、皮渣率、蛋白质含量、 糖含量等指标来衡量甜玉米果穗的品质。

从表1 中可知，对于甜玉米的果穗产量来说， 30%有机肥替代比例处理（N7）的产量显著高于其他处理，产量达14184 kg/hm²，比其它处理高6%～ 14%；对于甜玉米的鲜百粒重，发现纯有机肥处理（N0）和纯化肥处理（N10）比较接近，显著高于30%和60%有机肥替代处理（N7 和N4）， 表明在百粒重方面，纯有机肥与化肥的效果是接近的。

收获时甜玉米出籽率在56%～ 59%之间，皮渣率在15%左右，有机肥替代对甜玉米出籽率和皮渣率均无显著影响（表1）。分析甜玉米的蛋白质含量发现，N10 与N4 处理显著高于其他两个处理，而对于糖含量，N10 与N4 处理显著低于其他两个处理。从产量和含糖量指标看，30%有机肥替代的效果好于其他替代比例。

注：同一指标不同的字母表示处理间差异达到95%的显著性水平。 下同。

2.4 甜玉米茎秆和叶片的产量与饲料品质

表2所示为甜玉米收获时其茎叶作为青储饲料的品质状况。 整株中性洗涤纤维含量在38.9%～ 45.4%之间， 酸性洗涤纤维含量在17.9%～ 22.3%之间，均达到GB/T 25882-2010 中一级品的标准，且随着有机肥替代比例的增高而逐步降低，表明其可降解性增强。淀粉含量大于35%，也达到GB/T 25882-2010 中一级品的标准， 但有机肥替代对淀粉含量无显著影响。叶片含水率在72%～ 75%之间，茎秆含水率在79%～ 83%之间，不同有机肥替代处理之间差异不显著。

从甜玉米叶片和茎秆产量看，60%有机肥替代的效果最好：叶片和茎秆产量分别达到5945 和13630 kg/hm²（表2），分别比纯化肥（N10）和纯有机肥（N0）处理提高7%、23%（叶片）和14%、 23%（茎秆）。另外，从粗蛋白含量看，60%有机肥替代的效果也最好：叶片和茎秆中的粗蛋白含量分别达到358.1 和238.1 kg/hm²，分别比纯化肥（N10）和纯有机肥（N0）处理提高18%、11%（叶片）和49%、17%（茎秆）。因此，无论从青储饲料的产量还是粗蛋白含量的角度看，60%有机肥替代的饲料生产效果最好。

在叶片中，高比例有机肥替代（N4 和N0）的N回收量比低比例替代（N7 和N10） 高18%～ 49%；对于P而言，只要存在有机肥替代，叶片中P的回收量就会高于纯化肥处理，提高幅度在27%～ 41%；而对于K，有机肥替代没有明确的效果（表2）。

在茎秆中，高比例有机肥替代（N4 和N0）的N回收量比低比例替代（N7 和N10） 高60%以上；对于P而言，有机肥替代的效果不明确；对于K而言，有机肥替代可以影响K的数量和比例： 60%有机肥替代（N4）K的回收量可达42.4 kg/hm²， 是纯化肥处理（N10） 的2.53 倍， 而30%替代（N7）和纯有机肥（N0）时茎秆中K的回收量也高于纯化肥处理（N10），增加量达26%～ 37%（表2）。

2.5 养分回收率

在等N量替代的情况下，不同处理中P、K的投入量不同（表3）。对于P投入而言，100%化肥（N10）处理的P投入量达92 kg/hm²，是100%有机肥（N0）处理的2.2 倍。在此情况下，各处理P的收支比在0.38 ～ 1.06 之间，以100%有机肥替代（N0）最高，以100%化肥（N10）最低。对于K而言，因有机肥中K的含量较高，因此有机肥替代导致K的投入差异较小（表3），K的收支比在0.37 ～ 0.55 之间，N4 处理最高，说明60%有机肥与40%化肥配施可提高K素的吸收。另外，N素的收支比在0.66 ～ 0.84 之间，不同处理间的差异为0.18，以30%有机肥替代（N7）最低，以60%有机肥替代（N4）最高，说明30%有机肥替代不利于N的回收，而60%有机肥替代更利于甜玉米对N的吸收。

3 讨论

3.1 有机肥替代化肥的氮素供应效果

甜玉米生育期一般只有60～ 80 d，收获时正处于灌浆期，养分需求旺盛，因此整个生育期对土壤养分的需求都是旺盛的，要求土壤养分实现短期内大强度供应。本研究中，结合叶、茎、果穗的产量及含N量（表1、2），经计算表明，在76 d的生育期内，甜玉米的日均吸N量在1.83 ～ 2.33 kg/hm² 范围内，略低于在印度尼西亚研究中的2.07 ～ 2.35 kg/hm^2[27]，但显著高于我国广东省研究中的1.33 ～ 1.86 kg/hm^2[17]和1.18 ～ 1.82 kg/hm^2[16]。从有机肥替代角度看，日均吸N量从大到小为60%替代（2.33 kg/hm²）、无替代（2.06 kg/hm²）、100%替代（1.98 kg/hm²） 和30%替代（1.83 kg/hm²）， 而这个顺序既与果穗产量大小顺序（表1）不同， 也与叶片和茎秆生物量大小顺序（表2）不同，说明有机肥替代除了影响土壤中N素的吸收，还引起了其它效应，比如提高了生育后期旗叶（图2d） 和整株叶片（图2e）中N含量，进而促进了玉米的光合作用和后期植株N的积累。

有机肥替代化肥对于生育期只有76 d的甜玉米生长而言，可以显著影响生育中期（以大喇叭口期前后为主）的土壤无机N水平（图1a），但这种N供应水平的提高并没有反映在株高（图2a）、鲜生物量（图2c）、整株叶片N含量（图2e）和茎秆N含量（图2f）方面，却显著地反映在叶片叶绿素SPAD值（图2b）和旗叶N含量（图2d）上。到了中后期（8 月9 日至9 月6 日），甜玉米地上部对N的吸收产生了差异：纯有机肥（N0）和30%有机肥替代（N7）处理只吸收了49.0 kg/hm²（分别占全生育期吸N量的32%和37%），而纯化肥处理（N10）吸收了58.4 kg/hm²（占全生育期吸N量的35%），60%有机肥替代（N4）处理则吸收了73.2 kg/hm²（占全生育期吸N量的41%），表明施用纯有机肥和30%有机肥替代不利于后期N的吸收，只有高替代比例才能提高甜玉米后期对N的吸收。

3.2 有机肥替代化肥的品质效果

有机肥替代化肥可以提高甜玉米的含糖量，但替代比例的影响不显著，蛋白质含量还有降低的趋势（表1），这与人们的期望不相符^{[19，21，23]}，主要原因可能在于甜玉米的生育期过短，有机肥尚未发挥出其供肥期长而稳定的优势。与华北地区甜玉米生产相比，本研究中的含糖量较低，皮渣率较高^[6]，这主要与甜玉米的品种有关。当然，也有研究指出，虽然甜玉米的籽粒产量随施N量减少而降低，但籽粒糖含量与施N量的关系不大^[16]。

3.3 有机肥替代化肥的饲料效果

收获甜玉米的果穗后，其新鲜茎叶数量大，是优质的青储饲料和工业原料^[5]。本研究中，30%和60%有机肥替代处理的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和淀粉含量（表2）均优于国标GB/T 25880-2010 中规定的一级青储玉米标准，表明在本试验条件下甜玉米生产中的茎秆可以作为优良的青储物料，这无疑增加了甜玉米生产的经济效益。

与青储玉米类似，甜玉米叶片中碳水化合物含量越高，饲料价值大，青储专用玉米品种的叶片比一般在0.2 左右^[28]，而本研究中4 个处理的叶片比在0.30 ～ 0.34 之间（表2），说明本研究中的甜玉米茎秆是优质的青储饲料。

施用N肥可以提高甜玉米的茎秆生物量^[12-13]。 本研究中，60%有机肥替代时叶片中粗蛋白含量达到358.1 kg/hm²（表2），比其它处理提高了12%～ 34%，这种有机无机配合的效果与前人的研究结果相当^[29]。另外，提高土壤有效N含量可以降低玉米植株中酸性和中性洗涤纤维含量^[30-31]， 这与本研究的结果相符：随着有机肥替代比例的提高，土壤N素的有效性依次降低，进而酸性和中性洗涤纤维含量均分别依次降低（表2）。

3.4 养分回收率

考虑到甜玉米的实际生产情况，本研究未设置不施肥处理，故无法计算不同有机肥替代方案的肥料利用率。本研究表明，在施N量210 kg/hm² 情况下，所有4 个施肥处理，无论有机肥替代与否，甜玉米带走的N量均小于投入量，幅度在16%～ 34%（表3），说明以这样的施N量生产甜玉米是可持续的，N素投入可能过高。P、K的情况也类似，除100%有机肥处理每年会造成6%的P素亏缺外，其余3 个处理甜玉米带走的P量均小于投入量，盈余幅度在35%～ 63%，K素则各处理盈余率在45%～ 63%之间（表3），说明用这些比例的有机肥替代生产甜玉米时土壤养分可以得到很好的累积。

通过文献比较发现，甜玉米养分回收率的研究较少，但在青储玉米中普遍存在N、P、K的亏缺。 比如，在施肥量近似（N、P、K分别为215、45、 147 kg/hm²）、化肥与猪粪肥配施、干物质产量近似（23000 kg/hm²）的研究中，N、P、K的回收量分别为308、57 和279 kg/hm²，回收率分别为1.43、 1.30 和1.60^[32]，N、P、K回收率均高于本研究； 原因可能在于青储玉米的生长期在100 d左右，比甜玉米生长期增加了20 d，因此易造成土壤N、P、 K的亏缺。然而，在国内青储玉米的研究中，尚未见N、P、K亏缺的报道。因此在本研究各处理施肥量（尤其是N7 处理）种植甜玉米可以很好地提高土壤N、P、K养分含量，达到可持续生产的目标。

4 结论

在北京郊区等量施氮210 kg/hm² 生产甜玉米条件下，60%有机肥替代可显著降低大喇叭口期表层土壤的无机氮水平，显著提高收获期土壤微生物量碳和C/N、整株叶片和旗叶含氮量以及甜玉米生物量和粗蛋白产量；30%有机肥替代可显著提高甜玉米果穗产量；有机肥替代对甜玉米果穗品质无显著影响，对土壤供氮过程有深刻影响。因此，应用和发展土壤N素的矿化-固持-周转理论，深入理解有机肥替代化肥对短期内土壤N素供应过程的影响，尚需要进一步研究。

致谢：对北京荣萍种植专业合作社、北京金鑫现代农业发展有限公司和北京奥格尼克生物技术有限公司在本研究中的大力支持表示衷心感谢。

参考文献