甘肃河西走廊灌区已发展成为全国最大的杂交玉米种子生产基地^[1-2]。据统计，2015年甘肃省杂交玉米制种面积9.942万hm²，产种量达6.54亿kg，占全国玉米制种总产量的近一半^[3]。尤其是甘肃张掖地区位于河西走廊中部，是河西玉米制种基地的核心地带，产种量可占全国大田玉米用种量的40%以上^[4-5]。

玉米制种不但成为张掖地区的支柱产业，而且是农民增收的主要来源。然而，在制种玉米生产过程中存在诸多问题，其中较为突出的是化肥使用不当，无论制种公司还是制种农户为追求种子高产，在种子生产过程大量的投入化肥，这不但造成化肥的浪费，而且致使肥料利用效率低下。索东让等^[6]在对比大田玉米和制种玉米田玉米需肥特点后发现，相比大田玉米，制种玉米应适当减少化肥施用量；然而，据调查^[7]，现实生产中制种户氮素（N）施用量高达525kg·hm^-2，磷素（P₂O₅） 施用量也高达180kg·hm^-2。因此，诸多学者对制种玉米化肥最佳施用量进行探究，如秦润玲^[8] 研究发现制种玉米田氮磷肥最佳施用量为N 300kg·hm^-2、P₂O₅ 90kg·hm^-2。孙宁科等^[9] 研究表明制种玉米N、P₂O₅ 和K₂O的适宜施用量分别为300、90、75kg·hm^-2。但是，实际生产中，化肥投入量远远超过这些推荐量；另外，制种田长期连作引起的土壤退化问题也日益严重^[10-11]，赵芸晨等^[12]研究表明制种玉米田随连作年限增加，土壤对磷素的固持及转化率会随之下降。由此可见，化肥过量带来的农田生态、环境等负面效应日趋严重，如何改善制种玉米种植环节化肥投入过高的现状已成为亟待解决的问题，也是河西走廊灌区制种玉米可持续发展的关键。

本文通过对在甘肃省张掖市开展的制种玉米上化肥配施有机肥、化肥配施微量元素和制种玉米套作绿肥3项化肥减量试验的玉米产量进行对比分析，探究制种玉米最佳化肥减施途径，为制种玉米绿色可持续发展提供理论借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

3 项试验于2017 年在张掖市临泽县沙河镇兰家堡村相邻的田块同时进行。该区域海拔1430 m，平均气温7℃，无霜期152 d，农田以制种玉米连作为主。土壤为灌漠土；0～20 cm土层土壤化学性质：有机质13.5～15.8 g·kg^-1；全氮0.71～0.90 g·kg^-1；全磷0.54～0.65 g·kg^-1，碱解氮9.3～73.2 mg·kg^-1；有效磷7.3～9.4 mg·kg^-1；速效钾153.3～165.8 mg·kg^-1。土壤含硫、钙、镁分别为39.3、110.0、33.5 mg·kg^-1，有效锌0.69 mg·kg^-1、有效锰7.18 mg·kg^-1、有效硼1.01 mg·kg^-1、有效铁9.53 mg·kg^-1；pH值8.2。

1.2 田间管理与试验设计

1.2.1 种植方式

制种玉米母本4月中旬播种，70cm宽地膜覆盖，母本种植于膜上，一膜种植2行，行距50cm，株距20cm，母本保苗100005株·hm^-2，膜间裸地宽50cm，父本于母本播后一周播种，在2行母本中间播种1行，株距50cm，父本保苗20001株·hm^-2。试验小区间筑宽50cm、高20cm地埂，区组间设50cm宽灌水沟。各处理灌水、锄草等田间管理均保持一致。

1.2.2 施肥管理

3 项试验氮肥均用尿素（N 46%），50%作为基肥，50%于玉米大喇叭口期追施。磷肥用磷酸二铵（N 18%；P₂O₅ 46%），全部基施。钾肥用氯化钾（K₂O 62%），50%基施、50%玉米大喇叭口期追肥。有机肥配施化肥减量试验中有机肥使用牛粪，用量45000 kg·hm^-2（半干品），全部基施，含有机质145 g·kg^-1，全氮3.2 g·kg^-1，P₂O₅ 2.1 g·kg^-1， K₂O 2.0 g·kg^-1。基肥于播种前按小区人工均匀撒施并翻压入土，追施于拔节期人工开沟深施覆土。

1.2.3 试验设计

试验1：氮磷钾用量及配施有机肥化肥减量试验。

依据化肥氮磷钾不同用量配比设置处理10个，分别为① CK、② N₀P₁₅₀K₁₅₀、③ N₂₂₅P₁₅₀K₁₅₀、④ N₃₀₀P₁₅₀K₁₅₀、 ⑤N₃₇₅P₀K₁₅₀、⑥N₃₇₅P₁₂₀K₁₅₀、⑦N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀、⑧ N₃₇₅P₁₅₀K₀、 ⑨ N₃₇₅P ₁₅₀K_{7 5}、 ⑩ N₄₅₀P ₁₅₀K₁₅₀，3次重复。化肥与有机肥配施处理10个，分别为① M（牛粪45000kg·hm^-2）、② MN₀P₁₅₀K₁₅₀、③ MN₂₂₅P₁₅₀K₁₅₀、 ④ MN₃₀₀P₁₅₀K₁₅₀、 ⑤ MN₃₇₅P₀K₁₅₀、 ⑥ MN₃₇₅P₁₂₀K₁₅₀、 ⑦ MN₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀、 ⑧ MN₃₇₅P₁₅₀K₀、 ⑨ MN₃₇₅P₁₅₀K₇₅、 ⑩ MN₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀，重复3次。牛粪用量各处理一致。小区面积20m²，随机区组排列。

试验2：配施中、微量元素化肥减量试验。

化肥配施中微量元素处理9个，分别为①N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀、 ② N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀S、 ③ N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀Ca、 ④ N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀Mg、⑤N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀Zn、⑥ N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀Mn、⑦ N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀B、 ⑧ N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀Fe、⑨ N₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀，重复3次，随机区组排列，小区面积为20m²。所有处理基施化肥均为N 375kg·hm^-2，P₂O₅ 150kg·hm^-2，K₂O 150kg·hm^-2。硫肥用硫磺，施60kg·hm^-2，钙肥用碳酸钙，施90kg·hm^-2，镁肥用氯化镁（ 分析纯），施60kg·hm^-2，锌肥用硫酸锌（分析纯），施30kg·hm^-2，锰肥用硫酸锰（分析纯），施30kg·hm^-2，硼肥用硼酸（分析纯），施25kg·hm^-2，铁肥用硫酸亚铁（分析纯），施3.5kg·hm^-2，均于拔节、抽雄期喷施。

试验3：制种玉米套作绿肥节氮效果试验。

制种玉米套作5个绿肥品种（甜豌豆、针叶豌豆、箭筈豌豆、毛苕子、麻豌豆）。设刈割留茬翻压和全部翻压2种绿肥处理方式及氮肥减量处理3个，分别为①刈割留茬，收获地上部茎叶保留约10cm根茬，根茬翻压还田，N 388.5kg·hm^-2；②绿肥全部翻压，地上部及根茬全部翻压还田，N 358.5kg·hm^-2；③绿肥全部翻压，N 313.5kg·hm^-2，重复3次，随机区组排列，小区面积33m²。各处理磷钾肥用量一致（P₂O₅ 150kg·hm^-2，K₂O 150kg·hm^-2），均基施，氮肥分两次施入，基施各处理均N 88.5kg·hm^-2，绿肥翻压后追施，3个处理追施量分别为300、270、225kg·hm^-2。毛苕子播量120kg·hm^-2，甜豌豆、针叶豌豆，箭筈豌豆，麻豌豆播量均为225kg·hm^-2。套作绿肥播种于母本空行，播种2行，行距30cm。4月6日播种，6月3日刈割或翻压。翻压与追肥和浇水结合进行。

1.3 样品采集

9 月22 日玉米成熟期按小区取植株考察主要生物学性状，9 月23 日按小区收获，刨除小区边行，每小区收取中间20 m2 果穗进行产量计算。

2 结果与分析

2.1 化肥及化肥配施有机肥对制种玉米产量的影响

化肥氮磷钾不同施用量配比对制种玉米产量影响显著（表1），N₀P₁₅₀K₁₅₀、N₂₂₅P₁₅₀K₁₅₀、N₃₇₅P₀K₁₅₀ 和N₃₇₅P₁₅₀K₀ 玉米产量与CK无显著差异。在磷钾施用水平一致的条件下，玉米产量随施氮量增加而增加，N₃₀₀P₁₅₀K₁₅₀ 和N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀、N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 和N₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀ 间差异不显著；在氮肥用量（N 375kg·hm^-2）一致的情况下，N₃₇₅P₁₂₀K₁₅₀ 玉米产量较N₃₇₅P₀K₁₅₀ 高8.88%，与N₃₇₅P₁₅₀K₀ 和N₃₇₅P₁₅₀K₇₅ 玉米产量间无显著差异。在氮磷肥用量一致的情况下，N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 玉米产量显著高于N₃₇₅P₁₅₀K₀，但N₃₇₅P₁₅₀K₀ 和N₃₇₅P₁₅₀K₇₅ 间无显著差异。

各化肥用量处理的玉米穗粒数均较CK高，其中N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 和N₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀ 穗粒数相同且最高，分别较N₀P₁₅₀K₁₅₀ 和CK高30粒和38粒； 千粒重N₀P₁₅₀K₁₅₀ 与CK间无差异，其他处理均不同程度高于CK，其中N₃₇₅P₁₅₀K₇₅ 千粒重高于其他处理，达383g，较CK高42.4%，较N₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀ 高23.2%。

对各处理增施牛粪45000kg·hm^-2，各处理玉米产量均较不施用有机肥处理有不同程度提高（表1），增幅10.2%～20.8%，平均增幅14.3%； 穗粒数和千粒重平均增幅3.2%和3.5%。对比来看，MN₃₀₀P₁₅₀K₁₅₀ 和MN₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 均较N₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀ 产量提高9.7%。

注：不同小写字母表示处理间在5%水平差异显著，M代表有机肥。下同。

2.2 中、微量元素增产效果及平衡投肥的节氮效应

在化肥配施中、微量元素试验中，相对于单施化肥处理，增施微量元素处理的玉米产量均有不同程度提高（表2），增幅在3.0%～14.3%，但除N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀S玉米产量显著高于N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 外，其他增施微量元素的处理与N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 产量无显著差异。N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀S较N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 产量增幅达14.3%，较N₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀ 增幅达10.4%，而单纯增加氮肥N₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀ 较N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 产量的增幅仅3.5%。

对比来看，N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀S玉米的穗粒数和千粒重均最高，较N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 穗粒数提高2.6%，千粒重提高7.5%。而其他各处理较N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 穗粒数的增幅在1.3%～2.3%，千粒重的增幅在0.3%～6.8%。

2.3 玉米套作绿肥节氮效应

进一步对玉米间作绿肥试验中玉米产量分析发现，3种处理方式下，玉米产量无显著差异（图1）。相对比，虽然全部翻压 +N358.5和全部翻压 + N313.5处理化肥氮用量较刈割留茬 +N388.5分别降低了10%和25%，但是玉米产量分别提高0.5%和2.2%。

注：不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

3 讨论

3.1 有机肥配施对制种玉米产量的影响

盲目地偏施氮、磷肥，且随着产量的提高偏投量越大，既造成土壤养分偏耗，又影响玉米种子质量，偏投的氮、磷化肥带来过剩污染和资源浪费，成本增加，这是河西走廊灌区制种玉米种植中的普遍现象。有机肥是农田土壤养分的主要来源之一，其养分含量全面，能平衡投肥结构，改善土壤质量，提高作物产量等^[13-15]。付忠卫等^[16]研究商品有机肥配施化肥对河西走廊制种玉米产量影响表明，配施商品有机肥的处理产量最高，较单施化肥处理可增产5.98%，本研究结果表明，各化肥处理增施牛粪45000kg·hm^-2 后，制种玉米产量平均增幅在14%，同时，MN₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 较N₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀ 化肥氮减量投入16.7%，而产量却提高了9.7%。甚至， MN₂₂₅P₁₅₀K₁₅₀ 较N₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀ 化肥氮减量投入50.0%，产量依然有4.6%的增幅，对比来看，N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 和N₂₂₅P₁₅₀K₁₅₀ 较高氮N₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀ 产量分别有3.7%和15.5%的降幅。以上结果均表明有机肥与化肥配施可有效提高制种玉米产量，且化肥减施后，有机肥的补充可有效缓解化肥减施带来的产量降低。

另外，本研究中设置的5个氮水平（N 0、 225、300、375、450kg·hm^-2），在无有机肥投入的条件下，当氮投入达N 300kg·hm^-2 后，N 450kg·hm^-2 下制种玉米产量虽显著高于N 300kg·hm^-2 处理，但与N 375kg·hm^-2 处理无显著差异，N 375kg·hm^-2 又与N 300kg·hm^-2 处理无显著差异，说明N 300kg·hm^-2，P₂O₅ 150kg·hm^-2 和K₂O 150kg·hm^-2 的化肥配比投入可满足制种玉米的丰产需求，这也与笔者^[9]之前的研究结果河西制种玉米化肥适宜投入量N、P₂O₅ 和K₂O分别为300、90、75kg·hm^-2 相一致。

3.2 中、微量元素配施的产量效应

中、微量元素是植物生长发育过程中不可或缺的营养元素，在促进植物呼吸作用、光合作用及物质能量转化等方面均发挥着重要作用、它影响作物产量、品质形成^[17-18]。诸多研究表明在玉米上施用中微量元素肥料具有显著的增产效应^[19-21]。在制种玉米上也有类似的效应，师伟杰^[22]研究几种微量元素在制种玉米上的应用效果发现微量元素肥料可不同程度地增加制种玉米生物量。本研究中，针对N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 配施各种中、微量元素，各处理也有不同程度地增产效应，增幅在3%～14%，其中N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀S增产效应显著，较N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 增产14.3%；相比N₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀，N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀S化肥氮减量16.6%，却实现增产10.4%。微量元素具有专一性的特点，玉米是对锌最为敏感的作物之一。薛勇等^[23] 进行的锌肥在制种玉米上应用的效果试验表明制种玉米施用锌肥后增产效果显著。本研究中，N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀Zn较N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀ 增产9.6%，较N₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀ 增产5.9%，以上结果均说明降低化肥氮投入的情况下配施中量元素S和微量元素Zn可有效防止制种玉米产量的降低。

3.3 套作翻压绿肥节肥效应

绿肥是环保型有机肥料，利用绿肥能达到培肥增产和节约化肥的效果。绿肥作物以豆科为主，对于改良土壤、固定氮素具有重要作用，可以提高土壤肥力、减少化肥用量和提高水分利用率^[24-25]。研究表明^[26]绿肥翻压的效果要好于留茬或根茬还田。本试验条件下与玉米间作的绿肥翻压处理较刈割留茬具有明显的增产效果。绿肥节氮已被研究证实，卢秉林等^[27]研究发现在河西绿洲灌区进行玉米种植时，间作收获籽粒为主的针叶豌豆和间作以收获豆科饲草为主的毛叶苕子，均能减少10%的化学氮肥用量。在本研究中，翻压处理较刈割留茬处理化肥氮分别减少7.7%和19.3%，但是玉米产量却分别增高0.5%和2.2%。说明降低化肥氮投入的情况下翻压绿肥可有效防止制种玉米产量的降低。

4 结论

本研究通过3个化肥减量试验表明，化肥配施有机肥后，各处理制种玉米产量呈不同程度增加，平均增幅为14%，制种玉米化肥的适宜施用量为N 300kg·hm^-2，P₂O₅ 150kg·hm^-2 和K₂O 150kg·hm^-2，MN₃₀₀P₁₅₀K₁₅₀ 较N₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀ 化肥氮减量33.3%，玉米增产9.7%；N₃₇₅P₁₅₀K₁₅₀S较N₄₅₀P₁₅₀K₁₅₀ 化肥氮减量16.6%，玉米增产10.4%；全部翻压 + N358.5和全部翻压 +N313.5处理化肥氮用量较刈割留茬 +N388.5分别降低了10%和25%，而玉米增产0.5%和2.2%。

参考文献