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农林学类论文-增施有机肥可少用一半化肥并维持最高的玉米产量.doc

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农林学类论文-增施有机肥可少用一半化肥并维持最高的玉米产量.doc

农林学类论文增施有机肥可少用一半化肥并维持最高的玉米产量ABSTRACTEXCESSIVECONSUMPTIONOFCHEMICALFERTILIZERANDPESTICIDELEADSTOSERIOUSENVIRONMENTALPOLLUTION,WHILEDEBASESTHEQUALITYOFAGRICULTURALECOSYSTEMTODECREASETHEDAMAGEOFCHEMICALFERTILIZERANDMAINTAINORINCREASETHECROPYIELD,STRAWFERTILIZINGFIELDAFTERFEEDINGANIMALSISONEIMPORTANTAPPROACHLEAFAREAINDEXANDDRYMATTERACCUMULATIONINM2ANDM3TREATMENTSWERESIGNIFICANTLYHIGHERTHANTHATOFM1P005WHENORGANICFERTILIZERREACHEDTO75KGHM2,REDUCEDAHALFOFCOMMONCHEMICALFERTILIZERCONSUMPTIONREALIZEDNOTONLYTHEHIGHESTDRYMATTERACCUMULATION,BUTALSOGAINEDTHEHIGHESTGRAINYIELD128844KGHM2HOWEVER,WHENORGANICFERTILIZERWASADDEDTO150THM–2,THEINCREASINGOFBOTHGRAINYIELDANDBIOMASSBECOMESMALLER,INDICATINGTHATTHE75KGHM2ORGANICFERTILIZERINCREASINGATTHEBASEOFM2WASINEFFECTIVETHATTHETREATMENTOFM2F2GAINEDTHEHIGHESTYIELDMIGHTBEDUETOMODESTPROPORTIONOFDRYMATTERDISTRIBUTIONINDIFFERENTORGANS,ACHIEVINGTHEHARMONIZATIONOFSOURCE,SINKANDFLOWTHOSEFACTORSTOGETHERBENEFITEDFORTHETRANSPORTATIONOFPHOTOSYNTHATETOGRAINTHISRESEARCHCOULDPROVIDEAUSEFULREFERENCEFORUSINGCHEMICALFERTILIZERREASONABLYANDLESSENINGENVIRONMENTALPOLLUTIONWHILEGUARANTEEINGTHEGRAINSAFETYKEYWORDSORGANICFERTILIZER;MINERALFERTILIZER;MAIZE;LEAFAREAINDEX;DRYMATTERACCUMULATION;YIELD1引言高投入、高产出和高效率为现代农业的主要特征。为保证高产,需要向耕地持续投入大量化肥1。但是,滥施化肥不但不能有效增产反而会导致土壤理化性状改变,造成严重的环境污染。以氮肥为例,我国是世界上最大的氮肥生产与消费国2,早在1998年我国农业化学氮肥施用量就已突破247107T,占世界同期氮肥用量的2973。目前,我国化肥平均施用量达4343KGHM2,是国际化肥安全施用上限225KGHM2的193倍,但利用率仅为40左右,其余60的化肥贡献给了土壤和地下水4。农产种植成本大幅上升、品质下降及种地效益下降等负面问题的出现,也给化肥农业带来挑战。大量化肥引起生态环境恶化,已经成为全球生态问题,受到广泛关注5。具有“长效肥料”之称的有机肥,具有养分齐全、平衡、稳肥性好、后效长的优点6。长期施用有机肥可改良土壤团块结构;提高土壤有机质含量;改善土壤理化性质;增加土壤生物多样性;减少土壤对氮磷钾的固定,显著提高土壤肥力。有机肥中的碳水化合物,在分解过程中释放出热量,有利于提高地温,改良土壤耕性,延长土壤适耕期7,8。有机肥亦是我国传统的农家肥料,50年代初,全国有机肥料占总用肥量的99以上,近年来,由于化肥的大量使用,有机肥占总用肥的比例下降到30以下7,导致耕地越种越瘦。针对化肥和农药给生态环境和农产品所带来的诸多问题,国内外学者提出了许多替代模式,寻求农业持续发展的新途径,其共同特点是保护环境,减少化肥、农药的施用,最大限度地依靠有机肥来培肥土壤,保持肥力,持续供给农作物养分9。但是,在中国具体应用成功的例子依然较少,其原因是对有机肥使用效果缺乏系统的试验证据。如何尽可能多地将农业和生活有机质废物投入再循环,在保障粮食安全的同时,减少化肥用量,改善农业生态环境是本研究的切入点。本研究的科学假设是,如果秸秆中的养分通过动物过腹还田,粮食带走的养分不能有效还田,可通过增施化肥解决,按照粮食与秸秆比例为11计算,与现行的化肥施用量相比,仅施加一半的化肥即可保证粮食产量不下降,甚至因改造了土壤理化和生物性质,产量还可略有提高。本研究通过常规玉米在大田条件下试验,增加有机肥减少化肥用量,并保证玉米高产稳产,为高产、优质、生态、安全粮食生产提供科学依据。2材料和方法21试验设计本试验于2005年10月2007年11月在山东省泰安市山东农业大学玉米科技园E1179′,N369′进行,试验地所在区域为暖温带大陆性半湿润季风气候区,年平均气温13℃,平均降水量6753毫米,年均日照时数25279小时,年日照百分率583,年内无霜期200多天。采用裂区设计,有机肥用量为主区,肥料梯度依次为0(M1),75(M2),150(M3)THM–2;化肥处理为副区,化肥用量(单位KGHM–2)为,F1N84;P2O528;K2O67、F2N168;P2O556;K2O134、F3N336;P2O5112;K2O268,共9个处理,栽植小区面积为27M2,小区之间设50CM宽保护行,3次重复。供试材料为普通玉米ZEAMAYSL郑单958,行距67CM、株距25CM,种植密度为60000株HM–2,开沟穴播,每穴2粒,播种深度为5CM,其它管理措施同常规大田。考虑到今后发展秸秆畜牧业“过腹还田”,有机肥采用半熟的牛粪。化肥中氮肥为尿素及磷酸二铵(NH42HPO4),磷肥为磷酸二铵(NH42HPO4),钾肥为硫酸钾K2SO4。氮肥分两次施用,播种前基施总量的1/3,大口期施2/3,有机肥及磷、钾肥播种前一次性基施。两年试验结果趋势基本一致,表现出很好的重复性。本文以20062007年度试验数据进行分析。22叶面积指数叶面积指数的测定采用叶面积指数法10,测量每片叶的叶长(L),以叶片最宽处的宽度作为叶宽W,计算单株叶面积LA、叶面积指数LAI单株叶面积LA∑LW075叶面积指数LAI单株叶面积单位土地面积株数/单位土地面积23生物量及干物质分配在玉米关键生育时期取样,大喇叭口期分茎秆和叶片两部分,抽雄期分茎秆、叶片、苞叶和穗轴四部分,成熟期分茎秆、叶片、穗轴、苞叶、籽粒五部分,于干燥箱105℃杀青30MIN后,80℃烘干至恒重,测定干物质积累量。24数据分析本试验分9个小区3次重复。数据分析采用MICROSOFTEXCEL2000和DPS75统计分析软件进行数据处理和差异性检验,多重比较运用LSD法。采用SIGMAPLOT100绘制图形。当P005时,视各处理之间的差异为显著。3结果31叶面积指数的动态变化由表1可以看出,有机肥处理的玉米叶面积指数显著高于不施有机肥处理组,其中大喇叭口期和成熟其均以M3(150THM–2)处理最高,分别高出平均值7和8。不施有机肥时,抽雄期和成熟期叶面积指数均以F2处理略高,分别高出平均值3和5,统计检验不显著。有机肥施用量M2(75THM–2)水平下,F1和F3处理的叶面积指数极显著高于F2处理,3个时期F2处理的叶面积指数分别较均值低6、19和7。随着生育期延长,玉米叶面积指数均呈下降趋势,即使如此,在有机肥施用量为75THM2的条件下,正常化肥用量F3处理的玉米叶面积指数依然表现最大。有机肥M3水平下,叶面积指数以F1处理最高,但随生育进程推进,从抽雄至成熟期的叶面积指数以F2处理的变化幅度最小,为4648,而F1和F3的变化幅度分别为4957和4652。32干物质积累量动态变化表2显示,有机肥施用量M1处理下的玉米单株干物质积累量显著低于M1和M2处理。在M1水平下,大喇叭口期干物质积累量以F3为最高,F2与F3处理无显著差异;抽雄期化肥处理间的干物质积累量差异表现为F1F3F2;成熟期化肥处理间的干物质积累量差异表现为F1F3F2,差异达极显著水平。M2水平下,大喇叭口期和抽雄期化肥处理间的差异表现一致,F2F3F1;成熟期干物质积累量F2与F3处理之间无显著差异,但极显著高于F1处理(P00001),说明在有机肥用量为75KGHM2时,常规化肥用量减半不会降低成熟期的干物质积累。M3水平下,大喇叭口期和抽雄期干物质积累以F3处理最高,较该条件下均值分别高出4和6;成熟期干物质量F2与F3无显著差异,但显著高于F1处理;且成熟期M3与M2条件下的干物质无显著差异P005,说明有机肥施用量达到M3水平对干物质积累量无显著影响,高于M2有机肥水平的有机肥为无效投入。33干物质在不同器官中的分配由图1可以看出,成熟期叶片干物质分配量随有机肥施用量的增加而增加。不施有机肥时,F1处理的叶片干物质分配量高于其它两个处理;有机肥M2水平下,干物质分配量F1与F2处理之间无显著差异,但显著高于F3处理;有机肥M3水平下,F2的干物质分配量显著高于F1、F3处理。不同配施比较发现,以M3F2处理的叶片干物质分配量最高,其余依次为M2F2、M2F1、M2F3、M3F2、M3F3M1F1M1F2、M1F3。图1成熟期干物质在各器官中的分配量FIG1AMOUNTOFDRYMATTERDISTRIBUTIONINDIFFERENTORGANSATMATURITY不施有机肥的M1处理中,玉米茎干物质分配量显著低于施有机肥的M2和M3处理。有机肥M1水平下,分配到茎中的干物质随化肥施用量的增加而降低;有机肥M2水平下,茎干物质分配量在化肥处理间的差异表现为F3F1F2;而在有机肥施用量M3水平下,F1处理的茎干物质分配量显著低于F2和F3处理,但F2与F3处理之间无显著差异。不同配施处理比较,M2F3、M3F2和M3F3无显著差异,但高于其它处理;其次为M2F1和M3F1处理,M2F2与M1F1处理无显著差异,M1F2处理较低,M1F3最低。苞叶穗轴的干物质分配量在M1、M2、M3水平下分别为499GSTALK1、514GSTALK1、548GSTALK1。M1水平下,苞叶穗轴的干物质分配量F1F3F2;M2水平下,苞叶穗轴的干物质分配量随化肥用量的增加呈递增趋势;M3水平下,F3处理获得了最高的干物质分配量,F1与F2处理无显著差异。不同配施处理间比较,处理间差异表现为M1F1、M2F3、M3F3M3F1、M3F2、M2F2M1F3M2F1M1F2P0001。单株籽粒干物重以有机肥M1处理最低,M2与M3之间无显著差异。有机肥施用量M1水平下,F1与F3处理无显著差异,但显著高于F2处理;M2水平下,M2F2M2F1、M2F3;M3水平下,M3F2M3F1、M3F3。不同配施处理间比较,处理间籽粒干物重差异表现为M2F2、M3F2M2F1、M2F3、M3F1、M3F3、M1F1、M1F3M1F2。说明不施有机肥时,不施化肥和正常化肥用量均利于籽粒干物重的提高,而化肥用量为正常用量一半的处理对籽粒干物重无显著影响;在有机肥用量75THM2和150THM2条件下,化肥用量降低到正常用量一半的处理获得了最高的籽粒干物重;但增加有机肥用量一倍对籽粒干物重无显著影响。34不同器官干物质分配量的相关性分析表3显示,叶片干物质分配量与茎杆的干物质分配量呈极显著正相关;叶片、茎干物质分配量与单株总干物质积累量呈极显著正相关,相关系数达091和092;苞叶穗轴和籽粒的干物质分配量与单株总干物质积累量呈显著正相关;籽粒干物质分配量与叶片的干物质分配量呈显著正相关。说明在试验条件下,郑单958的籽粒产量主要取决于光合光能器官叶片的干物质分配量,植株总重则主要决定于叶片和茎杆的干物质分配量,其次取决于籽粒和苞叶穗轴的干物质分配量。35不同处理玉米籽粒产量的差异由图2可以看出,不施有机肥时,籽粒产量以F2处理最低;在M2和M3水平下,则以F2处理的籽粒产量最高,分别为12884KGHM2和124914KGHM2。但总的看来,施有机肥条件下化肥用量为常规用量的一半时产量最高。以上说明有机肥用量为75KGHM2即可获得玉米高产,有机肥用量再增加至150KGHM2对产量无益,增加的75KGHM2有机肥为无效投入。

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