作物杂志,2021, 第1期: 168–174 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2021.01.023

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

基于正交设计的玉米有机无机培肥模式优化研究

刘艳(), 宫亮(), 邢月华, 包红静   

  1. 辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所,110161,辽宁沈阳
  • 收稿日期:2020-05-02 修回日期:2020-06-22 出版日期:2021-02-15 发布日期:2021-02-23
  • 通讯作者: 宫亮
  • 作者简介:刘艳,主要从事植物营养与施肥研究,E-mail: liuyan1980@163.com
  • 基金资助:
    “十三五”国家重点研发计划项目(2017YFD0300702);“十三五”国家重点研发计划项目(2018YFD0300303)

Study on the Optimization of Organic-Inorganic Fertilization Model for Maize Based on Orthogonal Design

Liu Yan(), Gong Liang(), Xing Yuehua, Bao Hongjing   

  1. Institute of Plant Nutrition and Environmental Resource, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161, Liaoning, China
  • Received:2020-05-02 Revised:2020-06-22 Online:2021-02-15 Published:2021-02-23
  • Contact: Gong Liang

摘要:

为优选有机无机培肥模式,采用L9(34)正交试验设计,研究不同氮磷钾施用量和秸秆还田量对土壤物理、化学性质及玉米产量的影响。结果表明:有机物料秸秆的施用对土壤物理性质的改善有极显著影响,而无机化肥用量对其影响不显著;秸秆和施氮量对土壤有机质和碱解氮含量影响显著;磷肥和钾肥用量分别对有效磷和速效钾含量影响显著,通过因素不同水平的综合平衡分析比较,在辽宁中部玉米主产区采用施氮量180kg/hm2、施磷量90kg/hm2、施钾量120kg/hm2、秸秆还田量6 000kg/hm2的玉米生产和土壤培肥技术模式,可达到改善土壤结构、提高土壤质量和增产增效的最佳效果。

关键词: 正交设计, 有机培肥, 玉米, 产量

Abstract:

In order to optimize the combination of organic-inorganic fertilization, an orthogonal design experiment of L9(34) was used to study the effects of different amounts of N, P, K and straw returning on soil physical, chemical properties and maize yield. The results showed that the organic material straw had a significant effect on the improvement of soil physical properties, but the effect of inorganic fertilizer was not significant. The effects were significant of straw and nitrogen application on the contents of soil organic matter and alkaline N, and the rates of P and K had significant effects on the contents of available P and available K, respectively. Through analysis and comparison of different levels of four factors, the technical model with the application of 180kg/ha of nitrogen, 90kg/ha of phosphorus, 120kg/ha of potassium and 6 000kg/ha of straw could reach the best effect of improving soil structure and quality, and increasing yield and efficiency in the main maize area of central Liaoning.

Key words: Orthogonal design, Organic fertilization, Maize, Yield

表1

正交试验因素与水平

水平
Level
因素Factor
N
施氮量
Nitrogen rate
P
施磷量
Phosphorus rate
K
施钾量
Potassium rate
S
秸秆还田量
Straw return rate
1 120 90 90 0
2 180 120 120 6 000
3 240 150 150 12 000

表2

有机无机培肥正交试验设计参数组合及试验结果

组合
Combination
产量
Yield
(kg/hm2)
百粒重
100-grain weight(g)
土壤化学性质Soil chemical property 土壤物理性质Soil physical property
有机质含量
Organic
matter
(g/kg)
碱解氮
Alkaline nitrogen
(mg/kg)
有效磷
Available phosphorus
(mg/kg)
速效钾
Available potassium
(mg/kg)
容重
Bulk
density
(g/cm3)
田间持水量
Field
capacity
(%)
毛管孔隙度
Capillary
porosity
(%)
非毛管孔隙度
Non-capillary
porosity
(%)
N1P1K1S1 7 517.7 32.9 27.69 64.6 32.2 127 1.23 27.89 33.20 21.74
N1P2K2S2 8 419.0 35.3 30.71 100.9 23.5 136 1.18 27.52 30.81 26.83
N1P3K3S3 7 947.9 27.4 29.30 103.4 33.5 177 1.17 28.88 32.53 24.93
N2P1K2S3 8 544.4 36.3 28.15 109.3 40.8 162 1.18 29.75 30.09 27.28
N2P2K3S1 8 041.3 32.2 26.64 110.6 33.2 137 1.24 25.03 30.14 24.46
N2P3K1S2 9 358.1 32.3 29.18 110.2 39.8 176 1.19 27.46 30.90 26.60
N3P1K3S2 8 738.3 32.7 31.35 107.6 41.3 167 1.18 25.75 28.07 30.70
N3P2K1S3 9 603.1 31.5 31.30 114.0 30.3 164 1.16 28.01 30.29 28.82
N3P3K2S1 9 291.0 33.9 26.29 100.5 36.5 144 1.20 26.71 33.85 32.07

表3

土壤物理指标极差分析

因素Factor N P K S
容重 K1 1.19 1.20 1.19 1.22
Bulk density (g/cm3) K2 1.20 1.19 1.19 1.18
K3 1.18 1.19 1.20 1.17
R 0.02 0.01 0.01 0.05
田间持水量 K1 28.10 27.80 27.80 26.50
Field capacity (%) K2 27.40 26.90 28.00 26.90
K3 26.80 27.70 26.60 28.90
R 1.30 0.90 1.40 2.30
毛管孔隙度 K1 32.20 30.50 31.50 32.40
Capillary porosity (%) K2 30.40 30.40 31.60 29.90
K3 30.70 32.40 30.20 31.00
R 1.80 2.01 1.34 2.47
非毛管孔隙度 K1 24.50 26.60 25.70 26.10
Non-capillary porosity (%) K2 26.10 26.70 28.70 28.00
K3 30.50 27.90 26.70 27.00
R 6.03 1.29 3.01 1.95

表4

土壤物理指标的方差分析

因素
Factor
误差来源
Source of difference
Ⅲ型平方和
Sum of square(Ⅲ)
自由度
df
均方
Mean square
F
F-value
sig.
容重 N 0.020 2 0.010 3.867 0.040
Bulk density (g/cm3) P 0.004 2 0.002 0.885 0.430
K 0.001 2 0.000 0.150 0.862
S 0.035 2 0.018 6.929 0.006
误差 0.046 18 0.003
田间持水量 N 8.396 2 4.198 2.046 0.158
Field capacity (%) P 19.870 2 9.935 4.842 0.021
K 25.347 2 12.674 2.022 0.161
S 8.298 2 4.149 6.177 0.009
误差 36.933 18 2.052
毛管孔隙度 N 12.123 2 6.061 0.702 0.509
Capillary porosity (%) P 13.109 2 6.555 0.759 0.483
K 31.281 2 15.641 1.811 0.192
S 58.107 2 29.053 3.365 0.049
误差 155.432 18 8.635
非毛管孔隙度 N 65.833 2 32.916 2.252 0.134
Non-capillary porosity (%) P 2.575 2 1.287 0.088 0.916
K 31.349 2 15.675 1.072 0.363
S 211.007 2 105.503 7.218 0.005
误差 263.117 18 14.618

表5

土壤化学指标极差分析

因素Factor N P K S
有机质 K1 29.2 29.1 29.4 26.9
Organic matter (g/kg) K2 28.0 29.6 28.4 30.4
K3 29.7 28.3 29.1 29.6
R 1.7 1.3 1.0 3.5
碱解氮 K1 89.6 93.8 96.3 91.9
Alkaline nitrogen (mg/kg) K2 110.0 108.5 103.6 106.2
K3 107.4 104.7 107.2 108.9
R 20.4 14.7 10.9 17.0
有效磷 K1 29.7 38.1 34.1 34.0
Available phosphorus (mg/kg) K2 37.9 29.0 33.6 34.9
K3 36.0 36.6 36.0 34.9
R 8.2 9.1 2.4 0.9
速效钾 K1 146.7 152.0 155.7 136.0
Available potassium (mg/kg) K2 258.3 145.7 147.3 159.7
K3 258.3 165.7 160.3 167.7
R 11.7 20.0 13.0 31.7

表6

土壤化学指标的方差分析

因素
Factor
误差来源
Source of difference
Ⅲ型平方和
Sum of square (Ⅲ)
自由度
df
均方
Mean square
F
F-value
sig.
有机质 N 0.127 2 0.064 2.380 0.121
Organic matter (g/kg) P 0.171 2 0.086 3.209 0.064
K 0.058 2 0.029 1.080 0.360
S 0.572 2 0.286 10.703 0.001
误差 0.481 18 0.027
碱解氮 N 2 338.068 2 1 169.034 11.410 0.001
Alkaline nitrogen (mg/kg) P 974.684 2 487.342 3.757 0.052
K 541.986 2 270.993 2.645 0.098
S 1 508.745 2 754.372 7.363 0.005
误差 1 844.171 18 102.454
有效磷 N 336.968 2 168.484 3.029 0.022
Available phosphorus (mg/kg) P 433.443 2 216.721 5.614 0.021
K 26.851 2 13.426 0.719 0.509
S 5.345 2 2.672 0.143 0.868
误差 335.877 18 18.660
速效钾 N 816.667 2 408.333 2.271 0.132
Available potassium (mg/kg) P 1 880.667 2 940.333 3.884 0.076
K 780.667 2 390.333 5.471 0.014
S 4 880.667 2 2 440.333 6.156 0.009
误差 3 094.000 18 171.889

表7

不同处理玉米产量和百粒重的极差分析

因素Factor N P K S
产量 K1 7 961.5 8 266.8 8 826.3 8 283.3
Yield (kg/hm2) K2 8 647.9 8 687.8 8 751.5 8 838.5
K3 9 210.8 8 865.7 8 242.5 8 698.5
R 1 249.3 598.9 583.8 555.1
百粒重 K1 31.9 34.0 32.2 33.0
100-grain weight (g) K2 33.6 33.0 35.2 33.4
K3 32.7 31.2 30.8 31.7
R 1.73 2.77 4.40 1.70

表8

不同处理玉米产量和百粒重的方差分析

因素
Factor
误差来源
Source of difference
Ⅲ型平方和
Sum of square(Ⅲ)
自由度
df
均方
Mean square
F
F-value
sig.
产量Yield (kg/hm2) N 23 988.176 2 11 994.088 5.512 0.014
P 12 811.882 2 6 405.941 2.944 0.078
K 13 666.027 2 6 833.013 3.140 0.068
S 4 318.482 2 2 159.241 0.992 0.390
误差 39 164.880 18 2 175.827
百粒重100-grain weight (g) N 3.542 2 1.771 0.277 0.761
P 0.872 2 0.436 0.068 0.934
K 20.016 2 10.008 1.567 0.236
S 34.819 2 17.409 2.726 0.092
误差 114.941 18 6.386

表9

各因素水平综合平衡法分析结果

因素
Factor
产量
Yield
百粒重
100-grain
weight
容重
Bulk
density
田间持水量
Field
capacity
毛管孔隙度
Capillary
porosity
非毛管孔隙度
Non-capillar
porosity
有机质
Organic
matter
碱解氮
Alkaline
nitrogen
有效磷
Available
phosphorus
有效钾
Available
potassium
K
K-value
N(施氮量)
Nitrogen rate
K3 K2 K2 K1 K1 K3 K3 K2 K2 K2 K2
P(施磷量)
Phosphorus rate
K3 K1 K1 K1 K3 K3 K2 K2 K1 K3 K1K3
K(施钾量)
Potassium rate
K1 K2 K3 K2 K2 K2 K1 K3 K3 K3 K2K3
S(秸秆还田量)
Straw return rate
K2 K2 K1 K3 K1 K2 K2 K3 K2 K3 K2
[1] Peltonen-Sainio P, Jauhiainen L, Laurila I P. Cereal yield trends in northern European conditions:Changes in yield potential and its realization. Field Crops Research, 2009,110(1):85-90.
[2] 耿开友. 有机肥产业化与中国农业可持续发展. 中国农学通报, 2004,20(5):242-245.
[3] 刘晓燕, 金继运, 任天志, 等. 中国有机肥料养分资源潜力和环境风险分析. 应用生态学报, 2010,21(8):2092-2098.
[4] 张奇春, 王光火. 长期不同施肥下杂交水稻与常规稻的产量与土壤养分平衡. 植物营养与肥料学报, 2006,12(3):136, 340-345.
doi: 10.11674/zwyf.2006.0309
[5] 张北赢, 陈天林, 王兵. 长期施用化肥对土壤质量的影响. 中国农学通报, 2010,26(11):182-187.
[6] 刘高洁. 长期施肥对麦玉两熟作物光合和保护酶活性的影响. 北京:中国农业科学院, 2010.
[7] Li F S, Yu J M, Nong M L, et al. Partial root-zone irrigation enhanced soil enzyme activities and water use of maize under different ratios of inorganic to organic nitrogen fertilizers. Agricultural Water Management, 2010,97(2):231-239.
[8] 张晓文, 赵改宾, 杨仁全, 等. 农作物秸秆在循环经济中的综合利用. 农业工程学报, 2006,22(增1):107-109.
[9] 路文涛, 贾志宽, 张鹏, 等. 秸秆还田对宁南旱作农田土壤活性有机碳及酶活性的影响. 农业环境科学学报, 2011,30(3):522-528.
[10] 王虎, 王旭东, 田宵鸿. 秸秆还田对土壤有机碳不同活性组分储量及分配的影响. 应用生态学报, 2014,25(12):3491-3498.
[11] 汪军, 王德建, 张刚. 秸秆还田下氮肥用量对稻田养分淋洗的影响. 中国生态农业学报, 2010,18(2):316-321.
[12] 顾巍巍, 顾树平, 张强, 等. 有机无机配施对水稻产量及产量构成因素的影响. 上海农业学, 2015,31(6):95-100.
[13] 查燕, 武雪萍, 张会民, 等. 长期有机无机配施黑土土壤有机碳对农田基础地力提升的影响. 中国农业科学, 2015,48(23):4649-4659.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2015.23.006
[14] 徐中儒. 回归分析与试验设计. 北京: 中国农业出版社, 1997.
[15] 郑信建. 有机无机肥配施对水稻产量及土壤肥力的影响. 安徽农学通报, 2017,23(17):57-59.
[16] 李荣, 侯贤清, 吴鹏年, 等. 秸秆还田配施氮肥对土壤性状与水分利用效率的影响. 农业机械学报, 2019,50(8):289-298.
[17] 杨滨娟, 黄国勤, 徐宁, 等. 秸秆还田配施不同比例化肥对晚稻产量及土壤养分的影响. 生态学报, 2014,34(13):3779-3787.
doi: <a href='http://dx.doi.org/10.5846/stxb201306071416'>10.5846/stxb201306071416</a>
[18] 张亚丽, 吕家珑, 金继运, 等. 施肥和秸秆还田对土壤肥力质量及春小麦品质的影响. 植物营养与肥料学报, 2012,18(2):307-314.
doi: 10.11674/zwyf.2012.11214
[19] Liu X, Zhang Y, Han W, et al. Enhanced nitrogen deposition over china. Nature, 2013,494(7438):459-462.
doi: 10.1038/nature11917 pmid: 23426264
[20] Guo J H, Liu X J, Zhang Y, et al. Significant acidification in major Chinese croplands. Science, 2010,327(5968):1008-1010.
doi: 10.1126/science.1182570 pmid: 20150447
[21] 刘海龙, 何萍, 金继运, 等. 施氮对高淀粉玉米和普通玉米子粒可溶性糖和淀粉积累的影响. 植物营养与肥料学报, 2009,15(3):493-500.
doi: 10.11674/zwyf.2009.0301
[1] 曹晓燕, 武爱莲, 王劲松, 董二伟, 焦晓燕. 施氮量对高粱产量、品质及氮利用效率的影响[J]. 作物杂志, 2021, (2): 108–115
[2] 刘阿康, 王德梅, 王艳杰, 杨玉双, 马瑞琦, 高甜甜, 王玉娇, 阚茗溪, 赵广才, 常旭虹. 苗期调控对晚播小麦产量及氮素利用的影响[J]. 作物杂志, 2021, (2): 116–123
[3] 张晓娟, 张尚沛, 程炳文, 罗世武, 王勇, 杨军学, 王晓军. 旱地糜子生长、产量及土壤环境对不同覆膜种植方式的响应[J]. 作物杂志, 2021, (2): 124–129
[4] 刘剑钊, 袁静超, 梁尧, 贺宇, 张水梅, 史海鹏, 蔡红光, 任军. 玉米秸秆全量深翻还田地力提升技术模式实证及效益分析[J]. 作物杂志, 2021, (2): 135–139
[5] 李洁, 张小宁, 晋凡生, 韩彦龙, 李海金. 干旱年景下芸豆生长及产量对其密度的响应[J]. 作物杂志, 2021, (2): 140–146
[6] 刘萍, 邵彩虹, 张红林, 刘光荣. 基于季节性降雨的双季稻生育后期干湿交替灌溉对稻谷产量及品质的影响[J]. 作物杂志, 2021, (2): 153–159
[7] 李灿东, 郭泰, 王志新, 郑伟, 赵海红, 张振宇, 徐杰飞, 郭美玲. 黑龙江省中东部地区主栽大豆品种产量指标筛选及评价[J]. 作物杂志, 2021, (2): 45–51
[8] 李忠南, 王越人, 邬生辉, 刘励蔚, 曲海涛, 孙振宇, 李光发. 玉米单倍体自然加倍花粉结实力遗传的初步研究[J]. 作物杂志, 2021, (2): 57–61
[9] 张学鹏, 李腾, 王彪, 刘晴, 刘涵瑜, 陶志强, 隋鹏. 玉米叶片“源”的高温胁迫阈值研究[J]. 作物杂志, 2021, (2): 62–70
[10] 杨宇尘, 杜志敏, 张小鹏, 李坤译, 沈家琪, 徐海. 抽穗开花期喷施MeJA对粳稻产量和品质的影响[J]. 作物杂志, 2021, (2): 71–76
[11] 付景, 尹海庆, 王亚, 杨文博, 张珍, 白涛, 王越涛, 王付华, 王生轩. 不同追氮模式对河南沿黄稻区粳稻根系生长和产量的影响[J]. 作物杂志, 2021, (2): 77–86
[12] 王德权, 孙延国, 杜玉海, 刘洋, 王艺, 马兴华, 张玉琴, 张日强. 移栽时间与方式对烤烟生长发育及产量、品质的影响[J]. 作物杂志, 2021, (2): 87–95
[13] 李瑞杰, 闫鹏, 王庆燕, 许艳丽, 卢霖, 董志强, 张凤路. 5-氨基乙酰丙酸和乙烯利对东北春玉米功能叶光合生理特性和产量的影响[J]. 作物杂志, 2021, (1): 135–142
[14] 刘佳敏, 汪洋, 褚旭, 齐欣, 王慢慢, 赵亚南, 叶优良, 黄玉芳. 种植密度和施氮量对小麦-玉米轮作体系下周年产量及氮肥利用率的影响[J]. 作物杂志, 2021, (1): 143–149
[15] 段惠敏, 卢潇, 周晓洁, 李高峰, 文国宏, 王玉萍, 程李香, 张峰. 马铃薯叶型和种植密度对产量组分的影响[J]. 作物杂志, 2021, (1): 160–167
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[1] 黄文辉, 王会, 梅德圣. 农作物抗倒性研究进展[J]. 作物杂志, 2018, (4): 13 –19 .
[2] 朱鹏锦,庞新华,梁春,谭秦亮,严霖,周全光,欧克维. 低温胁迫对甘蔗幼苗活性氧代谢和抗氧化酶的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 131 –137 .
[3] 柴莹,徐永清,付瑶,李秀钰,贺付蒙,韩英琦,冯哲,李凤兰. 马铃薯干腐病病原镰孢菌体内产细胞壁降解酶特性研究[J]. 作物杂志, 2018, (4): 154 –160 .
[4] 杨飞,马文礼,陈永伟,张战胜,王昊. 匀播、滴灌对春小麦幼穗分化进程及产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 84 –88 .
[5] 刘亚军,胡启国,储凤丽,王文静,杨爱梅. 不同栽培方式和种植密度对“商薯9号”产量及结薯习性的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 89 –94 .
[6] 袁珍贵,陈平平,郭莉莉,屠乃美,易镇邪. 土壤镉含量影响水稻产量与稻穗镉累积分配的品种间差异[J]. 作物杂志, 2018, (1): 107 –112 .
[7] 陈亮妹,李江遐,胡兆云,叶文玲,吴文革,马友华. 重金属低积累作物在农田修复中的研究与应用[J]. 作物杂志, 2018, (1): 16 –24 .
[8] 赵璐,杨治伟,部丽群,田玲,苏梅,田蕾,张银霞,杨淑琴,李培富. 宁夏和新疆水稻种质资源表型遗传多样性分析及综合评价[J]. 作物杂志, 2018, (1): 25 –34 .
[9] 陆姗姗,吴承来,李岩,张春庆. 玉米自交系性状保持和纯化的分子依据[J]. 作物杂志, 2018, (1): 41 –48 .
[10] 焦悦,付伟,翟勇. RNAi技术在作物中的应用及安全评价研究[J]. 作物杂志, 2018, (1): 9 –15 .