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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

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260

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值
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值
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值
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值
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 K1、K3
K（施钾量）
Potassium rate		 K1 K2 K3 K2 K2 K2 K1 K3 K3 K3 K2、K3
S（秸秆还田量）
Straw return rate		 K2 K2 K1 K3 K1 K2 K2 K3 K2 K3 K2
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