液体粪肥行间侧施入立茬玉米提高籽粒产量并维持收获后土壤养分状况

《Agronomy Journal》：Side-dressing liquid manure into standing corn increases grain yield while maintaining post-harvest soil nutrient status

　　

在美国中西部，液体粪肥通常在秋季作物收获后施用于裸露土壤，增加了冬季和早春期间养分损失的风险。使用罐车（tanker）或软牵引软管系统（soft drag hose system）将粪肥作为侧施（side-dress）施入立茬玉米（Zea mays L.），可以更好地匹配季节性植株氮（N）吸收，但生产者需要证据来证明这种做法能够维持作物产量并减少收获后土壤中过量的氮。研究人员于2022—2023年在俄亥俄州（Ohio）五个县的玉米田中开展了成对的田间条带试验，比较了合成肥料管理与侧施液体猪（猪）粪（swine manure）的处理。试验采用随机完全区组设计（randomized complete block design），在8个田间位点设置3次重复。在施用前（早季，Early Season）和收获后（晚季，Late Season）采集0–20 cm土壤样品。在各试点中，与施用肥料相比，侧施粪肥使玉米籽粒产量平均提高8.5%（p = 0.06），且第一年有效氮供应量减少12%，更接近季节性作物氮需求，并缩短了相对于秋季施用的环境损失窗口期。两种处理间穗位叶（ear-leaf）养分浓度无差异，表明粪肥维持了玉米的营养状况。多数土壤养分和土壤健康指标不受处理×采样时间交互作用的影响，表明侧施粪肥在不增加收获后表土养分盈余的前提下提高了产量，但例外的是侧施粪肥处理在玉米收获后表现出较高的锌（zinc）含量。总体而言，在农场生产条件下（working-farm conditions），季内粪肥侧施可以在保持收获后表土养分状况的同时提高玉米生产力。

液体粪肥行间侧施入立茬玉米提高籽粒产量并维持收获后土壤养分状况

在美国中西部，液体粪肥最常用的施用方式是秋季作物收获后施用于裸露土地，这种传统做法使氮（N）和磷（P）在冬季和早春期间面临较高的淋溶与径流损失风险，对水体质量构成威胁。将粪肥在作物生长季以侧施方式注入立茬玉米（Zea mays L.），可以更精准地匹配作物的季节性氮需求，但缺乏在商业化农场尺度上的证据。这项研究旨在评估侧施液体猪粪（side-dressed liquid swine manure, SDM）与常规合成肥料（FERT）在玉米籽粒产量、植株营养状况和收获后土壤养分方面的差异，为季内粪肥施用提供田间实证。

研究人员于2022—2023年在俄亥俄州西北部5个县的8个商业农场开展了配对田间条带试验。每个农场设3次重复，采用随机完全区组设计，比较常规化肥处理与侧施液体猪粪处理。所有地块均有粪肥施用历史，土壤质地从砂质壤土到黏质壤土不等，各农场管理措施和种植制度由合作农场主自行决定。粪肥在玉米V4生长阶段前通过罐车或软牵引软管系统进行地下注入，施用量为46.8–74.8 kL ha^?1。试验期间采集了0–20 cm土壤样品，测定pH、土壤有机质（SOM, soil organic matter）、Mehlich-3浸提养分、阳离子交换量（CEC, cation exchange capacity）、高锰酸钾氧化碳（POXC, permanganate oxidizable carbon）、矿化碳、土壤蛋白以及无机氮等指标，并在玉米吐丝期（R1）采集穗位叶样品。统计分析采用混合效应线性模型，以年份、地点及区组为随机效应。

研究结果主要包含三个方面。第一，侧施粪肥对土壤性质的影响：大多数土壤养分和健康指标在处理与采样时间的交互效应中无显著变化，表明侧施粪肥没有导致收获后表土养分盈余。唯一的例外是锌（Zn），SDM处理在收获后土壤锌浓度显著高于FERT（8.00 mg kg^?1 vs 5.58 mg kg^?1），这与猪粪中因饲料添加锌而含量较高有关，但该浓度远低于植物毒性阈值，且穗位叶锌含量在处理间无差异。生长季内多种土壤指标（pH、有机质、P、K、Mg、Ca、B、Mn、Zn）升高，而POXC和矿化碳下降，反映土壤有机质分解和作物吸收的共同作用。第二，侧施粪肥对玉米穗位叶养分浓度的影响：所有测定的养分（N、P、K、Ca、Mg、S、B、Cu、Fe、Mn、Zn、Na）在两种处理间均无显著差异（p>0.1），说明粪肥没有对植株营养状况产生不良影响。第三，侧施粪肥对玉米产量的影响：SDM处理的籽粒产量平均比FERT高8.5%（p=0.06）。尽管SDM处理的第一年有效氮供应量（159–212 kg N ha^?1）较FERT（168–264 kg N ha^?1）低约12%，但作物氮移除量在各站点相当或更高，表明粪肥的氮供应与作物全季需求更加匹配。这是因为粪肥侧施将铵态氮在作物快速吸氮期之前注入土壤，缩短了养分在环境中的暴露时间，同时地下注入减少了氨挥发和径流损失。此外，粪肥本身携带的水分（相当于4.7–7.5 mm水）在早季起到了补充土壤水分的作用，尤其在降水偏少的2023年更为重要。

讨论指出，侧施粪肥处理下收获后土壤无机氮（硝态氮+铵态氮）没有显著增加，说明大部分氮被作物吸收或固持在土壤有机质库中，避免了多余硝酸盐淋溶到更深土层。由于试验地块多为质地较细的土壤，且以往研究未发现注入猪粪在60 cm深度以内显著增加硝态氮淋失，因此侧施粪肥的环境风险低于秋季施用。从养分管理的角度，该做法符合4R养分管理（right source, right rate, right time, right place）和两年轮作养分平衡策略，有助于减少西部伊利湖流域（WLEB, Western Lake Erie Basin）的养分面源污染，降低蓝藻水华的发生风险。

研究结论指出，将液体粪肥侧施入立茬玉米能够维持或提高玉米籽粒产量，并保持植株组织的营养状况。液体粪肥侧施通过更好地匹配养分投入与作物需求，具有减少环境养分负荷的巨大潜力。因此，粪肥可以有效地替代或补充化肥，符合再生农业实践，同时减少对合成投入的依赖。优化粪肥管理策略可支持农民通过整合作物与畜牧系统向循环经济转型。