雨養條件下控失肥對夏玉米產量的影響

白珊珊，萬書勤，康躍虎，劉士平(.中國科學院地理科學與資源研究所 陸地水循環及地表過程重點實驗室，北京 000；2.中國科學院大學，北京 00049)

環渤海低平原區是我國糧食生產的重點區域，但該地區水資源匱乏，土壤瘠薄鹽堿，制約著糧食的高產，迫切需要構建“增產、節水”的有效技術措施[1]。陳素英等研究發現，在小麥拔節期用2.0 g/L及以下的微咸水灌溉，可以節省1/4～1/3的淡水資源，并保證全年糧食不減產[2]。張喜英研究發現在夏玉米生育期內采取秸稈覆蓋，其總蒸散量可減少到320～380 mm，節水效果非常明顯，并且玉米適當晚收，有增產效果[3]。

控失肥是中國科學院離子束生物工程學重點實驗室研制出的一種新型環保肥料[4]，其原理就是在普通化肥中添加一種“控失劑”，利用“控失劑”將肥料營養成分固定在土壤中，從而減少肥料養分的流失，提高肥料利用效率，提高作物產量[5-7]。閆新萍研究發現，與當地常規肥料相比，安徽長豐夏玉米生育期內施用控失肥，夏玉米增產10.5%～20.5%[8]。

環渤海低平原區夏玉米生育期正值雨季，一般年份僅需要灌溉一次蒙頭水，但在降水分配不勻或伏旱嚴重的年份，也需要灌溉1～2次。本文基于控失肥養分流失率低的特點，探討在雨養條件下(最多灌一次底墑水或者蒙頭水)施用控失肥對夏玉米生長和產量等的影響，以期為環渤海低平原區糧食的節水、增產提供新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況及試驗設計

試驗在中國科學院南皮生態農業試驗站(北緯38：06′，東經116°40＇，海拔高度13 m)開展。該地區累年平均日照時數為2 760.2 h左右，年均氣溫12.3 ℃，年均降水量480 mm，但季節分配不均，多集中在夏秋季，冬春則比較干旱。多年平均濕度63.8%，多年平均無霜期201 d。試驗區土壤為華北平原廣泛分布的潮土，供試土壤基本理化性質詳見表1。土壤質地0～60 cm以砂質壤土為主，60～140 cm以粉砂壤土為主。試驗區土壤偏堿性。土壤有機質含量隨著土壤深度的增加而降低。耕作層0～20 cm土層有機質含量呈現出缺乏的狀態(依據土壤養分分級指標)。土壤剖面硝態氮含量垂直分布不均勻，0～80 cm深度范圍內硝態氮含量隨著土壤深度的增加而降低，80～140 cm硝態氮含量較高。速效磷含量較低，而速效鉀含量較高。

2013-2015年3 a供試夏玉米品種是鄭單958。當地夏玉米的施肥方案是種肥磷酸二銨300 kg/hm2，大喇叭口期追入尿素300 kg/hm2，即28%N和100%P為種肥，大喇叭口期(2013年8月4日、2014年8月1日、2015年8月3日)追施72%N，不施K肥。2013年夏玉米沒有灌水；2014年由于玉米苗期降水較少，地面灌溉60 mm以保證玉米齊苗、壯苗；2015年夏玉米播種后灌蒙頭水30 mm。

表1 供試土壤基本理化性質

2013年，設計了9個施肥處理，分別是：①CK：當地施肥量和施肥方案；②20%～160%K：為了減少勞力投入，僅施種肥不追肥，且種肥為控失肥(N-P-K：14-7-8)。保證P2O5施肥量同當地施肥量一致條件下，設計了20%、40%、60%、80%、100%、120%、140%和160%共8個施肥比例。另外設一個完全不施肥的處理CK0。試驗處理詳見表2，每個處理3個重復，隨機區組布置。

2014和2015年，在保證N和P2O5施肥量同當地施肥量基本一致條件下，試驗設計了4個施肥處理，分別是：①CK：當地施肥量和施肥方案；②K2Z：同當地施肥量和施肥方案，底肥為控失型磷酸二銨(N-P-K：16-45-0)；③K3Z：28%N和20%P底施，底肥為控失肥(N-P-K：24-12-12)，大喇叭口期追施72%N 和80%P，追肥為尿素和磷酸二氫鉀；④K3：為了減少勞力投入，僅施底肥不追肥，且底肥全部為控失肥(N-P-K：24-12-12)。另外設一個完全不施肥的處理CK0。試驗處理詳見表2，每個處理3個重復，隨機區組布置。

表2 夏玉米施肥處理試驗方案

1.2 觀測項目和方法

夏玉米產量指標：夏玉米收獲時，每個重復隨機選擇15株考種，考種項目包括：穗長、禿尖長度、穗粒數和百粒重等，將這15株玉米脫粒、晾曬并測產，每個處理均以3次重復的平均值代表實際產量。

肥料農學效率(AE)是指特定施肥條件下，單位施肥量所增加的作物產量，計算公式如下：

AE=(Y-Y0)/R

(1)

式中：AE為肥料農學效率，kg/kg；Y為施肥作用下作物的產量，kg/hm2；Y0為不施肥條件下作物的產量，kg/hm2；F為肥料純養分(N、P2O5和K2O)的投入量，kg/hm2[9,10]。

農學效率反映了單位施肥量增加作物產量的能力[11]，是評價肥料增產效應較為準確的指標[12]。

1.3 數據處理方法

采用SAS9.2安裝包和Excel2010軟件對試驗數據進行統計分析，示意圖用Microsoft Excel軟件繪制。

2 結果與分析

2.1 夏玉米生育期的降水量

環渤海低平原區夏玉米生長季正值雨季，降雨會導致養分的淋失。控失肥可以減少降雨、灌溉等造成的養分淋失。結合夏玉米生長季降水量，分析控失肥的施用效果。2013、2014和2015年夏玉米生育期內的降水量如圖1所示。2013年夏玉米生育期內降水量較多，達543.7 mm，玉米生長受到澇災的影響。夏玉米苗期-抽雄吐絲期降水量較多，達到總降水量的93%，最大的一次降水量高達87.8 mm，發生在夏玉米大喇叭口期，此時正好是追肥后3 d，很容易造成肥料養分的淋失。2014年夏玉米生育期內降水量較少，僅161.1 mm，最大的降雨量 42.9 mm發生在夏玉米灌漿初期，玉米生長受到旱災的影響。2015年夏玉米生育期內降雨量為356.3 mm，玉米苗期降水較少，降水主要分布在拔節期-灌漿初期，較大兩次降雨量分別為52.5和70.5 mm，分別在追肥后21和29 d，發生在灌漿初期不易造成養分的流失。河北省夏玉米生長季多年平均降雨量(408.68±64.22 mm)[13]，可以知道2013年夏玉米生長季的總降雨量過多、2014年過少、2015年正常。

圖1 夏玉米生育期內的降水量

2.2 控失肥對夏玉米產量及產量構成和肥料農學效率的影響

2.2.1控失肥對夏玉米產量及產量構成的影響

不同施肥處理的夏玉米產量及產量構成詳見表3。從表3中可以看到，2013年玉米受到澇災影響，產量最低，平均產量僅達到6 617 kg/hm2；2014年玉米受到旱災，產量也受到一定影響，平均產量為10 753 kg/hm2；與前兩年相比，2015年夏玉米生長季降雨適宜，夏玉米產量最高，平均可達12 527 kg/hm2。

2013年不施肥處理(CK0)的產量最低，為5 666.7 kg/hm2，當地常規施肥處理(CK)的產量次之，為5 944.4 kg/hm2。施用控失肥可以提高了夏玉米的產量，且隨著施肥比例的增加而提高，在140%控失肥施肥處理(140%K1)時達到最大，為8 000 kg/hm2，之后隨著施肥比例的增加，產量顯著降低。相比CK，20%～160%控失肥施肥(20%～160%K1)夏玉米產量提高了4%～26%，其中100%K1產量提高了16%。這主要是因為2013年玉米生育期降雨多，相比常規肥料，控失肥養分淋失少，從而顯著提高了玉米產量。從產量構成來看，CK0的穗長最短、禿尖長度最大、穗粒數最少，而140% K1的穗長最長、禿尖長度最短、穗粒數最多、百粒重最大，從而造成了CK0夏玉米的產量最低，而140%K1的最高。

2014年同2013年的試驗結果基本一致，CK0的產量最低為9 492.5 kg/hm2，CK的產量次之，為10 208 kg/hm2。施用控失肥可以提高夏玉米的產量，其中底肥為尿素和控失型磷酸二銨、追肥尿素處理(K2Z)的產量最高，為11 504.8 kg/hm2，比CK0增產了21%，比CK增產了13%。一次性施入控失肥(24-12-12)處理(K3)和控失肥(24-12-12)追施尿素、磷酸二氫鉀處理(K3Z)的產量也較高，相比CK0產量平均提高了19%，相比CK產量平均提高了11%。控失肥處理夏玉米的產量與不施肥處理的產量表現為顯著差異。從產量構成來看，所有處理的百粒重均無顯著差異，CK0的穗長最短、禿尖長度最大、穗粒數最少，使得其產量最低。

2015年同前兩年的試驗結果基本一致，CK0的產量最低為11 561.5 kg/hm2，CK的產量次之，為11 788.5 kg/hm2。施用控失肥可以提高夏玉米的產量，其中K2Z的產量最高，并與其他處理之間呈現出顯著差異，比CK0增產19%，比CK增產17%。K3和K3Z處理夏玉米的產量也較高，相比CK0產量分別提高了13%和8%，相比CK產量平均提高了11%和6%。從產量構成來看，所有處理的穗粒數無顯著差異，但是K2Z的穗長最長、禿尖長度最短、百粒重最大，從而使得其產量最高。

2.2.2控失肥對夏玉米肥料農學效率的影響

肥料農學效率也稱農藝利用率，它表示施用肥料的每千克 N、P、K增產作物的能力。不同施肥處理夏玉米的肥料農學效率如圖2所示。一般而言，肥料利用效率隨著施肥量的增加呈下降趨勢[9]。2013年夏玉米生育期內，N、P和K肥料農學效率大致隨著施肥比例的提高而降低，符合這一規律。20%K1的N、P和K肥料農學效率最高，分別為11.1、22.1和19.4 kg/kg，160%K1的N、P和K肥料農學效率最低，分別為1.1、2.3和2.0 kg/kg。相比當地施肥(CK)，20%～140%控失肥處理(20%～140%K1)N的肥料農學效率提高了213%～665%，P的肥料農學效率提高了350%～700%。

2014和2015年N和P的肥料農學效率均表現為底肥控失型磷酸二銨和尿素、追肥尿素處理(K2Z)的最高，兩年平均N和P的肥料農學效率分別為10.7和15.5 kg/kg。相比當地常規施肥處理(CK)，2014年N和P的肥料農學效率分別提高了176%和188%，2015年N和P分別提高了838%和879%。在正常年份(2015年)，降水分布比較均勻，配合施用控失肥，可顯著提高肥料農學效率并增產。

綜合分析這3 a的試驗結果可知：①在保證N和P2O5施肥量同當地施肥量基本一致、相同雨養條件下，僅施底肥控失肥不追肥(100%K1、K3)可以提高夏玉米的產量，其產量比CK的提高了11%～16%；對于夏玉米而言，底肥施用尿素和控失型磷酸二銨、在大喇叭口期追肥尿素(K2Z)更有利于夏玉米增產，可增產13%～17%；但不同類型控失肥對夏玉米產量沒有顯著影響；②控失肥可減少肥料養分的流失，顯著提高肥料農學效率。相比當地施肥處理N和P的肥料農學效率分別提高了308%和432%，尤其是在濕潤多雨年份，施用控失肥可以顯著增產，并且適當提高施肥量更有利于夏玉米的增產。

表3 不同施肥處理的夏玉米產量及產量構成

注：同列數據后不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

圖2 不同施肥處理夏玉米的肥料農學效率

3 結 論

本研究結果主要結論有以下幾個方面。

(1)在干旱和正常年份，夏玉米不進行灌溉，僅施用控失肥替代常規肥料，就能獲得高產；在保證N和P2O5施肥量同當地施肥量基本一致、相同雨養條件下，與常規肥料相比，施用控失肥夏玉米產量增加11%～17%，且不同類型控失肥對夏玉米產量沒有顯著影響；底肥施用控失肥、并在大喇叭口期追肥有利于夏玉米增產，可增產13%～17%；控失肥一次性作種肥為施入，夏玉米增產10%～11%，但可以減少了追肥的勞動力。

(2)控失肥可以顯著提高肥料農學效率。與當地常規肥料的肥料農學效率相比，夏玉米生長季施用控失肥，N和P的肥料農學效率分別提高了308%和432%。

由此可以知道，在環渤海低平原區，施用新型環保控失肥可以提高玉米的產量，提高肥料利用效率；并且在勞動力較少的情況，可以通過一次性施入控失肥作為種肥，以減少追肥的勞動力；在淡水資源非常緊缺時，即使在干旱和偏干旱年份，在保證夏玉米齊苗后，不灌溉雨養條件下通過施用控失肥，可以保證獲得100%的夏玉米產量。

在本研究僅基于控失肥對夏玉米產量和肥料農學效率的影響分析，并未進行土壤養分的分析，第3年

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