土壤肥力和施肥措施對冬小麥-夏玉米產量地力貢獻率和土壤容重的影響

郭　麗，鄭春蓮，曹彩云，黨紅凱，馬俊永，李科江（河北省農林科學院旱作農業研究所，河北省農作物抗旱研究重點實驗室，農業部河北南部耕地保育科學觀測實驗站，河北衡水053000）

土壤肥力和施肥措施對冬小麥-夏玉米產量地力貢獻率和土壤容重的影響

郭麗，鄭春蓮，曹彩云，黨紅凱，馬俊永，李科江*
（河北省農林科學院旱作農業研究所，河北省農作物抗旱研究重點實驗室，農業部河北南部耕地保育科學觀測實驗站，河北衡水053000）

為指導低平原區糧田基礎地力定向培育提供重要理論依據，2012耀2014年在大田試驗條件下，采用裂區試驗設計，以土壤肥力水平為主區、不同施肥措施為副區，研究了低平原區不同土壤基礎肥力（高肥、中肥、低肥）和施肥方式（CK—30a不施肥，T1—2a不施肥，T2—1a不施肥，T3—3a施NPK肥，T4—3a施PK肥）對冬小麥-夏玉米產量、地力貢獻率和土壤容重的影響。結果表明：各肥力條件下小麥、玉米及全年產量基本表現為T3躍T2躍T1躍T4躍CK，其中，高、中肥力條件下作物產量差異較小，且與低肥力下的產量差異基本達到了極顯著水平。各肥力條件下，不同施肥措施的基礎地力貢獻率均表現為T2躍T1躍CK；各施肥處理在不同肥力條件下的周年基礎地力貢獻率差異均不顯著，但總體來看，高肥力地塊對周年產量的基礎地力貢獻率相對較高。各肥力地塊在同種施肥方式下土壤容重差異均不顯著；低肥力地塊施用氮磷鉀肥可以顯著降低土壤容重，但隨著土壤肥力增高，適當延長氮磷鉀肥施用年限才能對土壤容重有明顯的降低作用；氮肥對土壤緊實度的調控效應高于磷鉀肥。

冬小麥；夏玉米；產量；基礎地力貢獻率；土壤容重

糧食主產區農田一直被高強度利用，導致農田的生產消耗與地力培育補償失衡，加強農田基礎地力培育、提升農田生產潛力水平成為當前急需探索和解決的問題[1]。農田基礎地力受多種因素影響，研究表明，水稻、玉米和小麥3種主要作物的地力貢獻率存在明顯差異，其中水稻最高、小麥最低，并且不同種植區的作物地力貢獻率與環境以及土壤基本性質存在顯著相關[2]。前人研究了土壤化學性質對農田基礎地力的影響，發現土壤有機質含量對北方冬小麥的地力貢獻率影響較大，而土壤速效磷含量與南方冬小麥的地力貢獻率呈正相關[2，3]。此外，研究還發現，施用有機肥不僅能夠提升土壤肥力，還能夠增產增效，是化肥不可代替的。有關農田基礎地力的研究已有不少報道，但大多基于長期定位試驗，以長期不施肥處理為對照[4耀8]，這種地力狀況是在養分持續耗竭情況下進行的研究，并且只獲得長期施肥下的作物產量，但當年不施肥的基礎地力產量無法獲得。因此，針對迄今有關低平原區冬小麥-夏玉米復種連作栽培制度下農田基礎地力現狀及區域特征報道尚少的現狀，我們進行了不同基礎肥力和施肥方式對作物產量、地力貢獻率和土壤容重的影響研究，旨在揭示當地長期習慣施肥對基礎地力培育的結果，為指導低平原區糧田基礎地力定向培育提供理論依據。

1　材料與方法

試驗于2012耀2014年在河北省農林科學院旱作農業研究所護駕遲試驗站進行。該區屬黑龍港平原區（北緯37毅54憶12.50義、東經115毅42憶10.94義，海拔20 m），土壤類型為粘質土，種植制度為冬小麥-夏玉米復種連作，玉米秸稈全部還田，夏玉米鐵茬播種。小麥季降雨量134.7 mm，玉米季降雨量241.2 mm，年平均氣溫12.7益。

試驗小麥品種為衡4399，玉米品種為鄭單958。氮、磷、鉀肥分別為N、P2O5、K2O的施用量。

采用土壤基礎肥力和施肥方式2因子裂區試驗設計，以土壤肥力為主處理，施肥方式為副處理。小區面積10 m伊5 m，每處理均3次重復。其中，土壤肥力設高肥（施用牛糞）、中肥（肥力中等）、低肥（去表層土）3個水平；施肥方式設2012耀2014年3 a未施肥（CK），2012年施氮、磷、鉀肥（T1，2a不施肥），2012年和2013年施氮、磷、鉀肥（T2，1a不施肥），2012耀2014年施氮、磷、鉀肥（T3，3a施NPK肥），2012耀2014年施磷、鉀肥（T4，3a施PK肥）。肥料施用量均為N360kg/hm2、P2O5240kg/hm2、K2O75kg/hm2，其中磷肥和鉀肥均在小麥播種前整地時一次性底施；氮肥為小麥、夏玉米各半，其中，小麥季氮肥用量底追各半，夏玉米季氮肥全部做追肥。

2014年小麥成熟后，采用聯合收割機進行全小區收獲，測定產量；夏玉米每小區收獲4行，測產。計算各處理小麥季、玉米季和周年的土壤基礎地力貢獻率（%，不施肥處理區產量/施氮磷鉀肥處理區產量伊100%）。選擇具代表性的地點，挖掘土壤剖面，去除5 cm耕層土壤，將環刀刃口向下垂直壓入土中，直至環刀筒內被土樣完全填充為止，取出環刀，將兩端多余的土壤削去，使環刀筒內土樣與環刀體積一致，立即將環刀蓋扣緊，防止土壤漏損。將土壤樣品烘干至恒重，稱量烘干土樣的質量，計算土壤容重（g/cm3，烘干土樣質量/環刀容積）。

利用SAS統計學分析軟件，進行數據的顯著性檢驗和相關分析。

2　結果與分析

2.1基礎肥力和施肥措施對作物產量的影響

2.1.1基礎肥力和施肥措施對小麥產量的影響不同基礎肥力的小麥產量差異達到了極顯著水平（表1），表明基礎肥力對小麥產量有極顯著影響。其中，中肥力條件下小麥產量最高，與高肥力處理差異不顯著，但二者均極顯著躍低肥力處理。施肥處理除低肥力T4處理的小麥產量略約CK外，其他肥力條件下其他施肥處理的小麥產量均躍CK，其中施氮磷鉀肥處理（T1耀T3）與CK差異基本達到顯著水平，以T3處理產量最高、T2處理次之，其中，中、高肥力下T3處理與T2處理差異不顯著，但均極顯著躍其他處理；低肥力下，T3處理顯著躍其他處理（表2）。而不施氮處理（T4）與CK差異均不顯著。表明中、高、低肥力地塊施入N、P、K肥料均有利于小麥高產，且連續2~3 a施入氮磷鉀肥能夠顯著提高小麥產量。

表1　不同基礎地力對小麥、玉米及全年籽粒產量的影響（kg/hm2）Table1　The effects of different basic soil fertility on the yield of wheat，maize and their total

2.1.2基礎肥力和施肥措施對玉米產量的影響高肥力條件下玉米產量最高，且顯著躍其他地力水平。施肥處理的玉米產量均躍CK，且3種地力施肥處理中除T4處理玉米產量與CK差異不顯著外，其他處理與CK差異均達顯著水平。以T3處理產量最高，其中，高、低肥力下，處理T3與處理T1和T2差異不顯著，與T4處理達極顯著或顯著水平；中肥力下，T3處理極顯著躍其他處理。表明土壤肥力越高，越有利于玉米獲得高產；在同一肥力下氮磷鉀肥配合施用能夠顯著提高玉米產量，但磷鉀肥增產作用不明顯；高、低肥力條件下當年和2a不施肥對玉米產量影響較小，但中肥力地塊當年或多年不施肥會使玉米大幅度減產。

2.1.3基礎肥力和施肥措施對周年作物產量的影響

高肥力條件下周年作物產量最高，與中肥力水平差異不顯著，但均極顯著躍低肥力處理。施肥處理的周年作物產量均躍CK，且除T4處理、低肥力T1處理與CK差異不顯著外，其他處理與CK差異均達到了極顯著水平。以T3處理產量最高，除高肥力下與T2處理差異不顯著外，與其他水平其他處理差異均達到了極顯著水平。表明土壤肥力越高，越有利于周年產量的增加；在同一肥力下氮磷鉀肥配合施用能夠顯著提高周年產量，但僅施磷鉀肥增產作用不明顯；高肥力條件下，當年不施肥對周年作物產量影響較小，但中、低肥力地塊當年或多年不施肥會使周年作物產量大幅度下降。因此，氮磷鉀肥均衡施用和基礎地力肥沃是提高周年作物產量的重要因素。

表2　不同基礎地力和施肥措施對小麥、玉米及全年籽粒產量的影響（kg/hm2）Table2　The effects of different basic soil fertility and fertilization treatments on the yield of wheat，maize and their total

2.2基礎肥力和施肥措施對基礎地力貢獻率的影響

各肥力條件下，小麥季、玉米季和全年基礎地力貢獻率均表現為T2躍T1躍CK（表3）。表明施肥年限越長，基礎地力對作物產量的貢獻率越大。

同一施肥處理不同肥力條件下的周年基礎地力貢獻率差異均不顯著，其中，CK表現為低肥力躍高肥力躍中肥力，T1處理表現為高肥力躍低肥力躍中肥力，T2處理表現為高肥力躍中肥力躍低肥力。小麥季，CK在不同肥力條件下的基礎地力貢獻率無顯著差異；T1和T2處理的地力貢獻率均表現為高、中肥力顯著躍低肥力處理。玉米季，T1和T2處理在不同肥力條件下的地力貢獻率無顯著差異，CK的基礎地力貢獻率表現為低肥力顯著躍高、中肥力處理。表明不同肥力土壤在同種施肥方式下對周年產量的基礎地力貢獻率差異較小，但高肥力地塊對周年產量的基礎地力貢獻率相對較高。其中，不施肥條件下，不同肥力地塊對小麥產量的基礎地力貢獻率差異較小，而低肥力地塊對玉米產量的基礎地力貢獻率較高；施肥處理下，不同肥力地塊對玉米產量的基礎地力貢獻率差異較小，而低肥力地塊對小麥產量的基礎地力貢獻率較低。

2.3基礎肥力和施肥措施對土壤容重的影響

低肥力條件下，T4處理土壤容量與CK差異不顯著，其他處理均顯著約CK；中肥力條件下，T2和T3處理顯著約CK，其他處理與CK差異均不顯著；高肥力條件下，僅T3處理顯著約CK，而其他處理與CK差異均不顯著（圖1）。各肥力條件下，不同施肥處理中，除高肥力T3與T4處理差異顯著外，其他處理間的土壤容重差異均不顯著。表明各肥力地塊在同種施肥方式下的土壤容重差異均不明顯；低肥力地塊施用氮磷鉀肥均可以顯著降低土壤容重，隨著地塊肥力增高，適當增加氮磷鉀肥施用年限才能對土壤容重有明顯的降低作用；氮肥對土壤緊實度的調控效應高于磷鉀肥。

表3　不同基礎地力下小麥、玉米季施NPK肥的基礎地力貢獻率（kg/hm2）Table3　Contribution percentage of basic soil of using NPK fertilization in winter wheat and summer maize season under different basic soil fertility

圖1　不同基礎地力下施肥措施對土壤容重的影響Fig.1The effects of fertilization treatments on soil volume weight under different basic soil fertility

3　結論與討論

基礎地力貢獻率作為評價農田基礎地力的一個指標迄今已有諸多報道，前人基于長期定位試驗研究了地力貢獻率隨時間延長的變化規律，如王定勇等[9]利用定位試驗計算CK/NPK處理的產量比值，發現紫色土冬小麥基礎地力貢獻率為46.25%耀55.2%。黃紹敏[10]以河南潮土為研究對象，發現冬小麥基礎地力貢獻率的變化范圍為34%耀53%。貢付飛等[11]對4種不同施肥方式18 a長期定位試驗的研究表明，基礎地力貢獻率大小順序為究NPKM躍1.5NPKM躍NPKS躍NPK。此外，還有研究發現，灰漠土的基礎地力貢獻率15 a間玉米季基礎貢獻率下降了47%，春、冬小麥的地力貢獻率分別下降了23%和40%[1]，基礎地力貢獻率總體上呈隨時間延長而下降的趨勢。上述研究多基于長期不施肥地力貢獻率的研究，缺乏對不同肥力基礎上施肥方式對當年地力貢獻率的比較。本研究在不同基礎地力條件下揭示施肥方式對3 a基礎地力貢獻率的影響，結果表明，3種不同基礎肥力農田的地力貢獻率均表現為T2躍T1躍CK，進一步證實了“隨不施肥時間的延長，地力貢獻率降低”這一結論。

土壤肥力和施肥措施是影響作物產量的重要因素。本研究結果表明，在相同施肥措施下，中、高肥力地塊的周年作物產量高于低肥力。這一結果與貢付飛等[11]研究結果基本一致。在同一肥力下連續3 a施氮磷鉀肥的全年產量最高，顯著高于只施用磷鉀肥。本結果與前人研究發現“氮素顯著控制小麥玉米產量降低趨勢”[12]的研究結果相一致。因此，氮磷鉀肥均衡施用和基礎地力肥沃是提高周年作物產量的重要因素。

湯永華等[13]研究發現，北方小麥的生長受土壤有機質（土壤肥力）的影響較大，產量隨土壤有機質含量的增加而提高，但肥料是限制玉米產量的主要因素。本研究發現，小麥季地力貢獻率表現為高、中肥力地塊地力貢獻率躍低肥力，玉米季則表現為低肥力地塊地力貢獻率躍高、中肥力。因此，在低肥力條件下，肥料對小麥產量的提升效果更明顯，在高、中肥力水平下肥料對玉米產量的提升效果更明顯。

土壤容重是反映土壤緊密程度的一個重要指標，直接影響著土壤的孔隙狀況[14，15]。本研究條件下，低肥力地塊施用氮磷鉀肥均可以顯著降低土壤容重，而隨著地塊肥力的增高，連續多年使用氮磷鉀肥才能顯著降低土壤容重。連續使用磷鉀肥處理的土壤容重顯著高于施用氮磷鉀肥，因此，在作物生產中，應注重氮磷鉀肥配合施用。

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The Effects of Soil Fertility and Fertilization Treatments on Grain Yield of Winter Wheat and Summer Maize，Contribution Rate of Basic Soil and Soil Volume Weight

GUO Li，ZHENG Chun-lian，CAO Cai-yun，DANG Hong-kai，MA Jun-yong，LI Ke-jiang*
（Institute of Dry-land Farming of Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Key Laboratory of Crop Drought Resistance Research of Hebei Province，Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation South Hebei，Ministry of Agriculture，Hengshui 053000，China）

Field experiment of the effects of soil basic fertility and fertilization treatments on yield，yield contribution rate from basic soil fertility and soil bulk weight of winter wheat and summer maize were con原ducted in 2012-2014，in order to provide a theoretic basis for improving the basic soil fertility of the grain field in low plain area of Hebei.In the experiment，using split-plot experiment design，three kinds of basic soil fertilities（high fertility，middle fertility，low fertility）and five fertilization treatments（CK-no fertilizer for three years，T1-no fertilizer for two years，T2-no fertilizer for one year，T3-NPK fertilizer，T4-PK fertilizer）were set up.The results showed that the yield of wheat，maize and their total were T3躍T2躍T1躍T4躍CK，the differences of yield was small under high and medium fertility conditions，and the yield differences with low fertility reached a very signifi原cant level.The basic soil contribution rate of fertil原ization treatments was T2躍T1躍CK，there was no significant differences on anniversary based fertility contributionrateoffertilizationtreatmentsunder different soil fertility，overall，the contribution rate of high fertility land on annual production was rel原atively higher.There was no significant differenceson soil bulk density of each soil fertility plot under the same fertilization methods，application of N，P and K fertilizer could significantly reduce soil bulk density under low fertility land，but with the increas原ing of soil fertility，the appropriate extension of N，P and K fertilizer could significantly decrease soil bulk density，the regulation effect of nitrogen fertilizer on soil compaction was higher than that of phos原phorus and potassium fertilizer.

Winter wheat；Summer maize；Yield；Basic soil productivity；Soil bulk weitht

S512.1；S513

A

1008-1631（2016）02-0029-05

2015-05-09

國家科技支撐計劃項目（2012BAD05B0205）；公益性行業（農業）科研專項（201203030）；河北省小麥產業技術體系項目

郭麗（1979-），女，河北饒陽人，助理研究員，博士，主要從事作物栽培研究。E-mail：guoli1212@sina.com。

李科江（1965-），男，河北寧晉人，研究員，碩士，主要從事節水農業研究。E-mail：nkylkj@126.com。