長期不同施肥對黃潮土區玉米產量穩定性的影響

魏 猛，張愛君，諸葛玉平，李洪民，唐忠厚，陳曉光

(1.江蘇徐淮地區徐州農業科學研究所，江蘇徐州甘薯研究中心，江蘇 徐州 221131；2.山東農業大學 資源與環境學院，山東 泰安 271018)

長期不同施肥對黃潮土區玉米產量穩定性的影響

魏 猛1，2，張愛君1，諸葛玉平2，李洪民1，唐忠厚1，陳曉光1

(1.江蘇徐淮地區徐州農業科學研究所，江蘇徐州甘薯研究中心，江蘇 徐州 221131；2.山東農業大學 資源與環境學院，山東 泰安 271018)

分析黃潮土區玉米產量穩定性對不同施肥方式的響應，為黃潮土區合理施肥管理、改善農田生態系統質量提供依據。以21年長期定位試驗為研究平臺，通過研究玉米的平均產量、產量年際波動及土壤養分狀況對8種施肥方式(CK、N、NP、NPK、M、MN、MNP、MNPK)的響應，比較不同施肥方式下玉米產量穩定性的優劣及對土壤肥力的影響。結果表明：與CK處理相比，施肥處理產量均有顯著增加。從21年產量平均值來看，以有機無機配施處理(MN、MNP、MNPK)平均產量最高，為7 240～7 503 kg/hm2；NPK處理次之，與當年CK處理相比，增產率為139.57%。N處理導致玉米產量變異系數(CV)偏高、可持續性產量指數(SYI)偏低，產量穩定性最低；有機無機配施處理的CV最低、SYI最高，產量穩定性最高，而M處理的產量穩定性和生產可持續性不及處理NPK。施肥處理肥料貢獻率逐年遞增，以有機無機配施處理貢獻率最高，平均貢獻率為59.59%～60.88%。在土壤養分方面，有機無機配施處理明顯提高土壤全氮、有機質、有效磷、速效鉀含量，且這些養分指標與玉米產量呈極顯著正相關(P<0.01)。因此，黃潮土區有機無機配施為最佳施肥方式，土壤養分供應較均衡，穩定性最佳，農田生態系統質量最優。

黃潮土；長期施肥；玉米；產量

化肥的施用對提高作物產量具有重要作用[1]，在國際上化肥貢獻率為35%～66%，而在我國僅為35%～45%[2]。單純為了追求產量，長期存在不合理的施肥現象，不僅造成了大量的養分資源浪費，而且導致肥料增產效應降低[3]。因此，研究長期不同施肥方式下作物產量的影響對區域內農業可持續性發展具有重要意義。

國內外學者關于長期施肥對作物產量的影響，已做了相關研究。如李忠芳等[4]研究表明，氮磷鉀配施處理的玉米產量隨種植時間呈極顯著下降趨勢，而有機無機配施處理玉米產量隨種植時間外無顯著變化。而李秀英等[5]結果顯示，氮磷鉀配施及氮磷鉀配施秸稈、有機無機配施處理均持續提高作物產量。Manna等[6]在肯定有機無機配施可有效增加作物產量穩定性的同時，也提出了氮磷鉀配施亦可提高作物產量穩定性，且土壤質量未出現退化現象。

潮土作為江蘇省面積最大的一種土壤類型，其面積約為2.54×106hm2，約占全省耕地總面積的53%，而由于不合理的施肥管理方式，造成土壤肥力水平降低，土壤質量呈現下降趨勢，成為制約玉米高產穩產的主要因素。利用長期定位試驗能克服氣候年變化等不穩定因素的優勢[7]。本研究以1980-2001年的黃潮土長期定位試驗數據為基礎，通過闡明長期不同施肥方式下玉米產量效應及其穩定性變化，并系統分析長期施肥對肥料貢獻率的影響，旨在為潮土區建立玉米合理的施肥方式及可持續生產提供相關依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

長期定位試驗設在江蘇徐淮地區徐州農業科學研究所(N 34°16′，E 117°17′)。該區屬暖溫帶半濕潤氣候區，年平均氣溫14 ℃，≥10 ℃的活動積溫5 240 ℃，全年無霜期約210 d，年降雨量860 mm(主要集中在7，8月份)，年蒸發量1 870 mm，年日照時數2 317 h。

1.2 試驗材料

1.2.1 供試土壤 試驗地為砂壤質黃潮土，試驗開始前的土壤(0～20 cm)基本養分狀況為：有機質含量10.80 g/kg，全氮0.66 g/kg，全磷0.74 g/kg，有效磷12.00 mg/kg，速效鉀63.00 mg/kg，緩效鉀738.50 mg/kg，pH值8.01。

1.2.2 供試作物 在1981-2001年為小麥-玉米一年兩熟輪作制，2002年后改為小麥-甘薯一年兩熟輪作制。種植品種小麥、玉米為當年的主栽品種，每5～7年更換一次。小麥播種行距為15 cm，基本苗3.0×106株/hm2，人工條播；玉米株行距為23 cm×60 cm，人工點播。

表1 不同處理的肥料用量(1985-2001年)Tab.1 Fertilizer application rate in different treatments(1988-2001) kg/hm2

1.3 試驗設計

試驗開始于1980年，共設8個處理：①不施肥(CK)；②單施氮肥(N)；③施氮磷肥(NP)；④施氮磷鉀肥(NPK)；⑤單施有機肥(M)；⑥施氮肥和有機肥(MN)；⑦施氮磷肥和有機肥(MNP)；⑧施氮磷鉀肥和有機肥(MNPK)。化肥N、P、K分別由尿素(N 46%)、磷酸二銨(N 18%，P2O546%)、硫酸鉀(K2O 50%)提供；有機肥每年施用量(鮮基)為1981-1984年施馬糞75 t/hm2；1985年以后改為施豬糞37.5 t/hm2，有機肥全量養分(1981-2015年)含量為：N 5.2～7.5 g/kg、P2O55.0～8.5 g/kg、K2O 8.0～15.0 g/kg，有機碳137.6～301.3 g/kg，水分含量為45%～58%。小麥、玉米季氮肥的基、追肥比例為50%，基肥方式為施后翻地，追肥方式為表施。每個處理4次重復，小區面積為33.3 m2。每季作物收獲后將地上部秸稈移除，實施根茬還田，作物其他管理措施與大田一致。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土樣的采集與測定 玉米收獲后，采集各處理0～20 cm土樣，每小區選5點，重復4次。測定方法：有機質采用重鉻酸鉀容量法；全氮采用凱氏法；堿解氮采用擴散法；全磷采用高氯酸-硫酸法，有效磷采用Olsen法；速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法；緩效鉀采用硝酸浸提-火焰光度法；pH采用2.5∶1水土比pH計法[8]。

1.4.2 玉米籽粒產量的測定：收獲期將小區的玉米人工收獲，曬干后脫粒，稱重計產。

1.5 數據分析

試驗數據分析采用Excel 2007和SAS 8.0軟件。

2 結果與分析

2.1 長期不同施肥對玉米產量的變化特征

2.1.1 玉米產量年際間波動情況 與CK處理相比，施肥處理玉米產量均有不同程度的提高，且處理間產量變化趨勢基本一致(圖1)，其中以有機無機配施處理(MN、MNP、MNPK)最高，NPK處理次之，M和NP處理互有交替位居第三，N處理最低。處理CK初始產量較低，僅占當年NPK處理的53.79%；處理N前6年產量較高，之后產量開始急劇下降，后趨于平緩；NPK處理在該試驗條件下，自第6年后產量便開始趨于動態穩定，處理M產量與處理NPK有相似變化規律，但產量一直低于處理NPK；有機無機配施處理(MN、MNP、MNPK)具有明顯的增產效果，從產量演變的趨勢看，前6年穩定在高產水平，第7年后產量因有機肥用量減半而有所降低，但產量變化趨勢線較小，后3年(1999-2001年)平均產量仍能達到前3年(1981-1983年)平均產量的91.35%～95.58%，說明有機無機配施有利于提高土壤的養分供應和協調能力，可以更好地維持農田生態系統的穩定性。

圖1 玉米產量年際波動圖Fig.1 Annual fluctuation of maize yield

2.1.2 玉米平均產量及增產率 從21年玉米的平均產量來看，與CK處理相比，施肥處理均能極顯著提高玉米平均產量(圖 2)，以有機無機配施處理增幅最大，平均產量可達7 240～7 503 kg/hm2，與當年CK、初始CK處理相比增幅分別達156.88%～167.02%，82.15%～88.75%；NPK處理次之，平均產量極顯著低于有機無機配施處理，相較于當年CK、初始CK處理，增產率分別為139.57%，70.56%；M和NP處理的增產效果位居第三，平均產量極顯著低于NPK處理；N處理增產效果最低，均產分別僅達4 598 kg/hm2，與M處理差異達到極顯著水平。可見，有機無機配施施肥方式提高玉米平均產量的效果最優。

圖中不同小、大寫字母分別表示不同處理在5%和1%水平上顯著差異。圖5同。Values followed by different small and capital letters in the table indicate the date in different treatments are significantly at the 5% and 1% levels.The same as Fig.5.

2.2 長期不同施肥對玉米產量穩定性的影響

玉米產量的穩定性可用玉米產量變異系數CV及可持續性產量指數SYI 表征(圖3)。玉米產量的變異系數可按其大小分為4個水平。處理CK和N變異系數較大，分別為0.20和0.21；處理NP次之，為0.11；第三水平為處理NPK和M，均為0.07；處理MN、MNP、MNPK最小，均為0.05。可持續性產量指數SYI亦可根據其值的高低分為4個等級：第一等級為處理MN、MNP、MNPK(0.84～0.85)；第二等級為處理NPK、M(0.82)；第三等級為處理NP，為0.73；處理N和CK為第四等級(N：0.59，CK：0.52)。這說明，有機無機配施的施肥結構更有利于提高玉米產量穩定性和生產可持續性，氮磷鉀配施和單施有機肥次之，施氮磷肥第三，而單施氮肥則降低產量的穩定性和生產可持續性。

圖3 長期施肥對玉米產量變異系數與可持續性產量指數的影響Fig.3 Effects of long-term fertilization on the coefficient of variation and sustainable yield index of maize

2.3 長期不同施肥對肥料貢獻率的影響

施肥對玉米產量的貢獻率在時間上的變化情況如圖4，N處理變化幅度較大外，其余施肥處理變化趨勢呈小幅度上升趨勢，由此可見，隨著種植年限增加，玉米產量對肥料的依賴作用逐漸增加。從21年肥料貢獻率的平均值可以看出(圖5)，有機無機配施處理貢獻率最高，平均貢獻率為59.59%～60.88%；NPK處理次之，明顯低于有機無機配施處理，降低幅度為6.73%～7.00%；其次為M和NP處理，明顯低于NPK處理，降低幅度為8.88%～12.21%；N處理最低，僅為36.64%。

圖4 長期施肥對肥料貢獻率的影響Fig.4 Effects of long-term fertilization on the contribution ration of fertilizer

圖5 長期施肥對肥料貢獻率平均值的影響Fig.5 Effects of long-term fertilization on the average contribution ration of fertilizer

2.4 耕層土壤養分含量與產量相關關系

由圖6可以看出，與CK處理相比，施肥處理明顯提高有機質和全氮含量，其中施用有機肥處理增幅明顯高于施用化肥處理；施用磷肥和有機肥處理明顯提高有效磷含量，施用鉀肥和有機肥處理均明顯提高速效鉀含量，其中均以有機無機配施處理提高效果顯著。由此可見，有機肥的投入能有效地提高土壤有機質含量，化肥氮、磷、鉀肥的投入分別有利于土壤氮、磷、鉀素的積累，因此，平衡施肥是維持黃潮土養分含量的主要途徑，有機無機配施更有益于玉米產量提高。另外，玉米產量與土壤有機質、全氮、有效磷及速效鉀含量相關性均呈極顯著正相關(有機質：0.63**、全氮：0.48**、有效磷：0.63**、速效鉀：0.62**)。

3 討論與結論

3.1 長期施肥與玉米產量和肥料貢獻率

玉米產量的年際波動圖可從時間上分析產量變化過程及趨勢。作物產量主要受環境、生物及人為因素的影響[15]。當施肥成為其主要限制因素時，處理CK的玉米產量有所降低，但歷年變化甚微，即受到溫度、降水等氣候因素和人為因素的影響較小；另外也是因為在試驗開始時產量就比較低，僅占當年NPK處理的53.97%。

從21年玉米的平均產量來看，有機無機配施的增產效果最為顯著，氮磷鉀配施的增產效果次之，單施有機肥和氮磷配施位居第三，單施氮肥則最低。有機無機配施的增產效應明顯優于氮磷鉀配施或單施有機肥[4，16-17]，其增產機制為[18]：施入的化肥可滿足作物生產的需求，另外有機肥的長期施用有助于提高土壤肥力。本試驗中單施有機肥增產幅度低于氮磷鉀配施，這是由于本試驗有機肥施用量的氮磷鉀養分含量小于氮磷鉀配施處理投入量，另外根據前人研究結果，即使在有效成分一致情況下，有機肥肥效也是等于或低于化肥[19-20]。

圖6 長期施肥下土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀與玉米產量的關系Fig.6 The relationship between yield of maize and organic matter，total nitrogen，available phosphorus，available potassium after long-term fertilization

肥料貢獻率則是反映了施肥在作物增產中的作用比重[21-22]。本試驗顯示：經過21年長期施肥，土壤的養分供應能力持續下降，玉米對肥料的依賴性持續增強，其中有機無機配施貢獻率顯著高于施用化肥和單施有機肥。

3.2 長期施肥與玉米產量的穩定性

作物產量穩定性是判斷農田生態系統高低的重要標準[23-25]。本試驗對比8種不同施肥方式下玉米產量的CV和SYI，單施氮肥處理和不施肥處理的穩定性最差，說明單施氮肥和不施肥方式玉米的產量容易造成大幅波動，抗逆性較差，而其余施肥處理(NP、NPK、M、MN、MNP、MNPK)均可有效降低CV、提高SYI值，進而降低環境、生物與人為因素等對產量的影響[26]，其中以有機無機配施最有利于維持玉米產量的穩定性和生產可持續性。氮磷鉀配施的玉米產量穩定性和生產可持續性明顯優于單施有機肥，這與本試驗中所施有機肥中氮磷鉀含量年際間有差異，而且與氮磷鉀配施處理相比，氮磷鉀養分含量又較低有關。

3.3 長期施肥下土壤養分與玉米產量的關系

長期施肥對土壤養分含量的影響因作物、肥料、土壤類型的不同而不同[27-28]。本試驗研究表明：不施肥處理土壤全氮含量呈現下降，有機質含量卻或增或減，這與Smith[29]、林治安等[30]研究結果一致。與CK處理相比，施用化肥處理(N、NP、NPK)土壤有機質有明顯提高，主要是由于化肥的施用有利于作物生長，進而增加作物根茬殘留量和根系分泌物。施用有機肥處理(M、MN、MNP、MNPK)對土壤全氮、有機質的明顯高于施用化肥處理，這是因為有機肥的施入不僅提高了有機質含量，還直接補充了土壤營養物質，有效且全面促進了作物生長[31-32]。

對土壤全氮、有機質、有效磷和速效鉀含量與對應玉米產量數據進行分析可得，相關性均呈極顯著正相關，說明施肥措施調整養分的投入，進而改變土壤養分含量，對玉米產量產生顯著影響。本試驗結果表明：有機無機配施處理的玉米具有較強的增產穩產優勢，這是由于該施肥方式下土壤養分均衡[33]，不僅避免了氮磷鉀配施的土壤有機質含量水平偏低，也解決了單施有機肥的土壤養分含量的不足的問題。

3.4 結論

施肥處理可有效提高黃潮土區玉米產量。以有機無機配施增產效果最佳，與當年不施肥、初始不施肥處理相比增幅分別達156.88%～167.02%，82.15%～88.75%；NPK處理次之，且單施有機肥處理明顯低于NPK處理。有機無機配施方式促進玉米產量穩定性與生產可持續性的提高最為顯著，氮磷鉀配施和單施有機肥次之，施氮磷肥第三，而單施氮肥則降低產量的穩定性和生產可持續性。隨著種植年限增加，玉米產量對肥料的依賴作用逐漸增加。以有機無機配施處理貢獻率最高，平均貢獻率為59.59%～60.88%。有機肥的投入能有效提高土壤有機質含量，氮、磷、鉀化肥的投入分別有利于土壤氮、磷、鉀素的積累。玉米產量與土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀均呈極顯著正相關。

綜上所述，有機無機配施的施肥方式土壤養分供應較均衡，最有利于維持玉米高產和穩產。

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Effect of Long-term Different Fertilization on Maize Yield Stability in Yellow Fluvo-aquic Soil Region

WEI Meng1，2，ZHANG Aijun1，ZHUGE Yuping2，LI Hongmin1，TANG Zhonghou1，CHEN Xiaoguang1

(1.Xuzhou Institute of Agricultural Sciences of Xuhuai District of Jiangsu Province，Xuzhou Sweetpotato Research Center of Jiangsu Province，Xuzhou 221131，China；2.College of Resources and Environment， Shandong Agricultural University，Tai′an 271018，China)

This research was conducted to reveal the stability difference and dynamic of maize yield to long-term fertilization in yellow fluvo-aquic soil，and to provide scientific references for establishing the optimal fertilization pattern and promoting the sustainable production of maize.Based on long-term fertilization experiment in Xuzhou of Jiangsu Province，the trend of change in maize average yield，annual fluctuation of maize yield and soil nutrients content in eight fertilization patterns were investigated：no fertilizer (CK)，N fertilizer (N)，combined N and P fertilizer (NP)，combined N，P and K fertilizer (NPK)，organic manure (M)，N fertilizer and organic manure(MN)，combination of N，P and organic manure (MNP)，combination of N，P，K and organic manure (MNPK).It was discovered that fertilizer application could significantly increase maize yield，compared to CK treatment.In respect of maize average yield of 21 years，application of organic fertilizer and chemical fertilizer (MN，MNP，MNPK) were higher than other fertilization treatments，with 7 240-7 503 kg/ha；NPK took the second place，by increasing 139.57% of that in the non-fertilization treatment.Compared with CK，N enhanced the coefficient of variation (CV) and reduced sustainable yield index (SYI)，which made yield stability the worst；the maize yield stability of MN，MNP，MNPK were better than NPK which was better than M.The contribution ratio of fertilizer had been increasing since 1981，and the MN，MNP，MNPK were the higher than other treatment，with average of 59.59%-60.88%.The fertilizer treatment of MN，MNP，MNPK could obvious increase the content of total nitrogen，organic matter，available phosphorus and available potassium in soil.The contents of total nitrogen，organic matter，available phosphorus and available potassium were significantly positively correlated with yield in yellow fluvo-aquic soil (P<0.01).In a word，application of organic fertilizer and chemical fertilizer is the best fertilization mode in yellow fluvo-aquic soil region，which made soil nutrient more balanced，maize yield more stable and agricultural ecosystem quality better.

Yellow fluvo-aquic soil；Long-term fertilization；Maize;Yield

2016-06-15

公益性行業(農業)科研專項經費項目(201203030)

魏 猛(1983 -)，男，山東濟寧人，助理研究員，在讀博士，主要從事土壤培肥與養分管理研究。

張愛君(1963-)，男，江蘇宜興人，副研究員，主要從事土壤培肥及甘薯栽培技術研究。

S158；S513

A

1000-7091(2016)06-0171-06

10.7668/hbnxb.2016.06.027