長期定位施肥對小麥產量及土壤肥力的變化研究

歐俊輝，張 海

(西北農林科技大學,陜西楊凌 712100)

土壤是人類繁衍生息所無法或缺的重要資源，也是農業經濟基礎的必要保證[1]。土壤肥力作為土壤的基礎特性之一，在作物、植物生長時為其提供營養、環境等方面的重要幫助；同時，土壤肥力也是農業可持續發展的重要基礎資源，是化學、物理、生物與生態學性質的綜合表現。使農作物產量形成良性循環發展，關鍵是必須協調好生態系統中的基礎能量與儲備能量的關系[2]。土壤長期定位施肥試驗是利用長期固定的模式對所施肥土壤進行監測，相比于短期常規施肥形式具有長期穩定性，獲取信息更加可靠、多樣、準確、系統等優點，是檢驗不同肥料配施的情況下土壤營養成分變化的重要方法[3～4]。長期定位施肥試驗可以有效的探究出土壤肥力的變化規律與變化情況，對土壤所需營養物質，農作物與需肥關系，所施肥與土壤營養元素的影響等方面作出科學的評價[5]。早在160年前，世界上最早的長期試驗田便在英國洛桑建立[6～7]。本文以長期定位試驗為基礎，研究長期定位試驗對土壤中各營養元素的影響，為科學施肥提供指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于1981年開始，試驗區域位于陜西合陽縣甘井鄉渭北旱原東北部。該地區年均降雨量為598.7mm，年均氣溫約為10.8℃，年最高氣溫大約為40.2℃，最低可達-21.1℃。試驗區種植作物為小麥，試驗區土壤所含有機質約為11.3g/kg，全氮0.757g/kg，全磷1.297g/kg，堿解氮含量為13.7mg/kg，速效鉀為149.6mg/kg，速效磷為2.24mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗設置分為四組，分別為（1）對照組（不施肥，CK）；（2）氮磷鉀（NPK）；（3）有機肥（OM）；（4）氮磷鉀+有機肥（NPK+OM）。其中，尿素提供氮素用作氮肥，過磷酸鈣提供磷素作為磷肥，硫酸鉀提供鉀素，利用豬糞覆蓋作為有機肥施用。N、P2O5、K2O三種肥料用量分別為150、75、75kg/hm2。

1.3 測定項目及其方法

1.3.1 小麥產量：每個處理區域選取3～6個點位，每個測定點2m2，常規方法進行檢測。

1.3.2 土壤肥力：土壤樣品，每年小麥收獲后各處理區域隨機挑選5～10個取樣點，使用四分法取表層土壤（0～20cm），對采集濕土去石子、植物殘枝等，過2毫米篩，混合均勻儲存在0～4℃用于土壤養分分析，土壤樣品分析均采用常規方法[8]。其中有機質使用重鉻酸鉀容量法——外加熱法[9]，土壤有效磷利用碳酸氫鈉浸提——鉬銻抗比色法，土壤堿解氮利用擴散皿滴定法，土壤速效鉀利用乙酸銨浸提——原子吸收分光光度計法。

2 結果與分析

2.1 施肥對小麥產量的影響

由圖1可得，NPK、OM、NPK+OM施肥后的作物產量連續十年明顯高于CK對照組，NPK與OM處理的小麥產量都出現了緩慢上升的趨勢，在第十年也都出現了產量下降，是由于NPK處理的土壤中無機化肥過量，導致土壤出現速效磷等元素過量，土壤缺少有機質無法正常代謝與循環，抑制作物生長所致；單施有機肥（OM）產量下降是由于土壤營養元素不足，無法繼續給作物提供充足的養分，導致作物產量有所下降。利用無機-有機肥配施的方式（NPK+OM）可以使作物產量維持在一個較為理想的水平，不會出現斷崖式的下跌。無機-有機肥配施最高年產量可達7 968kg/hm2，最低為第一年5 638kg/hm2。NPK處理年產量最高可達6 814kg/hm2，最低為4 768kg/hm2，OM處理年產量最高可達6 864kg/hm2，最低為4 382kg/hm2。兩種處理模式低于無機-有機肥配施。

圖1 2005～2015年連續定位施肥小麥產量

由表1可知，2005～2015年間小麥平均產量由高到低分別為NPK+OM、NPK、OM、CK。其中NPK+OM處理產量最高，平均年產量可達6 716.9kg.hm2，是CK處理的1.79倍、NPK處理的1.15倍、OM處理的1.21倍，OM與NPK處理無顯著差異，三種處理均顯著高于CK。長期定位施肥可有效提高作物產量。

表1 2005～2015年長期定位施肥小麥產量

2.2 施肥對土壤肥力指標的影響

2.2.1 施肥對土壤有機質的影響

由表2可以看出，不同施肥模式對土壤中有機質會產生極大影響，無機肥料與有機肥對土壤有機質均有所影響，隨著肥料進入土壤，土壤有機質也在相應上升。各處理土壤中有機質含量依次為OM、NPK+OM、NPK、CK。經過十年施肥，單施有機肥可使土壤有機質提升58.7%，單施無機肥可使土壤有機質提升28.7%，無機-有機肥配施可使土壤有機質提升41.2%。由此可見，利用有機肥施肥可顯著提高土壤中有機質的含量，達到迅速提升土壤有機質的效果，可以用作改善有機質貧乏的地區。

表2 2005～2015年連續定位施肥土壤有機質含量g/kg

2.2.2 施肥對土壤速效磷的影響

磷能夠使作物生長更加強壯，促進農產品光合作用。磷元素太低時，作物會因缺磷而死亡。由圖2可知，不同處理中，NPK+OM處理會使土壤中速效磷呈現快速上升的趨勢，在使用NPK+OM肥料7年后土壤速效磷含量趨于平穩。NPK與OM處理區域，土壤所含速效磷出現緩慢上升，在施肥4～5年后土壤中速效磷趨于平穩。CK對照組中土壤所含速效磷有所下降，6年后土壤中含量趨于平穩。與單一的氮磷鉀肥料與有機肥料相比，混合施肥在提升土壤速效磷方面具有一定優勢，是由于單施無機肥，磷素過多會造成土壤板結，導致再施入磷肥土壤無法繼續循環、吸收；單施有機肥導致磷素含量不能得到及時補充，無機-有機肥混合施用可以較好的解決這一問題。但需要注意的是磷素過多容易造成土壤酸化、板結，嚴重時會導致作物死亡，帶來不可挽回的損失，要定期檢測土壤磷素含量，以保證不會造成這一嚴重后果。

圖2 2005～2015年連續定位施肥土壤有效磷含量

2.2.3 連續定位施肥對土壤堿解氮的影響

氮素是植物構成所需營養物質與蛋白質的重要成分部分，同時對植物莖葉的生長和果實的發育有至關重要作用，是產量最密切的營養元素。由圖3可知，NPK、OM與NPK+OM進行連續施肥后土壤所含堿解氮含量均會緩慢上升，CK處理下土壤堿解氮基本沒有顯著變化。OM處理土壤堿解氮也有所上升，是因為土壤中堿解氮的含量與土壤有機質密切相關，有機質的含量會直接影響土壤堿解氮的含量，造成堿解氮含量升高。

圖3 2005～2015年連續定位施肥土壤堿解氮含量

2.2.4 施肥對土壤速效鉀的影響

鉀素可以更好的提升果實品質，增強植株抗寒能力。土壤中缺鉀時會造成作物鉀素缺乏，此時作物內部碳水化合物的代謝會受到影響，同時也會抑制光合作用的產生，而增加植物呼吸作用。當速效鉀含量高時，土壤陽離子替換率增高，對土壤保水保肥十分有利，同時也能夠滿足農作物對鉀素的需求，速效鉀含量較低時，農作物抗病、抗逆性下降，同時作物產量與品質也會有所下降，此時土壤陽離子替換率降低，不利于土壤的保水保肥。由圖4可知，有機肥相比于單施無機肥料與無機-有機肥配施在提高土壤速效鉀方面影響更大，使用有機肥處理的區域速效鉀含量可達250mg/kg以上，而CK對照組區域所含速效鉀較為平穩，沒有顯著變化。

3 結論

通過本次試驗表明，長期定位施肥可以使作物增產；單施有機肥、無機化肥在提高小麥產量上效果相當，差異不大；無機-有機肥混合施用可增產78%，效果十分理想。

圖4 2005～2015年連續定位施肥土壤速效鉀含量

針對土壤中營養元素指標而言，施肥可以顯著提升土壤所含有機質，其中有機肥效果優于無機化肥與無機-有機肥肥料，施肥還可以使土壤中速效磷、堿解氮、速效鉀等必須元素顯著上升，施用有機肥后土壤中有效鉀含量會多于施用無機肥的土壤。

土壤在不施肥的情況下土壤肥力指標在短期幾年內有所下降，同時土地所種植小麥產量無明顯變化，這與YiBingMa[10]等人的研究結論基本一致。

由于本次試驗只考慮產量與土壤這兩者情況，沒有考慮長期定位施肥給土壤與作物帶來的污染與影響，故要利用長期定位施肥進行有針對性的施肥，還需要進行重金屬以及其他污染物的定期監測，保證土壤與食品安全。

［1］王改玲,李立科,郝明德,張萌. 長期定位施肥對土壤重金屬含量的影響及環境評價［J］.水土保持學報,2010(3):60-63,70.

［2］K.A.Algozin,V.F.Bralts,J.T.Ritchie,等. 以農作物產量、水和能量利用關系為基礎的灌溉策略選擇［J］.灌溉排水學報,1989(4):37-41.

［3］孫波,朱兆良,牛棟. 農田長期生態過程的長期試驗研究進展與展望［J］.土壤,2007,39(6):849-854.

［4］李貴華. 國外近百年來的長期肥料定位試驗［J］.新疆農業科學,1990(3).140-142

［5］程艷麗,鄒德乙. 長期定位施肥殘留養分對作物產量及土壤化學性質的影響［J］.土壤通報,2007,38(1):64-67.

［6］Galantini J,Rosell R. Long-term fertilization effects on soil organic matter quality and dynamics under different Production Systems in Semiarid Pampean Soils［J］.Soil & Tillage Research,2006,87(1):72-79.

［7］沈善敏. 長期土壤肥力試驗的科學價值［J］.植物營養與肥料學報,1995(1):1-9.

［8］王希通,李夢醒,劉淑英. 土壤農化分析方法［M］.河北人民出版社,1980.

［9］鮑士旦.土壤農化分析［M］.北京:中國農業出版社,2000.

［10］Li J M,Gao J S,Ma Y B,et al. Phosphorus Accumulation in Soils in Rice-rice Cropping Systems with Chemical Fertilizer Application:Modeling and Validation［C］.Proceedings of the 19th World Congress of Soil Science:Soil solutions for a changing world,Brisbane Australia,2010:224-227.