不同肥力紅壤旱地玉米產量和土壤基礎地力的變化特征

張 兵，夏桂龍，王 維，王紅春，倪志偉

（1. 南京南農農藥科技發展有限公司，江蘇 南京 210095 ；2. 江西省鄧家埠水稻原種場農科所，江西 余江 335200）

不同肥力紅壤旱地玉米產量和土壤基礎地力的變化特征

張 兵1，夏桂龍2，王 維1，王紅春1，倪志偉1

（1. 南京南農農藥科技發展有限公司，江蘇 南京 210095 ；2. 江西省鄧家埠水稻原種場農科所，江西 余江 335200）

試驗選擇紅壤旱地上不同培肥措施的土壤，分別代表不同肥力水平的土壤：即荒地土（低肥力）、茶園土（中肥力1）、花生地（中肥力2）和菜園土（高肥力），通過設置施肥與不施肥盆栽試驗，研究不同肥力水平紅壤旱地的基礎地力貢獻率和肥料貢獻率。結果表明：施肥可以顯著提高玉米產量，各肥力水平的玉米產量的變化趨勢為菜園土＞花生地＞茶園土＞荒地土，在紅壤旱地上，有機培肥措施不僅可以提高作物產量，而且可以提高土壤肥力和基礎地力對產量的貢獻率。

土壤肥力水平；紅壤；玉米；基礎地力

紅壤主要分布于我國長江以南的低山丘陵區，約占國土面積22%，為南方諸省重要的農業土壤資源。江西省的紅壤面積大，約占全省土地面積的70%。受降雨集中、高溫高濕等自然條件以及過度開發、施肥不合理和水土保持措施不到位等人為因素的影響，紅壤旱地出現有機質及氮磷鉀養分含量較低和肥料利用率不高等問題，導致紅壤旱地的基礎地力急劇下降，嚴重限制了玉米、花生、芝麻等旱作物的高產穩產[1]。因此，開展紅壤旱地基礎地力提升技術研究，是改善土壤肥力、增加旱作物生產能力的重要保障。

土壤基礎地力對作物的產量貢獻較大[2-5]。研究表明，土壤基礎地力對夏玉米產量的影響主要表現在穗粒數上；基礎肥力愈高，后效作用愈大，土壤對玉米產量的貢獻率亦愈高；養分平衡與協調供應不僅能提高玉米產量，同時還能縮小肥力差異對玉米產量的影響[6]。

目前有關土壤基礎地力和作物產量的關系研究主要集中在我國作物高產地區，如華北平原、東北春玉米區、華中華東和四川盆地等。在南方丘陵區的紅壤旱地上，由于土壤有機質含量和氮磷鉀養分含量較低，作物產量主要依賴于化學肥料的投入，再加上種植的作物種類復雜（花生、芝麻和玉米），導致土壤的生產力具有極大的不確定性[7-8]。因此，筆者以不同培肥措施的土壤分別代表不同肥力水平的土壤：即荒地土（低肥力）、茶園土（中肥力1）、花生地（中肥力2）和菜園土（高肥力），研究不同肥力水平下土壤基礎地力的變化規律，以期在保持和提高基礎地力的條件下增加作物產量。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

紅壤旱地不同培肥措施的土壤，荒地土（低肥力）、茶園土（中肥力1）、花生地（中肥力2）和菜園土（高肥力）均采集于江西省進賢縣（116°17'60''E，28°35'24''N），地處中亞熱帶，年均氣溫18.1℃，≥10℃積溫6 480℃，年降雨量1 537 mm，年蒸發量1 150 mm，無霜期約為289 d，年日照時數1 950 h。試驗地土壤為紅壤旱地，成土母質為第四紀紅粘土。

1.2 試驗設計

2014年冬季采集荒地土（低肥力）、茶園土（中肥力1）、花生地（中肥力2）和菜園土（高肥力）的耕層土壤，每個肥力水平6盆，分成不施肥和施肥處理（各3盆）。毎盆裝土15 kg，盆規格：上口直徑30 cm，下底直徑25 cm，盆高35 cm。玉米品種為掖單13號（與長期定位試驗相同），每盆播種玉米種子3顆。盆栽試驗開始時各肥力的土壤肥力情況詳見表1。

表1 不同肥力水平的土壤肥力情況

盆栽試驗露天進行，為防止鳥類等野生動物干擾，試驗地四周及離地面2.5 m上方用鐵絲網覆蓋。

不施肥處理不施任何肥料；施肥處理的每盆施N 2.25 g（含N 46%的尿素4.89 g）、P2O51.69 g（含P2O512%的鈣鎂磷肥14.08 g）、K2O 2.53 g（含K2O 60%的氯化鉀4.22 g）。氮肥（尿素）和鉀肥（氯化鉀）40%做基肥施用，60%在玉米出苗后約5 d施用，磷肥（鈣鎂磷肥）作基肥一次施入。施肥方法：鈣鎂磷肥在盆缽裝土前混入土壤，拌勻，以后則是在每季玉米播種前將土壤松動，均勻施入鈣鎂磷肥，然后拌勻；尿素和氯化鉀則是將肥料溶解成液體后均勻施入土壤中。水分管理采取人工澆灌，注意防止病蟲害和雜草。

1.3 測定指標

1.3.1 生物量測定 考慮到盆栽中各處理的肥力情況，在每季玉米拔節時將植株齊地收割，烘干測定生物量。

1.3.2 土壤養分測定 在晚玉米收獲后，采集土壤樣品按照常規分析方法測定土壤有機質、氮磷鉀養分和CEC含量。

1.3.3 基礎地力貢獻率 土壤基礎地力貢獻率=（施肥處理的生物量/不施肥處理的生物量）×100%。

1.4 數據處理

所有數據均采用Excel 2003進行數據分析，采用SPSS 16.0進行方差分析，圖件采用Origin 7.5軟件。

2 結果與分析

2.1 不同肥力水平下施肥對玉米生物量的影響

圖1顯示，春玉米和秋玉米在拔節期的生物量變化趨勢基本一致。在不施肥條件下，玉米生物量均表現出高肥力土最高，各處理的產量由高到低的排列次序為菜園土 ＞ 花生地＞茶園土 ＞ 荒地土。與不施肥相比，施肥措施可以顯著增加玉米的生物量，在春玉米拔節時，荒地土、茶園土、花生地和菜園土肥力水平玉米的生物量，施用氮磷鉀肥處理比相對應的不施肥處理分別增加272%、248%、289%和276%；秋玉米的增幅分別為110%、424%、123%和74.6%。從全年的產量趨勢來看，高肥力水平處理的生物量也表現出顯著高于其他處理。

圖1 施肥措施對紅壤旱地不同肥力水平的玉米生物量

2.2 不同肥力水平下施肥對土壤肥力的影響

在不同肥力的紅壤旱地上，施肥與否可以顯著影響土壤pH值和全量養分的變化（表2）。與不施肥相比，各肥力處理在施NPK肥下的土壤pH值略有降低，土壤全氮、全磷和全鉀含量基本穩定，CEC則呈增加趨勢。在不施肥條件下，高肥力水平的土壤（菜園土）有機質和全磷含量分別比低肥力的（荒地土）增加了19.8%和62.8%；施肥條件的增加幅度更大，分別為39.8%和164.5%。這說明，長期有機肥投入的菜園土是提高土壤有機質和全磷含量的重要方式，但對土壤酸化和全鉀含量的影響較小。

合理施肥可以提高紅壤旱地的土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量（表3）。在不同肥力水平之間，不同肥力的養分大小排序為：菜園土＞花生地＞茶園土＞荒地土，其中以高肥力的土壤（菜園土）堿解氮、有效磷、速效鉀含量最高。與低肥力的（荒地土）相比，高肥力處理的土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量在不施肥條件下分別增加了34.7%、542.2%和99.4%；在施肥條件下，其增幅分別為48.1%、248.6%和92.8%。數據說明，長期有機肥施用是活化土壤氮磷鉀養分的重要措施之一。

表2 不同施肥措施下紅壤旱地不同肥力水平土壤的pH值和全量養分

表3 施肥措施對紅壤旱地不同肥力水平土壤速效養分的影響

圖2 紅壤旱地不同肥力水平的基礎地力貢獻率變化

2.3 不同肥力水平的基礎地力貢獻率的變化特征

在紅壤旱地上，不同肥力的土壤基礎地力貢獻率變化見圖2。結果表明，各肥力水平的基礎地力貢獻率由高到低的排列次序為菜園土＞花生地＞茶園土＞荒地土，其中以高肥力（菜園土）的基礎地力最高（全年的基礎地力貢獻率為39.4%），其在春玉米、秋玉米和全年分別比低肥力（荒地土）提高了11.6%、159.2%和79.5%，但是，中肥力（花生地和茶園土）的基礎地力則與低肥力不存在顯著差異。結果表明，有機肥是提高紅壤旱地基礎地力的重要途徑之一，而單獨的化肥施用對土壤地力的提升幅度有限。

3 結論與討論

在南方丘陵區，受地勢等天然因素的限制，紅壤旱地的灌溉條件不發達，作物的種植和生長主要依賴天然降雨，屬于典型的雨養農業[9]，因此，紅壤旱地主要種植玉米和芝麻等耐旱作物。由于紅壤旱地上玉米的種植制度主要是春玉米和秋玉米輪作[10]，因此研究以不同肥力水平的紅壤旱地為研究對象，選取春玉米和秋玉米來探討土壤的基礎地力變化特征。結果表明，不論施肥與否，在不同肥力水平間均表現出高肥力水平的玉米產量較高，其土壤速效養分也顯著高于其他處理。在不同肥力水平中，高肥力（菜園土）處理的土壤基礎地力貢獻率為39.4%，顯著高于其他處理。

在試驗中，肥力水平和施肥技術顯著影響玉米的生物量和土壤肥力，在施用相同的氮磷鉀肥條件下，各肥力的生物量和土壤肥力均表現出：菜園土＞花生地＞茶園土＞荒地土，其中高肥力（菜園土）的玉米生物量和土壤肥力均顯著高于其他肥力水平；這與菜園土長期投入有機肥有關，與前人的研究一致[11-14]，說明長期投入有機肥可以顯著提高作物產量，并維持和增加土壤肥力。

土壤基礎地力和施肥技術是影響作物高產穩產的重要因素之一[15-16]。在研究中，紅壤旱地的基礎地力貢獻率受不同肥力水平和施肥技術的影響，除了高肥力之外，中肥力（茶園土和花生地）的土壤基礎地力對春玉米或秋玉米生物量的貢獻率約為30%，明顯低于潮土的基礎地力貢獻率（51%～54%）[3]和水稻土的基礎地力貢獻率（75%～81%）[5]。在紅壤旱地中，肥力越高，土壤基礎地力貢獻率越高，其中長期施用有機肥的高肥力（菜園土）土壤的基礎地力貢獻率最高，其春玉米、秋玉米和全年的基礎地力貢獻率分別比低肥力（荒地土）提高了11.6%、159.2%和79.5%，這說明，肥力水平是保證作物產量的重要基礎。王寅等[17]研究發現，紅壤的氮磷鉀肥吸收利用率與基礎地力貢獻率密切相關，當基礎地力升高時，其肥料利用率也逐漸提高，此結果與研究結果一致。

[1] 張桃林，潘劍君，劉紹貴，等. 集約農業利用下紅壤地區土壤肥力與環境質量變化及調控——江西省南昌市郊區和余江縣案例研究[J]. 土壤學報，2007，44（4）：584-591.

[2] 張愛君，張明普，張洪源. 土壤基礎肥力對夏玉米養分吸收和產量的影響[J]. 玉米科學，1999，7（2）： 71- 74.

[3] 馬常寶，盧昌艾，任 意，等. 土壤地力和長期施肥對潮土區小麥和玉米產量演變趨勢的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2012，18（4）：796-802.

[4] 唐 旭，吳春艷，楊生茂，等. 長期水稻—大麥輪作體系土壤供氮能力與作物需氮量研究[J]. 植物營養與肥料學報，2011，17（1）：79-87.

[5] 王 飛，林 誠，李清華，等. 長期不同施肥方式對南方黃泥田水稻產量及基礎地力貢獻率的影響[J]. 福建農業學報，2010，25（5）：631-635.

[6] 曾祥明，韓寶吉，徐芳森，等. 不同基礎地力土壤優化施肥對水稻產量和氮肥利用率的影響[J]. 中國農業科學，2012，45（14）：2886-2894.

[7] 徐明崗，梁國慶，張夫到，等. 中國土壤肥力演變[M]. 北京：中國農業科學技術出版社，2006.

[8] 湯勇華，黃 耀. 中國大陸主要糧食作物地力貢獻率和基礎產量的空間分布特征[J]. 農業環境科學學報，2009，28（5）：1070-1078.

[9] 路季梅，劉洪順. 江南紅壤丘陵區農業氣候特點與作物生產的氣候相宜性[J]. 南京農業大學學報，1999，22（2）：15-20.

[10] 路 鵬，黃道友，宋變蘭，等. 亞熱帶紅壤丘陵區典型景觀單元土壤養分的空間變異[J]. 植物營養與肥料學報，2005，11（6）：717-723.

[11] 黃道友，王克林，陳桂秋，等. 紅壤丘陵區集水區集約型經營的水土資源動態與土地持續生產力研究[J]. 中國農業科學，2004，37（1）：92-98.

[12] 王伯仁，徐明崗，文石林. 長期不同施肥對旱地紅壤性質和作物生長的影響[J]. 水土保持學報，2005，19（1）：97-100，144.

[13] Zhang H M，Wang B R，Xu M G，et al. Crop yield and soil responses to long-term fertilization on a red soil in southern China [J]. Pedosphere，2009，（19）：199-207.

[14] Huang S，Zhang W J，Yu X C，et al. Effects of long-term fertilization on corn productivity and its sustainability in an Ultisol of southern China [J]. Agriculture，Ecosystems and Environment，2010，（138）：44-50.

[15] 段英華，徐明崗，王伯仁，等. 紅壤長期不同施肥對玉米氮素回收率的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2010，16（5）：1108-1113.

[16] 孔宏敏，何圓球，吳大付，等. 長期施肥對紅壤旱地作物產量和土壤肥力的影響[J]. 應用生態學報，2004，15（5）：782-786.

[17] 王 寅，李小坤，李雅穎，等.紅壤不同地力條件下直播油菜對施肥的響應[J]. 土壤學報，2012，49（1）：121-129.

（責任編輯：肖彥資）

The Characteristics of Corn Yield and Basic Soil Productivity under Different Levels of Soil Fertility in Red Soil

ZHANG Bing1，XIA Gui-long2，WANG Wei1，WANG Hong-chun1，NI Zhi-wei1
（1. Nanjing Agricultural Pesticide Science and Technology Development Co., Ltd., Nanjing 210095, PRC; 2. Institute of Agriculture Science, Plantation of Dengjia Town of Jiangxi Province, Yujiang 335200, PRC）

The experiment selected the soil with different fertilization measures on dry land of red soil, the soil representing different fertility levels such as uncultivated soil (low fertility), tea garden soil (medium fertility), peanut felds soil (medium fertility) and vegetable feld soil (high fertility), based on the experiment of fertilization and non-fertilization, the basal soil fertility contribution rate and fertilizer contribution rate of red soil dry land with different fertility levels were studied. The results showed that fertilization could increase maize yield signifcantly, the trend of corn yield in each fertility level was vegetable feld soil ＞ peanut feld soil ＞ tea garden soil ＞ uncultivated soil, in red soil dry land, organic fertilization measures can not only increase crop yield, but also improve soil fertility and contribution rate of basic soil fertility to yield.

soil fertility level; red soil; corn; basic soil productivity

S147.2

：A

：1006-060X（2017）06-0021-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.006.007

2017-04-06

公益性行業（農業）科研專項（201203030）；江西省科技支撐項目（20141BBF60050）

張 兵（1985-），男，河南鞏義市人，初級農藝師，主要從事新型農藥及肥料的應用研究。

倪志偉