土壤有機質含量和p H值對湖南省春玉米施肥效果的影響

郭歡樂，李 涵，曹鐘洋，吳遠帆，陳志輝

（1. 湖南省作物研究所，湖南 長沙 410125；2. 湖南省土壤肥料工作站，湖南 長沙 410005）

土壤有機質含量和p H值對湖南省春玉米施肥效果的影響

郭歡樂1，李 涵1，曹鐘洋1，吳遠帆2，陳志輝1

（1. 湖南省作物研究所，湖南 長沙 410125；2. 湖南省土壤肥料工作站，湖南 長沙 410005）

研究不同有機質等級和不同pH值背景的玉米田土壤的施肥效果，結果表明，不同有機質等級土壤肥效為4級＞1級＞2級＞3級，不同酸堿性土壤肥效為堿性＞強酸性＞酸性＞中性；產量達到最高時氮、磷、鉀的平均施用量分別為225、101和103 kg/hm2，肥料施用過量后，肥料危害程度為磷肥＞鉀肥＞氮肥。

玉米；肥效；有機質；pH值

玉米是湖南省最重要的旱糧作物之一，2015年種植面積已達34.8萬hm2，總產量為18.9萬t，平均單產為5 421 kg/hm2[1]。隨著近年來畜牧業的快速發展，作為重要飼料來源的玉米，市場需求量也隨之快速增長。由于湖南省生產能力有限，每年都有巨大的需求缺口，需從外省或者國外調入。與國內平均單產水平5 886 kg/hm2相比[2]，湖南省玉米單產屬于較低水平，與國內高產水平相比差距更加明顯，因此單產較低是影響湖南玉米供給量不足的重要因素之一。在影響玉米產量的因素中，合理施肥是重要的一環，而施肥效果的好壞受土壤狀況的制約。土壤的有機質含量和pH值是影響土壤肥力、施肥效果和作物生長發育的重要因素[3-11]，因此研究玉米田土壤有機質含量和pH值與施肥效果的關系，對于合理施肥，提高肥效，進而提高玉米種植效益具有重要現實意義。

自全國2005年開展“3414”肥料試驗以來，各地不同作物施肥研究取得顯著成果[12-19]，同時積累了大量試驗數據，對于研究施肥效率、最佳施肥量、土壤狀況與施肥量關系等提供了有力的支撐。借助2005～2011年湖南省春玉米“3414”肥料試驗數據，從土壤有機質含量和pH值與施肥效果關系方面進行研究，試圖揭開在不同土壤有機質和pH值背景下春玉米施肥量與產量的關系，為湖南省春玉米科學施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗在湖南省玉米主產區進行，共涵蓋4個玉米生態區的25個主產縣（市、區）。各試驗點依據《測土配方施肥技術規范》“3414”肥料試驗進行[20-21]，試驗設計氮磷鉀3因素、4水平、14個處理，分別為處理 1（N0P0K0）、處理 2（N0P2K2）、處理 3（N1P2K2）、處理 4（N2P0K2）、處理 5（N2P1K2）、處理 6（N2P2K2）、處理 7（N2P3K2）、處理 8（N2P2K0）、處理 9（N2P2K1）、處 理 10（N2P2K3）、 處 理 11（N3P2K2）、 處 理 12（N1P1K2）、處理 13（N1P2K1）和處理 14（N2P1K1）。各處理中0代表不施肥，1代表施肥量為2水平的一半，2代表當地最佳施肥量，3代表2水平的1.5倍。試驗開展前取試驗田土樣，檢測全氮、堿解氮、有效磷、全鉀、緩效鉀、速效鉀和有機質含量以及pH值。試驗材料選擇當地主栽玉米品種，試驗設計3次重復，隨機區組排列，除肥料處理外，其余田間管理與大田一致。

1.2 試驗數據分類與處理

研究共獲得119組試驗數據，重點關注土壤有機質含量和pH值對施肥效果的影響。選取處理2、3、6和11研究氮肥的施用效果；選取處理4、5、6和7研究磷肥的施用效果；選取處理8、9、6和10研究鉀肥的施用效果。由于各地選取品種不一致，采取各處理實際產量除以處理1（肥料空白處理）的產量，得出相對產量來代表施肥效果。

1.2.1 有機質含量分級與肥料處理數據參照土壤養分分級標準，將土壤有機質含量進行分級，有機質含量＞ 4、3～4、2～3、1～2、0.6～1 和＜ 0.6% 分別對應1、2、3、4、5和6級。該研究土樣沒有5級和6級，因此只針對1～4級土壤的氮磷鉀肥效進行分析。

分別對各等級土壤的肥料處理量與對應的相對產量平均值進行擬合，方程擬合成功后，計算各級別土壤施肥量的臨界值。利用方程做出施肥量與相對產量關系圖，將不同等級土壤施肥量與相對產量關系整合在同一圖中進行對比分析。

1.2.2 土壤pH值分類與肥料處理數據參照土壤養分分級標準，根據該試驗土壤pH值，將土壤4.5～5.5、5.5～6.5、6.5～7.5和7.5～8.5的pH值，分別劃分為強酸性、酸性、中性和堿性4類。

分別對各酸堿性類型土壤的肥料處理量與對應的相對產量平均值進行擬合，方程擬合成功后，計算各酸堿類型土壤施肥量的臨界值。利用方程做出施肥量與相對產量關系圖，將不同酸堿類型土壤施肥量與相對產量關系整合在同一圖中進行對比分析。數據處理與圖表繪制均用Excel2010完成。

2 結果與分析

2.1 土壤有機質含量與施肥效果

2.1.1 氮肥施肥量與產量擬合分別將不同有機質等級土壤的氮肥處理，即處理2、3、6、和11的氮肥施用量與對應的相對產量數據進行方程擬合，以y和x分別代表相對產量和施肥量（kg/hm2），1～4級土壤擬合方程分別為：

以上方程均擬合成功，相關系數均達到極顯著水平，因此可以用該方程進行肥料效應分析。由4種土壤方程構建出4種土壤級別條件下的氮肥肥料效應對比圖。

2.1.2 磷肥施肥量與產量擬合分別將不同有機質等級土壤的磷肥處理，即處理4、5、6和7的磷肥施用量與對應的相對產量數據進行方程擬合，以y和x分別代表相對產量和施肥量（kg/hm2），1～4級土壤擬合方程分別為：

以上方程均擬合成功，相關系數均達到極顯著水平，因此可以用該方程進行肥料效應分析。

2.1.3 鉀肥施肥量與產量擬合分別將不同有機質等級土壤的鉀肥處理，即處理8、9、6和10的鉀肥施用量與對應的相對產量數據進行方程擬合，以y和x分別代表相對產量和施肥量（kg/hm2），1～4級土壤擬合方程分別為：

以上方程均擬合成功，相關系數均達到極顯著水平，因此可以用該方程進行肥料效應分析。

2.1.4 不同等級土壤施肥效果對比分析根據以上擬合成功的方程，分別繪制不同土壤等級的氮磷鉀施肥效果對比圖，如圖1所示。

由圖1，在不同等級有機質含量的土壤中，3種肥料的肥效均呈現出在一定范圍內產量隨著施肥量的增加而增加，當超出某一臨界值后，肥料開始出現負面效應，肥料的減產效應與增產效應抵消。隨著肥料的繼續增加，相對產量降至1，即肥料的減產作用將另外2種肥料的增產作用徹底抵消，產量降至不施肥的產量。以上結果符合肥料報酬遞減規律，說明方程模擬結果可信。

由圖1中A、B和C，相對產量的最大值均表現為4級＞1級＞2級＞3級，說明有機質含量較低的土壤肥料效應最為明顯，而相對產量最大值1級＞2級＞3級則說明在這一范圍內（2～4 g/kg），施肥效果隨著有機質含量的增加而提高。有機質與化學肥料形成良性互作，較高的有機質含量對肥效的發揮越有利。

由表1可知，1～4級土壤相對產量達到最高時，對應的N施用量分別約為200.5、215.2、214.9和270.0 kg/hm2；P2O5施用量分別約為104.9、107.4、110.1和83.1 kg/hm2；K2O施用量分別約為89.9、90.2、106.3和125.3 kg/hm2?？芍衩走_到最大產量時，氮肥需求量最大，其次為鉀肥，磷肥需求量最少，因此若要獲得較高產量，一定要保證氮肥的充足供應。

圖1 不同有機質等級土壤氮磷鉀施用量與相對產量

由最高產量對應的施肥量可知，4級土壤均需最多的氮肥施用量才可達到最高產量。1級土壤相對用量最少；在磷肥施用量方面，4級土壤達到最高產量時施用量小于其余等級土壤；鉀肥施用量則有隨著有機質含量降低而增高的趨勢。可知不同有機質等級的土壤對肥料的需求規律是不同的，若要達到最高產量，有機質含量較低的土壤均應多施氮肥；有機質含量較高的土壤應多施磷肥，其余類型則滿足需求即可；鉀肥的施用量則應隨著有機質含量的減少而增多。

由表1和表2可知，1至4級土壤氮肥超過最高產量施用量約275.0、263.8、265.1和304.3 kg/hm2時產量減至肥料空白（處理1）水平；磷肥施超過最高產量施用量約200.1、113.6、101.7和141.7 kg/hm2時產量減至肥料空白水平；鉀肥施超過最高產量施用量約192.8、143.8、187.7和188.8 kg/hm2時產量減至肥料空白水平?？芍?，肥料過量施用時減產效應磷肥＞鉀肥＞氮肥，在生產上應特別注意磷肥的施用量，防止過量施用引起肥害。同時可知，對于氮肥來說較高的有機質含量可以降低肥料過量的危害，磷肥也表現出類似現象，而鉀肥則表現為較高和較低的有機質含量均可降低肥料過量的危害，不同類型的肥料過量引起的危害表現各不相同。

由表3可知，當N施用量為0時，各土壤類型相對產量1級最高，2、3級次之，4級最低，可知土壤氮肥的供應能力與有機質呈正相關，較高的有機質含量可以部分彌補氮肥的不足，這也與孫冬梅[8]和宋春雨[10]等人的研究結果符合。當P2O5施用量為0時，相對產量表現為1級＞4級＞2級＞3級。當K2O施用量為0時，相對產量表現為4級＞1級＞2級＞3級。可知土壤磷肥與鉀肥的供應能力與有機質有一定的正相關關系，但沒有氮肥明顯。不同等級有機質等級土壤中，當氮磷鉀分別施用量為0時，均有相對產量氮空白＜磷空白＜鉀空白，可知N空白對產量影響最大，這也從另一方面反映出氮肥對玉米的重要性。

表1 不同類型土壤相對產量最高時各肥料施用量 （kg/hm2）

表2 不同類型土壤相對產量為1時各肥料施用量 （kg/hm2）

表3 不同土壤背景條件下各肥料施用量為0時相對產量

2.2 土壤pH值與施肥效果

2.2.1 氮肥施肥量與產量擬合分別將不同酸堿性土壤的氮肥處理，即處理2、3、6、和11的氮肥施用量與對應的相對產量數據進行方程擬合，以y和x分別代表相對產量和施肥量（kg/hm2），強酸性、酸性、中性和堿性土壤擬合方程分別為：

以上方程均擬合成功，相關系數均達到極顯著水平，因此可以用該方程進行肥料效應分析。

2.2.2 磷肥施肥量與產量擬合分別將不同有機質等級土壤的磷肥處理，即處理4、5、6和7的磷肥施用量與對應的相對產量數據進行方程擬合，以y和x分別代表相對產量和施肥量（kg/hm2），強酸性、酸性、中性和堿性土壤擬合方程分別為：

以上方程均擬合成功，相關系數均達到極顯著水平，因此可以用該方程進行肥料效應分析。

2.2.3 鉀肥施肥量與產量擬合分別將不同有機質等級土壤的鉀肥處理，即處理8、9、6和10的鉀肥施用量與對應的相對產量數據進行方程擬合，以y和x分別代表相對產量和施肥量（kg/hm2），強酸性、酸性、中性和堿性土壤擬合方程分別為：

以上方程均擬合成功，相關系數均達到極顯著水平，因此可以用該方程進行肥料效應分析。

2.2.4 不同等級土壤施肥效果對比分析根據以上擬合成功的方程，分別繪制不同酸堿性土壤的氮磷鉀施肥效果對比圖，如圖2所示。

由圖2中D、E和F，相對產量的最大值均表現為堿性＞強酸性＞酸性＞中性，說明堿性土壤肥料效應最為明顯，而相對產量最大值強酸性＞酸性＞中性則說明在這一范圍內（pH=4.5～7.5），施肥效果隨著土壤酸性降低而提高?？芍獜娝嵝院蛪A性土壤施肥效果最明顯，也可從側面反映出，極端的pH值條件的土壤自身供肥能力較差，特別是堿性條件最不利與土壤自身肥力的發揮。

圖2 不同酸堿類型土壤氮磷鉀施用量與相對產量

由表1可知，從強酸性到堿性土壤，相對產量達到最高時，對應的N施肥量分別約為224.8、229.7、220.9和256.5 kg/hm2；P2O5施肥量分別約為82.8、83.6、89.6和105.1 kg/hm2；K2O施肥量分別約為103.1、125.2、157.2和101.1 kg/hm2。與前文有機質分類結果一致，玉米達到最大產量時，氮肥需求量最大，其次為鉀肥，磷肥需求量最少。

由最高產量對應的施肥量可知，土壤達到最高產量時氮肥施用量堿性＞酸性＞強酸性＞中性，磷肥為堿性＞中性＞酸性＞強酸性，鉀肥則為中性＞酸性＞強酸性＞堿性?？芍试谥行酝寥乐蟹市ё罡?，磷肥在偏酸性條件下肥效最高，鉀肥在強酸和堿性土壤中肥效最高。該研究結果中磷肥的施肥特點與師剛強等[7]研究結果——土壤pH值與速效磷含量呈顯著負相關吻合。

由表1和表2可知，強酸至堿性土壤氮肥超過最高產量施用量約281.2、267.5、263.5和394.7 kg/hm2時產量減至肥料空白水平；磷肥施超過最高產量施用量約137.8、133.4、155.0和217.3 kg/hm2時產量減至肥料空白水平；鉀肥施超過最高產量施用量約204.3、182.8、268.6和206.3 kg/hm2時產量減至肥料空白水平。與前文的有機質含量研究結果一致，肥料過量施用時減產效應磷肥＞鉀肥＞氮肥。同時可知對于氮肥來說較高的土壤pH值可以一定程度抑制肥料過量的危害，磷肥也表現出類似現象，而鉀肥則規律不明顯。

由表3可知，當N施用量為0時，各土壤類型相對產量堿性＞強酸性＞中性＞酸性；當P2O5施用量為0時，相對產量表現為堿性＞強酸性＞酸性＞中性；當K2O施用量為0時，相對產量表現為堿性＞強酸性＞中性＞酸性?？芍獕A性和強酸性土壤的雙肥料肥效最好，也可以推測出堿性和強酸性土壤不利于玉米的生長，中性或者偏酸性的土壤最適合玉米。

3 結 論

研究通過對湖南省春玉米土壤進行有機質含量和pH值分類，研究不同類型土壤的氮磷鉀施肥效果。由以上結果可知，不同有機質含量土壤需肥規律不盡相同，總體上看，氮肥需求量最大，鉀肥次之，磷肥最少，產量達到最高時氮磷鉀需求量比例總體上接近225、101、103 kg/hm2。

不同有機質含量的土壤中，施肥效果差別明顯，較低的有機質含量肥效最高，1～3級有機質等級土壤中，有機質含量與施肥效果呈正相關關系。因此在有機質含量較低的土壤中應盡量保證足量的肥料供應，以保證產量，有機質含量高的土壤較高的土壤，應精量施肥，充分發揮土壤的供肥能力，減少投入。不同酸堿類型土壤中，強酸性和堿性土壤中肥效最好，特別是堿性土壤中肥效最高，可知強酸性和堿性土壤不利于土壤自身肥效發揮，進而影響玉米生長。從施肥效果來看，玉米比較適合在中性或者微酸性土壤中生長。因此，在選擇種植田塊時，從高產角度考慮，應選擇土壤有機質含量較高且土壤偏酸性的田塊。

當肥料過量施用時，不同土壤類型中均表現為磷肥減產效應最為明顯，其次是鉀肥和氮肥，這也與磷肥需求量最小，氮肥需求量最大相關。因此在玉米施肥時應盡量保證氮肥的足量供應，同時應當謹慎施用磷肥，防止過量。

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Effects of Soil Organic Matter Content and pH Value on Fertilization Efficiency of Spring Maize in Hunan Province

GUO Huan-le1，LI Han1，CAO Zhong-yang1，WU Yuan-fan2，CHEN Zhi-hui1
（1. Hunan Crops Research Institute, Changsha 410125, PRC; 2. Soil and Fertilizer workstation of Hunan Province,Changsha 410005, PRC）

The fertilization effects of maize field soil with different organic matter levels and different pH values were studied, the results showed that for different organic matter levels, the soil fertility was level 4＞ level 1 ＞ level 2 ＞ level 3,soil fertility with different acidity and alkalinity was alkaline ＞ strong acid ＞ acid ＞ neutral; The average fertilizer amount of N, P, K for top yield were 225, 101 and 103 kg/hm2respectively. When fertilization was excessive, fertilizer damage degree regulation was P ＞K ＞N.

maize; fertilizer efficiency; organic matter; pH value

S513

A

1006-060X（2017）09-0028-05

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.009.008

2017-06-21

國家現代農業產業技術體系專項（CARS-2）；國家重點研發計劃 （2016YFD0300308）；南方玉米產量與效率層次差異形成機制與豐產增效途徑（2016YFD0300109）

郭歡樂（1985-），男，河南洛陽市人，助理研究員，博士研究生，研究方向：玉米育種與栽培。

陳志輝

（責任編輯：肖彥資）