不同農作措施對黃綿土坡耕地玉米產量及養分吸收的影響

羅照霞，雷建明，馬忠明，楊虎德，楊志奇

(1.天水農業科學研究所，甘肅天水 741000；2.甘肅省農業科學院，蘭州 730070;3.甘肅省農業科學院 土壤肥料與節水農業研究所，蘭州 730070)

平衡施肥是當今世界作物生產中施肥技術的發展趨勢和提高產量的良好措施，其特點是根據作物的需肥規律、土壤的供肥特性與肥料效應，合理地利用農業資源[1]。近年來，玉米產量的迅速增加，很大程度上依靠化肥的大量施用，但是玉米產量增加的幅度遠遠低于肥料施用量增加的幅度。玉米對養分的吸收直接影響其產量，未被吸收利用的肥料，在降水作用下易隨徑流進入地表水，從而污染地下和地表水[2]；養分的生物有效性受土壤、水分、植物生長狀況等眾多因素的影響[3]，因而，施入土壤中的肥料是否真正被作物吸收利用也受眾多因素的影響。在玉米施肥中，普遍存在著偏氮肥，忽視磷鉀肥利用對作物生長發育、增產和促進養分吸收的作用[4-5]，特別是施肥粗放，肥料撒施地表，致使肥料利用率低下。本試驗所在區域農戶在玉米種植中存在著同樣的施肥誤區，且近年來因為勞動力的缺失有機肥已逐漸退出農業生產，土壤肥力全靠化肥供給。坡耕地在本區域占耕地面積的比例相當大，坡耕地因其特殊的地形，養分容易隨地表徑流流失，不利于作物吸收利用進而影響產量，同時對環境也造成了污染，因此，對坡耕地不同種植模式及施肥量的研究就顯得尤為重要。國內外進行了較多作物養分吸收利用的研究[5-8]，但是黃綿土坡耕地氮磷鉀肥配施對玉米養分吸收利用及產量的研究卻鮮有報道，為此，本試驗開展了黃綿土坡耕地不同種植模式及施肥量對玉米產量及植株養分吸收利用的研究，以期為同類型種植區域提供理論與實踐依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試作物春玉米品種為‘中單2號’。供試有機肥為農家肥(全氮、全磷、全鉀的質量分數分別為0.221%、0.067%和0.31%)、氮肥為尿素(含N 46.4%)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥為硫酸鉀(含K2O 50%)。

1.2 試驗地區概況

試驗設在天水市農業科學研究所中梁試驗站試驗基地(34°05′N，104°5′E)，該區屬半干旱山區，年平均氣溫為11.5 ℃，平均海拔1 650 m，降雨量500～600 mm。監測地塊土壤屬黃綿土，pH 8.6，土壤肥力指標為有機質11.87 g/kg，全氮0.76 g/kg，全磷0.69 g/kg，速效氮45.6 mg/kg，速效磷18.55 mg/kg，速效鉀147.8 mg/kg。監測地塊為山坡地，坡度15 °，坡向東西。前茬作物為冬小麥。

1.3 試驗設計

試驗共設6個處理：①對照處理(CK)，不施任何肥料+條膜平作；②常規施肥+條膜平作(CON)；③優化施肥+條膜平作(OPT)；④優化施肥+條膜壟作(OPT+TR)；⑤優化施肥+全膜平作(OPT+FM)；⑥優化施肥+全膜雙壟溝(OPT+TR+FM)。

常規施肥(當地農戶施肥標準)：農家肥15 000 kg/hm2、尿素300 kg/hm2；優化施肥(當地土肥站測土配方數據)：農家肥22 500 kg/hm2、尿素675 kg/hm2，過磷酸鈣600 kg/hm2、硫酸鉀225 kg/hm2。除1/3的尿素于大喇叭口期追肥外(玉米棵間或行側深施，距植株15 cm，施后掩埋)，其余肥料起壟前均勻撒在地表作基肥。平作：寬行行距60 cm，窄行行距40 cm；壟作：壟面寬60 cm，壟溝40 cm，壟高15 cm，壟面種植；雙壟溝：小壟寬40 cm，壟高15 cm，大壟寬60 cm，壟高10 cm，壟溝種植。玉米株距均為33 cm。

本試驗均為橫坡種植。隨機區組排列，重復3次，小區面積30 m2(順坡7.5 m×橫坡4 m)，不同小區之間用磚支砌，每個小區建一個徑流池(徑流池尺寸為長1 m×寬1 m×高1.2 m )用來收集小區徑流雨水。2013-04-20播種， 10月20日收獲，橫坡行播，人工點播，保苗6萬株/hm2，其他田間管理措施與當地大田相同。

1.4 測定項目及計算方法

玉米籽粒和秸稈全氮、磷、鉀采用H2SO4-H2O2消煮，氮采用凱氏法測定，磷采用釩鉬黃比色法測定，鉀采用火焰光度計法測定。

小區內玉米于成熟期全部收獲測產，籽粒脫粒后曬干、風選后稱干質量和含水量。

玉米養分吸收量=玉米籽粒產量×籽粒養分質量分數+玉米秸稈產量×秸稈養分質量分數

肥料利用率=(施肥處理吸收養分量-不施肥處理養分吸收量)/施肥量×100%

養分平衡=養分投入量(kg/hm2)-養分的植株吸收量(kg/hm2)

采用軟件Microsoft Office Excel 2007對數據作圖，用DPS 3.01進行數據顯著性分析，并用LSD法檢驗試驗結果的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式及施肥量對玉米產量的影響

從圖1可以看出，就產量而言，OPT>CON>CK(不施肥處理)。OPT+TR+FM處理籽粒產量最高，達到6 907.78 kg/hm2，較CK和CON分別提高19.53%和13.06%，差異達極顯著水平(P<0.01)。4個OPT處理相比，OPT+TR+FM處理籽粒產量較OPT 、OPT+TR、OPT+FM處理分別提高11.04%、5.74%和3.05%，處理間差異不顯著。坡耕地種植下，全膜平作形成的地表徑流大，帶走更多的土壤養分，不利于玉米生長，全膜雙壟溝攔蓄地表徑流效果好，土壤中有足夠的養分供作物吸收利用[9]。玉米秸稈產量的變化趨勢和籽粒產量變化趨勢基本一致，都是OPT>CON>CK(不施肥處理)。從試驗結果可以看出，單施氮肥不能最有效地利用養分資源，肥料偏施也嚴重影響玉米生產水平的提高，且長期偏施肥料，不僅將導致農田土壤中某種或數種營養元素的缺乏或累積，還會帶來對土壤環境的負面影響。氮、磷、鉀三者配合施用時，產量最高，植株吸收利用效果好。

方柱上不同小寫和大寫字母表示處理間差異達顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)水平 Different letters above bars indicate mean significance at 0.05 or 0.01 level

2.2 不同種植模式及施肥量對玉米養分吸收的影響

2.2.1 不同種植模式及施肥量對玉米養分質量分數的影響 玉米成熟期籽粒和秸稈氮、磷、鉀質量分數見表1。從表中可以看出，不同處理下，玉米籽粒和秸稈氮、磷、鉀養分質量分數都是N>K>P，籽粒氮和磷質量分數高于秸稈，但鉀卻不一樣，秸稈質量分數遠遠高于籽粒，此結果和劉德江等[10]的研究結果一致。OPT籽粒和秸稈中氮質量分數與CK和CON處理差異不顯著，磷、鉀質量分數與CK和CON處理差異顯著；不同施肥量顯著影響氮、磷、鉀養分質量分數，CK處理養分質量分數低于CON和OPT處理。不同肥料施用量有利于玉米植株相應養分質量分數的提高，以氮、磷、鉀配合施用的效果最優；不同種植模式對玉米養分質量分數也有很大影響，因地表徑流帶走土壤養分質量分數不同導致玉米吸收養分也不同[9]。

表1 不同農作措施對玉米養分質量分數的影響Table 1 Effects of different farming practices on nutrient mass fraction of maize g/100 g

2.2.2 不同種植模式及施肥量對玉米養分吸收量的影響 表2結果顯示，玉米籽粒和秸稈氮、磷、鉀養分吸收量與養分質量分數表現一致，都是N>K>P。玉米對氮素吸收量最多，鉀次之，磷最少。籽粒P吸收量大于秸稈，但N、K吸收量卻是秸稈大于籽粒。OPT條件下，玉米氮、磷、鉀吸收量全膜大于條膜，壟作大于平作，氮吸收量全膜與條膜處理間差異不顯著，磷和鉀吸收量差異顯著。不同施肥條件下，OPT處理玉米氮、磷、鉀吸收量顯著大于CK和CON處理，OPT玉米籽粒和秸稈氮、磷、鉀總平均吸收量分別為173.80、16.37和92.51 kg/hm2，較CK和CON處理分別提高15.09%、28.50%、53.94%和7.81%、14.61%、10.57%，與CK差異顯著。OPT+TR+FM處理玉米籽粒和秸稈氮、磷、鉀總養分吸收量最大，分別為182.89、17.83和99.38 kg/hm2。以上結果表明，合理的氮、磷、鉀肥配施和種植模式是玉米高產的基礎，也可以減少因地表徑流帶走過多養分而導致水體和環境污染。由表2還可以看出，春玉米植株中氮、磷最終絕大部分轉移到籽粒，而鉀素最終大部分轉移到莖稈中，其所占比例較高。

表2 不同農作措施對玉米養分吸收量的影響Table 2 Effects of different farming practices on nutrient uptake of maize kg/hm2

2.3 不同種植模式及施肥量下玉米氮、磷、鉀素表觀平衡

本研究中，肥料投入項為有機肥和化肥施入量之和，產出項為玉米地上部吸收量。表3結果顯示，不同種植模式下肥料利用率的變化趨勢為全膜壟作>全膜平作>條膜壟作>條膜平作。施肥量不同導致肥料利用率不同，磷、鉀肥投入量越高利用率越小。CON條件下，因施肥量小且肥料單一，故玉米對肥料吸收利用充分，磷和鉀的利用率較OPT分別提高1.39～2.97倍和2.10～3.17 倍，但此種植模式下玉米產量較低，且肥料隨地表徑流流失量也大，坡耕地種植稀播作物不易采用。OPT條件下，OPT+TR+FM處理氮、磷、鉀利用效率最高，分別達到8.78%、10.95%、24.09%，全膜雙壟溝產生徑流量少，肥料隨水土流失小，玉米對養分吸收利用效果好。

從肥料表觀平衡看，不施肥處理氮、磷、鉀養分均為虧缺；CON處理磷、鉀養分從有機肥中供給，故不能滿足玉米生長需要，收支為負平衡；OPT處理中氮、磷、鉀肥養分投入量始終大于吸收量，表現為盈余，表觀平衡為氮>鉀>磷，且因種植模式的不同，各處理氮、磷、鉀表觀平衡變化趨勢為OPT>OPT+TR>OPT+FM>OPT+TR+FM；不同種植模式下，養分隨地表徑流流失量不一樣，玉米植株對肥料吸收利用好則盈余量就少。

表3 不同農作措施下玉米氮、磷和鉀素表觀平衡Table 3 Effects of different farming practices on N，P and K apparent equilibrium in maize

3 討 論

3.1 不同種植模式及施肥量對玉米產量的影響

研究農田地表徑流氮磷流失規律對提高化肥利用率、減輕農業面源污染有重要意義[11]。長期以來，為了保證作物產量，本區域農戶習慣于投入大量氮肥、磷肥，為了節省勞力和方便施肥而基本不施有機肥，這種施肥方式極不利于土壤養分平衡且對農田水環境造成很大污染。坡耕地肥料隨地表徑流流失幾率大，在保持較高產量的同時改變種植模式及施肥量對本區域農業生產極為重要。研究表明，氮磷鉀合理配施有利于改善玉米的生長和發育狀況，顯著提高玉米產量[12]。全膜雙壟溝種植，攔蓄地表徑流效果明顯，有效減少了土壤養分流失，有利于提高作物產量。

3.2 不同種植模式及施肥量對玉米養分吸收的影響

植株養分吸收積累是作物產量形成的基礎，是合理施肥的重要依據。本試驗不同施肥量條件下，玉米氮、磷、鉀變化趨勢為OPT>CON>CK，隨著施肥量的增加玉米植株養分積累量顯著增加，與趙靚等[13]和王曉娟等[14]的研究結果一致。不同種植模式下，玉米對氮磷鉀養分吸收量表現出與作物產量基本一致的趨勢[11]，在植株氮、磷、鉀質量分數一定的情況下，氮、磷、鉀吸收量的大小取決于產量的多少。玉米對N、P、K的吸收比例，不同學者得到的研究結論不盡相同。張福鎖等[15]研究結果表明，玉米對N、P、K的吸收比例為K2O>N>P2O5，Belay等[16]和楊恒山等[17]則得到N>K2O>P2O5的結論。研究結果不同的原因，可能與試驗品種、土壤肥力、施肥水平等有關。可見，根據降雨特征和坡耕地地形條件，有目的采用耕作措施，對徑流水量進行調節，以減少養分隨地表徑流大量流失而影響作物吸收利用。

3.3 不同種植模式及施肥量對玉米肥料利用率的影響

肥料利用效率是表征合理施肥的重要指標。本試驗中，CON處理肥料利用率明顯高于OPT處理，施肥量越小肥料利用率越大[17-18]。CON處理施肥量小，故肥料利用率較高，但綜合考慮產量及地表徑流量，并不是最佳施肥模式。鉀的利用效率較氮、磷高很多，這是因為本地區土壤鉀素質量分數較高，農業生產上長期不施化學鉀肥或施用量較小，依靠有機肥歸還土壤鉀素，農田鉀素一直是虧缺狀態，因此鉀肥利用率是比較高的。不同種植模式下肥料利用率的變化趨勢為全膜雙壟溝>全膜平作>條膜壟作>條膜平作。坡耕地種植，不同覆膜條件下，全膜雙壟溝大小壟溝間蓄積大量雨水，地膜接縫處養分隨雨水自然滲透，植株能夠充分吸收利用；全膜平作地表徑流的流速快且流量多，土壤養分流失的也較多，植株可吸收利用的養分明顯減少；條膜之間的土壤行距能使一部分降雨滲漏淋溶，一定程度上可以阻止地表徑流養分流失。養分隨地表徑流流失量大，作物吸收利用就相對較小，反之則大。從肥料表觀平衡來看，本試驗條件下，應減少氮的大量投入，適當減少磷鉀肥施用量。磷在土壤中有較長的后效，施入土壤后淋失、揮發的可能性不大，當季利用率不高，但殘留在土壤中的磷素后茬作物會逐步吸收利用，鉀肥可在保持作物高產的同時顯著減少鉀素虧缺。綜上分析，本試驗條件下，優化施肥+全膜雙壟溝種植模式在黃綿土坡耕地種植區域稀播作物中應用效果最佳，既能提高農戶收益，又能減少農田土壤污染。本試驗研究還有待深入進行，以取得高產量和低環境污染的最佳施肥量閾值。

參考文獻Reference：

[1] 單德鑫,王春宏,姜佰文,等.黑土中玉米平衡施肥法的有關參數測定[J].東北農業大學學報,2007,38(4)：464-465.

SHAN D X,WANG CH H,JIANG B W,etal.Study on parameters of balanced fertilizer application of corn in black soil[J].JournalofNortheastAgriculturalUniversity,2007,38(4):464-465.

[2] 李世清,李生秀.半干旱地區農田生態系統中硝態氮的淋失[J].應用生態學報,2000,11(2):240-242.

LI SH Q,LI SH X.Leaching loss of nitrate from semiarid area agroeco system[J].ChineseJournalofAppliedEcology,2000,11(2):240-242.

[3] 安景文,汪 仁,包紅靜,等.不同肥料配方一次性施肥對玉米產量和養分吸收的影響[J].土壤通報,2008,39(8):874-877.

AN J W,WANG R,BAO H J.Effects of basal dressing total fertilizers once with different fertilizer formulas on product and nutrient uptake of maize[J].ChineseJournalofSoilScience,2008，39(8)：874-877.

[4] 肖 強,張夫道,王玉軍,等.納米材料膠結包膜型緩/控釋肥料的特性及對作物氮素利用率與氮素損失的影響[J].植物營養與肥料學報,2008,14(4):779-785.

XIAO Q,ZHANG F D,WANG Y J,etal.Effects of slow/controlled release fertilizers felted and coated by nano-materials on nitrogen recovery and loss of crops[J].PlantNutritionandFertilizerScience,2008，14(4)：779-785.

[5] 肖春華,李少昆,劉景德,等.種植方式對玉米養分吸收動態和利用效率的影響[J].土壤肥料,2005(2):10-13.

XIAO CH H,LI SH K,LIU J D,etal.Study on the dynamics of dry matter and nutrient accumulation in maize under various planting systems[J].SoilsandFertilizers,2005(2):10-13.

[6] 宋海星,李生秀.不同水、氮供應條件下夏玉米養分累積動態研究[J].植物營養與肥料學報,2002,8(4):399-403.

SONG H X,LI SH X.Dynamics of nutrient accumulation in maize plants under different water and nitrogen supply conditions[J].PlantNutritionandFertilizerScience,2002,8(4):399-403.

[7] LI L,SUN J H,ZHANG F S，etal.Wheat/maize or wheat/soybeanstrip intercroppingⅠ.Yield advantage and interspecific interactionson nutrients [J].FieldCropsResearch,2001,71(2):123-137.

[8] 寧堂原,焦念元,李增嘉,等.施氮水平對不同種植制度下玉米氮利用及產量和品質的影響[J].應用生態學報,2006,17(12):2332-2336.

NING T Y,JIAO N Y,LI Z J,etal.Effects of N application rate on N utilization,yield and quality of maize under different cropping systems[J].ChineseJournalofappliedEcology,2006，17(12):2332-2336.

[9] 羅照霞,楊志奇,馬忠明,等.不同農作措施對黃綿土坡耕地地表徑流養分流失及玉米產量的影響[J].中國水土保持,2015(7):34-37,38.

LUO ZH X,YANG ZH Q,MA ZH M,etal.Effects of different farming measures on nutrient loss and maize yield of loessal soil slope[J].SoilandWaterConservationinChina,2015(7):34-37,38.

[10] 劉德江,李青軍,高 偉,等.施肥對玉米養分吸收利用、產量及肥料效益的影響[J].中國土壤與肥料,2009(4):56-59.

LIU D J,LI Q J,GAO W,etal.Effects of fertilization on nutrient absorption,yield and fertilizer benefit of maize[J].SoilandFertilizerSciencesinChina,2009(4):56-59.

[11] 焦平金,許 迪,王少麗.汛期不同作物種植模式下地表徑流氮磷流失研究[J].水土保持學報,2009,23(2):15-20.

JIAO P J,XU D,WANG SH L.Nitrogen and phosphorus runoff losses from farmland as affected by cropping pattern during flood season[J].JournalofSoilandWaterConservation,2009，23(2)：15-20.

[12] 劉 文,武繼承.不同肥料配施對沙質潮土玉米產量與土壤培肥的影響[J].河南農業科學,2012,4(3):63-66.

LIU W,WU J CH.Effect of fertilizers application on corn yield and soil fertility in sandy soil[J].JournalofHenanAgriculturalSciences,2012，4(3)：63-66.

[13] 趙 靚,侯振安,黃 婷,等.氮肥用量對玉米產量和養分吸收的影響[J].新疆農業科學,2014,51(2):275-283.

ZHAO L,HOU ZH A,HUANG T,etal.Effects of N application rates on yield and nutrient uptake of maize[J].XingjiangAgriculturalSciences,2014,51(2):275-283.

[14] 王曉娟,賈志寬,梁連友,等.旱地有機培肥對玉米產量和水分利用效率的影響[J].西北農業學報,2009,18(2):93-97.

WANG X J,JIA ZH K,LIANG L Y,etal.Effects of organic fertilizer on grain yield and water use efficiency of spring maize in dry land[J].ActaAgriculturaeBoreali-occidentalisSinica,2009,18(2):93-97.

[15] 張福鎖,王激清,張衛峰,等.中國主要糧食作物肥料利用率現狀與提高途徑[J].土壤學報,2008,45(5):915-924.

ZHANG F S,WANG J Q,ZHANG W F,etal.Nutrient use efficiencies of major cereal crops in China and measures for improvement[J].ActaPedologicaSinica,2008,45(5):915-924.

[16] BELAY A,CLAASSENS A,WEHNER F.Effectof direct nitrogen and potassium and residual phosphorus fertilizers on soil chemical properties,microbial components and maize yield under long-term crop rotation[J].BiologyandFertilityofSoils,2002(7):420-427.

[17] 楊恒山,高聚森,張玉芹,等.超高產春玉米氮磷鉀養分吸收與利用的研究[J].干旱地區農業研究,2011,29(2):15-20.

YANG H SH,GAO J S,ZHANG Y Q,etal.Studies on absorption and use of N,P and K by spring maize under super-yield cultivation[J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2011,29(2):15-20.

[18] 孫寧科,李 隆,索東讓,等.河西農田磷鉀養分平衡機肥料利用率長期定位研究[J].土壤,2013,45(6):1009-1016.

SUN N K,LI L,SUO D R,etal.Budgets of phosphorous and potassium as well as fertilizer use efficiency in farmland of Hexi corridor based on long-term field experiment[J].Soils,2013,45(6):1009-1016.