不同土壤肥力條件下施肥措施對(duì)冬小麥-夏玉米產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響

郭 麗，曹彩云，李科江，馬俊永，黨紅凱，鄭春蓮*

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所，河北 衡水 053000；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，河北 石家莊 050051）

土壤肥力是影響糧食產(chǎn)量的主要因素，施肥是維持農(nóng)田生產(chǎn)水平的重要措施之一[1-4]。河北省黑龍港區(qū)是華北平原糧食主產(chǎn)區(qū)之一，長(zhǎng)期以來(lái)該區(qū)農(nóng)田一直處于高強(qiáng)度利用，對(duì)農(nóng)田基礎(chǔ)地力的消耗進(jìn)行補(bǔ)償是維持土壤生產(chǎn)力和糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要保障，因此，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)田基礎(chǔ)地力消耗的補(bǔ)償研究。

Abbott等[5]科學(xué)地解釋了土壤物理、化學(xué)和生物肥力的概念，指出物理肥力是為養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和作物生長(zhǎng)提供的物理環(huán)境，化學(xué)肥力是為養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及作物生長(zhǎng)提供的化學(xué)和營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，生物肥力是通過(guò)土壤微生物對(duì)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化保證土壤物理肥力和化學(xué)肥力的供應(yīng)。迄今，有關(guān)施肥對(duì)土壤地力影響的研究已有諸多報(bào)道。國(guó)外研究表明，施用無(wú)機(jī)氮肥可略微提高土壤有機(jī)碳庫(kù)和氮庫(kù)[6]；高肥力土壤有機(jī)質(zhì)含量高，可增加耕層土壤的全氮含量[7]。我國(guó)學(xué)者認(rèn)為，在低肥力土壤上，長(zhǎng)期施用氮肥可逐年提高土壤有機(jī)碳含量，并增加土壤速效養(yǎng)分含量，提高土壤的供肥強(qiáng)度[8]。此外，還有研究表明，冬小麥的土壤基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率與土壤全鉀和全磷含量相關(guān)性不顯著，與土壤有機(jī)碳、堿解氮、速效磷和速效鉀含量的相關(guān)性均達(dá)到了極顯著水平[9]。有關(guān)農(nóng)田基礎(chǔ)地力和施肥措施對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響研究雖有不少報(bào)道，但多數(shù)是基于長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的結(jié)果，且是將長(zhǎng)期不施肥處理作為對(duì)照，因此獲得的土壤養(yǎng)分含量是長(zhǎng)期施肥與不施肥條件下的試驗(yàn)結(jié)果，而無(wú)法獲得當(dāng)年和近幾年不施肥土壤的養(yǎng)分含量變化。

基于此，在黑龍港區(qū)冬小麥-夏玉米復(fù)種連作制度下，研究了土壤基礎(chǔ)肥力高、中、低3種條件下不同施肥措施對(duì)土壤養(yǎng)分含量和全年糧食的影響，以期揭示施肥措施對(duì)土壤肥力的培育結(jié)果，為指導(dǎo)華北平原黑龍港區(qū)糧田基礎(chǔ)地力定向培育提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2011-2014年在河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所護(hù)駕遲試驗(yàn)站進(jìn)行。該區(qū)屬華北平原黑龍港區(qū)，土壤類(lèi)型為粘壤，年平均氣溫12.7益，種植制度為冬小麥-夏玉米復(fù)種連作。

本研究為大田試驗(yàn)，始于2011年。試驗(yàn)開(kāi)始前，不同基礎(chǔ)肥力水平土壤的理化性狀不同（表1）。采用二因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中，主處理為土壤基礎(chǔ)肥力，設(shè)高肥（施牛糞）、中肥（不做處理）、低肥（去除表層土）3個(gè)水平；副處理為施肥措施，設(shè)CK（2011年10月-2014年9月連續(xù)3a不施肥）、T1（2011年10月-2012年9月施氮磷鉀肥，2012年10月-2014年9月連續(xù)2 a不施肥）、T2（2011年10月-2013年9月施氮磷鉀肥，2013年10月-2014年9月不施肥）、T3（2011年10月-2014年9月連續(xù)3 a施氮磷鉀肥）、T4（2011年10月-2014年9月連續(xù)3 a施磷鉀肥，缺氮施肥）5個(gè)水平。各處理中涉及到的氮（N）、磷（P2O5）和鉀（K2O）肥的年施用量分別為360、260和75 kg/hm2，其中，磷肥和鉀肥均在小麥播種前整地時(shí)一次性底施，氮肥分3次施用（小麥整地時(shí)底施1/4、拔節(jié)期追施1/4，玉米拔節(jié)期追施1/2）。小區(qū)面積50 m2，每處理均3次重復(fù)。

表1 2011年試驗(yàn)開(kāi)始前不同肥力水平土壤的理化性狀Table 1 Soil physical and chemical properties of different soil fertility before the trial in 2011

試驗(yàn)期間，秸稈全部還田，夏玉米貼茬播種。小麥、玉米基本苗數(shù)分別為375.0萬(wàn)和7.5萬(wàn)株/hm2；冬小麥分別在出苗期、拔節(jié)期和灌漿期各灌水1次，玉米灌出苗水，每次灌水量均為750 m3/hm2。其他管理同常規(guī)。

2014年夏玉米收獲期，每小區(qū)均用土鉆隨機(jī)采集0-20 cm土樣3個(gè)，混勻后裝入速封袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室。待土樣風(fēng)干后磨碎，保存，測(cè)定速效養(yǎng)分含量。其中，堿解氮（有效氮）含量測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法，速效磷含量測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀含量測(cè)定采用乙酸銨浸提法。小麥成熟后采用聯(lián)合收割機(jī)全區(qū)收獲測(cè)產(chǎn)，夏玉米成熟后每小區(qū)收獲4行測(cè)產(chǎn)，計(jì)算全年糧食產(chǎn)量（小麥產(chǎn)量+玉米產(chǎn)量）。

利用SAS統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同肥力條件下施肥措施對(duì)全年糧食產(chǎn)量的影響

相同基礎(chǔ)肥力條件下，不同施肥措施的全年糧食產(chǎn)量順序均為 T3躍T2躍T1躍T4躍CK，其中，高、中肥力下全素施肥處理與CK差異均達(dá)到了顯著水平，低肥力下T3和T2處理與CK差異達(dá)到了顯著水平；而T4處理與CK差異均不顯著（圖1）。表明施肥可以提高全年糧食產(chǎn)量，且產(chǎn)量隨著全素施肥年限的增加而不斷提高，其中，高、中肥力下全素施肥1 a即可顯著增產(chǎn)，而低肥力下至少連續(xù)2 a全素施肥才有明顯的增產(chǎn)效果；但是，連續(xù)3 a缺氮施肥（僅施磷鉀肥）較不施肥并不能顯著增產(chǎn)。可以看出，氮肥是影響產(chǎn)量的主要因素，在施用磷鉀肥的基礎(chǔ)上增施氮肥才可以明顯提高全年產(chǎn)量。高肥力條件下，T3與T2處理差異不顯著，但與T1處理差異達(dá)到了顯著水平，表明連續(xù)2 a全素施肥后隔1 a不施較連續(xù)3 a全素施肥產(chǎn)量下降不明顯；中、低肥力條件下，不同全素施肥年限間的產(chǎn)量差異均達(dá)到了顯著水平，表明必須連年全素施肥才能獲得較高產(chǎn)量。

相同施肥措施條件下，不同基礎(chǔ)肥力水平的全年糧食產(chǎn)量順序均為高肥躍中肥躍低肥。表明基礎(chǔ)地力對(duì)產(chǎn)量有一定的影響，培肥地力可以提高全年糧食產(chǎn)量。

綜上分析可以看出，全年糧食產(chǎn)量受基礎(chǔ)地力和施肥措施的雙重影響。相同肥力條件下，僅施用磷鉀肥并不能顯著增產(chǎn)，增施氮肥后才能明顯提高產(chǎn)量，且產(chǎn)量隨著全素施肥年限的增加而逐漸提高，其中，高肥力下連續(xù)2 a全素施肥后隔1 a不施產(chǎn)量下降并不明顯，而中、低肥力下必須連年全素施肥才能明顯提高產(chǎn)量。相同施肥措施下，土壤肥力越高，全年糧食產(chǎn)量就越高，因此，應(yīng)注意培肥地力。

圖1 土壤肥力和施肥措施對(duì)全年糧食產(chǎn)量的影響Fig.1 The effects of different soil fertility and fertilization methods on the annual grain yield

2.2 不同肥力條件下施肥措施對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

2.2.1 對(duì)有效氮含量的影響 相同基礎(chǔ)肥力條件下，土壤有效氮含量均基本隨施氮年限的增加而增加（圖2），表明施用氮肥可以提高土壤的有效氮含量。高肥力條件下，T3處理的土壤有效氮含量最高，與T2處理差異不顯著，但顯著躍其他處理；而其他3個(gè)施肥處理之間及其與CK之間的差異均不顯著。中肥力條件下，T3處理的土壤有效氮含量最高，與T1和T2處理差異不顯著，但顯著躍T4處理和CK；而其他3個(gè)施肥處理與CK差異均不顯著。低肥力條件下，T3處理的土壤有效氮含量最高，與T2和T4處理差異不顯著，但顯著躍T1處理和CK；而T4處理、T1處理和CK三者之間差異均不顯著。

相同施肥措施條件下，不同肥力水平的土壤有效氮含量順序均為高肥躍中肥躍低肥。表明基礎(chǔ)地力對(duì)土壤有效氮含量有一定的影響，培肥地力可以提高土壤的有效氮含量。

綜上分析可以看出，土壤有效氮含量受土壤肥力和施肥措施的雙重影響，表現(xiàn)為隨施氮年限的增加和基礎(chǔ)肥力的提高而提高。

圖2 不同土壤肥力和施肥措施對(duì)土壤有效氮含量的影響Fig.2 The effects of different soil fertility and fertilization methods on soil effective nitrogen content

2.2.2 對(duì)土壤速效磷含量的影響 相同基礎(chǔ)肥力條件下，土壤速效磷含量均基本呈隨施磷年限的增加而增加的趨勢(shì)（圖3），表明施用磷肥可以提高土壤的速效磷含量。高肥力條件下，T3處理的土壤速效磷含量最高，與T4處理差異不顯著，但顯著躍其他處理；T4處理與T2處理差異不顯著，但顯著躍T1處理和CK；而T1處理與T2處理和CK差異均不顯著，但T2處理顯著躍CK。中肥力條件下，T4處理的土壤速效磷含量最高，與T3處理差異不顯著，但顯著躍其他處理；而T2處理、T1處理和CK之間差異均不顯著。低肥力條件下，T4處理的土壤速效磷含量最高，其次是T3處理，二者差異顯著，且均顯著躍其他處理；而T1處理與T2處理和CK差異均不顯著，但T2處理顯著躍CK。可以看出，不同肥力條件下，施肥措施對(duì)土壤速效磷含量的影響不同。尤其是T3和T4處理，雖然施磷量相同，但在低肥力水平下T4處理的指標(biāo)值顯著躍T3處理，而在高、中肥力條件下2個(gè)處理差異不顯著，這可能與低肥力水平下T3較T4處理增施氮肥后籽粒產(chǎn)量明顯提高，從土壤中吸收的磷素增多，導(dǎo)致基礎(chǔ)地力進(jìn)一步消耗有關(guān)。

相同施肥措施條件下，不同肥力水平的土壤速效磷含量順序均為高肥躍中肥躍低肥，表明基礎(chǔ)地力對(duì)土壤速效磷含量有一定的影響，培肥地力可以提高土壤的速效磷含量。

綜上分析可以看出，土壤速效磷含量受土壤肥力和施肥措施的雙重影響，表現(xiàn)為隨施磷年限的增加和基礎(chǔ)肥力的提高而提高；同時(shí)還受作物產(chǎn)量的影響，尤其是低肥力水平下影響更加明顯。

圖3 不同土壤肥力和施肥措施對(duì)土壤速效磷含量的影響Fig.3 The effects of different soil fertility and fertilization methods on soil available phosphorus content

2.2.3 對(duì)土壤速效鉀含量的影響 相同基礎(chǔ)肥力條件下，土壤速效鉀含量均隨施鉀年限的增加而增加（圖4），表明施用鉀肥可以提高土壤的速效鉀含量。高肥力條件下，T4處理的土壤速效鉀含量最高，與T3和T2處理差異不顯著，但顯著躍T1處理和CK；T2處理與T1處理差異不顯著，但顯著躍CK；而T1處理與CK差異不顯著。表明高肥力下采取T2施肥方式較連年施用鉀肥處理（T3和T4處理）相比，土壤速效鉀含量下降不明顯。中肥力條件下，T3處理的土壤速效鉀含量最高，與T4處理差異不顯著，但二者均顯著躍其他處理；T2處理與T1處理差異不顯著，但顯著躍CK；而T1處理與CK差異不顯著。表明中肥力下連續(xù)2 a全素施肥即可明顯提高土壤的速效鉀含量，但與連年施用鉀肥處理（T3和T4處理）相比土壤速效鉀含量明顯降低。低肥力條件下，T4處理的土壤速效鉀含量最高，T3處理次之，二者差異顯著，且均顯著躍其他處理；而其他2個(gè)施肥處理之間及其與CK之間差異均不顯著。表明低肥力下必須連續(xù)3 a施用鉀肥（T3和T4處理）才可明顯提高土壤的速效鉀含量。可以看出，不同肥力條件下，施肥措施對(duì)土壤速效鉀含量的影響不同。尤其是T3和T4處理，雖然施鉀量相同，但在低肥力水平下T4處理的指標(biāo)值顯著躍T3處理，而在高、中肥力條件下2個(gè)處理差異并不顯著，這可能與低肥力下T3較T4處理增施氮肥后籽粒產(chǎn)量明顯提高，導(dǎo)致基礎(chǔ)地力過(guò)度消耗有關(guān)。在高、中肥力下，進(jìn)一步分析T2與T3和T4處理之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，隨著不施鉀肥年限的延長(zhǎng)，土壤肥力越高，土壤速效鉀含量的降幅越少，即：較高的土壤肥力有利于維持土壤速效鉀含量的穩(wěn)定。

相同施肥措施條件下，不同肥力水平的土壤速效鉀含量順序均為高肥躍中肥躍低肥，表明基礎(chǔ)地力對(duì)土壤速效鉀含量有一定的影響，培肥地力可以提高土壤的速效鉀含量。

綜上分析可以看出，土壤速效鉀含量受土壤肥力和施肥措施的雙重影響，表現(xiàn)為隨施鉀年限的增加和基礎(chǔ)肥力的提高而提高；同時(shí)還受作物產(chǎn)量的影響，尤其是低肥力水平下影響更加明顯。

圖4 不同土壤肥力和施肥措施對(duì)土壤速效鉀含量的影響Fig.4 The effects of different soil fertility and fertilization methods on soil available potassium content

3 結(jié)論與討論

施肥是改良土壤，提高土壤肥力和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的有效措施[10，11]。土壤中的氮、磷、鉀作為植株生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)的主要來(lái)源，其含量可以反映土壤的肥力狀況。Blair等[12]研究表明，長(zhǎng)期施用廄肥可持續(xù)增加土壤有機(jī)碳、氮庫(kù)，施用無(wú)機(jī)氮肥也可提高土壤有機(jī)碳、氮庫(kù)。此外，增施有機(jī)肥可減少土壤對(duì)磷的固定，使土壤速效磷含量保持較高水平；可增加土壤速效鉀含量，對(duì)緩解土壤鉀庫(kù)持續(xù)耗竭具有一定的作用[13]。溫延臣等[14]利用中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院禹城試驗(yàn)站26 a的定位試驗(yàn)，研究了長(zhǎng)期不同施肥對(duì)土壤2種物理肥力、10種化學(xué)肥力的影響，結(jié)果表明，不同施肥制度對(duì)土壤肥力因子影響顯著，單施有機(jī)肥以及有機(jī)-無(wú)機(jī)配施較單施無(wú)機(jī)肥能顯著增加土壤養(yǎng)分含量。本研究在高、中、低3種肥力條件下分析了不同施肥措施對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響，結(jié)果表明，相同肥力、不同施肥措施下，土壤有效氮含量以連續(xù)3 a施用氮磷鉀肥最高，隨著不施肥年限的延長(zhǎng)，土壤有效氮含量降低，本結(jié)果與前人研究結(jié)果[9]相一致；土壤速效磷和速效鉀含量也表現(xiàn)出與土壤有效氮相似的規(guī)律，隨著養(yǎng)分施用年限的延長(zhǎng)而增大。由此可見(jiàn)，施肥措施對(duì)土壤肥力影響顯著，與前人研究結(jié)果[14，15]相一致。在低肥力條件下，連續(xù)3 a全素施肥處理的土壤速效磷和速效鉀含量顯著低于連續(xù)3 a施磷鉀肥處理，主要是受產(chǎn)量的影響，說(shuō)明產(chǎn)量是影響土壤肥力的另一大因素。

土壤肥力和施肥措施是影響作物產(chǎn)量的重要因素。增明祥等[16]研究顯示，不同基礎(chǔ)地力下優(yōu)化施肥較農(nóng)民傳統(tǒng)施肥能顯著提高水稻產(chǎn)量。還有研究顯示，北方小麥產(chǎn)量受土壤基礎(chǔ)地力影響較大，其隨土壤肥力的提高而提高；玉米產(chǎn)量受施肥影響較為明顯[17]。本研究結(jié)果顯示，同一施肥措施下，低肥力土壤的全年糧食產(chǎn)量低于中、高肥力，該結(jié)果與前人研究結(jié)果[15]基本一致；相同肥力下，不同施肥措施的全年糧食產(chǎn)量表現(xiàn)為連續(xù)3 a施氮磷鉀肥最高，而連施3 a施磷鉀肥的產(chǎn)量與連續(xù)3 a不施肥的產(chǎn)量相近，表明增施氮肥對(duì)提高全年糧食產(chǎn)量效果顯著，僅施磷鉀肥對(duì)產(chǎn)量影響不大。從維持土壤基礎(chǔ)肥力和提高作物產(chǎn)量方面考慮，應(yīng)合理配施氮磷鉀肥。