不同土壤肥力條件下施肥措施對冬小麥-夏玉米產量及土壤養分的影響

郭 麗，曹彩云，李科江，馬俊永，黨紅凱，鄭春蓮*

（1.河北省農林科學院旱作農業研究所，河北 衡水 053000；2.河北省農林科學院農業資源環境研究所，河北 石家莊 050051）

土壤肥力是影響糧食產量的主要因素，施肥是維持農田生產水平的重要措施之一[1-4]。河北省黑龍港區是華北平原糧食主產區之一，長期以來該區農田一直處于高強度利用，對農田基礎地力的消耗進行補償是維持土壤生產力和糧食高產穩產的重要保障，因此，應加強農田基礎地力消耗的補償研究。

Abbott等[5]科學地解釋了土壤物理、化學和生物肥力的概念，指出物理肥力是為養分轉化和作物生長提供的物理環境，化學肥力是為養分轉化及作物生長提供的化學和營養環境，生物肥力是通過土壤微生物對養分轉化保證土壤物理肥力和化學肥力的供應。迄今，有關施肥對土壤地力影響的研究已有諸多報道。國外研究表明，施用無機氮肥可略微提高土壤有機碳庫和氮庫[6]；高肥力土壤有機質含量高，可增加耕層土壤的全氮含量[7]。我國學者認為，在低肥力土壤上，長期施用氮肥可逐年提高土壤有機碳含量，并增加土壤速效養分含量，提高土壤的供肥強度[8]。此外，還有研究表明，冬小麥的土壤基礎地力貢獻率與土壤全鉀和全磷含量相關性不顯著，與土壤有機碳、堿解氮、速效磷和速效鉀含量的相關性均達到了極顯著水平[9]。有關農田基礎地力和施肥措施對土壤養分含量的影響研究雖有不少報道，但多數是基于長期定位試驗的結果，且是將長期不施肥處理作為對照，因此獲得的土壤養分含量是長期施肥與不施肥條件下的試驗結果，而無法獲得當年和近幾年不施肥土壤的養分含量變化。

基于此，在黑龍港區冬小麥-夏玉米復種連作制度下，研究了土壤基礎肥力高、中、低3種條件下不同施肥措施對土壤養分含量和全年糧食的影響，以期揭示施肥措施對土壤肥力的培育結果，為指導華北平原黑龍港區糧田基礎地力定向培育提供技術支撐。

1 材料與方法

試驗于2011-2014年在河北省農林科學院旱作農業研究所護駕遲試驗站進行。該區屬華北平原黑龍港區，土壤類型為粘壤，年平均氣溫12.7益，種植制度為冬小麥-夏玉米復種連作。

本研究為大田試驗，始于2011年。試驗開始前，不同基礎肥力水平土壤的理化性狀不同（表1）。采用二因素裂區試驗設計，其中，主處理為土壤基礎肥力，設高肥（施牛糞）、中肥（不做處理）、低肥（去除表層土）3個水平；副處理為施肥措施，設CK（2011年10月-2014年9月連續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3 a施氮磷鉀肥）、T4（2011年10月-2014年9月連續3 a施磷鉀肥，缺氮施肥）5個水平。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一次性底施，氮肥分3次施用（小麥整地時底施1/4、拔節期追施1/4，玉米拔節期追施1/2）。小區面積50 m2，每處理均3次重復。

表1 2011年試驗開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

試驗期間，秸稈全部還田，夏玉米貼茬播種。小麥、玉米基本苗數分別為375.0萬和7.5萬株/hm2；冬小麥分別在出苗期、拔節期和灌漿期各灌水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。

2014年夏玉米收獲期，每小區均用土鉆隨機采集0-20 cm土樣3個，混勻后裝入速封袋內帶回實驗室。待土樣風干后磨碎，保存，測定速效養分含量。其中，堿解氮（有效氮）含量測定采用堿解擴散法，速效磷含量測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀含量測定采用乙酸銨浸提法。小麥成熟后采用聯合收割機全區收獲測產，夏玉米成熟后每小區收獲4行測產，計算全年糧食產量（小麥產量+玉米產量）。

利用SAS統計學分析軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 不同肥力條件下施肥措施對全年糧食產量的影響

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

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

綜上分析可以看出，全年糧食產量受基礎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，增施氮肥后才能明顯提高產量，且產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2 a全素施肥后隔1 a不施產量下降并不明顯，而中、低肥力下必須連年全素施肥才能明顯提高產量。相同施肥措施下，土壤肥力越高，全年糧食產量就越高，因此，應注意培肥地力。

圖1 土壤肥力和施肥措施對全年糧食產量的影響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土壤養分含量的影響

2.2.1 對有效氮含量的影響 相同基礎肥力條件下，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。表明基礎地力對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，表現為隨施氮年限的增加和基礎肥力的提高而提高。

圖2 不同土壤肥力和施肥措施對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 對土壤速效磷含量的影響 相同基礎肥力條件下，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（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處理的指標值顯著躍T3處理，而在高、中肥力條件下2個處理差異不顯著，這可能與低肥力水平下T3較T4處理增施氮肥后籽粒產量明顯提高，從土壤中吸收的磷素增多，導致基礎地力進一步消耗有關。

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，表明基礎地力對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，表現為隨施磷年限的增加和基礎肥力的提高而提高；同時還受作物產量的影響，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 對土壤速效鉀含量的影響 相同基礎肥力條件下，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處理的指標值顯著躍T3處理，而在高、中肥力條件下2個處理差異并不顯著，這可能與低肥力下T3較T4處理增施氮肥后籽粒產量明顯提高，導致基礎地力過度消耗有關。在高、中肥力下，進一步分析T2與T3和T4處理之間的關系發現，隨著不施鉀肥年限的延長，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，表明基礎地力對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，表現為隨施鉀年限的增加和基礎肥力的提高而提高；同時還受作物產量的影響，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 結論與討論

施肥是改良土壤，提高土壤肥力和經濟產量的有效措施[10，11]。土壤中的氮、磷、鉀作為植株生長和營養供應的主要來源，其含量可以反映土壤的肥力狀況。Blair等[12]研究表明，長期施用廄肥可持續增加土壤有機碳、氮庫，施用無機氮肥也可提高土壤有機碳、氮庫。此外，增施有機肥可減少土壤對磷的固定，使土壤速效磷含量保持較高水平；可增加土壤速效鉀含量，對緩解土壤鉀庫持續耗竭具有一定的作用[13]。溫延臣等[14]利用中國農業科學院禹城試驗站26 a的定位試驗，研究了長期不同施肥對土壤2種物理肥力、10種化學肥力的影響，結果表明，不同施肥制度對土壤肥力因子影響顯著，單施有機肥以及有機-無機配施較單施無機肥能顯著增加土壤養分含量。本研究在高、中、低3種肥力條件下分析了不同施肥措施對土壤養分含量的影響，結果表明，相同肥力、不同施肥措施下，土壤有效氮含量以連續3 a施用氮磷鉀肥最高，隨著不施肥年限的延長，土壤有效氮含量降低，本結果與前人研究結果[9]相一致；土壤速效磷和速效鉀含量也表現出與土壤有效氮相似的規律，隨著養分施用年限的延長而增大。由此可見，施肥措施對土壤肥力影響顯著，與前人研究結果[14，15]相一致。在低肥力條件下，連續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3 a施磷鉀肥處理，主要是受產量的影響，說明產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量的重要因素。增明祥等[16]研究顯示，不同基礎地力下優化施肥較農民傳統施肥能顯著提高水稻產量。還有研究顯示，北方小麥產量受土壤基礎地力影響較大，其隨土壤肥力的提高而提高；玉米產量受施肥影響較為明顯[17]。本研究結果顯示，同一施肥措施下，低肥力土壤的全年糧食產量低于中、高肥力，該結果與前人研究結果[15]基本一致；相同肥力下，不同施肥措施的全年糧食產量表現為連續3 a施氮磷鉀肥最高，而連施3 a施磷鉀肥的產量與連續3 a不施肥的產量相近，表明增施氮肥對提高全年糧食產量效果顯著，僅施磷鉀肥對產量影響不大。從維持土壤基礎肥力和提高作物產量方面考慮，應合理配施氮磷鉀肥。