長期施肥對紅壤氮磷養分和玉米生長、氮磷吸收的影響

張麗芳，楊成春，王萍，李瑤，李大明，夏文建*

(1.江西省農業科學院土壤肥料與資源環境研究所 國家紅壤改良工程技術研究中心 國家農業環境宜春觀測實驗站，江西 南昌 330200；2.江西紅壤研究所 國家紅壤改良工程技術研究中心，江西 進賢 331717)

我國紅壤面積約有5 690萬hm2，是主要的土壤類型之一[1]。紅壤旱地普遍存在“酸、黏、板、瘦”等特征，其中土壤養分是作物生長的重要限制因素之一[2]。我國東南部的丘陵紅壤區土壤養分大多數處于中度貧瘠化水平，土壤養分處于輕度、中度和嚴重貧瘠化的面積分別占21.5%、49.5%和29.0%[3]。退化紅壤的氮、磷元素均處于嚴重供應不足狀態[3-4]，在養分貧瘠的紅壤中不施肥時減產可達50%～90%[5]。紅壤中磷素容易被吸附固定，當季利用率僅10%～25%[6]。退化紅壤的養分重建和培肥是提高紅壤肥力的重要措施。本文擬以持續了30 a的紅壤旱地長期定位施肥試驗為依托，研究長期不同施肥條件下紅壤速效磷(Olsen-P)和無機氮的變化，以及不同施肥處理對玉米產量和氮、磷吸收的影響，分析玉米籽粒氮、磷吸收量與土壤速效氮、磷之間的關系，為指導紅壤合理施肥和養分重建提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗地位于江西省進賢縣(28°37′N，116°26′E)，屬于亞熱帶季風氣候，年均氣溫17.7 ℃，年均降水1 800 mm。土壤為第四紀紅黏土發育的粉砂質黏壤土。試驗始于1986年。試驗前，土壤pH值為6.0，有機碳含量8.93 g·kg-1，容重1.20 g·cm-3，全氮為0.98 g·kg-1，全磷為1.42 g·kg-1，全鉀為8.93 g·kg-1。

試驗共設10個處理:(1)不施肥(CK)；(2)單施氮肥(N)；(3)單施磷肥(P)；(4)單施鉀肥(K)；(5)施氮磷肥(NP)；(6)施氮鉀肥(NK)；(7)施氮磷鉀肥(NPK1)；(8)施2倍量氮磷鉀肥(NPK2)；(9)施有機肥(OM)；(10)氮磷鉀配施有機肥(MNPK)。每個處理3次重復，按隨機區組設計，每小區面積22 m2。種植制度采用春玉米-夏玉米-冬閑制。氮、磷、鉀肥每季施用量折純:N 60 kg·hm-2，P2O530 kg·hm-2，K2O 60 kg·hm-2。化肥種類分別為尿素(N 46%)、鈣鎂磷肥(P2O515%)、氯化鉀(K2O 60%)；有機肥為新鮮豬糞(樣品含水量80%，干物質含碳量為40%，N 0.40%，P2O50.35%，K2O 0.50%)，施用量15 t·hm-2。磷、鉀肥和有機肥均基施，氮肥2/3作基肥，1/3追施。

1.2 樣品分析

每個小區按S型采集土壤樣品并混勻，自然風干，過2 mm篩備用。

土壤基本理化性質的測定采用常規方法，有效磷(Olsen-P)采用NaHCO3法測定，土壤無機氮采用2 mol·L-1KCl提取，碳氮分析儀(Multi N/C 2100型，德國耶拿)測定。

玉米植株烘干粉粹后，采用雙酸消解，用凱式定氮法測定植株氮含量，比色法測定植株磷含量。

2 結果與分析

2.1 長期不同施肥處理對土壤速效磷和無機氮的影響

本研究中化學磷肥用量較低，施用化肥處理的土壤速效磷含量變化不大(14.76～36.26 mg·kg-1)；而施用有機肥的處理(OM、MNPK)土壤速效磷含量為96.61～99.91 mg·kg-1，是不施肥對照(12.77 mg·kg-1)的7.49～7.82倍(圖1)。

圖1 長期不同施肥處理對土壤速效磷和無機氮的影響

各處理下，土壤無機氮含量為16.20～37.92 mg·kg-1，其中，化肥處理的土壤無機氮含量為17.23～28.33 mg·kg-1，而有機肥處理的土壤無機氮含量為35.58～37.92 mg·kg-1，是不施肥對照的2.20～2.34倍。

2.2 長期不同施肥處理對玉米產量和氮磷吸收的影響

各處理下，玉米籽粒產量為400～7 178 kg·hm-2，秸稈產量為756～6 194 kg·hm-2，總生物量為1 156～13 372 kg·hm-2，施用有機肥處理的籽粒產量為7 052～7 178 kg·hm-2，是不施肥對照的3.91～3.98倍(圖2)。

圖2 長期不同施肥處理對玉米產量的影響

各處理下，玉米籽粒吸氮量為4.0～97.7 kg·hm-2，秸稈吸氮量為4.6～56.7 kg·hm-2，總吸氮量為8.6～154.4 kg·hm-2，其中籽粒吸氮量占總吸氮量的46.5%～66.9%(圖3)。

圖3 長期不同施肥處理對玉米氮吸收的影響

各處理下，玉米籽粒吸磷量為1.0～30.2 kg·hm-2，秸稈吸磷量為0.4～12.8 kg·hm-2，總吸磷量為1.4～43.0 kg·hm-2，其中籽粒吸磷量占總吸磷量的66.8%～78.4%(圖4)。

圖4 長期不同施肥處理對玉米磷吸收的影響

2.3 長期不同施肥處理下玉米氮磷吸收與土壤養分的關系

如圖5、6所示，回歸分析發現，長期施肥下玉米氮、磷的吸收量(分別編為y1、y2)與土壤無機氮、速效磷含量(分別編為x1、x2)均呈極顯著(P<0.01)線性正相關，擬合的回歸方程分別為y1=3.639 8x1-53.393(R2=0.730 6)，y2=0.312 6x2-1.734 3(R2=0.913 5)。

圖5 籽粒氮吸收與土壤無機氮的關系

圖6 籽粒磷吸收與土壤速效磷的關系

3 小結與討論

本研究表明，長期不同施肥影響了土壤氮磷養分重建，但化肥處理對紅壤養分庫的影響相對較小，而含有有機肥的處理則可以大幅提升土壤速效磷和無機氮含量，紅壤有效磷含量在合理的施肥條件下可以快速增加，但土壤氮庫的重建則較緩慢[3]。同時，由于磷素累積較快，在土壤磷庫重建中也要注意可能的磷流失風險[7]。

本試驗條件下，長期不同施肥處理對玉米產量有顯著影響。與CK相比，偏施氮肥(N)處理的玉米籽粒、秸稈產量和總生物量顯著下降；偏施磷肥(P)或鉀肥(K)的處理則與對照差異不大；氮磷(NP)和氮鉀配施(NK)處理的玉米籽粒、秸稈產量和總生物量有所增加；氮磷鉀(NPK1)和高倍氮磷鉀(NPK2)處理顯著提高了玉米籽粒、秸稈產量和總生物量；而含有有機肥的處理(OM和MNPK)籽粒產量是對照的3.91～3.98倍。長期不同施肥處理對玉米氮、磷養分吸收量與生物量的影響規律相似，推測不同施肥影響了土壤養分的供應[8]，進而影響了玉米對養分的吸收，從而影響玉米生物量。總的來看，長期施用有機肥對于培肥土壤的效果較好。