長期測土配方定位施肥對稻麥產量和土壤養分的影響

吳晶， 李新峰， 徐巡軍， 吳錫琪， 孫曉瑜， 施林林

(1.張家港市常陰沙現代農業示范園區管理委員會, 江蘇 張家港 215623； 2.張家港市耕地質量保護站, 江蘇 張家港 215600；3.蘇州市農業科學院, 江蘇 蘇州 215105)

“洪范八政，食為政首”，我國用9%的耕地養活了20%的人口，為此習近平總書記提出“要像保護大熊貓那樣保護耕地”，嚴守我國耕地紅線，堅持“量質并重，用養結合”。化肥是保證糧食安全的最重要途徑之一[1-3]，適當施肥能有效提高耕地地力，但過度施用化肥，極易引起土壤酸化、板結、鹽堿化及養分失衡等嚴重問題[4-7]。為此，我國于2005年開始推廣測土配方施肥技術，通過對區域土壤樣品的測試分析，參考作物需肥規律和土壤供肥能力等基本參數，制定具有區域適應性的氮磷鉀等元素的施肥方案[8]。

測土配方施肥可有效提高我國的肥料利用率。研究表明，我國氮磷鉀肥的平均利用率僅為30%，主要原因是過量施肥和運籌方式不合理[9]。王金鳳等[10]通過測土配方施肥，夏玉米氮磷鉀利用率分別提高26.38%、10.15%和23.62%。周萍等[11]通過測土配方施肥，水稻氮磷鉀利用率分別提高5.92%、1.25%和13.93%。錢衛飛等[12]通過測土配方施肥，水稻氮磷鉀利用率分別提高7.0%、5.6%和2.4%。同時，在“碳達峰”和“碳中和”背景下，測土配方施肥具有巨大的減少碳排放空間，有研究估算我國通過測土配方施肥技術可減少碳排放290萬t，遠高于滴灌技術的28萬～77萬t，高于沼氣發酵技術的234萬t[13]。

江蘇張家港市屬于沿江發達地區，土壤砂性較高，保水保肥性能差。歷史上農戶養成了大量施用化肥的習慣，不僅肥料利用率低，也常導致農業面源污染[14]。為解決上述問題，張家港市較早推廣了測土配方施肥技術，并取得了顯著成效[12,15]。但長期測土配方施肥是否顯著影響區域內作物產量和土壤理化特性等問題的報道尚不系統。本研究通過長期測土配方定位施肥試驗，重點比較常規施肥與測土配方施肥作物產量和土壤理化因子的差異。

1 材料與方法

1.1 試驗概況與試驗設計

試驗地點位于江蘇省張家港市現代農業示范園區(120°48′11″E、31°51′36″N)，試驗開展于2014—2021年。試驗開始前為稻麥農田，土壤類型為砂壤土，有機質含量為22.1 g·kg-1，全氮含量為0.8 g·kg-1，全磷含量為0.75 g·kg-1，全鉀含量為13.0 g·kg-1，堿解氮含量為115.3 mg·kg-1，速效磷含量為11.5 mg·kg-1，速效鉀含量為75.6 mg·kg-1，pH為8.1。

試驗采用完全隨機設計，共3個處理，每個處理重復3次。處理包括常規施肥處理(CF)，測土配方施肥處理(TF)，以及無肥對照處理(CK)，稻麥季施肥量如表1，其中測土配方施肥量為試驗區域測土配方推薦施肥量平均值。試驗小區內參考常規生產，稻麥秸稈全量還田。

表1 長期定位觀測施肥量

試驗小區長6.6 m，寬6 m，面積39.6 m2，四周筑有水泥田埂防止串肥，同時建有水泥硬質溝渠，每個小區獨立灌排。

1.2 田間實施

試驗除施肥不同外，其余農藝措施均參考當地農戶常規操作。水稻采用人工模擬機插，株行距為30 cm×12 cm，秧齡為3葉1心。小麥采用人工條播方式，每667 m2用量10 kg。稻麥品種均為當地主栽品種，并根據稻麥種植要求進行病蟲草害的化學防治。

1.3 測定方法

作物收獲后，對試驗小區稻麥實產進行稱重測量，產量折合為14%含水率后測算稻麥產量。土壤理化性質分析參考《土壤農業化學分析方法》[16]，其中土壤有機質采用重鉻酸鉀氧化法，土壤全氮采用凱氏定氮法，土壤全磷采用硫酸-高氯酸消解鉬銻抗比色法，土壤全鉀采用氫氧化鈉熔融法，土壤堿解氮采用堿解擴散法，土壤速效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法，土壤速效鉀采用乙酸銨浸提火焰分光光度法。

1.4 統計分析

數據收集采用Excel 2010，數據統計分析采用SPSS 17.0，繪圖采用Sigmaplot 14.0。采用方差分析比較處理間作物產量與土壤理化指標差異，顯著水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 施肥量與稻麥產量

長期測土配方施肥降低了施氮量，其中稻季施氮量降低64.5 kg·hm-2，麥季施氮量降低70.5 kg·hm-2；降低了施磷量，其中稻季施磷量降低18 kg·hm-2，麥季施磷量降低28.5 kg·hm-2；增加了稻季施鉀量，稻季施鉀量增加24 kg·hm-2，麥季施鉀量持平。

不同施肥處理水稻產量在實驗期內均為增加趨勢，CF處理水稻產量范圍為7 275～1 032 kg·hm-2，平均產量為8 745 kg·hm-2；TF處理水稻產量范圍為7 140～10 125 kg·hm-2，平均產量為8 490 kg·hm-2；CK處理水稻產量范圍為4 275～6 645 kg·hm-2，平均產量為5 580 kg·hm-2。方差分析表明，CF和TF處理間水稻產量無顯著差異，但CF和TF處理水稻產量顯著高于CK處理水稻產量(圖1)。

圖1 長期不同施肥水稻產量動態

不同施肥處理小麥產量在試驗期內隨年份波動，其中CF處理小麥產量范圍為6 240～7 320 kg·hm-2，平均產量為6 645 kg·hm-2；TF處理小麥產量范圍為6 165～7 035 kg·hm-2，平均產量為6 480 kg·hm-2；CK處理小麥產量范圍為3 750～5 310 kg·hm-2，平均產量為4 665 kg·hm-2。方差分析表明，CF與TF處理間小麥產量無顯著差異，但CF和TF處理小麥產量顯著高于CK處理小麥產量(圖2)。

圖2 長期不同施肥小麥產量動態

2.2 土壤理化性質

長期施肥有效促進了土壤有機質含量，CF處理土壤有機質含量高于TF和CK處理，但CF與TF處理間土壤有機質含量無顯著差異。CF處理土壤有機質含量變幅為22.1～29.0 g·kg-1，平均土壤有機質含量為26.6 g·kg-1；TF處理土壤有機質含量變幅為22.1～28.3 g·kg-1，平均土壤有機質含量為25.8 g·kg-1；CK處理土壤有機質含量變幅為22.1～23.4 g·kg-1，平均土壤有機質含量為22.8 g·kg-1(圖3)。

圖3 長期不同施肥土壤有機質含量動態

長期施肥促進了土壤全氮含量，CF處理土壤全氮高于TF和CK處理，但兩者并無顯著差異。CF處理土壤全氮含量變幅為0.8～1.4 g·kg-1，平均土壤全氮含量為1.2 g·kg-1；TF處理土壤全氮含量變幅為0.8～1.4 g·kg-1，平均土壤全氮含量為1.1 g·kg-1；CK處理土壤全氮含量變幅為0.8～1.0 g·kg-1，平均土壤全氮含量為0.9 g·kg-1(圖4)。

圖4 長期不同施肥土壤全氮含量動態

長期施肥土壤全磷含量呈增長趨勢，無肥處理土壤全磷含量有降低趨勢。CF處理土壤全磷含量高于TF和CK處理，且在第5年和第7年CF處理土壤全磷含量顯著高于TF處理土壤全磷含量。CF處理土壤全磷含量變幅為0.75～0.82 g·kg-1，平均土壤全磷含量為0.78 g·kg-1；TF處理土壤全磷含量變幅為0.75～0.79 g·kg-1，平均土壤全磷含量為0.77 g·kg-1；CK處理土壤全磷含量變幅為0.73～0.75 g·kg-1，平均土壤全磷含量為0.74 g·kg-1(圖5)。

圖5 長期不同施肥土壤全磷含量動態

長期施肥土壤全鉀含量呈增長趨勢，無肥處理土壤全鉀含量有降低趨勢，TF處理土壤全鉀高于CF和CK處理含量。CF處理土壤全鉀含量變幅為13.0～13.4 g·kg-1，平均土壤全鉀含量為13.2 g·kg-1；TF處理土壤全鉀含量變幅為13.0～13.5 g·kg-1，平均土壤全鉀含量為13.3 g·kg-1；CK處理土壤全鉀含量變幅為12.9～13.0 g·kg-1，平均土壤全鉀含量為13.0 g·kg-1(圖6)。

圖6 長期不同施肥土壤全鉀含量動態

長期施肥土壤堿解氮含量呈增長趨勢，無肥處理土壤堿解氮含量持續降低，方差分析表明，CF和TF處理土壤堿解氮含量顯著高于CK處理，CF處理土壤堿解氮含量高于TF處理，且在第5年和第8年有顯著差異。CF處理土壤堿解氮含量變幅為120.0～156.0 mg·kg-1，平均土壤堿解氮含量為136.7 mg·kg-1；TF處理土壤堿解氮含量變幅為115.3～144.3 mg·kg-1，平均土壤堿解氮含量為128.1 mg·kg-1；CK處理土壤堿解氮含量變幅為86.0～121.0 mg·kg-1，平均土壤堿解氮含量為97.2 mg·kg-1(圖7)。

圖7 長期不同施肥土壤堿解氮含量動態

長期施肥土壤速效磷含量呈增長趨勢，無肥處理土壤速效磷含量持續降低，方差分析表明，CF和TF處理土壤速效磷含量顯著高于CK處理，CF處理土壤速效磷含量高于TF處理，且在第3、4、5、6年有顯著差異。CF處理土壤速效磷含量變幅為11.5～18.9 mg·kg-1，平均土壤速效磷含量為16.4 mg·kg-1；TF處理土壤速效磷含量變幅為11.5～17.8 mg·kg-1，平均土壤速效磷含量為17.8 mg·kg-1；CK處理土壤速效磷含量變幅為4～11.5 mg·kg-1，平均土壤速效磷含量為6.3 mg·kg-1(圖8)。

圖8 長期不同施肥土壤速效磷含量動態

長期施肥土壤速效鉀含量呈增長趨勢，無肥處理土壤速效鉀含量持續降低，方差分析表明，CF和TF處理土壤速效鉀含量顯著高于CK處理，TF處理土壤速效鉀含量高于CF處理，且在第2、5、6、7、8年有顯著差異。CF處理土壤速效鉀含量變幅為75.6～83.4 mg·kg-1，平均土壤速效鉀含量為80.3 mg·kg-1；TF處理土壤速效鉀含量變幅為75.6～88.8 mg·kg-1，平均土壤速效鉀含量為82.7 mg·kg-1；CK處理土壤速效鉀含量變幅為69.9～75.6 mg·kg-1，平均土壤速效鉀含量為72.6 mg·kg-1(圖9)。

圖9 長期不同施肥土壤速效鉀含量動態

3 討論

針對張家港市土壤養分及稻麥需肥特點，測土配方施肥主要降低了氮磷肥施用量，但增加了鉀肥施用量(表1)。Shen等[17]對蘇州太湖地區長期定位施肥的結果也表明，蘇州地區土壤普遍氮磷肥偏高，而鉀肥偏低。因此，本研究中8年的測土配方施肥量具有代表性。

連續8年的TF處理稻麥產量與CF處理稻麥產量無顯著差異，表明試驗區域內測土配方施肥量合理科學，測土配方施肥對稻麥產量有較高的穩定性[18-19]。

土壤有機質是耕地地力的代表性指標，土壤有機質含量高則農田供肥能力強。本研究中CF處理與TF處理土壤有機質含量均隨種植年限延長而增加，表明長期施肥有利于促進土壤有機質含量提升[20]。CF處理土壤有機質含量略高于TF處理，可能原因是CF處理氮磷施用量及稻麥產量略高于TF處理，導致CF處理中稻麥殘茬、秸稈、根系等有機碳輸入量高于TF處理[21]。

土壤全氮、全磷、堿解氮和速效磷含量變化趨勢與土壤有機質類似，長期大量施氮磷是造成CF處理土壤全氮、全磷、堿解氮和速效磷含量高于TF處理的主要原因。同時，盡管CF處理有較高的氮磷含量，但CF處理稻麥產量與TF處理并無顯著差異，表明本地區過量施氮已產生邊際效應，應加大測土配方施肥力度，進一步降低氮磷肥施用量，提高氮磷利用率[22]。

土壤全鉀與速效鉀含量變化與土壤有機質、全氮和全磷略有不同，通過土壤診斷分析本研究區域土壤鉀元素虧缺，通過連續8年的鉀肥補充，TF處理土壤全鉀和速效鉀含量高于CF處理。盡管通過連續土壤補鉀尚未顯著提升稻麥產量，但有效扭轉了區域內土壤鉀素不足的困境，有效避免了土壤缺鉀對稻麥生產的潛在風險[23]。

4 小結

通過對張家港沿江地區連續8年的長期測土配方定位施肥試驗，明確了以下三點：(1)現有測土配方施肥技術稻麥產量具有較高穩定性，稻麥產量與常規施肥無顯著差異，稻麥平均產量分別可達8 490 kg·hm-2和6 480 kg·hm-2；(2)測土配方施肥顯著降低了氮磷施用量，年均氮磷施用量可分別降低135 kg·hm-2和46.5 kg·hm-2；(3)通過稻季增施鉀肥24 kg·hm-2，測土配方施肥有效提升了土壤全鉀和速效鉀含量，進一步降低了鉀元素虧缺導致的稻麥減產風險。