不同土壤類型冬小麥-夏玉米輪作施肥效應(yīng)

黃曉婷，趙亞麗，楊 艷，張 星，張謀彪，李潮海

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心，鄭州 450002）

不同土壤類型冬小麥-夏玉米輪作施肥效應(yīng)

黃曉婷，趙亞麗，楊 艷，張 星，張謀彪，李潮海

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心，鄭州 450002）

【目的】研究冬小麥-夏玉米輪作在不同類型土壤上的養(yǎng)分吸收特點及施肥增產(chǎn)效應(yīng)，為因土施肥和資源高效利用提供依據(jù)?！痉椒ā坎捎贸卦栽囼?，選用4種土壤（中壤潮土、砂壤潮土、砂姜黑土、黃褐土），設(shè)置 3個施肥水平（不施肥、中量施肥、高量施肥），研究不同土壤的養(yǎng)分供應(yīng)特點和施肥增產(chǎn)效應(yīng)及肥料利用效率?！窘Y(jié)果】在不施肥條件下，冬小麥、夏玉米的植株氮素、磷素、鉀素積累量和產(chǎn)量在4種土壤上均表現(xiàn)為：中壤潮土＞砂姜黑土＞黃褐土＞砂壤潮土，表明不同土壤的養(yǎng)分供應(yīng)能力和基礎(chǔ)生產(chǎn)力差別較大。施肥顯著增加了冬小麥、夏玉米植株的養(yǎng)分積累量和產(chǎn)量，周年植株氮素積累量增加 37.7%—98.7%，磷素積累量增加23.6%—75.3%，鉀素積累量增加29.3%—76.1%，周年作物增產(chǎn)26.5%—64.4%。冬小麥、夏玉米植株氮素、磷素、鉀素積累的增加量和增產(chǎn)效果均表現(xiàn)為：砂壤潮土＞黃褐土＞砂姜黑土＞中壤潮土，整體表現(xiàn)出基礎(chǔ)生產(chǎn)力較高的土壤，養(yǎng)分供應(yīng)能力較強(qiáng)，施肥增產(chǎn)效應(yīng)較小。冬小麥、夏玉米的肥料農(nóng)學(xué)效率均表現(xiàn)為：砂壤潮土＞黃褐土＞砂姜黑土＞中壤潮土，即基礎(chǔ)生產(chǎn)力較低的土壤，肥料的利用效率更高。高量施肥使砂壤潮土和黃褐土上冬小麥、夏玉米的植株養(yǎng)分積累量及產(chǎn)量顯著增加，中壤潮土和砂姜黑土增加不顯著。【結(jié)論】不同類型土壤的基礎(chǔ)生產(chǎn)力不同，較高基礎(chǔ)生產(chǎn)力的土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力較強(qiáng)，施肥增產(chǎn)效應(yīng)較小，肥料利用效率較低；較低基礎(chǔ)生產(chǎn)力土壤表達(dá)趨勢相反。肥力較高的中壤潮土和砂姜黑土，應(yīng)提高土壤養(yǎng)分的利用，降低肥料的施用量；肥力較低的砂壤潮土和黃褐土，應(yīng)注意培肥地力，不斷提高土壤的生產(chǎn)力。

土壤類型；冬小麥-夏玉米輪作；產(chǎn)量；養(yǎng)分積累量；土壤養(yǎng)分供應(yīng)；肥料利用效率

0　引言

【研究意義】肥料是作物重要的養(yǎng)分來源。研究表明，化肥在作物增產(chǎn)中占有 50%的作用［1］。但在中國糧食總產(chǎn)不斷提高的同時，化肥的施用也出現(xiàn)了一些不合理的現(xiàn)象，如過量施肥、忽視土壤養(yǎng)分供應(yīng)等［2］，致使化肥的增產(chǎn)作用下降，同時造成環(huán)境的污染［3］。黃淮海地區(qū)是中國主要糧食生產(chǎn)區(qū)，糧食生產(chǎn)總量占全國的三分之一［4］。在中國主要農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)中，黃淮海區(qū)的肥料施用量最高，肥料的利用效率最低［5］。因土施肥的節(jié)肥策略能夠提高資源的利用效率，同時緩解施肥不當(dāng)帶來的不良影響。潮土、砂姜黑土和黃褐土是黃淮南部地區(qū)主要土壤類型［6］，冬小麥-夏玉米一年兩熟輪作制是其糧食作物主要種植模式。因此，研究3種土壤類型的施肥增產(chǎn)效應(yīng)對于實現(xiàn)該區(qū)因土施肥和資源高效利用具有重要的指導(dǎo)意義。【前人研究進(jìn)展】土壤是植物生產(chǎn)的基地，土壤質(zhì)量的高低直接影響作物的生產(chǎn)水平［7］。不同土壤因其內(nèi)在結(jié)構(gòu)和物質(zhì)的不同，其質(zhì)量差別較大，其中影響最大的是土壤肥力質(zhì)量［8］。關(guān)于不同土壤作物的施肥效果和肥料利用情況，前人做了大量的研究報道等［9-14］，并提出應(yīng)依據(jù)土壤特點選擇作物品種和施肥水平。葉全寶等［15］、曾祥明等［16］研究發(fā)現(xiàn)不同土壤水稻的施肥增產(chǎn)效應(yīng)和肥料利用效率與土壤基礎(chǔ)地力有關(guān)。韓燕來等［17］在豫北潮土區(qū)典型高肥力和中肥力田塊上研究表明，高肥力土壤上植株對肥料養(yǎng)分的吸收量低于中肥力土壤。 趙俊曄等［18］利用N15示蹤方法在高產(chǎn)區(qū)肥力存在差異的棕壤土上研究發(fā)現(xiàn)，土壤肥力較高的土壤對小麥植株養(yǎng)分的供應(yīng)量較高，且肥力較高土壤上獲得高產(chǎn)的需肥量較低。土壤的基礎(chǔ)地力越高，對作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率就越高，肥料的貢獻(xiàn)率就越低［19］。在實際生產(chǎn)中，土壤的基礎(chǔ)生產(chǎn)力在提高作物產(chǎn)量以及養(yǎng)分利用效率中所占的比重逐漸增加［20］?！颈狙芯壳腥朦c】不同類型土壤一般分布在不同生態(tài)區(qū)，而作物產(chǎn)量在年際間的變化又顯著地受氣候和管理措施的影響，不同土壤對作物的影響無法單獨闡明。此外，前人對一年兩熟地區(qū)不同土壤施肥與作物關(guān)系的研究多局限于單一作物，且多在不同生態(tài)區(qū)進(jìn)行，難以客觀比較兩熟制生產(chǎn)條件下施肥對不同類型土壤上作物產(chǎn)量以及養(yǎng)分吸收利用的實際情況。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究將黃淮南部地區(qū)3種主要類型土壤集中在同一生態(tài)條件下，明確不同類型土壤上施肥對冬小麥-夏玉米養(yǎng)分吸收利用及產(chǎn)量的影響，為因土施肥和資源高效利用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于 2013—2015年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)進(jìn)行。該區(qū)氣候?qū)倥瘻貛О霛駶櫞箨懶詺夂颍瑹o霜期220 d，日照時數(shù)2 400 h，試驗期間的月平均氣溫和降雨量見圖1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)土壤類型和施肥量2個因子。供試土壤選自河南省糧食主產(chǎn)區(qū)，分別為：豫北鶴壁市的中壤潮土（CS），質(zhì)地為黏壤土；豫中鄭州郊區(qū)的砂壤潮土（SS），質(zhì)地為砂質(zhì)壤土；豫中南漯河市的砂姜黑土（BS），質(zhì)地為壤質(zhì)黏土；豫南方城縣的黃褐土（YS），質(zhì)地為黏壤土。冬小麥、夏玉米分別設(shè)3個施肥水平：不施肥（CK），中量施肥（MF，225 kg N·hm-2、112.5 kg P2O5·hm-2、112.5 kg K2O·hm-2），高量施肥（HF，360 kg N·hm-2、180 kg P2O5·hm-2、180 kg K2O·hm-2）。試驗采用池栽，池子面積為1.0 m×1.2 m，池深0.8 m，池子用7 cm厚的水泥磚砌成，每個池子封底并用水泥砌面，然后對整個池子做防水處理。夏玉米播種前，分別采集0—20 cm、20—40 cm、40—60 cm、60—80 cm土層的4種土壤，風(fēng)干后裝入池子中，池子中土壤容重與所取土壤相同。供試土壤0—20 cm的土壤顆粒組成和基礎(chǔ)肥力見表1。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。

圖1　2013—2015年試驗進(jìn)行期間的月平均氣溫和月降雨量Fig. 1 Monthly average temperature and precipitation at the study site during 2013-2015

2013—2014年，夏玉米于2013年6月8日播種，9月27日收獲，冬小麥于2013年10月12日播種，2014年5月27日收獲；2014—2015年，夏玉米于2014年6月12日播種，10月3日收獲；冬小麥于2014年10月18日播種，2015年6月1日收獲。夏玉米供試品種為豫單 606，種植密度為 67 500 株/hm2，行距為60 cm；冬小麥供試品種為矮抗58，播種量為150 kg·hm-2，行距為20 cm。收獲后將冬小麥、夏玉米秸稈全部移出。磷、鉀肥全部作為基施，氮肥基追比為1∶1，追肥時期分別為夏玉米的大喇叭口期和冬小麥的拔節(jié)期，其他田間管理均按照常規(guī)大田進(jìn)行。

表1　供試0-20 cm土壤顆粒組成及養(yǎng)分含量Table 1 The soil particle constituents and nutrients content at 0-20 cm soil depth in tested soils

1.3樣品采集與分析

1.3.1 土壤樣品的采集 在玉米播種前采集 0—20 cm土壤，用于測定土壤的基礎(chǔ)肥力。用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)，堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮，0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬藍(lán)比色法測定土壤速效磷，NH4OAc 浸提-火焰光度法測定土壤速效鉀［21］。土壤顆粒組成采用比重計法［22］。

1.3.2 植株樣品的采集 夏玉米成熟時，每個小區(qū)選擇有代表性的植株3株；冬小麥成熟時，每個小區(qū)選擇有代表性的植株單莖15個，分為秸稈和籽粒兩部分，稱鮮重，然后于105℃下殺青30 min，65℃烘干至恒重，稱重并粉碎過篩，用于測定N、P、K含量。采用濃H2SO4-H2O2消煮，采用AA-3連續(xù)流動分析儀測定植株全N含量，采用鉬銻抗比色法測定植株全磷含量，采用火焰光度計法測定植株全K含量［21］。

1.4 收獲計產(chǎn)

夏玉米成熟時，各小區(qū)玉米全部收獲計產(chǎn)；冬小麥成熟時，各小區(qū)收獲1米雙行計產(chǎn)，同時進(jìn)行考種，均以14%含水量折算出夏玉米、冬小麥產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

增產(chǎn)率（%）=（YF- YCK）/ YCK×100

肥料貢獻(xiàn)率（%）=（YF- YCK）/ YF×100

肥料偏生產(chǎn)力（partial factor productivity of fertilizer，PFP）（kg·kg-1）= YF/F

肥料農(nóng)學(xué)效率（agronomic efficiency of fertilizer，AE）（kg·kg-1）=（YF- YCK）/F

YF為肥料處理的產(chǎn)量，YCK為CK處理下的產(chǎn)量，F(xiàn)為施肥量。

養(yǎng)分積累量（kg·hm-2）=［秸稈干重（kg·hm-2）×秸稈養(yǎng)分含量（g·kg-1）+籽粒干重（kg·hm-2）×籽粒養(yǎng)分含量（g·kg-1）］/1000

利用 SPSS19.0軟件進(jìn)行方差分析，利用SigmaPlot12.5軟件繪圖。

2　結(jié)果

2.1 不同土壤類型上冬小麥-夏玉米產(chǎn)量對施肥量的響應(yīng)

圖2　連續(xù)不施肥處理下不同土壤類型上冬小麥-夏玉米的產(chǎn)量表現(xiàn)Fig. 2 The yield of winter wheat and summer maize of no fertilizer applied in different soil types

2.1.1 連續(xù)不施肥條件下不同土壤類型上冬小麥-夏玉米的產(chǎn)量變化 不施肥料時的作物產(chǎn)量能夠代表土壤的基礎(chǔ)生產(chǎn)力，反映土壤的肥力狀況［19］。兩年試驗結(jié)果表明，4種土壤冬小麥、夏玉米的產(chǎn)量均表現(xiàn)為：中壤潮土＞砂姜黑土＞黃褐土＞砂壤潮土，基礎(chǔ)生產(chǎn)力間存在顯著差異。與第一個輪作周期相比，中壤潮土、砂壤潮土、砂姜黑土、黃褐土4種土壤第二個輪作周期的周年作物產(chǎn)量分別下降了 8.1%，26.2%，12.2%，23.3%，表明基礎(chǔ)生產(chǎn)力較高的土壤，生產(chǎn)能力下降也較慢。2.1.2 施肥量對不同土壤類型上冬小麥-夏玉米產(chǎn)量的影響 在2個輪作周期中，施肥顯著提高了冬小麥、夏玉米的產(chǎn)量（表2），但2014年玉米季產(chǎn)量顯著高于2013年玉米季，這可能與2013年玉米生長季遇到高溫?zé)岷τ嘘P(guān)（圖 1）。隨著施肥量的增加，土壤類型間的差異逐漸降低。施肥處理下，中壤潮土、砂壤潮土、砂姜黑土、黃褐土4種土壤的夏玉米平均產(chǎn)量較不施肥處理增加 19.3%、41.6%、22.0%、34.6%；冬小麥平均產(chǎn)量增加35.7%、107.6%、48.1%、84.1%；周年平均產(chǎn)量增加26.5%、64.4%、32.9%、52.7%。4種土壤的施肥增產(chǎn)效果表現(xiàn)為：砂壤潮土＞黃褐土＞砂姜黑土＞中壤潮土。表明基礎(chǔ)生產(chǎn)力較高的土壤，施肥增產(chǎn)效應(yīng)較小。同時，冬小麥、夏玉米的平均產(chǎn)量均以中壤潮土表現(xiàn)最高，即基礎(chǔ)生產(chǎn)力較高的土壤更容易獲得較高的產(chǎn)量。

表2　不同施肥量處理對不同土壤類型上冬小麥-夏玉米產(chǎn)量的影響Table 2 The effects of different fertilizer rates on yield of winter wheat and summer maize in different soil types

中量施肥和高量施肥處理下，冬小麥、夏玉米的產(chǎn)量在砂壤潮土和黃褐土上存在顯著差異，而在中壤潮土和砂姜黑土上差異不顯著。因此，在基礎(chǔ)生產(chǎn)力較低的砂壤潮土和黃褐土上可通過增加肥料的施用量，來滿足作物持續(xù)高產(chǎn)的養(yǎng)分需求。此外，由肥料貢獻(xiàn)率可以看出，4種土壤冬小麥、夏玉米的肥料貢獻(xiàn)率由高到低均表現(xiàn)為：砂壤潮土＞黃褐土＞砂姜黑土＞中壤潮土。夏玉米的肥料貢獻(xiàn)率平均為15.2%—28.0%，冬小麥為25.9%—46.9%，周年為20.3%—36.7%。表明基礎(chǔ)生產(chǎn)力較高的土壤，肥料對作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率較低。

2.2 不同土壤類型上冬小麥-夏玉米植株養(yǎng)分積累量對施肥量的響應(yīng)

2.2.1 連續(xù)不施肥條件下不同土壤類型上冬小麥-夏玉米的植株養(yǎng)分積累量變化 不施肥料時的作物養(yǎng)分吸收量可以反映土壤的基礎(chǔ)養(yǎng)分供應(yīng)能力。由圖2可以看出，兩個輪作周期中冬小麥、夏玉米的植株氮素、磷素、鉀素積累量在 4種土壤上均表現(xiàn)為：中壤潮土＞砂姜黑土＞黃褐土＞砂壤潮土。與第一個輪作周期周年植株養(yǎng)分積累量相比，中壤潮土、砂壤潮土、砂姜黑土、黃褐土 4種土壤的第二個輪作周期周年植株氮素積累量分別下降了 16.4%、41.5%、23.5%、33.0%，磷素積累量分別下降了7.0%、28.9%、14.1%、23.0%，鉀素積累量分別下降了15.1%、39.9%、22.8%、30.5%。表明基礎(chǔ)肥力較高的土壤，養(yǎng)分供應(yīng)能力下降較緩慢。

圖3　連續(xù)不施肥處理下不同土壤類型冬小麥-夏玉米植株養(yǎng)分的積累量Fig. 3 The N， P， K accumulation of winter wheat and summer maize of no fertilizer rate in different soil types

表3　不同施肥量處理對不同土壤類型上冬小麥-夏玉米植株地上部N、P、K 積累量及養(yǎng)分供應(yīng)量的影響Table 3 The effects of different fertilizer rates for N、P、K accumulation of winter wheat and summer maize and crop nutrient supply in different soil types （g·m-2）

2.2.2施肥量對不同土壤類型上冬小麥-夏玉米植株養(yǎng)分積累量的影響 由表3可以看出，施肥顯著提高冬小麥、夏玉米植株的養(yǎng)分積累量。施肥處理下，中壤潮土、砂壤潮土、砂姜黑土、黃褐土4種土壤夏玉米植株的平均氮素積累量較不施肥處理增加 26.7%、60.2%、33.3%、48.6%，磷素積累量增加18.5%、51.9%、 24.3%、37.4%，鉀素積累量增加20.8%、53.5%、28.1%、40.5%；冬小麥植株的平均氮素積累量較不施肥處理增加 49.3%、125.8%、69.7%、94.9%，磷素積累量增加30.3%、91.5%、44.2%、66.0%，鉀素積累量增加38.8%、92.5%、52.2%、70.5%；周年植株的平均氮素積累量較不施肥處理增加 38.3%、91.1%、51.2%、71.1%，磷素積累量增加 24.3%、70.0%、33.8%、50.8%，鉀素積累量增加 29.6%、71.7%、39.6%、54.7%。可以看出，施肥處理下 4種土壤植株養(yǎng)分積累量提高的大小依次表現(xiàn)為：砂壤潮土＞黃褐土＞砂姜黑土＞中壤潮土。表明基礎(chǔ)養(yǎng)分供應(yīng)能力較低的土壤，作物對肥料養(yǎng)分的依賴性較高。中量施肥和高量施肥處理下，冬小麥、夏玉米植株的氮素、磷素、鉀素積累量在砂壤潮土和黃褐土上均存在顯著差異，而中壤潮土和砂姜黑土差異不顯著。因此，在肥力較低的砂壤潮土和黃褐土上適當(dāng)增加肥料施用量，能夠提高作物對肥料養(yǎng)分的吸收和利用，同時減少對土壤養(yǎng)分的消耗。

由作物從土壤和肥料中吸收的養(yǎng)分含量可以看出，4種土壤對作物的養(yǎng)分供應(yīng)量存在顯著差異，由高到低依次表現(xiàn)為：中壤潮土＞砂姜黑土＞黃褐土＞砂壤潮土。施肥處理下，夏玉米植株從土壤中獲得的氮素養(yǎng)分供應(yīng)量占總積累量的 59.2%—79.3%，磷素為 63.8%—84.9%，鉀素為 63.0%—83.1%；冬小麥植株從土壤中獲得的氮素養(yǎng)分供應(yīng)量占總積累量的 43.1%—67.2%，磷素為 50.6%—77.1%，鉀素為 51.1%—72.1%。不同土壤上肥料對作物養(yǎng)分的供應(yīng)量也存在顯著差異，表現(xiàn)為：砂壤潮土＞黃褐土＞砂姜黑土＞中壤潮土。施肥處理下，夏玉米植株從肥料中獲得的氮素養(yǎng)分供應(yīng)量占總積累量的 20.7%—40.8%，磷素為 15.1%—36.2%，鉀素為16.9%—37.0%；冬小麥植株從肥料中獲得的氮素養(yǎng)分供應(yīng)量占總積累量的32.8%—56.9%，磷素為22.9%—49.4%，鉀素為27.9%—48.9%。表明肥力較高的土壤對作物養(yǎng)分的供應(yīng)量高于低肥力土壤，并且對肥料的依賴性也更低。因此，提高土壤的基礎(chǔ)養(yǎng)分含量以及養(yǎng)分供應(yīng)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)肥增效和可持續(xù)發(fā)展。

2.3 不同土壤類型冬小麥-夏玉米肥料利用效率分析

肥料偏生產(chǎn)力（PFP）和肥料農(nóng)學(xué)效率（AE）綜合反映了土壤和施肥量對作物產(chǎn)量、肥料利用效率的影響。4種土壤冬小麥、夏玉米的PFP和AE都隨著施肥量的增加而降低，肥料的生產(chǎn)效率下降。與中量施肥處理相比，高量施肥處理下2013、2014年夏玉米的PFP分別降低了35.4%、34.6%，AE分別降低了17.0%、27.6%；2014、2015年冬小麥的PFP分別降低了34.3%、35.6% ，AE分別降低了23.9%、33.5%。AE在4種土壤上的表現(xiàn)與土壤基礎(chǔ)地力呈負(fù)相關(guān)性，即土壤基礎(chǔ)地力越低，AE表現(xiàn)越高。

表4　不同土壤類型冬小麥-夏玉米肥料利用效率Table 4 The fertilizer use efficiency of winter wheat and summer maize in different soil types （kg·kg-1）

在中量施肥處理下，4種土壤冬小麥、夏玉米的PFP均表現(xiàn)為：中壤潮土＞砂姜黑土＞黃褐土＞砂壤潮土。夏玉米的PFP在4種土壤上的表現(xiàn)均高于冬小麥，說明相同的施肥量下，夏玉米的生產(chǎn)能力較強(qiáng)。AE在4種土壤上的表現(xiàn)為：砂壤潮土＞黃褐土＞砂姜黑土＞中壤潮土。在高量施肥處理下，冬小麥、夏玉米在4種土壤上的PFP差異逐漸減小，AE表現(xiàn)為：砂壤潮土＞黃褐土＞砂姜黑土＞中壤潮土，其中PFP和AE均以砂壤潮土最大。表明生產(chǎn)力較低的土壤，肥料利用效率較高。應(yīng)在肥力較低的土壤上適當(dāng)增加肥料的施用量，提高作物的生產(chǎn)水平和養(yǎng)分的利用效率。

3　討論

3.1 不同土壤類型生產(chǎn)力及其施肥效應(yīng)

土壤基礎(chǔ)地力是土壤特性的綜合體現(xiàn)，受土壤類型、質(zhì)地、養(yǎng)分含量等因素的影響，通常用不施肥條件下作物的實際產(chǎn)量來表征土壤的基礎(chǔ)地力［19-20］。本研究中4種土壤的基礎(chǔ)地力表現(xiàn)為：中壤潮土＞砂姜黑土＞黃褐土＞砂壤潮土，其結(jié)論與前人研究結(jié)果一致。李忠芳等［23］研究表明長期不施肥土壤基礎(chǔ)生產(chǎn)能力的高低與水稻土的土壤類型有關(guān)。王宜倫等［12］通過對不同地區(qū)3種類型土壤的研究表明，不同類型土壤生產(chǎn)力由高到低依次為：潮土＞黃褐土＞褐土，在生產(chǎn)力較低的土壤類型上施肥增產(chǎn)效果更明顯。此外，不同質(zhì)地潮土的基礎(chǔ)生產(chǎn)力由高到低表現(xiàn)為：黏壤潮土＞中壤潮土＞砂壤潮土，表明質(zhì)地越黏重，土壤基礎(chǔ)生產(chǎn)力越高［13］。魯艷紅等［24］發(fā)現(xiàn)不施肥的土壤生產(chǎn)力在年際間呈極顯著的下降趨勢，但隨著時間的推移最終保持在一定的生產(chǎn)水平上。本研究針對黃淮南部地區(qū)冬小麥-夏玉米輪作體系的土壤進(jìn)行研究，同時發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)地力較高的土壤類型，生產(chǎn)力下降緩慢，并且不同土壤間的差異隨時間逐漸增大。

本研究結(jié)果表明，與不施肥處理相比，不同類型土壤上施肥處理的作物周年氮素積累量增加 37.7%—98.7%，磷素積累量增加23.6%—75.3%，鉀素積累量增加29.3%—76.1%，周年產(chǎn)量增加26.5%—64.4%，表明施肥仍是作物增產(chǎn)的重要措施，但不同土壤上作物對施肥的響應(yīng)存在顯著差異。曾祥明等［16］通過在同一氣候條件下對不同基礎(chǔ)地力的熱性水云母型黏質(zhì)土進(jìn)行研究表明，高地力土壤對土壤養(yǎng)分的依賴性較高，施肥增產(chǎn)效應(yīng)較小，肥料貢獻(xiàn)率較低。韓燕來等［17］通過在不同地區(qū)間肥力不同的潮土上研究表明，高肥力土壤上植株對肥料養(yǎng)分的吸收量低于中肥力土壤。EAGLE A J等［25］通過在不同地區(qū)的土壤上研究發(fā)現(xiàn)，肥料利用效率的高低與土壤的基礎(chǔ)肥力相關(guān)。本試驗通過在同一氣候條件下對不同基礎(chǔ)生產(chǎn)力土壤進(jìn)行施肥效果比較，其結(jié)果與此一致，表現(xiàn)為基礎(chǔ)地力和肥力較低的砂壤潮土和黃褐土施肥增產(chǎn)效應(yīng)高于基礎(chǔ)地力和肥力較高的中壤潮土和砂姜黑土。

3.2 不同土壤類型施肥策略

作物對肥料養(yǎng)分的吸收利用不僅受施肥量和作物品種的影響，同時受土壤類型和質(zhì)地結(jié)構(gòu)的影響。研究表明，質(zhì)地黏重的土壤通透性較差，作物對養(yǎng)分的進(jìn)一步吸收和利用受到限制［26］。本研究結(jié)果表明，在基礎(chǔ)地力較高的土壤類型上，相同的施肥水平下中壤潮土的產(chǎn)量和養(yǎng)分積累量均略高于砂姜黑土，說明土壤的物理結(jié)構(gòu)對施肥效應(yīng)也有較大的影響。前人就砂姜黑土物理性狀的改良進(jìn)行了大量研究，如有機(jī)物料的回歸［26］、有機(jī)肥加化肥的施肥方式［27］、增加耕層深度［28］等，均顯著提高了作物的產(chǎn)量和肥料利用效率。對于基礎(chǔ)地力較低的不同類型土壤，前人對其施肥特點也進(jìn)行過相關(guān)研究。王茹等［29］通過對不同質(zhì)地的潮土研究發(fā)現(xiàn)，砂壤潮土以砂粒級復(fù)合體為主，對養(yǎng)分的緩沖力較小，較高的肥料投入，可以使土壤養(yǎng)分含量在短期內(nèi)得到提高；而黃褐土以黏粒級復(fù)合體為主［30］，土壤質(zhì)地較黏重，養(yǎng)分吸收較緩慢。因此，在相同的肥料投入下，砂性土壤的施肥效應(yīng)要高于黏性土壤。本研究結(jié)果于此一致，即砂壤潮土的施肥增產(chǎn)效應(yīng)高于黃褐土。有研究表明，長期施入有機(jī)肥將會保持和提高土壤的肥力，改良土壤的結(jié)構(gòu)［31］，進(jìn)一步提高作物的生產(chǎn)力和養(yǎng)分資源利用效率。所以針對肥力較低和結(jié)構(gòu)不良的土壤應(yīng)在補(bǔ)充有機(jī)物料的同時，適當(dāng)增加肥料的施用量，不斷培肥地力，提高土壤的基礎(chǔ)生產(chǎn)力，實現(xiàn)作物的可持續(xù)增產(chǎn)。

在相同的肥料投入下，夏玉米的生產(chǎn)效率高于冬小麥，且隨著施肥量的增加，夏玉米的增產(chǎn)幅度大于冬小麥。曾憲坤［32］研究也認(rèn)為相同的化肥投入到中低產(chǎn)區(qū)比投放在高產(chǎn)地區(qū)肥料利用效率可提高50%—100%。同時低肥力土壤的可持續(xù)生產(chǎn)力下降較快，所以低肥力土壤上應(yīng)適當(dāng)增加肥料的施用量，以提高養(yǎng)分資源的利用效率。在冬小麥、夏玉米輪作情況下，冬小麥當(dāng)季氮肥的利用率僅有 11%—23%，夏玉米季氮肥殘效利用率卻高達(dá) 30%—52%［33］，且肥料殘效隨前茬施肥量的增加而增加［34］。因此，在冬小麥-夏玉米輪作生產(chǎn)模式下應(yīng)充分考慮上茬作物的養(yǎng)分殘余，可在小麥季適當(dāng)增加肥料施用量以提高作物產(chǎn)量，同時促進(jìn)玉米季的肥料殘效生產(chǎn)力。

本文選擇的 4種土壤的質(zhì)地和養(yǎng)分含量存在較大差異，但在生產(chǎn)實踐中，對應(yīng)的每種土壤的養(yǎng)分含量均有很大差別，即存在高、中、低不同肥力水平，最終表現(xiàn)在作物的養(yǎng)分吸收和利用受土壤物理、化學(xué)和生物性狀的綜合制約。因此對土壤的改良和培肥要根據(jù)具體情況采取不同的措施，施肥安排上既要考慮土壤養(yǎng)分含量高低，又要考慮質(zhì)地等方面的影響。

4　結(jié)論

4.1 不同類型土壤的基礎(chǔ)生產(chǎn)力由高到低表現(xiàn)為：中壤潮土＞砂姜黑土＞黃褐土＞砂壤潮土?；A(chǔ)地力較高的土壤，養(yǎng)分供應(yīng)能力較強(qiáng)，施肥增產(chǎn)效應(yīng)較小。

4.2 土壤基礎(chǔ)肥力較高的中壤潮土和砂姜黑土，應(yīng)在提高土壤養(yǎng)分利用的前提下，降低肥料的施用量；土壤基礎(chǔ)肥力較低的砂壤潮土和黃褐土，在提高肥料施用量的同時，不斷培肥地力，提高土壤的基礎(chǔ)生產(chǎn)力。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effects of Fertilization on Winter Wheat-Summer Maize Rotation System in Different Soil Types

HUANG Xiao-ting， ZHAO Ya-li， YANG Yan， ZHANG Xing， ZHANG Mou-biao， LI Chao-hai
（College of Agronomy， Henan Agricultural University/Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops， Zhengzhou 450002）

【Objective】The objective of the experiment was to study the nutrient absorption characteristics and the effects of fertilization on crop yield of winter wheat and summer maize in different soil types， the results of the study can provide a basis for fertilization and high efficient utilization of resources.【Method】The experiment with four kinds of soil types （clay fluvo-aquic soil， sandy fluvo-aquic soil， black soil and yellow-cinnamon soil） and three fertilizer levels （no fertilizer， middle fertilizer and high fertilizer） was conducted by a pool experiment to investigate the soil nutrient supply characteristics， the effects of fertilization on production and fertilizer use efficiency in different soil types.【Result】The results showed that under no fertilizer application， the nitrogen， phosphorus and potassium accumulation and yields of winter wheat and summer maize decreased in the four kinds of soil in the order： clay fluvo-aquic soil＞black soil＞yellow-cinnamon soil＞sandy fluvo-aquic soil， which indicated a significant difference among different soil types in soil nutrient supplying capacity and productivity. Fertilization significantly increased crop nutrient accumulation and yield in four soil types. Compared with no fertilizer treatment， the nitrogenaccumulation in whole year increased by 37.7%-98.7%， phosphorus accumulation increased by 23.6%-75.3%， potassium accumulation increased by 29.3%-76.1%， and yields of winter wheat and summer maize increased by 26.5%-64.4%. The increases of nitrogen， phosphorus and potassium accumulation and yield of winter wheat and summer maize in four soil types were in the order of sandy fluvo-aquic soil ＞yellow-cinnamon soil＞black soil＞clay fluvo-aquic soil， which showed that the higher of soil productivity， the bigger of nutrient supply ability， the lower effect of fertilization on crop yield. Agronomic efficiency of fertilizer of winter wheat and summer maize in four soil types were characterized by： sandy fluvo-aquic soil＞yellow-cinnamon soil＞black soil＞clay fluvo-aquic soil， which means that the lower of productivity of soil， the higher the fertilizer use efficiency. The nutrient accumulations and yields of winter wheat and summer maize increased significantly under high fertilizer in sandy fluvo-aquic soil and yellow-cinnamon soil. However， there was no significant increase in clay fluvo-aquic soil and black soil.【Conclusion】The higher nutrient supply ability， lower effect of fertilization on crop yield and lower fertilizer use efficiency were found in the higher productivity soil types. While there was a contrary rule in the lower productivity soil types. Therefore， attention should be made to increase soil nutrient and decrease fertilizer application in the clay fluvo-aquic soil and black soil with high fertility， while increase fertilizer application in the sandy fluvo-aquic soil and yellow-cinnamon soil with low fertility to increase soil productivity constantly.

soil type； winter wheat-summer maize rotation system； yield； nutrient accumulation； soil nutrient supply； fertilizer use efficiency

2016-01-31；接受日期：2016-06-07

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201203100）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-02-19）

聯(lián)系方式：黃曉婷，E-mail：huangxiaoting1117@163.com。通信作者李潮海，E-mail：lichaohai2005@163.com