秸稈還田下基肥施用方式與肥量對土壤水分及玉米產(chǎn)量的影響

程東娟 ，王麗玄，王利書，鄭欣榮，鄭云普

(河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056021)

0 引 言

玉米是華北地區(qū)主要的糧食作物，玉米產(chǎn)量占全國的1/3，是我國玉米主要生產(chǎn)區(qū)，在保障我國糧食安全中占有重要地位[1,2]。為了獲得高產(chǎn)，該地區(qū)農(nóng)民常常在播前大量施用基肥，施肥方式會影響肥料利用、作物生長以及生態(tài)環(huán)境[3,4]。撒施后大水漫灌，不僅肥料損失量大、利用效率低[5]，而且易造成化肥的深層滲漏，使地下水受到污染，造成面源污染[6]。有研究指出，華北地區(qū)大部分地區(qū)氮肥利用率僅有20%，通過揮發(fā)、淋溶和反硝化的氮素?fù)p失率高達(dá)14%～45%[7]。因此，探討不同基肥施肥方式和肥量的效果對提高該區(qū)域肥料利用率和生態(tài)效益、確保作物高產(chǎn)具有重要意義。目前大多學(xué)者研究了土壤施肥方式、灌溉方法或施肥量單因素下對作物產(chǎn)量及水肥利用效率的問題[8-13]，亦有學(xué)者對土壤施肥方式和肥量對作物產(chǎn)量和氮肥利用效率的影響進(jìn)行了相關(guān)研究[14-16]，但對華北地區(qū)秸稈還田條件下改進(jìn)土壤基肥施用方式和肥量對土壤水分和作物產(chǎn)量的同步研究較少[17,18]。

針對華北地區(qū)玉米水肥利用效率低且造成一定的面源污染問題，本研究通過大田試驗(yàn)對基肥不同施用方式和施肥量下秸稈還田土壤水分特征和玉米生長性狀做了深入探討，旨在為華北平原玉米施肥制度提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

該試驗(yàn)于2017年6-10月份在河北省邢臺市寧晉縣原種場(114°53′E, 37°37′N)進(jìn)行。寧晉縣海拔25～35 m，處于暖溫帶大陸性氣候區(qū)，屬半濕潤氣候。年平均氣溫13 ℃。一月平均氣溫-4.2 ℃，四月平均氣溫14 ℃。七月平均氣溫26.7 ℃，十月平均氣溫13.4 ℃。極端最低氣溫-23.3 ℃，極端最高氣溫41.9 ℃?！? ℃積溫4 718 ℃，≥10 ℃積溫4 389 ℃。年平均降水量501 mm，年內(nèi)分配不均，年際變化較大。年日照2 501 h。早霜始于十月中下旬，晚霜終于四月上旬，無霜期約200 d。

供試作物為玉米，品種為偉科966，肥料為緩釋肥[19,20]，2017年6月18日播種，2017年10月2日收獲。試驗(yàn)地土壤基本性質(zhì)詳見表1。試驗(yàn)區(qū)土壤0～21 cm為輕壤土，21～45 cm為重壤土，45～90 cm為輕黏土，90～100 cm為砂壤土。土壤容重為1.44 g/cm3，土壤田間持水量為27%。

表1 供試土壤基本性質(zhì) %

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用對比試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)兩個(gè)因素、三個(gè)水平，見表2。兩個(gè)因素分別為施肥方式和施肥量?；适┓史绞綖楦笆┓屎透笫┓?，耕前施肥為小麥秸稈還田旋耕前將基肥由機(jī)械均勻條施撒入，耕后施肥為小麥秸稈還田旋耕后人工均勻撒施。每個(gè)施肥方式設(shè)3個(gè)肥量水平，分別為450、600、750 kg/hm2。試驗(yàn)采用兩因素三水平無重復(fù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，共計(jì)6個(gè)處理，每個(gè)處理的面積均為7.2 m×18.6 m。各小區(qū)灌水量為600 m3/hm2。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 測定項(xiàng)目與方法

(1)土壤含水量。在播前(6月18日)、灌水后第一天(6月24日)、苗期(7月10日)、拔節(jié)期(7月27日)、抽雄吐穗期(8月15日)和收獲(10月2日)取土，取土深度100 cm，每10 cm一層，烘干法測定土壤含水量。

(2)降雨。監(jiān)測整個(gè)玉米生育期的降水情況。

(3)玉米植株性狀測定。每個(gè)小區(qū)掛牌標(biāo)記10株玉米，在玉米苗期、拔節(jié)期、抽雄吐穗期和收獲時(shí)測定玉米生長指標(biāo)。

(4)收獲與測產(chǎn)。玉米收獲時(shí)考種測產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥方式下不同肥量土壤水分動(dòng)態(tài)變化

不同施肥方式下，不同施肥量的剖面含水量動(dòng)態(tài)分布曲線(見圖1)在不同生育期內(nèi)變化趨勢相似。大致可分為三段，0～30 cm范圍土壤含水量在不同生育期差異顯著，40～60 cm范圍土壤含水量差異其次，70～100 cm范圍土壤含水量差異較小。在0～30 cm范圍，相同位置土壤含水量表現(xiàn)為6月24日>7月27日>7月10日>8月15日>10月2日；在40～60 cm范圍，相同位置土壤含水量表現(xiàn)為7月27日>6月24日>7月10日>8月15日>10月2日；70～100 cm范圍土壤含水量隨生育期變化不顯著。這是因?yàn)?月24日為灌后第一天取土，而7月27日正值拔節(jié)期，取土前適逢較大降雨，故6月24日和7月27日的剖面含水量分布曲線在上層含量較高；其他時(shí)期，因作物蒸騰耗水和土面蒸發(fā)耗水，上層和中層土壤含水量基本均呈較小趨勢，收獲時(shí)土壤含水量最低。整體來看，土層中間范圍土壤的含水量較土壤上層和下層高，原因可能是耕作層受入滲和蒸發(fā)的影響，而下層與90～100 cm土壤質(zhì)地為砂壤土有關(guān)。

不同生育期基肥施用方式對土壤水分分布的影響在第一次灌水后較明顯(見圖2)，可能因?yàn)樵诟鲗?，播前施肥?jīng)旋耕后，肥料被較均勻混入土壤耕層，灌水時(shí)，土壤中的固體肥料被進(jìn)入土體中的水分逐漸濕潤，肥料附近土壤溶液濃度較高，而離肥料近的土壤水分受溶質(zhì)(肥料)影響，由于肥料顆粒相對耕層土壤體積可以忽略，所以溶質(zhì)對水分水勢影響很??；而耕后施肥，肥料施到土壤表層，播后灌水時(shí)表層肥料遇水溶解，隨水分向下運(yùn)移，并對水分運(yùn)移產(chǎn)生影響。一些學(xué)者研究結(jié)果表明[10,13]，肥料使用方式和施用量會對促進(jìn)水分入滲和分布產(chǎn)生影響，有些肥料施入后會促進(jìn)水分運(yùn)移，增大相同灌水時(shí)間的入滲量。隨著生育期進(jìn)程不同施肥方式的影響向土壤深層推進(jìn)，當(dāng)養(yǎng)分逐漸被吸收作物，土壤中肥料減少，肥量對土壤含水量分布的影響亦減小。

圖1 不同施肥方式不同肥量土壤水分動(dòng)態(tài)變化

圖2 不同生育期基肥施用方式對土壤水分分布的影響

2.2 基肥施用方式和肥量對土壤剖面水分分布的影響

基肥施用方式和肥量對土壤剖面水分分布情況見圖3。耕前和耕后施肥土壤含水量在0～30 cm變化劇烈，在30～60 cm變化劇烈程度其次，在60～100 cm變化較小，因此以0～30、30～60和60～100 cm 3個(gè)土壤層次來分析基肥施用方式和肥量對土壤剖面中各層土壤水分分布的影響。

0～30 cm土壤層6月24日(灌水后)含水量最高，之后急劇下降，因降雨的原因，在7月27日(降雨后)含水量有所升高，出苗后(7月10日)蒸騰速率加快，土壤含水量下降，7月27日至8月15日，玉米逐漸開始抽穗灌漿，土壤含水量迅速下降，灌漿后玉米生長進(jìn)入緩慢狀態(tài)，含水量降至最低。施肥量對該層土壤含水量的影響耕后施肥較耕前施肥明顯，耕前施肥土壤含水量大于耕后施肥，在6月24日差異明顯，隨生育期進(jìn)程影響減??；施肥量對含水量的影響主要體現(xiàn)在施肥量為600 kg/hm2時(shí)，其余兩種施肥量差異不明顯。

圖3 不同基肥施用方式下肥量對土壤剖面水分分布影響

30～60 cm土壤層含水量變化較小，基本穩(wěn)定在25%左右，耕前施肥方式施肥量影響明顯；含水量隨生育期呈先升高再降低的趨勢，由于7月份降水較多，尤其是7月26日的較大降雨，水分入滲至中間層；耕后施肥含水量大于耕前施肥，尤其施肥量為750 kg/hm2時(shí)差異顯著。

60～100 cm土壤層含水量隨生育期基本呈遞增趨勢，在8月15日達(dá)到最高，施肥量對該層土壤含水量影響較明顯。施肥方式對土壤水分影響在450和750 kg/hm2時(shí)耕后大于耕前，在600 kg/hm2時(shí)耕前大于耕后。

2.3 不同施肥方式和肥量對玉米生長狀況的影響

株高在一定程度上反映了植株的營養(yǎng)生長狀況，不同施肥方式和肥量下玉米株高的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表3。玉米株高隨著生育進(jìn)程而增加，到乳熟期達(dá)到最大值。在生育前期(苗期至拔節(jié)期)，耕后施肥處理較耕前施肥玉米株高有顯著優(yōu)勢，苗期和拔節(jié)期分別增加4.16%和0.68%；在苗期，各處理之間的玉米株高呈顯著差異，拔節(jié)期不同施肥量的株高有顯著差異，不同施肥方式無顯著差異。抽雄吐穗期以后，耕前施肥處理超過了耕后施肥處理的玉米株高，抽雄期和乳熟期分別增加0.94%和0.77%。抽雄期和收獲期，各處理之間株高的差異不顯著。這表明，不同施肥方式對玉米株高的影響取決于根系的吸收，在苗期和拔節(jié)期，玉米根系較淺，耕后撒施的肥料占主導(dǎo)影響，在抽穗期以后，玉米植株粗壯，根系發(fā)達(dá)，耕前機(jī)械均勻條施的肥料占主導(dǎo)影響。相同施肥方式下，在各生育期隨著施肥量的增大，玉米株高呈增大趨勢。

表3 不同施肥方式和肥量對玉米株高的影響 cm

2.4 不同施肥方式和肥量對玉米產(chǎn)量的影響

各處理玉米的穗長、穗粗、穗重、百粒重等產(chǎn)量指標(biāo)見表4。

表4 不同施肥方式和肥量對玉米產(chǎn)量的影響

相同施肥方式下，隨施肥量的增加，穗長、穗粗、穗重等指標(biāo)均呈增大趨勢，說明肥料對玉米產(chǎn)量的影響顯著。各處理玉米的穗長、穗粗、穗重、百粒重等呈顯著差異。與耕后施肥相比，耕前施肥在玉米的穗長、穗重、穗粗和百粒重方面均有所增加，增幅分別為4.00%、9.19%、2.58%和5.48%。耕前施肥方式的穗軸更粗壯一些，穗行數(shù)也多，禿尖較短，因此將基肥由機(jī)械均勻條施撒入然后再旋耕，可提高植株的生產(chǎn)能力及花后向籽粒的轉(zhuǎn)移能力，從而提高玉米籽粒產(chǎn)量。

3 結(jié) 語

(1)耕前撒施再旋耕配750 kg/hm2施肥量的水肥交互效應(yīng)突出，尤其對耕作層(30～60 cm)影響較明顯，對作物生長最有利，能顯著提高耗水量及產(chǎn)量。

(2)與耕后施肥相比較，耕前施肥方式將肥料均勻混入土壤耕層，灌水時(shí)土壤中的固體肥料被進(jìn)入土體中的水分逐漸濕潤，可使玉米拔節(jié)期和灌漿期增加耗水，灌漿前節(jié)水，顯著提高了水分利用效率。施肥可明顯提高土壤含水量，隨著施肥量增加土壤含水量增加，水肥相互作用增強(qiáng)。

(3)不同施肥方式對玉米株高的影響取決于根系的吸收，在苗期和拔節(jié)期，耕后施肥處理較耕前施肥玉米株高分別增加4.16%和0.68%；在抽穗期和乳熟期，耕前施肥處理超過了耕后施肥處理的玉米株高，分別增加0.94%和0.77%。相同施肥方式下，在各生育期隨著施肥量的增大，玉米株高呈增大趨勢。與耕后施肥相比，耕前施肥處理在玉米的穗長、穗重、穗粗和百粒重方面均有所增加，經(jīng)濟(jì)系數(shù)提高，平均增幅分別為4.00%、9.19%、2.58%和5.48%。