長期不同施肥對黃綿土雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)作物產(chǎn)量和養(yǎng)分效率的影響

楊志奇 俄勝哲 車宗賢 溫宏昌 張喜平

摘要?以黃綿土雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)長達37年（1981—2018）的土壤肥料長期定位試驗為基礎，選取其中2年，研究在黃綿土雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)長期不同施肥對冬油菜、冬小麥產(chǎn)量和養(yǎng)分效率的影響。結果表明，施用有機肥和化肥的作物籽粒產(chǎn)量較不施肥（CK）明顯增加，以有機肥配施化肥增產(chǎn)效應更顯著。冬油菜和冬小麥的產(chǎn)量均以MNPK產(chǎn)量最高為2 576.1 和5 542.2 kg/hm2，均比不施任何肥料（CK）高552.01%和207.77%，其肥料貢獻率為84.66%和67.67%，地上部N、P、K攜出量均最多，分別為冬油菜（130.49、19.86 、130.18 kg/hm2），冬小麥（136.39 、27.76 、86.12 kg/hm2）。冬油菜中N、P、K的收獲指數(shù)分別為氮的收獲指數(shù)在NPK為最高2.8%，其次在CK為2.79%，而P和K均為對照最高分別為3.8%和0.83%，冬小麥均為單施N最高分別為0.77%、0.75%、0.83%。N、P、K肥的表觀利用率冬油菜為單施有機肥最高107%，P和K均以NPK最高分別為20%和130.13%，冬小麥表觀利用率均以N、K最高為55.53%、56.72%，P是MN為最高27.54%，其余處理均在配施有機肥后有不同程度的降低。

關鍵詞?長期施肥，黃綿土，作物產(chǎn)量，養(yǎng)分效率

中圖分類號?S158文獻標識碼?A文章編號?0517-6611（2020）06-0131-05

Abstract?Based on 37 years （1981-2018）of experiments on soil fertilizer in rainfed agricultural area of loessal soil， the effects of longterm different fertilization treatments on crop yield and nutrient efficiency of winter wheat and winter rape were studied. The results showed that the grain yield of the crops with organic fertilizer and chemical fertilizer were significantly higher than that of the control group （CK） without fertilizer， and that the yieldincreasing effect of organic fertilizer combined with chemical fertilizer was more significant.The highest yield of both winter rape and winter wheat were 2 576.1 ?and 5 542.2 kg/hm2 with MNPK.Both were 552.01% and 207.77% higher than CK （without any fertilizer）， and their fertilizer contribution rates were 84.66% and 67.67% respectively.The uptakes of N， P and K all reached the highest aboveground. The uptakes of N， P and K of the winter rape were 130.49，19.86 kg/hm2， and 130.18 kg/hm2 ?while their uptakes of the winter wheat are 136.39 ， 27.76 and 86.12 kg/hm2 respectively.The harvest indexes of N， P and K of winter rape are as follows： N was the highest in NPK 2.8%，followered by in CK 2.79% while the harvest indexes of P and K were 3.8% and 0.83% respectively.The highest N values of winter wheat were 0.77%， 0.75% and 0.83% respectively in single organic fertilizer.The apparent utilization ratio of N， P and K in winter rape were as follwers： single organic fertilizer reached 107%， while P and K reached their highest of 20% and 130.13% in NPK. The apparent utilization ratio of winter wheat were N 55.53% ， K 56.72 %， and P reached highest 27.54% in MN.The other treatments were all reduced in different degrees after applying organic fertilizer.

Key words?Longterm fertilization，Loessal soil，Crop yield，Nutrient efficiency

在黃土高原黃綿土雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)影響作物產(chǎn)量的主要限制因子是降雨和施肥，在土壤水分有限的情況下，施肥成為提高作物產(chǎn)量的主要手段。20世紀80年代以來，隨著化肥工業(yè)的興起，人們通過大量施用化肥提高糧食產(chǎn)量，化肥在糧食生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用[1]。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）的相關資料，發(fā)展中國家，施肥可提高作物產(chǎn)量51.4%。我國約為40%[2]。目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中，為了片面追求產(chǎn)量，存在長期偏施氮磷鉀，有機肥的施用較少或不施，不僅造成了養(yǎng)分資源浪費、肥料貢獻率低，而且導致肥料增產(chǎn)效應和產(chǎn)量均有所下降[3]。這對肥料的的合理應用提出了更高的要求。長期定位試驗具有時間的長期性和定位性等特點，信息量豐富，準確可靠，能為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供決策依據(jù)[4]。筆者以37年（1981—2018年）的土壤肥料長期定位試驗為基礎，研究長期不同施肥對作物產(chǎn)量和養(yǎng)分效率（吸收、運輸、利用）的影響，為促進區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)平衡提供科學依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?試驗地概況

試驗于1981年在甘肅省天水市農(nóng)業(yè)科學研究所中梁試驗站試驗地進行（104°5′E、34°05′N），屬半干旱山區(qū)，海拔1 650 m，年平均氣溫為11.5 ℃，降水量500～600 mm，無霜期185 d。土壤為中壤黃綿土，pH 8.54，耕層含有機質(zhì)11.87 g/kg、全氮0.82 g/kg、全磷0.66 g/kg、全鉀16.60 g/kg、速效氮73.0 mg/kg、速效磷8.6 mg/kg、速效鉀190 mg/kg、有機碳9.14 g/kg。

1.2?試驗材料

冬油菜為天油8號，冬小麥為天選50號（天水市農(nóng)業(yè)科學研究所提供），供試有機肥為精雞糞（全氮、全磷和全鉀的平均含量分別為0.3%、0.12%和1.11%），氮肥為尿素（N 46.4%），磷肥為普通過磷酸鈣（P2O512%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 50%）。

1.3?試驗設計

試驗采用裂區(qū)設計，主處理為施用有機肥（M）和不施用有機肥（M0），副處理為不施化肥（CK）、單施氮肥（N）、氮磷肥配合施用（NP）、氮磷鉀配合施用（NPK）。小區(qū)長8.33 m，寬4.00 m，小區(qū)面積33.3 m2，重復3次，隨機區(qū)組排列。施有機肥7 500 kg/hm2（干重）、N 150 kg/hm2、P2O5 75 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2。所有肥料均作基肥，于冬小麥播種前結合整地一次性施入。播種量450萬粒/hm2，行距16.5 cm，人工開溝條播。其他管理措施同當?shù)卮筇?。輪作方式?年小麥1年冬油菜。

1.4?樣品采集

在成熟期每小區(qū)選取20株能代表本小區(qū)小麥（油菜）生長狀況的小麥（油菜）植株，連根拔起，籽粒和秸稈分離用于生物學性狀考察，其余全小區(qū)單收計產(chǎn)。

1.5?測定項目與方法

土壤質(zhì)地的測定采用吸管法，土壤pH采用蒸餾水浸提（1.0∶2.5），pH計測定，土壤有機碳含量采用重鉻酸鉀容重法測定，乘以校正系數(shù)1.1，全氮含量采用開氏法測定。全磷和全鉀含量采用NaHCO3熔融，鉬銻抗比色法和火焰光度法測定，Olsen-P采用0.5 mol/L、pH 8.5的NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法，堿解氮含量用解擴散法測定，速效鉀含量采用1mol的醋酸氨浸提，火焰光度法測定。以上指標具體分析方法參見土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法[5]。

肥料對產(chǎn)量的貢獻率=（施肥區(qū)產(chǎn)量-無肥區(qū)產(chǎn)量）/ 施肥區(qū)產(chǎn)量×100%

養(yǎng)分吸收量=籽粒產(chǎn)量×籽粒養(yǎng)分含量+秸稈產(chǎn)量×秸稈養(yǎng)分含量

肥料表觀利用率=（施肥區(qū)作物氮（磷、鉀）素吸收量）-不施肥處理作物氮（磷、鉀）素吸收量）/施肥量×100%

氮（磷鉀）素收獲指數(shù)（%）=籽粒氮（磷鉀）積累總量/植株氮（磷鉀）素積累總量

1.6?數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用DPS 7.05處理，表格全部采用Excel 2007。

2?結果與分析

2.1?長期施肥對作物產(chǎn)量的影響

由表1可知，從2種作物的籽粒產(chǎn)量看，長期不同施肥處理增產(chǎn)效應差異明顯，單施N和M增產(chǎn)效果最小，冬油菜增產(chǎn)率分別為149.39%和102.54%，冬小麥增產(chǎn)率分別為117.22%和66.66%，不管是冬油菜還是冬小麥肥料單施的增產(chǎn)效果不如肥料配施。冬油菜、冬小麥都是NPK增產(chǎn)效果最好，增產(chǎn)率分別是497.57%和177.78%，其次是NP，增產(chǎn)率分別為411.47%和162.77%，NP配施有機肥后增產(chǎn)效果更顯著，分別為459.56%和201.67%，有機肥配施NPK后增產(chǎn)率為552.01%和207.77%。在相同施肥水平下，配施有機肥增產(chǎn)較不配施有機肥增產(chǎn)。

從歷年試驗可以看出，作物的籽粒產(chǎn)量MNPK、MNP、NPK肥配施這3個處理產(chǎn)量差異不顯著且增產(chǎn)率不同，其主要原因是歷年施用的有機肥質(zhì)量參差不齊，引起作物產(chǎn)量年際間的波動。俄勝哲等[6]研究表明氮肥的平均增產(chǎn)效應高于磷、鉀肥，施用鉀肥可增產(chǎn)小麥產(chǎn)量和提高土壤速效鉀含量，但從投入和產(chǎn)出方面考慮不經(jīng)濟。因此，在黃土高原黃綿土雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)冬小麥和冬油菜栽培上對鉀肥的投入可以考慮適量減少投入或隔年施用是一種比較經(jīng)濟施肥方式。

2.2?長期施肥對作物養(yǎng)分效率的影響

2.2.1?長期施肥對作物氮吸收效率的影響。由表2可知，各施肥處理均能不同程度提高冬油菜和冬小麥籽粒和秸稈的含氮量，所有處理的籽粒氮含量和累積量均大于秸稈且氮含量均高于對照處理，NPK配施的氮含量高于單施N肥和NP配施。

與對照相比，N、NP、NPK處理的冬油菜地上部氮攜出量分別提高62.76%、124.98%、127.38%，M、MN、MNP、MNPK處理分別提高了119.71%、127.87%、129.44%、130.49%，所有處理與對照差異均達顯著水平。NP、NPK配施的冬油菜地上部氮攜出量較單施N肥分別提高62.22%、64.62%，MNP、MNPK配施較MN配施分別提高了1.57%、2.62%，差異顯著。相同施肥水平下，施有機肥處理較不施有機肥處理分別提高了65.11%、4.46%、3.11%，差異顯著。

與對照相比，N、NP、NPK處理的冬小麥地上部氮攜出量分別提高了84.49%、112.95%、118.6%，M、MN、MNP、MNPK處理分別提高了54.83%、117.83%、128.81%、136.39%，所有處理與對照差異均達顯著水平。NP、NPK配施的冬小麥地上部氮攜出量較單施N肥分別提高了28.46%、34.11%，MNP、MNPK配施較MN配施分別提高了10.98%、18.56%，差異顯著。相同施肥水平下，施有機肥處理較不施有機肥處理分別提高了33.34%、15.86%、17.79%，可見，施氮可以促進冬油菜吸收和儲存的氮素向籽粒中轉移，肥料配施對油菜地上部氮攜出量有顯著的增加作用，化肥有機肥配施效果更佳。

2.3.2?長期施肥對作物磷肥表觀利用率的影響。

磷肥與氮肥不同，施入土壤后，大部分累積在土壤剖面中[9]，因此，磷肥的當季利用率一般只有10%～25%，而75%～90%的磷肥以不同形態(tài)的磷酸鹽積累在土壤剖面中[10]。冬小麥和冬油菜磷素表觀利用率以單施有機肥最低，為12.94%和7%，NPK配施高于NP配施，MNP、MNPK配施后則有下降趨勢（表6）。

2.3.3?長期施肥對作物鉀肥表觀利用率的影響。

研究表明，在油菜生產(chǎn)中進行科學施用鉀肥的表觀利用率達60%[11]，中國三大糧食作物肥料利用率研究指出小麥鉀肥當季利用率一般為44%。該研究結果表明冬油菜冬小麥鉀素表觀利用率趨于一致以單施有機肥最低，為5.69%、5.72%，NPK配施最高，為130.13%、56.72%，配施有機肥后急劇下降至27.69%、15.58%（表6）。

3?討論

從試驗籽粒產(chǎn)量結果看冬油菜和冬小麥所有施肥處理均比CK增產(chǎn)，單施氮肥和有機肥對作物增產(chǎn)效應最小分別為149.39、102.54%（冬油菜）和117.22、66.66%（冬小麥），氮、氮磷、氮磷鉀配施有機肥均比配施有機肥產(chǎn)量高，作物產(chǎn)量在MNPK時最高分別為2 576.1 kg/hm2（冬油菜）和5 542.2 kg/hm2（冬小麥），均比對照（不施任何肥料）高552.01%和207.77%，其肥料貢獻率為84.66%和67.67%。因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中在化肥合理配合施用的基礎上配施有機肥具有十分重要的意義。

該研究中，不施任何肥料時小麥產(chǎn)量最低，植株養(yǎng)分吸收量小，土壤中氮、磷養(yǎng)分嚴重虧缺且氮、磷、鉀養(yǎng)分不平衡。土壤中長期單施氮肥會導致作物生長所必需的其他營養(yǎng)元素比例嚴重失調(diào)，不利于作物對其他養(yǎng)分的充分利用。氮磷鉀化肥平衡配施養(yǎng)分含量大于缺素處理及養(yǎng)分單施處理，有機肥與化肥配施（MN、MNP、MNPK）養(yǎng)分攜帶量更高[12]。作物氮、磷素吸收受不同施肥處理影響明顯，顯著增加了冬油菜和冬小麥的磷含量和磷累積量，其攜出量冬油菜、冬小麥基本表現(xiàn)與產(chǎn)量一致，最高為有機肥配施氮磷鉀肥，最低為CK，且不同施肥處理的冬油菜、冬小麥氮、磷含量和氮、磷累積量也是籽粒大于秸稈，而冬油菜、冬小麥鉀含量和累積量的變化與氮磷不一致，表現(xiàn)為秸稈大于籽粒，其攜出量與作物籽粒產(chǎn)量趨于一致，不管是籽粒和秸稈冬油菜鉀含量各處理間變化不大。肥料配施的冬油菜地上部鉀攜出量顯著大于肥料單施，土壤氮磷鉀的攜出量其基本和作物產(chǎn)量呈正相關，而氮磷鉀不同元素間回收率明顯不同，總體來看，氮回收率>磷回收率>鉀回收率[13]。

作物籽粒中的養(yǎng)分一方面來源于根系吸收養(yǎng)分的直接供應[14]，另一方面是營養(yǎng)器官中的養(yǎng)分轉移。氮和磷主要累積在籽粒中，與之相反，鉀則主要累積在秸稈中[15]，因此，作物籽粒形成過程中，也是籽粒中氮和磷大量累積的過程。而養(yǎng)分的收獲指數(shù)在一定程度上體現(xiàn)了作物營養(yǎng)器官的養(yǎng)分向籽粒轉移的效率，由于該試驗不同的施肥處理秸稈和籽粒養(yǎng)分含量和累積量均遠大于CK，因此在作物籽粒形成過程中，營養(yǎng)器官向籽粒的轉運均較低，表現(xiàn)在養(yǎng)分的收獲指數(shù)上MNPK等相對較低，可能與收獲時莖葉和籽粒所含養(yǎng)分均較多，作物籽粒合成所需的養(yǎng)分量比較充足，致使作物莖稈養(yǎng)分向籽粒轉運緩慢或不轉移造成，具體原因有待深入研究。

不同施肥處理對作物表觀利用率的影響顯著，有機肥化肥配施后肥料表觀利用率下降。Bridgham等[16]研究表明，在一定程度上隨著土壤養(yǎng)分有效性的降低，植物的養(yǎng)分利用效率增大，但若土壤養(yǎng)分有效性下降到一定程度后，就會降低養(yǎng)分的利用率。該研究結果表明，冬油菜和冬小麥氮素的肥料表觀利用率以單施氮肥最低，為對照的26.42%和32.79%，肥料配施后肥料利用率顯著升高，最高氮磷鉀配施為對照的69.5%（冬油菜）和55.53%（冬小麥），無論冬油菜或冬小麥有機肥配施氮磷和氮磷鉀后氮素表觀利用率較不施有機肥下降分別為44.3%和44.73%（冬油菜）、38.96%和42.12%（冬小麥）。冬小麥和冬油菜磷素表觀利用率以單施有機肥最低，為12.94%和7%，和氮素表觀利用率相同，NPK配施高于NP配施，MNP、MNPK配施后則有下降趨勢。冬油菜冬小麥鉀素表觀利用率趨于一致以單施有機肥最低，為5.69%、5.72%，NPK配施最高，為130.13%、56.72%，配施有機肥后急劇下降至27.69%、15.58%。

因此，在保持土壤生產(chǎn)力的同時，在提高養(yǎng)分利用率和資源節(jié)約上考慮，合理施用有機肥和減施磷鉀肥料或隔年施用磷鉀肥在該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上是一條可以探索的途徑。

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