不同施肥處理對(duì)遼北春玉米土壤理化性質(zhì)及產(chǎn)量的影響

張 鑫，牛世偉，葉 鑫，隋世江

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與環(huán)境資源研究所，遼寧 沈陽 110161)

【研究意義】玉米是遼寧省種植面積最大的糧食作物，播種面積為150.6萬hm2[1]，其中遼北地區(qū)是玉米主產(chǎn)區(qū)及國家重要的商品糧生產(chǎn)地之一。長期以來該地區(qū)農(nóng)民為追求玉米高產(chǎn)，化肥施用量逐年增加，農(nóng)民重化肥輕有機(jī)肥的施肥習(xí)慣導(dǎo)致土壤理化性狀變差，土壤肥力下降[2-3]，嚴(yán)重影響了該地區(qū)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。2015-2020年農(nóng)業(yè)部提出“雙減”的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物化肥、農(nóng)藥使用量零增長。因此，合理的化肥施用量，兼顧提高土壤的肥力和可持續(xù)生產(chǎn)能力，已成為該地區(qū)急需解決的問題?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】許多研究表明，化肥配施有機(jī)肥可以改善土壤物理性狀，增加土壤孔隙度，提高土壤保墑能力，提高土壤有機(jī)質(zhì)，提高作物產(chǎn)量[4-6]。腐植酸具有良好的生理活性，含有許多活性基團(tuán)，具有較強(qiáng)的吸收、絡(luò)合、交換等功能，能夠與許多有機(jī)、無機(jī)物發(fā)生相互作用[7-9]。腐殖酸與化肥配施不僅可以改善土壤物理結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，還可以促進(jìn)作物生長，提高作物產(chǎn)量，改善作物的品質(zhì)[10-11]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】針對(duì)遼北地區(qū)因長期單一的施用化肥而產(chǎn)生的土壤物理性質(zhì)變差、土壤肥力下降等現(xiàn)狀，本研究采用腐殖酸、有機(jī)肥與化肥配施的田間試驗(yàn)。【擬解決的關(guān)鍵問題】旨在為遼北地區(qū)實(shí)現(xiàn)化肥施用量零增長，同時(shí)改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤持續(xù)生產(chǎn)能力，提高作物產(chǎn)量提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年4月至2016年10月，在遼寧省鐵嶺市蔡牛鎮(zhèn)張莊村進(jìn)行，該地區(qū)屬于半濕潤季風(fēng)大陸性氣候，是典型的遼北半濕潤平原旱作農(nóng)業(yè)區(qū)。供試土壤類型為棕壤，耕層土壤含有機(jī)質(zhì)18.4 g·kg-1、全氮1.15 g·kg-1、全磷0.45 g·kg-1、全鉀2.15 g·kg-1，堿解氮86.1 mg·kg-1、速效磷18.9 mg·kg-1、速效鉀129 mg·kg-1、pH 5.3，試驗(yàn)區(qū)地勢平坦，為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)。當(dāng)?shù)刂饕N植結(jié)構(gòu)為一季春玉米，實(shí)行連年淺旋耕(12～15 cm)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共5個(gè)處理，分別為CK、CK1、T1、T2、T3。CK為N 0 kg·hm-2+ P2O590 kg·hm-2+K2O 108 kg·hm-2；CK1為N 234 kg·hm-2+P2O590 kg·hm-2+K2O 108 kg·hm-2；T1為N 198.9 kg·hm-2+P2O590 kg·hm-2+K2O 108 kg·hm-2；T2為N 198.9 kg·hm-2+P2O590 kg·hm-2+K2O 108 kg·hm-2+600 kg·hm-2腐殖酸；T3為N 198.9 kg·hm-2+P2O590 kg·hm-2+K2O 108 kg·hm-2+1500 kg·hm-2有機(jī)肥。供試肥料為尿素(含氮46.3 %)，過磷酸鈣(含P2O512 %)，氯化鉀(含K2O 60 %)，腐殖酸肥料(腐殖酸含量為35 %)，有機(jī)肥為撫順宏業(yè)牧業(yè)有限公司生產(chǎn)。每個(gè)處理3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)長10 m，寬5.8 m(10壟，壟距0.58 m)，小區(qū)面積為58 m2。試驗(yàn)于2015年4月23日播種、9月26日收獲，2016年4月25日播種、9月25日收獲；玉米品種選用遼單575，行距58 cm，株距27 cm。肥料均在播種時(shí)一次性施入，試驗(yàn)區(qū)田間管理同大田一致。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)測定 玉米收獲后，采用五點(diǎn)混合法采集每個(gè)小區(qū)0～20 cm的土壤樣品，采用環(huán)刀法測定5～10、10～15和15～20 cm土層樣品的土壤容重；采用重鉻酸鉀容量法測定有機(jī)質(zhì)，凱氏定氮法測定全氮，堿解擴(kuò)散法測定速效氮，H2SO4-HClO4消煮-鉬銻抗比色法測定全磷，NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定速效磷，NaOH熔融-火焰光度計(jì)法測定全鉀，NH4OAC浸提-火焰光度計(jì)法測定速效鉀[12]。

1.3.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 在玉米收獲后，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)選取具有代表性的10 m2樣區(qū)進(jìn)行測產(chǎn)，按照14 %含水量折合成單位面積籽粒產(chǎn)量。每個(gè)樣區(qū)取15株玉米進(jìn)行考種，對(duì)穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理分析并作圖，用SPSS13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan法多重比較，顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

表1顯示，2年試驗(yàn)，CK(不施氮肥)處理穗長、穗粗、穗行數(shù)、百粒重以及產(chǎn)量等指標(biāo)均低于其他各個(gè)處理。與CK相比，各施氮處理的穗長、穗粗、穗行數(shù)、百粒重、產(chǎn)量2年平均值分別提高了15.59 %～25.88 %、1.94 %～7.39 %、4.21 %～8.02 %、10.26 %～20.79 %、10.08 %～22.32 %。這表明施用氮肥可促進(jìn)玉米的生長發(fā)育，提高產(chǎn)量及其各項(xiàng)生物學(xué)指標(biāo)。

與CK1處理相比，T2處理的穗粗、穗行數(shù)、百粒重以及產(chǎn)量較CK1處理2年平均值分別高出5.34 %、3.65 %、9.55 %和9.35 %；T3處理2年平均穗長、穗粗、百粒重、產(chǎn)量較CK1處理分別高出8.60 %、4.78 %、9.42 %和8.38 %。然而T1處理2年平均穗長和產(chǎn)量低于CK1處理，分別降低了0.27 %和1.59 %。表明在減施氮肥15 %條件下，配施有機(jī)肥、腐殖酸可以提高玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。

表1 不同施肥處理對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.2 不同施肥處理對(duì)土壤容重的影響

從圖1可以看出，5～10、10～15、15～20 cm土壤容重各施氮處理低于CK處理，較CK處理2年平均值降低了0.73 %～4.69 %、0.87 %～3.61 %、1.46 %～4.50 %?；逝涫└乘?、有機(jī)肥T2、T3處理土壤容重較常規(guī)施肥CK1處理2年平均值5～10 cm降低了2.97 %、3.94 %；10～15 cm降低了1.22 %、3.08 %；15～20 cm降低了2.67 %、3.60 %。減氮條件下，T2、T3處理土壤容重較T1處理2年平均值5～10 cm降低了3.76 %、4.73 %；10～15 cm降低了1.24 %、3.10 %；15～20 cm降低了2.25 %、3.18 %。表明增施腐殖酸、有機(jī)肥對(duì)降低耕層土壤容重具有一定的效果。

2.3 不同施肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

由表2可以看出，2015年CK與CK1、T1、T2、T3的土壤堿解氮、有效鉀和有機(jī)質(zhì)差異顯著(P<0.05)，與CK相比，CK1、T1、T2、T3土壤堿解氮分別增加了2.42 %、1.62 %、5.41 %、9.46 %；速效鉀增加了10.48 %、6.55 %、13.11 %、15.40 %；有機(jī)質(zhì)分別增加了0.55 %、0.73 %、1.41 %、1.59 %?；逝涫└乘?、有機(jī)肥的T2、T3處理與常規(guī)施肥(CK1)處理相比，堿解氮增加了2.92 %和6.88 %，有效磷增加了4.22 %和6.27 %，速效鉀增加了2.38 %和4.45 %，有機(jī)質(zhì)增加了0.85 %和1.03 %。2016年CK與CK1、T2、T3土壤全氮差異顯著(P<0.05)，分別較CK處理增加了13.01 %、15.07 %和22.60 %；CK與T2、T3土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)差異顯著(P< 0.05)，分別較CK處理增加了19.07 %和23.79 %、36.36 %和45.26 %、16.31 %和13.85 %、4.22 %和5.26 %?；逝涫└乘?、有機(jī)肥的T2、T3處理與常規(guī)施肥(CK1)處理相比，堿解氮增加了8.41 %和12.71 %，有效磷增加了24.41 %和32.53 %，速效鉀增加了13.85 %和11.44 %，有機(jī)質(zhì)增加了3.90 %和4.94 %。

圖1 不同施肥處理對(duì)土壤容重的影響Fig.1 Effects of different fertilization treatments on soil bulk density

表2 不同施肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響(0～20 cm)

3 結(jié)論與討論

3.1 玉米產(chǎn)量

許多研究表明，有機(jī)無機(jī)配施有利于促進(jìn)玉米生長發(fā)育，提高玉米產(chǎn)量[13-14]。王興龍等[15]研究結(jié)果表明，化肥配施有機(jī)肥顯著改善了玉米的穗長、禿尖、百粒重等指標(biāo)，提高了玉米產(chǎn)量，其中減氮20 %配施生物有機(jī)肥產(chǎn)量最高為8710.83 kg·hm-2，較常規(guī)施氮玉米產(chǎn)量提高6.04 %。袁天佑等[16]研究結(jié)果表明，化肥配施腐殖酸可以促進(jìn)夏玉米的生長發(fā)育，改善農(nóng)藝性狀，提高產(chǎn)量，常規(guī)施肥減氮15 %+腐植酸處理效果最優(yōu)，比常規(guī)施肥處理產(chǎn)量增加8.68 %～12.96 %。本研究結(jié)果表明，減氮15 %配施腐殖酸、有機(jī)肥處理有效改善了玉米生物學(xué)性狀，增加了玉米的穗粗、百粒重，提高了玉米產(chǎn)量，與常規(guī)施肥相比2年平均值分別提高了3.65 % 和4.78 %、9.55 % 和9.42 %，9.35 % 和8.38 %。

3.2 土壤物理性狀

土壤容重是直接反應(yīng)土壤的松緊程度[17]，是土壤物理性狀的重要指標(biāo)之一。適宜的有機(jī)無機(jī)配比能有效改善土壤物理結(jié)構(gòu)，降低土壤容重[18-19]。溫延臣等[20]研究認(rèn)為，連續(xù)施肥26年后，有機(jī)肥/有機(jī)無機(jī)配施與施用化肥相比土壤容重降低5.0 %～11.0 %，土壤孔隙度增加4.1 %～9.9 %?；袅盏萚21]研究結(jié)果表明，有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)0～10、10～20和20～40 cm土壤物理性狀影響顯著，土壤平均容重分別降低了9.31 %、6.16 %和4.29 %。顧鑫等[22]研究結(jié)果表明，施用煤炭腐殖酸顯著降低了土壤體積質(zhì)量，改善土壤物理結(jié)構(gòu)，與單施化肥相比，土壤體積質(zhì)量降低了4.07 %～21.14 %。本研究結(jié)果顯示，與常規(guī)施肥相比，化肥配施腐殖酸、有機(jī)肥處理5～10、10～15以及15～20 cm土壤容重2年平均值分別降低了2.97 % 和3.94 %、1.22 % 和3.08 %、2.67 % 和3.60 %。這與上述研究結(jié)果一致。

3.3 土壤養(yǎng)分

施用有機(jī)肥、腐殖酸能夠提高土壤中有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量，改善土壤地力[23-26]。李欣倫等[19]研究表明，有機(jī)肥和化肥配施較常規(guī)施肥有機(jī)質(zhì)提高了0.65 %～21.21 %，堿解氮提高了1.10 %～12.73 %，速效磷提高了1.96 %～132.01 %，速效鉀提高了7.92 %～32.80 %。裴瑞杰等[27]研究結(jié)果表明，腐殖酸與化肥配施比常規(guī)施肥有機(jī)質(zhì)增加了0.38 %～0.63 %，堿解氮增加了0.90 %～3.50 %，有效磷增加了1.41 %～4.66 %，速效鉀增加了0.21 %～1.65 %。本研究結(jié)果顯示，與常規(guī)施肥相比，施用腐殖酸、有機(jī)肥土壤中有機(jī)質(zhì)平均值增加了2.38 %和2.98 %，堿解氮增加了5.69 % 和9.82 %，有效磷增加了14.47 %和19.60 %，速效鉀增加了8.07 %和7.92 %，與上述研究結(jié)果一致。

本研究結(jié)果表明，遼北地區(qū)施用腐殖酸、有機(jī)肥對(duì)土壤理化性狀和玉米生長發(fā)育均有影響，顯著降低了土壤容重，增加土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分含量，提升地力，增加作物產(chǎn)量。綜合考慮“雙減目標(biāo)”與環(huán)境效益，腐殖酸用量為600 kg·hm-2有機(jī)肥用量為1500 kg·hm-2并配施氮肥198.9 kg·hm-2是遼北地區(qū)較為適宜的施肥措施。