黑土区坡耕地坡位与施肥对春玉米产量的影响

赵京考，纪德智，王端，李莎，杨凤海

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030）

黑土区坡耕地坡位与施肥对春玉米产量的影响

赵京考，纪德智，王端，李莎，杨凤海

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030）

文章研究黑土区坡耕地玉米单产随地形部位以及氮磷钾施肥量的变异规律。试验区土壤类型为典型黑土，肥料试验采取不完全方案、随机区组方法设计，每个区组分别设置在上、中、下三个不同坡位上。结果显示，黑土区坡耕地玉米单产由坡位引起的变异高达25%，沿坡向方向地形部位由上到下，玉米单产逐渐增加；产量与坡位关系还表现在产量与上坡坡长的正相关上。相对于对照，最佳氮磷钾施肥组合对玉米增产贡献为23.5%。制定坡耕地目标产量与施肥量应考虑地形部位对玉米单产影响。

坡位；上坡坡长；施肥；玉米；黑土

东北黑土区是重要的玉米生产区域[1]。位于不同坡位土壤土层厚度、土壤有机质含量、土壤养分含量及水分在地面和土体内分配差异大，制约作物生长与产量。研究表明，在坡耕地上，作物产量不但与土壤表层厚度、pH、轮作制度和生育期降雨量呈相关关系[2-5]，与地形部位，包括坡度，土壤表面弧度和高差相关[6-8]。作物产量空间变异至少部分与地形部位存在着关联[9]。

有关地形部位对作物产量影响研究主要集中在干旱、半干旱地区，但对较为湿润黑土区作物产量空间变异研究鲜有报道，而把地形部位与肥料对产量效应进行比较研究相对较少。本研究确定不同坡位玉米产量差异，及黑土区坡耕地大量元素肥料效应差异，研究相同施肥处理玉米产量与不同坡位的湿度指数间关系，为本地区作物管理与合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 气候与土壤

试验自2007年开始，连续2年共2个试验地点进行相同设计的试验。其中，2007和2008年试验地均设置在有起伏的坡耕地上。本区域年活动积温在2 200～2 800℃，年平均降雨量在530 mm，雨热同季，是黑龙江省玉米主产区。

试验区分别设在东北农业大学阿城实验实习基地（2007年）和东北农业大学香坊实验实习基地（2008）。2007年试验地位于127°02.600′E，45°31.326′N，海拔162 m，坡度0.9%，坡向为南坡。试验供试土壤为典型黑土，耕层土壤有机质30.1g·kg-1，全氮2.4g·kg-1，碱解氮（扩散皿法，下同）93.2 mg·kg-1，有效磷（碳酸氢钠浸提法，下同）31.8 mg·kg-1，有效钾（乙酸铵法，下同）143.7 mg·kg-1，pH6.86。2008年试验地位于126°44.748′E，46°42.952′N，海拔144 m，坡度1.3%，坡向为北坡；试验供试土壤为典型黑土，耕层土壤有机质27.2 g·kg-1，全氮1.6 g·kg-1，碱解氮69.5 mg·kg-1，有效磷24.0 mg·kg-1，有效钾157.3 mg·kg-1，pH 6.4。

1.2 积水区域衡量指标

积水区域的大小用土壤湿度指数来表示，定义如下：

式中，WI为土壤湿度指数（Wetness index），γ表示单位长度等高线的积水面积，β表示坡度。当等高线与坡的方向垂直而坡度保持不变时，γ为区域内最高点到样点的距离，即上坡坡长（Upslope length），后者与土壤湿度指数WI同步变化，二者可以相互替代[9]。

1.3 试验设计

试验设计方案根据“3414”的试验方案设计，即三因素、四水平试验。试验布置方法参见赵京考等[3]，施肥量见表1。整个试验按随机区组设计，重复次数为：2007年为4次重复，2008年为6次重复。每个区组分2行排列，每行7个小区。区组与区组之间的过道宽1 m。由高到低沿纵向将坡位划分为高、中、低三个相对坡位。

表1 试验区各施肥处理施肥量Table 1 Fertilizer rates for fertilizer treatments(kg·hm-2)

1.4 施肥、种植与收获

试验采取人工点播的方法进行播种，磷肥、钾肥和40%的氮肥作基肥，在播种时一次施入，其余60%的氮肥在拔节之前施入。根据小区面积计算小区的氮、磷、钾施肥量，称量之后混匀，防止大小不匀的肥料颗粒分离，再根据小区面积和玉米种植密度计算每棵玉米的施肥量。计算方法是，取一个铝盒，分别装满混合后的不同处理肥料，刮平、称质量，再用肥料净重除以每株玉米的施肥量即为每盒肥料需要施用的玉米株数（或穴数）。此数据依施肥处理的不同而变化。施肥时将肥料施在穴的一侧，而种子点在穴的另一侧以避免烧苗。中耕、除草、病虫害防治等其余田间管理措施同常规大田。每年各个试验区均采用丰田6号品种，玉米密度为58 500株·hm-2，折合株距25.9 cm，行距66 cm，起垄由农机具操作完成。在人工刨坑种植之前，按株距在拉绳上标记好位置，将标有株距的米绳放在要播种的垄上，再按米绳上的标记刨坑。收获时除去边行，取中心两行收获，测定玉米穗的湿质量。经烘干除去穗轴后折算玉米的风干质量，风干玉米含水率按14%计算。

1.5 数据统计分析和差异显著性检验

运用SPSS 17.0进行方差分析[10]。

2 结果与分析

两个试验区不同坡位的玉米产量见表2。从表中数据可以看出，2007年的单产高于2008年，这一差别主要是2007年的玉米生育期降雨量高于2008年[3]。

表2 两年内同一施肥处理在不同坡位上的产量效应Table 2 Effect of slope positions on the corn yield for fertilizer treatments in two years(t·hm-2)

为区分影响玉米产量的主要因素，分别对区组、施肥处理进行方差分析，分析结果见表3。从表中数据可以看出，影响玉米产量的主要因素分别是：坡位、年份和施肥处理，三者均达差异极显著水平。在施肥处理中，只有氮肥的影响达差异显著水平。

表3 试验方差分析结果Table 3 Results of analysis of variance

2.1 坡位对产量的影响

坡位与玉米产量的关系见图1。从图中可以看出，位于上坡坡位的玉米产量最低，而位于下坡坡位的玉米产量最高；随着坡位由高到低，玉米平均产量逐步增加，位于不同坡位的玉米产量从小到大的排列顺序是：上坡＜中坡＜下坡。同一施肥处理，下坡比上坡玉米平均增产25.0%。

图1 玉米产量与坡位之间的关系（图中误差线为LSD0.05）Fig.1 Relationship between corn yield and slope positions(where the error line is LSD0.05)

2.2 上坡坡长与玉米产量

坡位的划分是相对的。很显然，对于长度不同的坡即使处于相同坡位，其积水区域面积也存在很大差异，为此需要区分坡的长度对积水面积的影响。取上坡坡顶为最高点，依次测量最高点到试验区组的距离作为此区组的平均上坡坡长。以上坡坡长和玉米产量，分两个年份考查不同施肥处理下二者之间的关系。

丰水年份（2007年）上坡坡长与玉米产量之间的关系见图2。2007年春天在玉米播种的当月（4月28日），降雨量丰沛，为玉米出苗和前期生长提供有利条件[3]。由图2可知，当施肥量低的时候（施肥处理N0P0K0、N0P2K2），玉米产量随上坡长度的增加而增加，并在上坡长度约为60 m处出现第一个产量最高点；然而随着上坡长度的增加，玉米产量出现下降。在更长的上坡长度上玉米产量又出现回升，但是基本与在上坡长度为60 m处的产量持平。但是，当施肥量提高，特别是氮肥施肥量提高时，在上坡长度为60 m处，玉米产量只出现幅度不大的上升；随着上坡坡长进一步延长至90 m，玉米产量继续增加，但随后玉米产量基本不再随上坡坡长的增加而增加，只有处理N2P2K2例外，后者随上坡长度的增加以基本不变的梯度而增加至上坡长120 m处。

图2 丰水年份上坡坡长与玉米产量之间的关系Fig.2 Relationship between the upslope length and the corn yield during the higher precipitation year

欠水年（2008年）玉米产量与坡度梯度之间的关系见图3。由图3可知，低施肥量条件下，当上坡坡长为70 m左右时玉米产量达到最高。在磷钾肥适宜，但氮肥用量不同的条件下，玉米产量随上坡坡长的增加直至上坡坡长为110 m左右时玉米产量不再随上坡坡长而增加；施肥处理N2P2K2甚至在上坡坡长为70 m时就已出现最高值。

图3 缺水年份上坡坡长与玉米产量之间的关系Fig.3 Relationship between the upslope length and the corn yield during the lower precipitation year

2.3 施肥处理与玉米产量

不同施肥处理对玉米产量存在较大差异，其结果见表4。由表4可知，施肥处理以N2P2K1处理产量为最高，说明当地的推荐施肥量基本符合生产实际。但是，也应该看到，这一施肥处理与多个其余施肥处理相差不多。与施肥对照（N0P0K0）相比，玉米施肥平均增产只有23.5%。

表4玉米产量的多重比较

Table 4Results of multiple comparisons by MRDT

平均产量（t·hm-2）Average yield差异显著性Significant difference P0.05P0.01N2P2K1N2P2K0N2P2K2N2P2K3N1P2K1N1P1K2N2P3K2N2P1K1N3P2K2N2P0K2N1P2K2N2P1K2N0P2K2N0P0K09.306 9.263 9.163 9.049 8.859 8.823 8.762 8.727 8.666 8.511 8.274 8.219 7.989 7.533 a A ab abc abc abcd abcd abcd abcd abcd abcd bcde cde de e AB AB AB AB AB ABC ABC ABC ABC ABC ABC BC C

3 讨论与结论

坡耕地地形起伏影响到土壤多个动态性质，影响作物产量。虽然研究地形因子与作物产量间关系有地统计学[7]、小波分析等方法[11]可供选择。运用田间试验方法揭示此区域内施肥与坡位对玉米产量变异幅度影响，方法简便可行。

玉米产量随坡位由上到下逐渐增加，而同一年份、相同试验点上，收获时玉米的水分利用效率（WUE）基本相同[3]。因此，坡位由上到下，玉米生长土壤有效水分含量增加，这一结论与Chi等[9]、Si等[11]、李玉山[12]等研究结论吻合，但与刘汗等研究“不同坡位的累积入渗量从坡顶至坡底逐渐减少”相反[13]，这可能与本研究所处地区坡耕地坡度较小有关。

本研究结果表明，在本区域内由于坡位造成降雨再分配导致上坡位土壤有效水分降低，而中、下坡位土壤有效水分量增加，在旱作农业条件下，导致上坡玉米潜在产量的降低以及中、下坡位潜在产量的提高[14-15]。

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ZHAO Jingkao,JI Dezhi,WANG Duan,LI Sha,YANG Fenghai(School of Resources and Environmental Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030, China)

Objective of this study was to investigate the variation of corn yield with slope positions and rates of nitrogen,phosphorus and potassium fertilizers.The soil in the study area was a typical black soil.The experimental design of nutrients(nitrogen,phosphorus and potassium)was a randomized incomplete block design;three blocks were arranged respectively on the upper,middle and lower slope positions.The results showed that corn yield variation due to slope positions reached 25%, following the order:lower position＞middle position＞upper position,which was also shown by the fact that corn yield was positively correlated with upslope length on each slope position;the optimal rates of nitrogen,phosphorus and potassium increased the corn yield by 23.5%compared with control.It was concluded that the prediction of corn yield goals and the fertilizers rates must consider the variation of corn yield due to the slope positions.

slope positions;upslope length;fertilization;corn;black soil

S512.1

A

1005-9369（2014）05-0008-05

时间2014-5-12 9:00:34[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140512.0900.010.html

赵京考,纪德智,王端,等.黑土区坡耕地坡位与施肥对春玉米产量的影响[J].东北农业大学学报,2014,45(5):8-12.

Zhao Jingkao,Ji Dezhi,Wang Duan,et al.Effect of slope positions and fertilization on the corn yield in undulating regions of black soil[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(5):8-12.(in Chinese with English abstract)

2013-03-20

黑龙江省高校寒地黑土利用与保护重点实验室开放基金；科技部“十二五”国家科技支撑计划（2011BAD16B11）

赵京考（1965-），男，副教授，博士，研究方向为植物营养学与水肥耦合。E-mail:jkzhaon@163.com

Effect of slope positions and fertilization on the corn yield in undulating regions of black soil/