黑龙江省典型黑土区玉米优化施肥——以双城为例

姬景红，李玉影，刘双全，修玉欣，刘 颖，张明怡

(1.东北林业大学博士后科研流动站，黑龙江哈尔滨150040;2.黑龙江省农业科学院博士后科研工作站，

黑龙江哈尔滨150086;3.黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所，黑龙江省土壤环境与

植物营养重点实验室，黑龙江省肥料工程技术研究中心，黑龙江哈尔滨150086)

黑龙江省典型黑土区玉米优化施肥
——以双城为例

姬景红1，2，3，李玉影3，刘双全3，修玉欣3，刘 颖3，张明怡3

(1.东北林业大学博士后科研流动站，黑龙江哈尔滨150040;2.黑龙江省农业科学院博士后科研工作站，

黑龙江哈尔滨150086;3.黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所，黑龙江省土壤环境与

植物营养重点实验室，黑龙江省肥料工程技术研究中心，黑龙江哈尔滨150086)

为明确黑龙江省玉米主产区土壤养分限制因子，充分发挥土壤及肥料的增产潜力，达到玉米的高产高效，通过双城市5年的田间小区对比试验，研究了玉米对不同肥料的产量响应及肥料效应。结果表明，不施氮磷钾锌硫肥均降低玉米产量，不施氮肥、不施磷肥、不施钾肥、不施锌肥、不施硫肥的各减素处理较推荐施肥处理平均减产分别为27.7%、18.4%、17.6%、7.8%和9.7%。氮磷钾合理配施显著提高玉米产量、养分吸收、农学效率和肥料利用率。与农民习惯施肥处理相比，优化施肥处理玉米平均增产12.6%，增加氮磷钾养分吸收量分别为13.4 kg·hm-2、9.0 kg·hm-2和12.4 kg· hm-2;增加氮磷钾农学效率分别为6.5 kg·kg-1、17.5 kg·kg-1、7.0 kg·kg-1;提高氮磷钾肥利用率分别为8.1%、13.4%和9.5%。影响双城市玉米产量的主要土壤养分限制因子是氮，其次是钾和磷，潜在因子是锌和硫。与优化施肥相比，该地区玉米生产农民习惯施肥中，氮施用量略有不足，磷肥用量过高，钾肥用量过低，生产中应适当增加钾肥用量，否则长期种植玉米易造成土壤钾素的亏缺。图3，表5，参20。

黑龙江;玉米;产量;农学效率;肥料利用率

0 引 言

玉米是黑龙江省主要粮食作物之一，玉米种植面积和总产量分别占全省的35%和45%，商品率达70%以上［1］。近年来玉米播种面积不断增加，至2013年黑龙江省玉米播种面积已超过1亿亩，玉米总产也呈现增加的趋势，然而玉米总产增加是以播种面积的增加为基础，因此，提高玉米单产是稳步提升玉米综合生产力的必要措施和途径［2］。玉米的产量除受气候因素的影响外，还受耕作［3］、栽培［4］、施肥［5］等人为因素的制约。其中肥料对玉米产量的提高起到了至关重要的作用，平衡施肥是提高玉米产量的重要措施之一［6-8］。虽然人们已经越来越重视肥料的科学施用，但东北春玉米生产土壤管理及肥料施用中仍然存在许多问题［9］。目前，黑龙江省许多地区农民施肥仍然存在盲目性，认为高投入就会获得高产量，长期投入高量化学肥料，施肥结构不合理，造成土壤养分不平衡，氮、磷、钾比例失衡［10］，不但限制了玉米产量效益的提高，也造成了肥料浪费及环境污染［11］。

双城市位于黑龙江省西南部，是国家主要粮食生产基地。主要耕地土壤为黑土、黑钙土，现有耕地面积18.9万hm2，其中玉米年平均播种面积为15.1万hm2，占农作物总播种面积的80%，总产量达15.5亿kg左右。在国家76个商品粮基地县中，双城玉米总产、单产、人均占有量、国家调出量、出口量均居全国前十位［12］。为此文章以黑龙江省典型玉米主产区双城为试验地点，研究了2008年-2012年玉米施用不同肥料的产量反应及肥料效应，明确黑龙江省双城市土壤养分限制因子及目前农民习惯施肥中存在的问题，为该区玉米优化施肥及高产、稳产提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

2008年-2012年试验设在黑龙江省双城市。土壤类型均为黑土，质地壤土，前茬作物玉米，田间小区试验选取区域 (乡、村)包括高中低肥力土壤，土壤的基础肥力状况见表1。

表1 土壤基本化学性质Tab.1 Basic soil chemical properties

1.2 试验设计

试验设7个处理，分别为OPT(优化施肥)、O-N(不施氮)、O-P(不施磷)、O-K(不施钾)、O-Zn(不施锌)、O-S(不施硫)和FP(农民习惯施肥)。其中OPT处理为推荐最佳施肥处理，由国际植物营养研究所北京办事处 (IPNI)对本试验地的土壤化验后，采用土壤养分分级与目标产量法推荐施肥量;各减素处理是在OPT处理的基础上进行;FP处理为农民习惯施肥 (只施氮磷钾肥)。小区面积30 m2，3次重复，随机区组排列。2008年供试玉米品种为郑单958;2009年和2010年品种为吉单180; 2011年和2012年品种为利民33。玉米种植密度为5万株·hm-2～6万株·hm-2。2008年氮肥30%作基肥，70%作追肥;2009年-2012年氮肥40%作基肥，60%作追肥，其它全部肥料作基肥一次性施入。氮、磷、钾、锌和硫肥分别用尿素 (含N 46%)、重过磷酸钙 (含P2O546%)、氯化钾 (含K2O 60%)、氧化锌 (含Zn 35%)和石膏 (含S 23%)，肥料养分用量见表2。

表2 OPT及FP处理肥料养分用量(kg·hm-2)Tab.2 Application rates of diffferent fertilizers in optimal fertilization and farmer’s fertilizer practices

1.3 测定项目及方法

春季播种前S型取样法采集耕层土壤进行土壤养分分析;秋季测产时采集各小区有代表性的玉米5株，将植株和籽粒样品于105℃杀青30 min，70℃烘干，称重，测定样品中全氮、全磷、全钾含量。

土壤有机质及养分含量测定采用常规方法［13］;pH测定中水土比为2.5∶1，复合电极测定。玉米植株和籽粒全氮、磷、钾采用H2SO4-H2O2消煮，氮采用凯氏法测定，磷采用钒钼黄比色法测定，钾采用火焰光度计法测定。

1.4 计算方法

平衡系数=养分投入/养分支出=［施入养分量/(植株养分吸收量+籽粒养分吸收量)］;

N利用率=［OPTFP处理吸氮量-不施氮处理吸氮量］/施氮量×100%;

P利用率=［OPTFP处理吸磷量-不施氮处理吸磷量］/施磷量×100%;

K利用率=［OPTFP处理吸钾量-不施氮处理吸钾量］/施钾量×100%。

氮磷钾锌硫肥农学效率=［(OPTFP处理籽粒产量-不施氮磷钾锌硫处理的籽粒产量)］/施氮磷钾锌硫量。

2 结果与分析

2.1 施肥对玉米产量的影响

5年试验结果表明，合理施用氮磷钾锌硫肥对玉米产量有明显的促进作用，见表3。除2011年，平衡施肥 (OPT处理)玉米产量与农民习惯施肥处理(FP)差异不大，其它年份OPT处理玉米产量均显著高于FP处理，增产率5.9%～28.3%，平均为12.6%。O-N、O-P、O-K、O-Zn、O-S、O-Zn各减素处理较OPT处理分别平均减产27.7%、18.4%、17.6%、7.8%和9.7%。由表3还可以看出，除2011年不施磷肥玉米产量降低不显著外，五年试验结果均表明，不施氮磷钾肥玉米显著减产。2012年不施锌肥玉米减产显著;2009年、2011年和2012年不施硫肥玉米减产显著。由以上数据分析可见，氮仍然是该地区玉米产量的主要土壤养分限制因子，其次是钾肥和磷肥，锌和硫是玉米产量的潜在限制因子。

2.2 施肥对玉米氮磷钾养分吸收的影响

营养元素缺乏和不均衡供给会成为土壤养分限制因子和潜在限制因子，对作物高产、稳产构成严重威胁，应该引起足够重视［14］。试验结果表明，平衡施肥对玉米养分吸收具有显著促进作用，OPT处理氮磷钾养分吸收量显著高于农民习惯施肥处理及各减素处理，见表4。2008年-2012年OPT处理较FP处理N、P2O5、K2O吸收量分别平均增加13.4 kg·hm-2、9.0 kg·hm-2和12.4 kg·hm-2。OPT处理植株总的吸N量平均比O-N、O-P、O-K、FP处理分别提高30.0%、14.0%、16.3%和7.3%;吸P2O5量分别提高21.4%、18.7%、15.0%和12.5%;吸K2O量分别提高19.3%、11.5%、27.0%和7.8%。氮磷钾各元素之间具有相互促进的作用，某种元素的缺乏，不但会影响玉米对该种养分的吸收，还会使其它养分的吸收受到抑制。缺氮除影响玉米植株对氮的吸收外，还会影响其对磷钾的吸收，同样缺磷、缺钾均会影响植株对氮磷钾的吸收。说明平衡施肥有利于玉米对养分的均衡吸收。在玉米成熟期OPT处理每形成100 kg玉米籽粒平均吸收N 1.91 kg、P2O50.72 kg，K2O 1.93 kg，比例为2.7∶1.0∶2.7。

表3 不同施肥对玉米产量的影响 (kg·hm-2)Tab.3 Effect of different fertilizer treatments on corn yield

表4 不同处理玉米植株养分吸收量 (kg·hm-2)Tab.4 Effect of different fertilizer treatments on corn nutrient absorption

2.3 施肥对氮磷钾肥利用率及平衡系数的影响

2008年-2012年试验结果表明，采用平衡施肥措施玉米氮磷钾肥农学效率及肥料利用率均显著高于农民习惯施肥处理。不同肥料对玉米农学效率影响效果不同，见图1。OPT处理，N、P2O5、K2O的农学效率分别平均为14.9 kg·kg-1、23.1 kg·kg-1、19.0 kg·kg-1;比农民习惯施肥处理分别增加氮磷钾肥农学效率6.5 kg·kg-1、17.5 kg·kg-1、7.0 kg·kg-1。从氮磷钾肥料利用率上看，双城市玉米生产OPT处理氮肥利用率(N)为30.4%～39.1%，平均为35.8%;磷肥利用率(P2O5)为18.8%～26.1%，平均为22.8%;钾肥利用率(K2O)为39.1%～56.3%，平均为48.3%，见图2。FP处理氮肥利用率 (N)为19.6%～34.2%，平均为27.7%;磷肥利用率 (P2O5)为7.6%～11.8%，平均为9.4%;钾肥利用率(K2O)为27.6%～46.3%，平均为38.8%。OPT处理分别比FP处理氮磷钾肥利用率提高了8.1%、13.4%和9.5%。进一步说明氮磷钾合理配施有利于提高肥料利用效率。

图1 不同施肥处理氮磷钾肥农学效率Fig.1 Agronomic efficiency of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizer under different fertilization treatments

图2 不同施肥处理氮磷钾肥料利用率Fig.2 Utilization rate of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizer under different fertilization treatments

表观平衡系数可以表征土壤养分平衡状况，评价肥料适宜用量。通过对黑龙江省双城市五年的田间小区试验，结果表明，推荐施肥处理在氮磷钾肥施用量为N 150 kg·hm-2～160 kg·hm-2、P2O560 kg·hm-2～75 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2～100 kg·hm-2的条件下，土壤中氮 (N)的平衡系数为0.76～0.92，平均为0.85;磷 (P2O5)的平衡系数为0.80～1.27，平均为0.96;钾 (K2O)的平衡系数为0.27～0.65，平均为0.50(表5，图3)。农民习惯施肥处理在氮磷钾肥施用量为N 150 kg·hm-2，P2O585 kg·hm-2～92 kg·hm-2，K2O 50 kg·hm-2～60 kg·hm-2的条件下，土壤中氮 (N)的平衡系数为0.82～0.92，平均为0.89;磷 (P2O5)的平衡系数为1.20～1.95，平均为1.44;钾 (K2O)的平衡系数为0.31～0.47，平均为0.38(表5，图3)。结合氮磷钾肥施用量分析，与推荐施肥相比，该地区玉米生产农民习惯施肥中，氮施用量N150 kg·hm-2略有不足，磷肥用量过高，钾肥用量过低;磷肥 (P2O5)用量应在67.5 kg·hm-2～85 kg·hm-2基本可以满足玉米高产的需要，钾肥用量 (K2O)应大于75 kg·hm-2。

表5 氮磷钾的平衡系数及肥料利用率Tab.5 Balance coefficient and utilization rate of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizer

图3 不同施肥处理氮磷钾平衡系数Fig.3 Balance coefficient of nitrogen，phosphorus and potassium under different fertilization treatments

3 讨 论

3.1 双城市肥料利用率

研究结果表明，双城市OPT处理玉米氮磷钾肥利用率变幅在30.0%～39.3%，平均35.7%;磷肥利用率变幅在20.0%～26.7%，平均23.3%;钾肥利用率变幅在45.0%～56.0%，平均为49.5%。1992年朱兆良等［15］总结了782个田间试验数据，结果表明当时的主要粮食作物的氮肥利用率变化在28%～41%之间，平均为35%。1998年进一步指出当时我国主要粮食作物的氮肥利用率为30%～35%，磷肥利用率平均为15%～20%，钾肥利用率为35%～50%［16］。张福锁等总结了近年来在全国粮食主产区进行的1 333个田间试验结果，指出相对于朱兆良的研究结果，目前我国主要粮食作物的氮磷钾肥料利用率均呈逐渐下降趋势，产生这一现象的主要原因是肥料用量的增加。我国主要粮食作物氮肥利用率变幅在10.8%～40.5%，平均为27.5%;磷肥利用率变幅在7.3%～20.1%，平均为11.6%;钾肥利用率变幅在21.2%～35.9%，平均为31.3%［17］。从试验肥料利用率与全国平均肥料利用率数据分析比较，可以看出，双城市肥料利用率略高于全国平均水平或处于全国平均水平范围内，其主要原因是该地区氮磷钾肥施用量低于国内其它省份。从氮肥农学效率和氮肥利用率这两个指标来看，双城市氮肥农学效率 (11.6 kg·kg-1～21.0 kg·kg-1)和氮肥利用率 (30.0%～39.3%)远远低于其他一些国家和地区在试验条件下所得到的20.0 kg·kg-1～25.0 kg·kg-1的氮肥农学效率和40%～60%的氮肥利用率［18］。因此，提示我们可以进一步调整肥料结构，优化肥料用量，改进施肥措施，注重微量元素锌硫肥的施用，在保证作物高产、稳产的前提下最大限度的提高肥料利用率。

3.2 双城市土壤养分限制因素及平衡系数

了解和掌握土壤养分限制因素对于确定合理施肥措施具有重要的意义。冷玲等［19］对黑龙江省双城市多点取样进行土壤养分空间变异分析，结果表明，黑龙江省双城市黑钙土硼含量较高，氮含量较低。试验通过产量效果研究也表明氮素仍然是限制该地区玉米产量的主要限制因子。刘学军等［20］通过大量试验数据研究表明，从1980年至2010年，我国氮沉降数从20世纪80年代的13.28 kg·hm-2增至21世纪的21.1 kg·hm-2，增长近8.0 kg·hm-2。试验研究表明，双城市玉米农民习惯施肥处理在氮施用量为N 150 kg·hm-2的条件下，土壤中氮 (N)的平衡系数为0.82～0.92，未达到1.0，说明氮肥用量不足。由于沉降到地面的氮能被植物吸收利用，若按8.0 kg·hm-2的氮沉降数考虑，经过计算，平衡系数仍未达到1.0，进一步说明该试验地区氮肥用量略有不足。本试验中无论是推荐施肥处理还是农民习惯施肥处理，钾的平衡系数均远小于1，因此，应适当增加钾肥用量，否则长期种植玉米易造成土壤钾素的亏缺。

4 结 论

①五年试验结果表明，施用氮磷钾锌硫肥均对双城市玉米产量具有明显的促进作用。该地区主要土壤养分限制因子是氮，其次是钾磷，锌和硫是潜在限制因子，推荐施肥处理玉米产量均显著高于农民习惯施肥处理，平均增产率达12.6%。

②氮磷钾合理配施促进了玉米养分吸收、提高肥料农学效率及利用率。与农民习惯施肥处理相比，推荐施肥处理分别增加氮磷钾肥农学效率6.5 kg·kg-1、17.5 kg·kg-1、7.0 kg·kg-1;分别提高氮磷钾肥利用率8.1%、13.4%和9.5%，氮磷钾肥利用率仍有较大的提升空间。

③黑龙江省双城市玉米生产中，试验区农民习惯施肥存在的问题为:氮肥用量略有不足，磷肥用量过高，钾肥用量不足。该区玉米生产中，氮肥用量应不低于N 160 kg·hm-2，磷施用量应控制在P2O567.5 kg·hm-2～85 kg·hm-2之间，钾肥用量应不低于K2O 75 kg·hm-2。

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Optimal Fertilization of M aize Production in Black Soil Region of Heilongjiang Province——A Case Study in Shuangcheng City

JIJing-hong1，2，3，LIYu-ying3，LIU Shuang-quan3，TONG Yu-xin3，LIU Ying3，ZHANG Ming-yi3
(1.Northeast Forestry University Postdoctoral Program，Harbin 150040，China;2.Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences Postdoctoral Program，Harbin 150086，China;3.Institute of Soil Fertilizer and Environment Resources of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，The Key Lab of Soil Environment and Plant Nutrition，Research Center of Fertilizer Engineering and Technology of Heilongjiang Province，Harbin，150086，China)

Based on 5-year field plotexperiments in Shuangcheng city，the effect of different fertilizers on corn yield and fertilizer efficiency was studied in order to understand limiting factors of soil nutrients，to produce themaximum yield，and to achieve high yield and high efficiency of corn in Heilongjiang Province.The results showed that corn production decreased withoutnitrogen，phosphorus，potash，zinc and sulfur fertilizers.Compared with OPT treatment，corn yield with O-N，O-P，O-K，O-Zn，and O-S treatment decreased by an average of 27.7%，18.4%，17.6%，7.8%and 9.7%，respectively;Corn yield，nutrient absorption amount，agronomic efficiency and fertilizer utilization rate were improved by rational fertilization with N，P and K fertilizers.Compared with farmer’s routine fertilization practice(FP)，optimal fertilization increased corn yield by 12.6%;improved nutrient absorption amount of N，P2O5and K2O by 13.4 kg·hm-2，9.0 kg·hm-2and 12.4 kg·hm-2，respectively;agronomic efficiency increased by 6.5 kg·kg-1，17.5 kg·kg-1，and 7.0 kg·kg-1，respectively;and fertilizer utilization rate improved by 8.1%，13.4%and 9.5%，respectively.In Shuangcheng city，nitrogen was amain limiting factor of soil nutrients，followed by potassium and phosphorus，while the potential limiting factors were zinc and sulfur.Therefore，for farmer’s fertilization practice in Shuangcheng city，nitrogen fertilizer was slightly insufficient，phosphorus fertilizerwas over sufficient，and potash fertilizerwas deficient.More attention should be paid to increase potash fertilizer use;otherwise，itwould easily lead to soil potassium deficiency for continuous corn planting.

book=65,ebook=20

Heilongjiang;corn;yield;agronomic efficiency;utilization rate of fertilizer

10.11689/j.issn.2095-2961.2015.02.003

2095-2961(2015)02-0064-07

S147.5;S158.3

A

2014-11-21;

2014-12-26.

国际合作项目 (S2013ZR0302);黑龙江省博士后资助项目 (LBH-Z10043);哈尔滨市科技创新人才研究专项资金项目(2012RFLYN010);IPNI资助项目(NMBF-Heilongjiang-2012).

姬景红 (1979-)，女，黑龙江海林人，博士，副研究员，研究方向为土壤肥力与植物营养.

李玉影 (1962-)，女，黑龙江方正人，博士，研究员，研究方向为植物营养.