土壤肥力和施肥措施对冬小麦-夏玉米产量地力贡献率和土壤容重的影响

郭　丽，郑春莲，曹彩云，党红凯，马俊永，李科江（河北省农林科学院旱作农业研究所，河北省农作物抗旱研究重点实验室，农业部河北南部耕地保育科学观测实验站，河北衡水053000）

土壤肥力和施肥措施对冬小麦-夏玉米产量地力贡献率和土壤容重的影响

郭丽，郑春莲，曹彩云，党红凯，马俊永，李科江*
（河北省农林科学院旱作农业研究所，河北省农作物抗旱研究重点实验室，农业部河北南部耕地保育科学观测实验站，河北衡水053000）

为指导低平原区粮田基础地力定向培育提供重要理论依据，2012耀2014年在大田试验条件下，采用裂区试验设计，以土壤肥力水平为主区、不同施肥措施为副区，研究了低平原区不同土壤基础肥力（高肥、中肥、低肥）和施肥方式（CK—30a不施肥，T1—2a不施肥，T2—1a不施肥，T3—3a施NPK肥，T4—3a施PK肥）对冬小麦-夏玉米产量、地力贡献率和土壤容重的影响。结果表明：各肥力条件下小麦、玉米及全年产量基本表现为T3跃T2跃T1跃T4跃CK，其中，高、中肥力条件下作物产量差异较小，且与低肥力下的产量差异基本达到了极显著水平。各肥力条件下，不同施肥措施的基础地力贡献率均表现为T2跃T1跃CK；各施肥处理在不同肥力条件下的周年基础地力贡献率差异均不显著，但总体来看，高肥力地块对周年产量的基础地力贡献率相对较高。各肥力地块在同种施肥方式下土壤容重差异均不显著；低肥力地块施用氮磷钾肥可以显著降低土壤容重，但随着土壤肥力增高，适当延长氮磷钾肥施用年限才能对土壤容重有明显的降低作用；氮肥对土壤紧实度的调控效应高于磷钾肥。

冬小麦；夏玉米；产量；基础地力贡献率；土壤容重

粮食主产区农田一直被高强度利用，导致农田的生产消耗与地力培育补偿失衡，加强农田基础地力培育、提升农田生产潜力水平成为当前急需探索和解决的问题[1]。农田基础地力受多种因素影响，研究表明，水稻、玉米和小麦3种主要作物的地力贡献率存在明显差异，其中水稻最高、小麦最低，并且不同种植区的作物地力贡献率与环境以及土壤基本性质存在显著相关[2]。前人研究了土壤化学性质对农田基础地力的影响，发现土壤有机质含量对北方冬小麦的地力贡献率影响较大，而土壤速效磷含量与南方冬小麦的地力贡献率呈正相关[2，3]。此外，研究还发现，施用有机肥不仅能够提升土壤肥力，还能够增产增效，是化肥不可代替的。有关农田基础地力的研究已有不少报道，但大多基于长期定位试验，以长期不施肥处理为对照[4耀8]，这种地力状况是在养分持续耗竭情况下进行的研究，并且只获得长期施肥下的作物产量，但当年不施肥的基础地力产量无法获得。因此，针对迄今有关低平原区冬小麦-夏玉米复种连作栽培制度下农田基础地力现状及区域特征报道尚少的现状，我们进行了不同基础肥力和施肥方式对作物产量、地力贡献率和土壤容重的影响研究，旨在揭示当地长期习惯施肥对基础地力培育的结果，为指导低平原区粮田基础地力定向培育提供理论依据。

1　材料与方法

试验于2012耀2014年在河北省农林科学院旱作农业研究所护驾迟试验站进行。该区属黑龙港平原区（北纬37毅54忆12.50义、东经115毅42忆10.94义，海拔20 m），土壤类型为粘质土，种植制度为冬小麦-夏玉米复种连作，玉米秸秆全部还田，夏玉米铁茬播种。小麦季降雨量134.7 mm，玉米季降雨量241.2 mm，年平均气温12.7益。

试验小麦品种为衡4399，玉米品种为郑单958。氮、磷、钾肥分别为N、P2O5、K2O的施用量。

采用土壤基础肥力和施肥方式2因子裂区试验设计，以土壤肥力为主处理，施肥方式为副处理。小区面积10 m伊5 m，每处理均3次重复。其中，土壤肥力设高肥（施用牛粪）、中肥（肥力中等）、低肥（去表层土）3个水平；施肥方式设2012耀2014年3 a未施肥（CK），2012年施氮、磷、钾肥（T1，2a不施肥），2012年和2013年施氮、磷、钾肥（T2，1a不施肥），2012耀2014年施氮、磷、钾肥（T3，3a施NPK肥），2012耀2014年施磷、钾肥（T4，3a施PK肥）。肥料施用量均为N360kg/hm2、P2O5240kg/hm2、K2O75kg/hm2，其中磷肥和钾肥均在小麦播种前整地时一次性底施；氮肥为小麦、夏玉米各半，其中，小麦季氮肥用量底追各半，夏玉米季氮肥全部做追肥。

2014年小麦成熟后，采用联合收割机进行全小区收获，测定产量；夏玉米每小区收获4行，测产。计算各处理小麦季、玉米季和周年的土壤基础地力贡献率（%，不施肥处理区产量/施氮磷钾肥处理区产量伊100%）。选择具代表性的地点，挖掘土壤剖面，去除5 cm耕层土壤，将环刀刃口向下垂直压入土中，直至环刀筒内被土样完全填充为止，取出环刀，将两端多余的土壤削去，使环刀筒内土样与环刀体积一致，立即将环刀盖扣紧，防止土壤漏损。将土壤样品烘干至恒重，称量烘干土样的质量，计算土壤容重（g/cm3，烘干土样质量/环刀容积）。

利用SAS统计学分析软件，进行数据的显著性检验和相关分析。

2　结果与分析

2.1基础肥力和施肥措施对作物产量的影响

2.1.1基础肥力和施肥措施对小麦产量的影响不同基础肥力的小麦产量差异达到了极显著水平（表1），表明基础肥力对小麦产量有极显著影响。其中，中肥力条件下小麦产量最高，与高肥力处理差异不显著，但二者均极显著跃低肥力处理。施肥处理除低肥力T4处理的小麦产量略约CK外，其他肥力条件下其他施肥处理的小麦产量均跃CK，其中施氮磷钾肥处理（T1耀T3）与CK差异基本达到显著水平，以T3处理产量最高、T2处理次之，其中，中、高肥力下T3处理与T2处理差异不显著，但均极显著跃其他处理；低肥力下，T3处理显著跃其他处理（表2）。而不施氮处理（T4）与CK差异均不显著。表明中、高、低肥力地块施入N、P、K肥料均有利于小麦高产，且连续2~3 a施入氮磷钾肥能够显著提高小麦产量。

表1　不同基础地力对小麦、玉米及全年籽粒产量的影响（kg/hm2）Table1　The effects of different basic soil fertility on the yield of wheat，maize and their total

2.1.2基础肥力和施肥措施对玉米产量的影响高肥力条件下玉米产量最高，且显著跃其他地力水平。施肥处理的玉米产量均跃CK，且3种地力施肥处理中除T4处理玉米产量与CK差异不显著外，其他处理与CK差异均达显著水平。以T3处理产量最高，其中，高、低肥力下，处理T3与处理T1和T2差异不显著，与T4处理达极显著或显著水平；中肥力下，T3处理极显著跃其他处理。表明土壤肥力越高，越有利于玉米获得高产；在同一肥力下氮磷钾肥配合施用能够显著提高玉米产量，但磷钾肥增产作用不明显；高、低肥力条件下当年和2a不施肥对玉米产量影响较小，但中肥力地块当年或多年不施肥会使玉米大幅度减产。

2.1.3基础肥力和施肥措施对周年作物产量的影响

高肥力条件下周年作物产量最高，与中肥力水平差异不显著，但均极显著跃低肥力处理。施肥处理的周年作物产量均跃CK，且除T4处理、低肥力T1处理与CK差异不显著外，其他处理与CK差异均达到了极显著水平。以T3处理产量最高，除高肥力下与T2处理差异不显著外，与其他水平其他处理差异均达到了极显著水平。表明土壤肥力越高，越有利于周年产量的增加；在同一肥力下氮磷钾肥配合施用能够显著提高周年产量，但仅施磷钾肥增产作用不明显；高肥力条件下，当年不施肥对周年作物产量影响较小，但中、低肥力地块当年或多年不施肥会使周年作物产量大幅度下降。因此，氮磷钾肥均衡施用和基础地力肥沃是提高周年作物产量的重要因素。

表2　不同基础地力和施肥措施对小麦、玉米及全年籽粒产量的影响（kg/hm2）Table2　The effects of different basic soil fertility and fertilization treatments on the yield of wheat，maize and their total

2.2基础肥力和施肥措施对基础地力贡献率的影响

各肥力条件下，小麦季、玉米季和全年基础地力贡献率均表现为T2跃T1跃CK（表3）。表明施肥年限越长，基础地力对作物产量的贡献率越大。

同一施肥处理不同肥力条件下的周年基础地力贡献率差异均不显著，其中，CK表现为低肥力跃高肥力跃中肥力，T1处理表现为高肥力跃低肥力跃中肥力，T2处理表现为高肥力跃中肥力跃低肥力。小麦季，CK在不同肥力条件下的基础地力贡献率无显著差异；T1和T2处理的地力贡献率均表现为高、中肥力显著跃低肥力处理。玉米季，T1和T2处理在不同肥力条件下的地力贡献率无显著差异，CK的基础地力贡献率表现为低肥力显著跃高、中肥力处理。表明不同肥力土壤在同种施肥方式下对周年产量的基础地力贡献率差异较小，但高肥力地块对周年产量的基础地力贡献率相对较高。其中，不施肥条件下，不同肥力地块对小麦产量的基础地力贡献率差异较小，而低肥力地块对玉米产量的基础地力贡献率较高；施肥处理下，不同肥力地块对玉米产量的基础地力贡献率差异较小，而低肥力地块对小麦产量的基础地力贡献率较低。

2.3基础肥力和施肥措施对土壤容重的影响

低肥力条件下，T4处理土壤容量与CK差异不显著，其他处理均显著约CK；中肥力条件下，T2和T3处理显著约CK，其他处理与CK差异均不显著；高肥力条件下，仅T3处理显著约CK，而其他处理与CK差异均不显著（图1）。各肥力条件下，不同施肥处理中，除高肥力T3与T4处理差异显著外，其他处理间的土壤容重差异均不显著。表明各肥力地块在同种施肥方式下的土壤容重差异均不明显；低肥力地块施用氮磷钾肥均可以显著降低土壤容重，随着地块肥力增高，适当增加氮磷钾肥施用年限才能对土壤容重有明显的降低作用；氮肥对土壤紧实度的调控效应高于磷钾肥。

表3　不同基础地力下小麦、玉米季施NPK肥的基础地力贡献率（kg/hm2）Table3　Contribution percentage of basic soil of using NPK fertilization in winter wheat and summer maize season under different basic soil fertility

图1　不同基础地力下施肥措施对土壤容重的影响Fig.1The effects of fertilization treatments on soil volume weight under different basic soil fertility

3　结论与讨论

基础地力贡献率作为评价农田基础地力的一个指标迄今已有诸多报道，前人基于长期定位试验研究了地力贡献率随时间延长的变化规律，如王定勇等[9]利用定位试验计算CK/NPK处理的产量比值，发现紫色土冬小麦基础地力贡献率为46.25%耀55.2%。黄绍敏[10]以河南潮土为研究对象，发现冬小麦基础地力贡献率的变化范围为34%耀53%。贡付飞等[11]对4种不同施肥方式18 a长期定位试验的研究表明，基础地力贡献率大小顺序为究NPKM跃1.5NPKM跃NPKS跃NPK。此外，还有研究发现，灰漠土的基础地力贡献率15 a间玉米季基础贡献率下降了47%，春、冬小麦的地力贡献率分别下降了23%和40%[1]，基础地力贡献率总体上呈随时间延长而下降的趋势。上述研究多基于长期不施肥地力贡献率的研究，缺乏对不同肥力基础上施肥方式对当年地力贡献率的比较。本研究在不同基础地力条件下揭示施肥方式对3 a基础地力贡献率的影响，结果表明，3种不同基础肥力农田的地力贡献率均表现为T2跃T1跃CK，进一步证实了“随不施肥时间的延长，地力贡献率降低”这一结论。

土壤肥力和施肥措施是影响作物产量的重要因素。本研究结果表明，在相同施肥措施下，中、高肥力地块的周年作物产量高于低肥力。这一结果与贡付飞等[11]研究结果基本一致。在同一肥力下连续3 a施氮磷钾肥的全年产量最高，显著高于只施用磷钾肥。本结果与前人研究发现“氮素显著控制小麦玉米产量降低趋势”[12]的研究结果相一致。因此，氮磷钾肥均衡施用和基础地力肥沃是提高周年作物产量的重要因素。

汤永华等[13]研究发现，北方小麦的生长受土壤有机质（土壤肥力）的影响较大，产量随土壤有机质含量的增加而提高，但肥料是限制玉米产量的主要因素。本研究发现，小麦季地力贡献率表现为高、中肥力地块地力贡献率跃低肥力，玉米季则表现为低肥力地块地力贡献率跃高、中肥力。因此，在低肥力条件下，肥料对小麦产量的提升效果更明显，在高、中肥力水平下肥料对玉米产量的提升效果更明显。

土壤容重是反映土壤紧密程度的一个重要指标，直接影响着土壤的孔隙状况[14，15]。本研究条件下，低肥力地块施用氮磷钾肥均可以显著降低土壤容重，而随着地块肥力的增高，连续多年使用氮磷钾肥才能显著降低土壤容重。连续使用磷钾肥处理的土壤容重显著高于施用氮磷钾肥，因此，在作物生产中，应注重氮磷钾肥配合施用。

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The Effects of Soil Fertility and Fertilization Treatments on Grain Yield of Winter Wheat and Summer Maize，Contribution Rate of Basic Soil and Soil Volume Weight

GUO Li，ZHENG Chun-lian，CAO Cai-yun，DANG Hong-kai，MA Jun-yong，LI Ke-jiang*
（Institute of Dry-land Farming of Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Key Laboratory of Crop Drought Resistance Research of Hebei Province，Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation South Hebei，Ministry of Agriculture，Hengshui 053000，China）

Field experiment of the effects of soil basic fertility and fertilization treatments on yield，yield contribution rate from basic soil fertility and soil bulk weight of winter wheat and summer maize were con原ducted in 2012-2014，in order to provide a theoretic basis for improving the basic soil fertility of the grain field in low plain area of Hebei.In the experiment，using split-plot experiment design，three kinds of basic soil fertilities（high fertility，middle fertility，low fertility）and five fertilization treatments（CK-no fertilizer for three years，T1-no fertilizer for two years，T2-no fertilizer for one year，T3-NPK fertilizer，T4-PK fertilizer）were set up.The results showed that the yield of wheat，maize and their total were T3跃T2跃T1跃T4跃CK，the differences of yield was small under high and medium fertility conditions，and the yield differences with low fertility reached a very signifi原cant level.The basic soil contribution rate of fertil原ization treatments was T2跃T1跃CK，there was no significant differences on anniversary based fertility contributionrateoffertilizationtreatmentsunder different soil fertility，overall，the contribution rate of high fertility land on annual production was rel原atively higher.There was no significant differenceson soil bulk density of each soil fertility plot under the same fertilization methods，application of N，P and K fertilizer could significantly reduce soil bulk density under low fertility land，but with the increas原ing of soil fertility，the appropriate extension of N，P and K fertilizer could significantly decrease soil bulk density，the regulation effect of nitrogen fertilizer on soil compaction was higher than that of phos原phorus and potassium fertilizer.

Winter wheat；Summer maize；Yield；Basic soil productivity；Soil bulk weitht

S512.1；S513

A

1008-1631（2016）02-0029-05

2015-05-09

国家科技支撑计划项目（2012BAD05B0205）；公益性行业（农业）科研专项（201203030）；河北省小麦产业技术体系项目

郭丽（1979-），女，河北饶阳人，助理研究员，博士，主要从事作物栽培研究。E-mail：guoli1212@sina.com。

李科江（1965-），男，河北宁晋人，研究员，硕士，主要从事节水农业研究。E-mail：nkylkj@126.com。