土壤有机质含量和p H值对湖南省春玉米施肥效果的影响

郭欢乐，李 涵，曹钟洋，吴远帆，陈志辉

（1. 湖南省作物研究所，湖南 长沙 410125；2. 湖南省土壤肥料工作站，湖南 长沙 410005）

土壤有机质含量和p H值对湖南省春玉米施肥效果的影响

郭欢乐1，李 涵1，曹钟洋1，吴远帆2，陈志辉1

（1. 湖南省作物研究所，湖南 长沙 410125；2. 湖南省土壤肥料工作站，湖南 长沙 410005）

研究不同有机质等级和不同pH值背景的玉米田土壤的施肥效果，结果表明，不同有机质等级土壤肥效为4级＞1级＞2级＞3级，不同酸碱性土壤肥效为碱性＞强酸性＞酸性＞中性；产量达到最高时氮、磷、钾的平均施用量分别为225、101和103 kg/hm2，肥料施用过量后，肥料危害程度为磷肥＞钾肥＞氮肥。

玉米；肥效；有机质；pH值

玉米是湖南省最重要的旱粮作物之一，2015年种植面积已达34.8万hm2，总产量为18.9万t，平均单产为5 421 kg/hm2[1]。随着近年来畜牧业的快速发展，作为重要饲料来源的玉米，市场需求量也随之快速增长。由于湖南省生产能力有限，每年都有巨大的需求缺口，需从外省或者国外调入。与国内平均单产水平5 886 kg/hm2相比[2]，湖南省玉米单产属于较低水平，与国内高产水平相比差距更加明显，因此单产较低是影响湖南玉米供给量不足的重要因素之一。在影响玉米产量的因素中，合理施肥是重要的一环，而施肥效果的好坏受土壤状况的制约。土壤的有机质含量和pH值是影响土壤肥力、施肥效果和作物生长发育的重要因素[3-11]，因此研究玉米田土壤有机质含量和pH值与施肥效果的关系，对于合理施肥，提高肥效，进而提高玉米种植效益具有重要现实意义。

自全国2005年开展“3414”肥料试验以来，各地不同作物施肥研究取得显著成果[12-19]，同时积累了大量试验数据，对于研究施肥效率、最佳施肥量、土壤状况与施肥量关系等提供了有力的支撑。借助2005～2011年湖南省春玉米“3414”肥料试验数据，从土壤有机质含量和pH值与施肥效果关系方面进行研究，试图揭开在不同土壤有机质和pH值背景下春玉米施肥量与产量的关系，为湖南省春玉米科学施肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验在湖南省玉米主产区进行，共涵盖4个玉米生态区的25个主产县（市、区）。各试验点依据《测土配方施肥技术规范》“3414”肥料试验进行[20-21]，试验设计氮磷钾3因素、4水平、14个处理，分别为处理 1（N0P0K0）、处理 2（N0P2K2）、处理 3（N1P2K2）、处理 4（N2P0K2）、处理 5（N2P1K2）、处理 6（N2P2K2）、处理 7（N2P3K2）、处理 8（N2P2K0）、处理 9（N2P2K1）、处 理 10（N2P2K3）、 处 理 11（N3P2K2）、 处 理 12（N1P1K2）、处理 13（N1P2K1）和处理 14（N2P1K1）。各处理中0代表不施肥，1代表施肥量为2水平的一半，2代表当地最佳施肥量，3代表2水平的1.5倍。试验开展前取试验田土样，检测全氮、碱解氮、有效磷、全钾、缓效钾、速效钾和有机质含量以及pH值。试验材料选择当地主栽玉米品种，试验设计3次重复，随机区组排列，除肥料处理外，其余田间管理与大田一致。

1.2 试验数据分类与处理

研究共获得119组试验数据，重点关注土壤有机质含量和pH值对施肥效果的影响。选取处理2、3、6和11研究氮肥的施用效果；选取处理4、5、6和7研究磷肥的施用效果；选取处理8、9、6和10研究钾肥的施用效果。由于各地选取品种不一致，采取各处理实际产量除以处理1（肥料空白处理）的产量，得出相对产量来代表施肥效果。

1.2.1 有机质含量分级与肥料处理数据参照土壤养分分级标准，将土壤有机质含量进行分级，有机质含量＞ 4、3～4、2～3、1～2、0.6～1 和＜ 0.6% 分别对应1、2、3、4、5和6级。该研究土样没有5级和6级，因此只针对1～4级土壤的氮磷钾肥效进行分析。

分别对各等级土壤的肥料处理量与对应的相对产量平均值进行拟合，方程拟合成功后，计算各级别土壤施肥量的临界值。利用方程做出施肥量与相对产量关系图，将不同等级土壤施肥量与相对产量关系整合在同一图中进行对比分析。

1.2.2 土壤pH值分类与肥料处理数据参照土壤养分分级标准，根据该试验土壤pH值，将土壤4.5～5.5、5.5～6.5、6.5～7.5和7.5～8.5的pH值，分别划分为强酸性、酸性、中性和碱性4类。

分别对各酸碱性类型土壤的肥料处理量与对应的相对产量平均值进行拟合，方程拟合成功后，计算各酸碱类型土壤施肥量的临界值。利用方程做出施肥量与相对产量关系图，将不同酸碱类型土壤施肥量与相对产量关系整合在同一图中进行对比分析。数据处理与图表绘制均用Excel2010完成。

2 结果与分析

2.1 土壤有机质含量与施肥效果

2.1.1 氮肥施肥量与产量拟合分别将不同有机质等级土壤的氮肥处理，即处理2、3、6、和11的氮肥施用量与对应的相对产量数据进行方程拟合，以y和x分别代表相对产量和施肥量（kg/hm2），1～4级土壤拟合方程分别为：

以上方程均拟合成功，相关系数均达到极显著水平，因此可以用该方程进行肥料效应分析。由4种土壤方程构建出4种土壤级别条件下的氮肥肥料效应对比图。

2.1.2 磷肥施肥量与产量拟合分别将不同有机质等级土壤的磷肥处理，即处理4、5、6和7的磷肥施用量与对应的相对产量数据进行方程拟合，以y和x分别代表相对产量和施肥量（kg/hm2），1～4级土壤拟合方程分别为：

以上方程均拟合成功，相关系数均达到极显著水平，因此可以用该方程进行肥料效应分析。

2.1.3 钾肥施肥量与产量拟合分别将不同有机质等级土壤的钾肥处理，即处理8、9、6和10的钾肥施用量与对应的相对产量数据进行方程拟合，以y和x分别代表相对产量和施肥量（kg/hm2），1～4级土壤拟合方程分别为：

以上方程均拟合成功，相关系数均达到极显著水平，因此可以用该方程进行肥料效应分析。

2.1.4 不同等级土壤施肥效果对比分析根据以上拟合成功的方程，分别绘制不同土壤等级的氮磷钾施肥效果对比图，如图1所示。

由图1，在不同等级有机质含量的土壤中，3种肥料的肥效均呈现出在一定范围内产量随着施肥量的增加而增加，当超出某一临界值后，肥料开始出现负面效应，肥料的减产效应与增产效应抵消。随着肥料的继续增加，相对产量降至1，即肥料的减产作用将另外2种肥料的增产作用彻底抵消，产量降至不施肥的产量。以上结果符合肥料报酬递减规律，说明方程模拟结果可信。

由图1中A、B和C，相对产量的最大值均表现为4级＞1级＞2级＞3级，说明有机质含量较低的土壤肥料效应最为明显，而相对产量最大值1级＞2级＞3级则说明在这一范围内（2～4 g/kg），施肥效果随着有机质含量的增加而提高。有机质与化学肥料形成良性互作，较高的有机质含量对肥效的发挥越有利。

由表1可知，1～4级土壤相对产量达到最高时，对应的N施用量分别约为200.5、215.2、214.9和270.0 kg/hm2；P2O5施用量分别约为104.9、107.4、110.1和83.1 kg/hm2；K2O施用量分别约为89.9、90.2、106.3和125.3 kg/hm2。可知，玉米达到最大产量时，氮肥需求量最大，其次为钾肥，磷肥需求量最少，因此若要获得较高产量，一定要保证氮肥的充足供应。

图1 不同有机质等级土壤氮磷钾施用量与相对产量

由最高产量对应的施肥量可知，4级土壤均需最多的氮肥施用量才可达到最高产量。1级土壤相对用量最少；在磷肥施用量方面，4级土壤达到最高产量时施用量小于其余等级土壤；钾肥施用量则有随着有机质含量降低而增高的趋势。可知不同有机质等级的土壤对肥料的需求规律是不同的，若要达到最高产量，有机质含量较低的土壤均应多施氮肥；有机质含量较高的土壤应多施磷肥，其余类型则满足需求即可；钾肥的施用量则应随着有机质含量的减少而增多。

由表1和表2可知，1至4级土壤氮肥超过最高产量施用量约275.0、263.8、265.1和304.3 kg/hm2时产量减至肥料空白（处理1）水平；磷肥施超过最高产量施用量约200.1、113.6、101.7和141.7 kg/hm2时产量减至肥料空白水平；钾肥施超过最高产量施用量约192.8、143.8、187.7和188.8 kg/hm2时产量减至肥料空白水平。可知，肥料过量施用时减产效应磷肥＞钾肥＞氮肥，在生产上应特别注意磷肥的施用量，防止过量施用引起肥害。同时可知，对于氮肥来说较高的有机质含量可以降低肥料过量的危害，磷肥也表现出类似现象，而钾肥则表现为较高和较低的有机质含量均可降低肥料过量的危害，不同类型的肥料过量引起的危害表现各不相同。

由表3可知，当N施用量为0时，各土壤类型相对产量1级最高，2、3级次之，4级最低，可知土壤氮肥的供应能力与有机质呈正相关，较高的有机质含量可以部分弥补氮肥的不足，这也与孙冬梅[8]和宋春雨[10]等人的研究结果符合。当P2O5施用量为0时，相对产量表现为1级＞4级＞2级＞3级。当K2O施用量为0时，相对产量表现为4级＞1级＞2级＞3级。可知土壤磷肥与钾肥的供应能力与有机质有一定的正相关关系，但没有氮肥明显。不同等级有机质等级土壤中，当氮磷钾分别施用量为0时，均有相对产量氮空白＜磷空白＜钾空白，可知N空白对产量影响最大，这也从另一方面反映出氮肥对玉米的重要性。

表1 不同类型土壤相对产量最高时各肥料施用量 （kg/hm2）

表2 不同类型土壤相对产量为1时各肥料施用量 （kg/hm2）

表3 不同土壤背景条件下各肥料施用量为0时相对产量

2.2 土壤pH值与施肥效果

2.2.1 氮肥施肥量与产量拟合分别将不同酸碱性土壤的氮肥处理，即处理2、3、6、和11的氮肥施用量与对应的相对产量数据进行方程拟合，以y和x分别代表相对产量和施肥量（kg/hm2），强酸性、酸性、中性和碱性土壤拟合方程分别为：

以上方程均拟合成功，相关系数均达到极显著水平，因此可以用该方程进行肥料效应分析。

2.2.2 磷肥施肥量与产量拟合分别将不同有机质等级土壤的磷肥处理，即处理4、5、6和7的磷肥施用量与对应的相对产量数据进行方程拟合，以y和x分别代表相对产量和施肥量（kg/hm2），强酸性、酸性、中性和碱性土壤拟合方程分别为：

以上方程均拟合成功，相关系数均达到极显著水平，因此可以用该方程进行肥料效应分析。

2.2.3 钾肥施肥量与产量拟合分别将不同有机质等级土壤的钾肥处理，即处理8、9、6和10的钾肥施用量与对应的相对产量数据进行方程拟合，以y和x分别代表相对产量和施肥量（kg/hm2），强酸性、酸性、中性和碱性土壤拟合方程分别为：

以上方程均拟合成功，相关系数均达到极显著水平，因此可以用该方程进行肥料效应分析。

2.2.4 不同等级土壤施肥效果对比分析根据以上拟合成功的方程，分别绘制不同酸碱性土壤的氮磷钾施肥效果对比图，如图2所示。

由图2中D、E和F，相对产量的最大值均表现为碱性＞强酸性＞酸性＞中性，说明碱性土壤肥料效应最为明显，而相对产量最大值强酸性＞酸性＞中性则说明在这一范围内（pH=4.5～7.5），施肥效果随着土壤酸性降低而提高。可知强酸性和碱性土壤施肥效果最明显，也可从侧面反映出，极端的pH值条件的土壤自身供肥能力较差，特别是碱性条件最不利与土壤自身肥力的发挥。

图2 不同酸碱类型土壤氮磷钾施用量与相对产量

由表1可知，从强酸性到碱性土壤，相对产量达到最高时，对应的N施肥量分别约为224.8、229.7、220.9和256.5 kg/hm2；P2O5施肥量分别约为82.8、83.6、89.6和105.1 kg/hm2；K2O施肥量分别约为103.1、125.2、157.2和101.1 kg/hm2。与前文有机质分类结果一致，玉米达到最大产量时，氮肥需求量最大，其次为钾肥，磷肥需求量最少。

由最高产量对应的施肥量可知，土壤达到最高产量时氮肥施用量碱性＞酸性＞强酸性＞中性，磷肥为碱性＞中性＞酸性＞强酸性，钾肥则为中性＞酸性＞强酸性＞碱性。可知氮肥在中性土壤中肥效最高，磷肥在偏酸性条件下肥效最高，钾肥在强酸和碱性土壤中肥效最高。该研究结果中磷肥的施肥特点与师刚强等[7]研究结果——土壤pH值与速效磷含量呈显著负相关吻合。

由表1和表2可知，强酸至碱性土壤氮肥超过最高产量施用量约281.2、267.5、263.5和394.7 kg/hm2时产量减至肥料空白水平；磷肥施超过最高产量施用量约137.8、133.4、155.0和217.3 kg/hm2时产量减至肥料空白水平；钾肥施超过最高产量施用量约204.3、182.8、268.6和206.3 kg/hm2时产量减至肥料空白水平。与前文的有机质含量研究结果一致，肥料过量施用时减产效应磷肥＞钾肥＞氮肥。同时可知对于氮肥来说较高的土壤pH值可以一定程度抑制肥料过量的危害，磷肥也表现出类似现象，而钾肥则规律不明显。

由表3可知，当N施用量为0时，各土壤类型相对产量碱性＞强酸性＞中性＞酸性；当P2O5施用量为0时，相对产量表现为碱性＞强酸性＞酸性＞中性；当K2O施用量为0时，相对产量表现为碱性＞强酸性＞中性＞酸性。可知碱性和强酸性土壤的双肥料肥效最好，也可以推测出碱性和强酸性土壤不利于玉米的生长，中性或者偏酸性的土壤最适合玉米。

3 结 论

研究通过对湖南省春玉米土壤进行有机质含量和pH值分类，研究不同类型土壤的氮磷钾施肥效果。由以上结果可知，不同有机质含量土壤需肥规律不尽相同，总体上看，氮肥需求量最大，钾肥次之，磷肥最少，产量达到最高时氮磷钾需求量比例总体上接近225、101、103 kg/hm2。

不同有机质含量的土壤中，施肥效果差别明显，较低的有机质含量肥效最高，1～3级有机质等级土壤中，有机质含量与施肥效果呈正相关关系。因此在有机质含量较低的土壤中应尽量保证足量的肥料供应，以保证产量，有机质含量高的土壤较高的土壤，应精量施肥，充分发挥土壤的供肥能力，减少投入。不同酸碱类型土壤中，强酸性和碱性土壤中肥效最好，特别是碱性土壤中肥效最高，可知强酸性和碱性土壤不利于土壤自身肥效发挥，进而影响玉米生长。从施肥效果来看，玉米比较适合在中性或者微酸性土壤中生长。因此，在选择种植田块时，从高产角度考虑，应选择土壤有机质含量较高且土壤偏酸性的田块。

当肥料过量施用时，不同土壤类型中均表现为磷肥减产效应最为明显，其次是钾肥和氮肥，这也与磷肥需求量最小，氮肥需求量最大相关。因此在玉米施肥时应尽量保证氮肥的足量供应，同时应当谨慎施用磷肥，防止过量。

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Effects of Soil Organic Matter Content and pH Value on Fertilization Efficiency of Spring Maize in Hunan Province

GUO Huan-le1，LI Han1，CAO Zhong-yang1，WU Yuan-fan2，CHEN Zhi-hui1
（1. Hunan Crops Research Institute, Changsha 410125, PRC; 2. Soil and Fertilizer workstation of Hunan Province,Changsha 410005, PRC）

The fertilization effects of maize field soil with different organic matter levels and different pH values were studied, the results showed that for different organic matter levels, the soil fertility was level 4＞ level 1 ＞ level 2 ＞ level 3,soil fertility with different acidity and alkalinity was alkaline ＞ strong acid ＞ acid ＞ neutral; The average fertilizer amount of N, P, K for top yield were 225, 101 and 103 kg/hm2respectively. When fertilization was excessive, fertilizer damage degree regulation was P ＞K ＞N.

maize; fertilizer efficiency; organic matter; pH value

S513

A

1006-060X（2017）09-0028-05

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.009.008

2017-06-21

国家现代农业产业技术体系专项（CARS-2）；国家重点研发计划 （2016YFD0300308）；南方玉米产量与效率层次差异形成机制与丰产增效途径（2016YFD0300109）

郭欢乐（1985-），男，河南洛阳市人，助理研究员，博士研究生，研究方向：玉米育种与栽培。

陈志辉

（责任编辑：肖彦资）