不同农作措施对黄绵土坡耕地玉米产量及养分吸收的影响

罗照霞，雷建明，马忠明，杨虎德，杨志奇

(1.天水农业科学研究所，甘肃天水 741000；2.甘肃省农业科学院，兰州 730070;3.甘肃省农业科学院 土壤肥料与节水农业研究所，兰州 730070)

平衡施肥是当今世界作物生产中施肥技术的发展趋势和提高产量的良好措施，其特点是根据作物的需肥规律、土壤的供肥特性与肥料效应，合理地利用农业资源[1]。近年来，玉米产量的迅速增加，很大程度上依靠化肥的大量施用，但是玉米产量增加的幅度远远低于肥料施用量增加的幅度。玉米对养分的吸收直接影响其产量，未被吸收利用的肥料，在降水作用下易随径流进入地表水，从而污染地下和地表水[2]；养分的生物有效性受土壤、水分、植物生长状况等众多因素的影响[3]，因而，施入土壤中的肥料是否真正被作物吸收利用也受众多因素的影响。在玉米施肥中，普遍存在着偏氮肥，忽视磷钾肥利用对作物生长发育、增产和促进养分吸收的作用[4-5]，特别是施肥粗放，肥料撒施地表，致使肥料利用率低下。本试验所在区域农户在玉米种植中存在着同样的施肥误区，且近年来因为劳动力的缺失有机肥已逐渐退出农业生产，土壤肥力全靠化肥供给。坡耕地在本区域占耕地面积的比例相当大，坡耕地因其特殊的地形，养分容易随地表径流流失，不利于作物吸收利用进而影响产量，同时对环境也造成了污染，因此，对坡耕地不同种植模式及施肥量的研究就显得尤为重要。国内外进行了较多作物养分吸收利用的研究[5-8]，但是黄绵土坡耕地氮磷钾肥配施对玉米养分吸收利用及产量的研究却鲜有报道，为此，本试验开展了黄绵土坡耕地不同种植模式及施肥量对玉米产量及植株养分吸收利用的研究，以期为同类型种植区域提供理论与实践依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试作物春玉米品种为‘中单2号’。供试有机肥为农家肥(全氮、全磷、全钾的质量分数分别为0.221%、0.067%和0.31%)、氮肥为尿素(含N 46.4%)，磷肥为过磷酸钙(含P2O512%)，钾肥为硫酸钾(含K2O 50%)。

1.2 试验地区概况

试验设在天水市农业科学研究所中梁试验站试验基地(34°05′N，104°5′E)，该区属半干旱山区，年平均气温为11.5 ℃，平均海拔1 650 m，降雨量500～600 mm。监测地块土壤属黄绵土，pH 8.6，土壤肥力指标为有机质11.87 g/kg，全氮0.76 g/kg，全磷0.69 g/kg，速效氮45.6 mg/kg，速效磷18.55 mg/kg，速效钾147.8 mg/kg。监测地块为山坡地，坡度15 °，坡向东西。前茬作物为冬小麦。

1.3 试验设计

试验共设6个处理：①对照处理(CK)，不施任何肥料+条膜平作；②常规施肥+条膜平作(CON)；③优化施肥+条膜平作(OPT)；④优化施肥+条膜垄作(OPT+TR)；⑤优化施肥+全膜平作(OPT+FM)；⑥优化施肥+全膜双垄沟(OPT+TR+FM)。

常规施肥(当地农户施肥标准)：农家肥15 000 kg/hm2、尿素300 kg/hm2；优化施肥(当地土肥站测土配方数据)：农家肥22 500 kg/hm2、尿素675 kg/hm2，过磷酸钙600 kg/hm2、硫酸钾225 kg/hm2。除1/3的尿素于大喇叭口期追肥外(玉米棵间或行侧深施，距植株15 cm，施后掩埋)，其余肥料起垄前均匀撒在地表作基肥。平作：宽行行距60 cm，窄行行距40 cm；垄作：垄面宽60 cm，垄沟40 cm，垄高15 cm，垄面种植；双垄沟：小垄宽40 cm，垄高15 cm，大垄宽60 cm，垄高10 cm，垄沟种植。玉米株距均为33 cm。

本试验均为横坡种植。随机区组排列，重复3次，小区面积30 m2(顺坡7.5 m×横坡4 m)，不同小区之间用砖支砌，每个小区建一个径流池(径流池尺寸为长1 m×宽1 m×高1.2 m )用来收集小区径流雨水。2013-04-20播种， 10月20日收获，横坡行播，人工点播，保苗6万株/hm2，其他田间管理措施与当地大田相同。

1.4 测定项目及计算方法

玉米籽粒和秸秆全氮、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。

小区内玉米于成熟期全部收获测产，籽粒脱粒后晒干、风选后称干质量和含水量。

玉米养分吸收量=玉米籽粒产量×籽粒养分质量分数+玉米秸秆产量×秸秆养分质量分数

肥料利用率=(施肥处理吸收养分量-不施肥处理养分吸收量)/施肥量×100%

养分平衡=养分投入量(kg/hm2)-养分的植株吸收量(kg/hm2)

采用软件Microsoft Office Excel 2007对数据作图，用DPS 3.01进行数据显著性分析，并用LSD法检验试验结果的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式及施肥量对玉米产量的影响

从图1可以看出，就产量而言，OPT>CON>CK(不施肥处理)。OPT+TR+FM处理籽粒产量最高，达到6 907.78 kg/hm2，较CK和CON分别提高19.53%和13.06%，差异达极显著水平(P<0.01)。4个OPT处理相比，OPT+TR+FM处理籽粒产量较OPT 、OPT+TR、OPT+FM处理分别提高11.04%、5.74%和3.05%，处理间差异不显著。坡耕地种植下，全膜平作形成的地表径流大，带走更多的土壤养分，不利于玉米生长，全膜双垄沟拦蓄地表径流效果好，土壤中有足够的养分供作物吸收利用[9]。玉米秸秆产量的变化趋势和籽粒产量变化趋势基本一致，都是OPT>CON>CK(不施肥处理)。从试验结果可以看出，单施氮肥不能最有效地利用养分资源，肥料偏施也严重影响玉米生产水平的提高，且长期偏施肥料，不仅将导致农田土壤中某种或数种营养元素的缺乏或累积，还会带来对土壤环境的负面影响。氮、磷、钾三者配合施用时，产量最高，植株吸收利用效果好。

方柱上不同小写和大写字母表示处理间差异达显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平 Different letters above bars indicate mean significance at 0.05 or 0.01 level

2.2 不同种植模式及施肥量对玉米养分吸收的影响

2.2.1 不同种植模式及施肥量对玉米养分质量分数的影响 玉米成熟期籽粒和秸秆氮、磷、钾质量分数见表1。从表中可以看出，不同处理下，玉米籽粒和秸秆氮、磷、钾养分质量分数都是N>K>P，籽粒氮和磷质量分数高于秸秆，但钾却不一样，秸秆质量分数远远高于籽粒，此结果和刘德江等[10]的研究结果一致。OPT籽粒和秸秆中氮质量分数与CK和CON处理差异不显著，磷、钾质量分数与CK和CON处理差异显著；不同施肥量显著影响氮、磷、钾养分质量分数，CK处理养分质量分数低于CON和OPT处理。不同肥料施用量有利于玉米植株相应养分质量分数的提高，以氮、磷、钾配合施用的效果最优；不同种植模式对玉米养分质量分数也有很大影响，因地表径流带走土壤养分质量分数不同导致玉米吸收养分也不同[9]。

表1 不同农作措施对玉米养分质量分数的影响Table 1 Effects of different farming practices on nutrient mass fraction of maize g/100 g

2.2.2 不同种植模式及施肥量对玉米养分吸收量的影响 表2结果显示，玉米籽粒和秸秆氮、磷、钾养分吸收量与养分质量分数表现一致，都是N>K>P。玉米对氮素吸收量最多，钾次之，磷最少。籽粒P吸收量大于秸秆，但N、K吸收量却是秸秆大于籽粒。OPT条件下，玉米氮、磷、钾吸收量全膜大于条膜，垄作大于平作，氮吸收量全膜与条膜处理间差异不显著，磷和钾吸收量差异显著。不同施肥条件下，OPT处理玉米氮、磷、钾吸收量显著大于CK和CON处理，OPT玉米籽粒和秸秆氮、磷、钾总平均吸收量分别为173.80、16.37和92.51 kg/hm2，较CK和CON处理分别提高15.09%、28.50%、53.94%和7.81%、14.61%、10.57%，与CK差异显著。OPT+TR+FM处理玉米籽粒和秸秆氮、磷、钾总养分吸收量最大，分别为182.89、17.83和99.38 kg/hm2。以上结果表明，合理的氮、磷、钾肥配施和种植模式是玉米高产的基础，也可以减少因地表径流带走过多养分而导致水体和环境污染。由表2还可以看出，春玉米植株中氮、磷最终绝大部分转移到籽粒，而钾素最终大部分转移到茎秆中，其所占比例较高。

表2 不同农作措施对玉米养分吸收量的影响Table 2 Effects of different farming practices on nutrient uptake of maize kg/hm2

2.3 不同种植模式及施肥量下玉米氮、磷、钾素表观平衡

本研究中，肥料投入项为有机肥和化肥施入量之和，产出项为玉米地上部吸收量。表3结果显示，不同种植模式下肥料利用率的变化趋势为全膜垄作>全膜平作>条膜垄作>条膜平作。施肥量不同导致肥料利用率不同，磷、钾肥投入量越高利用率越小。CON条件下，因施肥量小且肥料单一，故玉米对肥料吸收利用充分，磷和钾的利用率较OPT分别提高1.39～2.97倍和2.10～3.17 倍，但此种植模式下玉米产量较低，且肥料随地表径流流失量也大，坡耕地种植稀播作物不易采用。OPT条件下，OPT+TR+FM处理氮、磷、钾利用效率最高，分别达到8.78%、10.95%、24.09%，全膜双垄沟产生径流量少，肥料随水土流失小，玉米对养分吸收利用效果好。

从肥料表观平衡看，不施肥处理氮、磷、钾养分均为亏缺；CON处理磷、钾养分从有机肥中供给，故不能满足玉米生长需要，收支为负平衡；OPT处理中氮、磷、钾肥养分投入量始终大于吸收量，表现为盈余，表观平衡为氮>钾>磷，且因种植模式的不同，各处理氮、磷、钾表观平衡变化趋势为OPT>OPT+TR>OPT+FM>OPT+TR+FM；不同种植模式下，养分随地表径流流失量不一样，玉米植株对肥料吸收利用好则盈余量就少。

表3 不同农作措施下玉米氮、磷和钾素表观平衡Table 3 Effects of different farming practices on N，P and K apparent equilibrium in maize

3 讨 论

3.1 不同种植模式及施肥量对玉米产量的影响

研究农田地表径流氮磷流失规律对提高化肥利用率、减轻农业面源污染有重要意义[11]。长期以来，为了保证作物产量，本区域农户习惯于投入大量氮肥、磷肥，为了节省劳力和方便施肥而基本不施有机肥，这种施肥方式极不利于土壤养分平衡且对农田水环境造成很大污染。坡耕地肥料随地表径流流失几率大，在保持较高产量的同时改变种植模式及施肥量对本区域农业生产极为重要。研究表明，氮磷钾合理配施有利于改善玉米的生长和发育状况，显著提高玉米产量[12]。全膜双垄沟种植，拦蓄地表径流效果明显，有效减少了土壤养分流失，有利于提高作物产量。

3.2 不同种植模式及施肥量对玉米养分吸收的影响

植株养分吸收积累是作物产量形成的基础，是合理施肥的重要依据。本试验不同施肥量条件下，玉米氮、磷、钾变化趋势为OPT>CON>CK，随着施肥量的增加玉米植株养分积累量显著增加，与赵靓等[13]和王晓娟等[14]的研究结果一致。不同种植模式下，玉米对氮磷钾养分吸收量表现出与作物产量基本一致的趋势[11]，在植株氮、磷、钾质量分数一定的情况下，氮、磷、钾吸收量的大小取决于产量的多少。玉米对N、P、K的吸收比例，不同学者得到的研究结论不尽相同。张福锁等[15]研究结果表明，玉米对N、P、K的吸收比例为K2O>N>P2O5，Belay等[16]和杨恒山等[17]则得到N>K2O>P2O5的结论。研究结果不同的原因，可能与试验品种、土壤肥力、施肥水平等有关。可见，根据降雨特征和坡耕地地形条件，有目的采用耕作措施，对径流水量进行调节，以减少养分随地表径流大量流失而影响作物吸收利用。

3.3 不同种植模式及施肥量对玉米肥料利用率的影响

肥料利用效率是表征合理施肥的重要指标。本试验中，CON处理肥料利用率明显高于OPT处理，施肥量越小肥料利用率越大[17-18]。CON处理施肥量小，故肥料利用率较高，但综合考虑产量及地表径流量，并不是最佳施肥模式。钾的利用效率较氮、磷高很多，这是因为本地区土壤钾素质量分数较高，农业生产上长期不施化学钾肥或施用量较小，依靠有机肥归还土壤钾素，农田钾素一直是亏缺状态，因此钾肥利用率是比较高的。不同种植模式下肥料利用率的变化趋势为全膜双垄沟>全膜平作>条膜垄作>条膜平作。坡耕地种植，不同覆膜条件下，全膜双垄沟大小垄沟间蓄积大量雨水，地膜接缝处养分随雨水自然渗透，植株能够充分吸收利用；全膜平作地表径流的流速快且流量多，土壤养分流失的也较多，植株可吸收利用的养分明显减少；条膜之间的土壤行距能使一部分降雨渗漏淋溶，一定程度上可以阻止地表径流养分流失。养分随地表径流流失量大，作物吸收利用就相对较小，反之则大。从肥料表观平衡来看，本试验条件下，应减少氮的大量投入，适当减少磷钾肥施用量。磷在土壤中有较长的后效，施入土壤后淋失、挥发的可能性不大，当季利用率不高，但残留在土壤中的磷素后茬作物会逐步吸收利用，钾肥可在保持作物高产的同时显著减少钾素亏缺。综上分析，本试验条件下，优化施肥+全膜双垄沟种植模式在黄绵土坡耕地种植区域稀播作物中应用效果最佳，既能提高农户收益，又能减少农田土壤污染。本试验研究还有待深入进行，以取得高产量和低环境污染的最佳施肥量阈值。

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