秸秆还田条件下减量施磷对玉米产量、磷素利用率及土壤磷含量的影响

王秀娟，解占军，何志刚，韩瑛祚，邹晓锦，娄春荣，隽英华

(辽宁省农业科学院 植物营养与环境资源研究所，辽宁 沈阳 110161)

农作物秸秆是一种含碳丰富的能源物质，对保持和提高土壤肥力、促进农业的可持续发展均有重要作用[1]。2008年我国农田产生的秸秆总量达8.1亿t，这些秸秆能提供氮7.5×106t、P2O52.3×106t和 K2O 1.2×107t[2-3]。但大部分秸秆被就地焚烧，造成巨大的资源浪费和环境污染[2]，秸秆不合理应用产生的环境污染问题亟待解决。因此，秸秆还田对稳定土壤生产力、保护环境免受污染具有十分重要的作用。

磷肥在提高作物产量方面具有不可替代的作用。我国化肥投入量一直呈现增加趋势，2013 年我国种植业化肥施用量(折纯)为5 498万t，其中磷肥(P2O5)施肥量为1 175万t，供应过剩680万t[4]。我国磷肥当季利用率一直较低，只有5%～25%[5-6]，且地区间存在差异。目前，我国水稻、小麦和玉米的磷肥利用率分别介于11.6%～13.7%、7.3%～20.1%和9.7%～12.6%[7]，大部分磷素储存于土壤，存在环境危险[6,8-10]。磷肥的利用率受施磷量影响较大[11]，需要寻求科学的施肥技术，以实现在化肥减量的情况下，保证作物产量和质量。研究表明，秸秆还田能促进土壤有机质的积累，改善土壤结构[12-18]，提高肥料的利用率[19-20]。随着农业机械化的发展，辽宁省玉米秸秆还田规模越来越大，但关于秸秆还田模式下减量施肥在玉米上的应用研究未见报道。为此，选用东北农区主栽玉米品种郑单958，研究秸秆还田条件下减少磷肥用量对玉米产量、养分吸收、磷素利用率及土壤磷含量的影响，以期为生产实践中秸秆还田技术的科学使用以及磷肥的合理调控提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2013年4月—2016年10月，在辽宁省昌图县东嘎镇坤都村进行。该区位于123°32′～124°26′E、42°23′～43°29′N，属于中温带亚湿润季风型大陆性气候，四季分明，年降水量655 mm，是典型的北方平原旱作农业区。该地区土壤类型为棕壤土，耕层养分含量为有机质14.8 g/kg、全氮1.3 g/kg、全磷0.6 g/kg、全钾16.4 g/kg、碱解氮70.0 mg/kg、有效磷16.7 mg/kg、速效钾163 mg/kg，pH值为6.0，土壤孔隙度为48.83%，土壤容重为1.36 g/cm3。

供试玉米品种为郑单958。供试肥料为尿素(含N 46%)、磷酸二铵(含N 18%、P2O546%)、硫酸钾(含K2O 50%)、磷素活化剂(植酸酶)。

1.2 试验设计

采用大田试验，设置5个处理，P0：无秸秆还田、不施肥(对照)；P75：常规施肥，即无秸秆还田，N、P2O5、K2O用量分别为180、75、90 kg/hm2；SP75：秸秆还田，N、P2O5、K2O用量分别为180、75、90 kg/hm2；SAP75：秸秆还田，N、P2O5、K2O用量分别为180、75、90 kg/hm2，施磷素活化剂225 kg/hm2；SAP60：秸秆还田，N、P2O5、K2O用量分别为180、60、90 kg/hm2，磷肥用量减少了20%，施磷素活化剂225 kg/hm2。每个处理3次重复，小区面积为35 m2。肥料作为基肥一次施入，磷素活化剂与肥料一起基施。2012年秋季进行秸秆粉碎机械翻压还田，第2年4月人工等距点播玉米，种植密度为60 000株/hm2，正常田间管理，9月收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 植株氮、磷、钾含量 成熟期，每小区采集代表性植株5株和玉米穗5穗，70 ℃烘干，然后测定玉米籽粒质量和秸秆氮、磷、钾含量。样品用H2SO4和H2O2消煮，全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定，全磷和全钾含量分别用钼蓝比色法和火焰光度法测定。然后计算养分吸收量和磷素利用率，养分吸收量=成熟期植株养分(氮、磷、钾)含量×植株总干质量，磷素利用率= (施肥处理地上部吸磷量-不施肥处理地上部吸磷量) /施磷量×100%[21-22]。

1.3.2 土壤有机质及磷含量 收获后，每个小区采用五点混合取样法，采集0～20 cm耕层土壤，土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法(外加热法)测定，全磷含量采用氢氧化钠熔融—钼锑抗比色法测定，有效磷含量采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法测定。

1.3.3 产量 每个处理选取有代表性的10 m2样区分别测定秸秆质量和穗质量，每个样区取10株进行考种，最后折算秸秆风干产量和籽粒产量(籽粒产量按14%含水量计算)。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2007进行整理分析并作图，采用SPSS 19.0 软件进行统计分析，多重比较采用Duncan’s新复极差法。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田条件下减量施磷对玉米产量的影响

由图1可知，与不施肥处理相比，2014—2016年所有施肥处理玉米籽粒产量均显著增加，2016年玉米秸秆产量也显著增加。与P75处理相比，2013年所有秸秆还田配施化肥处理玉米籽粒和秸秆产量均有所下降，其中籽粒产量下降了0.12%～5.43%，秸秆产量下降了1.64%～5.16%；其他年份玉米籽粒和秸秆产量均有所上升。其中，2014年籽粒产量提高了1.56%～2.82%，秸秆产量提高了1.89%～2.20%；2015年籽粒产量提高了3.56%～5.82%，秸秆产量提高了1.06%～3.97%；2016年籽粒产量提高了6.96%～8.08%，秸秆产量提高了2.54%～3.97%。与P75处理相比，2014—2016年SAP60处理籽粒产量分别增加了2.82%、5.15%和8.08%，秸秆产量分别增加了2.02%、1.06%和2.54%。SAP75处理籽粒产量、秸秆产量均与SAP60处理无显著差异，尤其是2015和2016年，数值非常接近。表明随着秸秆还田时间的增加，秸秆还田配施化肥处理玉米产量较常规施肥处理稳定增加，尤其是秸秆还田配施磷肥减量20%处理，其产量同样表现出增加的趋势，说明秸秆还田条件下磷肥减量20%并不影响玉米籽粒产量。

不同字母表示不同处理间的差异达到显著水平(P<0.05)

2.2 秸秆还田条件下减量施磷对玉米养分吸收及磷素利用率的影响

由表1可知，与不施肥处理相比，2013—2016年所有施肥处理氮、磷、钾吸收量总体上均显著提高。与P75处理相比，2013—2016年所有秸秆还田配施化肥处理氮吸收量均提高，但差异均不显著。其中，2013年氮吸收量平均提高了1.12%，2014年平均提高了7.88%，2015年平均提高了2.28%，2016年平均提高了8.13%。表明秸秆还田促进了氮素吸收。另外，所有秸秆还田配施化肥处理之间的差异均不显著，说明在秸秆还田条件下，减少磷用量不影响玉米对氮素的吸收。

与P75处理相比，在等量磷素条件下，2013年SP75和SAP75处理磷吸收量平均提高了1.37%，2014年提高了1.79%，2015年提高了2.83%，2016年提高了0.40%，表明秸秆还田促进了磷素吸收；而SAP60处理在2013和2014年磷吸收量分别下降了3.69%和0.22%，2015年之后与常规施肥处理持平甚至略有增加，且所有秸秆还田配施化肥处理之间的差异均不显著。说明在秸秆还田初期，磷肥施用不足会影响玉米对磷素的吸收，但随着秸秆还田时间的增加，减少磷用量不影响玉米对磷素的吸收。

与P75处理相比，2013—2016年所有秸秆还田配施化肥处理钾吸收量均提高，但差异均不显著。2013年钾吸收量平均提高了3.94%，2014年提高了7.87%，2015年提高了10.42%，2016年提高了7.01%，所有秸秆还田配施化肥处理之间的差异均不显著。其中，2013—2016年SAP60处理钾吸收量分别提高了3.57%、8.31%、6.97%、7.27%。总体上，秸秆还田时间越长越有利于玉米植株对钾素的吸收利用，且减少磷用量不影响玉米对钾素的吸收。

与P75处理相比，所有秸秆还田配施化肥处理均提高了玉米植株磷素利用率，尤其是SAP60处理。其中，2013—2016年SP75处理磷素利用率分别提高了1.27、0.67、2.37、3.21个百分点，SAP75处理分别提高了1.71、2.89、3.28、3.23个百分点，SAP60处理分别提高了0.55、5.19(P<0.05)、5.41(P<0.05)、5.73(P<0.05)个百分点。表明随着秸秆还田时间的增加，秸秆还田配施化肥处理磷素利用率逐渐提高，尤其是减施磷肥20%处理，2016年其磷素利用率达到28.32%。

表1 秸秆还田条件下减量施磷对玉米养分吸收及磷素利用率的影响

注：同列数据后不同字母表示同一年份不同处理间的差异达到显著水平(P<0.05)，下同。

2.3 秸秆还田条件下减量施磷对土壤磷和有机质含量的影响

由表2可知，与不施肥处理相比，2013—2016年所有施肥处理有机质、全磷、有效磷含量均提高。与P75处理相比，2013年所有秸秆还田配施化肥处理土壤有机质含量均没有明显增加；2014年和2015年分别提高了3.94%～5.92%和3.15%～4.63%；2016年有机质含量提高幅度更显著，为12.14%～14.45%，平均提高13.49%。其中，2014—2016年SAP60处理有机质含量分别提高了5.92%、5.37%和12.14%，其与SAP75、SP75处理之间的差异均不显著。可见，秸秆连续还田有利于土壤有机质含量的提升，减少磷用量对土壤有机质含量的影响不大。

与P75处理相比，所有秸秆还田配施化肥处理均能提高土壤全磷含量，2013年土壤全磷含量提高了1.47%～5.44%，平均提高3.28%；2014年提高了4.29%～10.63%，平均提高7.62%；2015年提高了0.48%～3.17%，平均提高1.75%；2016年提高了0%～1.09%，平均提高0.52%。其中，2013—2016年SAP60处理土壤全磷含量分别提高了1.47%、4.29%、0.48%和1.09%。所有秸秆还田配施化肥处理之间的差异均不显著。可见，秸秆还田可提高土壤全磷含量，但影响不大，减少磷用量对土壤全磷含量的影响不大。

与P75处理相比，所有秸秆还田配施化肥处理均能提高土壤有效磷含量，2013年土壤有效磷含量提高了5.76%～8.92%，平均提高7.39%；2014年提高了5.58%～9.46%，平均提高7.83%；2015年提高了5.97%～9.29%，平均提高7.75%；2016年提高了3.60%～8.86%，平均提高6.76%。其中，2013—2016年SAP60处理土壤有效磷含量分别提高了7.48%、8.47%、5.97%和3.60%，与其他秸秆还田配施化肥处理之间的差异均不显著。综上，随着秸秆还田时间的延长，土壤有效磷含量稳定增加，减少磷用量对土壤有效磷含量的影响不大。

表2 秸秆还田条件下减量施磷对土壤磷和有机质含量的影响

3 结论与讨论

秸秆还田对作物产量的影响效果一直受到大家的关注，但各方研究结果不尽相同。有研究指出，秸秆还田初期作物会减产[23-24]；秸秆还田2 a玉米产量提高3.79%[25]；秸秆还田19 a玉米产量显著提高，增幅达11.57%～20.92%[26]。还有研究表明，秸秆还田可使冬小麦显著增产7.47%[27]。这是由于秸秆还田能为土壤补充养分含量，从而增加产量[28-29]。本研究结果与前人研究结果[23-27]一致。与常规施肥处理相比，秸秆还田1 a，秸秆还田配施化肥处理玉米产量均下降；秸秆还田2、3、4 a，秸秆还田配施化肥处理玉米产量均提高，即使磷肥减量20%处理玉米产量增加幅度也不受影响。

本研究结果表明，与常规施肥相比，秸秆还田配施化肥能提高植株的氮、磷、钾吸收量，提高磷素利用率。秸秆还田4 a，与常规施肥相比，磷肥减量20%处理磷素利用率提高5.73个百分点，达到28.32%。一般认为，磷素利用率低的主要原因是土壤对磷素的固定[30]，而秸秆还田能够降低土壤对磷素的固定，同时又提高微生物数量和活性[31]，从而促进作物对土壤养分的吸收利用；另一方面，磷肥用量对磷素利用率影响较大[11]。秸秆连续还田3～4 a磷素利用率的提高效果比秸秆还田1～2 a的更明显。

研究认为，秸秆还田能够提高土壤有机质含量，还田时间越长有机质含量增加越明显[32]。秸秆还田2、3、6、9 a土壤有机质含量分别增加7.0%、13.2%、74.3%、3.0%[14，33]。本研究结果表明，秸秆连续还田有利于土壤有机质含量的提高，这与前人的研究结果[14，32-33]一致。秸秆还田4 a后土壤有机质含量平均提高13.49%。

秸秆还田对土壤磷含量的影响结果不一。一些学者认为，秸秆还田能增加土壤中有效磷含量[34-35]；另一些学者认为，秸秆还田对土壤有效磷含量影响不大，但能增加耕层土壤全磷含量[32]。本研究结果表明，秸秆还田有利于土壤有效磷含量的提升，秸秆还田4 a后土壤有效磷含量平均提高6.76%，磷肥减量20%处理土壤有效磷含量提高3.60%；土壤全磷含量提升幅度较小，没有达到显著水平。

综上，秸秆还田配施磷肥减量20%处理连续4 a不影响玉米产量，且可提高磷素利用率及土壤有机质、全磷、有效磷含量。因此，该模式在北方旱作地区具有广泛的应用价值。