不同施肥处理对辽北春玉米土壤理化性质及产量的影响

张 鑫，牛世伟，叶 鑫，隋世江

(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)

【研究意义】玉米是辽宁省种植面积最大的粮食作物，播种面积为150.6万hm2[1]，其中辽北地区是玉米主产区及国家重要的商品粮生产地之一。长期以来该地区农民为追求玉米高产，化肥施用量逐年增加，农民重化肥轻有机肥的施肥习惯导致土壤理化性状变差，土壤肥力下降[2-3]，严重影响了该地区农业的生产发展。2015-2020年农业部提出“双减”的目标，实现农作物化肥、农药使用量零增长。因此，合理的化肥施用量，兼顾提高土壤的肥力和可持续生产能力，已成为该地区急需解决的问题。【前人研究进展】许多研究表明，化肥配施有机肥可以改善土壤物理性状，增加土壤孔隙度，提高土壤保墒能力，提高土壤有机质，提高作物产量[4-6]。腐植酸具有良好的生理活性，含有许多活性基团，具有较强的吸收、络合、交换等功能，能够与许多有机、无机物发生相互作用[7-9]。腐殖酸与化肥配施不仅可以改善土壤物理结构，提高土壤肥力，还可以促进作物生长，提高作物产量，改善作物的品质[10-11]。【本研究切入点】针对辽北地区因长期单一的施用化肥而产生的土壤物理性质变差、土壤肥力下降等现状，本研究采用腐殖酸、有机肥与化肥配施的田间试验。【拟解决的关键问题】旨在为辽北地区实现化肥施用量零增长，同时改善土壤理化性质、提高土壤持续生产能力，提高作物产量提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015年4月至2016年10月，在辽宁省铁岭市蔡牛镇张庄村进行，该地区属于半湿润季风大陆性气候，是典型的辽北半湿润平原旱作农业区。供试土壤类型为棕壤，耕层土壤含有机质18.4 g·kg-1、全氮1.15 g·kg-1、全磷0.45 g·kg-1、全钾2.15 g·kg-1，碱解氮86.1 mg·kg-1、速效磷18.9 mg·kg-1、速效钾129 mg·kg-1、pH 5.3，试验区地势平坦，为雨养农业。当地主要种植结构为一季春玉米，实行连年浅旋耕(12～15 cm)。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，共5个处理，分别为CK、CK1、T1、T2、T3。CK为N 0 kg·hm-2+ P2O590 kg·hm-2+K2O 108 kg·hm-2；CK1为N 234 kg·hm-2+P2O590 kg·hm-2+K2O 108 kg·hm-2；T1为N 198.9 kg·hm-2+P2O590 kg·hm-2+K2O 108 kg·hm-2；T2为N 198.9 kg·hm-2+P2O590 kg·hm-2+K2O 108 kg·hm-2+600 kg·hm-2腐殖酸；T3为N 198.9 kg·hm-2+P2O590 kg·hm-2+K2O 108 kg·hm-2+1500 kg·hm-2有机肥。供试肥料为尿素(含氮46.3 %)，过磷酸钙(含P2O512 %)，氯化钾(含K2O 60 %)，腐殖酸肥料(腐殖酸含量为35 %)，有机肥为抚顺宏业牧业有限公司生产。每个处理3次重复，共15个小区，每个小区长10 m，宽5.8 m(10垄，垄距0.58 m)，小区面积为58 m2。试验于2015年4月23日播种、9月26日收获，2016年4月25日播种、9月25日收获；玉米品种选用辽单575，行距58 cm，株距27 cm。肥料均在播种时一次性施入，试验区田间管理同大田一致。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤理化性质测定 玉米收获后，采用五点混合法采集每个小区0～20 cm的土壤样品，采用环刀法测定5～10、10～15和15～20 cm土层样品的土壤容重；采用重铬酸钾容量法测定有机质，凯氏定氮法测定全氮，碱解扩散法测定速效氮，H2SO4-HClO4消煮-钼锑抗比色法测定全磷，NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定速效磷，NaOH熔融-火焰光度计法测定全钾，NH4OAC浸提-火焰光度计法测定速效钾[12]。

1.3.2 产量及其构成因素 在玉米收获后，每个试验小区选取具有代表性的10 m2样区进行测产，按照14 %含水量折合成单位面积籽粒产量。每个样区取15株玉米进行考种，对穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重等产量构成因素进行测定。

1.4 数据处理与分析

用Excel进行试验数据整理分析并作图，用SPSS13.0软件进行数据统计分析，采用Duncan法多重比较，显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对玉米产量及其构成因素的影响

表1显示，2年试验，CK(不施氮肥)处理穗长、穗粗、穗行数、百粒重以及产量等指标均低于其他各个处理。与CK相比，各施氮处理的穗长、穗粗、穗行数、百粒重、产量2年平均值分别提高了15.59 %～25.88 %、1.94 %～7.39 %、4.21 %～8.02 %、10.26 %～20.79 %、10.08 %～22.32 %。这表明施用氮肥可促进玉米的生长发育，提高产量及其各项生物学指标。

与CK1处理相比，T2处理的穗粗、穗行数、百粒重以及产量较CK1处理2年平均值分别高出5.34 %、3.65 %、9.55 %和9.35 %；T3处理2年平均穗长、穗粗、百粒重、产量较CK1处理分别高出8.60 %、4.78 %、9.42 %和8.38 %。然而T1处理2年平均穗长和产量低于CK1处理，分别降低了0.27 %和1.59 %。表明在减施氮肥15 %条件下，配施有机肥、腐殖酸可以提高玉米产量及其构成因素。

表1 不同施肥处理对玉米产量及其构成因素的影响

2.2 不同施肥处理对土壤容重的影响

从图1可以看出，5～10、10～15、15～20 cm土壤容重各施氮处理低于CK处理，较CK处理2年平均值降低了0.73 %～4.69 %、0.87 %～3.61 %、1.46 %～4.50 %。化肥配施腐殖酸、有机肥T2、T3处理土壤容重较常规施肥CK1处理2年平均值5～10 cm降低了2.97 %、3.94 %；10～15 cm降低了1.22 %、3.08 %；15～20 cm降低了2.67 %、3.60 %。减氮条件下，T2、T3处理土壤容重较T1处理2年平均值5～10 cm降低了3.76 %、4.73 %；10～15 cm降低了1.24 %、3.10 %；15～20 cm降低了2.25 %、3.18 %。表明增施腐殖酸、有机肥对降低耕层土壤容重具有一定的效果。

2.3 不同施肥处理对土壤养分的影响

由表2可以看出，2015年CK与CK1、T1、T2、T3的土壤碱解氮、有效钾和有机质差异显著(P<0.05)，与CK相比，CK1、T1、T2、T3土壤碱解氮分别增加了2.42 %、1.62 %、5.41 %、9.46 %；速效钾增加了10.48 %、6.55 %、13.11 %、15.40 %；有机质分别增加了0.55 %、0.73 %、1.41 %、1.59 %。化肥配施腐殖酸、有机肥的T2、T3处理与常规施肥(CK1)处理相比，碱解氮增加了2.92 %和6.88 %，有效磷增加了4.22 %和6.27 %，速效钾增加了2.38 %和4.45 %，有机质增加了0.85 %和1.03 %。2016年CK与CK1、T2、T3土壤全氮差异显著(P<0.05)，分别较CK处理增加了13.01 %、15.07 %和22.60 %；CK与T2、T3土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质差异显著(P< 0.05)，分别较CK处理增加了19.07 %和23.79 %、36.36 %和45.26 %、16.31 %和13.85 %、4.22 %和5.26 %。化肥配施腐殖酸、有机肥的T2、T3处理与常规施肥(CK1)处理相比，碱解氮增加了8.41 %和12.71 %，有效磷增加了24.41 %和32.53 %，速效钾增加了13.85 %和11.44 %，有机质增加了3.90 %和4.94 %。

图1 不同施肥处理对土壤容重的影响Fig.1 Effects of different fertilization treatments on soil bulk density

表2 不同施肥处理对土壤养分的影响(0～20 cm)

3 结论与讨论

3.1 玉米产量

许多研究表明，有机无机配施有利于促进玉米生长发育，提高玉米产量[13-14]。王兴龙等[15]研究结果表明，化肥配施有机肥显著改善了玉米的穗长、秃尖、百粒重等指标，提高了玉米产量，其中减氮20 %配施生物有机肥产量最高为8710.83 kg·hm-2，较常规施氮玉米产量提高6.04 %。袁天佑等[16]研究结果表明，化肥配施腐殖酸可以促进夏玉米的生长发育，改善农艺性状，提高产量，常规施肥减氮15 %+腐植酸处理效果最优，比常规施肥处理产量增加8.68 %～12.96 %。本研究结果表明，减氮15 %配施腐殖酸、有机肥处理有效改善了玉米生物学性状，增加了玉米的穗粗、百粒重，提高了玉米产量，与常规施肥相比2年平均值分别提高了3.65 % 和4.78 %、9.55 % 和9.42 %，9.35 % 和8.38 %。

3.2 土壤物理性状

土壤容重是直接反应土壤的松紧程度[17]，是土壤物理性状的重要指标之一。适宜的有机无机配比能有效改善土壤物理结构，降低土壤容重[18-19]。温延臣等[20]研究认为，连续施肥26年后，有机肥/有机无机配施与施用化肥相比土壤容重降低5.0 %～11.0 %，土壤孔隙度增加4.1 %～9.9 %。霍琳等[21]研究结果表明，有机无机肥配施对0～10、10～20和20～40 cm土壤物理性状影响显著，土壤平均容重分别降低了9.31 %、6.16 %和4.29 %。顾鑫等[22]研究结果表明，施用煤炭腐殖酸显著降低了土壤体积质量，改善土壤物理结构，与单施化肥相比，土壤体积质量降低了4.07 %～21.14 %。本研究结果显示，与常规施肥相比，化肥配施腐殖酸、有机肥处理5～10、10～15以及15～20 cm土壤容重2年平均值分别降低了2.97 % 和3.94 %、1.22 % 和3.08 %、2.67 % 和3.60 %。这与上述研究结果一致。

3.3 土壤养分

施用有机肥、腐殖酸能够提高土壤中有机质和速效养分含量，改善土壤地力[23-26]。李欣伦等[19]研究表明，有机肥和化肥配施较常规施肥有机质提高了0.65 %～21.21 %，碱解氮提高了1.10 %～12.73 %，速效磷提高了1.96 %～132.01 %，速效钾提高了7.92 %～32.80 %。裴瑞杰等[27]研究结果表明，腐殖酸与化肥配施比常规施肥有机质增加了0.38 %～0.63 %，碱解氮增加了0.90 %～3.50 %，有效磷增加了1.41 %～4.66 %，速效钾增加了0.21 %～1.65 %。本研究结果显示，与常规施肥相比，施用腐殖酸、有机肥土壤中有机质平均值增加了2.38 %和2.98 %，碱解氮增加了5.69 % 和9.82 %，有效磷增加了14.47 %和19.60 %，速效钾增加了8.07 %和7.92 %，与上述研究结果一致。

本研究结果表明，辽北地区施用腐殖酸、有机肥对土壤理化性状和玉米生长发育均有影响，显著降低了土壤容重，增加土壤有机质和土壤养分含量，提升地力，增加作物产量。综合考虑“双减目标”与环境效益，腐殖酸用量为600 kg·hm-2有机肥用量为1500 kg·hm-2并配施氮肥198.9 kg·hm-2是辽北地区较为适宜的施肥措施。