农牧交错区不同玉米种植年限对土壤氮磷养分的影响研究

张艾明，刘苏蓝，余洪茜，朱建宇，徐玉梅

（赤峰学院，a.资源环境与建筑工程学院；b.农业科学研究院，内蒙古 赤峰 024000）

玉米（Zea maysL.）是中国主要的粮食作物和工业原料之一，在内蒙古自治区赤峰市其种植面积和产量均居该市粮食作物之首。内蒙古自治区赤峰市以农牧业为主，属典型的旱作农牧业交错区，是玉米、杂粮、杂豆的主要种植区，在部分乡镇玉米种植面积占农业种植总面积的比例高达80%以上。据统计，赤峰市2019年粮食作物播种面积682.8万hm2，粮食总产量3 652.6 万t，其中，玉米总产量2 722.3万 t，占粮食总产量的 74.5%［1］。

氮肥和磷肥的施用对玉米生长发育和产量均具有重要影响［2］。合理的磷肥施用量能够影响玉米养分吸收和分配，提高子粒磷素积累量，增加玉米产量［3］。氮肥是影响春玉米耕层土壤养分变化的重要元素，直接关系到玉米的子粒产量［4］。因此，土壤氮磷是作物生长的重要元素，其含量的丰缺变化可直接应用于指导玉米田的施肥管理。目前对典型旱作农牧交错区的玉米田土壤氮磷养分随时间变化的研究较为鲜见。因此，以典型旱作农牧交错区为研究区，选取该区的撂荒地和不同玉米种植年限的土壤，分析比较种植年限变化对玉米种植土壤氮磷养分的影响，旨在探索该区土壤肥力随玉米种植年限的增加而发生的变化规律，为该区玉米种植过程中的施肥管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于内蒙古自治区赤峰市敖汉旗（东经119°32′—120°54′，北纬 41°42′—42°02′），属中温带、半干旱、大陆性季风气候区，降水少，日照丰富，四季分明；年降水量为310～460 mm；年均蒸发量为2 000～2 600 mm，年平均气温为6 ℃。赤峰市属于以农为主、农牧林结合的农牧交错地带，该地区土地利用类型多样［5］，土壤类型以栗褐土为主。该区玉米种植面积广，总产量高，种植年限长，部分地区玉米种植年限长达50 年以上。

1.2 样品采集

2018 年在赤峰市选取农牧交错区撂荒地和不同玉米种植年限（1、5、10、50 年）的农田进行采样，采集0～20 cm 土层土壤，4次重复。采集土样过2 mm土壤筛并去除草根杂质，鲜土保存于4 ℃冰箱，风干土部分研磨后过100 目筛进行相关化学分析。

1.3 测试指标与方法

土壤pH 测定采用pH 计法（水∶土=1∶2.5）；土壤有机质采用重铬酸钾-外加热法测定；土壤全氮采用凯氏消煮法测定；土壤全磷采用高氯酸消煮-钼蓝比色法测定；有效磷采用NaHCO3浸提-钼蓝比色法测定；铵态氮采用紫外分光光度计测定；硝态氮采用KCl浸提-流动分析仪测定。

1.4 数据处理方法

数据处理采用SPSS 16.0 软件进行分析，数据间的差异分析采用Duncan’s 法（α=0.05），数据结果均采用4 次重复平均值。数据作图采用Origin 8.0 软件进行。

2 结果与分析

2.1 不同玉米种植年限土壤pH和有机质含量的变化

由表 1 可知，土壤 pH 为 7.82～8.15，种植 1 年的玉米土壤pH 较高，种植年限增加后，土壤pH 显著降低，但即使连续种植玉米50 年的土壤pH 仍然呈偏碱性。

表1 不同玉米种植年限土壤pH 和有机质、氮磷养分含量的变化

土壤有机质含量为2.76～12.12 g/kg，且随着种植年限的增加，土壤有机质含量呈显著增加的趋势。撂荒地土壤有机质含量最低，仅为2.76 g/kg，而玉米种植年限为50 年的土壤有机质达12.12 g/kg。

2.2 不同玉米种植年限土壤氮磷养分含量的变化

2.2.1 土壤全氮、全磷 从表1 可以看出，土壤全氮、全磷含量在不同玉米种植年限间差异显著，且均与土壤有机质含量的变化一致，呈随着种植年限的增加而增加的趋势，玉米种植年限为50 年的土壤全氮含量达0.104%，土壤全磷含量达504.3 mg/kg。

2.2.2 土壤无机磷、有效磷 土壤无机磷含量随玉米种植年限的增加呈增加的趋势，且不同玉米种植年限间差异显著，撂荒地无机磷含量仅为45.4 mg/kg，玉米种植年限达50 年的土壤无机磷含量为264.0 mg/kg。土壤有效磷含量在玉米种植年限为50 年的土壤中含量最高，为4.96 mg/kg，在撂荒地和种植年限为5 年的土壤中含量较低，且在玉米种植1年时有效磷含量较高，种植5 年时大幅降低，之后10～50 年呈增加趋势（图1）。

图1 不同玉米种植年限土壤无机磷和有效磷含量的变化

2.2.3 土壤铵态氮、硝态氮 从图2 可以看出，土壤铵态氮含量整体上随着种植年限的增加而呈增加的趋势，但在种植年限为1、5、10 年的土壤中并未表现出与撂荒地之间的显著差异，在玉米种植年限50 年的土壤中铵态氮含量较撂荒地显著增加，达3.38 mg/kg。土壤硝态氮含量在撂荒地的土壤中最低，仅为2.7 mg/kg，在种植年限为50 年的土壤中含量最高，达45.6 mg/kg，而在种植年限为1、5、10 年的土壤中并未表现出显著差异。

图2 不同玉米种植年限土壤铵态氮和硝态氮含量的变化

2.3 不同玉米种植年限与土壤养分因子的相关性分析

对不同玉米种植年限土壤养分因子的相关性分析（表2）表明，土壤氮磷养分与玉米种植年限之间均呈显著或极显著正相关关系，其中，土壤全氮、全磷、无机磷、硝态氮与玉米种植年限间呈极显著正相关关系，土壤有效磷、铵态氮含量与玉米种植年限间呈显著正相关关系。土壤有机质与玉米种植年限间呈极显著正相关关系。就土壤养分各指标之间的相关性而言，土壤pH 仅与硝态氮之间表现出显著负相关关系；土壤有机质、全氮、全磷、无机磷、有效磷、铵态氮、硝态氮等养分因子相互间表现出极显著的正相关关系。

表2 不同玉米种植年限与土壤pH、土壤养分因子的相关性分析

3 讨论与小结

3.1 讨论

本研究表明，不同玉米种植年限土壤的pH 均偏高，这可能与研究区土壤类型有关。该区土壤为栗褐土，属于石灰质土壤，所以土壤pH 一般呈偏碱性［6］。土壤有机质是氮和磷养分的重要来源，其含量直接影响土壤的保肥性、保水性和耕性等，是衡量土壤肥力高低的主要指标［7］。本研究区土壤有机质累积量明显增加，主要是由于随着玉米种植年限的延长，农户不断大量施肥，加之枯枝落叶、玉米秸秆回田使得耕层土壤有机质不断累积，土壤有机质呈增加趋势。全氮的大幅增加是土壤综合肥力指数提升的关键驱动原因［8］。本试验区土壤全氮含量随种植年限的延长而呈增加的趋势，表明土壤肥力指数随种植年限的增加而得到提升。土壤全磷含量随种植年限的增加主要是由于随着大量磷肥的施入，磷元素累积在土壤耕层，同时磷可能与有机质形成较稳定的络合物残留在土壤中难以消除［9］。研究表明，适当增施磷肥对玉米产量和品质有显著的提升作用［10］，但过量施用磷肥会造成磷素积累从而导致环境污染［11］。因此，该区在玉米种植过程中需要合理控制氮磷肥的施入，避免养分不足或过量累积造成环境污染。不同玉米种植年限土壤铵态氮含量均较低，这可能是因为干旱区土壤氮以硝态氮为主，铵态氮不易在土壤中累积［12］。种植50 年的玉米土壤铵态氮和硝态氮含量均达到了最高，可能是由于氮肥施入量的增加所致［13］。

有机肥对提高土壤有机质含量效果明显，可增加土壤氮磷养分容量，减少作物生长消耗带来的土壤养分亏损，有利于土壤质量的良性发展［14-16］，长期施用可显著提高作物产量［17］。在深松的耕作方式下配施有机肥能够促进玉米的生长发育［18］。本研究中也表明土壤有机质与氮磷养分之间关系密切，所以有机肥的合理配施对本地区玉米的增产增收起着关键性作用。土壤氮磷养分受作物种植年限的影响较为强烈，并且土壤中各养分因子之间存在密切联系，如果其中一个因子发生变化，其他因子也会发生不同程度、不同方向的增减变化［19-22］。不同玉米种植年限土壤养分因子的相关性分析结果表明，氮磷养分与种植年限以及各养分之间均体现出不同程度的相关性。因此，玉米种植施肥要随着种植年限的延长注意氮肥、磷肥的合理配施，适量氮肥与磷肥配施可使耕层土壤有效养分平稳增加。

3.2 小结

土壤氮磷养分随玉米种植年限的延长均表现出明显的增加趋势，尤其是在玉米种植年限达50 年的土壤中各指标含量都达到了最高值。土壤有机质以及氮磷养分与种植年限之间均呈显著或极显著正相关关系。因此，在玉米长期种植管理过程中，不能只注意单一养分的丰缺变化，更要结合各养分因子随年限的变化规律以及不同养分因子间的相关性，因土施肥、合理培肥。尤其是对处于生态环境较为脆弱的典型旱作农牧交错区的赤峰市，在对其主栽作物玉米的种植管理过程中更要注意氮肥、磷肥的合理配施，适量增施有机肥，同时配合深松的耕作方式以及合理的施肥模式，达到玉米增产以及环境保护的目的。