環渤海鹽堿化潮土區夏玉米施肥效應及肥料利用率

劉全鳳， 馬 茜， 劉 貞， 楊慧民， 王素敏， 王俊霞， 金會賞， 楊振立

(1.滄州市農林科學院，河北滄州 061001； 2.滄州職業技術學院，河北滄州 061001；3.河北省農林科學院，河北石家莊 050051)

環渤海鹽堿化潮土，土壤肥力低，各養分不平衡，理化性狀差[1]，夏玉米抗鹽堿能力強，加之該地區屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，雨熱同期，夏季的高溫多雨對土壤中的鹽堿有一定的淋洗作用，一定程度上減少了鹽堿對作物的危害，同時能滿足夏玉米整個生育期對水的需求，歷來在濱海鹽堿地的農業生產中發揮著極其重要的作用[2]。近年來，由于化肥的大量施用，土壤養分輸入量遠高于作物生長需要量，土壤養分逐漸積累導致供肥能力隨之增加，肥料養分增產的效應逐漸減弱[3-5]，而盲目施肥導致農田土壤氮磷養分的環境風險隨之增大[6-7]。目前，平衡施肥是國內外計算推薦施肥用量的重要理論依據[8-9]。肥料產量效應受作物品種、土壤養分含量、土壤母質、氣候條件等多因素的影響[10]，本研究以環渤海鹽堿化潮土為研究對象，通過對該地區夏玉米氮磷鉀肥的肥料效應研究，從肥料-作物-土壤系統中宏觀計算氮磷鉀的輸入-輸出平衡狀況，統計肥料利用率，為該地區夏玉米科學施肥和建立生態環境良性循環為前提的可持續農業系統提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

2015年于河北滄州海興國營農場二隊開展田間試驗。該地區屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，夏季高溫多雨，降雨主要集中在6—9月，一般占年降雨量的 80%左右，土壤屬于鹽堿化中壤質潮土，土壤理化性狀見表1。

表1 土壤理化性狀

1.2 試驗設計

不同處理的養分投入量見表2。其中N、P、K肥分別由尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)、硫酸鉀(K2O 50%)提供。磷、鉀肥1次全部底施翻入土內，氮肥基追比為1 ∶1，大喇叭口期進行追施。試驗小區面積30 m2，隨機區組排列，重復3次。供試玉米品種為鄭單958，行距60 cm，株距 25 cm，試驗田均按常規進行管理。

表2 不同施肥處理養分含量

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株養分含量測定 植株樣品整株取樣裝網袋放入烘箱中，105 ℃殺青30 min后，于65 ℃烘至恒質量，稱質量，粉碎，過篩。樣品經 H2SO4-H2O2消煮后定容，過濾，全氮用凱氏定氮法測定；全磷用釩鉬黃比色法測定；全鉀用火焰光度計測定。

1.3.2 測產 每個小區單打單收，田間直接測定產量，取 1 kg 籽粒樣品，烘干后計算含水量，再通過含水量折算出實際產量。

1.3.3 計算方法

肥料增產率=(全肥區作物產量-缺素區作物產量)/缺素區作物產量×100%；

單位肥料用量增產量=(全肥區作物產量-缺素區作物產量)/肥料用量×100%；

土壤供氮(或磷鉀)能力(相對產量)=不施氮(或磷鉀)處理產量/施氮(或磷鉀)處理產量×100%；

表觀平衡=(肥料輸入量-作物輸出量)/作物輸出量×100%；

實際平衡=(輸入量+土壤供給量-輸出量)/作物輸出量×100%；

氮磷鉀籽粒表觀利用率=[施氮區籽粒吸收氮(或磷鉀)量-無氮區籽粒吸收氮(或磷鉀)量]/施氮(磷鉀)量×100%；

氮(磷鉀)表觀利用率=[施氮區地上部吸收氮(或磷鉀)量-無氮區地上部吸收氮(或磷鉀)量]/施氮(磷鉀)量×100%；

農學效率=[施氮(磷、鉀)區經濟產量-無氮(磷、鉀)區經濟產量]/施氮(磷鉀)量×100%。

1.4 統計方法

采用Microsoft Excel 2007軟件和SPSS 17.0數據處理系統進行數據統計。

2 結果與分析

2.1 不同施肥量對夏玉米產量的影響

從表3可以看出，鹽堿化潮土土壤基礎產量為 3 785.1 kg/hm2，全肥處理(NPK)產量達到7 777.3 kg/hm2。不同的施肥處理，由于肥料配比不同，產量上表現出差異性，-N、-P、-K處理的相對產量分別相當于全肥處理的 77.4%、81.5%、80.0%。從夏玉米相對產量可以看出，該試驗地鹽堿化潮土的氮、磷、鉀養分的豐缺程度均處于中等水平(相對產量在75%～95%)，與NPK處理相比，-N、-P、-K處理不同程度地降低了夏玉米的產量。1/2 N、1/2 P、1/2 K處理的產量分別相當于全肥處理的94.4%、95.8%、94.5%，表明該地區夏玉米提高產量的土壤養分限制因子為：N>K、P。

作物對肥料響應可以通過肥料增產率和單位肥料用量增產量來進行表征。從表4可以看出，氮肥、磷肥、鉀肥的增產率分別為29.17%、22.73%、25.00%，氮肥、磷肥、鉀肥增收籽粒量為12.56、21.50、13.17 kg/kg。表明氮肥仍是鹽堿化潮土區玉米增產首要因子，也可以看出磷肥對夏玉米增產的重要性。

2.2 不同氮磷鉀水平下夏玉米養分收支平衡狀況

不同施肥處理土壤氮磷鉀收支平衡狀況見表5。土壤氮素收支平衡狀況，氮用量為180 kg/hm2(NPK)時，作物輸出氮為155.28 kg/hm2， 氮素收支表觀平衡盈余 15.92%；如果考慮土壤供氮量116.08 kg/hm2，氮素實際盈余90.67%；當氮肥用量為90 kg/hm2時，氮素收支表觀平衡為盈余 -34.26%，實際盈余57.52%。

表3 氮磷鉀肥對夏玉米產量的影響

表4 玉米對氮磷鉀肥的響應特點

土壤磷素收支平衡為磷用量60 kg/hm2時，作物輸出磷為24.07 kg/hm2，土壤供磷17.63 kg/hm2，土壤磷素收支表觀平衡盈余8.85%，土壤磷素實際盈余82.09%；磷用量為 30 kg/hm2時，磷素收支表觀平衡盈余-37.35%，實際盈余49.96%。

土壤鉀素收支平衡為鉀用量120、60 kg/hm2時，土壤表觀平衡分別為盈余-44.54%、-60.50%，考慮到土壤供鉀117.07 kg/hm2后，土壤鉀實際盈余分別為20.67%、32.38%。

土壤供應某種養分的能力，用相對產量來表示，土壤供應氮、磷、鉀的能力分別為77.4%、81.5%、80.0%(表3)，土壤供氮、磷、鉀的量分別為116.08、17.63、117.07 kg/hm2(表5)。

表5 土壤氮磷鉀養分表觀收支平衡

2.3 夏玉米的經濟效益分析

采用二次型函數式y=ax2+bx+c，模擬玉米籽粒產量與土壤殘留氮+施入氮的關系，用A表示，綜合考慮產量利潤和氮肥施用成本，模擬毛收入-氮肥價格與土壤殘留氮+施入氮的關系，用B表示。從表6可以看出，氮肥經擬合，得方程A：y=-0.042x2+27.40x+3 429.6(R2=0.996 0**)，當施氮量x=-b/(2a)籽粒產量y得到最大值，計算可知，最大籽粒產量時土壤殘留氮+施入氮為326.19 kg/hm2，去除土壤殘留氮，需要施氮量為210.11 kg/hm2；B：y=-0.063 4x2+37.106x+5 608.8(R2=0.991 7**)，最大經濟效益時土壤殘留氮+施入氮為292.63 kg/hm2，經濟最佳施入氮為 176.55 kg/hm2。按照同方法，磷肥的最高產量施肥量為 76.97 kg/hm2，經濟最佳施肥量為72.34 kg/hm2。鉀肥的最高產量施肥量為 141.06 kg/hm2，經濟最佳施肥量為 119.72 kg/hm2。

表6 不同肥料的回歸方程

注：玉米：1.5元/kg；N：4.0元/kg；P2O5：3.7元/kg；K2O：5.2元/kg。

2.4 氮磷鉀肥的利用率

從表7可以看出，1/2N、NPK處理氮肥籽粒表觀利用率分別為18.01%、14.35%，氮素表觀利用率分別為23.14%、21.78%，全肥處理(NPK)比1/2N處理氮肥表觀利用率降低1.36百分點，全量氮肥(NPK)處理，氮肥農學效率為 9.76 kg/kg，氮肥用量減半，農學效率為14.68 kg/kg；對于磷肥，全肥處理比1/2P處理磷肥利用率降低5.34百分點，磷肥農學效率減少29.98 kg/kg；對于鉀肥，全肥處理比1/2K處理鉀肥利用率降低2.32百分點，鉀肥農學效率減少 7.02 kg/kg。

表7 不同處理氮磷鉀肥的利用率

3 討論與結論

試驗地鹽堿化潮土的氮、磷、鉀養分的豐缺程度均處于中等水平(相對產量在 75%～95%)，該地區夏玉米提高產量的土壤養分限制因子為：N>K、P。雖然肥料效應不高，但施肥仍能明顯提高玉米的產量，不同肥料的減半處理不同程度降低了夏玉米的產量。NPK處理時，土壤氮磷鉀收支平衡狀況為土壤氮素實際盈余90.67%，土壤磷素實際盈余82.09%，土壤鉀素實際盈余為20.67%。土壤供氮、磷、鉀的能力分別為77.4%、81.5%、80.0%，土壤供氮、磷、鉀的量分別為116.08、17.63、117.07 kg/hm2。氮、磷、鉀肥的增產率分別為 29.17%、22.73%、25.00%，氮、磷、鉀肥增收籽粒量為 12.56、21.50、13.17 kg/kg，表明氮肥仍是鹽堿化潮土區玉米增產的首要因子，同時可以看出磷肥對夏玉米增產的重要性，該試驗區土壤顯堿性，影響了磷肥的活性。

閆湘等通過對2002—2005年全國165 個田間試驗統計得出，中國主要糧食作物( 小麥、水稻、玉米) 的氮肥當季利用率平均 28.7%，磷肥當季利用率平均13.1%，鉀肥當季利用率平均 27.3%[11]。張福鎖等總結 2001—2005 年間河北省和天津市區域82 個玉米試驗結果，玉米N、P2O5、K2O平均用量為171、110、119 kg/hm2，產量水平5 100～6 710 kg/hm2，氮、磷、鉀利用率分別為26.3%、12.6%、32.4%[12]。在本試驗條件下，氮磷鉀肥的利用率隨著氮、磷、鉀肥用量的降低而明顯提高，與 NPK處理比較，1/2N、1/2P、1/2K處理氮磷鉀利用率分別提高 1.36、5.34、2.32百分點，因此，在滿足作物生長需求的前提下，降低肥料用量是提高肥料利用率的主要途徑，本結論與董若征等的研究結果[13]一致。NPK處理氮、磷、鉀肥利用率分別為21.78%、24.58%、22.95%，磷肥利用率顯著高于張福鎖等的試驗結果，可能是由于磷肥用量下降所致，氮肥、鉀肥的利用率有不同程度的降低，這與土壤的鹽堿化有一定關系，鹽堿化土壤結構差，保水保肥能力都有所減弱，加上玉米生長水熱同期，肥料養分的淋溶、揮發損失都增強，所以要重視緩控釋肥或增效肥料的施用，降低總養分的投入量。

作物通過吸收土壤中的養分來滿足其生長發育的需要，其中包括土壤部分和肥料部分，如何從肥料-作物-土壤系統中確定合理推薦施肥量是提高肥料利用率、實現作物高產高效、降低環境風險的決定性因素[14-16]。20世紀80年代土壤肥力水平普遍較低時，推薦施肥量的理論與技術主要基于目標產量估算施肥量或通過肥料效應函數計算經濟合理施肥量[17-19]，近年來，盲目施用化肥，土壤氮磷鉀逐漸積累導致土壤供肥能力隨之增加，肥料的增產效應降低，肥料產量效應曲線的曲率變小，因此，由肥料效應函數計算出的經濟最佳或經濟合理施肥量的數值偏高[20]。本試驗中綜合考慮玉米產量、利潤、肥料成本和養分在土壤中的殘留，通過數學模擬獲得夏玉米一元二次效應方程，得出夏玉米氮肥、磷肥、鉀肥最高產量施肥量分別為210.11、76.97、141.06 kg/hm2；最佳經濟施肥量分別為176.55、72.34、119.72 kg/hm2。由于經濟施肥量受肥料和農產品市場價格的影響，不同年份會有所變化，在農業生產實際中可作為合理施肥的參考依據。

參考文獻：

[1]李躍進，苗青旺，陳昌和，等. 土壤堿化和化學改良對土壤團粒結構的影響[J]. 干旱區資源與環境，2006，20(1)：136-139.

[2]潘 潔，肖 輝，王立艷，等. 濱海鹽堿地玉米施肥效應及土壤供肥潛力研究[J]. 華北農學報，2014，29(6)：208-213.

[3]林 葆，林繼雄，李家康. 長期施肥的作物產量和土壤肥力變化[J]. 植物營養與肥料學報，1994(1)：6-18.

[4]沈善敏，廉鴻志，張 璐，等. 磷肥殘效及農業系統養分循環再利用中長期試驗[J]. 植物營養與肥料學報，1998，4(4)：339-344.

[5]巨曉棠，張福鎖. 關于氮肥利用率的思考[J]. 生態環境，2003，12(2)：192-197.

[6]朱兆良. 中國土壤氮素研究[J]. 土壤學報，2008，45(5)：778-783.

[7]朱兆良. 推薦氮肥適宜施用量的方法論芻議[J]. 植物營養與肥料學報，2006，12(1)：1-4.

[8]陳倫壽，李仁崗. 農田施肥原理與實踐[M]. 北京：農業出版社，1984.

[9]李仁崗. 肥料效應函數[M]. 北京：農業出版社，1987.

[10]劉建玲，賈 可，廖文華，等. 太行山山麓平原30年間土壤養分與供肥能力變化[J]. 土壤學報，2015，52(6)：1325-1335.

[11]閆 湘，金繼運，何 萍，等. 提高肥料利用率技術研究進展[J]. 中國農業科學，2008，41(2)：450-459.

[12]張福鎖，王激清，張衛峰，等. 中國主要糧食作物肥料利用率現狀與提高途徑[J]. 土壤學報，2008，45(5)：915-924.

[13]董若征，賈 可，廖文華，等. 氮磷鉀在冬小麥上的產量效應與養分平衡[J]. 華北農學報，2012，27(4)：175-180.

[14]石德楊，張海艷，董樹亭. 土壤高殘留氮條件下施氮對夏玉米氮素平衡、利用及產量的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2013，19(1)：37-44.

[15]李書田，金繼運. 中國不同區域農田養分輸入、輸出與平衡[J]. 中國農業科學，2011，44(20)：4207-4229.

[16]詹其厚，陳 杰. 淮北變性土區夏玉米對氮磷鉀肥的響應特點研究[J]. 土壤通報，2007，38(3)：491-494.

[17]趙 營，同延安，趙護兵. 不同施氮量對夏玉米產量、氮肥利用率及氮平衡的影響[J]. 土壤肥料，2006(2)：30-33.

[18]易鎮邪，王 璞，劉 明，等. 不同類型氮肥與施氮量下夏玉米水、氮利用及土壤氮素表觀盈虧[J]. 水土保持學報，2006，20(1)：63-67.

[19]劉學軍，趙紫娟，巨曉棠，等. 基施氮肥對冬小麥產量、氮肥利用率及氮平衡的影響[J]. 生態學報，2002，22(7)：1122-1128.

[20]劉建玲，廖文華，張作新，等. 磷肥和有機肥的產量效應與土壤累積磷的環境風險評價[J]. 中國農業科學，2007，40(5)：959-965.