農牧交錯區不同玉米種植年限對土壤氮磷養分的影響研究

張艾明，劉蘇藍，余洪茜，朱建宇，徐玉梅

（赤峰學院，a.資源環境與建筑工程學院；b.農業科學研究院，內蒙古 赤峰 024000）

玉米（Zea maysL.）是中國主要的糧食作物和工業原料之一，在內蒙古自治區赤峰市其種植面積和產量均居該市糧食作物之首。內蒙古自治區赤峰市以農牧業為主，屬典型的旱作農牧業交錯區，是玉米、雜糧、雜豆的主要種植區，在部分鄉鎮玉米種植面積占農業種植總面積的比例高達80%以上。據統計，赤峰市2019年糧食作物播種面積682.8萬hm2，糧食總產量3 652.6 萬t，其中，玉米總產量2 722.3萬 t，占糧食總產量的 74.5%［1］。

氮肥和磷肥的施用對玉米生長發育和產量均具有重要影響［2］。合理的磷肥施用量能夠影響玉米養分吸收和分配，提高子粒磷素積累量，增加玉米產量［3］。氮肥是影響春玉米耕層土壤養分變化的重要元素，直接關系到玉米的子粒產量［4］。因此，土壤氮磷是作物生長的重要元素，其含量的豐缺變化可直接應用于指導玉米田的施肥管理。目前對典型旱作農牧交錯區的玉米田土壤氮磷養分隨時間變化的研究較為鮮見。因此，以典型旱作農牧交錯區為研究區，選取該區的撂荒地和不同玉米種植年限的土壤，分析比較種植年限變化對玉米種植土壤氮磷養分的影響，旨在探索該區土壤肥力隨玉米種植年限的增加而發生的變化規律，為該區玉米種植過程中的施肥管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于內蒙古自治區赤峰市敖漢旗（東經119°32′—120°54′，北緯 41°42′—42°02′），屬中溫帶、半干旱、大陸性季風氣候區，降水少，日照豐富，四季分明；年降水量為310～460 mm；年均蒸發量為2 000～2 600 mm，年平均氣溫為6 ℃。赤峰市屬于以農為主、農牧林結合的農牧交錯地帶，該地區土地利用類型多樣［5］，土壤類型以栗褐土為主。該區玉米種植面積廣，總產量高，種植年限長，部分地區玉米種植年限長達50 年以上。

1.2 樣品采集

2018 年在赤峰市選取農牧交錯區撂荒地和不同玉米種植年限（1、5、10、50 年）的農田進行采樣，采集0～20 cm 土層土壤，4次重復。采集土樣過2 mm土壤篩并去除草根雜質，鮮土保存于4 ℃冰箱，風干土部分研磨后過100 目篩進行相關化學分析。

1.3 測試指標與方法

土壤pH 測定采用pH 計法（水∶土=1∶2.5）；土壤有機質采用重鉻酸鉀-外加熱法測定；土壤全氮采用凱氏消煮法測定；土壤全磷采用高氯酸消煮-鉬藍比色法測定；有效磷采用NaHCO3浸提-鉬藍比色法測定；銨態氮采用紫外分光光度計測定；硝態氮采用KCl浸提-流動分析儀測定。

1.4 數據處理方法

數據處理采用SPSS 16.0 軟件進行分析，數據間的差異分析采用Duncan’s 法（α=0.05），數據結果均采用4 次重復平均值。數據作圖采用Origin 8.0 軟件進行。

2 結果與分析

2.1 不同玉米種植年限土壤pH和有機質含量的變化

由表 1 可知，土壤 pH 為 7.82～8.15，種植 1 年的玉米土壤pH 較高，種植年限增加后，土壤pH 顯著降低，但即使連續種植玉米50 年的土壤pH 仍然呈偏堿性。

表1 不同玉米種植年限土壤pH 和有機質、氮磷養分含量的變化

土壤有機質含量為2.76～12.12 g/kg，且隨著種植年限的增加，土壤有機質含量呈顯著增加的趨勢。撂荒地土壤有機質含量最低，僅為2.76 g/kg，而玉米種植年限為50 年的土壤有機質達12.12 g/kg。

2.2 不同玉米種植年限土壤氮磷養分含量的變化

2.2.1 土壤全氮、全磷 從表1 可以看出，土壤全氮、全磷含量在不同玉米種植年限間差異顯著，且均與土壤有機質含量的變化一致，呈隨著種植年限的增加而增加的趨勢，玉米種植年限為50 年的土壤全氮含量達0.104%，土壤全磷含量達504.3 mg/kg。

2.2.2 土壤無機磷、有效磷 土壤無機磷含量隨玉米種植年限的增加呈增加的趨勢，且不同玉米種植年限間差異顯著，撂荒地無機磷含量僅為45.4 mg/kg，玉米種植年限達50 年的土壤無機磷含量為264.0 mg/kg。土壤有效磷含量在玉米種植年限為50 年的土壤中含量最高，為4.96 mg/kg，在撂荒地和種植年限為5 年的土壤中含量較低，且在玉米種植1年時有效磷含量較高，種植5 年時大幅降低，之后10～50 年呈增加趨勢（圖1）。

圖1 不同玉米種植年限土壤無機磷和有效磷含量的變化

2.2.3 土壤銨態氮、硝態氮 從圖2 可以看出，土壤銨態氮含量整體上隨著種植年限的增加而呈增加的趨勢，但在種植年限為1、5、10 年的土壤中并未表現出與撂荒地之間的顯著差異，在玉米種植年限50 年的土壤中銨態氮含量較撂荒地顯著增加，達3.38 mg/kg。土壤硝態氮含量在撂荒地的土壤中最低，僅為2.7 mg/kg，在種植年限為50 年的土壤中含量最高，達45.6 mg/kg，而在種植年限為1、5、10 年的土壤中并未表現出顯著差異。

圖2 不同玉米種植年限土壤銨態氮和硝態氮含量的變化

2.3 不同玉米種植年限與土壤養分因子的相關性分析

對不同玉米種植年限土壤養分因子的相關性分析（表2）表明，土壤氮磷養分與玉米種植年限之間均呈顯著或極顯著正相關關系，其中，土壤全氮、全磷、無機磷、硝態氮與玉米種植年限間呈極顯著正相關關系，土壤有效磷、銨態氮含量與玉米種植年限間呈顯著正相關關系。土壤有機質與玉米種植年限間呈極顯著正相關關系。就土壤養分各指標之間的相關性而言，土壤pH 僅與硝態氮之間表現出顯著負相關關系；土壤有機質、全氮、全磷、無機磷、有效磷、銨態氮、硝態氮等養分因子相互間表現出極顯著的正相關關系。

表2 不同玉米種植年限與土壤pH、土壤養分因子的相關性分析

3 討論與小結

3.1 討論

本研究表明，不同玉米種植年限土壤的pH 均偏高，這可能與研究區土壤類型有關。該區土壤為栗褐土，屬于石灰質土壤，所以土壤pH 一般呈偏堿性［6］。土壤有機質是氮和磷養分的重要來源，其含量直接影響土壤的保肥性、保水性和耕性等，是衡量土壤肥力高低的主要指標［7］。本研究區土壤有機質累積量明顯增加，主要是由于隨著玉米種植年限的延長，農戶不斷大量施肥，加之枯枝落葉、玉米秸稈回田使得耕層土壤有機質不斷累積，土壤有機質呈增加趨勢。全氮的大幅增加是土壤綜合肥力指數提升的關鍵驅動原因［8］。本試驗區土壤全氮含量隨種植年限的延長而呈增加的趨勢，表明土壤肥力指數隨種植年限的增加而得到提升。土壤全磷含量隨種植年限的增加主要是由于隨著大量磷肥的施入，磷元素累積在土壤耕層，同時磷可能與有機質形成較穩定的絡合物殘留在土壤中難以消除［9］。研究表明，適當增施磷肥對玉米產量和品質有顯著的提升作用［10］，但過量施用磷肥會造成磷素積累從而導致環境污染［11］。因此，該區在玉米種植過程中需要合理控制氮磷肥的施入，避免養分不足或過量累積造成環境污染。不同玉米種植年限土壤銨態氮含量均較低，這可能是因為干旱區土壤氮以硝態氮為主，銨態氮不易在土壤中累積［12］。種植50 年的玉米土壤銨態氮和硝態氮含量均達到了最高，可能是由于氮肥施入量的增加所致［13］。

有機肥對提高土壤有機質含量效果明顯，可增加土壤氮磷養分容量，減少作物生長消耗帶來的土壤養分虧損，有利于土壤質量的良性發展［14-16］，長期施用可顯著提高作物產量［17］。在深松的耕作方式下配施有機肥能夠促進玉米的生長發育［18］。本研究中也表明土壤有機質與氮磷養分之間關系密切，所以有機肥的合理配施對本地區玉米的增產增收起著關鍵性作用。土壤氮磷養分受作物種植年限的影響較為強烈，并且土壤中各養分因子之間存在密切聯系，如果其中一個因子發生變化，其他因子也會發生不同程度、不同方向的增減變化［19-22］。不同玉米種植年限土壤養分因子的相關性分析結果表明，氮磷養分與種植年限以及各養分之間均體現出不同程度的相關性。因此，玉米種植施肥要隨著種植年限的延長注意氮肥、磷肥的合理配施，適量氮肥與磷肥配施可使耕層土壤有效養分平穩增加。

3.2 小結

土壤氮磷養分隨玉米種植年限的延長均表現出明顯的增加趨勢，尤其是在玉米種植年限達50 年的土壤中各指標含量都達到了最高值。土壤有機質以及氮磷養分與種植年限之間均呈顯著或極顯著正相關關系。因此，在玉米長期種植管理過程中，不能只注意單一養分的豐缺變化，更要結合各養分因子隨年限的變化規律以及不同養分因子間的相關性，因土施肥、合理培肥。尤其是對處于生態環境較為脆弱的典型旱作農牧交錯區的赤峰市，在對其主栽作物玉米的種植管理過程中更要注意氮肥、磷肥的合理配施，適量增施有機肥，同時配合深松的耕作方式以及合理的施肥模式，達到玉米增產以及環境保護的目的。