施肥對全膜雙壟溝播玉米土壤養(yǎng)分動態(tài)變化的影響

徐振峰　?？×x　高玉紅　李洋

摘要：采用大田隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)法，研究了不同施肥水平下全膜雙壟溝播玉米土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮和速效磷的動態(tài)變化情況。結(jié)果表明：整個(gè)玉米生育時(shí)期0～20 cm土層各處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮和速效磷變化趨勢與20～40 cm土層基本一致。土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量隨著玉米生育時(shí)期的推進(jìn)而不斷降低，且分別在抽雄期和灌漿期達(dá)到最低值，成熟期有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量又略有回升。全磷含量從苗期到成熟期逐漸降低。全氮和速效磷含量在玉米生長前期不斷增加，且分別在抽雄期和拔節(jié)期達(dá)到最大值，之后隨著生育期的推進(jìn)而不斷降低。兩個(gè)土層的土壤養(yǎng)分含量存在著明顯的垂直遞減規(guī)律。西北干旱半干旱地區(qū)全膜雙壟溝播玉米種植密度確定為6.75×104 株/hm-2時(shí)，最佳施肥量為純N 210 kg/hm2、P2O5 168 kg/hm2。

關(guān)鍵詞：全膜雙壟溝播玉米；施肥；土壤養(yǎng)分；動態(tài)變化

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，人們大量使用各種化肥以求獲得農(nóng)產(chǎn)品的高產(chǎn)，滿足眾多人口的糧食需求。土壤養(yǎng)分是土壤中含有的植物生長發(fā)育所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，是土壤肥力的重要指標(biāo)之一。土壤速效養(yǎng)分含量是評價(jià)土壤供肥能力的主要指標(biāo)，體現(xiàn)著生態(tài)環(huán)境條件下土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化能力和人們的施肥與管理水平[1]。土壤氮素是影響作物生長最重要的限制因子之一[2]，雋英華等[3]研究表明，施氮明顯提高耕層土壤堿解氮的含量，隨著生育期推進(jìn)，表層土壤堿解氮和有效磷的含量呈先升高后降低的趨勢。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效氮含量隨土壤深度的增加呈現(xiàn)下降的趨勢[4-6]。地膜覆蓋可以提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的氮素利用效率，使作物獲得高產(chǎn)[7]。全膜雙壟溝播玉米技術(shù)是我國農(nóng)業(yè)科技人員對傳統(tǒng)地膜覆蓋栽培技術(shù)逐步改進(jìn)的最新成果，該技術(shù)集壟面集流、覆膜抑蒸、壟溝種植技術(shù)于一體，大幅度提高了土壤水分的利用效率和降水保蓄率，促進(jìn)了玉米對土壤養(yǎng)分的吸收，增產(chǎn)幅度達(dá)30%以上，被視為旱作農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)重大創(chuàng)新技術(shù)[8，9]。眾多學(xué)者對全膜雙壟溝播玉米增產(chǎn)機(jī)理進(jìn)行了廣泛深入的研究，并取得較多研究成果[10-14]。目前，對不同施肥處理及其他覆蓋方式下土壤養(yǎng)分含量動態(tài)變化的研究已經(jīng)很多，但對全膜雙壟溝播種植模式下玉米土壤養(yǎng)分含量動態(tài)變化的研究報(bào)道較少。因此，根據(jù)我國西北地區(qū)氣候特點(diǎn)，以全膜雙壟溝播玉米田為研究對象，系統(tǒng)分析了不同氮磷施肥水平下全膜雙壟溝播玉米土壤養(yǎng)分的動態(tài)變化特征，旨在充分了解全膜雙壟溝播種植模式下土壤養(yǎng)分的特性，為該地區(qū)進(jìn)一步改進(jìn)和完善全膜雙壟溝播玉米技術(shù)，提高玉米產(chǎn)量，增加種植效益提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2011年3～10月在中國氣象局蘭州干旱氣象研究所定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)基地進(jìn)行，地理位置E 104°37′，N 35°35′。海拔1 896.7 m，屬中溫帶半干旱區(qū)，大陸性季風(fēng)氣候。氣候特點(diǎn)為光能較多，雨熱同季，降水少蒸發(fā)率大，氣候干燥。年均氣溫6.4 ℃，≥10 ℃積溫 2 239.1 ℃，年均日照數(shù)2 500 h，年均太陽輻射591.89 KJ/cm2，年均無霜期146 d，年均降水量386.0 mm，主要集中在5～10月，占年降水量的86.9%。2011年降水量低于該區(qū)年均降水量（表1），為干旱年份。土壤質(zhì)地為黃綿土，呈堿性（表2）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2011年3月15日覆地膜，地膜寬為120 cm、厚0.008 mm，由蘭州綠園塑業(yè)有限公司生產(chǎn)。供試玉米品種承單20號。玉米播種密度為6.75×104 株/hm2。試驗(yàn)采用二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)方法。設(shè)施純氮（N）、P2O5（P）2個(gè)因素。施肥梯度設(shè)置6個(gè)水平，ck不施NP、NP2 （N 120 kg/hm2，P 96 kg/hm2）、NP3（N 150 kg/hm2，P 120 kg/hm2）、NP4（N 180 kg/hm2，P 144 kg/hm2）、NP5（N 210 kg/hm2，P 168 kg/hm2）、NP6（N 240 kg/hm2，P 192 kg/hm2）。其中：氮肥為尿素（N 46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O5 12%）。尿素60%作基肥施入，40%分別在拔節(jié)期和灌漿期追施；過磷酸鈣全部作基肥施入。每個(gè)處理3次重復(fù)，共18個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。小區(qū)面積3.3 m×7 m，小區(qū)間分別留40 cm、60 cm寬走道。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土樣采集 試驗(yàn)樣品2011年3～10月采集，3月15日采集基礎(chǔ)土樣，之后于玉米苗期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期和成熟期分別采集0～20和20～40 cm土層土樣，采樣按5點(diǎn)采樣法采集，然后把各土層的土樣分別混合均勻，剔除石礫和植物殘根等雜物，分別裝入自封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，樣品風(fēng)干后過1 mm篩備測。

1.3.2 測定方法 土壤全氮用半微量凱氏法測定；土壤全磷采用H2SO4（濃）-HClO4消煮，鉬銻抗顯色，分光光度法測定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定；堿解氮采用氫氧化鈉-硼酸堿解擴(kuò)散法測定；速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提比色法測定[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel軟件進(jìn)行整理，利用SPSS20.0軟件進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對土壤有機(jī)質(zhì)含量的動態(tài)變化的影響

整個(gè)生育期內(nèi)全膜雙壟溝播玉米2個(gè)土層各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量的動態(tài)變化趨勢基本一致（表3），均是在苗期有機(jī)質(zhì)含量較高，隨著玉米生育期的進(jìn)行，拔節(jié)期和抽雄期2個(gè)土層各處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量逐漸下降，到灌漿期、成熟期2個(gè)土層各處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量得到回升，成熟期時(shí)各處理的有機(jī)質(zhì)含量較灌漿期時(shí)變化不大，但各處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量與苗期相比，均略有下降。苗期玉米靠自身的營養(yǎng)生長，很少吸收土壤養(yǎng)分，故各處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均比較高，拔節(jié)期玉米營養(yǎng)生長迅速，抽雄期玉米由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變，均需要從土壤中吸取大量的養(yǎng)分，故這2個(gè)時(shí)期各處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均較低。而玉米生長后期根系開始衰退，從土壤中吸取的養(yǎng)分逐漸減少，促使土壤有機(jī)質(zhì)不斷得到回升。全膜雙壟溝播玉米全生育期內(nèi)2個(gè)土層均是NP5處理土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，ck處理最低。其中，0～20 cm土層5個(gè)生育期NP5處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別比ck處理提高了17.82%、19.12%、32.35%、19.23%和25.39%；20～40 cm土層5個(gè)生育期NP5處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別比ck處

理提高了19.20%、32.20%、29.08%、36.01%和29.29%。土壤有機(jī)質(zhì)含量存在著明顯的垂直遞減的變化趨勢，總體上5個(gè)生育時(shí)期0～20 cm土層各處理的有機(jī)質(zhì)含量比20～40 cm土層高出了0.01～3.42 g/kg。

2.2 施肥對土壤全氮含量動態(tài)變化的影響

整個(gè)生育期內(nèi)全膜雙壟溝播玉米2個(gè)土層各處理土壤全氮含量的變化幅度相對較小，動態(tài)變化趨勢基本一致，從苗期到拔節(jié)期之間2個(gè)土層各處理的土壤全氮含量均出現(xiàn)不同程度的增長，拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期時(shí)2個(gè)土層各處理的土壤全氮量處在一個(gè)相對穩(wěn)定的高峰時(shí)期，3個(gè)時(shí)期2個(gè)土層各處理的土壤全氮量均以抽雄期最高，而成熟期時(shí)2個(gè)土層各處理的土壤全氮含量與前面其他4個(gè)生育期相比出現(xiàn)了比較明顯的下降。苗期玉米植株較小，根系不發(fā)達(dá)，對土壤養(yǎng)分的吸收相對較小，而拔節(jié)期、抽雄期和灌漿期屬玉米的生長旺盛期，需要從土壤中吸取大量的養(yǎng)分來滿足生長，此時(shí)段由于地表溫度較高且覆蓋了地膜，促使地下水分不斷向地表集聚，使得土壤下層有效氮上移至表層，補(bǔ)充了表層土壤可被植株吸收的有效氮的含量。此時(shí)土壤全氮含量較高，很好的滿足了植株生長的養(yǎng)分需求。玉米前期從土壤吸取了大量的養(yǎng)分，成熟期土壤養(yǎng)分沒有從外界得到有效的補(bǔ)充、玉米根系的衰老也不利于深層土壤氮素向地表的集聚等原因?qū)е铝顺墒炱谌るp壟溝播玉米2個(gè)土層各處理土壤全氮含量出現(xiàn)了明顯下降。全膜雙壟溝播玉米全生育期2個(gè)土層均是NP5處理土壤全氮含量最高，ck處理最低。說明適度的增施氮磷肥料能有效促進(jìn)土壤全氮的含量。其中，0～20 cm土層5個(gè)生育期NP5處理土壤全氮含量分別比ck處理提高了21.98%、9.40%、15.25%、9.32%和25.32%；20～40 cm土層5個(gè)生育期NP5處理土壤全氮含量分別比ck處理提高了15.47%、15.12%、21.98%，6.59%和23.61%。土壤全氮含量存在著明顯的垂直遞減的變化趨勢，總體上5個(gè)生育時(shí)期0～20 cm土層各處理的全氮含量比20～40 cm土層高出了0.06～0.39 g/kg。

2.3 施肥對土壤全磷含量動態(tài)變化的影響

土壤全磷是土壤磷素總體水平的體現(xiàn)，是土壤無機(jī)磷素和有機(jī)磷素的總和，能反映土壤磷庫大小和潛在的供磷能力。全膜雙壟溝播玉米整個(gè)生育期2個(gè)土層各處理的土壤全磷含量變化幅度均相對較小，且變化趨勢基本一致（表5），從苗期到成熟期之間2個(gè)土層各處理的土壤全磷含量均逐漸降低，各處理的土壤全磷含量均為苗期最高，成熟期最低。其中，0～20 cm土層各處理土壤全磷含量成熟期分別比苗期降低了17.24%、14.44%、7.69%、10.31%、12.01%和18.37%；20～40 cm土層各處理土壤全磷含量成熟期分別比苗期降低了19.18%、20.51%、17.28%、11.11%、12.79%和15.19%。全膜雙壟溝播玉米全生育期內(nèi)兩個(gè)土層均是NP5處理土壤全磷含量最高，ck處理最低。其中0～20 cm土層5個(gè)生育期NP5處理土壤全磷含量分別比ck處理提高了14.94%、20.73%、13.42%、14.29%和22.22%；20～40 cm土層5個(gè)生育期NP5處理土壤全磷含量分別比ck處理提高了17.81%、15.94%、16.42%、28.33%和27.12%。土壤全磷含量存在著明顯的垂直遞減的變化趨勢，總體上5個(gè)生育時(shí)期0～20 cm土層各處理的全磷含量比20～40 cm土層高出了0.11～0.18 g/kg。

2.4 施肥對土壤堿解氮含量動態(tài)變化的影響

整個(gè)生育期內(nèi)全膜雙壟溝播玉米2個(gè)土層各處理的土壤堿解氮含量變化趨勢基本一致，且呈現(xiàn)出較強(qiáng)的規(guī)律性（表6），即整個(gè)生育期內(nèi)2個(gè)土層各處理的土壤堿解氮含量從苗期到拔節(jié)期迅速下降，而拔節(jié)期到抽雄期、抽雄期到灌漿期之間也呈下降趨勢，但下降幅度要低于苗期至拔節(jié)期之間。灌漿期到成熟期時(shí)各處理的土壤堿解氮含量又出現(xiàn)略微的回升。苗期時(shí)玉米植株相對較小，根系也不發(fā)達(dá)，植株從土壤中吸取的養(yǎng)分相對較少，從而有利于土層內(nèi)有效氮的集聚，而拔節(jié)期到抽雄期這一段時(shí)間是玉米營養(yǎng)生長和生殖生長并進(jìn)階段，從抽雄期到灌漿期是玉米的生殖生長階段，這些時(shí)期玉米的生長均需要消耗大量的養(yǎng)分，因此拔節(jié)期到灌漿期時(shí)2個(gè)土層各處理的土壤堿解氮含量較低符合玉米這兩個(gè)時(shí)期需肥量多、吸收速度快的營養(yǎng)特點(diǎn)，全生育期內(nèi)全膜雙壟溝播玉米整個(gè)耕層內(nèi)各施肥處理土壤堿解氮含量均大于ck處理，表明氮肥施入有效地提高了土壤有效氮的含量。其中各施肥處理中以NP5處理的效果尤為顯著。5個(gè)生育期全膜雙壟溝播玉米0～20 cm土層NP5處理土壤堿解氮含量分別比ck處理提高了38.08%、50.05%、43.95%、59.34%、54.08%。20～40 cm土層NP5處理土壤堿解氮含量分別比ck處理提高了49.49%、68.95%、33.37%、38.01%、51.26%。土壤堿解氮含量存在著明顯的垂直遞減的變化的趨勢，總體上5個(gè)生育時(shí)期內(nèi)0～20 cm土層各處理的堿解氮含量比20～40 cm土層高出了4.90～10.42 mg/kg。

2.5 施肥對土壤速效磷含量動態(tài)變化的影響

整個(gè)耕層內(nèi)全膜雙壟溝播玉米各施肥處理的土壤速效磷含量從苗期到拔節(jié)期逐漸升高，各處理在拔節(jié)期時(shí)土壤速效磷含量均達(dá)到最大值，抽雄期時(shí)各處理

的土壤速效磷含量與拔節(jié)期時(shí)相比略有下降，之后灌漿期和成熟期逐漸下降，且成熟期時(shí)各處理的土壤速效磷含量最低（表7）。苗期之后土壤磷素存在明顯的活化作用。一方面，可能是隨著溫度的升高，有機(jī)磷礦化和無機(jī)磷轉(zhuǎn)化加強(qiáng)而導(dǎo)致土壤磷素表現(xiàn)出明顯的溫度效應(yīng)[16]；另一方面，玉米植株的不斷生長，玉米根系不斷發(fā)達(dá)延伸，植物根系分泌物以及土壤里的微生物等對土壤磷素的活化作用也有重要影響。玉米中前期的生長消耗了大量磷素，成熟期玉米根系逐漸老化，溫度也不斷下降，導(dǎo)致了各處理的土壤速效磷出現(xiàn)了明顯下降。在整個(gè)生育時(shí)期內(nèi)，兩個(gè)土層全膜雙壟溝播玉米均以NP5處理的土壤速效磷含量最高，ck處理最低。NP5處理土壤速效磷含量與其他處理之間差異顯著。其他處理土壤速效磷含量與ck處理相比均有不同程度的提高，說明使用磷肥能迅速有效地在土壤中建立起有效的磷庫，滿足植株生長對磷素的需求。5個(gè)生育期內(nèi)0～20 cm土層NP5處理土壤速效磷含量分別比ck處理提高了21.88%、21.58%、20.74%、27.84%、23.93%。20～40 cm土層NP5處理土壤速效磷含量分別比ck處理提高了21.87%、32.99%、23.41%、23.19%、28.86%。土壤堿解氮含量存在著明顯的垂直遞減的變化趨勢，總體上5個(gè)生育時(shí)期0～20 cm土層各處理的堿解氮含量比20～40 cm土層高出了大約3.66～8.22 mg/kg。

3 討論與結(jié)論

已有研究表明土壤水分和地溫對土壤養(yǎng)分有重要影響[17]，而全膜雙壟溝播種植方式增加了土壤含水量，提高了土壤溫度，改變了土壤微環(huán)境，因此全膜雙壟溝播種植模式必然對土壤養(yǎng)分產(chǎn)生重要影響。舒英杰等[18]研究發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋可以顯著提高土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效磷含量，而本研究結(jié)果表明，施肥在一定程度上改變了全膜雙壟溝播玉米土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮和速效磷含量，不同玉米生長時(shí)期變化不盡相同。在玉米生長前期，有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量均呈現(xiàn)快速降低趨勢，其中有機(jī)質(zhì)含量在抽雄期達(dá)到最低值，堿解氮含量在灌漿期達(dá)到最低值。由于覆蓋了地膜，以及地溫的不斷升高，土壤微生物活性提高，土壤有機(jī)質(zhì)不斷被分解、礦化，而玉米生育前期植株生長旺盛，需肥量大，對土壤速效養(yǎng)分的消耗量大，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量消耗大于積累。而成熟期時(shí)，有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量又略有回升，這是玉米葉片逐漸枯黃，根系逐漸衰老，代謝功能和養(yǎng)分吸收能力降低的結(jié)果[19]。此次試驗(yàn)玉米全生育期內(nèi)各處理土壤全氮含量從苗期到抽雄期不斷升高，之后略有下降。而全磷含量則是從苗期到成熟期呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢?？傮w上整個(gè)生育時(shí)期土壤全氮、全磷含量變化幅度相對較小，由于土壤全氮和全磷代表了整個(gè)土壤的氮源和碳源，所以很難通過一季作物的施肥就能取得巨大的變化。整個(gè)生育時(shí)期，土壤速效磷含量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，在拔節(jié)期達(dá)到最大值，成熟期時(shí)含量最低。隨著溫度的升高，有機(jī)磷礦化和無機(jī)磷轉(zhuǎn)化加強(qiáng)，從而使得土壤速效磷含量不斷升高。但玉米植株相對較大，從土壤中吸收的養(yǎng)分多，最終使得土壤速效磷的積累大于消耗，導(dǎo)致土壤速效磷的下降[16，20]。土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷均在玉米生長旺盛的時(shí)期出現(xiàn)明顯下降，這與玉米需肥規(guī)律相一致，很好的滿足了植株生長對土壤養(yǎng)分的需求，為玉米最后的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

本研究結(jié)果表明，在整個(gè)生育期內(nèi)，各施肥處理的土壤養(yǎng)分含量均大于不施肥處理，這與程東娟等[21]的研究結(jié)果相一致。研究結(jié)果表明，0～20 cm土層各處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮和速效磷含量均高于20～40 cm土層。證實(shí)了土壤養(yǎng)分存在著隨土壤深度的增加而垂直遞減的規(guī)律。

此次研究結(jié)果表明，全膜雙壟溝播玉米種植密度確定為6.75×104株/hm2時(shí)，NP5處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮和速效磷含量的動態(tài)變化最有利于玉米生長，說明在西北干旱半干旱地區(qū)，全膜雙壟溝播玉米的最佳施肥量為純N 210 kg/hm2和P2O5 168 kg/hm2，可在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用。

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