光葉苕子與化肥減量配施對土壤肥力及玉米產(chǎn)量的影響

陳正剛，崔宏浩，張 欽，李 劍，朱 青，張 箐，趙崇平

(1．貴州省土壤肥料研究所/貴州省農業(yè)資源與環(huán)境研究所/農業(yè)部貴州耕地保育與農業(yè)環(huán)境科學觀測試驗站，貴州貴陽 550006;2．貴州省農業(yè)科學院，貴州 貴陽 550006;3．貴州省織金縣農業(yè)局，貴州 織金 552100)

我國農業(yè)存在土壤養(yǎng)分過量積累、化肥施用過量、養(yǎng)分利用下降等問題［1］。針對這些問題，相關學者［2-3］進行了化肥減量施用研究，取得了一定成果。綠肥是一種天然的、無公害的、養(yǎng)分含量豐富的優(yōu)質肥料，相關研究表明，翻壓光葉苕子，減少化肥用量15% ～30%，煙草干物質積累、鉀含量、鉀累積量、產(chǎn)量、產(chǎn)值都高于單施化肥處理［4-5］，翻壓紫云英能夠減少水稻40%的化肥用量［6-7］。氮磷化肥與綠肥配合施用，能顯著增加土壤有機質含量，改良土壤結構，降低土壤容重［8］;玉米、綠肥作物間種并翻壓綠肥能夠很好地改善土壤的物理性質，提升土壤自身的蓄水保墑能力［9］;綠肥與化肥配施后，綠肥對促進微生物生物量增加和酶活性增強的貢獻更大，配施綠肥后土壤生物過程活躍，有利于土壤有機物質的轉化和作物正常生長所需要的營養(yǎng)供應［10］。前人在有機肥配合玉米化肥減量、綠肥配合烤煙、水稻化肥減量，綠肥與化肥配合施用改善土壤物理性狀、提高有機質、活化養(yǎng)分方面作了大量研究，但在玉米綠肥配合化肥減量施用方面研究較少。貴州省目前綠肥種植面積已經(jīng)達到42萬 hm2，其中旱地綠肥25萬hm2［11］，旱地種植和利用綠肥可提高玉米產(chǎn)量［12］，培肥地力，綠肥還可加工草粉養(yǎng)畜［13］。本文通過田間小區(qū)試驗，研究綠肥(光葉苕子)與化肥減量配施對玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分利用率和培肥地力的影響，旨在為玉米生產(chǎn)合理利用綠肥提供技術參考。

1 材料與方法

1．1 供試材料

2011—2013年在貴州省織金縣八步鎮(zhèn)水塘村開展試驗，試驗區(qū)海拔1 300 m，試驗地土壤為黃壤，試前土壤基本性質為:pH 5．84，有機質32．37 g/kg，全氮 2．59 g/kg，速效氮 139 mg/kg，速效磷 53．8 mg/kg，速效鉀89 mg/kg，緩效鉀227 mg/kg。供試玉米品種為畢單13號。

1．2 試驗設計

翻壓光葉苕子同量條件下，按當?shù)鼗实膬?yōu)化配方施肥設置不同減量水平，處理設計:1:不施肥(CK);2:100%化肥(100%F);3:綠肥+100%化肥(GM+100%F);4:綠肥+85%化肥 (GM+85%F);5:綠肥+70%化肥(GM+70%F);6:綠肥+55%化肥 (GM+F55%);小區(qū)隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積20 m2，3次重復。供試化肥為尿素N 46%、普鈣P2O512%、氯化鉀K2O 60%。化肥用量(kg/hm2)按當?shù)販y土配方試驗結果的最佳水平為 m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=180∶120∶180;15% 化肥用量為 m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=153∶102∶153;30% 化肥用量為施肥量為 m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=126∶84∶126;55% 化肥用量為施肥量為 m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=99∶66∶99。綠肥為光葉苕子(Vicia villosa Rothva)，于玉米移栽前(光葉苕子盛花期)17 d翻壓，聚攏，翻壓量為15 t/hm2。據(jù)測定100 kg光葉苕子營養(yǎng)體含純N 0．56 kg，P2O50．13 kg，K2O 0．56 kg。玉米采用育苗移栽，每年4月上旬播種，4月下旬移栽，株行距100 cm×22 cm，基本苗44 000株/hm2，9月上旬收獲。

1．3 測定 指標與方法

成熟期實收各小區(qū)玉米，稱玉米秸稈和果穗鮮質量，單獨風干、脫粒，稱干質量，計算單位面積產(chǎn)量。成熟期采集玉米秸稈、玉米芯和籽粒樣品，玉米植株和籽粒全氮、磷、鉀均采用H2SO4消煮，氮采用凱氏法測定，磷采用釩鉬黃比色法測定，鉀采用火焰光度法測定．試驗前，玉米種前和玉米收后采集土壤耕層樣品，測定土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。

1．4 計算公式

農學效益=((施肥區(qū)玉米產(chǎn)量－不施肥區(qū)玉米產(chǎn)量)/投入養(yǎng)分量)×100% (1)化肥利用率=(施肥區(qū)養(yǎng)分吸收量－不施肥區(qū)養(yǎng)分吸收量)/投入養(yǎng)分量×100% (2)養(yǎng)分吸收量=籽粒產(chǎn)量×籽粒養(yǎng)分含量+莖葉生物量×莖葉養(yǎng)分含量 (3)

1．5 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)用Excel 2003錄入計算，用DPS進行顯著性分析。

2 結果與分析

2．1 光葉苕子與化肥減量配施對玉米產(chǎn)量的影響

3年試驗結果表明，在翻壓光葉苕子15 t/hm2的條件下，與單施化肥處理比較，化肥用量減少15% ～30%可顯著提高玉米產(chǎn)量，增幅為13．52% ～25．70%;化肥用量減少45%，玉米也可達到當?shù)爻Ｒ?guī)產(chǎn)量水平。隨著翻壓綠肥年份的增加，化肥減量處理玉米產(chǎn)量有增加的趨勢(表1)。在翻壓光葉苕子15 t/hm2的條件下，要提高玉米產(chǎn)量，化肥減量水平以15% ～30%為適宜。

表1 光葉苕子與化肥減量配施的玉米產(chǎn)量Tab．1 Themaize yield in the conditions of burying Vicia villosa Rothvar and chem ical fertilizer reduction

表2 光葉苕子與化肥減量配施的玉米養(yǎng)分利用率(2011—2013年平均值)Tab．2 The utilization rate of fertilizer in the conditions of burying Vicia villosa Rothvar and chem ical fertilizer reduction(the average value of 2011 to 2013) %

2．2 光葉苕子與化肥減量配施對玉米養(yǎng)分利用率的影響

由表2可知，與單施化肥相比，翻壓光葉苕子15 t/hm2和化肥全量施用處理，氮(N)、磷P2O5、鉀K2O養(yǎng)分吸收利用率分別提高2．6%、3．4%、2．2%。翻壓光葉苕子15 t/hm，化肥用量減少15% ～45%，氮(N)、磷 P2O5、鉀 K2O 養(yǎng)分利用率分別提高 2．6% ～11．1%、1．9% ～6．9%、1．3% ～5．4%;其中以化肥用量減少15%的養(yǎng)分利用率最高，氮(N)、磷 P2O5、鉀 K2O 分別提高11．1%、6．9%、5．4%。

2．3 光葉苕子與化肥減量配施對玉米當季農學效益的影響

翻壓光葉苕子，不減少化肥用量，由于玉米產(chǎn)量沒有提高，肥料投入沒有減少，因此農學效益沒有提高;在翻壓光葉苕子條件下，化肥減量施用顯著提高了玉米當季化肥的農學效益(表3)。翻壓光葉苕子15 t/hm2、化肥用量減少15%，玉米當季氮、磷、鉀化肥農學效益最高，玉米氮(N)和鉀(K2O)的農學效益為11．5 kg/kg，較單施化肥處理的4．2 kg/kg提高7．3 kg/kg;玉米磷(P2O5)的農學效益為17．2 kg/kg，也較單施化肥處理的6．3 kg/kg 提高10．9 kg/kg。

翻壓光葉苕子15 t/hm2、化肥用量減少30% ～45%，玉米氮和鉀的農學效益為10．0 kg/kg，較單施化肥處理的4．2 kg/kg提高5．8 kg/kg;玉米磷(P2O5)的農學效益為13．4～15．0 kg/kg，也較單施化肥處理的6．3 kg/kg提高 7．1 ～8．7 kg/kg。

表3 光葉苕子與化肥減量配施的玉米當季化肥農學效益(2011—2013年平均值)Tab．3 The agronomy seasonal efficiency in the conditions of burying Vicia villosa Rothvar and chem ical fertilizer reduction(the average value of 2011 to 2013) kg/kg

2．4 光葉苕子與化肥減量配施對土壤養(yǎng)分的影響

由表4可知，連續(xù)3年不施肥或單施化肥造成土壤有機質虧缺，其中不施肥處理有機質減少0．16%，單施化肥處理有機質減少0．09%。連續(xù)3年翻壓光葉苕子15 t/hm2，土壤有機質比試驗前提升0．24% ～0．43%、比單施化肥提升0．30% ～0．52%;連續(xù)3年翻壓光葉苕子15 t/hm2配合化肥減量15% ～45%，土壤有機質比試驗前提升0．24% ～0．32%、比單施化肥提升0．30% ～0．41%。

連續(xù)3年不施肥或單施化肥保持土壤全氮或略有虧缺，造成速效氮含量虧缺，其中不施肥處理虧缺5 mg/kg，單施化肥處理虧缺4 mg/kg。連續(xù)3年翻壓光葉苕子15 t/hm2，土壤有全氮含量比試驗前提高0．33 ～0．39 mg/kg，比單施化肥提高0．29 ～0．35mg/kg;土壤速效氮含量比試驗前提高 4 ～10 mg/kg、比單施化肥處理提高8～14 mg/kg。連續(xù)3年翻壓光葉苕子15 t/hm2配合化肥減量15% ～45%，土壤有全氮含量比試驗前提高0．33～0．36 mg/kg，比單施化肥提高0．29～0．32 mg/kg;土壤速效氮含量比試驗前提高 4．00 ～6．00 mg/kg，比單施化肥提高 8．00 ～10．00 mg/kg。

連續(xù)3年不施肥或單施化肥導致土壤有效磷、速效鉀虧缺，其中不施肥處理有效磷虧缺2．0 mg/kg、速效鉀虧缺2．3 mg/kg，單施化肥處理有效磷虧缺0．4 mg/kg、速效鉀虧缺3．0 mg/kg。連續(xù)3年翻壓光葉苕子15 t/hm2配合化肥減量15% ～30%，可保持有效磷含量，較單施化肥處理提高0．7～0．8 mg/kg;連續(xù)3年翻壓光葉苕子15 t/hm2配合化肥減量15%，可保持速效鉀含量，較單施化肥處理提高3．5 mg/kg。

連續(xù)3年不施肥或單施化肥導致土壤容重有一定增加。連續(xù)3年翻壓光葉苕子與化肥減量可降低土壤容重，較試驗前降低0．11 ～0．22 g/cm3，較單施化肥處理降低0．13 ～0．15 g/cm3。

表4 光葉苕子與化肥減量配施的土壤有機質、氮磷鉀養(yǎng)分及容重Tab．4 The soil organicmatter，N P K，bulk density in the conditions of burying Vicia villosa Rothvar and chem ical fertilizer reduction

3 討論

光葉苕子與化肥減量配施對肥料利用率的影響。肥料利用率低是中國農業(yè)發(fā)展所面臨的突出問題，這不但會造成超量施肥，引起土壤的物理性質惡化，影響農作物產(chǎn)量和質量的提高，還會浪費資源，加重農民負擔，同時對環(huán)境產(chǎn)生負面效應［14］。貴州黃壤長期施肥試驗結果，單施化肥氮磷鉀的氮肥利用率波動較大，氮磷鉀配合有機肥的氮肥、磷肥利用率較高并且穩(wěn)定性好［15］。3年連續(xù)試驗結果表明，單施化肥養(yǎng)分利用率較低，翻壓綠肥提高了玉米籽粒和秸稈的氮、磷、鉀濃度，促進玉米對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收，提高了養(yǎng)分利用率。翻壓綠肥配合減少15%～30%的化肥施用，由于顯著提高了玉米產(chǎn)量，并減少了化肥投入，因此養(yǎng)分利用率提高較大。

翻壓光葉苕子的節(jié)肥效果。在農作物種植生產(chǎn)中，適當施用化肥可以增加產(chǎn)量，過量施肥時農作物產(chǎn)量不會增加，甚至減產(chǎn)［16］。在配施礦物質、有機肥的條件下，化肥減量15%與當?shù)刈罴咽┓仕教幚淼挠衩桩a(chǎn)量沒有顯著性差異［4］。本研究結果，在施用15 t/hm2光葉苕子條件下，減少化肥用量45%，玉米產(chǎn)量也能達到當?shù)爻Ｒ?guī)產(chǎn)量水平，說明在只考慮穩(wěn)產(chǎn)的情況下，翻壓光葉苕子最多可節(jié)約化肥45%，節(jié)肥效果優(yōu)于礦質有機肥［3］。翻壓光葉苕子，減少化肥用量15% ～30%，煙草干物質積累、鉀含量、鉀累積量、產(chǎn)量、產(chǎn)值都高于單施化肥處理［4-5］，翻壓紫云英也可減少水稻40%的化肥用量［6］，本試驗的研究結果與在烤煙、水稻上的研究結果一致。翻壓綠肥的節(jié)肥效果，可降低生產(chǎn)成本，對節(jié)能減排、生產(chǎn)無公害和有機食品有重要借鑒作用。

光葉苕子與化肥減量配施對土壤養(yǎng)分的影響。翻壓綠肥能提高土壤全氮、堿解氮含量，加速土壤礦化，促進作物對磷素和鉀素吸收［16］。氮磷化肥與綠肥配合施用，能增加土壤有機質含量，改良土壤結構，降低土壤容重［8］。3年連續(xù)試驗結果表明，3年連續(xù)施用化肥，造成土壤有機質、全氮、速效氮、有效磷、速效鉀虧缺，土壤容重增加。連續(xù)3年翻壓光葉苕子并適當減少化肥用量可提高土壤有機質、全氮、速效氮含量，保持有效磷、速效鉀，并降低土壤容重，這與其他研究結果是一致的。

翻壓綠肥能夠明顯提高土壤酶活性和土壤肥力水平，當翻壓量在15 t/hm2以上時，對土壤均有較好的培肥效果［17］。綠肥與化肥配合施用能明顯提高土壤微生物量碳、微生物量氮和土壤的供氮能力［10］。本試驗中，翻壓光葉苕子能夠減少化肥用量，并能提高玉米產(chǎn)量，提高土壤養(yǎng)分含量，這與翻壓綠肥促進土壤微生物量增加和酶活性增強有關，相關指標需進一步研究。

4 結論

(1)翻壓光葉苕子，適當減少化肥用量，可促進玉米對養(yǎng)分的吸收，促進玉米生長，提高養(yǎng)分利用率和農學效益。氮、磷、鉀養(yǎng)分利用率提高2．6% ～11．1%、1．9% ～6．9%、1．3% ～5．4%;氮鉀農學效益提高5．8 ～11．5 kg/kg，磷農學效益提高7．1 ～11．5 kg/kg 。

(2)翻壓光葉苕子可減少化肥用量，提高玉米產(chǎn)量。在翻壓光葉苕子15 t/hm2的條件下，化肥用量最多可減少45%，但要提高玉米產(chǎn)量，化肥減量水平以15%為適宜，可提高玉米產(chǎn)量25．70%。

(3)翻壓光葉苕子可提升土壤肥力水平。3年連續(xù)單施化肥，造成土壤有機質、全氮、速效氮、有效磷、速效鉀虧缺，土壤容重增加。連續(xù)3年翻壓光葉苕子并適當減少化肥用量可提高土壤有機質、全氮、速效氮含量，保持有效磷、速效鉀含量，降低土壤容重。

(4)在貴州地區(qū)，翻壓光葉苕子15 t/hm2的條件下，玉米適宜的化肥用量為N 153 kg/hm2、P2O5102 kg/hm2、K2O 153 kg/hm2。

［1］張福鎖，崔振嶺，王激清，等．中國土壤和植物養(yǎng)分管理現(xiàn)狀與改進策略［J］．植物學通報，2007，24(6):687-694．

［2］高明博，張俊麗，海江波，等．有機培肥化肥減量對夏玉米含碳率及固碳量影響［J］．西北農業(yè)學報，2011，20(12):72-76．

［3］黃鵬，侯叔音，陳興文，等．配施礦物質有機肥及化肥減量對玉米水肥資源利用率的影響［J］．中國農學通報，2011，27(9):295-298．

［4］郭云周，尹小懷，王勁松，等．翻壓等量綠肥和化肥減量對紅壤旱地烤煙產(chǎn)量產(chǎn)值的影響［J］．云南農業(yè)大學學報，2010，25(6):811-816．

［5］陳曉波，官會林，郭云周，等．綠肥翻壓對煙地紅壤微生物及土壤養(yǎng)分的影響［J］．中國土壤與肥料，2011(4):74-78．

［6］張樹開．紫云英還田減量施用化肥對水稻產(chǎn)量的影響［J］．福建農業(yè)科技，2011(4):75-77．

［7］李昱，何春梅，劉志華，等．相同紫云英翻壓量化肥減量條件下水稻合理施肥方法研究［J］．江西農業(yè)學報，2011，23(11):128-131．

［8］王勁松，戴茨華，徐紅，等．紅壤連續(xù)施用綠肥和有機肥對玉米產(chǎn)量及土壤肥力的影響［J］．中國土壤與肥料，2012(5):27-30．

［9］匡恩俊，宿慶瑞，遲鳳琴，等．玉米和毛苕子間種輪作對土壤水分及硬度的影響［J］．黑龍江農業(yè)科學，2013(3):21-23．

［10］李正，劉國順，敬海霞，等．綠肥與化肥配施對植煙土壤微生物量及供氮能力的影響［J］．草業(yè)學報，2011，20(6):126-134．

［11］貴州日報社．綠肥種植面積已達到628萬畝，增糧效果十分顯著［EB/OL］．http://www．cnr．cn/guizhou/xw/gzxw/201004/t20100405-506244174．htm l．2010-04-20．

［12］陳正剛，田曉琴，李劍，等．貴州旱地玉米綠肥與氮磷鉀化肥的效益研究［J］．耕作與栽培，2010(3):32-33．

［13］鄭元紅，胡西會，楊永奎，等．畢節(jié)地區(qū)綠肥草粉育肥技術試驗初報［J］．貴州農業(yè)科學，2005，33(1):71-72．

［14］解開治，徐培智，張仁陟，等．化肥減量技術的可行性分析［J］．廣東農業(yè)科學，2007(5):55-58．

［15］羅龍皂，李渝，張文安，等．長期施肥下黃壤旱地玉米產(chǎn)量及肥料利用率的變化特征［J］．應用生態(tài)學報，2013，24(10):2793-2798．

［16］高菊生，徐明崗，董春華，等．長期稻-稻-綠肥輪作對水稻產(chǎn)量及土壤肥力的影響［J］．作物學報，2013，39(2):343-349．

［17］葉協(xié)鋒，楊超，李正，等．綠肥對植煙土壤酶活性及土壤肥力的影響［J］．植物營養(yǎng)與肥料學報，2013，19(2):445-454．