黑龍江省典型黑土區(qū)玉米優(yōu)化施肥
——以雙城為例

姬景紅，李玉影，劉雙全，修玉欣，劉 穎，張明怡

(1.東北林業(yè)大學(xué)博士后科研流動站，黑龍江哈爾濱150040;2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士后科研工作站，

黑龍江哈爾濱150086;3.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所，黑龍江省土壤環(huán)境與

植物營養(yǎng)重點實驗室，黑龍江省肥料工程技術(shù)研究中心，黑龍江哈爾濱150086)

黑龍江省典型黑土區(qū)玉米優(yōu)化施肥
——以雙城為例

姬景紅1，2，3，李玉影3，劉雙全3，修玉欣3，劉 穎3，張明怡3

(1.東北林業(yè)大學(xué)博士后科研流動站，黑龍江哈爾濱150040;2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士后科研工作站，

黑龍江哈爾濱150086;3.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所，黑龍江省土壤環(huán)境與

植物營養(yǎng)重點實驗室，黑龍江省肥料工程技術(shù)研究中心，黑龍江哈爾濱150086)

為明確黑龍江省玉米主產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分限制因子，充分發(fā)揮土壤及肥料的增產(chǎn)潛力，達到玉米的高產(chǎn)高效，通過雙城市5年的田間小區(qū)對比試驗，研究了玉米對不同肥料的產(chǎn)量響應(yīng)及肥料效應(yīng)。結(jié)果表明，不施氮磷鉀鋅硫肥均降低玉米產(chǎn)量，不施氮肥、不施磷肥、不施鉀肥、不施鋅肥、不施硫肥的各減素處理較推薦施肥處理平均減產(chǎn)分別為27.7%、18.4%、17.6%、7.8%和9.7%。氮磷鉀合理配施顯著提高玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收、農(nóng)學(xué)效率和肥料利用率。與農(nóng)民習(xí)慣施肥處理相比，優(yōu)化施肥處理玉米平均增產(chǎn)12.6%，增加氮磷鉀養(yǎng)分吸收量分別為13.4 kg·hm-2、9.0 kg·hm-2和12.4 kg· hm-2;增加氮磷鉀農(nóng)學(xué)效率分別為6.5 kg·kg-1、17.5 kg·kg-1、7.0 kg·kg-1;提高氮磷鉀肥利用率分別為8.1%、13.4%和9.5%。影響雙城市玉米產(chǎn)量的主要土壤養(yǎng)分限制因子是氮，其次是鉀和磷，潛在因子是鋅和硫。與優(yōu)化施肥相比，該地區(qū)玉米生產(chǎn)農(nóng)民習(xí)慣施肥中，氮施用量略有不足，磷肥用量過高，鉀肥用量過低，生產(chǎn)中應(yīng)適當增加鉀肥用量，否則長期種植玉米易造成土壤鉀素的虧缺。圖3，表5，參20。

黑龍江;玉米;產(chǎn)量;農(nóng)學(xué)效率;肥料利用率

0 引 言

玉米是黑龍江省主要糧食作物之一，玉米種植面積和總產(chǎn)量分別占全省的35%和45%，商品率達70%以上［1］。近年來玉米播種面積不斷增加，至2013年黑龍江省玉米播種面積已超過1億畝，玉米總產(chǎn)也呈現(xiàn)增加的趨勢，然而玉米總產(chǎn)增加是以播種面積的增加為基礎(chǔ)，因此，提高玉米單產(chǎn)是穩(wěn)步提升玉米綜合生產(chǎn)力的必要措施和途徑［2］。玉米的產(chǎn)量除受氣候因素的影響外，還受耕作［3］、栽培［4］、施肥［5］等人為因素的制約。其中肥料對玉米產(chǎn)量的提高起到了至關(guān)重要的作用，平衡施肥是提高玉米產(chǎn)量的重要措施之一［6-8］。雖然人們已經(jīng)越來越重視肥料的科學(xué)施用，但東北春玉米生產(chǎn)土壤管理及肥料施用中仍然存在許多問題［9］。目前，黑龍江省許多地區(qū)農(nóng)民施肥仍然存在盲目性，認為高投入就會獲得高產(chǎn)量，長期投入高量化學(xué)肥料，施肥結(jié)構(gòu)不合理，造成土壤養(yǎng)分不平衡，氮、磷、鉀比例失衡［10］，不但限制了玉米產(chǎn)量效益的提高，也造成了肥料浪費及環(huán)境污染［11］。

雙城市位于黑龍江省西南部，是國家主要糧食生產(chǎn)基地。主要耕地土壤為黑土、黑鈣土，現(xiàn)有耕地面積18.9萬hm2，其中玉米年平均播種面積為15.1萬hm2，占農(nóng)作物總播種面積的80%，總產(chǎn)量達15.5億kg左右。在國家76個商品糧基地縣中，雙城玉米總產(chǎn)、單產(chǎn)、人均占有量、國家調(diào)出量、出口量均居全國前十位［12］。為此文章以黑龍江省典型玉米主產(chǎn)區(qū)雙城為試驗地點，研究了2008年-2012年玉米施用不同肥料的產(chǎn)量反應(yīng)及肥料效應(yīng)，明確黑龍江省雙城市土壤養(yǎng)分限制因子及目前農(nóng)民習(xí)慣施肥中存在的問題，為該區(qū)玉米優(yōu)化施肥及高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

2008年-2012年試驗設(shè)在黑龍江省雙城市。土壤類型均為黑土，質(zhì)地壤土，前茬作物玉米，田間小區(qū)試驗選取區(qū)域 (鄉(xiāng)、村)包括高中低肥力土壤，土壤的基礎(chǔ)肥力狀況見表1。

表1 土壤基本化學(xué)性質(zhì)Tab.1 Basic soil chemical properties

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)7個處理，分別為OPT(優(yōu)化施肥)、O-N(不施氮)、O-P(不施磷)、O-K(不施鉀)、O-Zn(不施鋅)、O-S(不施硫)和FP(農(nóng)民習(xí)慣施肥)。其中OPT處理為推薦最佳施肥處理，由國際植物營養(yǎng)研究所北京辦事處 (IPNI)對本試驗地的土壤化驗后，采用土壤養(yǎng)分分級與目標產(chǎn)量法推薦施肥量;各減素處理是在OPT處理的基礎(chǔ)上進行;FP處理為農(nóng)民習(xí)慣施肥 (只施氮磷鉀肥)。小區(qū)面積30 m2，3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。2008年供試玉米品種為鄭單958;2009年和2010年品種為吉單180; 2011年和2012年品種為利民33。玉米種植密度為5萬株·hm-2～6萬株·hm-2。2008年氮肥30%作基肥，70%作追肥;2009年-2012年氮肥40%作基肥，60%作追肥，其它全部肥料作基肥一次性施入。氮、磷、鉀、鋅和硫肥分別用尿素 (含N 46%)、重過磷酸鈣 (含P2O546%)、氯化鉀 (含K2O 60%)、氧化鋅 (含Zn 35%)和石膏 (含S 23%)，肥料養(yǎng)分用量見表2。

表2 OPT及FP處理肥料養(yǎng)分用量(kg·hm-2)Tab.2 Application rates of diffferent fertilizers in optimal fertilization and farmer’s fertilizer practices

1.3 測定項目及方法

春季播種前S型取樣法采集耕層土壤進行土壤養(yǎng)分分析;秋季測產(chǎn)時采集各小區(qū)有代表性的玉米5株，將植株和籽粒樣品于105℃殺青30 min，70℃烘干，稱重，測定樣品中全氮、全磷、全鉀含量。

土壤有機質(zhì)及養(yǎng)分含量測定采用常規(guī)方法［13］;pH測定中水土比為2.5∶1，復(fù)合電極測定。玉米植株和籽粒全氮、磷、鉀采用H2SO4-H2O2消煮，氮采用凱氏法測定，磷采用釩鉬黃比色法測定，鉀采用火焰光度計法測定。

1.4 計算方法

平衡系數(shù)=養(yǎng)分投入/養(yǎng)分支出=［施入養(yǎng)分量/(植株養(yǎng)分吸收量+籽粒養(yǎng)分吸收量)］;

N利用率=［OPTFP處理吸氮量-不施氮處理吸氮量］/施氮量×100%;

P利用率=［OPTFP處理吸磷量-不施氮處理吸磷量］/施磷量×100%;

K利用率=［OPTFP處理吸鉀量-不施氮處理吸鉀量］/施鉀量×100%。

氮磷鉀鋅硫肥農(nóng)學(xué)效率=［(OPTFP處理籽粒產(chǎn)量-不施氮磷鉀鋅硫處理的籽粒產(chǎn)量)］/施氮磷鉀鋅硫量。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對玉米產(chǎn)量的影響

5年試驗結(jié)果表明，合理施用氮磷鉀鋅硫肥對玉米產(chǎn)量有明顯的促進作用，見表3。除2011年，平衡施肥 (OPT處理)玉米產(chǎn)量與農(nóng)民習(xí)慣施肥處理(FP)差異不大，其它年份OPT處理玉米產(chǎn)量均顯著高于FP處理，增產(chǎn)率5.9%～28.3%，平均為12.6%。O-N、O-P、O-K、O-Zn、O-S、O-Zn各減素處理較OPT處理分別平均減產(chǎn)27.7%、18.4%、17.6%、7.8%和9.7%。由表3還可以看出，除2011年不施磷肥玉米產(chǎn)量降低不顯著外，五年試驗結(jié)果均表明，不施氮磷鉀肥玉米顯著減產(chǎn)。2012年不施鋅肥玉米減產(chǎn)顯著;2009年、2011年和2012年不施硫肥玉米減產(chǎn)顯著。由以上數(shù)據(jù)分析可見，氮仍然是該地區(qū)玉米產(chǎn)量的主要土壤養(yǎng)分限制因子，其次是鉀肥和磷肥，鋅和硫是玉米產(chǎn)量的潛在限制因子。

2.2 施肥對玉米氮磷鉀養(yǎng)分吸收的影響

營養(yǎng)元素缺乏和不均衡供給會成為土壤養(yǎng)分限制因子和潛在限制因子，對作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)構(gòu)成嚴重威脅，應(yīng)該引起足夠重視［14］。試驗結(jié)果表明，平衡施肥對玉米養(yǎng)分吸收具有顯著促進作用，OPT處理氮磷鉀養(yǎng)分吸收量顯著高于農(nóng)民習(xí)慣施肥處理及各減素處理，見表4。2008年-2012年OPT處理較FP處理N、P2O5、K2O吸收量分別平均增加13.4 kg·hm-2、9.0 kg·hm-2和12.4 kg·hm-2。OPT處理植株總的吸N量平均比O-N、O-P、O-K、FP處理分別提高30.0%、14.0%、16.3%和7.3%;吸P2O5量分別提高21.4%、18.7%、15.0%和12.5%;吸K2O量分別提高19.3%、11.5%、27.0%和7.8%。氮磷鉀各元素之間具有相互促進的作用，某種元素的缺乏，不但會影響玉米對該種養(yǎng)分的吸收，還會使其它養(yǎng)分的吸收受到抑制。缺氮除影響玉米植株對氮的吸收外，還會影響其對磷鉀的吸收，同樣缺磷、缺鉀均會影響植株對氮磷鉀的吸收。說明平衡施肥有利于玉米對養(yǎng)分的均衡吸收。在玉米成熟期OPT處理每形成100 kg玉米籽粒平均吸收N 1.91 kg、P2O50.72 kg，K2O 1.93 kg，比例為2.7∶1.0∶2.7。

表3 不同施肥對玉米產(chǎn)量的影響 (kg·hm-2)Tab.3 Effect of different fertilizer treatments on corn yield

表4 不同處理玉米植株養(yǎng)分吸收量 (kg·hm-2)Tab.4 Effect of different fertilizer treatments on corn nutrient absorption

2.3 施肥對氮磷鉀肥利用率及平衡系數(shù)的影響

2008年-2012年試驗結(jié)果表明，采用平衡施肥措施玉米氮磷鉀肥農(nóng)學(xué)效率及肥料利用率均顯著高于農(nóng)民習(xí)慣施肥處理。不同肥料對玉米農(nóng)學(xué)效率影響效果不同，見圖1。OPT處理，N、P2O5、K2O的農(nóng)學(xué)效率分別平均為14.9 kg·kg-1、23.1 kg·kg-1、19.0 kg·kg-1;比農(nóng)民習(xí)慣施肥處理分別增加氮磷鉀肥農(nóng)學(xué)效率6.5 kg·kg-1、17.5 kg·kg-1、7.0 kg·kg-1。從氮磷鉀肥料利用率上看，雙城市玉米生產(chǎn)OPT處理氮肥利用率(N)為30.4%～39.1%，平均為35.8%;磷肥利用率(P2O5)為18.8%～26.1%，平均為22.8%;鉀肥利用率(K2O)為39.1%～56.3%，平均為48.3%，見圖2。FP處理氮肥利用率 (N)為19.6%～34.2%，平均為27.7%;磷肥利用率 (P2O5)為7.6%～11.8%，平均為9.4%;鉀肥利用率(K2O)為27.6%～46.3%，平均為38.8%。OPT處理分別比FP處理氮磷鉀肥利用率提高了8.1%、13.4%和9.5%。進一步說明氮磷鉀合理配施有利于提高肥料利用效率。

圖1 不同施肥處理氮磷鉀肥農(nóng)學(xué)效率Fig.1 Agronomic efficiency of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizer under different fertilization treatments

圖2 不同施肥處理氮磷鉀肥料利用率Fig.2 Utilization rate of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizer under different fertilization treatments

表觀平衡系數(shù)可以表征土壤養(yǎng)分平衡狀況，評價肥料適宜用量。通過對黑龍江省雙城市五年的田間小區(qū)試驗，結(jié)果表明，推薦施肥處理在氮磷鉀肥施用量為N 150 kg·hm-2～160 kg·hm-2、P2O560 kg·hm-2～75 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2～100 kg·hm-2的條件下，土壤中氮 (N)的平衡系數(shù)為0.76～0.92，平均為0.85;磷 (P2O5)的平衡系數(shù)為0.80～1.27，平均為0.96;鉀 (K2O)的平衡系數(shù)為0.27～0.65，平均為0.50(表5，圖3)。農(nóng)民習(xí)慣施肥處理在氮磷鉀肥施用量為N 150 kg·hm-2，P2O585 kg·hm-2～92 kg·hm-2，K2O 50 kg·hm-2～60 kg·hm-2的條件下，土壤中氮 (N)的平衡系數(shù)為0.82～0.92，平均為0.89;磷 (P2O5)的平衡系數(shù)為1.20～1.95，平均為1.44;鉀 (K2O)的平衡系數(shù)為0.31～0.47，平均為0.38(表5，圖3)。結(jié)合氮磷鉀肥施用量分析，與推薦施肥相比，該地區(qū)玉米生產(chǎn)農(nóng)民習(xí)慣施肥中，氮施用量N150 kg·hm-2略有不足，磷肥用量過高，鉀肥用量過低;磷肥 (P2O5)用量應(yīng)在67.5 kg·hm-2～85 kg·hm-2基本可以滿足玉米高產(chǎn)的需要，鉀肥用量 (K2O)應(yīng)大于75 kg·hm-2。

表5 氮磷鉀的平衡系數(shù)及肥料利用率Tab.5 Balance coefficient and utilization rate of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizer

圖3 不同施肥處理氮磷鉀平衡系數(shù)Fig.3 Balance coefficient of nitrogen，phosphorus and potassium under different fertilization treatments

3 討 論

3.1 雙城市肥料利用率

研究結(jié)果表明，雙城市OPT處理玉米氮磷鉀肥利用率變幅在30.0%～39.3%，平均35.7%;磷肥利用率變幅在20.0%～26.7%，平均23.3%;鉀肥利用率變幅在45.0%～56.0%，平均為49.5%。1992年朱兆良等［15］總結(jié)了782個田間試驗數(shù)據(jù)，結(jié)果表明當時的主要糧食作物的氮肥利用率變化在28%～41%之間，平均為35%。1998年進一步指出當時我國主要糧食作物的氮肥利用率為30%～35%，磷肥利用率平均為15%～20%，鉀肥利用率為35%～50%［16］。張福鎖等總結(jié)了近年來在全國糧食主產(chǎn)區(qū)進行的1 333個田間試驗結(jié)果，指出相對于朱兆良的研究結(jié)果，目前我國主要糧食作物的氮磷鉀肥料利用率均呈逐漸下降趨勢，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是肥料用量的增加。我國主要糧食作物氮肥利用率變幅在10.8%～40.5%，平均為27.5%;磷肥利用率變幅在7.3%～20.1%，平均為11.6%;鉀肥利用率變幅在21.2%～35.9%，平均為31.3%［17］。從試驗肥料利用率與全國平均肥料利用率數(shù)據(jù)分析比較，可以看出，雙城市肥料利用率略高于全國平均水平或處于全國平均水平范圍內(nèi)，其主要原因是該地區(qū)氮磷鉀肥施用量低于國內(nèi)其它省份。從氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥利用率這兩個指標來看，雙城市氮肥農(nóng)學(xué)效率 (11.6 kg·kg-1～21.0 kg·kg-1)和氮肥利用率 (30.0%～39.3%)遠遠低于其他一些國家和地區(qū)在試驗條件下所得到的20.0 kg·kg-1～25.0 kg·kg-1的氮肥農(nóng)學(xué)效率和40%～60%的氮肥利用率［18］。因此，提示我們可以進一步調(diào)整肥料結(jié)構(gòu)，優(yōu)化肥料用量，改進施肥措施，注重微量元素鋅硫肥的施用，在保證作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的前提下最大限度的提高肥料利用率。

3.2 雙城市土壤養(yǎng)分限制因素及平衡系數(shù)

了解和掌握土壤養(yǎng)分限制因素對于確定合理施肥措施具有重要的意義。冷玲等［19］對黑龍江省雙城市多點取樣進行土壤養(yǎng)分空間變異分析，結(jié)果表明，黑龍江省雙城市黑鈣土硼含量較高，氮含量較低。試驗通過產(chǎn)量效果研究也表明氮素仍然是限制該地區(qū)玉米產(chǎn)量的主要限制因子。劉學(xué)軍等［20］通過大量試驗數(shù)據(jù)研究表明，從1980年至2010年，我國氮沉降數(shù)從20世紀80年代的13.28 kg·hm-2增至21世紀的21.1 kg·hm-2，增長近8.0 kg·hm-2。試驗研究表明，雙城市玉米農(nóng)民習(xí)慣施肥處理在氮施用量為N 150 kg·hm-2的條件下，土壤中氮 (N)的平衡系數(shù)為0.82～0.92，未達到1.0，說明氮肥用量不足。由于沉降到地面的氮能被植物吸收利用，若按8.0 kg·hm-2的氮沉降數(shù)考慮，經(jīng)過計算，平衡系數(shù)仍未達到1.0，進一步說明該試驗地區(qū)氮肥用量略有不足。本試驗中無論是推薦施肥處理還是農(nóng)民習(xí)慣施肥處理，鉀的平衡系數(shù)均遠小于1，因此，應(yīng)適當增加鉀肥用量，否則長期種植玉米易造成土壤鉀素的虧缺。

4 結(jié) 論

①五年試驗結(jié)果表明，施用氮磷鉀鋅硫肥均對雙城市玉米產(chǎn)量具有明顯的促進作用。該地區(qū)主要土壤養(yǎng)分限制因子是氮，其次是鉀磷，鋅和硫是潛在限制因子，推薦施肥處理玉米產(chǎn)量均顯著高于農(nóng)民習(xí)慣施肥處理，平均增產(chǎn)率達12.6%。

②氮磷鉀合理配施促進了玉米養(yǎng)分吸收、提高肥料農(nóng)學(xué)效率及利用率。與農(nóng)民習(xí)慣施肥處理相比，推薦施肥處理分別增加氮磷鉀肥農(nóng)學(xué)效率6.5 kg·kg-1、17.5 kg·kg-1、7.0 kg·kg-1;分別提高氮磷鉀肥利用率8.1%、13.4%和9.5%，氮磷鉀肥利用率仍有較大的提升空間。

③黑龍江省雙城市玉米生產(chǎn)中，試驗區(qū)農(nóng)民習(xí)慣施肥存在的問題為:氮肥用量略有不足，磷肥用量過高，鉀肥用量不足。該區(qū)玉米生產(chǎn)中，氮肥用量應(yīng)不低于N 160 kg·hm-2，磷施用量應(yīng)控制在P2O567.5 kg·hm-2～85 kg·hm-2之間，鉀肥用量應(yīng)不低于K2O 75 kg·hm-2。

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Optimal Fertilization of M aize Production in Black Soil Region of Heilongjiang Province——A Case Study in Shuangcheng City

JIJing-hong1，2，3，LIYu-ying3，LIU Shuang-quan3，TONG Yu-xin3，LIU Ying3，ZHANG Ming-yi3
(1.Northeast Forestry University Postdoctoral Program，Harbin 150040，China;2.Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences Postdoctoral Program，Harbin 150086，China;3.Institute of Soil Fertilizer and Environment Resources of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，The Key Lab of Soil Environment and Plant Nutrition，Research Center of Fertilizer Engineering and Technology of Heilongjiang Province，Harbin，150086，China)

Based on 5-year field plotexperiments in Shuangcheng city，the effect of different fertilizers on corn yield and fertilizer efficiency was studied in order to understand limiting factors of soil nutrients，to produce themaximum yield，and to achieve high yield and high efficiency of corn in Heilongjiang Province.The results showed that corn production decreased withoutnitrogen，phosphorus，potash，zinc and sulfur fertilizers.Compared with OPT treatment，corn yield with O-N，O-P，O-K，O-Zn，and O-S treatment decreased by an average of 27.7%，18.4%，17.6%，7.8%and 9.7%，respectively;Corn yield，nutrient absorption amount，agronomic efficiency and fertilizer utilization rate were improved by rational fertilization with N，P and K fertilizers.Compared with farmer’s routine fertilization practice(FP)，optimal fertilization increased corn yield by 12.6%;improved nutrient absorption amount of N，P2O5and K2O by 13.4 kg·hm-2，9.0 kg·hm-2and 12.4 kg·hm-2，respectively;agronomic efficiency increased by 6.5 kg·kg-1，17.5 kg·kg-1，and 7.0 kg·kg-1，respectively;and fertilizer utilization rate improved by 8.1%，13.4%and 9.5%，respectively.In Shuangcheng city，nitrogen was amain limiting factor of soil nutrients，followed by potassium and phosphorus，while the potential limiting factors were zinc and sulfur.Therefore，for farmer’s fertilization practice in Shuangcheng city，nitrogen fertilizer was slightly insufficient，phosphorus fertilizerwas over sufficient，and potash fertilizerwas deficient.More attention should be paid to increase potash fertilizer use;otherwise，itwould easily lead to soil potassium deficiency for continuous corn planting.

book=65,ebook=20

Heilongjiang;corn;yield;agronomic efficiency;utilization rate of fertilizer

10.11689/j.issn.2095-2961.2015.02.003

2095-2961(2015)02-0064-07

S147.5;S158.3

A

2014-11-21;

2014-12-26.

國際合作項目 (S2013ZR0302);黑龍江省博士后資助項目 (LBH-Z10043);哈爾濱市科技創(chuàng)新人才研究專項資金項目(2012RFLYN010);IPNI資助項目(NMBF-Heilongjiang-2012).

姬景紅 (1979-)，女，黑龍江海林人，博士，副研究員，研究方向為土壤肥力與植物營養(yǎng).

李玉影 (1962-)，女，黑龍江方正人，博士，研究員，研究方向為植物營養(yǎng).