長期定位施肥對小麥產量及土壤肥力的變化研究

歐俊輝，張 海

(西北農林科技大學,陜西楊凌 712100)

土壤是人類繁衍生息所無法或缺的重要資源，也是農業(yè)經濟基礎的必要保證[1]。土壤肥力作為土壤的基礎特性之一，在作物、植物生長時為其提供營養(yǎng)、環(huán)境等方面的重要幫助；同時，土壤肥力也是農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎資源，是化學、物理、生物與生態(tài)學性質的綜合表現(xiàn)。使農作物產量形成良性循環(huán)發(fā)展，關鍵是必須協(xié)調好生態(tài)系統(tǒng)中的基礎能量與儲備能量的關系[2]。土壤長期定位施肥試驗是利用長期固定的模式對所施肥土壤進行監(jiān)測，相比于短期常規(guī)施肥形式具有長期穩(wěn)定性，獲取信息更加可靠、多樣、準確、系統(tǒng)等優(yōu)點，是檢驗不同肥料配施的情況下土壤營養(yǎng)成分變化的重要方法[3～4]。長期定位施肥試驗可以有效的探究出土壤肥力的變化規(guī)律與變化情況，對土壤所需營養(yǎng)物質，農作物與需肥關系，所施肥與土壤營養(yǎng)元素的影響等方面作出科學的評價[5]。早在160年前，世界上最早的長期試驗田便在英國洛桑建立[6～7]。本文以長期定位試驗為基礎，研究長期定位試驗對土壤中各營養(yǎng)元素的影響，為科學施肥提供指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于1981年開始，試驗區(qū)域位于陜西合陽縣甘井鄉(xiāng)渭北旱原東北部。該地區(qū)年均降雨量為598.7mm，年均氣溫約為10.8℃，年最高氣溫大約為40.2℃，最低可達-21.1℃。試驗區(qū)種植作物為小麥，試驗區(qū)土壤所含有機質約為11.3g/kg，全氮0.757g/kg，全磷1.297g/kg，堿解氮含量為13.7mg/kg，速效鉀為149.6mg/kg，速效磷為2.24mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗設置分為四組，分別為（1）對照組（不施肥，CK）；（2）氮磷鉀（NPK）；（3）有機肥（OM）；（4）氮磷鉀+有機肥（NPK+OM）。其中，尿素提供氮素用作氮肥，過磷酸鈣提供磷素作為磷肥，硫酸鉀提供鉀素，利用豬糞覆蓋作為有機肥施用。N、P2O5、K2O三種肥料用量分別為150、75、75kg/hm2。

1.3 測定項目及其方法

1.3.1 小麥產量：每個處理區(qū)域選取3～6個點位，每個測定點2m2，常規(guī)方法進行檢測。

1.3.2 土壤肥力：土壤樣品，每年小麥收獲后各處理區(qū)域隨機挑選5～10個取樣點，使用四分法取表層土壤（0～20cm），對采集濕土去石子、植物殘枝等，過2毫米篩，混合均勻儲存在0～4℃用于土壤養(yǎng)分分析，土壤樣品分析均采用常規(guī)方法[8]。其中有機質使用重鉻酸鉀容量法——外加熱法[9]，土壤有效磷利用碳酸氫鈉浸提——鉬銻抗比色法，土壤堿解氮利用擴散皿滴定法，土壤速效鉀利用乙酸銨浸提——原子吸收分光光度計法。

2 結果與分析

2.1 施肥對小麥產量的影響

由圖1可得，NPK、OM、NPK+OM施肥后的作物產量連續(xù)十年明顯高于CK對照組，NPK與OM處理的小麥產量都出現(xiàn)了緩慢上升的趨勢，在第十年也都出現(xiàn)了產量下降，是由于NPK處理的土壤中無機化肥過量，導致土壤出現(xiàn)速效磷等元素過量，土壤缺少有機質無法正常代謝與循環(huán)，抑制作物生長所致；單施有機肥（OM）產量下降是由于土壤營養(yǎng)元素不足，無法繼續(xù)給作物提供充足的養(yǎng)分，導致作物產量有所下降。利用無機-有機肥配施的方式（NPK+OM）可以使作物產量維持在一個較為理想的水平，不會出現(xiàn)斷崖式的下跌。無機-有機肥配施最高年產量可達7 968kg/hm2，最低為第一年5 638kg/hm2。NPK處理年產量最高可達6 814kg/hm2，最低為4 768kg/hm2，OM處理年產量最高可達6 864kg/hm2，最低為4 382kg/hm2。兩種處理模式低于無機-有機肥配施。

圖1 2005～2015年連續(xù)定位施肥小麥產量

由表1可知，2005～2015年間小麥平均產量由高到低分別為NPK+OM、NPK、OM、CK。其中NPK+OM處理產量最高，平均年產量可達6 716.9kg.hm2，是CK處理的1.79倍、NPK處理的1.15倍、OM處理的1.21倍，OM與NPK處理無顯著差異，三種處理均顯著高于CK。長期定位施肥可有效提高作物產量。

表1 2005～2015年長期定位施肥小麥產量

2.2 施肥對土壤肥力指標的影響

2.2.1 施肥對土壤有機質的影響

由表2可以看出，不同施肥模式對土壤中有機質會產生極大影響，無機肥料與有機肥對土壤有機質均有所影響，隨著肥料進入土壤，土壤有機質也在相應上升。各處理土壤中有機質含量依次為OM、NPK+OM、NPK、CK。經過十年施肥，單施有機肥可使土壤有機質提升58.7%，單施無機肥可使土壤有機質提升28.7%，無機-有機肥配施可使土壤有機質提升41.2%。由此可見，利用有機肥施肥可顯著提高土壤中有機質的含量，達到迅速提升土壤有機質的效果，可以用作改善有機質貧乏的地區(qū)。

表2 2005～2015年連續(xù)定位施肥土壤有機質含量g/kg

2.2.2 施肥對土壤速效磷的影響

磷能夠使作物生長更加強壯，促進農產品光合作用。磷元素太低時，作物會因缺磷而死亡。由圖2可知，不同處理中，NPK+OM處理會使土壤中速效磷呈現(xiàn)快速上升的趨勢，在使用NPK+OM肥料7年后土壤速效磷含量趨于平穩(wěn)。NPK與OM處理區(qū)域，土壤所含速效磷出現(xiàn)緩慢上升，在施肥4～5年后土壤中速效磷趨于平穩(wěn)。CK對照組中土壤所含速效磷有所下降，6年后土壤中含量趨于平穩(wěn)。與單一的氮磷鉀肥料與有機肥料相比，混合施肥在提升土壤速效磷方面具有一定優(yōu)勢，是由于單施無機肥，磷素過多會造成土壤板結，導致再施入磷肥土壤無法繼續(xù)循環(huán)、吸收；單施有機肥導致磷素含量不能得到及時補充，無機-有機肥混合施用可以較好的解決這一問題。但需要注意的是磷素過多容易造成土壤酸化、板結，嚴重時會導致作物死亡，帶來不可挽回的損失，要定期檢測土壤磷素含量，以保證不會造成這一嚴重后果。

圖2 2005～2015年連續(xù)定位施肥土壤有效磷含量

2.2.3 連續(xù)定位施肥對土壤堿解氮的影響

氮素是植物構成所需營養(yǎng)物質與蛋白質的重要成分部分，同時對植物莖葉的生長和果實的發(fā)育有至關重要作用，是產量最密切的營養(yǎng)元素。由圖3可知，NPK、OM與NPK+OM進行連續(xù)施肥后土壤所含堿解氮含量均會緩慢上升，CK處理下土壤堿解氮基本沒有顯著變化。OM處理土壤堿解氮也有所上升，是因為土壤中堿解氮的含量與土壤有機質密切相關，有機質的含量會直接影響土壤堿解氮的含量，造成堿解氮含量升高。

圖3 2005～2015年連續(xù)定位施肥土壤堿解氮含量

2.2.4 施肥對土壤速效鉀的影響

鉀素可以更好的提升果實品質，增強植株抗寒能力。土壤中缺鉀時會造成作物鉀素缺乏，此時作物內部碳水化合物的代謝會受到影響，同時也會抑制光合作用的產生，而增加植物呼吸作用。當速效鉀含量高時，土壤陽離子替換率增高，對土壤保水保肥十分有利，同時也能夠滿足農作物對鉀素的需求，速效鉀含量較低時，農作物抗病、抗逆性下降，同時作物產量與品質也會有所下降，此時土壤陽離子替換率降低，不利于土壤的保水保肥。由圖4可知，有機肥相比于單施無機肥料與無機-有機肥配施在提高土壤速效鉀方面影響更大，使用有機肥處理的區(qū)域速效鉀含量可達250mg/kg以上，而CK對照組區(qū)域所含速效鉀較為平穩(wěn)，沒有顯著變化。

3 結論

通過本次試驗表明，長期定位施肥可以使作物增產；單施有機肥、無機化肥在提高小麥產量上效果相當，差異不大；無機-有機肥混合施用可增產78%，效果十分理想。

圖4 2005～2015年連續(xù)定位施肥土壤速效鉀含量

針對土壤中營養(yǎng)元素指標而言，施肥可以顯著提升土壤所含有機質，其中有機肥效果優(yōu)于無機化肥與無機-有機肥肥料，施肥還可以使土壤中速效磷、堿解氮、速效鉀等必須元素顯著上升，施用有機肥后土壤中有效鉀含量會多于施用無機肥的土壤。

土壤在不施肥的情況下土壤肥力指標在短期幾年內有所下降，同時土地所種植小麥產量無明顯變化，這與YiBingMa[10]等人的研究結論基本一致。

由于本次試驗只考慮產量與土壤這兩者情況，沒有考慮長期定位施肥給土壤與作物帶來的污染與影響，故要利用長期定位施肥進行有針對性的施肥，還需要進行重金屬以及其他污染物的定期監(jiān)測，保證土壤與食品安全。

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