秸稈還田條件下減量施磷對玉米產(chǎn)量、磷素利用率及土壤磷含量的影響

王秀娟，解占軍，何志剛，韓瑛祚，鄒曉錦，婁春榮，雋英華

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學院 植物營養(yǎng)與環(huán)境資源研究所，遼寧 沈陽 110161)

農(nóng)作物秸稈是一種含碳豐富的能源物質(zhì)，對保持和提高土壤肥力、促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展均有重要作用[1]。2008年我國農(nóng)田產(chǎn)生的秸稈總量達8.1億t，這些秸稈能提供氮7.5×106t、P2O52.3×106t和 K2O 1.2×107t[2-3]。但大部分秸稈被就地焚燒，造成巨大的資源浪費和環(huán)境污染[2]，秸稈不合理應用產(chǎn)生的環(huán)境污染問題亟待解決。因此，秸稈還田對穩(wěn)定土壤生產(chǎn)力、保護環(huán)境免受污染具有十分重要的作用。

磷肥在提高作物產(chǎn)量方面具有不可替代的作用。我國化肥投入量一直呈現(xiàn)增加趨勢，2013 年我國種植業(yè)化肥施用量(折純)為5 498萬t，其中磷肥(P2O5)施肥量為1 175萬t，供應過剩680萬t[4]。我國磷肥當季利用率一直較低，只有5%～25%[5-6]，且地區(qū)間存在差異。目前，我國水稻、小麥和玉米的磷肥利用率分別介于11.6%～13.7%、7.3%～20.1%和9.7%～12.6%[7]，大部分磷素儲存于土壤，存在環(huán)境危險[6,8-10]。磷肥的利用率受施磷量影響較大[11]，需要尋求科學的施肥技術(shù)，以實現(xiàn)在化肥減量的情況下，保證作物產(chǎn)量和質(zhì)量。研究表明，秸稈還田能促進土壤有機質(zhì)的積累，改善土壤結(jié)構(gòu)[12-18]，提高肥料的利用率[19-20]。隨著農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展，遼寧省玉米秸稈還田規(guī)模越來越大，但關(guān)于秸稈還田模式下減量施肥在玉米上的應用研究未見報道。為此，選用東北農(nóng)區(qū)主栽玉米品種鄭單958，研究秸稈還田條件下減少磷肥用量對玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收、磷素利用率及土壤磷含量的影響，以期為生產(chǎn)實踐中秸稈還田技術(shù)的科學使用以及磷肥的合理調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2013年4月—2016年10月，在遼寧省昌圖縣東嘎鎮(zhèn)坤都村進行。該區(qū)位于123°32′～124°26′E、42°23′～43°29′N，屬于中溫帶亞濕潤季風型大陸性氣候，四季分明，年降水量655 mm，是典型的北方平原旱作農(nóng)業(yè)區(qū)。該地區(qū)土壤類型為棕壤土，耕層養(yǎng)分含量為有機質(zhì)14.8 g/kg、全氮1.3 g/kg、全磷0.6 g/kg、全鉀16.4 g/kg、堿解氮70.0 mg/kg、有效磷16.7 mg/kg、速效鉀163 mg/kg，pH值為6.0，土壤孔隙度為48.83%，土壤容重為1.36 g/cm3。

供試玉米品種為鄭單958。供試肥料為尿素(含N 46%)、磷酸二銨(含N 18%、P2O546%)、硫酸鉀(含K2O 50%)、磷素活化劑(植酸酶)。

1.2 試驗設(shè)計

采用大田試驗，設(shè)置5個處理，P0：無秸稈還田、不施肥(對照)；P75：常規(guī)施肥，即無秸稈還田，N、P2O5、K2O用量分別為180、75、90 kg/hm2；SP75：秸稈還田，N、P2O5、K2O用量分別為180、75、90 kg/hm2；SAP75：秸稈還田，N、P2O5、K2O用量分別為180、75、90 kg/hm2，施磷素活化劑225 kg/hm2；SAP60：秸稈還田，N、P2O5、K2O用量分別為180、60、90 kg/hm2，磷肥用量減少了20%，施磷素活化劑225 kg/hm2。每個處理3次重復，小區(qū)面積為35 m2。肥料作為基肥一次施入，磷素活化劑與肥料一起基施。2012年秋季進行秸稈粉碎機械翻壓還田，第2年4月人工等距點播玉米，種植密度為60 000株/hm2，正常田間管理，9月收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 植株氮、磷、鉀含量 成熟期，每小區(qū)采集代表性植株5株和玉米穗5穗，70 ℃烘干，然后測定玉米籽粒質(zhì)量和秸稈氮、磷、鉀含量。樣品用H2SO4和H2O2消煮，全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定，全磷和全鉀含量分別用鉬藍比色法和火焰光度法測定。然后計算養(yǎng)分吸收量和磷素利用率，養(yǎng)分吸收量=成熟期植株養(yǎng)分(氮、磷、鉀)含量×植株總干質(zhì)量，磷素利用率= (施肥處理地上部吸磷量-不施肥處理地上部吸磷量) /施磷量×100%[21-22]。

1.3.2 土壤有機質(zhì)及磷含量 收獲后，每個小區(qū)采用五點混合取樣法，采集0～20 cm耕層土壤，土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)測定，全磷含量采用氫氧化鈉熔融—鉬銻抗比色法測定，有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測定。

1.3.3 產(chǎn)量 每個處理選取有代表性的10 m2樣區(qū)分別測定秸稈質(zhì)量和穗質(zhì)量，每個樣區(qū)取10株進行考種，最后折算秸稈風干產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量(籽粒產(chǎn)量按14%含水量計算)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007進行整理分析并作圖，采用SPSS 19.0 軟件進行統(tǒng)計分析，多重比較采用Duncan’s新復極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田條件下減量施磷對玉米產(chǎn)量的影響

由圖1可知，與不施肥處理相比，2014—2016年所有施肥處理玉米籽粒產(chǎn)量均顯著增加，2016年玉米秸稈產(chǎn)量也顯著增加。與P75處理相比，2013年所有秸稈還田配施化肥處理玉米籽粒和秸稈產(chǎn)量均有所下降，其中籽粒產(chǎn)量下降了0.12%～5.43%，秸稈產(chǎn)量下降了1.64%～5.16%；其他年份玉米籽粒和秸稈產(chǎn)量均有所上升。其中，2014年籽粒產(chǎn)量提高了1.56%～2.82%，秸稈產(chǎn)量提高了1.89%～2.20%；2015年籽粒產(chǎn)量提高了3.56%～5.82%，秸稈產(chǎn)量提高了1.06%～3.97%；2016年籽粒產(chǎn)量提高了6.96%～8.08%，秸稈產(chǎn)量提高了2.54%～3.97%。與P75處理相比，2014—2016年SAP60處理籽粒產(chǎn)量分別增加了2.82%、5.15%和8.08%，秸稈產(chǎn)量分別增加了2.02%、1.06%和2.54%。SAP75處理籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量均與SAP60處理無顯著差異，尤其是2015和2016年，數(shù)值非常接近。表明隨著秸稈還田時間的增加，秸稈還田配施化肥處理玉米產(chǎn)量較常規(guī)施肥處理穩(wěn)定增加，尤其是秸稈還田配施磷肥減量20%處理，其產(chǎn)量同樣表現(xiàn)出增加的趨勢，說明秸稈還田條件下磷肥減量20%并不影響玉米籽粒產(chǎn)量。

不同字母表示不同處理間的差異達到顯著水平(P<0.05)

2.2 秸稈還田條件下減量施磷對玉米養(yǎng)分吸收及磷素利用率的影響

由表1可知，與不施肥處理相比，2013—2016年所有施肥處理氮、磷、鉀吸收量總體上均顯著提高。與P75處理相比，2013—2016年所有秸稈還田配施化肥處理氮吸收量均提高，但差異均不顯著。其中，2013年氮吸收量平均提高了1.12%，2014年平均提高了7.88%，2015年平均提高了2.28%，2016年平均提高了8.13%。表明秸稈還田促進了氮素吸收。另外，所有秸稈還田配施化肥處理之間的差異均不顯著，說明在秸稈還田條件下，減少磷用量不影響玉米對氮素的吸收。

與P75處理相比，在等量磷素條件下，2013年SP75和SAP75處理磷吸收量平均提高了1.37%，2014年提高了1.79%，2015年提高了2.83%，2016年提高了0.40%，表明秸稈還田促進了磷素吸收；而SAP60處理在2013和2014年磷吸收量分別下降了3.69%和0.22%，2015年之后與常規(guī)施肥處理持平甚至略有增加，且所有秸稈還田配施化肥處理之間的差異均不顯著。說明在秸稈還田初期，磷肥施用不足會影響玉米對磷素的吸收，但隨著秸稈還田時間的增加，減少磷用量不影響玉米對磷素的吸收。

與P75處理相比，2013—2016年所有秸稈還田配施化肥處理鉀吸收量均提高，但差異均不顯著。2013年鉀吸收量平均提高了3.94%，2014年提高了7.87%，2015年提高了10.42%，2016年提高了7.01%，所有秸稈還田配施化肥處理之間的差異均不顯著。其中，2013—2016年SAP60處理鉀吸收量分別提高了3.57%、8.31%、6.97%、7.27%?？傮w上，秸稈還田時間越長越有利于玉米植株對鉀素的吸收利用，且減少磷用量不影響玉米對鉀素的吸收。

與P75處理相比，所有秸稈還田配施化肥處理均提高了玉米植株磷素利用率，尤其是SAP60處理。其中，2013—2016年SP75處理磷素利用率分別提高了1.27、0.67、2.37、3.21個百分點，SAP75處理分別提高了1.71、2.89、3.28、3.23個百分點，SAP60處理分別提高了0.55、5.19(P<0.05)、5.41(P<0.05)、5.73(P<0.05)個百分點。表明隨著秸稈還田時間的增加，秸稈還田配施化肥處理磷素利用率逐漸提高，尤其是減施磷肥20%處理，2016年其磷素利用率達到28.32%。

表1 秸稈還田條件下減量施磷對玉米養(yǎng)分吸收及磷素利用率的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示同一年份不同處理間的差異達到顯著水平(P<0.05)，下同。

2.3 秸稈還田條件下減量施磷對土壤磷和有機質(zhì)含量的影響

由表2可知，與不施肥處理相比，2013—2016年所有施肥處理有機質(zhì)、全磷、有效磷含量均提高。與P75處理相比，2013年所有秸稈還田配施化肥處理土壤有機質(zhì)含量均沒有明顯增加；2014年和2015年分別提高了3.94%～5.92%和3.15%～4.63%；2016年有機質(zhì)含量提高幅度更顯著，為12.14%～14.45%，平均提高13.49%。其中，2014—2016年SAP60處理有機質(zhì)含量分別提高了5.92%、5.37%和12.14%，其與SAP75、SP75處理之間的差異均不顯著?？梢?，秸稈連續(xù)還田有利于土壤有機質(zhì)含量的提升，減少磷用量對土壤有機質(zhì)含量的影響不大。

與P75處理相比，所有秸稈還田配施化肥處理均能提高土壤全磷含量，2013年土壤全磷含量提高了1.47%～5.44%，平均提高3.28%；2014年提高了4.29%～10.63%，平均提高7.62%；2015年提高了0.48%～3.17%，平均提高1.75%；2016年提高了0%～1.09%，平均提高0.52%。其中，2013—2016年SAP60處理土壤全磷含量分別提高了1.47%、4.29%、0.48%和1.09%。所有秸稈還田配施化肥處理之間的差異均不顯著?？梢姡斩掃€田可提高土壤全磷含量，但影響不大，減少磷用量對土壤全磷含量的影響不大。

與P75處理相比，所有秸稈還田配施化肥處理均能提高土壤有效磷含量，2013年土壤有效磷含量提高了5.76%～8.92%，平均提高7.39%；2014年提高了5.58%～9.46%，平均提高7.83%；2015年提高了5.97%～9.29%，平均提高7.75%；2016年提高了3.60%～8.86%，平均提高6.76%。其中，2013—2016年SAP60處理土壤有效磷含量分別提高了7.48%、8.47%、5.97%和3.60%，與其他秸稈還田配施化肥處理之間的差異均不顯著。綜上，隨著秸稈還田時間的延長，土壤有效磷含量穩(wěn)定增加，減少磷用量對土壤有效磷含量的影響不大。

表2 秸稈還田條件下減量施磷對土壤磷和有機質(zhì)含量的影響

3 結(jié)論與討論

秸稈還田對作物產(chǎn)量的影響效果一直受到大家的關(guān)注，但各方研究結(jié)果不盡相同。有研究指出，秸稈還田初期作物會減產(chǎn)[23-24]；秸稈還田2 a玉米產(chǎn)量提高3.79%[25]；秸稈還田19 a玉米產(chǎn)量顯著提高，增幅達11.57%～20.92%[26]。還有研究表明，秸稈還田可使冬小麥顯著增產(chǎn)7.47%[27]。這是由于秸稈還田能為土壤補充養(yǎng)分含量，從而增加產(chǎn)量[28-29]。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果[23-27]一致。與常規(guī)施肥處理相比，秸稈還田1 a，秸稈還田配施化肥處理玉米產(chǎn)量均下降；秸稈還田2、3、4 a，秸稈還田配施化肥處理玉米產(chǎn)量均提高，即使磷肥減量20%處理玉米產(chǎn)量增加幅度也不受影響。

本研究結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，秸稈還田配施化肥能提高植株的氮、磷、鉀吸收量，提高磷素利用率。秸稈還田4 a，與常規(guī)施肥相比，磷肥減量20%處理磷素利用率提高5.73個百分點，達到28.32%。一般認為，磷素利用率低的主要原因是土壤對磷素的固定[30]，而秸稈還田能夠降低土壤對磷素的固定，同時又提高微生物數(shù)量和活性[31]，從而促進作物對土壤養(yǎng)分的吸收利用；另一方面，磷肥用量對磷素利用率影響較大[11]。秸稈連續(xù)還田3～4 a磷素利用率的提高效果比秸稈還田1～2 a的更明顯。

研究認為，秸稈還田能夠提高土壤有機質(zhì)含量，還田時間越長有機質(zhì)含量增加越明顯[32]。秸稈還田2、3、6、9 a土壤有機質(zhì)含量分別增加7.0%、13.2%、74.3%、3.0%[14，33]。本研究結(jié)果表明，秸稈連續(xù)還田有利于土壤有機質(zhì)含量的提高，這與前人的研究結(jié)果[14，32-33]一致。秸稈還田4 a后土壤有機質(zhì)含量平均提高13.49%。

秸稈還田對土壤磷含量的影響結(jié)果不一。一些學者認為，秸稈還田能增加土壤中有效磷含量[34-35]；另一些學者認為，秸稈還田對土壤有效磷含量影響不大，但能增加耕層土壤全磷含量[32]。本研究結(jié)果表明，秸稈還田有利于土壤有效磷含量的提升，秸稈還田4 a后土壤有效磷含量平均提高6.76%，磷肥減量20%處理土壤有效磷含量提高3.60%；土壤全磷含量提升幅度較小，沒有達到顯著水平。

綜上，秸稈還田配施磷肥減量20%處理連續(xù)4 a不影響玉米產(chǎn)量，且可提高磷素利用率及土壤有機質(zhì)、全磷、有效磷含量。因此，該模式在北方旱作地區(qū)具有廣泛的應用價值。