河南省玉米施肥效應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)地力的響應(yīng)

徐 霞，趙亞南，黃玉芳，汪 洋，孫笑梅，葉優(yōu)良*

（1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/河南省農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450002；2 河南省土壤肥料站，河南鄭州 450002）

玉米是中國(guó)第一大糧食作物，我國(guó)玉米產(chǎn)量呈逐年增高趨勢(shì)，2016年玉米總產(chǎn)量達(dá)2.20億噸，較10年前增產(chǎn)44.8%[1]。玉米品種的升級(jí)、播種面積的增加、施肥及管理措施的改進(jìn)、基礎(chǔ)地力的提高是玉米產(chǎn)量提高的重要因素[2]。河南省是我國(guó)重要的玉米生產(chǎn)基地，1987年至2016年河南省玉米單產(chǎn)從3496 kg/hm2增加到5285 kg/hm2，增加了1.5倍，同時(shí)河南化肥用量也從135.6萬噸增加到715.0萬噸，提高了5.3倍[3]?；适┯迷谟衩桩a(chǎn)量提高中發(fā)揮了重要作用。河南省過量和不平衡施肥現(xiàn)象嚴(yán)重，不僅浪費(fèi)了肥料資源、降低了肥料利用率，也加重了生態(tài)環(huán)境的壓力[4-5]。不同地力水平的土壤有不同的供肥特性和需肥特性，只有因地制宜才能真正做到合理施肥。因此，研究不同地力水平下玉米的施肥效果、經(jīng)濟(jì)效益、土壤供肥能力及肥料利用率，對(duì)指導(dǎo)河南省科學(xué)施肥和生態(tài)保護(hù)具有重要意義。

氮磷鉀是作物生長(zhǎng)發(fā)育的必需元素，大量研究表明施用氮磷鉀肥能夠顯著提高玉米產(chǎn)量[6-8]，但玉米對(duì)養(yǎng)分的利用率普遍不高，我國(guó)玉米的氮磷鉀肥農(nóng)學(xué)效率平均分別為9.8、7.5、5.7 kg/kg，肥料利用率分別為26.1%、11.0%、31.9%，其中氮肥利用率小于30%的樣本占全國(guó)總樣本的60%，這主要是由于施肥過量和忽視土壤基礎(chǔ)地力造成的[9]。劉海濤等[10]研究了不同肥力條件下玉米產(chǎn)量構(gòu)成的差異，并對(duì)通過施肥來提高低肥力土壤玉米產(chǎn)量的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。高靜等[11]通過對(duì)12個(gè)肥力監(jiān)測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)達(dá)19年的施肥量及玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，表明了較高的土壤基礎(chǔ)地力是東北玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的保障?；A(chǔ)地力較低，作物產(chǎn)量將逐年下降[12]，而基礎(chǔ)地力較高地塊即使50年后作物產(chǎn)量仍呈增加趨勢(shì)[13-14]。因此基礎(chǔ)地力對(duì)玉米獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)極其重要。玉米是河南省第二大糧食作物，2016年河南省玉米的播種面積達(dá)331.8萬公頃，占全國(guó)的9.02%，但總產(chǎn)量?jī)H占全國(guó)的7.95%[1]。肥料施用不合理是河南省玉米單產(chǎn)難以提高的重要原因。河南省玉米的種植區(qū)域分布范圍廣，種植環(huán)境差異大，以往的研究大多是針對(duì)小區(qū)域的試驗(yàn)，研究?jī)?nèi)容也以施肥措施對(duì)玉米產(chǎn)量、土壤肥力的影響為主，但對(duì)河南省整個(gè)區(qū)域內(nèi)基礎(chǔ)地力與施肥效果、經(jīng)濟(jì)效益之間關(guān)系的研究卻很少，因此探究不同基礎(chǔ)地力下玉米的施肥效果對(duì)指導(dǎo)玉米的科學(xué)施肥具有重要意義。本研究通過整理在河南省布置的885個(gè)“3414”田間試驗(yàn)，分析了不同地力水平下的河南省玉米施用氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)效果、經(jīng)濟(jì)效益、肥料利用率等，以明確不同基礎(chǔ)地力水平下河南省玉米的施肥效果及肥料利用狀況，探究基礎(chǔ)地力對(duì)河南省玉米高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的影響，為玉米科學(xué)施肥提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究整理了2005—2013年國(guó)家測(cè)土配方施肥項(xiàng)目在河南省開展的885個(gè)玉米“3414”試驗(yàn)。該試驗(yàn)為多年多點(diǎn)試驗(yàn)，研究區(qū)域涵蓋河南省77縣(市)，土壤類型主要有潮土、褐土、砂姜黑土、黃褐土等，試驗(yàn)區(qū)耕層土壤pH 5.3～8.6(平均7.7 ± 0.6)，有機(jī)質(zhì) 6.5～34.3 g/kg(平均 15.1 ± 5.3 g/kg)、全氮0.3～1.9 g/kg(平均 0.96 ± 0.2 g/kg)、有效磷 2.0～69.6 mg/kg(平均 17.5 ± 10.6 mg/kg)、速效鉀 25～309 mg/kg(平均 120.0 ± 47.8 mg/kg)。供試玉米品種主要包括鄭單958、浚單20、浚單22、魯單981、中科11等。

本研究選取“3 4 1 4”試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的處理N0P0K0、N0P2K2、N2P0K2、N2P2K2 和 N2P2K0，即不施肥處理 (CK)、缺氮處理 (-N)、缺磷處理(-P)、缺鉀處理 (-K) 和氮磷鉀配施處理 (NPK) 來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。其中，NPK處理的施肥量由當(dāng)?shù)剞r(nóng)技人員根據(jù)土壤特性、農(nóng)民施肥習(xí)慣等確定，代表當(dāng)?shù)刈罴咽┓柿?。本研究所選取的數(shù)據(jù)中氮肥用量為N 90～270 kg/hm2，平均 208.7 ± 37.1 kg/hm2；磷肥用量為 P2O554～240 kg/hm2，平均 79.8 ± 19.4 kg/hm2；鉀肥用量為K2O 40～180 kg/hm2，平均77.4 ± 16.8 kg/hm2，各缺素處理不施用所缺的肥料，另兩種肥料用量與該試驗(yàn)氮磷鉀配施處理一致。試驗(yàn)所用氮、磷、鉀肥分別為尿素 (含N 46%)、過磷酸鈣 (含P2O512%) 和氯化鉀 (含K2O 60%)。磷、鉀肥和40%的氮肥于播種前基施，余下60%的氮肥于玉米大喇叭口期追施，并進(jìn)行合理的田間管理。

1.2 樣品采集與測(cè)定

各試驗(yàn)點(diǎn)于玉米播前以“S”取樣法取耕層(0—20 cm) 土壤樣品，室內(nèi)風(fēng)干后磨土、過1 mm和0.25 mm尼龍篩，然后用電位法測(cè)定土壤pH(水土比2.5∶1)；用重鉻酸鉀容量法測(cè)定有機(jī)質(zhì)；用半微量開氏法測(cè)定全氮；用0.5 mol/L NaHCO3浸提―鉬銻抗比色法測(cè)定有效磷；用1 mol/L NH4OAc浸提―火焰光度法測(cè)定速效鉀[15]。

玉米生理成熟后，用實(shí)打?qū)嵤盏姆绞綔y(cè)定所有小區(qū)產(chǎn)量，最后折算為含水量為13%的最終產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

不施肥條件下的作物產(chǎn)量反映了土壤的基礎(chǔ)供肥能力，本研究用CK處理的產(chǎn)量來表示。玉米施肥效果及肥料利用率的相關(guān)參數(shù)采用以下公式計(jì)算[16-19]：

式中，Y為施肥區(qū)玉米產(chǎn)量，Y0為無肥區(qū)玉米產(chǎn)量，F(xiàn)為施肥量。玉米價(jià)格按1.60 yuan/kg計(jì)，N、P2O5、K2O 的價(jià)格分別為 4.30、5.95 和 4.00 yuan/kg。

采用Microsoft Excel 2010軟件計(jì)算和處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用SPSS20.0軟件統(tǒng)計(jì)分析，LSD法檢驗(yàn)處理間在P＜ 0.05水平的差異顯著性，ArcGIS10.2.2軟件制作地圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省玉米基礎(chǔ)地力等級(jí)劃分

河南省玉米CK處理產(chǎn)量，即基礎(chǔ)地力產(chǎn)量為2.43～9.27 t/hm2, 平均 5.50 t/hm2。按照 ＜ 4 t/hm2、4～6 t/hm2、6～8 t/hm2及 ＞ 8 t/hm2的產(chǎn)量梯度將基礎(chǔ)地力產(chǎn)量劃分為四個(gè)等級(jí)，其中四個(gè)地力等級(jí)從低到高的樣本量分別占總樣本的15.35%、49.42%、29.42%、5.81% (圖1)。可見河南省玉米基礎(chǔ)地力產(chǎn)量以4～6 t/hm2所占比例最大。

整理各市的基礎(chǔ)地力產(chǎn)量數(shù)據(jù)可以看出河南省整體基礎(chǔ)地力的空間差異 (圖2)。河南省的基礎(chǔ)地力水平從南至北呈逐漸增高的趨勢(shì)，其中信陽市和駐馬店市的基礎(chǔ)地力相對(duì)較低，處于 ＜ 4 t/hm2的水平；濮陽市的基礎(chǔ)地力相對(duì)最高，處于 ＞ 8 t/hm2的水平。分析各地力水平區(qū)域的土壤基本性質(zhì)發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量以地力水平 ＞ 8 t/hm2的區(qū)域最高 (16.3 g/kg、1.1 g/kg)，地力水平 ＜ 4 t/hm2的區(qū)域最低 (13.2 g/kg、0.93 g/kg)；土壤有效磷含量以地力水平為4～6 t/hm2的區(qū)域最高 (21.8 mg/kg)，地力水平 ＞ 8 t/hm2區(qū)域次之 (19.9 mg/kg)；土壤速效鉀含量以地力水平為6～8 t/hm2的區(qū)域最高 (130.6 mg/kg)，地力水平4～6 t/hm2的區(qū)域次之，地力水平 ＜ 4 t/hm2的區(qū)域最低；各區(qū)域的pH由南至北逐漸增大，為6.8(＜ 4 t/hm2) ＜ 7.7(4～6 t/hm2) ＜ 8.1(6～8 t/hm2) ＜8.3(＞ 8 t/hm2)。

圖1 河南省玉米基礎(chǔ)地力分布頻率Fig.1 Distribution frequency of inherent soil productivity of maize in Henan Province

2.2 不同地力水平下的增產(chǎn)效果

氮磷鉀配施條件下河南省玉米的產(chǎn)量為4.35～11.24 t/hm2，平均 7.79 ± 1.41 t/hm2。相比 CK 處理的增產(chǎn)量平均為2.32 t/hm2，增產(chǎn)率平均為48.14%，不同基礎(chǔ)地力下施用氮磷鉀的增產(chǎn)量及增產(chǎn)率均隨基礎(chǔ)地力水平的提高而降低 (圖3)。各地力水平下氮磷鉀配施的增產(chǎn)量分別為3.04 t/hm2(＜ 4 t/hm2)、2.49 t/hm2(4～6 t/hm2)、1.88 t/hm2(6～8 t/hm2)、1.12 t/hm2(＞ 8 t/hm2)，且各地力水平間差異顯著。各地力水平間氮磷鉀配施的增產(chǎn)率表現(xiàn)出和增產(chǎn)量一樣的變化趨勢(shì)，且下降趨勢(shì)更明顯。其中基礎(chǔ)地力產(chǎn)量＜ 4 t/hm2時(shí)的增產(chǎn)率平均達(dá)93.23%，而基礎(chǔ)地力產(chǎn)量 ＞ 8 t/hm2僅為 14.44%。

圖2 河南省基礎(chǔ)地力區(qū)域差異示意圖Fig.2 Regional difference in inherent soil productivity in Henan Province

圖3 不同基礎(chǔ)地力水平下河南省玉米氮磷鉀配施的增產(chǎn)量和增產(chǎn)率Fig.3 Maize yield increase and yield increase rate of NPK fertilizers under different inherent soil productivity in Henan Province

比較三種肥料的增產(chǎn)效果發(fā)現(xiàn)，總體以增施氮肥的增產(chǎn)效果最好，增產(chǎn)量平均1.68 t/hm2、增產(chǎn)率平均30.41%；磷肥次之，增產(chǎn)量平均0.85 t/hm2，增產(chǎn)率平均13.62%；鉀肥最低，增產(chǎn)量平均0.59 t/hm2，增產(chǎn)率平均9.74%。從地力水平方面來看，各個(gè)地力水平下氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)效果表現(xiàn)出和氮磷鉀肥配施一樣的變化趨勢(shì)，即隨地力水平的提高，增產(chǎn)量和增產(chǎn)率均呈下降趨勢(shì) (表1)。基礎(chǔ)地力產(chǎn)量從 ＜4 t/hm2到 ＞ 8 t/hm2各水平下增施氮肥的增產(chǎn)率分別為58.75%、31.10%、17.95%、11.09%，不同地力水平間差異顯著。比較不同地力水平下增施氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)量和增產(chǎn)率發(fā)現(xiàn)，各處理均以基礎(chǔ)地力產(chǎn)量 ＜ 4 t/hm2下增施氮肥的增產(chǎn)效果最好，增產(chǎn)量平均達(dá)2.27 t/hm2；基礎(chǔ)地力產(chǎn)量 ＞ 8 t/hm2時(shí)增施鉀肥的增產(chǎn)效果最低，增產(chǎn)量平均為0.43 t/hm2，增產(chǎn)率平均僅6.94%。

2.3 不同地力水平下的施肥經(jīng)濟(jì)效益

不同施肥處理下，CK、NPK、-N、-P、-K處理的產(chǎn)值平均依次為8797、12507、9839、11149、11527/hm2，以NPK處理產(chǎn)值最高。各施肥處理的施肥成本NPK處理平均為1689元/hm2，-K處理1371元/hm2，-P處理為1208元/hm2，-N處理為767元/hm2。各施肥處理的利潤(rùn)NPK處理平均為10710元/hm2，-K處理10052元/hm2，-P處理為9812元/hm2，-N處理為8877元/hm2，氮磷鉀配施獲得利潤(rùn)顯著高于其他三個(gè)處理 (表2)。

表1 不同基礎(chǔ)地力水平下河南省玉米氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)量、增產(chǎn)率Table 1 Maize yield increase of N, P, K fertilizers under different inherent soil productivity in Henan Province

從地力水平的角度來看，各處理的產(chǎn)值均隨著基礎(chǔ)地力水平的提高而提高，地力水平間產(chǎn)值差異均顯著，NPK處理基礎(chǔ)地力產(chǎn)量 ＞ 8 t/hm2時(shí)，產(chǎn)值最高，達(dá)15407元/hm2。各處理的施肥成本隨地力水平的提高整體呈上升趨勢(shì)，＜ 4 t/hm2的施肥成本顯著較低，但其它地力水平間差異不顯著。相同處理的施肥利潤(rùn)均隨著地力水平的提高而顯著增加，基礎(chǔ)地力產(chǎn)量 ＞ 8 t/hm2時(shí)，NPK、-N、-P、-K處理的施肥利潤(rùn)依次為13736、13008、13194、13271元/hm2，遠(yuǎn)高于基礎(chǔ)地力產(chǎn)量 ＜ 4 t/hm2時(shí)的8862、6161、7564、8288元/hm2。隨地力水平的增加各施肥處理的產(chǎn)投比表現(xiàn)出與施肥利潤(rùn)一樣的變化趨勢(shì)，即逐漸增高，且各地力水平間差異均顯著 (表2)。

2.4 不同地力水平下的肥料利用率

按基礎(chǔ)地力產(chǎn)量水平分別整理河南省玉米氮磷鉀肥配施及增施氮、磷、鉀肥的農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力發(fā)現(xiàn)，各處理的農(nóng)學(xué)效率均隨地力水平的提高而逐漸下降，且各地力水平間差異顯著 (表3)。其中氮磷鉀配施的農(nóng)學(xué)效率從基礎(chǔ)地力 ＜ 4 t/hm2到 ＞ 8 t/hm2分別為9.53、6.98、5.03、3.22 kg/kg。比較NPK處理和各缺素處理產(chǎn)量及各處理的施肥量可研究各單質(zhì)肥料的肥料利用率。比較各處理的農(nóng)學(xué)效率發(fā)現(xiàn)，增施磷肥的農(nóng)學(xué)效率最高，平均為10.62 kg/kg，其次為增施鉀肥的農(nóng)學(xué)效率 (8.44 kg/kg)，以氮磷鉀配施的農(nóng)學(xué)效率最小 (6.41 kg/kg)。各處理的偏生產(chǎn)力隨著基礎(chǔ)地力產(chǎn)量水平的提高表現(xiàn)出與各處理農(nóng)學(xué)效率相反的變化趨勢(shì)，即隨地力水平的提高而逐漸升高。其中氮磷鉀配施及增施氮肥在各地力水平下的偏生產(chǎn)力間均差異顯著，而增施磷肥及增施鉀肥在地力水平為6～8 t/hm2時(shí)的偏生產(chǎn)力與對(duì)應(yīng)處理在地力水平為4～6 t/hm2及 ＞ 8 t/hm2時(shí)的偏生產(chǎn)力間差異不顯著。各施肥處理的偏生產(chǎn)力以氮磷鉀配施最小，平均為21.76 kg/kg，增施鉀肥的偏生產(chǎn)力最大，平均為103.03 kg/kg。

表2 不同基礎(chǔ)地力下河南省玉米施肥經(jīng)濟(jì)效益 (yuan/hm2)Table 2 Economic benefit of maize production under different treatments in the four inherent soil productivity levels in Henan Province

表3 不同基礎(chǔ)地力下河南省玉米氮、磷、鉀肥的農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力Table 3 Agronomic efficiency and partial factor productivity of N, P and K fertilizers in maize under different inherent soil productivity in Henan Province

2.5 不同地力水平下的地力貢獻(xiàn)率和肥料貢獻(xiàn)率

河南省玉米基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率平均為67.0% (37.6%～97.6%)，隨基礎(chǔ)地力水平的提高其對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率逐漸升高 (圖4)。各地力水平下的地力貢獻(xiàn)率平均分別為：53.2% (＜ 4 t/hm2)、67.7% (4～6 t/hm2)、78.8%(6～8 t/hm2)、86.6% (＞ 8 t/hm2)。將-N 處理、-P 處理、-K處理的產(chǎn)量除以NPK處理的產(chǎn)量就得到土壤氮、磷、鉀地力貢獻(xiàn)率。河南省土壤氮素、磷素、鉀素地力貢獻(xiàn)率平均分別為78.3% (40.7%～100%)、88.5% (70.4%～100%)、90.0% (78.3%～99.3%)，總體以鉀地力貢獻(xiàn)率最大，磷地力貢獻(xiàn)率次之，氮地力貢獻(xiàn)率最小。從地力水平變化的角度來看，氮素、磷素、鉀素地力貢獻(xiàn)率均隨地力水平的提高而逐漸增高，其中各地力水平下土壤氮素的地力貢獻(xiàn)率分別為65.1% (＜ 4 t/hm2)、77.0% (4～6 t/hm2)、85.3% (6～8 t/hm2)、90.5% (＞ 8 t/hm2)。

各施肥處理的肥料貢獻(xiàn)率隨地力水平的提高而逐漸下降 (圖5)，其中以NPK處理的下降趨勢(shì)最明顯，鉀素肥料貢獻(xiàn)率下降的趨勢(shì)最緩和。河南省玉米肥料貢獻(xiàn)率平均為30.0% (2.07%～51.7%)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地力貢獻(xiàn)率。氮素、磷素、鉀素的肥料貢獻(xiàn)率小于氮磷鉀配施的肥料貢獻(xiàn)率，其大小為：氮素肥料貢獻(xiàn)率 ＞ 磷素肥料貢獻(xiàn)率 ＞ 鉀素肥料貢獻(xiàn)率。

3 討論

3.1 河南省基礎(chǔ)地力特征

圖4 不同基礎(chǔ)地力水平下的地力貢獻(xiàn)率Fig.4 The relative contribution of inherent soil productivity to maize yield under different inherent soil productivity

本研究表明，河南省玉米基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率平均為67.0%，土壤氮素、磷素、鉀素地力貢獻(xiàn)率平均分別為78.3%、88.5%、90.0%。黃邵敏等[20]通過分析1991—2004年布置在河南省的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)河南省潮土區(qū)玉米地力貢獻(xiàn)率平均為60.0%。黃興成等[21]研究發(fā)現(xiàn)我國(guó)南方黃壤區(qū)土壤基礎(chǔ)地力對(duì)玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率達(dá)59.0%。馬常寶等[22]分析了華北、華東潮土區(qū)土壤基礎(chǔ)地力及施肥對(duì)小麥、玉米產(chǎn)量變化的影響，發(fā)現(xiàn)潮土區(qū)土壤基礎(chǔ)地力對(duì)玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率平均為54%。劉芬[23]利用布置在陜西省的913個(gè)“3414”田間試驗(yàn)分析了土壤基礎(chǔ)地力對(duì)玉米產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明陜西省土壤基礎(chǔ)地力對(duì)玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率平均為62.6%。孫彥銘等[24]研究發(fā)現(xiàn)河北平原土壤對(duì)玉米產(chǎn)量的地力貢獻(xiàn)率為71.6%?？梢钥闯?，本研究土壤基礎(chǔ)地力對(duì)玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率要高于黃興成等、馬常寶等及劉芬的研究結(jié)果，也明顯高于黃邵敏2006年在河南省的研究，但略低于孫彥銘在河北省的研究。玉米生長(zhǎng)環(huán)境、土壤供肥性等都會(huì)影響玉米基礎(chǔ)地力產(chǎn)量，氣溫、降水、前茬作物殘留肥量的變化也會(huì)引起基礎(chǔ)地力產(chǎn)量的變化。例如，長(zhǎng)期定位試驗(yàn)基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率偏低，可能因?yàn)殚L(zhǎng)期不施肥下土壤肥力耗竭，產(chǎn)量越來越低。陜西省、南方黃壤區(qū)基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率偏低可能是氣候和土壤條件導(dǎo)致的肥力不高。河北省土壤肥力偏高可能與本地區(qū)大量施肥、秸稈還田等措施有關(guān)。此外，本研究的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來自不同的年度、不同的試驗(yàn)點(diǎn)，而且作物品種的逐年更新也會(huì)影響基礎(chǔ)地力對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率[25]，由于習(xí)慣施肥量的提升，前茬作物殘留養(yǎng)分量增加，再加上秸稈還田等措施河南省基礎(chǔ)地力呈上升趨勢(shì)[26]。

3.2 基礎(chǔ)地力與施肥效應(yīng)的關(guān)系

圖5 不同基礎(chǔ)地力水平下的肥料貢獻(xiàn)率Fig.5 The relative contribution of fertilizer to maize yield under different inherent soil productivity

參照徐春麗等[2]、黃興成等[21]的地力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將河南省玉米基礎(chǔ)地力產(chǎn)量劃分為 ＜ 4、4～6、6～8、＞ 8 t/hm2四個(gè)地力水平，以研究不同地力水平下的施肥效果。劉海濤等[10]研究表明，高肥力土壤可使玉米獲得高產(chǎn)，低肥力土壤雖然可以通過施用化肥而使玉米的產(chǎn)量得以提高，但卻無法達(dá)到高肥力土壤的產(chǎn)量水平，而且會(huì)導(dǎo)致玉米收獲指數(shù)的降低。黃興成等[21]將黃壤區(qū)玉米基礎(chǔ)產(chǎn)量與施肥后產(chǎn)量進(jìn)行線性擬合，發(fā)現(xiàn)隨基礎(chǔ)地力的提升玉米施肥后產(chǎn)量呈線性升高，且相關(guān)性極顯著。高靜等[11]利用布置在東北黑土區(qū)的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)將玉米基礎(chǔ)地力產(chǎn)量與施肥后產(chǎn)量進(jìn)行擬合也發(fā)現(xiàn)了這一規(guī)律。另外，在經(jīng)濟(jì)效益方面各施肥處理玉米種植的最終收益及施肥產(chǎn)投比也均隨地力水平的提高而逐漸升高，且各地力水平間差異顯著。這一趨勢(shì)在張愛君等[27]的研究中也有發(fā)現(xiàn)。因此，提高土壤基礎(chǔ)地力是可以保證玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、獲得更高經(jīng)濟(jì)收益的重要措施，應(yīng)通過秸稈還田、增施有機(jī)肥、施用改良劑等措施培肥土壤、提高基礎(chǔ)地力。張靜等[28]研究表明，秸稈還田可以提高土壤基礎(chǔ)地力，對(duì)下茬作物也有明顯的增產(chǎn)效果。查燕等[29]研究表明長(zhǎng)期配施有機(jī)肥，再加上秸稈還田對(duì)于低肥力農(nóng)田的培肥、基礎(chǔ)地力的提升有顯著作用，對(duì)于中、高肥力農(nóng)田也有保持肥力，確保作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的作用。另外用適宜比例的生物炭、有機(jī)肥和緩釋氮肥替換部分化肥氮也可實(shí)現(xiàn)土壤地力的可持續(xù)性提高[30]。

3.3 基礎(chǔ)地力對(duì)增產(chǎn)效應(yīng)的影響

整理不同地力水平下的增產(chǎn)效果發(fā)現(xiàn)，河南省玉米各施肥處理的增產(chǎn)量及增產(chǎn)率均隨著地力水平的提高呈下降趨勢(shì)，其中NPK處理在地力產(chǎn)量 ＜ 4 t/hm2時(shí)的增產(chǎn)量和增產(chǎn)率分別為3.04 t/hm2、93.23%，而在基礎(chǔ)地力產(chǎn)量 ＞ 8 t/hm2時(shí)僅為1.12 t/hm2、14.44%，即隨土壤基礎(chǔ)地力的提高玉米施肥的增產(chǎn)效果呈降低趨勢(shì)，這與劉芬[31]、徐春麗[2]的研究結(jié)果基本一致。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)隨著基礎(chǔ)地力的提升各施肥處理的肥料貢獻(xiàn)率逐漸下降，即玉米產(chǎn)量對(duì)化肥的依賴性降低。王寅等[7]在吉林省玉米施肥效果的研究中發(fā)現(xiàn)，肥料貢獻(xiàn)率隨基礎(chǔ)地力的提高呈明顯的下降趨勢(shì)。這一規(guī)律在其它作物上也有發(fā)現(xiàn)，魯艷紅等[32]探討了不施肥條件對(duì)水稻產(chǎn)量、土壤基礎(chǔ)地力的影響，通過擬合發(fā)現(xiàn)施肥對(duì)水稻產(chǎn)量的肥料貢獻(xiàn)率隨地力水平的升高而下降，相關(guān)性極顯著。因此，在對(duì)河南省玉米進(jìn)行施肥管理時(shí)應(yīng)根據(jù)土壤基礎(chǔ)地力狀況制定相應(yīng)的施肥方案。重視南部及中部中、低等地力尤其是低地力土壤的管理，通過秸稈還田、增施有機(jī)肥等措施的培肥土壤，提高基礎(chǔ)地力。而對(duì)高地力土壤應(yīng)適量減少肥料施用，提高玉米對(duì)土壤中養(yǎng)分的利用，充分發(fā)揮基礎(chǔ)地力的作用，以提高養(yǎng)分資源利用效率，為玉米持續(xù)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

河南省基礎(chǔ)地力對(duì)玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率較高，在地力產(chǎn)量水平 ＜ 4、4～6、6～8、 ＞ 8 t/hm2時(shí)依次為53.2%、67.7%、78.8%、86.6%，平均為67.0%。土壤氮素、磷素、鉀素基礎(chǔ)地力對(duì)玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率平均分別為78.3%、88.5%、90.0%，以鉀肥的貢獻(xiàn)率最高。玉米產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、產(chǎn)投比、偏生產(chǎn)力均隨基礎(chǔ)地力的提升而顯著升高，因此，提高土壤基礎(chǔ)地力是保證玉米高產(chǎn)、獲得更高經(jīng)濟(jì)收益的重要措施。隨著基礎(chǔ)地力水平的提高，各施肥處理的增產(chǎn)量、增產(chǎn)率、肥料農(nóng)學(xué)效率、肥料貢獻(xiàn)率均呈顯著下降趨勢(shì)，即隨地力的提升玉米產(chǎn)量對(duì)外源肥料的依賴性降低。因此，應(yīng)在養(yǎng)分管理中重視土壤培肥，通過氮磷鉀及有機(jī)肥的平衡施用提高基礎(chǔ)地力，并根據(jù)不同地力水平的供肥特性制定相應(yīng)的施肥方案，以確保實(shí)現(xiàn)玉米可持續(xù)性高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、提高養(yǎng)分利用效率、節(jié)本增收。