土壤-作物系統(tǒng)綜合管理對(duì)春玉米產(chǎn)量及磷、鉀養(yǎng)分利用的長(zhǎng)期影響

曹雅琪，王寅，朱琳，李玉璽，鄭春雨，陳安吉，馮國(guó)忠，高強(qiáng)

吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/秸稈綜合利用與黑土地保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130118

磷、鉀能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)于提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用［1］。我國(guó)磷礦資源總體豐富，但礦石開(kāi)采和磷肥生產(chǎn)成本較高［2］；而我國(guó)鉀肥自給率僅保持在50%左右，每年仍需進(jìn)口大量鉀肥［3］。另外，我國(guó)大多農(nóng)戶在作物生產(chǎn)中對(duì)磷、鉀肥的關(guān)注相對(duì)較少，不合理施肥不僅影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)，還會(huì)造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問(wèn)題［4］。因此，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)充分重視磷、鉀養(yǎng)分管理，在保證糧食安全、營(yíng)養(yǎng)均衡的同時(shí)提高磷、鉀資源的高效利用。

土壤-作物系統(tǒng)綜合管理（ISSM）方式于2011 年提出，是基于作物生態(tài)生理模型和多年的區(qū)域土壤氣候條件重新設(shè)計(jì)作物種植體系，包括作物品種、種植密度及時(shí)期、施肥及耕作方法等一系列田間管理措施，以最大限度地利用光、熱、水等自然資源，提升土壤肥力，從而實(shí)現(xiàn)作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和資源高效［5-6］。ISSM 方式被認(rèn)為是一種能夠維持土壤-作物系統(tǒng)可持續(xù)性和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑［7-8］。Chen 等［9］基于2009-2012 年在我國(guó)11 個(gè)省份進(jìn)行的153 項(xiàng)田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比于農(nóng)民習(xí)慣（FP），ISSM 方式實(shí)現(xiàn)了玉米、水稻和小麥三大糧食作物增產(chǎn)21%～87%，氮素利用率提高24%～32%，氮素?fù)p失和溫室氣體排放量分別降低50%～56%和31%～47%。另外，基于22 個(gè)省5 147 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的研究顯示，ISSM 方式相比FP 措施平均減少24%的氮肥投入，而產(chǎn)量和氮素利用率分別提高12%和40%，有效實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效可持續(xù)［10］。2013-2016年在山東省開(kāi)展冬小麥-夏玉米輪作試驗(yàn)結(jié)果表明，ISSM方式下冬小麥和夏玉米平均產(chǎn)量分別提高31%和33%，氮素?fù)p失則分別降低39%和54%，能夠有效地促進(jìn)土壤-作物系統(tǒng)的氮素平衡，提高環(huán)境效益［11］。基于在吉林省開(kāi)展的玉米定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，ISSM 方式相比FP措施降低了86%的氮素盈余，分別減少氮素?fù)p失和溫室氣體排放量20%和13%，顯著提高了氮肥利用效率［12］。目前，ISSM 管理相關(guān)研究大多關(guān)注于作物的產(chǎn)量、氮素吸收利用及其環(huán)境影響，而對(duì)于磷、鉀養(yǎng)分的關(guān)注較少，更缺少相關(guān)的長(zhǎng)期效應(yīng)研究。

本研究基于吉林省玉米ISSM 定位試驗(yàn)，分析2009―2020年間ISSM 方式下春玉米籽粒產(chǎn)量、植株干質(zhì)量及磷、鉀養(yǎng)分吸收和土壤及不同粒級(jí)團(tuán)聚體中磷、鉀養(yǎng)分含量的變化，闡明ISSM 方式對(duì)春玉米產(chǎn)量及磷、鉀養(yǎng)分利用的長(zhǎng)期影響，旨在為區(qū)域作物磷、鉀養(yǎng)分優(yōu)化管理和高產(chǎn)高效可持續(xù)生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)于2009年在吉林省梨樹(shù)縣（43°20′16"N，124°03′36"E）開(kāi)展，該地區(qū)屬于溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為5.8 ℃，年平均降雨量為570 mm。

該試驗(yàn)地土壤類型為沖積土，0～20 cm 土層土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)如下：pH 5.15，有機(jī)碳7.08 g/kg，全氮1.04 g/kg，堿解氮92.0 mg/kg，速效磷29.1 mg/kg，速效鉀52.0 mg/kg，粗砂16.0 g/kg，細(xì)砂460.8 g/kg，粉砂295.8 g/kg和黏粒227.4 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

田間試驗(yàn)共設(shè)計(jì)4 個(gè)處理：（1）對(duì)照（CK），不施肥處理；（2）農(nóng)民習(xí)慣（FP），通過(guò)在該區(qū)域進(jìn)行大范圍農(nóng)戶問(wèn)卷調(diào)研方式，以確定當(dāng)?shù)剞r(nóng)民主流的玉米田間管理方式；（3）高產(chǎn)栽培（HY），不考慮資源和成本投入，基于最高的種植密度結(jié)合最大的養(yǎng)分投入和多次施肥，以最大化提高玉米產(chǎn)量為目標(biāo)的管理方式；（4）土壤-作物系統(tǒng)綜合管理（ISSM），根據(jù)區(qū)域氣候條件和土壤狀況，重新設(shè)計(jì)作物生產(chǎn)體系和管理方法，通過(guò)合理密植結(jié)合適量的養(yǎng)分供應(yīng)和相對(duì)簡(jiǎn)化的施肥運(yùn)籌，以實(shí)現(xiàn)提升土壤肥力、提高作物產(chǎn)量和資源利用效率的管理方式。

4 個(gè)處理的田間管理模式在多方面存在差異，包括種植密度、耕作方式、養(yǎng)分投入量和來(lái)源、肥料施用運(yùn)籌等，具體管理措施見(jiàn)表1。

表1 不同試驗(yàn)處理玉米生產(chǎn)的田間管理方式Table 1 Field management method in different experimental treatments in maize production

試驗(yàn)小區(qū)面積為120 m2（20 m×6 m），采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)4 次重復(fù)，供試玉米品種為良玉99。試驗(yàn)開(kāi)展期間于4 月下旬至5 月上旬播種，9 月下旬至10 月初收獲。

試驗(yàn)采用的肥料品種為尿素（46% N）、磷酸二銨（46% P2O5）和硫酸鉀（50% K2O），有機(jī)肥種類為豬糞，1 kg 平均含N 5.2 g、P2O54.3 g、K2O 4.7 g。玉米生育期內(nèi)，各試驗(yàn)處理均按照當(dāng)?shù)刈罴压芾矸绞竭M(jìn)行除草和病蟲(chóng)防治，未進(jìn)行田間灌溉。

1.3 植株樣品采集與測(cè)定

每年玉米收獲期，選取小區(qū)中心65 m2區(qū)域進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，并在每個(gè)小區(qū)選取10株長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株，采集地上部樣品于70 ℃下烘干后稱質(zhì)量并研磨。樣品采用H2SO4-H2O2消煮后，分別采用釩鉬黃比色法和火焰光度計(jì)法測(cè)定磷、鉀養(yǎng)分含量。

1.4 土壤樣品采集與測(cè)定

2020年玉米收獲后，每個(gè)小區(qū)選取10個(gè)樣點(diǎn)，分別采集0～20和20～40 cm 土層的土樣，混勻，自然風(fēng)干后研磨，再分別過(guò)孔徑0.85、0.15 mm 篩，測(cè)定土壤速效磷、速效鉀和全磷、全鉀含量。速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用NH4OAc 浸提-火焰光度法；全磷采用HClO4-H2SO4消煮法，全鉀采用NaOH熔融-火焰光度法。

另外，在每個(gè)小區(qū)采集0～20 cm 和20～40 cm 土層各10個(gè)原狀土樣，混勻后裝入塑料盒內(nèi)帶回，將大土塊沿自然破碎面掰開(kāi)過(guò)孔徑8 mm 篩，完全風(fēng)干后分別采用干篩法和濕篩法測(cè)定土壤團(tuán)聚體組成［13］。濕篩后得到的各粒級(jí)團(tuán)聚體樣品于70 ℃下烘干并稱質(zhì)量，研磨過(guò)孔徑0.85 mm篩后測(cè)定速效磷和速效鉀含量。

1.5 指標(biāo)計(jì)算

植株磷素吸收量= ∑（植株不同部位干質(zhì)量×植株不同部位磷含量）。

植株鉀素吸收量計(jì)算同磷素。

磷肥回收利用率=（施肥處理植株磷累積量-不施肥處理植株磷累積量）×100/（磷肥施用量×磷肥養(yǎng)分含量）［14］。

鉀肥回收利用率計(jì)算同磷肥。

SI=（mean-SD）/max。SI 用來(lái)評(píng)估多年來(lái)玉米籽粒產(chǎn)量和其他指標(biāo)的可持續(xù)性［12］；mean 為平均值，SD 為標(biāo)準(zhǔn)差，max 為所有試驗(yàn)?zāi)攴葜械淖畲髤?shù)值。

CV=SD/mean×100%。CV 為變異系數(shù)，反映13 年間各指標(biāo)的變異程度，SD 為標(biāo)準(zhǔn)差，mean 為平均值。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和計(jì)算，Ori-gin 2018軟件進(jìn)行繪圖，SPSS 18.0軟件進(jìn)行單因素方差統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著性差異法（LSD）確定在α=0.05水平下各處理間差異的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 春玉米植株干質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量

2009―2020年間各處理春玉米植株干質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量的變化趨勢(shì)存在明顯差異（圖1）。CK處理的植株干質(zhì)量和產(chǎn)量均呈大幅下降趨勢(shì)，F(xiàn)P處理整體略有下降，HY和ISSM處理總體為上升趨勢(shì)。植株干質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量的變異系數(shù)均以CK處理明顯高于其他3個(gè)施肥處理，而施肥處理之間差異較小，其中ISSM處理相對(duì)較低（表2）。ISSM處理植株干質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量的多年穩(wěn)定性分別為0.86和0.85，略高于HY處理（0.85和0.83），但顯著高于FP 處理（0.83 和0.82）?？傮w來(lái)看，各處理組的年平均植株干質(zhì)量和產(chǎn)量排序?yàn)镠Y≈ISSM＞FP＞CK。其中，ISSM 處理的年平均植株干質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量分別達(dá)到HY處理的96%和98%，相比FP 處理分別增加22%和26%。HY 和ISSM 處理均顯著提高了玉米的植株干質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量，而ISSM處理在獲得玉米高產(chǎn)方面具有較好的可持續(xù)性和穩(wěn)定性，能夠促進(jìn)玉米的持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

圖1 2009―2020年不同處理春玉米植株干質(zhì)量（A）和籽粒產(chǎn)量（B）的變化趨勢(shì)Fig.1 Change trends of plant dry matter（A）and grain yield（B）of spring maize in different treatments from 2009 to 2020

2.2 春玉米植株磷、鉀素吸收與利用

不同處理春玉米植株磷、鉀養(yǎng)分吸收量的年際間變化趨勢(shì)存在明顯差異，整體趨勢(shì)與籽粒產(chǎn)量、植株干質(zhì)量相似（圖2）。植株磷、鉀吸收量的變異系數(shù)均以CK 處理明顯高于其他3 個(gè)施肥處理，磷吸收量的變異系數(shù)在施肥處理間差異較小，其中ISSM 處理相對(duì)較高；鉀吸收量的變異系數(shù)以FP 處理較高，ISSM 處理較低（表2）。3 個(gè)施肥處理植株磷吸收量的穩(wěn)定性在0.79～0.82，且無(wú)顯著性差異，而植株鉀吸收量的穩(wěn)定性以ISSM 和HY 處理顯著高于FP 處理。綜合所有試驗(yàn)?zāi)攴輥?lái)看，各處理植株磷、鉀吸收量的排序均為HY＞ISSM＞FP＞CK。ISSM 處理的平均植株磷、鉀吸收量分別達(dá)到HY 處理的91%和85%，而相比FP 處理則分別增加24%和32%。ISSM 處理相比HY 處理減少了養(yǎng)分投入，對(duì)于植株磷、鉀養(yǎng)分的吸收也具有促進(jìn)作用，能夠顯著提高植株磷、鉀養(yǎng)分吸收量。

表2 2009―2020年不同處理春玉米的平均籽粒產(chǎn)量、植株干質(zhì)量、磷素和鉀素的吸收量及其肥料利用率Table 2 The mean grain yield，plant dry matter，plant phosphorus and potassium uptake，phosphorus and potassium recovery efficiency of spring maize in different treatments from 2009 to 2020

圖2 2009―2020年不同處理春玉米植株磷（A）、鉀（B）吸收量的變化趨勢(shì)Fig.2 Change trends of plant phosphorus（A）and potassium（B）uptake of spring maize in different treatments from 2009 to 2020

3個(gè)施肥處理的磷、鉀肥回收利用率在12年間整體均呈上升趨勢(shì)（圖3）。其中，ISSM 處理的磷肥回收利用率在各年份均高于HY 和FP 處理，鉀肥回收利用率在各年份均高于HY 處理，與FP 處理差異較小。HY 處理的磷肥回收利用率在各試驗(yàn)期內(nèi)較FP處理相比無(wú)顯著差異，而鉀肥回收利用率均低于FP處理。ISSM 處理磷、鉀肥回收利用率的變異系數(shù)均高于HY 處理，與FP 處理間差異較?。ū?）。ISSM處理的磷、鉀肥回收利用率穩(wěn)定性分別能夠達(dá)到HY處理的93%和84%，較FP 處理相比，磷肥回收利用率穩(wěn)定性顯著增加，鉀肥回收利用率穩(wěn)定性略高。多年平均來(lái)看，各處理磷肥回收利用率高低順序?yàn)镮SSM＞HY＞FP，鉀肥回收利用率高低順序?yàn)镮SSM＞FP＞HY。ISSM 處理平均磷、鉀肥回收利用率分別較HY 處理增加17.4 和24.8 個(gè)百分點(diǎn)，較FP處理增加18.7 和1.2 個(gè)百分點(diǎn)。ISSM 處理能夠促進(jìn)春玉米對(duì)磷、鉀養(yǎng)分的高效利用，并且顯著提高磷、鉀肥回收利用率。

圖3 2009―2020年不同處理春玉米磷（A）、鉀肥（B）回收利用率的變化趨勢(shì)Fig.3 Change trends of phosphorus（A）and potassium（B）recovery efficiency of spring maize in different treatments from 2009 to 2020

2.3 土壤磷、鉀養(yǎng)分含量

總體上，0～20 cm 土層的全磷、全鉀、速效磷和速效鉀含量高于20～40 cm 土層（表3）。不同處理顯著影響了2 個(gè)土層的各項(xiàng)指標(biāo)，其高低趨勢(shì)一致，均為HY＞ISSM＞FP＞CK。0～20 cm 土層中，ISSM處理的土壤全磷、全鉀、速效磷和速效鉀含量分別達(dá)到HY 處理的89%、95%、87%和84%，其中全鉀含量?jī)烧邿o(wú)差異；而20～40 cm 土層中，ISSM 處理的各項(xiàng)指標(biāo)分別為HY 處理的86%、96%、97%和84%，除速效鉀含量外，其余指標(biāo)兩者均無(wú)顯著差異。ISSM 處理的全磷、全鉀、速效磷和速效鉀含量在2個(gè)土層均顯著高于FP 處理，0～20 cm 土層的增幅分別為33%、12%、63%和66%，而20～40 cm 土層的增幅分別為20%、8%、81%和25%。HY 和ISSM 處理均能夠顯著增加土壤中磷、鉀養(yǎng)分含量，ISSM 處理各方面的田間管理措施更為合理，其對(duì)于土壤磷、鉀養(yǎng)分的儲(chǔ)存能力以及土壤肥力的改善效果更強(qiáng)。

表3 0～20 cm和20～40 cm土層不同處理土壤的全磷、全鉀、速效磷和速效鉀含量Table 3 Soil total and available contents of phosphorus and potassium in 0-20 cm and 20-40 cm soil layers in different treatments

通過(guò)對(duì)土壤團(tuán)聚體進(jìn)行分級(jí)，發(fā)現(xiàn)各粒級(jí)團(tuán)聚體中的速效磷、鉀含量也受到不同處理的顯著影響（圖4、5）。0～20 cm 土層各粒級(jí)土壤團(tuán)聚體的速效磷、速效鉀含量均明顯高于20～40 cm 土層。0～20 cm 土層中，各處理的團(tuán)聚體速效磷含量隨粒級(jí)的減小均呈先增加后降低趨勢(shì)，在2～0.5 mm 粒級(jí)含量達(dá)到最高，而20～40 cm 土層各粒級(jí)團(tuán)聚體的速效磷含量差異相對(duì)較小。對(duì)于速效鉀含量，0～20 cm 和20～40 cm 土層均呈現(xiàn)隨粒級(jí)減小而逐漸下降的趨勢(shì)。

各處理中，HY 和ISSM 處理2 個(gè)土層各粒級(jí)團(tuán)聚體的速效磷含量均顯著高于FP 和CK 處理，而兩者之間僅在0～20 cm 土層的＞2 mm 和2～0.5 mm 粒級(jí)下存在顯著差異（圖4）?？傮w上，0～20 cm 土層ISSM 處理的團(tuán)聚體速效磷含量在各粒級(jí)下可達(dá)到HY 處理的53%～95%，而相比FP 處理的增幅在86%～97%。20～40 cm 土層中，ISSM 處理的團(tuán)聚體速效磷含量在各粒級(jí)下可達(dá)到HY 處理的90%～99%，而相比FP 處理的增幅在66%～144%。

圖4 0～20 cm（A）和20～40 cm（B）土層土壤團(tuán)聚體各粒級(jí)的速效磷含量Fig.4 Available phosphorus content of all aggregate size fractions in 0-20 cm（A）and 20-40 cm（B）soil layers

各處理中，HY 和ISSM 處理在0～20 cm 土層的各粒級(jí)和20～40 cm土層的＞2 mm、0.5～0.25 mm粒級(jí)中團(tuán)聚體的速效鉀含量均顯著高于FP 和CK 處理，且各處理間差異均達(dá)顯著水平（圖5）?？傮w上，0～20 cm 土層ISSM 處理的團(tuán)聚體速效鉀含量在各粒級(jí)下可達(dá)到HY 處理的82%～90%，而相比FP 處理的增幅在81%～87%。20～40 cm 土層中，ISSM處理的團(tuán)聚體速效鉀含量在各粒級(jí)下可達(dá)到HY 處理的83%～88%，而相比FP 處理，其增幅在14%～28%。HY和ISSM 處理能夠促進(jìn)土壤團(tuán)聚體各粒級(jí)中磷、鉀養(yǎng)分含量的累積，ISSM 處理結(jié)合了適宜的耕作和施肥方式，能夠更有效地增強(qiáng)土壤團(tuán)聚體保肥供肥能力，提升土壤肥力水平。

圖5 0～20 cm（A）和20～40 cm（B）土層土壤團(tuán)聚體各粒級(jí)的速效鉀含量Fig.5 Available potassium content of all aggregate size fractions in 0-20 cm（A）and 20-40 cm（B）soil layers

2.4 各項(xiàng)指標(biāo)間的相關(guān)性分析

對(duì)本研究的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，各項(xiàng)指標(biāo)之間均存在正相關(guān)關(guān)系（圖6）。其中，玉米籽粒產(chǎn)量與植株干質(zhì)量、磷鉀養(yǎng)分吸收利用各指標(biāo)之間，以及土壤磷鉀養(yǎng)分含量與＞0.25 mm 粒級(jí)團(tuán)聚體磷鉀養(yǎng)分含量各指標(biāo)之間的相關(guān)性較強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)均超過(guò)0.9。而植株干質(zhì)量與土壤速效磷、全磷、全鉀、＞0.25 mm 粒級(jí)團(tuán)聚體中速效鉀的相關(guān)性較弱，相關(guān)系數(shù)低于0.7。另外，土壤全磷與作物籽粒產(chǎn)量、磷肥回收利用率之間的相關(guān)性也相對(duì)較弱，分別為0.68和0.66。

圖6 各項(xiàng)指標(biāo)間的相關(guān)性Fig.6 Correlation analysis diagram of various indicators

3 討 論

本研究發(fā)現(xiàn)，HY 和ISSM 方式在12 年間始終保持較高的成熟期植株干質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的高產(chǎn)，其年均產(chǎn)量分別達(dá)到13.4、13.1 t/hm2，相比FP分別增加了29%和26%。分析其高產(chǎn)的原因，首先是HY 和ISSM 方式提高了玉米的種植密度，增加了群體數(shù)量，為單位面積上植株干質(zhì)量的增加提供了基礎(chǔ)［15］。同時(shí)，2 個(gè)處理與FP 處理相比在秋季收獲均增加了深松環(huán)節(jié)，有利于打破犁底層，降低下層土壤容重［16-17］，一方面可以增加冬季降雪后水分的滲入，保證較高的春季土壤水分而促進(jìn)玉米出苗和苗期生長(zhǎng)；另一方面，疏松透氣的下層土壤有利于根系的下扎，為植株生長(zhǎng)發(fā)育提供更好的水分和養(yǎng)分供應(yīng)［18］。施肥方式上，HY 和ISSM 處理通過(guò)采用有機(jī)-無(wú)機(jī)配施、增加追肥等措施，改善了土壤物理結(jié)構(gòu)和生物化學(xué)活性，增加了土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力和有效性，充分滿足了生育期內(nèi)植株的養(yǎng)分需求，從而促進(jìn)了植株發(fā)育，提高光合作用而增加了干物質(zhì)累積［19］。另外，HY和ISSM 處理充足的磷鉀養(yǎng)分供應(yīng)也提高了玉米植株的磷、鉀養(yǎng)分濃度，從而增加了植株的磷、鉀養(yǎng)分吸收量，2 個(gè)處理的年平均植株磷、鉀吸收量相比FP 處理顯著增加。本研究中，HY 處理通過(guò)最大化群體密度，同時(shí)輔以充足的養(yǎng)分供應(yīng)，目的在于實(shí)現(xiàn)最大的產(chǎn)量效益。ISSM 處理在HY 基礎(chǔ)上，首先適度降低了植株密度，促進(jìn)了植株個(gè)體的發(fā)育和結(jié)實(shí)，從而實(shí)現(xiàn)了群體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化；同時(shí)，通過(guò)降低肥料用量結(jié)合調(diào)整追肥的時(shí)期和比例，實(shí)現(xiàn)了氮磷鉀養(yǎng)分的平衡適時(shí)供應(yīng)，更好地匹配了植株在關(guān)鍵生育期的養(yǎng)分需求，最終實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)量、植株磷鉀養(yǎng)分吸收量達(dá)到HY 處理的98%、91%和85%，從而提高了磷、鉀肥回收利用率。說(shuō)明ISSM 方式各方面措施的組合更合理，產(chǎn)量效益和資源利用效率更高。因此，該區(qū)域春玉米生產(chǎn)中首先應(yīng)因地制宜進(jìn)行適當(dāng)增密，建議在7 萬(wàn)株/hm2為宜，以構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu)；進(jìn)而通過(guò)合理的耕作措施，增加深松以促進(jìn)玉米根系良好生長(zhǎng)，同時(shí)優(yōu)化施肥管理以匹配其養(yǎng)分需求的數(shù)量與時(shí)期，從而保障獲得高產(chǎn)和資源高效利用。

良好的土壤結(jié)構(gòu)和肥力狀況是作物生產(chǎn)獲得持續(xù)高產(chǎn)的必要基礎(chǔ)，因此農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不僅要提高作物產(chǎn)量和養(yǎng)分效率，還要考慮土壤肥力的維持和提升［20］。一般來(lái)說(shuō)，表層土壤的肥力高于下層土壤，而且農(nóng)田耕層土壤受施肥、耕作等措施的影響較大，養(yǎng)分含量也較高，特別是移動(dòng)性較小的磷素易在土壤表層累積［21］。本研究發(fā)現(xiàn)，HY 和ISSM 處理較FP處理顯著增加了土壤磷、鉀的養(yǎng)分含量，主要原因可能是采用了有機(jī)-無(wú)機(jī)配合的施肥方式。通過(guò)增施有機(jī)肥，HY和ISSM 處理為土壤補(bǔ)充了大量有機(jī)物質(zhì)，提供了長(zhǎng)期穩(wěn)定的養(yǎng)分釋放來(lái)源，而且改善了物理結(jié)構(gòu)、促進(jìn)團(tuán)聚體形成，從而增強(qiáng)了土壤的供肥保肥能力［22］。另外，耕作措施的調(diào)整可能也對(duì)HY 和ISSM 處理土壤磷、鉀養(yǎng)分含量的提高有一定的作用。研究發(fā)現(xiàn)，深松措施可以改善土壤通氣性、增加土壤溶液，從而促進(jìn)速效磷、鉀養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化、釋放及其植物有效性［23］。

土壤團(tuán)聚體是構(gòu)成土壤的基本組成單元，作為土壤養(yǎng)分儲(chǔ)藏與固存的重要載體，能夠協(xié)調(diào)土壤水肥氣熱，促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)。Six 等［24］認(rèn)為＞0.25 mm 的大團(tuán)聚體是土壤中較好的結(jié)構(gòu)體，其所含養(yǎng)分對(duì)于土壤肥力保持發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本研究中，＞0.25 mm 大團(tuán)聚體的速效磷和速效鉀含量均高于微團(tuán)聚體，因此，大團(tuán)聚體對(duì)于土壤磷、鉀養(yǎng)分具有一定的轉(zhuǎn)運(yùn)和富集作用。HY和ISSM 處理可能通過(guò)提高大團(tuán)聚體數(shù)量，促進(jìn)土壤養(yǎng)分隨之遷移和聚集，從而顯著增加了土壤團(tuán)聚體中的養(yǎng)分含量［25］。盡管HY 處理的土壤整體和團(tuán)聚體中磷、鉀養(yǎng)分的含量均高于ISSM 處理，但其化肥和有機(jī)肥的投入量也更高。ISSM 處理通過(guò)適宜的耕作和施肥方式，其大多數(shù)土壤磷、鉀養(yǎng)分含量指標(biāo)接近或達(dá)到HY 處理水平，說(shuō)明其對(duì)于磷、鉀肥養(yǎng)分的留存能力以及土壤肥力的改善效果更強(qiáng)。因此，玉米生產(chǎn)中應(yīng)在優(yōu)化耕作措施的基礎(chǔ)上，重視有機(jī)物料的補(bǔ)充，增施有機(jī)肥或進(jìn)行秸稈還田［4］，以促進(jìn)團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的改善從而改良土壤結(jié)構(gòu)、提升土壤肥力，為作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

綜上，本研究基于為期12 a 的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，ISSM 處理促進(jìn)了春玉米的持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和磷、鉀養(yǎng)分的高效吸收利用。其年平均籽粒產(chǎn)量和植株磷、鉀養(yǎng)分吸收量分別能夠達(dá)到HY 方式的98%、91% 和85%，較FP 處理顯著增加26%、24% 和32%，并且能夠提高磷、鉀肥回收利用效率。同時(shí)，ISSM 處理相比FP 處理土壤磷、鉀養(yǎng)分含量大幅提高，特別是團(tuán)聚體中磷、鉀養(yǎng)分含量，部分指標(biāo)均接近或達(dá)到HY 處理水平。因此，土壤-作物系統(tǒng)綜合管理方式實(shí)現(xiàn)了作物高產(chǎn)、土壤培肥和資源高效的綜合目標(biāo)，可作為東北春玉米優(yōu)化栽培管理、促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的有效方法。