深松與有機(jī)肥配施對土壤性質(zhì)及玉米氮素利用的影響

解占軍韓瑛祚何志剛王秀娟葉 鑫

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

玉米是重要的糧食作物。遼寧省是我國主要的玉米種植省份之一 。長久以來,由于土地的分散經(jīng)營,大型動力及機(jī)具在生產(chǎn)上的應(yīng)用急劇下降,機(jī)械化深翻、深松作業(yè)面積越來越少,長年采用小型動力作業(yè),耕作層淺,而且由于機(jī)械壓實(shí),使土壤表層容重增加,從而造成了土壤板結(jié),耕地質(zhì)量退化,土壤肥力下降[1]。氮素是玉米生長發(fā)育的必需營養(yǎng)元素之一,目前我國玉米氮肥利用效率僅為26%左右[2]。適宜的氮肥用量會提高玉米產(chǎn)量,過量施氮玉米產(chǎn)量會下降,以及帶來相應(yīng)的環(huán)境問題[3,4]。深松是隨少耕、免耕而發(fā)展起來代替?zhèn)鹘y(tǒng)耕作,適用于旱地農(nóng)業(yè)的保護(hù)性耕作法。它是利用深松鏟來疏松土壤,加深耕層而不翻轉(zhuǎn)土壤,改善耕層土壤的結(jié)構(gòu),從而減輕土壤侵蝕,提高土壤的蓄水保墑能力[5]。因此,在旱地保護(hù)性耕作體系中,深松愈來愈受到廣泛重視。有機(jī)肥的施用在我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用[6]。東北地區(qū)玉米種植長期實(shí)行淺耕旋耕作業(yè),過量施用化肥,忽視有機(jī)物料投入,導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)退化、耕性變差[7]。本試驗(yàn)通過深松耕作與土壤有機(jī)培肥改善耕層土壤性質(zhì),減少化肥施用量,提高化肥使用效率,為玉米土壤培肥及氮肥高效利用提供可行性依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)為鐵嶺縣蔡牛鎮(zhèn),位于遼寧省北部、松遼平原中部。屬于中溫帶亞濕潤季風(fēng)型大陸性氣候。土壤類型為棕壤,0～20 cm土層土壤全氮1.04 g/kg、全磷0.40 g/kg、全鉀19.5 g/kg、堿解氮123 mg/kg、有效磷20.9 mg/kg、有效鉀130 mg/kg、有機(jī)質(zhì)含量為15.3 g/kg。土壤pH值6.0,容重1.364 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)材料

供試肥料:尿素(N 46%),磷酸二銨(N18%,P2O546%),硫酸鉀(K2O 50%),復(fù)合肥(N 26%,P2O511%,K2O 11%),過磷酸鈣(P2O512%),有機(jī)肥為牛糞(全C:38.8%,全N:0.901%)。供試玉米品種鐵研58。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)5處理,分別為:處理1,常規(guī)種植,不施氮肥(N:0 kg/hm2,P2O5:90 kg/hm2,K2O:90 kg/hm2);處理2,常規(guī)種植+常規(guī)施肥(N:210 kg/hm2,P2O5:90 kg/hm2,K2O:90 kg/hm2);處理3,深松+有機(jī)肥+不施氮肥(N:0 kg/hm2,P2O5:90 kg/hm2,K2O:90 kg/hm2);處理4,深松+有機(jī)肥+常規(guī)施肥(N:210 kg/hm2,P2O5:90 kg/hm2,K2O:90 kg/hm2);處理5,深松+有機(jī)肥+常規(guī)施肥減氮15%(N:178.5kg/hm2,P2O5:90kg/hm2,K2O:90 kg/hm2)。深松采用秋季深松,深度為30 cm。有機(jī)肥采 用 春 季 撒 施,旋 耕 起 壟,用 量(以 干 基 計(jì))為7 500 kg/hm2。4月22日種植,9月27日收獲。傳統(tǒng)壟作栽培,種植密度為60 000株hm2,其他管理按當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)方式進(jìn)行。

1.4 樣品采集與指標(biāo)測定

玉米收獲后采集0～20 cm耕層土壤,多個采集點(diǎn)混成一個土壤樣品,測定土壤堿解氮、有效磷、有效鉀、全氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)指標(biāo)。

收獲期每個小區(qū)選取中間2壟進(jìn)行測產(chǎn)(面積為12 m2),測定玉米鮮穗質(zhì)量、秸稈鮮基質(zhì)量,每個樣區(qū)取10株玉米曬干,分別測定籽粒干重,玉米秸稈干重,最后折算單位面積的籽粒產(chǎn)量(按14%含水量計(jì)算)和玉米秸稈風(fēng)干產(chǎn)量。選取玉米籽粒和秸稈樣品測定氮含量。

土壤堿解氮測定用堿解擴(kuò)散法;土壤有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提,鉬銻抗比色法測定;土壤有效鉀采用NH4OAc浸提,火焰光度計(jì)法測定;土壤全氮測定采用半微量開氏法;土壤全磷采用NaOH熔融,鉬銻抗比色法測定;土壤全鉀用NaOH 熔融,火焰光度計(jì)法測定;有機(jī)質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀外加熱法;植物全氮用H2SO4-H2O2消煮,半微量開氏法測定。

土壤容重采用環(huán)刀法測定,測定深度為0～20 cm,土壤田間持水量采用環(huán)刀法測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行整理分析并作圖,采用SPSS 19.0 軟件做相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析,多重比較采用Duncan法,顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對玉米產(chǎn)量的影響

不同處理對玉米產(chǎn)量影響如圖1所示。處理4(深松+有 機(jī) 肥+常 規(guī) 施 肥)玉 米 產(chǎn) 量 最 高,達(dá) 到11 857.0 kg/hm2,比處理2(常規(guī)種植+常規(guī)施肥)產(chǎn)量增加4.93%。處理5(深松+有機(jī)肥+減氮15%)與處理2相比產(chǎn)量略有下降但差異不顯著。處理1(常規(guī)種植+不施氮肥)和處理3(深松+有機(jī)肥+不施氮肥)玉米籽粒產(chǎn)量較低,比處理2分別降低了22.76%和11.27%,說明不施氮肥會顯著影響玉米產(chǎn)量。

圖1 不同處理對玉米籽粒產(chǎn)量的影響

2.2 不同處理對玉米氮素吸收和利用的影響

玉米的總吸氮量在160.60～284.43 kg/hm2(見表1),深松與有機(jī)肥配施促進(jìn)玉米對氮素的吸收和利用。與處理2相比,處理4氮素吸收量增加幅度為20.97%,處理5增加了12.60%。氮素利用率在35.49%～45.43%,深松配施有機(jī)肥后氮素利用率均有提高,其中處理4氮素利用率達(dá)到45.43%,比處理2提高9.94個百分點(diǎn)。處理5氮素利用利率為42.40%,提高6.91個百分點(diǎn)。

表1 不同處理對玉米氮素吸收和利用的影響

2.3 不同處理對土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量的影響

表2為0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量?？梢钥闯?與處理2相比,深松配施有機(jī)肥明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,其中處理4和處理5有機(jī)質(zhì)含量均達(dá)到20.1 g/kg,提 高 了9.24%。處 理3有 機(jī) 質(zhì) 含 量 為19.2 g/kg,提高了4.35%;同時明顯增加土壤養(yǎng)分含量,其中處理4和處理5土壤全氮含量分別增加了11.93%和11.04%、土壤堿解氮含量分別增加了9.86%和4.38%;處理4土壤全磷增加了12.7%,有效磷含量增加了22.16%;處理4、處理5土壤全鉀含量分別增加了23.20%和21.25%;土壤有效鉀含量,以處理3提高幅度較大,為41.16%,以處理4提高幅度較小。

表2 不同處理對土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量影響

2.4 深松配施有機(jī)肥對土壤物理性質(zhì)的影響

土壤容重是土壤重要的物理性狀之一。深松配施有機(jī)肥可改善土壤的物理性狀(見表3)。

表3 深松對土壤物理性狀的影響

與常規(guī)種植相比,深松配施有機(jī)肥處理顯著降低了土壤容重,提高了土壤孔隙度和田間持水量。其中土壤容重降低了4.91%,土壤總孔隙度增加了2.53個百分點(diǎn),田間持水量提高了1.99個百分點(diǎn)。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果顯示,深松與有機(jī)肥配施明顯增加玉米產(chǎn)量,增加幅度為4.93%,提高氮肥利用率9.94個百分點(diǎn)。在穩(wěn)產(chǎn)條件下可以適當(dāng)減少氮肥15%,同時提高氮肥利用率6.91個百分點(diǎn)。相關(guān)研究表明,不論是單一深松還是深松與有機(jī)肥配施均顯著提高玉米產(chǎn)量。鄔小春等研究顯示春季深松能夠提高玉米穗粒數(shù)3.9%,顯著提高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量4.4%[8]。宮亮等研究發(fā)現(xiàn),深松處理的玉米產(chǎn)量較常規(guī)旋耕提高3.74%[9]。閆百瑩等研究發(fā)現(xiàn)深松結(jié)合施用有機(jī)肥有利于玉米早期苗高生長,有利于玉米產(chǎn)量的提高[10]。

施用有機(jī)肥料是增加土壤碳投入、提高農(nóng)田土壤肥力的直接手段,對提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和改善質(zhì)量有重要作用。梁路等研究表明,化肥與牛糞配合施用可提高0～20 cm耕層土壤的18.2%有機(jī)質(zhì)含量,提高27.4%全氮含量[11];張華艷等研究表明,與秸稈不還田相比,秸稈還田后土壤有機(jī)質(zhì)增加了10.65%,全氮含量增加了18.68%[12]。本研究結(jié)果與其相似,施用有機(jī)肥后,土壤有機(jī)質(zhì)含量增加了4.35%～9.24%,提高了土壤養(yǎng)分含量。其中,深松+有機(jī)肥+常規(guī)施肥明顯增加土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷和有效鉀含量。

耕作方式主要顯著影響土壤物理結(jié)構(gòu)的變化,研究認(rèn)為,保護(hù)性耕作有利于降低土壤容重[13,14]。齊華等發(fā)現(xiàn),不同深松方式均能顯著降低10～30 cm土壤容重和土壤緊實(shí)度[15]。劉戰(zhàn)東等發(fā)現(xiàn),保護(hù)性耕作措施降低土壤容重5.9%～6.6%,降低土壤緊實(shí)度25%左右[16]。鄔小春等發(fā)現(xiàn),春季深松能夠提高土壤田間持水量。研究表明施用有機(jī)肥也能改善土壤物理性狀[17]。鄒文秀等發(fā)現(xiàn),施用有機(jī)肥顯著降低了0～20 cm和20～40 cm土層土壤容重,分別顯著下降了16. 0%和4.40% ,同時增加了0～20 cm土層土壤總孔隙度12. 9%[18]。本研究表明,秋季深松與春季施用有機(jī)肥降低0～20 cm土層土壤容重4.91%,提高土壤總孔隙度含量2.53個百分點(diǎn),田間持水量增加1.99個百分點(diǎn),改善了該地區(qū)土壤物理性狀。

在本研究中,深松與有機(jī)肥配施條件下減氮15%處理,不僅要考慮深松對土壤物理性質(zhì)的改善作用,還要把握好作物產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益之間的平衡關(guān)系。機(jī)械化生產(chǎn)深松產(chǎn)生的成本約225元/hm2,節(jié)約純N 31.5 kg/hm2,尿素按3 500元/t計(jì)算,節(jié)約氮肥成本239.4元/hm2。深松產(chǎn)生的成本與節(jié)肥費(fèi)用基本相當(dāng),但需要說明的是該措施提高了氮肥利用率,減少氮素在土壤中的殘留,對降低環(huán)境污染具有一定作用。