0 引言
【研究意义】肥料是作物重要的养分来源。研究表明,化肥在作物增产中占有50%的作用 [1]。但在中国粮食总产不断提高的同时,化肥的施用也出现了一些不合理的现象,如过量施肥、忽视土壤养分供应等[2],致使化肥的增产作用下降,同时造成环境的污染[3]。黄淮海地区是中国主要粮食生产区,粮食生产总量占全国的三分之一[4]。在中国主要农业生态区中,黄淮海区的肥料施用量最高,肥料的利用效率最低[5]。因土施肥的节肥策略能够提高资源的利用效率,同时缓解施肥不当带来的不良影响。潮土、砂姜黑土和黄褐土是黄淮南部地区主要土壤类型[6],冬小麦-夏玉米一年两熟轮作制是其粮食作物主要种植模式。因此,研究3种土壤类型的施肥增产效应对于实现该区因土施肥和资源高效利用具有重要的指导意义。【前人研究进展】土壤是植物生产的基地,土壤质量的高低直接影响作物的生产水平[7]。不同土壤因其内在结构和物质的不同,其质量差别较大,其中影响最大的是土壤肥力质量[8]。关于不同土壤作物的施肥效果和肥料利用情况,前人做了大量的研究报道等[9-14],并提出应依据土壤特点选择作物品种和施肥水平。叶全宝等[15]、曾祥明等[16]研究发现不同土壤水稻的施肥增产效应和肥料利用效率与土壤基础地力有关。韩燕来等[17]在豫北潮土区典型高肥力和中肥力田块上研究表明,高肥力土壤上植株对肥料养分的吸收量低于中肥力土壤。 赵俊晔等[18]利用N15示踪方法在高产区肥力存在差异的棕壤土上研究发现,土壤肥力较高的土壤对小麦植株养分的供应量较高,且肥力较高土壤上获得高产的需肥量较低。土壤的基础地力越高,对作物产量的贡献率就越高,肥料的贡献率就越低[19]。在实际生产中,土壤的基础生产力在提高作物产量以及养分利用效率中所占的比重逐渐增加[20]。【本研究切入点】不同类型土壤一般分布在不同生态区,而作物产量在年际间的变化又显著地受气候和管理措施的影响,不同土壤对作物的影响无法单独阐明。此外,前人对一年两熟地区不同土壤施肥与作物关系的研究多局限于单一作物,且多在不同生态区进行,难以客观比较两熟制生产条件下施肥对不同类型土壤上作物产量以及养分吸收利用的实际情况。【拟解决的关键问题】本研究将黄淮南部地区3种主要类型土壤集中在同一生态条件下,明确不同类型土壤上施肥对冬小麦-夏玉米养分吸收利用及产量的影响,为因土施肥和资源高效利用提供理论依据。1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2013—2015年在河南农业大学科教园区进行。该区气候属暖温带半湿润大陆性气候,无霜期220 d,日照时数2 400 h,试验期间的月平均气温和降雨量见图1。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图12013—2015年试验进行期间的月平均气温和月降雨量
-->Fig. 1Monthly average temperature and precipitation at the study site during 2013-2015
-->
1.2 试验设计
试验设土壤类型和施肥量2个因子。供试土壤选自河南省粮食主产区,分别为：豫北鹤壁市的中壤潮土（CS）,质地为黏壤土;豫中郑州郊区的砂壤潮土（SS）,质地为砂质壤土;豫中南漯河市的砂姜黑土（BS）,质地为壤质黏土;豫南方城县的黄褐土（YS）,质地为黏壤土。冬小麦、夏玉米分别设3个施肥水平：不施肥（CK）,中量施肥（MF,225 kg N·hm-2、112.5 kg P2O5·hm-2、112.5 kg K2O·hm-2）,高量施肥（HF,360 kg N·hm-2、180 kg P2O5·hm-2、180 kg K2O·hm-2）。试验采用池栽,池子面积为1.0 m×1.2 m,池深0.8 m,池子用7 cm厚的水泥砖砌成,每个池子封底并用水泥砌面,然后对整个池子做防水处理。夏玉米播种前,分别采集0—20 cm、20—40 cm、40—60 cm、60—80 cm土层的4种土壤,风干后装入池子中,池子中土壤容重与所取土壤相同。供试土壤0—20 cm的土壤颗粒组成和基础肥力见表1。随机区组排列,重复3次。2013—2014年,夏玉米于2013年6月8日播种,9月27日收获,冬小麦于2013年10月12日播种,2014年5月27日收获;2014—2015年,夏玉米于2014年6月12日播种,10月3日收获;冬小麦于2014年10月18日播种,2015年6月1日收获。夏玉米供试品种为豫单606,种植密度为67 500 株/hm2,行距为60 cm;冬小麦供试品种为矮抗58,播种量为150 kg·hm-2,行距为20 cm。收获后将冬小麦、夏玉米秸秆全部移出。磷、钾肥全部作为基施,氮肥基追比为1﹕1,追肥时期分别为夏玉米的大喇叭口期和冬小麦的拔节期,其他田间管理均按照常规大田进行。
Table 1
表1
表1供试0-20 cm土壤颗粒组成及养分含量
Table 1The soil particle constituents and nutrients content at 0-20 cm soil depth in tested soils
| 处理 Treatment | 土壤颗粒组成 Constituents of soil particle(%) | 有机质 Organic matter (g·kg-1) | 碱解氮 Available N (mg·kg-1) | 速效磷 Available P (mg·kg-1) | 速效钾 Available K (mg·kg-1) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| <0.002 mm | 0.002-0.02 mm | 0.02-2 mm | ||||||
| 中壤潮土 CS | 21 | 38 | 41 | 14.87 | 71.25 | 24.82 | 227.47 | |
| 砂壤潮土 SS | 14 | 29 | 57 | 7.74 | 30.77 | 11.84 | 95.24 | |
| 砂姜黑土 BS | 30 | 36 | 34 | 15.76 | 50.44 | 20.95 | 164.72 | |
| 黄褐土 YS | 24 | 40 | 37 | 9.08 | 39.30 | 15.03 | 134.75 | |
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1.3 样品采集与分析
1.3.1 土壤样品的采集 在玉米播种前采集0—20 cm土壤,用于测定土壤的基础肥力。用重铬酸钾容量法-外加热法测定土壤有机质,碱解扩散法测定土壤碱解氮,0.5 mol·L-1 NaHCO3浸提-钼蓝比色法测定土壤速效磷,NH4OAc 浸提-火焰光度法测定土壤速效钾[21]。土壤颗粒组成采用比重计法[22]。1.3.2 植株样品的采集 夏玉米成熟时,每个小区选择有代表性的植株3株;冬小麦成熟时,每个小区选择有代表性的植株单茎15个,分为秸秆和籽粒两部分,称鲜重,然后于105℃下杀青30 min,65℃烘干至恒重,称重并粉碎过筛,用于测定N、P、K含量。采用浓H2SO4-H2O2消煮,采用AA-3连续流动分析仪测定植株全N含量,采用钼锑抗比色法测定植株全磷含量,采用火焰光度计法测定植株全K含量[21]。
1.4 收获计产
夏玉米成熟时,各小区玉米全部收获计产;冬小麦成熟时,各小区收获1米双行计产,同时进行考种,均以14%含水量折算出夏玉米、冬小麦产量。1.5 数据处理与统计分析
增产率（%）=（YF - YCK）/ YCK×100肥料贡献率（%）=（YF - YCK）/ YF×100
肥料偏生产力（partial factor productivity of fertilizer,PFP）（kg·kg-1）= YF /F
肥料农学效率（agronomic efficiency of fertilizer,AE）（kg·kg-1）=（YF - YCK）/F
YF 为肥料处理的产量,YCK为CK处理下的产量,F为施肥量。
养分积累量（kg·hm-2）=[秸秆干重（kg·hm-2）×秸秆养分含量（g·kg-1）+籽粒干重（kg·hm-2）×籽粒养分含量（g·kg-1）]/1000
利用SPSS19.0软件进行方差分析,利用SigmaPlot12.5软件绘图。
2 结果
2.1 不同土壤类型上冬小麦-夏玉米产量对施肥量的响应
2.1.1 连续不施肥条件下不同土壤类型上冬小麦-夏玉米的产量变化 不施肥料时的作物产量能够代表土壤的基础生产力,反映土壤的肥力状况[19]。两年试验结果表明,4种土壤冬小麦、夏玉米的产量均表现为：中壤潮土>砂姜黑土>黄褐土>砂壤潮土,基础生产力间存在显著差异。与第一个轮作周期相比,中壤潮土、砂壤潮土、砂姜黑土、黄褐土4种土壤第二个轮作周期的周年作物产量分别下降了8.1%,26.2%,12.2%,23.3%,表明基础生产力较高的土壤,生产能力下降也较慢。
2.1.2 施肥量对不同土壤类型上冬小麦-夏玉米产量的影响 在2个轮作周期中,施肥显著提高了冬小麦、夏玉米的产量（表2）,但2014年玉米季产量显著高于2013年玉米季,这可能与2013年玉米生长季遇到高温热害有关（图1）。随着施肥量的增加,土壤类型间的差异逐渐降低。施肥处理下,中壤潮土、砂壤潮土、砂姜黑土、黄褐土4种土壤的夏玉米平均产量较不施肥处理增加19.3%、41.6%、22.0%、34.6%;冬小麦平均产量增加35.7%、107.6%、48.1%、84.1%;周年平均产量增加26.5%、64.4%、32.9%、52.7%。4种土壤的施肥增产效果表现为：砂壤潮土>黄褐土>砂姜黑土>中壤潮土。表明基础生产力较高的土壤,施肥增产效应较小。同时,冬小麦、夏玉米的平均产量均以中壤潮土表现最高,即基础生产力较高的土壤更容易获得较高的产量。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2连续不施肥处理下不同土壤类型上冬小麦-夏玉米的产量表现
不同小写字母表示在0.05水平差异显著。下同
-->Fig. 2The yield of winter wheat and summer maize of no fertilizer applied in different soil types
Different small letters indicated significantly different at 0.05 level. The same as below
-->
Table 2
表2
表2不同施肥量处理对不同土壤类型上冬小麦-夏玉米产量的影响
Table 2The effects of different fertilizer rates on yield of winter wheat and summer maize in different soil types
| 指标 Indicator | 作物 Crop | 处理 Treatment | 2013-2014 | 2014-2015 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 中壤潮土 CS | 砂壤潮土 SS | 砂姜黑土 BS | 黄褐土 YS | 中壤潮土 CS | 砂壤潮土 SS | 砂姜黑土 BS | 黄褐土 YS | ||||
| 产量 Yield (kg·m-2) | 夏玉米 Summer maize | CK | 0.97ef | 0.83h | 0.95f | 0.86g | 0.94f | 0.75i | 0.90g | 0.80h | |
| MF | 1.02bc | 0.99de | 1.01cd | 1.00de | 1.23bc | 1.14e | 1.21c | 1.18d | |||
| HF | 1.04ab | 1.05a | 1.03abc | 1.03abc | 1.24ab | 1.27a | 1.23bc | 1.24bc | |||
| 冬小麦 Winter wheat | CK | 0.79f | 0.68h | 0.75g | 0.72g | 0.68d | 0.36g | 0.59e | 0.42f | ||
| MF | 0.98bcd | 0.93e | 0.97cd | 0.95de | 0.99ab | 0.94c | 0.98abc | 0.96bc | |||
| HF | 0.99bc | 1.05a | 0.98bcd | 1.02ab | 0.99ab | 1.01a | 0.99ab | 1.00ab | |||
| 周年 Whole year | CK | 1.76f | 1.51i | 1.69g | 1.59h | 1.62f | 1.11i | 1.49g | 1.22h | ||
| MF | 2.00bc | 1.92e | 1.98cd | 1.95de | 2.22bc | 2.08e | 2.19c | 2.14d | |||
| HF | 2.04b | 2.09a | 2.01bc | 2.03b | 2.24ab | 2.28a | 2.22bc | 2.23abc | |||
| 增产率Increased rate of yield(%) | 夏玉米 Summer maize | CK | |||||||||
| MF | 5.4 | 19.2 | 6.9 | 15.4 | 31.5 | 51.5 | 35.2 | 48.3 | |||
| HF | 7.5 | 26.8 | 8.6 | 19.3 | 32.9 | 69.1 | 37.3 | 55.3 | |||
| 冬小麦 Winter wheat | CK | ||||||||||
| MF | 24.3 | 37.0 | 29.5 | 31.7 | 45.8 | 161.2 | 64.9 | 128.3 | |||
| HF | 26.4 | 53.2 | 31.5 | 39.1 | 46.4 | 179.2 | 66.5 | 137.1 | |||
| 周年 Whole year | CK | ||||||||||
| MF | 13.8 | 27.2 | 16.8 | 22.8 | 37.5 | 87.1 | 47.0 | 75.9 | |||
| HF | 15.9 | 38.6 | 18.7 | 28.4 | 38.6 | 104.8 | 48.9 | 83.6 | |||
| 肥料贡献率 Contribution rate of fertilizer(%) | 夏玉米 Summer maize | CK | |||||||||
| MF | 5.1 | 16.1 | 6.4 | 13.3 | 24.0 | 34.0 | 26.0 | 32.6 | |||
| HF | 6.9 | 21.1 | 7.9 | 16.2 | 24.8 | 40.9 | 27.15 | 35.6 | |||
| 冬小麦 Winter wheat | CK | ||||||||||
| MF | 19.6 | 27.0 | 22.8 | 24.1 | 31.4 | 61.7 | 39.3 | 56.2 | |||
| HF | 20.9 | 34.7 | 23.9 | 28.1 | 31.7 | 64.2 | 39.9 | 57.8 | |||
| 周年 Whole year | CK | ||||||||||
| MF | 12.2 | 21.4 | 14.4 | 18.6 | 27.3 | 46.6 | 32.0 | 43.2 | |||
| HF | 13.7 | 27.9 | 15.8 | 22.1 | 27.8 | 51.2 | 32.9 | 45.5 | |||
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中量施肥和高量施肥处理下,冬小麦、夏玉米的产量在砂壤潮土和黄褐土上存在显著差异,而在中壤潮土和砂姜黑土上差异不显著。因此,在基础生产力较低的砂壤潮土和黄褐土上可通过增加肥料的施用量,来满足作物持续高产的养分需求。此外,由肥料贡献率可以看出,4种土壤冬小麦、夏玉米的肥料贡献率由高到低均表现为：砂壤潮土>黄褐土>砂姜黑土>中壤潮土。夏玉米的肥料贡献率平均为15.2%—28.0%,冬小麦为25.9%—46.9%,周年为20.3%—36.7%。表明基础生产力较高的土壤,肥料对作物产量的贡献率较低。
2.2 不同土壤类型上冬小麦-夏玉米植株养分积累量对施肥量的响应
2.2.1 连续不施肥条件下不同土壤类型上冬小麦-夏玉米的植株养分积累量变化 不施肥料时的作物养分吸收量可以反映土壤的基础养分供应能力。由图2可以看出,两个轮作周期中冬小麦、夏玉米的植株氮素、磷素、钾素积累量在4种土壤上均表现为：中壤潮土>砂姜黑土>黄褐土>砂壤潮土。与第一个轮作周期周年植株养分积累量相比,中壤潮土、砂壤潮土、砂姜黑土、黄褐土4种土壤的第二个轮作周期周年植株氮素积累量分别下降了16.4%、 41.5%、23.5%、33.0%,磷素积累量分别下降了7.0%、28.9%、14.1%、23.0%,钾素积累量分别下降了15.1%、39.9%、22.8%、30.5%。表明基础肥力较高的土壤,养分供应能力下降较缓慢。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图3连续不施肥处理下不同土壤类型冬小麦-夏玉米植株养分的积累量
-->Fig. 3The N, P, K accumulation of winter wheat and summer maize of no fertilizer rate in different soil types
-->
2.2.2 施肥量对不同土壤类型上冬小麦-夏玉米植株养分积累量的影响 由表3可以看出,施肥显著提高冬小麦、夏玉米植株的养分积累量。施肥处理下,中壤潮土、砂壤潮土、砂姜黑土、黄褐土4种土壤夏玉米植株的平均氮素积累量较不施肥处理增加26.7%、60.2%、33.3%、48.6%,磷素积累量增加18.5%、51.9%、24.3%、37.4%,钾素积累量增加20.8%、53.5%、28.1%、40.5%;冬小麦植株的平均氮素积累量较不施肥处理增加49.3%、125.8%、69.7%、94.9%,磷素积累量增加30.3%、91.5%、44.2%、66.0%,钾素积累量增加38.8%、92.5%、52.2%、70.5%;周年植株的平均氮素积累量较不施肥处理增加38.3%、91.1%、51.2%、71.1%,磷素积累量增加24.3%、70.0%、33.8%、50.8%,钾素积累量增加29.6%、71.7%、39.6%、54.7%。可以看出,施肥处理下4种土壤植株养分积累量提高的大小依次表现为：砂壤潮土>黄褐土>砂姜黑土>中壤潮土。表明基础养分供应能力较低的土壤,作物对肥料养分的依赖性较高。中量施肥和高量施肥处理下,冬小麦、夏玉米植株的氮素、磷素、钾素积累量在砂壤潮土和黄褐土上均存在显著差异,而中壤潮土和砂姜黑土差异不显著。因此,在肥力较低的砂壤潮土和黄褐土上适当增加肥料施用量,能够提高作物对肥料养分的吸收和利用,同时减少对土壤养分的消耗。
Table 3
表3
表3不同施肥量处理对不同类型上冬小麦-夏玉米植株地上部N、P、K积累量及养分供应量的影响
Table 3The effects of different fertilizer rates for N、P、K accumulation of winter wheat and summer maize and crop nutrient supply in different soil types (g·m-2)
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由作物从土壤和肥料中吸收的养分含量可以看出,4种土壤对作物的养分供应量存在显著差异,由高到低依次表现为：中壤潮土>砂姜黑土>黄褐土>砂壤潮土。施肥处理下,夏玉米植株从土壤中获得的氮素养分供应量占总积累量的59.2%—79.3%,磷素为63.8%—84.9%,钾素为63.0%—83.1%;冬小麦植株从土壤中获得的氮素养分供应量占总积累量的43.1%—67.2%,磷素为50.6%—77.1%,钾素为51.1%—72.1%。不同土壤上肥料对作物养分的供应量也存在显著差异,表现为：砂壤潮土>黄褐土>砂姜黑土>中壤潮土。施肥处理下,夏玉米植株从肥料中获得的氮素养分供应量占总积累量的20.7%—40.8%,磷素为15.1%—36.2%,钾素为16.9%—37.0%;冬小麦植株从肥料中获得的氮素养分供应量占总积累量的32.8%—56.9%,磷素为22.9%—49.4%,钾素为27.9%—48.9%。表明肥力较高的土壤对作物养分的供应量高于低肥力土壤,并且对肥料的依赖性也更低。因此,提高土壤的基础养分含量以及养分供应能力,能够实现节肥增效和可持续发展。
Table 4
表4
表4不同土壤类型冬小麦-夏玉米肥料利用效率
Table 4The fertilizer use efficiency of winter wheat and summer maize in different soil types (kg·kg-1)
| 作物 Crop | 处理 Treatment | 2013—2014 | 2014—2015 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 中壤潮土 CS | 砂壤潮土 SS | 砂姜黑土 BS | 黄褐土 YS | 中壤潮土 CS | 砂壤潮土 SS | 砂姜黑土 BS | 黄褐土 YS | ||||
| PFP | 夏玉米 Summer maize | MF | 22.7a | 22.0b | 22.5ab | 22.1b | 27.4a | 25.3c | 26.9a | 26.2b | |
| HF | 14.5c | 14.6c | 14.3c | 14.3c | 17.3d | 17.6d | 17.1d | 17.2d | |||
| 冬小麦 Winter wheat | MF | 21.7a | 20.6b | 21.5a | 21.2a | 22.0a | 20.9c | 21.7ab | 21.3bc | ||
| HF | 13.8cd | 14.4c | 13.7d | 14.0cd | 13.8d | 14.0d | 13.7d | 13.8d | |||
| AE | 夏玉米 Summer maize | MF | 1.2c | 3.5a | 1.4c | 2.9a | 6.6bc | 8.6a | 7.0b | 8.5a | |
| HF | 1.0c | 3.1a | 1.1c | 2.3b | 4.3d | 7.2b | 4.6d | 6.1c | |||
| 冬小麦 Winter wheat | MF | 4.2bc | 5.6a | 4.9ab | 5.1ab | 6.9e | 12.9a | 8.5cd | 12.0b | ||
| HF | 2.9e | 5.0ab | 3.3de | 3.9cd | 4.4g | 9.0c | 5.5f | 8.0d | |||
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2.3 不同土壤类型冬小麦-夏玉米肥料利用效率分析
肥料偏生产力（PFP）和肥料农学效率（AE）综合反映了土壤和施肥量对作物产量、肥料利用效率的影响。4种土壤冬小麦、夏玉米的PFP和AE都随着施肥量的增加而降低,肥料的生产效率下降。与中量施肥处理相比,高量施肥处理下2013、2014年夏玉米的PFP分别降低了35.4%、34.6%,AE分别降低了17.0%、27.6%;2014、2015年冬小麦的PFP分别降低了34.3%、35.6% ,AE分别降低了23.9%、33.5%。AE在4种土壤上的表现与土壤基础地力呈负相关性,即土壤基础地力越低,AE表现越高。在中量施肥处理下,4种土壤冬小麦、夏玉米的PFP均表现为：中壤潮土>砂姜黑土>黄褐土>砂壤潮土。夏玉米的PFP在4种土壤上的表现均高于冬小麦,说明相同的施肥量下,夏玉米的生产能力较强。AE在4种土壤上的表现为：砂壤潮土>黄褐土>砂姜黑土>中壤潮土。在高量施肥处理下,冬小麦、夏玉米在4种土壤上的PFP差异逐渐减小,AE表现为：砂壤潮土>黄褐土>砂姜黑土>中壤潮土,其中PFP和AE均以砂壤潮土最大。表明生产力较低的土壤,肥料利用效率较高。应在肥力较低的土壤上适当增加肥料的施用量,提高作物的生产水平和养分的利用效率。
3 讨论
3.1 不同土壤类型生产力及其施肥效应
土壤基础地力是土壤特性的综合体现,受土壤类型、质地、养分含量等因素的影响,通常用不施肥条件下作物的实际产量来表征土壤的基础地力[19-20]。本研究中4种土壤的基础地力表现为：中壤潮土>砂姜黑土>黄褐土>砂壤潮土,其结论与前人研究结果一致。李忠芳等[23]研究表明长期不施肥土壤基础生产能力的高低与水稻土的土壤类型有关。王宜伦等[12]通过对不同地区3种类型土壤的研究表明,不同类型土壤生产力由高到低依次为：潮土>黄褐土>褐土,在生产力较低的土壤类型上施肥增产效果更明显。此外,不同质地潮土的基础生产力由高到低表现为：黏壤潮土>中壤潮土>砂壤潮土,表明质地越黏重,土壤基础生产力越高[13]。鲁艳红等[24]发现不施肥的土壤生产力在年际间呈极显著的下降趋势,但随着时间的推移最终保持在一定的生产水平上。本研究针对黄淮南部地区冬小麦-夏玉米轮作体系的土壤进行研究,同时发现基础地力较高的土壤类型,生产力下降缓慢,并且不同土壤间的差异随时间逐渐增大。本研究结果表明,与不施肥处理相比,不同类型土壤上施肥处理的作物周年氮素积累量增加37.7%—98.7%,磷素积累量增加23.6%—75.3%,钾素积累量增加29.3%—76.1%,周年产量增加26.5%—64.4%,表明施肥仍是作物增产的重要措施,但不同土壤上作物对施肥的响应存在显著差异。曾祥明等[16]通过在同一气候条件下对不同基础地力的热性水云母型黏质土进行研究表明,高地力土壤对土壤养分的依赖性较高,施肥增产效应较小,肥料贡献率较低。韩燕来等[17]通过在不同地区间肥力不同的潮土上研究表明,高肥力土壤上植株对肥料养分的吸收量低于中肥力土壤。EAGLE A J等[25]通过在不同地区的土壤上研究发现,肥料利用效率的高低与土壤的基础肥力相关。本试验通过在同一气候条件下对不同基础生产力土壤进行施肥效果比较,其结果与此一致,表现为基础地力和肥力较低的砂壤潮土和黄褐土施肥增产效应高于基础地力和肥力较高的中壤潮土和砂姜黑土。
3.2 不同土壤类型施肥策略
作物对肥料养分的吸收利用不仅受施肥量和作物品种的影响,同时受土壤类型和质地结构的影响。研究表明,质地黏重的土壤通透性较差,作物对养分的进一步吸收和利用受到限制[26]。本研究结果表明,在基础地力较高的土壤类型上,相同的施肥水平下中壤潮土的产量和养分积累量均略高于砂姜黑土,说明土壤的物理结构对施肥效应也有较大的影响。前人就砂姜黑土物理性状的改良进行了大量研究,如有机物料的回归[26]、有机肥加化肥的施肥方式[27]、增加耕层深度[28]等,均显著提高了作物的产量和肥料利用效率。对于基础地力较低的不同类型土壤,前人对其施肥特点也进行过相关研究。王茹等[29]通过对不同质地的潮土研究发现,砂壤潮土以砂粒级复合体为主,对养分的缓冲力较小,较高的肥料投入,可以使土壤养分含量在短期内得到提高;而黄褐土以黏粒级复合体为主[30],土壤质地较黏重,养分吸收较缓慢。因此,在相同的肥料投入下,砂性土壤的施肥效应要高于黏性土壤。本研究结果于此一致,即砂壤潮土的施肥增产效应高于黄褐土。有研究表明,长期施入有机肥将会保持和提高土壤的肥力,改良土壤的结构[31],进一步提高作物的生产力和养分资源利用效率。所以针对肥力较低和结构不良的土壤应在补充有机物料的同时,适当增加肥料的施用量,不断培肥地力,提高土壤的基础生产力,实现作物的可持续增产。在相同的肥料投入下,夏玉米的生产效率高于冬小麦,且随着施肥量的增加,夏玉米的增产幅度大于冬小麦。曾宪坤[32]研究也认为相同的化肥投入到中低产区比投放在高产地区肥料利用效率可提高50%—100%。同时低肥力土壤的可持续生产力下降较快,所以低肥力土壤上应适当增加肥料的施用量,以提高养分资源的利用效率。在冬小麦、夏玉米轮作情况下,冬小麦当季氮肥的利用率仅有11%—23%,夏玉米季氮肥残效利用率却高达30%—52%[33],且肥料残效随前茬施肥量的增加而增加[34]。因此,在冬小麦-夏玉米轮作生产模式下应充分考虑上茬作物的养分残余,可在小麦季适当增加肥料施用量以提高作物产量,同时促进玉米季的肥料残效生产力。
本文选择的4种土壤的质地和养分含量存在较大差异,但在生产实践中,对应的每种土壤的养分含量均有很大差别,即存在高、中、低不同肥力水平,最终表现在作物的养分吸收和利用受土壤物理、化学和生物性状的综合制约。因此对土壤的改良和培肥要根据具体情况采取不同的措施,施肥安排上既要考虑土壤养分含量高低,又要考虑质地等方面的影响。
4 结论
4.1
不同类型土壤的基础生产力由高到低表现为：中壤潮土>砂姜黑土>黄褐土>砂壤潮土。基础地力较高的土壤,养分供应能力较强,施肥增产效应较小。4.2
土壤基础肥力较高的中壤潮土和砂姜黑土,应在提高土壤养分利用的前提下,降低肥料的施用量;土壤基础肥力较低的砂壤潮土和黄褐土,在提高肥料施用量的同时,不断培肥地力,提高土壤的基础生产力。The authors have declared that no competing interests exist.
