光叶苕子与化肥减量配施对土壤肥力及玉米产量的影响

陈正刚，崔宏浩，张 钦，李 剑，朱 青，张 箐，赵崇平

(1．贵州省土壤肥料研究所/贵州省农业资源与环境研究所/农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测试验站，贵州贵阳 550006;2．贵州省农业科学院，贵州 贵阳 550006;3．贵州省织金县农业局，贵州 织金 552100)

我国农业存在土壤养分过量积累、化肥施用过量、养分利用下降等问题［1］。针对这些问题，相关学者［2-3］进行了化肥减量施用研究，取得了一定成果。绿肥是一种天然的、无公害的、养分含量丰富的优质肥料，相关研究表明，翻压光叶苕子，减少化肥用量15% ～30%，烟草干物质积累、钾含量、钾累积量、产量、产值都高于单施化肥处理［4-5］，翻压紫云英能够减少水稻40%的化肥用量［6-7］。氮磷化肥与绿肥配合施用，能显著增加土壤有机质含量，改良土壤结构，降低土壤容重［8］;玉米、绿肥作物间种并翻压绿肥能够很好地改善土壤的物理性质，提升土壤自身的蓄水保墒能力［9］;绿肥与化肥配施后，绿肥对促进微生物生物量增加和酶活性增强的贡献更大，配施绿肥后土壤生物过程活跃，有利于土壤有机物质的转化和作物正常生长所需要的营养供应［10］。前人在有机肥配合玉米化肥减量、绿肥配合烤烟、水稻化肥减量，绿肥与化肥配合施用改善土壤物理性状、提高有机质、活化养分方面作了大量研究，但在玉米绿肥配合化肥减量施用方面研究较少。贵州省目前绿肥种植面积已经达到42万 hm2，其中旱地绿肥25万hm2［11］，旱地种植和利用绿肥可提高玉米产量［12］，培肥地力，绿肥还可加工草粉养畜［13］。本文通过田间小区试验，研究绿肥(光叶苕子)与化肥减量配施对玉米产量、养分利用率和培肥地力的影响，旨在为玉米生产合理利用绿肥提供技术参考。

1 材料与方法

1．1 供试材料

2011—2013年在贵州省织金县八步镇水塘村开展试验，试验区海拔1 300 m，试验地土壤为黄壤，试前土壤基本性质为:pH 5．84，有机质32．37 g/kg，全氮 2．59 g/kg，速效氮 139 mg/kg，速效磷 53．8 mg/kg，速效钾89 mg/kg，缓效钾227 mg/kg。供试玉米品种为毕单13号。

1．2 试验设计

翻压光叶苕子同量条件下，按当地化肥的优化配方施肥设置不同减量水平，处理设计:1:不施肥(CK);2:100%化肥(100%F);3:绿肥+100%化肥(GM+100%F);4:绿肥+85%化肥 (GM+85%F);5:绿肥+70%化肥(GM+70%F);6:绿肥+55%化肥 (GM+F55%);小区随机区组排列，小区面积20 m2，3次重复。供试化肥为尿素N 46%、普钙P2O512%、氯化钾K2O 60%。化肥用量(kg/hm2)按当地测土配方试验结果的最佳水平为 m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=180∶120∶180;15% 化肥用量为 m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=153∶102∶153;30% 化肥用量为施肥量为 m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=126∶84∶126;55% 化肥用量为施肥量为 m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=99∶66∶99。绿肥为光叶苕子(Vicia villosa Rothva)，于玉米移栽前(光叶苕子盛花期)17 d翻压，聚拢，翻压量为15 t/hm2。据测定100 kg光叶苕子营养体含纯N 0．56 kg，P2O50．13 kg，K2O 0．56 kg。玉米采用育苗移栽，每年4月上旬播种，4月下旬移栽，株行距100 cm×22 cm，基本苗44 000株/hm2，9月上旬收获。

1．3 测定 指标与方法

成熟期实收各小区玉米，称玉米秸秆和果穗鲜质量，单独风干、脱粒，称干质量，计算单位面积产量。成熟期采集玉米秸秆、玉米芯和籽粒样品，玉米植株和籽粒全氮、磷、钾均采用H2SO4消煮，氮采用凯氏法测定，磷采用钒钼黄比色法测定，钾采用火焰光度法测定．试验前，玉米种前和玉米收后采集土壤耕层样品，测定土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量。

1．4 计算公式

农学效益=((施肥区玉米产量－不施肥区玉米产量)/投入养分量)×100% (1)化肥利用率=(施肥区养分吸收量－不施肥区养分吸收量)/投入养分量×100% (2)养分吸收量=籽粒产量×籽粒养分含量+茎叶生物量×茎叶养分含量 (3)

1．5 数据处理

所有数据用Excel 2003录入计算，用DPS进行显著性分析。

2 结果与分析

2．1 光叶苕子与化肥减量配施对玉米产量的影响

3年试验结果表明，在翻压光叶苕子15 t/hm2的条件下，与单施化肥处理比较，化肥用量减少15% ～30%可显著提高玉米产量，增幅为13．52% ～25．70%;化肥用量减少45%，玉米也可达到当地常规产量水平。随着翻压绿肥年份的增加，化肥减量处理玉米产量有增加的趋势(表1)。在翻压光叶苕子15 t/hm2的条件下，要提高玉米产量，化肥减量水平以15% ～30%为适宜。

表1 光叶苕子与化肥减量配施的玉米产量Tab．1 Themaize yield in the conditions of burying Vicia villosa Rothvar and chem ical fertilizer reduction

表2 光叶苕子与化肥减量配施的玉米养分利用率(2011—2013年平均值)Tab．2 The utilization rate of fertilizer in the conditions of burying Vicia villosa Rothvar and chem ical fertilizer reduction(the average value of 2011 to 2013) %

2．2 光叶苕子与化肥减量配施对玉米养分利用率的影响

由表2可知，与单施化肥相比，翻压光叶苕子15 t/hm2和化肥全量施用处理，氮(N)、磷P2O5、钾K2O养分吸收利用率分别提高2．6%、3．4%、2．2%。翻压光叶苕子15 t/hm，化肥用量减少15% ～45%，氮(N)、磷 P2O5、钾 K2O 养分利用率分别提高 2．6% ～11．1%、1．9% ～6．9%、1．3% ～5．4%;其中以化肥用量减少15%的养分利用率最高，氮(N)、磷 P2O5、钾 K2O 分别提高11．1%、6．9%、5．4%。

2．3 光叶苕子与化肥减量配施对玉米当季农学效益的影响

翻压光叶苕子，不减少化肥用量，由于玉米产量没有提高，肥料投入没有减少，因此农学效益没有提高;在翻压光叶苕子条件下，化肥减量施用显著提高了玉米当季化肥的农学效益(表3)。翻压光叶苕子15 t/hm2、化肥用量减少15%，玉米当季氮、磷、钾化肥农学效益最高，玉米氮(N)和钾(K2O)的农学效益为11．5 kg/kg，较单施化肥处理的4．2 kg/kg提高7．3 kg/kg;玉米磷(P2O5)的农学效益为17．2 kg/kg，也较单施化肥处理的6．3 kg/kg 提高10．9 kg/kg。

翻压光叶苕子15 t/hm2、化肥用量减少30% ～45%，玉米氮和钾的农学效益为10．0 kg/kg，较单施化肥处理的4．2 kg/kg提高5．8 kg/kg;玉米磷(P2O5)的农学效益为13．4～15．0 kg/kg，也较单施化肥处理的6．3 kg/kg提高 7．1 ～8．7 kg/kg。

表3 光叶苕子与化肥减量配施的玉米当季化肥农学效益(2011—2013年平均值)Tab．3 The agronomy seasonal efficiency in the conditions of burying Vicia villosa Rothvar and chem ical fertilizer reduction(the average value of 2011 to 2013) kg/kg

2．4 光叶苕子与化肥减量配施对土壤养分的影响

由表4可知，连续3年不施肥或单施化肥造成土壤有机质亏缺，其中不施肥处理有机质减少0．16%，单施化肥处理有机质减少0．09%。连续3年翻压光叶苕子15 t/hm2，土壤有机质比试验前提升0．24% ～0．43%、比单施化肥提升0．30% ～0．52%;连续3年翻压光叶苕子15 t/hm2配合化肥减量15% ～45%，土壤有机质比试验前提升0．24% ～0．32%、比单施化肥提升0．30% ～0．41%。

连续3年不施肥或单施化肥保持土壤全氮或略有亏缺，造成速效氮含量亏缺，其中不施肥处理亏缺5 mg/kg，单施化肥处理亏缺4 mg/kg。连续3年翻压光叶苕子15 t/hm2，土壤有全氮含量比试验前提高0．33 ～0．39 mg/kg，比单施化肥提高0．29 ～0．35mg/kg;土壤速效氮含量比试验前提高 4 ～10 mg/kg、比单施化肥处理提高8～14 mg/kg。连续3年翻压光叶苕子15 t/hm2配合化肥减量15% ～45%，土壤有全氮含量比试验前提高0．33～0．36 mg/kg，比单施化肥提高0．29～0．32 mg/kg;土壤速效氮含量比试验前提高 4．00 ～6．00 mg/kg，比单施化肥提高 8．00 ～10．00 mg/kg。

连续3年不施肥或单施化肥导致土壤有效磷、速效钾亏缺，其中不施肥处理有效磷亏缺2．0 mg/kg、速效钾亏缺2．3 mg/kg，单施化肥处理有效磷亏缺0．4 mg/kg、速效钾亏缺3．0 mg/kg。连续3年翻压光叶苕子15 t/hm2配合化肥减量15% ～30%，可保持有效磷含量，较单施化肥处理提高0．7～0．8 mg/kg;连续3年翻压光叶苕子15 t/hm2配合化肥减量15%，可保持速效钾含量，较单施化肥处理提高3．5 mg/kg。

连续3年不施肥或单施化肥导致土壤容重有一定增加。连续3年翻压光叶苕子与化肥减量可降低土壤容重，较试验前降低0．11 ～0．22 g/cm3，较单施化肥处理降低0．13 ～0．15 g/cm3。

表4 光叶苕子与化肥减量配施的土壤有机质、氮磷钾养分及容重Tab．4 The soil organicmatter，N P K，bulk density in the conditions of burying Vicia villosa Rothvar and chem ical fertilizer reduction

3 讨论

光叶苕子与化肥减量配施对肥料利用率的影响。肥料利用率低是中国农业发展所面临的突出问题，这不但会造成超量施肥，引起土壤的物理性质恶化，影响农作物产量和质量的提高，还会浪费资源，加重农民负担，同时对环境产生负面效应［14］。贵州黄壤长期施肥试验结果，单施化肥氮磷钾的氮肥利用率波动较大，氮磷钾配合有机肥的氮肥、磷肥利用率较高并且稳定性好［15］。3年连续试验结果表明，单施化肥养分利用率较低，翻压绿肥提高了玉米籽粒和秸秆的氮、磷、钾浓度，促进玉米对氮、磷、钾养分的吸收，提高了养分利用率。翻压绿肥配合减少15%～30%的化肥施用，由于显著提高了玉米产量，并减少了化肥投入，因此养分利用率提高较大。

翻压光叶苕子的节肥效果。在农作物种植生产中，适当施用化肥可以增加产量，过量施肥时农作物产量不会增加，甚至减产［16］。在配施矿物质、有机肥的条件下，化肥减量15%与当地最佳施肥水平处理的玉米产量没有显著性差异［4］。本研究结果，在施用15 t/hm2光叶苕子条件下，减少化肥用量45%，玉米产量也能达到当地常规产量水平，说明在只考虑稳产的情况下，翻压光叶苕子最多可节约化肥45%，节肥效果优于矿质有机肥［3］。翻压光叶苕子，减少化肥用量15% ～30%，烟草干物质积累、钾含量、钾累积量、产量、产值都高于单施化肥处理［4-5］，翻压紫云英也可减少水稻40%的化肥用量［6］，本试验的研究结果与在烤烟、水稻上的研究结果一致。翻压绿肥的节肥效果，可降低生产成本，对节能减排、生产无公害和有机食品有重要借鉴作用。

光叶苕子与化肥减量配施对土壤养分的影响。翻压绿肥能提高土壤全氮、碱解氮含量，加速土壤矿化，促进作物对磷素和钾素吸收［16］。氮磷化肥与绿肥配合施用，能增加土壤有机质含量，改良土壤结构，降低土壤容重［8］。3年连续试验结果表明，3年连续施用化肥，造成土壤有机质、全氮、速效氮、有效磷、速效钾亏缺，土壤容重增加。连续3年翻压光叶苕子并适当减少化肥用量可提高土壤有机质、全氮、速效氮含量，保持有效磷、速效钾，并降低土壤容重，这与其他研究结果是一致的。

翻压绿肥能够明显提高土壤酶活性和土壤肥力水平，当翻压量在15 t/hm2以上时，对土壤均有较好的培肥效果［17］。绿肥与化肥配合施用能明显提高土壤微生物量碳、微生物量氮和土壤的供氮能力［10］。本试验中，翻压光叶苕子能够减少化肥用量，并能提高玉米产量，提高土壤养分含量，这与翻压绿肥促进土壤微生物量增加和酶活性增强有关，相关指标需进一步研究。

4 结论

(1)翻压光叶苕子，适当减少化肥用量，可促进玉米对养分的吸收，促进玉米生长，提高养分利用率和农学效益。氮、磷、钾养分利用率提高2．6% ～11．1%、1．9% ～6．9%、1．3% ～5．4%;氮钾农学效益提高5．8 ～11．5 kg/kg，磷农学效益提高7．1 ～11．5 kg/kg 。

(2)翻压光叶苕子可减少化肥用量，提高玉米产量。在翻压光叶苕子15 t/hm2的条件下，化肥用量最多可减少45%，但要提高玉米产量，化肥减量水平以15%为适宜，可提高玉米产量25．70%。

(3)翻压光叶苕子可提升土壤肥力水平。3年连续单施化肥，造成土壤有机质、全氮、速效氮、有效磷、速效钾亏缺，土壤容重增加。连续3年翻压光叶苕子并适当减少化肥用量可提高土壤有机质、全氮、速效氮含量，保持有效磷、速效钾含量，降低土壤容重。

(4)在贵州地区，翻压光叶苕子15 t/hm2的条件下，玉米适宜的化肥用量为N 153 kg/hm2、P2O5102 kg/hm2、K2O 153 kg/hm2。

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