雨养条件下控失肥对夏玉米产量的影响

白珊珊，万书勤，康跃虎，刘士平(.中国科学院地理科学与资源研究所 陆地水循环及地表过程重点实验室，北京 000；2.中国科学院大学，北京 00049)

环渤海低平原区是我国粮食生产的重点区域，但该地区水资源匮乏，土壤瘠薄盐碱，制约着粮食的高产，迫切需要构建“增产、节水”的有效技术措施[1]。陈素英等研究发现，在小麦拔节期用2.0 g/L及以下的微咸水灌溉，可以节省1/4～1/3的淡水资源，并保证全年粮食不减产[2]。张喜英研究发现在夏玉米生育期内采取秸秆覆盖，其总蒸散量可减少到320～380 mm，节水效果非常明显，并且玉米适当晚收，有增产效果[3]。

控失肥是中国科学院离子束生物工程学重点实验室研制出的一种新型环保肥料[4]，其原理就是在普通化肥中添加一种“控失剂”，利用“控失剂”将肥料营养成分固定在土壤中，从而减少肥料养分的流失，提高肥料利用效率，提高作物产量[5-7]。闫新萍研究发现，与当地常规肥料相比，安徽长丰夏玉米生育期内施用控失肥，夏玉米增产10.5%～20.5%[8]。

环渤海低平原区夏玉米生育期正值雨季，一般年份仅需要灌溉一次蒙头水，但在降水分配不匀或伏旱严重的年份，也需要灌溉1～2次。本文基于控失肥养分流失率低的特点，探讨在雨养条件下(最多灌一次底墒水或者蒙头水)施用控失肥对夏玉米生长和产量等的影响，以期为环渤海低平原区粮食的节水、增产提供新思路。

1 材料与方法

1.1 试验区概况及试验设计

试验在中国科学院南皮生态农业试验站(北纬38：06′，东经116°40＇，海拔高度13 m)开展。该地区累年平均日照时数为2 760.2 h左右，年均气温12.3 ℃，年均降水量480 mm，但季节分配不均，多集中在夏秋季，冬春则比较干旱。多年平均湿度63.8%，多年平均无霜期201 d。试验区土壤为华北平原广泛分布的潮土，供试土壤基本理化性质详见表1。土壤质地0～60 cm以砂质壤土为主，60～140 cm以粉砂壤土为主。试验区土壤偏碱性。土壤有机质含量随着土壤深度的增加而降低。耕作层0～20 cm土层有机质含量呈现出缺乏的状态(依据土壤养分分级指标)。土壤剖面硝态氮含量垂直分布不均匀，0～80 cm深度范围内硝态氮含量随着土壤深度的增加而降低，80～140 cm硝态氮含量较高。速效磷含量较低，而速效钾含量较高。

2013-2015年3 a供试夏玉米品种是郑单958。当地夏玉米的施肥方案是种肥磷酸二铵300 kg/hm2，大喇叭口期追入尿素300 kg/hm2，即28%N和100%P为种肥，大喇叭口期(2013年8月4日、2014年8月1日、2015年8月3日)追施72%N，不施K肥。2013年夏玉米没有灌水；2014年由于玉米苗期降水较少，地面灌溉60 mm以保证玉米齐苗、壮苗；2015年夏玉米播种后灌蒙头水30 mm。

表1 供试土壤基本理化性质

2013年，设计了9个施肥处理，分别是：①CK：当地施肥量和施肥方案；②20%～160%K：为了减少劳力投入，仅施种肥不追肥，且种肥为控失肥(N-P-K：14-7-8)。保证P2O5施肥量同当地施肥量一致条件下，设计了20%、40%、60%、80%、100%、120%、140%和160%共8个施肥比例。另外设一个完全不施肥的处理CK0。试验处理详见表2，每个处理3个重复，随机区组布置。

2014和2015年，在保证N和P2O5施肥量同当地施肥量基本一致条件下，试验设计了4个施肥处理，分别是：①CK：当地施肥量和施肥方案；②K2Z：同当地施肥量和施肥方案，底肥为控失型磷酸二铵(N-P-K：16-45-0)；③K3Z：28%N和20%P底施，底肥为控失肥(N-P-K：24-12-12)，大喇叭口期追施72%N 和80%P，追肥为尿素和磷酸二氢钾；④K3：为了减少劳力投入，仅施底肥不追肥，且底肥全部为控失肥(N-P-K：24-12-12)。另外设一个完全不施肥的处理CK0。试验处理详见表2，每个处理3个重复，随机区组布置。

表2 夏玉米施肥处理试验方案

1.2 观测项目和方法

夏玉米产量指标：夏玉米收获时，每个重复随机选择15株考种，考种项目包括：穗长、秃尖长度、穗粒数和百粒重等，将这15株玉米脱粒、晾晒并测产，每个处理均以3次重复的平均值代表实际产量。

肥料农学效率(AE)是指特定施肥条件下，单位施肥量所增加的作物产量，计算公式如下：

AE=(Y-Y0)/R

(1)

式中：AE为肥料农学效率，kg/kg；Y为施肥作用下作物的产量，kg/hm2；Y0为不施肥条件下作物的产量，kg/hm2；F为肥料纯养分(N、P2O5和K2O)的投入量，kg/hm2[9,10]。

农学效率反映了单位施肥量增加作物产量的能力[11]，是评价肥料增产效应较为准确的指标[12]。

1.3 数据处理方法

采用SAS9.2安装包和Excel2010软件对试验数据进行统计分析，示意图用Microsoft Excel软件绘制。

2 结果与分析

2.1 夏玉米生育期的降水量

环渤海低平原区夏玉米生长季正值雨季，降雨会导致养分的淋失。控失肥可以减少降雨、灌溉等造成的养分淋失。结合夏玉米生长季降水量，分析控失肥的施用效果。2013、2014和2015年夏玉米生育期内的降水量如图1所示。2013年夏玉米生育期内降水量较多，达543.7 mm，玉米生长受到涝灾的影响。夏玉米苗期-抽雄吐丝期降水量较多，达到总降水量的93%，最大的一次降水量高达87.8 mm，发生在夏玉米大喇叭口期，此时正好是追肥后3 d，很容易造成肥料养分的淋失。2014年夏玉米生育期内降水量较少，仅161.1 mm，最大的降雨量 42.9 mm发生在夏玉米灌浆初期，玉米生长受到旱灾的影响。2015年夏玉米生育期内降雨量为356.3 mm，玉米苗期降水较少，降水主要分布在拔节期-灌浆初期，较大两次降雨量分别为52.5和70.5 mm，分别在追肥后21和29 d，发生在灌浆初期不易造成养分的流失。河北省夏玉米生长季多年平均降雨量(408.68±64.22 mm)[13]，可以知道2013年夏玉米生长季的总降雨量过多、2014年过少、2015年正常。

图1 夏玉米生育期内的降水量

2.2 控失肥对夏玉米产量及产量构成和肥料农学效率的影响

2.2.1控失肥对夏玉米产量及产量构成的影响

不同施肥处理的夏玉米产量及产量构成详见表3。从表3中可以看到，2013年玉米受到涝灾影响，产量最低，平均产量仅达到6 617 kg/hm2；2014年玉米受到旱灾，产量也受到一定影响，平均产量为10 753 kg/hm2；与前两年相比，2015年夏玉米生长季降雨适宜，夏玉米产量最高，平均可达12 527 kg/hm2。

2013年不施肥处理(CK0)的产量最低，为5 666.7 kg/hm2，当地常规施肥处理(CK)的产量次之，为5 944.4 kg/hm2。施用控失肥可以提高了夏玉米的产量，且随着施肥比例的增加而提高，在140%控失肥施肥处理(140%K1)时达到最大，为8 000 kg/hm2，之后随着施肥比例的增加，产量显著降低。相比CK，20%～160%控失肥施肥(20%～160%K1)夏玉米产量提高了4%～26%，其中100%K1产量提高了16%。这主要是因为2013年玉米生育期降雨多，相比常规肥料，控失肥养分淋失少，从而显著提高了玉米产量。从产量构成来看，CK0的穗长最短、秃尖长度最大、穗粒数最少，而140% K1的穗长最长、秃尖长度最短、穗粒数最多、百粒重最大，从而造成了CK0夏玉米的产量最低，而140%K1的最高。

2014年同2013年的试验结果基本一致，CK0的产量最低为9 492.5 kg/hm2，CK的产量次之，为10 208 kg/hm2。施用控失肥可以提高夏玉米的产量，其中底肥为尿素和控失型磷酸二铵、追肥尿素处理(K2Z)的产量最高，为11 504.8 kg/hm2，比CK0增产了21%，比CK增产了13%。一次性施入控失肥(24-12-12)处理(K3)和控失肥(24-12-12)追施尿素、磷酸二氢钾处理(K3Z)的产量也较高，相比CK0产量平均提高了19%，相比CK产量平均提高了11%。控失肥处理夏玉米的产量与不施肥处理的产量表现为显著差异。从产量构成来看，所有处理的百粒重均无显著差异，CK0的穗长最短、秃尖长度最大、穗粒数最少，使得其产量最低。

2015年同前两年的试验结果基本一致，CK0的产量最低为11 561.5 kg/hm2，CK的产量次之，为11 788.5 kg/hm2。施用控失肥可以提高夏玉米的产量，其中K2Z的产量最高，并与其他处理之间呈现出显著差异，比CK0增产19%，比CK增产17%。K3和K3Z处理夏玉米的产量也较高，相比CK0产量分别提高了13%和8%，相比CK产量平均提高了11%和6%。从产量构成来看，所有处理的穗粒数无显著差异，但是K2Z的穗长最长、秃尖长度最短、百粒重最大，从而使得其产量最高。

2.2.2控失肥对夏玉米肥料农学效率的影响

肥料农学效率也称农艺利用率，它表示施用肥料的每千克 N、P、K增产作物的能力。不同施肥处理夏玉米的肥料农学效率如图2所示。一般而言，肥料利用效率随着施肥量的增加呈下降趋势[9]。2013年夏玉米生育期内，N、P和K肥料农学效率大致随着施肥比例的提高而降低，符合这一规律。20%K1的N、P和K肥料农学效率最高，分别为11.1、22.1和19.4 kg/kg，160%K1的N、P和K肥料农学效率最低，分别为1.1、2.3和2.0 kg/kg。相比当地施肥(CK)，20%～140%控失肥处理(20%～140%K1)N的肥料农学效率提高了213%～665%，P的肥料农学效率提高了350%～700%。

2014和2015年N和P的肥料农学效率均表现为底肥控失型磷酸二铵和尿素、追肥尿素处理(K2Z)的最高，两年平均N和P的肥料农学效率分别为10.7和15.5 kg/kg。相比当地常规施肥处理(CK)，2014年N和P的肥料农学效率分别提高了176%和188%，2015年N和P分别提高了838%和879%。在正常年份(2015年)，降水分布比较均匀，配合施用控失肥，可显著提高肥料农学效率并增产。

综合分析这3 a的试验结果可知：①在保证N和P2O5施肥量同当地施肥量基本一致、相同雨养条件下，仅施底肥控失肥不追肥(100%K1、K3)可以提高夏玉米的产量，其产量比CK的提高了11%～16%；对于夏玉米而言，底肥施用尿素和控失型磷酸二铵、在大喇叭口期追肥尿素(K2Z)更有利于夏玉米增产，可增产13%～17%；但不同类型控失肥对夏玉米产量没有显著影响；②控失肥可减少肥料养分的流失，显著提高肥料农学效率。相比当地施肥处理N和P的肥料农学效率分别提高了308%和432%，尤其是在湿润多雨年份，施用控失肥可以显著增产，并且适当提高施肥量更有利于夏玉米的增产。

表3 不同施肥处理的夏玉米产量及产量构成

注：同列数据后不同字母表示差异显著(P<0.05)。

图2 不同施肥处理夏玉米的肥料农学效率

3 结 论

本研究结果主要结论有以下几个方面。

(1)在干旱和正常年份，夏玉米不进行灌溉，仅施用控失肥替代常规肥料，就能获得高产；在保证N和P2O5施肥量同当地施肥量基本一致、相同雨养条件下，与常规肥料相比，施用控失肥夏玉米产量增加11%～17%，且不同类型控失肥对夏玉米产量没有显著影响；底肥施用控失肥、并在大喇叭口期追肥有利于夏玉米增产，可增产13%～17%；控失肥一次性作种肥为施入，夏玉米增产10%～11%，但可以减少了追肥的劳动力。

(2)控失肥可以显著提高肥料农学效率。与当地常规肥料的肥料农学效率相比，夏玉米生长季施用控失肥，N和P的肥料农学效率分别提高了308%和432%。

由此可以知道，在环渤海低平原区，施用新型环保控失肥可以提高玉米的产量，提高肥料利用效率；并且在劳动力较少的情况，可以通过一次性施入控失肥作为种肥，以减少追肥的劳动力；在淡水资源非常紧缺时，即使在干旱和偏干旱年份，在保证夏玉米齐苗后，不灌溉雨养条件下通过施用控失肥，可以保证获得100%的夏玉米产量。

在本研究仅基于控失肥对夏玉米产量和肥料农学效率的影响分析，并未进行土壤养分的分析，第3年

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