长期不同施肥对黄潮土区玉米产量稳定性的影响

魏 猛，张爱君，诸葛玉平，李洪民，唐忠厚，陈晓光

(1.江苏徐淮地区徐州农业科学研究所，江苏徐州甘薯研究中心，江苏 徐州 221131；2.山东农业大学 资源与环境学院，山东 泰安 271018)

长期不同施肥对黄潮土区玉米产量稳定性的影响

魏 猛1，2，张爱君1，诸葛玉平2，李洪民1，唐忠厚1，陈晓光1

(1.江苏徐淮地区徐州农业科学研究所，江苏徐州甘薯研究中心，江苏 徐州 221131；2.山东农业大学 资源与环境学院，山东 泰安 271018)

分析黄潮土区玉米产量稳定性对不同施肥方式的响应，为黄潮土区合理施肥管理、改善农田生态系统质量提供依据。以21年长期定位试验为研究平台，通过研究玉米的平均产量、产量年际波动及土壤养分状况对8种施肥方式(CK、N、NP、NPK、M、MN、MNP、MNPK)的响应，比较不同施肥方式下玉米产量稳定性的优劣及对土壤肥力的影响。结果表明：与CK处理相比，施肥处理产量均有显著增加。从21年产量平均值来看，以有机无机配施处理(MN、MNP、MNPK)平均产量最高，为7 240～7 503 kg/hm2；NPK处理次之，与当年CK处理相比，增产率为139.57%。N处理导致玉米产量变异系数(CV)偏高、可持续性产量指数(SYI)偏低，产量稳定性最低；有机无机配施处理的CV最低、SYI最高，产量稳定性最高，而M处理的产量稳定性和生产可持续性不及处理NPK。施肥处理肥料贡献率逐年递增，以有机无机配施处理贡献率最高，平均贡献率为59.59%～60.88%。在土壤养分方面，有机无机配施处理明显提高土壤全氮、有机质、有效磷、速效钾含量，且这些养分指标与玉米产量呈极显著正相关(P<0.01)。因此，黄潮土区有机无机配施为最佳施肥方式，土壤养分供应较均衡，稳定性最佳，农田生态系统质量最优。

黄潮土；长期施肥；玉米；产量

化肥的施用对提高作物产量具有重要作用[1]，在国际上化肥贡献率为35%～66%，而在我国仅为35%～45%[2]。单纯为了追求产量，长期存在不合理的施肥现象，不仅造成了大量的养分资源浪费，而且导致肥料增产效应降低[3]。因此，研究长期不同施肥方式下作物产量的影响对区域内农业可持续性发展具有重要意义。

国内外学者关于长期施肥对作物产量的影响，已做了相关研究。如李忠芳等[4]研究表明，氮磷钾配施处理的玉米产量随种植时间呈极显著下降趋势，而有机无机配施处理玉米产量随种植时间外无显著变化。而李秀英等[5]结果显示，氮磷钾配施及氮磷钾配施秸秆、有机无机配施处理均持续提高作物产量。Manna等[6]在肯定有机无机配施可有效增加作物产量稳定性的同时，也提出了氮磷钾配施亦可提高作物产量稳定性，且土壤质量未出现退化现象。

潮土作为江苏省面积最大的一种土壤类型，其面积约为2.54×106hm2，约占全省耕地总面积的53%，而由于不合理的施肥管理方式，造成土壤肥力水平降低，土壤质量呈现下降趋势，成为制约玉米高产稳产的主要因素。利用长期定位试验能克服气候年变化等不稳定因素的优势[7]。本研究以1980-2001年的黄潮土长期定位试验数据为基础，通过阐明长期不同施肥方式下玉米产量效应及其稳定性变化，并系统分析长期施肥对肥料贡献率的影响，旨在为潮土区建立玉米合理的施肥方式及可持续生产提供相关依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

长期定位试验设在江苏徐淮地区徐州农业科学研究所(N 34°16′，E 117°17′)。该区属暖温带半湿润气候区，年平均气温14 ℃，≥10 ℃的活动积温5 240 ℃，全年无霜期约210 d，年降雨量860 mm(主要集中在7，8月份)，年蒸发量1 870 mm，年日照时数2 317 h。

1.2 试验材料

1.2.1 供试土壤 试验地为砂壤质黄潮土，试验开始前的土壤(0～20 cm)基本养分状况为：有机质含量10.80 g/kg，全氮0.66 g/kg，全磷0.74 g/kg，有效磷12.00 mg/kg，速效钾63.00 mg/kg，缓效钾738.50 mg/kg，pH值8.01。

1.2.2 供试作物 在1981-2001年为小麦-玉米一年两熟轮作制，2002年后改为小麦-甘薯一年两熟轮作制。种植品种小麦、玉米为当年的主栽品种，每5～7年更换一次。小麦播种行距为15 cm，基本苗3.0×106株/hm2，人工条播；玉米株行距为23 cm×60 cm，人工点播。

表1 不同处理的肥料用量(1985-2001年)Tab.1 Fertilizer application rate in different treatments(1988-2001) kg/hm2

1.3 试验设计

试验开始于1980年，共设8个处理：①不施肥(CK)；②单施氮肥(N)；③施氮磷肥(NP)；④施氮磷钾肥(NPK)；⑤单施有机肥(M)；⑥施氮肥和有机肥(MN)；⑦施氮磷肥和有机肥(MNP)；⑧施氮磷钾肥和有机肥(MNPK)。化肥N、P、K分别由尿素(N 46%)、磷酸二铵(N 18%，P2O546%)、硫酸钾(K2O 50%)提供；有机肥每年施用量(鲜基)为1981-1984年施马粪75 t/hm2；1985年以后改为施猪粪37.5 t/hm2，有机肥全量养分(1981-2015年)含量为：N 5.2～7.5 g/kg、P2O55.0～8.5 g/kg、K2O 8.0～15.0 g/kg，有机碳137.6～301.3 g/kg，水分含量为45%～58%。小麦、玉米季氮肥的基、追肥比例为50%，基肥方式为施后翻地，追肥方式为表施。每个处理4次重复，小区面积为33.3 m2。每季作物收获后将地上部秸秆移除，实施根茬还田，作物其他管理措施与大田一致。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土样的采集与测定 玉米收获后，采集各处理0～20 cm土样，每小区选5点，重复4次。测定方法：有机质采用重铬酸钾容量法；全氮采用凯氏法；碱解氮采用扩散法；全磷采用高氯酸-硫酸法，有效磷采用Olsen法；速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度法；缓效钾采用硝酸浸提-火焰光度法；pH采用2.5∶1水土比pH计法[8]。

1.4.2 玉米籽粒产量的测定：收获期将小区的玉米人工收获，晒干后脱粒，称重计产。

1.5 数据分析

试验数据分析采用Excel 2007和SAS 8.0软件。

2 结果与分析

2.1 长期不同施肥对玉米产量的变化特征

2.1.1 玉米产量年际间波动情况 与CK处理相比，施肥处理玉米产量均有不同程度的提高，且处理间产量变化趋势基本一致(图1)，其中以有机无机配施处理(MN、MNP、MNPK)最高，NPK处理次之，M和NP处理互有交替位居第三，N处理最低。处理CK初始产量较低，仅占当年NPK处理的53.79%；处理N前6年产量较高，之后产量开始急剧下降，后趋于平缓；NPK处理在该试验条件下，自第6年后产量便开始趋于动态稳定，处理M产量与处理NPK有相似变化规律，但产量一直低于处理NPK；有机无机配施处理(MN、MNP、MNPK)具有明显的增产效果，从产量演变的趋势看，前6年稳定在高产水平，第7年后产量因有机肥用量减半而有所降低，但产量变化趋势线较小，后3年(1999-2001年)平均产量仍能达到前3年(1981-1983年)平均产量的91.35%～95.58%，说明有机无机配施有利于提高土壤的养分供应和协调能力，可以更好地维持农田生态系统的稳定性。

图1 玉米产量年际波动图Fig.1 Annual fluctuation of maize yield

2.1.2 玉米平均产量及增产率 从21年玉米的平均产量来看，与CK处理相比，施肥处理均能极显著提高玉米平均产量(图 2)，以有机无机配施处理增幅最大，平均产量可达7 240～7 503 kg/hm2，与当年CK、初始CK处理相比增幅分别达156.88%～167.02%，82.15%～88.75%；NPK处理次之，平均产量极显著低于有机无机配施处理，相较于当年CK、初始CK处理，增产率分别为139.57%，70.56%；M和NP处理的增产效果位居第三，平均产量极显著低于NPK处理；N处理增产效果最低，均产分别仅达4 598 kg/hm2，与M处理差异达到极显著水平。可见，有机无机配施施肥方式提高玉米平均产量的效果最优。

图中不同小、大写字母分别表示不同处理在5%和1%水平上显著差异。图5同。Values followed by different small and capital letters in the table indicate the date in different treatments are significantly at the 5% and 1% levels.The same as Fig.5.

2.2 长期不同施肥对玉米产量稳定性的影响

玉米产量的稳定性可用玉米产量变异系数CV及可持续性产量指数SYI 表征(图3)。玉米产量的变异系数可按其大小分为4个水平。处理CK和N变异系数较大，分别为0.20和0.21；处理NP次之，为0.11；第三水平为处理NPK和M，均为0.07；处理MN、MNP、MNPK最小，均为0.05。可持续性产量指数SYI亦可根据其值的高低分为4个等级：第一等级为处理MN、MNP、MNPK(0.84～0.85)；第二等级为处理NPK、M(0.82)；第三等级为处理NP，为0.73；处理N和CK为第四等级(N：0.59，CK：0.52)。这说明，有机无机配施的施肥结构更有利于提高玉米产量稳定性和生产可持续性，氮磷钾配施和单施有机肥次之，施氮磷肥第三，而单施氮肥则降低产量的稳定性和生产可持续性。

图3 长期施肥对玉米产量变异系数与可持续性产量指数的影响Fig.3 Effects of long-term fertilization on the coefficient of variation and sustainable yield index of maize

2.3 长期不同施肥对肥料贡献率的影响

施肥对玉米产量的贡献率在时间上的变化情况如图4，N处理变化幅度较大外，其余施肥处理变化趋势呈小幅度上升趋势，由此可见，随着种植年限增加，玉米产量对肥料的依赖作用逐渐增加。从21年肥料贡献率的平均值可以看出(图5)，有机无机配施处理贡献率最高，平均贡献率为59.59%～60.88%；NPK处理次之，明显低于有机无机配施处理，降低幅度为6.73%～7.00%；其次为M和NP处理，明显低于NPK处理，降低幅度为8.88%～12.21%；N处理最低，仅为36.64%。

图4 长期施肥对肥料贡献率的影响Fig.4 Effects of long-term fertilization on the contribution ration of fertilizer

图5 长期施肥对肥料贡献率平均值的影响Fig.5 Effects of long-term fertilization on the average contribution ration of fertilizer

2.4 耕层土壤养分含量与产量相关关系

由图6可以看出，与CK处理相比，施肥处理明显提高有机质和全氮含量，其中施用有机肥处理增幅明显高于施用化肥处理；施用磷肥和有机肥处理明显提高有效磷含量，施用钾肥和有机肥处理均明显提高速效钾含量，其中均以有机无机配施处理提高效果显著。由此可见，有机肥的投入能有效地提高土壤有机质含量，化肥氮、磷、钾肥的投入分别有利于土壤氮、磷、钾素的积累，因此，平衡施肥是维持黄潮土养分含量的主要途径，有机无机配施更有益于玉米产量提高。另外，玉米产量与土壤有机质、全氮、有效磷及速效钾含量相关性均呈极显著正相关(有机质：0.63**、全氮：0.48**、有效磷：0.63**、速效钾：0.62**)。

3 讨论与结论

3.1 长期施肥与玉米产量和肥料贡献率

玉米产量的年际波动图可从时间上分析产量变化过程及趋势。作物产量主要受环境、生物及人为因素的影响[15]。当施肥成为其主要限制因素时，处理CK的玉米产量有所降低，但历年变化甚微，即受到温度、降水等气候因素和人为因素的影响较小；另外也是因为在试验开始时产量就比较低，仅占当年NPK处理的53.97%。

从21年玉米的平均产量来看，有机无机配施的增产效果最为显著，氮磷钾配施的增产效果次之，单施有机肥和氮磷配施位居第三，单施氮肥则最低。有机无机配施的增产效应明显优于氮磷钾配施或单施有机肥[4，16-17]，其增产机制为[18]：施入的化肥可满足作物生产的需求，另外有机肥的长期施用有助于提高土壤肥力。本试验中单施有机肥增产幅度低于氮磷钾配施，这是由于本试验有机肥施用量的氮磷钾养分含量小于氮磷钾配施处理投入量，另外根据前人研究结果，即使在有效成分一致情况下，有机肥肥效也是等于或低于化肥[19-20]。

图6 长期施肥下土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾与玉米产量的关系Fig.6 The relationship between yield of maize and organic matter，total nitrogen，available phosphorus，available potassium after long-term fertilization

肥料贡献率则是反映了施肥在作物增产中的作用比重[21-22]。本试验显示：经过21年长期施肥，土壤的养分供应能力持续下降，玉米对肥料的依赖性持续增强，其中有机无机配施贡献率显著高于施用化肥和单施有机肥。

3.2 长期施肥与玉米产量的稳定性

作物产量稳定性是判断农田生态系统高低的重要标准[23-25]。本试验对比8种不同施肥方式下玉米产量的CV和SYI，单施氮肥处理和不施肥处理的稳定性最差，说明单施氮肥和不施肥方式玉米的产量容易造成大幅波动，抗逆性较差，而其余施肥处理(NP、NPK、M、MN、MNP、MNPK)均可有效降低CV、提高SYI值，进而降低环境、生物与人为因素等对产量的影响[26]，其中以有机无机配施最有利于维持玉米产量的稳定性和生产可持续性。氮磷钾配施的玉米产量稳定性和生产可持续性明显优于单施有机肥，这与本试验中所施有机肥中氮磷钾含量年际间有差异，而且与氮磷钾配施处理相比，氮磷钾养分含量又较低有关。

3.3 长期施肥下土壤养分与玉米产量的关系

长期施肥对土壤养分含量的影响因作物、肥料、土壤类型的不同而不同[27-28]。本试验研究表明：不施肥处理土壤全氮含量呈现下降，有机质含量却或增或减，这与Smith[29]、林治安等[30]研究结果一致。与CK处理相比，施用化肥处理(N、NP、NPK)土壤有机质有明显提高，主要是由于化肥的施用有利于作物生长，进而增加作物根茬残留量和根系分泌物。施用有机肥处理(M、MN、MNP、MNPK)对土壤全氮、有机质的明显高于施用化肥处理，这是因为有机肥的施入不仅提高了有机质含量，还直接补充了土壤营养物质，有效且全面促进了作物生长[31-32]。

对土壤全氮、有机质、有效磷和速效钾含量与对应玉米产量数据进行分析可得，相关性均呈极显著正相关，说明施肥措施调整养分的投入，进而改变土壤养分含量，对玉米产量产生显著影响。本试验结果表明：有机无机配施处理的玉米具有较强的增产稳产优势，这是由于该施肥方式下土壤养分均衡[33]，不仅避免了氮磷钾配施的土壤有机质含量水平偏低，也解决了单施有机肥的土壤养分含量的不足的问题。

3.4 结论

施肥处理可有效提高黄潮土区玉米产量。以有机无机配施增产效果最佳，与当年不施肥、初始不施肥处理相比增幅分别达156.88%～167.02%，82.15%～88.75%；NPK处理次之，且单施有机肥处理明显低于NPK处理。有机无机配施方式促进玉米产量稳定性与生产可持续性的提高最为显著，氮磷钾配施和单施有机肥次之，施氮磷肥第三，而单施氮肥则降低产量的稳定性和生产可持续性。随着种植年限增加，玉米产量对肥料的依赖作用逐渐增加。以有机无机配施处理贡献率最高，平均贡献率为59.59%～60.88%。有机肥的投入能有效提高土壤有机质含量，氮、磷、钾化肥的投入分别有利于土壤氮、磷、钾素的积累。玉米产量与土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾均呈极显著正相关。

综上所述，有机无机配施的施肥方式土壤养分供应较均衡，最有利于维持玉米高产和稳产。

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Effect of Long-term Different Fertilization on Maize Yield Stability in Yellow Fluvo-aquic Soil Region

WEI Meng1，2，ZHANG Aijun1，ZHUGE Yuping2，LI Hongmin1，TANG Zhonghou1，CHEN Xiaoguang1

(1.Xuzhou Institute of Agricultural Sciences of Xuhuai District of Jiangsu Province，Xuzhou Sweetpotato Research Center of Jiangsu Province，Xuzhou 221131，China；2.College of Resources and Environment， Shandong Agricultural University，Tai′an 271018，China)

This research was conducted to reveal the stability difference and dynamic of maize yield to long-term fertilization in yellow fluvo-aquic soil，and to provide scientific references for establishing the optimal fertilization pattern and promoting the sustainable production of maize.Based on long-term fertilization experiment in Xuzhou of Jiangsu Province，the trend of change in maize average yield，annual fluctuation of maize yield and soil nutrients content in eight fertilization patterns were investigated：no fertilizer (CK)，N fertilizer (N)，combined N and P fertilizer (NP)，combined N，P and K fertilizer (NPK)，organic manure (M)，N fertilizer and organic manure(MN)，combination of N，P and organic manure (MNP)，combination of N，P，K and organic manure (MNPK).It was discovered that fertilizer application could significantly increase maize yield，compared to CK treatment.In respect of maize average yield of 21 years，application of organic fertilizer and chemical fertilizer (MN，MNP，MNPK) were higher than other fertilization treatments，with 7 240-7 503 kg/ha；NPK took the second place，by increasing 139.57% of that in the non-fertilization treatment.Compared with CK，N enhanced the coefficient of variation (CV) and reduced sustainable yield index (SYI)，which made yield stability the worst；the maize yield stability of MN，MNP，MNPK were better than NPK which was better than M.The contribution ratio of fertilizer had been increasing since 1981，and the MN，MNP，MNPK were the higher than other treatment，with average of 59.59%-60.88%.The fertilizer treatment of MN，MNP，MNPK could obvious increase the content of total nitrogen，organic matter，available phosphorus and available potassium in soil.The contents of total nitrogen，organic matter，available phosphorus and available potassium were significantly positively correlated with yield in yellow fluvo-aquic soil (P<0.01).In a word，application of organic fertilizer and chemical fertilizer is the best fertilization mode in yellow fluvo-aquic soil region，which made soil nutrient more balanced，maize yield more stable and agricultural ecosystem quality better.

Yellow fluvo-aquic soil；Long-term fertilization；Maize;Yield

2016-06-15

公益性行业(农业)科研专项经费项目(201203030)

魏 猛(1983 -)，男，山东济宁人，助理研究员，在读博士，主要从事土壤培肥与养分管理研究。

张爱君(1963-)，男，江苏宜兴人，副研究员，主要从事土壤培肥及甘薯栽培技术研究。

S158；S513

A

1000-7091(2016)06-0171-06

10.7668/hbnxb.2016.06.027