长期定位施肥对小麦产量及土壤肥力的变化研究

欧俊辉，张 海

(西北农林科技大学,陕西杨凌 712100)

土壤是人类繁衍生息所无法或缺的重要资源，也是农业经济基础的必要保证[1]。土壤肥力作为土壤的基础特性之一，在作物、植物生长时为其提供营养、环境等方面的重要帮助；同时，土壤肥力也是农业可持续发展的重要基础资源，是化学、物理、生物与生态学性质的综合表现。使农作物产量形成良性循环发展，关键是必须协调好生态系统中的基础能量与储备能量的关系[2]。土壤长期定位施肥试验是利用长期固定的模式对所施肥土壤进行监测，相比于短期常规施肥形式具有长期稳定性，获取信息更加可靠、多样、准确、系统等优点，是检验不同肥料配施的情况下土壤营养成分变化的重要方法[3～4]。长期定位施肥试验可以有效的探究出土壤肥力的变化规律与变化情况，对土壤所需营养物质，农作物与需肥关系，所施肥与土壤营养元素的影响等方面作出科学的评价[5]。早在160年前，世界上最早的长期试验田便在英国洛桑建立[6～7]。本文以长期定位试验为基础，研究长期定位试验对土壤中各营养元素的影响，为科学施肥提供指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于1981年开始，试验区域位于陕西合阳县甘井乡渭北旱原东北部。该地区年均降雨量为598.7mm，年均气温约为10.8℃，年最高气温大约为40.2℃，最低可达-21.1℃。试验区种植作物为小麦，试验区土壤所含有机质约为11.3g/kg，全氮0.757g/kg，全磷1.297g/kg，碱解氮含量为13.7mg/kg，速效钾为149.6mg/kg，速效磷为2.24mg/kg。

1.2 试验设计

试验设置分为四组，分别为（1）对照组（不施肥，CK）；（2）氮磷钾（NPK）；（3）有机肥（OM）；（4）氮磷钾+有机肥（NPK+OM）。其中，尿素提供氮素用作氮肥，过磷酸钙提供磷素作为磷肥，硫酸钾提供钾素，利用猪粪覆盖作为有机肥施用。N、P2O5、K2O三种肥料用量分别为150、75、75kg/hm2。

1.3 测定项目及其方法

1.3.1 小麦产量：每个处理区域选取3～6个点位，每个测定点2m2，常规方法进行检测。

1.3.2 土壤肥力：土壤样品，每年小麦收获后各处理区域随机挑选5～10个取样点，使用四分法取表层土壤（0～20cm），对采集湿土去石子、植物残枝等，过2毫米筛，混合均匀储存在0～4℃用于土壤养分分析，土壤样品分析均采用常规方法[8]。其中有机质使用重铬酸钾容量法——外加热法[9]，土壤有效磷利用碳酸氢钠浸提——钼锑抗比色法，土壤碱解氮利用扩散皿滴定法，土壤速效钾利用乙酸铵浸提——原子吸收分光光度计法。

2 结果与分析

2.1 施肥对小麦产量的影响

由图1可得，NPK、OM、NPK+OM施肥后的作物产量连续十年明显高于CK对照组，NPK与OM处理的小麦产量都出现了缓慢上升的趋势，在第十年也都出现了产量下降，是由于NPK处理的土壤中无机化肥过量，导致土壤出现速效磷等元素过量，土壤缺少有机质无法正常代谢与循环，抑制作物生长所致；单施有机肥（OM）产量下降是由于土壤营养元素不足，无法继续给作物提供充足的养分，导致作物产量有所下降。利用无机-有机肥配施的方式（NPK+OM）可以使作物产量维持在一个较为理想的水平，不会出现断崖式的下跌。无机-有机肥配施最高年产量可达7 968kg/hm2，最低为第一年5 638kg/hm2。NPK处理年产量最高可达6 814kg/hm2，最低为4 768kg/hm2，OM处理年产量最高可达6 864kg/hm2，最低为4 382kg/hm2。两种处理模式低于无机-有机肥配施。

图1 2005～2015年连续定位施肥小麦产量

由表1可知，2005～2015年间小麦平均产量由高到低分别为NPK+OM、NPK、OM、CK。其中NPK+OM处理产量最高，平均年产量可达6 716.9kg.hm2，是CK处理的1.79倍、NPK处理的1.15倍、OM处理的1.21倍，OM与NPK处理无显著差异，三种处理均显著高于CK。长期定位施肥可有效提高作物产量。

表1 2005～2015年长期定位施肥小麦产量

2.2 施肥对土壤肥力指标的影响

2.2.1 施肥对土壤有机质的影响

由表2可以看出，不同施肥模式对土壤中有机质会产生极大影响，无机肥料与有机肥对土壤有机质均有所影响，随着肥料进入土壤，土壤有机质也在相应上升。各处理土壤中有机质含量依次为OM、NPK+OM、NPK、CK。经过十年施肥，单施有机肥可使土壤有机质提升58.7%，单施无机肥可使土壤有机质提升28.7%，无机-有机肥配施可使土壤有机质提升41.2%。由此可见，利用有机肥施肥可显著提高土壤中有机质的含量，达到迅速提升土壤有机质的效果，可以用作改善有机质贫乏的地区。

表2 2005～2015年连续定位施肥土壤有机质含量g/kg

2.2.2 施肥对土壤速效磷的影响

磷能够使作物生长更加强壮，促进农产品光合作用。磷元素太低时，作物会因缺磷而死亡。由图2可知，不同处理中，NPK+OM处理会使土壤中速效磷呈现快速上升的趋势，在使用NPK+OM肥料7年后土壤速效磷含量趋于平稳。NPK与OM处理区域，土壤所含速效磷出现缓慢上升，在施肥4～5年后土壤中速效磷趋于平稳。CK对照组中土壤所含速效磷有所下降，6年后土壤中含量趋于平稳。与单一的氮磷钾肥料与有机肥料相比，混合施肥在提升土壤速效磷方面具有一定优势，是由于单施无机肥，磷素过多会造成土壤板结，导致再施入磷肥土壤无法继续循环、吸收；单施有机肥导致磷素含量不能得到及时补充，无机-有机肥混合施用可以较好的解决这一问题。但需要注意的是磷素过多容易造成土壤酸化、板结，严重时会导致作物死亡，带来不可挽回的损失，要定期检测土壤磷素含量，以保证不会造成这一严重后果。

图2 2005～2015年连续定位施肥土壤有效磷含量

2.2.3 连续定位施肥对土壤碱解氮的影响

氮素是植物构成所需营养物质与蛋白质的重要成分部分，同时对植物茎叶的生长和果实的发育有至关重要作用，是产量最密切的营养元素。由图3可知，NPK、OM与NPK+OM进行连续施肥后土壤所含碱解氮含量均会缓慢上升，CK处理下土壤碱解氮基本没有显著变化。OM处理土壤碱解氮也有所上升，是因为土壤中碱解氮的含量与土壤有机质密切相关，有机质的含量会直接影响土壤碱解氮的含量，造成碱解氮含量升高。

图3 2005～2015年连续定位施肥土壤碱解氮含量

2.2.4 施肥对土壤速效钾的影响

钾素可以更好的提升果实品质，增强植株抗寒能力。土壤中缺钾时会造成作物钾素缺乏，此时作物内部碳水化合物的代谢会受到影响，同时也会抑制光合作用的产生，而增加植物呼吸作用。当速效钾含量高时，土壤阳离子替换率增高，对土壤保水保肥十分有利，同时也能够满足农作物对钾素的需求，速效钾含量较低时，农作物抗病、抗逆性下降，同时作物产量与品质也会有所下降，此时土壤阳离子替换率降低，不利于土壤的保水保肥。由图4可知，有机肥相比于单施无机肥料与无机-有机肥配施在提高土壤速效钾方面影响更大，使用有机肥处理的区域速效钾含量可达250mg/kg以上，而CK对照组区域所含速效钾较为平稳，没有显著变化。

3 结论

通过本次试验表明，长期定位施肥可以使作物增产；单施有机肥、无机化肥在提高小麦产量上效果相当，差异不大；无机-有机肥混合施用可增产78%，效果十分理想。

图4 2005～2015年连续定位施肥土壤速效钾含量

针对土壤中营养元素指标而言，施肥可以显著提升土壤所含有机质，其中有机肥效果优于无机化肥与无机-有机肥肥料，施肥还可以使土壤中速效磷、碱解氮、速效钾等必须元素显著上升，施用有机肥后土壤中有效钾含量会多于施用无机肥的土壤。

土壤在不施肥的情况下土壤肥力指标在短期几年内有所下降，同时土地所种植小麦产量无明显变化，这与YiBingMa[10]等人的研究结论基本一致。

由于本次试验只考虑产量与土壤这两者情况，没有考虑长期定位施肥给土壤与作物带来的污染与影响，故要利用长期定位施肥进行有针对性的施肥，还需要进行重金属以及其他污染物的定期监测，保证土壤与食品安全。

［1］王改玲,李立科,郝明德,张萌. 长期定位施肥对土壤重金属含量的影响及环境评价［J］.水土保持学报,2010(3):60-63,70.

［2］K.A.Algozin,V.F.Bralts,J.T.Ritchie,等. 以农作物产量、水和能量利用关系为基础的灌溉策略选择［J］.灌溉排水学报,1989(4):37-41.

［3］孙波,朱兆良,牛栋. 农田长期生态过程的长期试验研究进展与展望［J］.土壤,2007,39(6):849-854.

［4］李贵华. 国外近百年来的长期肥料定位试验［J］.新疆农业科学,1990(3).140-142

［5］程艳丽,邹德乙. 长期定位施肥残留养分对作物产量及土壤化学性质的影响［J］.土壤通报,2007,38(1):64-67.

［6］Galantini J,Rosell R. Long-term fertilization effects on soil organic matter quality and dynamics under different Production Systems in Semiarid Pampean Soils［J］.Soil & Tillage Research,2006,87(1):72-79.

［7］沈善敏. 长期土壤肥力试验的科学价值［J］.植物营养与肥料学报,1995(1):1-9.

［8］王希通,李梦醒,刘淑英. 土壤农化分析方法［M］.河北人民出版社,1980.

［9］鲍士旦.土壤农化分析［M］.北京:中国农业出版社,2000.

［10］Li J M,Gao J S,Ma Y B,et al. Phosphorus Accumulation in Soils in Rice-rice Cropping Systems with Chemical Fertilizer Application:Modeling and Validation［C］.Proceedings of the 19th World Congress of Soil Science:Soil solutions for a changing world,Brisbane Australia,2010:224-227.