深松与有机肥配施对土壤性质及玉米氮素利用的影响

解占军韩瑛祚何志刚王秀娟叶 鑫

(辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所,辽宁 沈阳 110161)

玉米是重要的粮食作物。辽宁省是我国主要的玉米种植省份之一 。长久以来,由于土地的分散经营,大型动力及机具在生产上的应用急剧下降,机械化深翻、深松作业面积越来越少,长年采用小型动力作业,耕作层浅,而且由于机械压实,使土壤表层容重增加,从而造成了土壤板结,耕地质量退化,土壤肥力下降[1]。氮素是玉米生长发育的必需营养元素之一,目前我国玉米氮肥利用效率仅为26%左右[2]。适宜的氮肥用量会提高玉米产量,过量施氮玉米产量会下降,以及带来相应的环境问题[3,4]。深松是随少耕、免耕而发展起来代替传统耕作,适用于旱地农业的保护性耕作法。它是利用深松铲来疏松土壤,加深耕层而不翻转土壤,改善耕层土壤的结构,从而减轻土壤侵蚀,提高土壤的蓄水保墒能力[5]。因此,在旱地保护性耕作体系中,深松愈来愈受到广泛重视。有机肥的施用在我国农业的可持续发展中发挥了重要作用[6]。东北地区玉米种植长期实行浅耕旋耕作业,过量施用化肥,忽视有机物料投入,导致土壤结构退化、耕性变差[7]。本试验通过深松耕作与土壤有机培肥改善耕层土壤性质,减少化肥施用量,提高化肥使用效率,为玉米土壤培肥及氮肥高效利用提供可行性依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地点为铁岭县蔡牛镇,位于辽宁省北部、松辽平原中部。属于中温带亚湿润季风型大陆性气候。土壤类型为棕壤,0～20 cm土层土壤全氮1.04 g/kg、全磷0.40 g/kg、全钾19.5 g/kg、碱解氮123 mg/kg、有效磷20.9 mg/kg、有效钾130 mg/kg、有机质含量为15.3 g/kg。土壤pH值6.0,容重1.364 g/cm3。

1.2 试验材料

供试肥料:尿素(N 46%),磷酸二铵(N18%,P2O546%),硫酸钾(K2O 50%),复合肥(N 26%,P2O511%,K2O 11%),过磷酸钙(P2O512%),有机肥为牛粪(全C:38.8%,全N:0.901%)。供试玉米品种铁研58。

1.3 试验设计

试验设5处理,分别为:处理1,常规种植,不施氮肥(N:0 kg/hm2,P2O5:90 kg/hm2,K2O:90 kg/hm2);处理2,常规种植+常规施肥(N:210 kg/hm2,P2O5:90 kg/hm2,K2O:90 kg/hm2);处理3,深松+有机肥+不施氮肥(N:0 kg/hm2,P2O5:90 kg/hm2,K2O:90 kg/hm2);处理4,深松+有机肥+常规施肥(N:210 kg/hm2,P2O5:90 kg/hm2,K2O:90 kg/hm2);处理5,深松+有机肥+常规施肥减氮15%(N:178.5kg/hm2,P2O5:90kg/hm2,K2O:90 kg/hm2)。深松采用秋季深松,深度为30 cm。有机肥采 用 春 季 撒 施,旋 耕 起 垄,用 量(以 干 基 计)为7 500 kg/hm2。4月22日种植,9月27日收获。传统垄作栽培,种植密度为60 000株hm2,其他管理按当地传统方式进行。

1.4 样品采集与指标测定

玉米收获后采集0～20 cm耕层土壤,多个采集点混成一个土壤样品,测定土壤碱解氮、有效磷、有效钾、全氮、全磷、全钾、有机质指标。

收获期每个小区选取中间2垄进行测产(面积为12 m2),测定玉米鲜穗质量、秸秆鲜基质量,每个样区取10株玉米晒干,分别测定籽粒干重,玉米秸秆干重,最后折算单位面积的籽粒产量(按14%含水量计算)和玉米秸秆风干产量。选取玉米籽粒和秸秆样品测定氮含量。

土壤碱解氮测定用碱解扩散法;土壤有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提,钼锑抗比色法测定;土壤有效钾采用NH4OAc浸提,火焰光度计法测定;土壤全氮测定采用半微量开氏法;土壤全磷采用NaOH熔融,钼锑抗比色法测定;土壤全钾用NaOH 熔融,火焰光度计法测定;有机质含量测定采用重铬酸钾外加热法;植物全氮用H2SO4-H2O2消煮,半微量开氏法测定。

土壤容重采用环刀法测定,测定深度为0～20 cm,土壤田间持水量采用环刀法测定。

1.5 数据分析

试验数据采用Excel进行整理分析并作图,采用SPSS 19.0 软件做相关统计分析,多重比较采用Duncan法,显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同处理对玉米产量的影响

不同处理对玉米产量影响如图1所示。处理4(深松+有 机 肥+常 规 施 肥)玉 米 产 量 最 高,达 到11 857.0 kg/hm2,比处理2(常规种植+常规施肥)产量增加4.93%。处理5(深松+有机肥+减氮15%)与处理2相比产量略有下降但差异不显著。处理1(常规种植+不施氮肥)和处理3(深松+有机肥+不施氮肥)玉米籽粒产量较低,比处理2分别降低了22.76%和11.27%,说明不施氮肥会显著影响玉米产量。

图1 不同处理对玉米籽粒产量的影响

2.2 不同处理对玉米氮素吸收和利用的影响

玉米的总吸氮量在160.60～284.43 kg/hm2(见表1),深松与有机肥配施促进玉米对氮素的吸收和利用。与处理2相比,处理4氮素吸收量增加幅度为20.97%,处理5增加了12.60%。氮素利用率在35.49%～45.43%,深松配施有机肥后氮素利用率均有提高,其中处理4氮素利用率达到45.43%,比处理2提高9.94个百分点。处理5氮素利用利率为42.40%,提高6.91个百分点。

表1 不同处理对玉米氮素吸收和利用的影响

2.3 不同处理对土壤有机质和养分含量的影响

表2为0～20 cm耕层土壤有机质及养分含量。可以看出,与处理2相比,深松配施有机肥明显提高土壤有机质含量,其中处理4和处理5有机质含量均达到20.1 g/kg,提 高 了9.24%。处 理3有 机 质 含 量 为19.2 g/kg,提高了4.35%;同时明显增加土壤养分含量,其中处理4和处理5土壤全氮含量分别增加了11.93%和11.04%、土壤碱解氮含量分别增加了9.86%和4.38%;处理4土壤全磷增加了12.7%,有效磷含量增加了22.16%;处理4、处理5土壤全钾含量分别增加了23.20%和21.25%;土壤有效钾含量,以处理3提高幅度较大,为41.16%,以处理4提高幅度较小。

表2 不同处理对土壤有机质和养分含量影响

2.4 深松配施有机肥对土壤物理性质的影响

土壤容重是土壤重要的物理性状之一。深松配施有机肥可改善土壤的物理性状(见表3)。

表3 深松对土壤物理性状的影响

与常规种植相比,深松配施有机肥处理显著降低了土壤容重,提高了土壤孔隙度和田间持水量。其中土壤容重降低了4.91%,土壤总孔隙度增加了2.53个百分点,田间持水量提高了1.99个百分点。

3 结论与讨论

本研究结果显示,深松与有机肥配施明显增加玉米产量,增加幅度为4.93%,提高氮肥利用率9.94个百分点。在稳产条件下可以适当减少氮肥15%,同时提高氮肥利用率6.91个百分点。相关研究表明,不论是单一深松还是深松与有机肥配施均显著提高玉米产量。邬小春等研究显示春季深松能够提高玉米穗粒数3.9%,显著提高经济产量4.4%[8]。宫亮等研究发现,深松处理的玉米产量较常规旋耕提高3.74%[9]。闫百莹等研究发现深松结合施用有机肥有利于玉米早期苗高生长,有利于玉米产量的提高[10]。

施用有机肥料是增加土壤碳投入、提高农田土壤肥力的直接手段,对提高土壤有机质含量和改善质量有重要作用。梁路等研究表明,化肥与牛粪配合施用可提高0～20 cm耕层土壤的18.2%有机质含量,提高27.4%全氮含量[11];张华艳等研究表明,与秸秆不还田相比,秸秆还田后土壤有机质增加了10.65%,全氮含量增加了18.68%[12]。本研究结果与其相似,施用有机肥后,土壤有机质含量增加了4.35%～9.24%,提高了土壤养分含量。其中,深松+有机肥+常规施肥明显增加土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和有效钾含量。

耕作方式主要显著影响土壤物理结构的变化,研究认为,保护性耕作有利于降低土壤容重[13,14]。齐华等发现,不同深松方式均能显著降低10～30 cm土壤容重和土壤紧实度[15]。刘战东等发现,保护性耕作措施降低土壤容重5.9%～6.6%,降低土壤紧实度25%左右[16]。邬小春等发现,春季深松能够提高土壤田间持水量。研究表明施用有机肥也能改善土壤物理性状[17]。邹文秀等发现,施用有机肥显著降低了0～20 cm和20～40 cm土层土壤容重,分别显著下降了16. 0%和4.40% ,同时增加了0～20 cm土层土壤总孔隙度12. 9%[18]。本研究表明,秋季深松与春季施用有机肥降低0～20 cm土层土壤容重4.91%,提高土壤总孔隙度含量2.53个百分点,田间持水量增加1.99个百分点,改善了该地区土壤物理性状。

在本研究中,深松与有机肥配施条件下减氮15%处理,不仅要考虑深松对土壤物理性质的改善作用,还要把握好作物产量与经济效益之间的平衡关系。机械化生产深松产生的成本约225元/hm2,节约纯N 31.5 kg/hm2,尿素按3 500元/t计算,节约氮肥成本239.4元/hm2。深松产生的成本与节肥费用基本相当,但需要说明的是该措施提高了氮肥利用率,减少氮素在土壤中的残留,对降低环境污染具有一定作用。