全 文 ：长期施肥下黄壤旱地玉米产量及肥料
利用率的变化特征*
罗龙皂1,2 摇 李摇 渝1,2 摇 张文安1,2 摇 肖厚军1,2 摇 蒋太明2,3**
( 1贵州省农业资源与环境研究所, 贵阳 550006; 2农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测实验站, 贵阳 550006; 3 贵州省
农业科学院, 贵阳 550006)
摘摇 要摇 选取贵州黄壤长期定位监测点中对照 ( CK, 不施肥)、单施全量有机肥 (M,
30555 kg·hm-2)、有机肥与化肥配施(NPKM,年施 N 165 kg·hm-2、P2O582. 5 kg·hm-2、K2O
82. 5 kg·hm-2、有机肥 30555 kg·hm-2)和氮磷钾化肥配施(NPK,年施 N 165 kg·hm-2、P2O5
82. 5 kg·hm-2、K2O 82. 5 kg·hm-2)4 个处理的 16 年试验数据进行分析,研究了黄壤区长期
不同施肥下作物产量及肥料效益的变化趋势,为评价和建立长期施肥模式、促进粮食持续生
产提供依据.结果表明:长期施肥条件下玉米产量年际间变化较大,总体呈上升趋势. 其中
NPKM处理增产效果最好,可增产 4075. 71 kg·hm-2,增产率高达 139. 3% . 长期施肥可提高
玉米肥料利用率,其中 M处理对玉米氮肥和磷肥利用率的提升作用最显著,分别达 35. 4%和
18. 8% ;而 NPK处理在提高玉米钾肥利用率方面作用明显,提高了 20% ,远高于 M 处理的
8郾 7%和 NPKM处理的 9. 2% .可见,长期均衡施肥,尤其是有机肥与化肥配施对提高作物产量
和肥料效益具有积极作用.
关键词摇 长期施肥摇 黄壤旱地摇 玉米摇 肥料利用率
*公益性行业(农业)科研专项(201203030)和贵州省科技计划项目(黔科合 NY字[2012]3082 号,黔科合院所创能[2011]4002 号)资助.
**通讯作者. E鄄mail: jtm532@ 163. com
2013鄄02鄄20 收稿,2013鄄08鄄02 接受.
文章编号摇 1001-9332(2013)10-2793-06摇 中图分类号摇 S158. 3摇 文献标识码摇 A
Variation characteristics of maize yield and fertilizer utilization rate on an upland yellow soil
under long term fertilization. LUO Long鄄zao1,2, LI Yu1,2, ZHANG Wen鄄an1,2, XIAO Hou鄄jun1,2,
JIANG Tai鄄ming2,3 (1Guizhou Institute of Agricultural Resources and Environment, Guiyang 550006,
China; 2Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation and Agriculture
Environment (Guizhou), Ministry of Agriculture, Guiyang 550006, China; 3Guizhou Academy of Agri鄄
cultural Sciences, Guiyang 550006, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24(10): 2793-2798.
Abstract: An analysis was made on the 16鄄year experimental data from the long term fertilization
experiment of maize on a yellow soil in Guizhou of Southwest China. Four treatments, i. e. , no fer鄄
tilization (CK), chemical fertilization (165 kg N·hm-2, 82. 5 kg P2 O5 ·hm-2, and 82. 5
kg K2O·hm-2, NPK), organic manure (30555 kg·hm-2, M), and combined application of
chemical fertilizers and organic manure (NPKM), were selected to analyze the variation trends of
maize yield and fertilizer use efficiency on yellow soil under effects of different long term fertilization
modes, aimed to provide references for evaluating and establishing long term fertilization mode and
promote the sustainable development of crop production. Overall, the maize yield under long term
fertilization had an increasing trend, with a large annual variation. Treatment NPKM had the best
yield鄄increasing effect, with the maize yield increased by 4075. 71 kg·hm-2 and the increment be鄄
ing up to 139. 2% . Long term fertilization increased the fertilizer utilization efficiency of maize. In
treatment M, the nitrogen and phosphorus utilization rates were increased significantly by 35. 4%
and 18. 8% , respectively. Treatment NPK had obvious effect in improving potassium utilization
rate, with an increment of 20% and being far higher than that in treatments M (8. 7% ) and NPKM
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 10 月摇 第 24 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2013,24(10): 2793-2798
(9郾 2% ). The results showed that long term fertilization, especially the combined application of
chemical fertilizers and organic manure, was of great importance in increasing crop yield and fertil鄄
izer use efficiency.
Key words: long term fertilization; upland yellow soil; maize; fertilizer utilization rate.
摇 摇 长期定位试验是土壤学研究的重要手段,它对
揭示土壤养分平衡和土壤质量变化规律、指导农业
生产合理施肥、保护生态环境和农业可持续发展等,
均具有十分重要的理论意义和实践价值. 通过长期
定位试验,可以探讨土壤质量的发生和演变规律,了
解施肥对土壤质量、作物产量以及环境变化等的影
响,揭示作物类型、气候、耕作管理方式等与土壤质
量变化的相互关系[1] .目前全国有 70 个长期试验基
地,10 个主要土壤类型[2-3] . 近年来,有关长期施肥
对各种土壤类型作物产量及肥效的影响研究在各地
大量开展,如棕壤[4-5]、潮土[6-9]、红壤[10-13] 和黑
土[14-16]等.这些研究表明,长期均衡施肥和施用有
机肥对提高玉米产量和肥料效益具有积极的作
用[6-16] .而单施化肥对玉米产量和肥料效益的影响
存在不一致性[4-16],这种差异主要存在于不同区域、
不同土壤类型上.可见,利用长期定位试验在某一区
域、某种土壤类型上开展作物产量和肥料效益试验,
提出适合当地的培肥技术模式,可为制定区域农业
发展战略提供科学依据.
黄壤是亚热带主要的地带性土壤类型[17],全国
25. 3%的黄壤集中分布在贵州,其面积分别占贵州
国土面积和土壤面积的 41郾 9%和 46. 4% ,是贵州主
要的农业土壤类型[18],在贵州农业生产中发挥着重
要的作用.然而有关黄壤区长期施肥试验的报道极
少.为此,自 1995 年开始,我们在贵州省农业科学院
黄壤试验站开展长期肥料试验,以研究黄壤区长期
不同施肥下作物产量及肥料效益的变化趋势,为评
价和建立长期施肥模式、促进区域粮食持续生产提
供依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 试验地概况
黄壤长期试验点位于贵州省贵阳市经济开发区
贵州省农业科学院(26毅11忆 N,106毅07忆 E)内,地处
黔中黄壤丘陵区,平均海拔 1071 m,年平均气温
15郾 3 益,年平均日照时数 1354 h,相对湿度 75. 5% ,
全年无霜期 270 d,年降雨量 1100 ~ 1200 mm. 试验
地为旱地黄壤,成土母质为三叠系灰岩与砂页岩残
积物. 试验开始时耕层土壤(0 ~ 20 cm)基本性质
为:有机质 15. 15 g·kg-1,全氮 0. 85 g·kg-1,全磷
0. 71 g·kg-1,全钾 13. 29 g·kg-1,碱解氮 67. 9
mg·kg-1,有效磷 15. 9 mg· kg-1,速效钾 109. 2
mg·kg-1,pH值 5. 39.
1郾 2摇 试验设计
长期试验从 1995 年开始,共设 12 个处理,本研
究选取其中的 4 个处理;1)不施肥 ( CK);2)化
肥氮磷钾配施 ( NPK,年施用 N 165 kg · hm-2、
P2O5 82. 5 kg·hm-2、K2O 82. 5 kg·hm-2 );3) NPK
配施有机肥 ( NPKM,年施用 N 165 kg · hm-2、
P2O5 82郾 5 kg·hm-2、K2 O 82. 5 kg·hm-2、有机肥
30555 kg·hm-2 ); 4 ) 单 施 有 机 肥 ( M, 30555
kg·hm-2).采用大区对比试验,不设重复,无灌溉设
施.有机肥料为新鲜农家肥,平均含 N 2. 7 g·kg-1、
P2O51. 3 g·kg-1、K2O 6 g·kg-1 .肥料全部在玉米季
施用,播种前施磷钾肥或有机肥作基肥,在玉米生长
期中追施 2 次氮肥 (尿素),其中苗期施 69. 04
kg·hm-2、喇叭口期施 95. 96 kg·hm-2,冬季不施
肥.玉米品种为:交 3 单交(1995—1998 年)、黔单 10
号(1999—2000 年、2002—2003 年)、农大 108(2001
年)、黔玉 2 号(2004—2005 年)、黔单 16 号(2006—
2010 年).
1郾 3摇 测定项目和方法
在玉米成熟时进行考种,测定株高、穗长、穗粗、
穗行数、穗粒数和百粒重. 玉米成熟期剔除边行植
株,在每个小区中间人工收获两行,收获后的玉米秸
秆和风干籽粒均在 70 益条件下烘干48 h,称量,计
算玉米茎、叶生物产量和籽粒产量,籽粒水分控制在
12. 0%以下.玉米收获时,每个小区各采集 5 株植株
和 5 个玉米棒样品. 玉米植株和籽粒全氮、磷、钾均
采用 H2SO4 鄄H2O2 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.
1郾 4摇 数据处理
试验数据在 Excel 2010 软件上整理及作图,处
理间玉米产量和肥料利用率的差异分析采用无重复
双因素方差分析法,显著性水平设为 0. 05,表格中
数据均为平均值依标准差.肥料利用率计算公式:氮
(磷、钾)肥利用率=[施氮(磷、钾)区作物地上部分
氮(磷、钾)吸收量-不施氮(磷、钾)区作物地上部分
4972 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
氮(磷、钾)吸收量] /施氮(磷、钾)区肥料养分氮
(磷、钾)投入量伊100% ;养分吸收量 =籽粒产量伊籽
粒养分含量+茎叶生物量伊茎叶养分含量.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 长期施肥对玉米产量的影响
长期施肥情况下玉米产量年际间变化较大,总
体呈上升趋势(图 1).对照处理的(CK)玉米产量最
低,其次为单施有机肥处理(M).在试验开始的第一
年,M处理产量明显低于氮磷钾配施处理(NPK)和化
肥有机肥配施处理(NPKM),但随着试验年数的增
加,M、NPK和 NPKM处理玉米产量的差距逐渐缩小.
除 NPK和 NPKM处理的玉米产量差异不显著
外,其余处理的玉米产量存在显著性差异(表 1).从
16 年的平均产量来看(表 1),全量有机肥与 NPKM
处理的增产效果最好,增产达 4075. 7 kg·hm-2,增
产率为 139. 3% . 其次为 NPK 处理,增产 3432. 7
kg·hm-2,增产率为 117. 4% . M 处理的增产幅度最
小,仅增产 2321. 1 kg·hm-2,增产率为 79. 5% .
表 1摇 长期不同施肥模式对玉米产量的影响
Table 1 摇 Effects of different long鄄term fertilization modes
on maize yield
处理
Treat鄄
ment
产量
Yield
(kg·hm-2)
增产
Increment
(kg·hm-2)
增产率
Increment
rate (% )
变异系数
CV
(% )
NPKM 7000. 7依1615. 2c 4075. 7 139. 3 23. 1
NPK 6357. 7依1594. 8c 3432. 7 117. 4 25. 1
M 5249. 1依1612. 2a 2324. 1 79. 5 30. 7
CK 2925. 0依1594. 7b 0 0 54. 5
CK: 对照 Control; M: 有机肥 Manure 30555 kg·hm-2; NPKM: N
165 kg· hm-2, P2 O5 82. 5 kg· hm-2, K2 O 82. 5 kg· hm-2, M
30555 kg·hm-2; NPK: N 165 kg·hm-2, P2O5 82. 5 kg·hm-2, K2O
82. 5 kg·hm-2 . 同列不同小写字母表示处理间差异显著 ( P <
0郾 05))Different small letters in the same column meant significant differ鄄
ence among treatments at 0. 05 level. 下同 The ame below.
图 1摇 长期施肥下玉米产量的变化
Fig. 1摇 Change of maize yield under long鄄term fertilization.
CK: 对照 Control; M: 有机肥 Manure 30555 kg·hm-2; NPKM: N
165 kg· hm-2, P2 O5 82. 5 kg· hm-2, K2 O 82. 5 kg· hm-2, M
30555 kg·hm-2; NPK: N 165 kg·hm-2, P2O5 82. 5 kg·hm-2, K2O
82. 5 kg·hm-2 . 下同 The same below.
2郾 2摇 长期施肥对玉米经济性状的影响
对黄壤旱地长期施肥下玉米经济性状进行统计
分析(1995—2010 年)(表 2),发现变幅最大的是穗
粒数,变幅最小的是穗行数,株高、穗长、百粒重等指
标的变幅比较接近,均在 30%左右.与对照相比,各
种施肥方式均能提高玉米经济性状.其中,NPKM处
理对提高玉米株高、穗长、穗行数和穗粒数的作用明
显.在增加穗粗方面,NPK 和 NPKM 处理作用一致.
NPK处理对提高百粒重的作用大于 M 和 NPKM
处理.
2郾 3摇 长期施肥对作物肥料利用率的影响
2郾 3郾 1 氮肥利用率摇 不同施肥方式下作物氮肥利用
率年际间变化较大(图 2). 2000 年以前,NPK 处理
的氮肥利用率最高,其次为 NPKM处理. 2000—2004
年间,M 处理的氮肥利用率高于其他处理,而 NPK
处理的氮肥利用率最低. 2005—2008 年间,3 种施肥
处理的氮肥利用率比较接近.从 2009 年开始,各处
理间氮肥利用率差异逐渐增大.
表 2摇 各施肥处理下玉米经济性状
Table 2摇 Maize economic characters under different fertilization treatments
指标
Indicator
CK NPK
数值
Value
增幅
Increment rate
(% )
NPKM
数值
Value
增幅
Increment rate
(% )
M
数值
Value
增幅
Increment rate
(% )
株高 Height (cm) 171. 2依29. 2 224. 3依27. 2 31. 0 229. 8依30. 5 34. 2 216. 5依29. 1 26. 5
穗长 Ear length (cm) 13. 2依3. 4 18. 0依1. 3 36. 4 18. 1依1. 7 37. 1 17. 0依2. 0 28. 8
穗行数 Number of kernel rows 12. 4依2. 0 13. 9依2. 3 12. 1 14. 4依2. 3 16. 1 14. 0依2. 0 12. 9
穗粗 Ear width (cm) 4. 0依0. 5 4. 8依0. 4 20. 0 4. 8依0. 3 20. 0 4. 7依0. 4 17. 5
百粒重 100鄄seed mass (g) 25. 7依4. 7 34. 4依4. 4 33. 9 34. 0依4. 1 32. 3 32. 9依5. 0 28. 0
穗粒数 Ear kernel number 269依94. 9 430依67. 6 59. 9 454依75. 1 68. 8 426依74. 1 58. 4
597210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 罗龙皂等: 长期施肥下黄壤旱地玉米产量及肥料利用率的变化特征摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 3摇 各处理肥料利用率
Table 3摇 Fertilizer utilization rate in different treatments
肥料类型
Fertilizer type
肥料利用率
Fertilizer utilization rate
M NPK NPKM
氮肥 利用率 Utilization rate (% ) 22. 1依10. 1a 23. 6依8. 3a 20. 6依6. 6a
N fertilizer 变异系数 CV (% ) 45. 7 35. 2 32. 2
累积距平值 Cumulative anomaly (% ) 0. 07 0. 05 0. 05
磷肥 利用率 Utilization rate (% ) 10. 9依5. 2a 4. 8依2. 3b 11. 9依3. 6a
P fertilizer 变异系数 CV (% ) 47. 6 48. 1 30. 0
累积距平值 Cumulative anomaly (% ) 0. 02 0. 07 0. 01
钾肥 利用率 Utilization rate (% ) 5. 3依2. 8a 8. 2依3. 1b 16. 6依7. 7a
K fertilizer 变异系数 CV (% ) 53. 2 37. 8 46. 4
累积距平值 Cumulative anomaly (% ) -0. 03 0. 01 0. 01
同行不同小写字母表示差异显著(P<0郾 05)Different small letters in the same row meant significant difference at 0郾 05 level.
摇 摇 总体上,M处理的氮肥利用率呈现逐年增加的
趋势,施肥 16 年后,氮肥利用率提高 35. 4% . NPKM
处理的氮肥利用率也提高了 19. 2% .而 NPK处理的
氮肥利用率波动较大,施肥 16 年后略高于试验前
水平.
2郾 3郾 2 磷肥利用率摇 长期施肥可以提高作物磷肥利
用率(图 2). 1995—1999 年间,NPKM处理的磷肥利
图 2摇 长期施肥对作物肥料利用率的影响
Fig. 2摇 Effects of long鄄term fertilization on crop fertilizer utiliza鄄
tion rate.
用率明显高于 M 和 NPK 处理. 随着施肥年限的增
加,施有机肥处理较不施有机肥处理的优势越来越
明显,尤其是 M处理的肥料利用率与 NPKM处理相
当,有些年份甚至超过 NPKM处理.施肥 16 年后,M
处理的磷肥利用率提高 18. 8% ,NPKM 处理提高
10. 6% ,NPK处理提高 5. 2% .
2郾 3郾 3 钾肥利用率摇 长期施肥情况下作物钾肥利用
率呈增加趋势(图 2). 3 种施肥处理的钾肥利用率
表现为:NPK处理>NPKM 处理>M 处理.施肥 16 年
后,NPK处理的钾肥利用率提高了 20% ;NPKM 处
理提高了 8. 7% ;M处理提高了 9. 2% .
2郾 3郾 4 长期施肥下肥料利用率稳定性摇 结合肥料利
用率的变异系数和累积距平值(表 3)可以发现,3
种处理中 NPKM处理的氮肥、磷肥利用率稳定性更
好,而 NPK处理的钾肥利用率稳定性最好.
3摇 讨摇 摇 论
本试验玉米产量年际间变化较大,可能与品种
更换有关. 1995—2005 年更换了 4 个玉米品种,玉
米产量均波动较大.长期施用有机肥、化肥可提高黄
壤玉米产量.这与多位学者在棕壤[4]、褐潮土[8]、红
壤[19-20]、潮土[21]的长期试验结果相近. 而李忠芳
等[22]通过对全国范围内的长期试验分析发现,氮磷
钾配施(NPK)处理会造成玉米产量随种植时间呈
极显著下降趋势. 氮磷钾化肥与有机肥配施
(NPKM)处理不仅可以持续高产,而且可获得比
NPK化肥处理更高的产量,本研究黄壤 NPKM 处理
结果与众多学者的研究结果一致[19,21,23-24],但黄壤
NPK处理玉米产量下降趋势较缓.单施有机肥(M)
处理前几年玉米产量明显低于其他处理,随着施肥
年限的增加,玉米产量与其他施肥处理接近,这与有
机肥平缓持久不断累积的肥效有关. 从 2008 年开
6972 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
始,对照(CK)处理的玉米产量呈明显增加趋势,这
可能与气候因素有关. 从稳产性来看, NPKM 处理
的稳产性最高(变异系数为 23. 1% ),其次为 NPK
处理(变异系数为 25. 1% ),CK的稳产性最差(变异
系数高达 54. 5% ),NPKM 处理具有较高稳产性的
结果对指导玉米生产有重要意义.
不论是单施有机肥还是将其与化肥混施均可提
高氮肥的利用率. 在其他类型土壤,如潮土[25]、红
壤[12]上也有相同的研究结果. 黄壤 NPK 处理玉米
对氮肥的利用率波动较大,施肥 16 年后略高于试验
前的水平,这与潮土中玉米对氮肥利用率的变化情
况相似[25] . 而红壤虽然 NPK 处理的氮肥利用率也
存在一定的波动,但呈逐年下降趋势[12] .可见,NPK
在不同土壤类型上对氮肥利用率的影响不同. M 或
NPKM对提高磷肥利用率的作用大于 NPK,而 NPK
玉米钾肥利用率显著高于 M 和 NPKM.就不同施肥
措施对肥料利用率的影响来看,NPKM处理的氮肥、
磷肥利用率较高、稳定性更好,而 NPK 处理的钾肥
利用率最高,稳定性最好.
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作者简介 摇 罗龙皂,男,1985 年生,硕士,研究实习员. 主要
从事土壤环境质量研究. E鄄mail: luolongzao@ sina. com
责任编辑摇 张凤丽
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