全 文 ：中国生态农业学报 2014年 3月 第 22卷 第 3期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Mar. 2014, 22(3): 262−269


* 国家自然科学基金项目(51369019)和“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD29B03)资助
** 通讯作者: 杨树青, 主要从事节水灌溉新技术的研究。E-mail: nmndysq@126.com
刘德平, 主要从事节水灌溉新技术的研究。E-mail: liuyu830518@163.com
收稿日期: 2013−06−27 接受日期: 2014−01−06
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2014.30634
小麦/玉米套作条件下氮、磷配施的肥料效应研究*
刘德平 杨树青** 史海滨 郑晓波 孙玲玉 常春龙
(内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院 呼和浩特 010018)
摘 要 针对内蒙古河套灌区农业面源污染的现状, 本研究以内蒙古河套灌区常规作物小麦和玉米为供试材
料, 采取 “3414” 部分实施方案, 对氮、磷肥的施用效应及养分交互作用进行了研究, 探讨进一步削减当地农
业生产过程中的肥料用量的施肥技术。结果表明: 小麦/玉米套作条件下, 作物产量与氮、磷肥施用量之间满
足二次型回归模型, 氮肥、磷肥及氮磷交互效应对产量产生显著影响, 氮磷交互作用>氮>磷。在施肥水平较低
时, 氮、磷肥表现出较好的协同促进作用, 在达到产量的极限值后, 则表现为无效及拮抗作用; 中氮中磷处理能
够较好地满足作物生长发育过程中对氮和磷的需求, 提高作物对氮、磷的利用率。但随着施肥量的进一步增加,
作物植株吸肥量也随之增加, 施肥效益降低, 肥料利用率持续下降。通过对氮、磷单因素及二因素肥料效应的分析, 对
施肥水平做进一步优化, 得出小麦最佳施氮量为 167.67~196.61 kg·hm−2, 最佳施磷量为 130.43~186.64 kg·hm−2; 玉米
最佳施氮量为 222.10~299.14 kg·hm−2, 最佳施磷量为 156.14~188.00 kg·hm−2。这将为进一步削减氮、磷配施量,
改善当地土壤养分平衡, 减轻农业面源污染提供一定的指导作用。
关键词 小麦/玉米套作 氮磷肥 肥料效应 养分交互作用 肥料利用率
中图分类号: S274.1; S565.5 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)03-0262-08
Effect of combined nitrogen and phosphorus fertilizer application of
wheat-maize intercropping system
LIU Deping, YANG Shuqing, SHI Haibin, ZHENG Xiaobo, SUN Lingyu, CHANG Chunlong
(College of Water Conservancy and Civil Engineering, Inner Mongolia Agriculture University, Huhhot 010018, China)
Abstract Agricultural non-point source pollution in Hetao Irrigation Area of Inner Mongolia has been the main source of pollution
in the Yellow River. There was the need to reduce the use of fertilizer in the croplands of the Yellow River Basin. This study explored
the application effects of nitrogen (N) and phosphorus (P) fertilizers of wheat-maize intercropping, the conventional cropping
systems in the Hetao Irrigation Area of Inner Mongolia. The results showed that under wheat and maize intercropping, the
relationship between yield and nitrogen/phosphorus fertilization rate was best explained by quadratic regression model. Nitrogen,
phosphorus and nitrogen plus phosphorus interactions had a significant effect on wheat-maize yield. The order of significance of the
effect was N+P > N > P. With low fertilization, the synergistic enhancement effect of nitrogen and phosphorus fertilizers on yield was
high. Beyond the threshold value, nitrogen and phosphorus fertilizer antagonistic limited wheat-maize yield. N2P2 (180 kg·hm−2 N
and 157.50 kg·hm−2 P2O5 for wheat, 270 kg·hm−2 N and 180 kg·hm−2 P2O5 for maize) treatment satisfied the demands for crop growth
and development in wheat-maize intercropping and there was fully efficacy in fertilizer use. With further increase in fertilizer,
however, nitrogen uptake by crops increasingly limited fertilizer use efficiency and fertilizer utilization by crops continuously
declined. Based on the of single- and double-factor effect analysis of nitrogen and phosphorus fertilizer, the best nitrogen application rate
for wheat was 167.67−196.61 kg·hm−2 and the best phosphorus application rate for wheat was 130.43−186.64 kg·hm−2. Also the best
nitrogen application for maize was 222.10−299.14 kg·hm−2 and the best phosphorus application for maize was 156.14−188.00 kg·hm−2.
This finding was useful for reducing the application of nitrogen and phosphorus fertilizers and improving soil nutrient balance in the
Yellow River Basin. It also provided a useful guidance on the mode of reducing agricultural non-point source pollution in the Yellow
River Basin.
第 3期 刘德平等: 小麦/玉米套作条件下氮、磷配施的肥料效应研究 263


Keywords Wheat/maize intercropping; Nitrogen and phosphorus fertilizer; Fertilizer effect; Nutrient interaction; Fertilizer
use efficiency
(Received Jun. 27, 2013; accepted Jan. 6, 2014)
内蒙古河套灌区作为我国西北重要的农业精
华地区 , 农业生产过程中化肥用量呈逐年加大趋
势, 而肥料利用率却一直得不到提高。同时, 随着
国家对该地区工业和城市污染的逐步控制 , 以农
田为核心的农业面源污染正在成为影响黄河水质
的主要污染源, 并且面临着根治难的境况。有研究
表明作物产量的养分因素是土壤对作物需求相对
最少的因子 , 当任意一个肥料因子成为最小养分
限制因子时 , 增施其他养分难以使作物产量继续
提高[1]。以往研究多着重于根据最小养分律补充所
缺的肥料因子 , 而未考虑补充养分后所带来的养
分失衡问题 , 而不合理地养分投入造成土壤养分
失衡, 导致投入的肥料无增产效果, 甚至减产[2]。
实践证明 , 作物获得高产的关键在很大程度上取
决于养分的平衡供应[3], 而平衡施肥综合考虑作物
需肥特性、土壤养分平衡、环境因素及作物高产,
能有效提高作物对肥料的利用效率[4], 以及最大限
度地发挥作物的生产潜能, 减少肥料的流失, 实现
土壤养分配比平衡, 减轻对环境的污染[2]。
目前, 关于施氮对作物产量及吸肥特性的研究
较多[5−6], 但是, 我国长期偏施氮肥, 氮、磷、钾肥
施用不平衡的现象已极为严重。有学者认为, 在农
业生产过程中, 施肥结构单一、过量施肥、忽视土
壤和环境养分的利用, 是造成肥料利用效率较低的主
要原因[7], 并造成较严重的环境污染[8−9]。已有研究表
明, 在一定范围内增施磷肥, 能够有效提高作物产量
及吸氮量, 增加作物对氮肥的消耗[10], 当磷肥用量一
定时, 随着施氮量的增加, 作物产量并不一定增加[3],
氮、磷配施能够显著提高作物的产量及养分吸收量[11],
是提高养分利用效率的主要途径[12]。考虑内蒙古河套
灌区农业生产现状 , 采用当地常规种植模式小麦 /
玉米套作, 研究不同氮、磷配施模式下的肥料效应,
揭示氮、磷及产量之间协同促进及拮抗作用过程,
分析不同氮、磷配施模式下, 植株吸氮(磷)量和氮
(磷)肥利用率的变化规律, 确定套作条件下小麦、玉
米的氮、磷肥适宜施用量, 为进一步削减氮、磷配
施量提供一定的理论参考。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验区位于内蒙古河套灌区上游巴彦淖尔市磴
口县, 东经 107°05′, 北纬 40°13′, 海拔 1 080 m, 地
处我国西北干旱、半干旱、半荒漠草原地带。年平
均气温 5.6~7.8 , ℃ 全年日照时数 3 100 h, 太阳总辐
射量达 6 200 MJ·m−2, 年均降水量 139~222 mm, 年均蒸
发量高达 1 999~2 346 mm, 年均风速为 2.5~3.0 m·s−1。土
壤类型为粉壤土, 表层 20 cm 土壤养分含量为总氮
0.98 g·kg−1、有效磷 3.2 mg·kg−1、速效钾 88.1 mg·kg−1、
有机质 20.1 g·kg−1。
1.2 试验设计
试验于 2012 年在内蒙古河套灌区坝楞示范区
进行, 采用当地常规作物小麦(品种‘永良 4 号’)和玉
米(品种‘西蒙 168’)为供试材料, 种植方式为小麦/玉
米套作。试验肥料采用含氮 46%的尿素、含 P2O516%
的过磷酸钙。采用“3414”最优回归设计(氮、磷、钾
3个因素, 0、1、2、3 共 4个施肥水平, 共 14个处
理 , 吸收了回归最优设计处理少、效率高的优点),
只考虑氮、磷的部分实施方案(表 1), 试验共 9个处
理, 每处理 3次重复, 小区面积 6 m×12 m=72 m2。
在试验开始之前平整土地, 小区四周用埋深 1.2 m
的聚乙烯塑料膜隔开, 顶部留 30 cm 塑料膜, 防止
各小区肥水互窜, 田间管理与当地农户管理一致。
小麦于 3月 21日施底肥、播种, 7月 13日收获; 玉
米于 4月 18日施底肥、播种, 9月 22日收获, 小麦/
玉米套作共生期为 87 d。小麦播种机宽 1.3 m, 种 2
个小麦带; 玉米每膜宽 1.1 m, 种 3膜玉米, 1膜 2行,
株距约 35 cm, 行距 45 cm; 小麦与玉米的种植比例
为 3︰4, 小麦种植密度为 675 万株·hm−2, 玉米种植
密度为 6万株·hm−2。小麦/玉米套作全生育期灌 6水,
灌溉定额 750 m3·hm−2, 灌水时间为一水 5 月 13 日,
二水 5月 24日, 三水 6月 19日, 四水 7月 15日, 五
水 8月 2日, 六水 8月 28日。
表 1 小麦/玉米套作各处理的施肥水平
Table 1 Fertilization levels of different treatments of
wheat/maize intercropping kg·hm−2
施肥量 Fertilizing amount 施肥水平
Fertilization
level 小麦 Wheat 玉米 Maize
处理
Treatment
N P2O5 N P2O5 N P2O5
N0P0 0 0 0 0 0 0
N0P2 0 2 0 157.50 0 180
N1P2 1 2 90 157.50 135 180
N2P0 2 0 180 0 270 0
N2P1 2 1 180 78.75 270 90
N2P2 2 2 180 157.50 270 180
N2P3 2 3 180 236.25 270 270
N3P2 3 2 270 157.50 405 180
N1P1 1 1 90 78.75 135 90
264 中国生态农业学报 2014 第 22卷


氮肥施用参考精准农业最佳推荐施肥量, 磷肥
施量参考精准农业中土壤平衡施肥量。施肥水平: 0
水平=不施肥、1 水平=2 水平×0.5、2 水平=设计最
优施肥量、3水平=2水平×1.5; 施肥方式: 小麦带中
氮肥的 50%与全部磷、钾肥在播种前基施, 其余 50%
氮肥在一水前追施, 施肥方式为撒施; 玉米带中氮
肥的 40%及全部的磷肥在播种前基施, 其余氮肥的
20%、20%、20%分别在三水、四水、五水追施, 施
肥方式为用点播器穴施于玉米根部四周。试验设计
施肥水平详见表 1。
1.3 样品采集与试验方法
小麦测产时, 在各试验小区沿对角线选取典型
1 m×1 m的样方 3个, 单独收获, 晒干脱粒测产。玉
米测产时 , 各试验小区全部收获 , 用脱粒机脱粒 ,
自然风干后测产。小麦、玉米收获后, 在各小区沿
对角线采集 3~5 株地上部植株, 分秸秆和籽粒两部
分, 在烘箱中 105 ℃杀青 30 min, 80 ℃烘干至恒重,
称量地上部干物质重, 将植物样品粉碎后过筛, 通
过 H2SO4-H2O2消煮, 用半自动凯氏定氮仪测定全氮,
用钒钼黄比色法测定全磷含量[13]。
肥料利用率指单位投入的肥料因子所能增加的
作物吸氮、磷、钾量, 反映了作物对施入土壤中的
肥料回收效率(RE)[9], 公式为:
RE=(U−U0)/F (1)
式中, U为施肥后作物收获时地上部的吸肥总量, U0
为未施肥时作物收获期地上部吸肥总量, F 为肥料
因子的投入量。
1.4 数据分析
采用 Office 2003、SPSS 19.0、Surfer 8.0软件对
数据进行分析和作图。
2 结果与分析
2.1 不同氮、磷配施模式下小麦/玉米套作产量分析
对小麦/玉米套作产量及增产率分析可知(图 1),
空白处理的产量最小。P2 水平下的 4 个施氮处理
(N0、N1、N2、N3)之间, 除了玉米带 N1与 N3之间
无显著差异外 , 其余差异显著(P<0.05), 施氮水平
较低时(N0~N2), 增施氮肥能有效增加作物产量, 施
氮过多(N3)则抑制作物产量的增加, 总体产量规律
表现为: N2>N3>N1>N0(小麦)和 N2>N1>N3>N0(玉米),
N2 处理相对空白处理的增产率最高, 达到 71.23%
(小麦)和 62.14%(玉米), 而相对于 N0、N1、N3处理
分别增产 48.27%、17.53%、5.25%(小麦)和 39.2%、
14.29%、11.06%(玉米)。N2水平下的 4 个施磷处理
(P0、P1、P2、P3)中, P0、P1、P2之间差异显著(P<0.05),
小麦带 P3与 P2之间差异显著(P<0.05), 即施磷水平
较低时(P0~P2), 增施磷肥能有效增加作物产量 , 施
磷过多(P3)抑制作物产量的增加 , 总体产量规律表
现为: P2>P3>P1>P0(小麦)和 P2>P3>P1>P0(玉米), P2处
理相对于 P0、P1、P3处理分别增产 28.86%、7.25%、
4.43%(小麦)和 32.15%、11.22%、5.13%(玉米)。可
见, 高氮(N3)、高磷(P3)处理并不能有效增加小麦/玉
米套作的产量, 施肥效益较低; 高磷对小麦产量的
抑制大于高氮, 而玉米则相反, 中氮中磷处理(N2P2)
能够有效提高作物产量及施肥效益。

图 1 氮、磷配合施用条件下小麦/玉米套作的产量和增产率
Fig. 1 Yield and increasing rate of wheat-maize intercropping
under different treatments of combined application of nitrogen
and phosphorus
不同小写字母表示处理间差异达 5 %显著水平 , 下同。
Different small letters mean significant difference among different
treatments at 5% level. The same below.

2.2 不同氮、磷配施模式下小麦/玉米套作肥料效应
分析
2.2.1 数据标准化
数据标准化就是消除变量间的量纲关系, 使数
据具有可比性, 将小麦/玉米套作氮、磷肥施用量进
行数据标准化, 转换为无量纲化指标测评值, 使各
指标值都处于同一个数量级上 , 进行综合测评分
析。采用 min-max 标准化方法, 对原始数据进行线
性变换。设 minA 和 maxA 分别为属性 A 的最小值
和最大值, 将 A 的一个原始值 x 通过 min-max 标准
化映射成在区间[0, 1]中的值 x, 其公式为: 新数据=
(原数据−极小值)/(极大值−极小值)。标准化结果见表 2。
2.2.2 单因素肥料效应分析
选取 P2水平下的 4个施氮处理(N0、N1、N2、N3)
及 N2水平下的 4个施磷处理(P0、P1、P2、P3)与小麦、
玉米产量之间建立二次回归模型。
小麦:
YN=−2 503.7N2+3 531.4N+4 336.8 (R2=0.999 2) (2)
YP=−2 849.3P2+4 488P+3 726.1 (R2=0.999 2) (3)
玉米:
YN=−4 402.6N2+6 503.6N+7 689.7 (R2=0.982 3) (4)
第 3期 刘德平等: 小麦/玉米套作条件下氮、磷配施的肥料效应研究 265


表 2 小麦/玉米套作施肥量数据标准化
Table 2 Standardized data of fertilization amount of different
treatments of wheat-maize intercropping
小麦 Wheat 玉米 Maize 处理
Treatment N P2O5 N P2O5
N0P0 0 0 0 0
N0P2 0 0.67 0 0.67
N1P2 0.33 0.67 0.33 0.67
N2P0 0.67 0 0.67 0
N2P1 0.67 0.33 0.67 0.33
N2P2 0.67 0.67 0.67 0.67
N2P3 0.67 1.00 0.67 1.00
N3P2 1.00 0.67 1.00 0.67
N1P1 0.33 0.33 0.33 0.33
YP=−7 071P2+8 819.2P+7 279.6 (R2=0.975 2) (5)
式(2)~(5)中, YN 为不同施氮处理小麦、玉米的产量, YP
为不同施磷处理小麦、玉米的产量, N为氮肥施用量, P
为磷肥施用量。通过对以上一元二次回归模型的检验
系数 R2分析, 可知小麦/玉米套作条件下, 氮、磷肥与产
量之间的单因素肥效表现为显著的二次型回归关系。
由图 2 可知, 在氮、磷肥施用量一定的条件下,
小麦 /玉米套作存在着产量极限值 , 达到极限值前 ,
作物增产量与施肥量之间服从报酬递减规律; 达到
极限值后, 继续增施氮、磷肥, 将产生负增长效应。
根据回归模型中边际分析原理, 对氮、磷因子与产
量之间的回归方程求一阶偏导数, 得到满足边际产
量为零时的氮、磷施用量, 此时, 作物达到理论最高
产量。最终, 得到公式(6)~(9):

图 2 氮、磷配合施用条件下小麦(a)/玉米(b)套作的单因素肥料效应及边际产量
Fig. 2 Single factor effect of fertilization and marginal yield of wheat (a)-maize (b) intercropping under combined application of
nitrogen and phosphorus
小麦: dY/dN=3 531.4−5 007.74N (6)
dY/dP=4 488−5 698.6P (7)
玉米: dY/dN=6 503.6−8 805.2N (8)
dY/dP=8 819.2−14 142P (9)
式中, N为氮肥施用量, P为磷肥施用量, dY/dN为产
量对施氮量的一阶导数, dY/dP为产量对施磷量的一
阶导数。
由公式(6)~(9)求得小麦最适施氮量编码为 0.71
(191.7 kg·hm−2), 最佳产量为 5 581.89 kg·hm−2; 最
适施磷量编码为 0.79(186.64 kg·hm−2), 最佳产量为
5 493.37 kg·hm−2。玉米最适施氮量编码为 0.74
(299.14 kg·hm−2), 最佳产量为 10 091.5 kg·hm−2; 最
适施磷量编码为 0.62(168.38 kg·hm−2), 最佳产量为
10 029.41 kg·hm−2。
随着施氮、磷量的增加, 小麦/玉米套作的边际
产量逐渐降低, 对于小麦来说, 氮、磷肥的边际产量
变化规律相似, 为 2 条大体平行的直线, 交点在横
轴下方, 氮肥的增产效益略大于磷肥; 而对玉米来
说, 氮、磷肥边际产量线的交点在横轴上方, 说明氮
肥对玉米的增产效益明显大于磷肥。可见, 当氮、
磷肥施用量较低时, 小麦/玉米套作的边际效应较大,
但随着施肥量的增加, 边际效益逐渐降低, 当边际
266 中国生态农业学报 2014 第 22卷


效益为 0时, 继续增施氮、磷肥, 边际效应将出现负
值, 表明施氮、磷肥将对作物产生毒害作用。
2.2.3 氮、磷二因素交互作用分析
2.2.3.1 氮、磷二因素产量回归方程的建立
以小麦 /玉米套作的籽粒产量作为因变量 , 施
氮、磷量作为自变量, 得出籽粒产量与氮、磷肥之
间的回归方程:
小麦: Y=2 688+4 499.95N+2 956.58P+208.37NP−
2 982.44N2−2 119.07P2 (R2=0.980 0) (10)
玉米: Y=6 398.67+6 563.46N+4 005.47P+3 058.2NP−
6 879.62N2−3 997.33P2 (R2=0.981 5) (11)
式中, Y为小麦或玉米的产量, kg·hm−2; N、P为施氮、
磷量的编码值; NP为氮、磷交互项。
经检验该回归方程中, 小麦 P=0.049<0.05, 玉米
P=0.046<0.05, 说明模型拟合较好, 能够很好地反映
籽粒产量与施氮、磷量之间的关系, 表明氮、磷交互
作用对产量具有显著影响。偏回归系数的大小能够反
映各自变量对因变量的贡献程度, 小麦/玉米套作氮、
磷二因素产量模型中, 氮素因子的偏回归系数分别为
4 499.95(小麦)和 6 563.46(玉米), 大于磷素因子的偏
回归系数 2 956.58(小麦)和 4 005.47(玉米), 说明氮素对
籽粒产量的增产效益大于磷素, 同时, 偏回归系数都大
于 0, 表明氮、磷肥都对作物的籽粒增产产生正效应。
2.2.3.2 模型寻优
参考薛亮等[14]对玉米水氮耦合效应的研究方法,
根据小麦 /玉米套作氮磷二因素回归模型 (见公式
10~11), 在 0≤xi≤1 之间各取 11 个水平, 可得到超
过小麦籽粒产量均值 1 696.15 kg·hm−2及玉米产量均
值 8 645.02 kg·hm−2的组合方案 67套, 占全部方案的
55.4%。利用频率分析法对其各水平施氮量和施磷量
的频数进行统计, 得到小麦/玉米套作产量≥籽粒产
量平均值的管理方案, 见表 3和表 4。
表 3 小麦产量大于平均值的因子取值频率分布及配比方案
Table 3 Frequency distribution and mix proportion scheme of factors value when wheat yield is more than the average
氮 N 磷 P 肥料编码 Fertilizer coding 频率 Frequency 百分比 Percentage (%) 频率 Frequency 百分比 Percentage (%)
0 0 0 0 0
0.1 0 0 0 0
0.2 0 0 6 8.96
0.3 5 7.46 7 10.45
0.4 8 11.94 7 10.45
0.5 9 13.43 8 11.94
0.6 9 13.43 8 11.94
0.7 9 13.43 8 11.94
0.8 9 13.43 8 11.94
0.9 9 13.43 8 11.94
1.0 9 13.43 7 10.45
总次数 Total frequency 67 — 67 —
编码加权均数 Coding weighted mean number 0.674 6 0.613 4
标准误 Standard error 0.026 9 0.030 7
95%置信区间 Confidence interval of 95% 0.621 0~0.728 2 0.552 1~0.674 8
方案 Scheme (kg·hm−2) 167.67~196.61 130.43~159.42
表 4 玉米产量大于平均值的因子取值频率分布及配比方案
Table 4 Frequency distribution and mix proportion scheme of factors value when maize yield is more than the average
氮 N 磷 P 肥料编码
Fertilizer coding 频率 Frequency 百分比 Percentage (%) 频率 Frequency 百分比 Percentage (%)
0 0 0 0 0
0.1 0 0 0 0
0.2 3 4.5 4 6.0
0.3 8 11.9 6 9.0
0.4 9 13.4 7 10.4
0.5 9 13.4 8 11.9
0.6 9 13.4 9 13.4
0.7 9 13.4 9 13.4
0.8 8 11.9 8 11.9
0.9 7 10.4 8 11.9
1.0 5 7.5 8 11.9
总次数 Total frequency 67 — 67 —
编码加权均数 Coding weighted mean number 0.604 5 0.637 3
标准误 Standard error 0.028 1 0.029 5
95%置信区间 Confidence interval of 95% 0.548 4~0.660 6 0.578 3~0.696 3
方案 Scheme (kg·hm−2) 222.10~267.54 156.14~188.00
第 3期 刘德平等: 小麦/玉米套作条件下氮、磷配施的肥料效应研究 267


2.2.3.3 氮磷二因素交互作用分析
由图 3 可知, 当氮肥施用量恒定时, 增施磷肥
将有效增加作物的籽粒产量, 表现为先增加后平缓
再降低的趋势, 施氮水平较低时, 产量增加不显著,
而施氮水平较高时, 产量增加表现为极显著; 磷肥
施用量恒定时有同样规律; 但是, 氮肥的增产效应
大于磷肥。氮、磷肥之间的耦合效应较好, 在氮、
磷肥施量水平较低时 , 表现为显著协同促进作用 ,
二者同时增加, 表现为极显著的增产效果, 达到一
定施肥水平时 , 出现产量的理论极限值 , 此时 , 继
续增施氮、磷肥, 将产生施肥无效甚至负效阶段, 表
现为拮抗作用。

图 3 小麦(a)/玉米(b)套作条件下氮、磷交互−产量等值线图
Fig. 3 Contour maps of yield wheat (a)-maize (b) intercropping about combined application of nitrogen and phosphorus
横坐标中的 N为施氮量编码, 纵坐标中的 P为施磷量编码, 等值线表示产量, 产量单位为 kg·hm−2。N in abscissa means the code of
nitrogen application rate; P in ordinate means the code of phosphorus application rate; contour line in figure means yield, the unit of the yield
is kg·hm−2.

2.3 不同氮、磷配施模式下小麦/玉米套作肥料利用
效率
比较 P2水平下的 4 个施氮处理(N0、N1、N2、
N3), 随着施氮量增加, 植株吸氮量也随之增加, 当
施氮达到一定水平时, 植株对氮的需求达到饱和, 增
加趋势变缓, 而氮肥利用率表现为逐渐降低; 100 kg
籽粒产量的植株需氮量总体表现为增加趋势 ; 但
100 kg 籽粒产量对应的施氮量表现为显著增加, 且
大于植株需氮量的增长速率, 说明施肥效益降低。
比较 N2水平下的 4个施磷处理(P0、P1、P2、P3), 随
着施磷量增加, 植株吸氮量、氮肥利用率、100 kg
籽粒产量的植株吸氮及施氮量都表现为先增加后降
低的趋势, 说明适量的磷肥能够促进作物对氮肥的
吸收, 磷肥过多则对作物产生毒害作用。小麦/玉米
套作的植株吸磷量、磷肥利用率、100 kg籽粒产量
的植株吸磷及施磷量表现出类似规律(表 5)。
不同氮、磷配施模式下小麦/玉米套作的植株吸
氮量区间为 95.35~165.95 kg·hm−2(小麦)和 144.6~
259.35 kg·hm−2(玉米); 氮肥利用率区间为 27.46%~
55.56%(小麦)和 28.33%~52.37%(玉米); 100 kg籽粒
产量的植株需氮量区间为 2.92~3.49 kg(小麦 )和
2.08~3.16 kg(玉米); 100 kg籽粒产量对应的施氮量
区间为 0~5.08 kg(小麦)和 0~4.52 kg(玉米)。植株吸
磷量区间为 32.32~70.63 kg·hm−2(小麦 )和 39.36~
80.45 kg·hm−2(玉米); 磷肥利用率区间为 16.21%~
23.42%(小麦)和 14.97%~23.52%(玉米); 100 kg籽粒
产量的植株需磷量区间为 0.97~1.55 kg(小麦 )和
0.62~0.9 kg(玉米); 100 kg籽粒产量对应的施磷量区
间为 0~4.41 kg(小麦)和 0~2.77 kg(玉米)(表 5)。
3 讨论与结论
小麦 /玉米套作是内蒙古河套灌区常用的种植
模式, 二者之间的竞争属于协同或弱竞争, 小麦/玉
米套作共生期 87 d, 共生期开始时, 小麦正由苗期
向拔节期过渡, 将进入快速生长阶段, 代谢速度较
快, 对氮、磷等肥料的需求较大, 将吸收一部分来自
玉米带中的养分, 同时对小麦的追肥也有一部分补
充进入玉米带 , 而此时玉米处于播种期至苗期之
间，植株营养体较小, 生长缓慢, 对肥料的需求不大,
无明显种间竞争。在共生期中段, 小麦处于抽穗期
至灌浆期之间, 植株长势变缓, 对土壤中氮、磷等养
分的需求变小, 而玉米则将进入快速生长阶段, 植
株生长旺盛 , 对土壤养分的需求增加 , 此消彼长 ,
也无明显的种间竞争。在共生期后期, 即三水以后,
小麦处于灌浆期至成熟期之间 , 其根系对土壤中
氮、磷等养分的吸收能力显著下降, 以植株营养体中
的氮、磷等养分向籽粒中转运为主, 而玉米处于拔节
期 , 生长旺盛 , 对肥料需求较大 , 穴施追肥能够保
268 中国生态农业学报 2014 第 22卷


表 5 氮、磷配合施用条件下小麦和玉米的氮、磷肥利用效率
Table 5 Nitrogen, phosphorus use efficiency of wheat and maize under different treatments of combined application of nitrogen and
phosphorus
氮肥 N fertilizer 磷肥 P fertilizer
作物
Crop
处理
Treatment
吸氮量
N uptake
(kg·hm−2)
氮肥利用率
N use efficiency
(%)
100 kg籽粒
产量的需氮量
N requirement
of 100 kg yield
(kg)
100 kg籽粒
产量的施氮量
N application of
100 kg yield (kg)
吸磷量
P uptake
(kg·hm−2)
磷肥利用率
P use efficiency
(%)
100 kg籽粒
产量的需磷量
P requirement
of 100 kg yield
(kg)
100 kg籽粒
产量的施磷量
P application of
100 kg yield
(kg)
N0P0 95.35±1.53g — 2.92 0.00 32.32±2.02e — 0.99 0.00 小麦
Wheat
N0P2 112.10±2.84f — 2.97 0.00 58.46±0.81b 16.60±0.77c 1.55 4.17
N1P2 145.21±0.67d 55.56±0.97a 3.05 1.89 60.54±2.77b 17.92±0.5bc 1.27 3.31
N2P0 151.46±1.80c 31.25±0.18e 3.49 4.14 43.84±1.89d — 1.01 0.00
N2P1 158.43±2.62b 35.12±0.65d 3.04 3.45 50.76±3.35c 23.42±1.68a 0.97 1.51
N2P2 165.95±1.59a 39.30±0.11c 2.97 3.22 62.43±2.09b 19.12±0.05b 1.12 2.81
N2P3 160.35±1.79b 36.19±0.15cd 2.99 3.36 70.63±1.29a 16.21±0.38c 1.32 4.41
N3P2 170.17±4.82a 27.76±1.22f 3.20 5.08 61.54±2.22b 18.55±0.14bc 1.16 2.96
N1P1 138.41±4.03e 48.00±2.80b 2.99 1.94 50.69±1.26c 23.32±1.00a 1.09 1.70
N0P0 144.60±3.94f — 2.29 0.00 39.36±3.08e — 0.62 0.00 玉米
Maize
N0P2 152.71±2.21e — 2.08 0.00 66.30±2.09c 14.97±0.56c 0.90 2.45
N1P2 215.30±1.04d 52.37±2.15a 2.34 1.46 70.62±1.40bc 17.37±0.93b 0.77 1.95
N2P0 244.68±1.97c 37.07±0.74b 3.16 3.49 41.60±1.97e — 0.54 0.00
N2P1 246.24±5.62c 37.64±0.64b 2.68 2.93 60.53±2.14d 23.52±1.08a 0.66 0.98
N2P2 253.35±2.89b 40.28±0.39b 2.48 2.64 72.65±1.17b 18.50±1.08b 0.71 1.76
N2P3
247.39±4.83b
c 38.07±0.41b 2.54 2.77 80.45±5.40a 15.22±0.87c 0.83 2.77
N3P2 259.35±1.31a 28.33±0.65c 2.90 4.52 71.56±1.17b 17.89±1.10b 0.80 2.01
N1P1 212.55±2.09d 50.33±1.38a 2.35 1.49 58.20±2.85d 20.93±0.26ab 0.64 0.99

证肥料不流入小麦带, 同时能够吸收一部分小麦带
中残留的养分, 对小麦生长不产生较大影响。可见,
在内蒙古河套灌区进行小麦/玉米套作, 能够较好地
满足小麦、玉米对氮、磷等养分的需求, 进行较好
的互补, 通过套作组分中养分的转移, 提高作物对
氮、磷等养分的利用效率, 减少小麦收获后土壤中
的氮、磷残留。
FAO在 1960—1977年对全世界 10万多个肥料
试验结果研究表明 , 最好的施肥处理平均增产
67%[3], 氮磷配施、施氮对小麦产量影响较大, 施磷
的影响较小 [15−16], 在一定施肥范围内, 增施氮肥有
利于磷肥效应的发挥[17], 在小麦产量不降低的前提
下, 节氮空间较大[18], 氮、磷肥互作效应对小麦产量
的影响较氮肥的影响更显著[12]。本研究表明, 在小
麦/玉米套作条件下, 中氮中磷处理(N2P2)比空白处
理增产 71.23%(小麦)和 62.14%(玉米), 高氮、高磷
处理并不能有效增加作物的产量, 甚至产生负效应,
中氮中磷处理能够较好地满足小麦 /玉米套作生长
发育过程中对氮、磷肥料的需求, 充分合理地利用
肥料, 其中, 氮、磷肥交互作用>氮素>磷素, 并且随
着施氮(磷)量的增加, 施氮(磷)效益降低, 氮(磷)肥
利用率持续下降, 这与刘新宇等[19]研究成果一致。
薛亮等[14]利用频率分析法对夏玉米的水氮耦合
效应进行研究, 曹鲜艳等[20]也通过频率分析法研究了
黄芩产量与氮、磷、钾肥料的响应关系, 寻优结果较
好。本研究中, 小麦/玉米套作籽粒产量与氮、磷肥之
间满足二次回归模型, 氮肥、磷肥及氮磷交互效应对
产量产生显著影响, 综合考虑氮、磷单因素及二因素结
果表明, 小麦最佳施氮量为167.67~196.61 kg·hm−2, 最
佳施磷量为 130.43~186.64 kg·hm−2; 玉米最佳施氮量
为 222.10~299.14 kg·hm−2, 最佳施磷量为 156.14~
188.00 kg·hm−2。
综上所述, 过量及不合理施肥是造成作物产量
降低、肥料利用率较低的主要原因, 氮、磷配比平
衡施肥能够较好地提高作物产量及肥料利用率, 为
减轻农业面源污染提供一定的指导作用。
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