不同耕作方式、秸秆还田配施肥料条件下夏玉米磷素高效利用研究.pdf

山 东 农 业 科 学():./.收稿日期:基金项目:山东省自然科学基金面上项目()作者简介:李露露()女河南驻马店人硕士研究生研究方向为农艺与种业:.通信作者:韩坤()男河南周口人博士副教授主要从事肥料高效利用和土壤耕作研究:.不同耕作方式、秸秆还田配施肥料条件下夏玉米磷素高效利用研究李露露张宁张业承毕建杰刘鹏韩坤(山东农业大学农学院山东 泰安)摘要:通过大田试验研究耕作方式、秸秆还田配施不同类型肥料对土壤磷有效性和夏玉米产量的影响以期为解决磷在玉米生产中利用效率低的问题提供参考 试验采用再裂区设计主区为秸秆处理(秸秆还田、秸秆不还田)裂区为耕作处理包括免耕()、旋耕()、深松()、深松旋耕()再裂区为施肥处理(施磷肥、有机肥不施肥)结果表明秸秆还田、不同耕作方式及配施肥料显著影响玉米拔节期、抽雄期和完熟期的生物量积累和土壤有效磷含量以及产量构成因素和磷素利用效率 施磷肥或有机肥及秸秆还田均可提高土壤有效磷含量、玉米产量和磷素利用效率且有机肥的效果显著优于磷肥 耕作处理显著影响不同土层有效磷含量对 土层有效磷影响表现为 而对 土层有效磷的影响相反表现为 耕作处理对玉米籽粒产量和磷素利用效率的影响表现为 深层土壤有效磷含量更能影响玉米对磷素的吸收同化最终影响产量和磷肥利用效率 耕作方式和施肥对土壤有效磷含量、玉米生物量积累、玉米产量及其构成因素、磷肥利用效率均具有显著的交互作用 本试验条件下秸秆还田施用有机肥 为最佳处理组合能够促进磷素吸收利用提高玉米生物量、产量构成要素及籽粒产量关键词:夏玉米耕作方式秸秆还田有机肥磷肥有效磷磷肥利用效率中图分类号:.文献标识号:文章编号:()().:()()()()().长期以来我国农田土壤处于磷匮乏状态而玉米是典型的磷敏感性作物土壤磷素的匮乏会显著影响玉米光合同化作用和有机物的积累限制我国玉米生产潜力的挖掘 施用磷肥可以有效改善土壤磷素供应状况所以我国磷肥的生产量和消费量都持续增加然而粮食增幅并未随着磷肥用量的增加而显著增长磷素的利用效率却随着施磷量增加而降低 其主要原因是不合理的磷肥施用方式和田间管理措施导致磷素在土壤中大量残留造成土壤中可被作物根系吸收利用的有效磷含量较低降低了磷肥利用率磷肥施入后很快被土壤颗粒吸附固定极易与土壤中铁、铝、钙等金属离子生成对植物无效的磷酸盐致使 的土壤磷难以利用从而影响磷的有效性降低磷肥的当季利用率 虽然磷肥的高投入使土壤总磷量持续升高但是土壤有效磷含量依然很低无法满足作物对磷素的需求造成磷素匮缺和磷肥利用效率低下不但增加了生产成本造成磷资源的浪费而且增加了环境污染的风险 因此提高土壤磷的有效性和移动性是农田磷肥科学管理与高效利用的关键提高磷肥的利用效率对于实现农业可持续发展和缓解当前磷资源紧张的压力有重要意义通过耕作方式与合理施肥等田间管理措施能够提高土壤磷有效性和磷肥利用效率 合理的耕作方式和秸秆还田可以有效改善土壤理化性质增加土壤磷的活性促进作物根系对磷素的吸收增加粮食产量进而提高土壤磷的利用效率 此外施用有机肥是缓解农业土壤磷素亏损的有效途径之一能够提高土壤磷的有效性提高土壤磷素肥力实现增产增效 为此本试验以不同耕作方式、秸秆还田配施肥料对土壤磷有效性的影响为切入点选取免耕、旋耕、深松、旋耕深松以及秸秆还田配施磷肥、有机肥研究土壤磷素有效性的响应及其对玉米产量和磷素利用效率的影响以解决磷在作物生产中利用效率低的问题这对合理调控作物生产中的耕作方式、完善农田土肥管理、提高土壤磷有效性和增产增效有着十分重要的意义 材料与方法.试验地概况大田试验于 年在山东省德州市临邑县德平镇富民农场()进行 该区域是当地重要的粮食生产基地为温带季风气候冬季寒冷干燥夏季高温多雨 试验地土壤类型为棕壤耕层基本理化性状:土壤容重./田间持水量.全氮含量./速效钾./全磷./有效磷./值.试验设计及方法大田试验采用再裂区设计主区为秸秆处理分为秸秆还田、秸秆不还田裂区为耕作处理包括免耕()、旋耕()、深松()、深松旋耕()再裂区为施肥处理包括施磷肥、有机肥及不施肥 共()个处理重复 次小区面积为 (长 、宽 )秸秆还田处理:利用秸秆粉碎机粉碎前茬作物小麦秸秆进行还田并灭茬秸秆不还田处理:小麦收获后将小麦秸秆人工移出试验区域并进行灭茬 磷肥处理:施用 第 期 李露露等:不同耕作方式、秸秆还田配施肥料条件下夏玉米磷素高效利用研究过磷酸钙施肥量()为 /氮肥施尿素(.)施肥量()为/钾肥为硫酸钾()施肥量()为 /有机肥处理:有机肥施用量的磷当量()为/总施氮量和总施钾量分别用尿素()和硫酸钾()调节至、/不施肥处理:不施磷肥氮钾肥用量同上 施肥方式为人工均匀表施施肥后对小区进行耕作处理免耕:不做任何耕作处理硬茬播种旋耕:利用旋耕机进行旋耕深度为 深松:利用深松机进行深松深度为 深松旋耕:先利用深松机进行深松深度为 再利用旋耕机进行旋耕深度为 前茬作物为冬小麦 年 月 日收获供试夏玉米品种为登海 行距 种植密度 万株/年 月 日播种 月 日收获 玉米生育期降水充足不需要进行灌溉植保等田间管理均为常规管理.样品采集与测定于玉米播种前、大喇叭口期()、抽雄期()、完熟期()个时期采集土壤样品 采用随机取样法利用土钻(直径 )采集、土样每处理取 点 风干样品磨碎过 筛保存用碳酸氢钠提取钼锑抗比色法测定土壤有效磷含量在大喇叭口期、抽雄期、完熟期 个时期采集地上部植株样本()杀青 于 烘干至恒重称干物质量 玉米完熟期在远离边行()处每小区取中间 三行玉米每行选取 穗进行测产考种 调查指标包括穗行数、穗数、行粒数、行数、千粒重每小区取中间 三行玉米()测其籽粒产量按籽粒含水量 折算公顷产量.相关指标计算公式磷肥偏生产力(/)磷肥处理籽粒产量/施磷量磷肥农学利用效率(/)(磷肥处理作物产量不施磷肥作物产量)/施磷量.数据处理与分析采用 进行数据整理.软件进行方差分析最小显著差异法()(大喇叭口期表现为 与 相比 玉米大喇叭口期、抽雄期和完熟期的生物量分别显著提高.、.和.施肥显著影响大喇叭口期、抽雄期和完熟期的生物量表现为有机肥磷肥不施肥与不施肥处理相比施用有机肥和磷肥分别提高显著玉米生物量.、.、.和.、.、.耕作方式与肥料及耕作方式与秸秆还田的交互作用对玉米生物量积累均具有极显著影响肥 表 不同耕作方式、施肥类型和秸秆还田条件下的夏玉米生物量积累/处理耕作.肥料磷肥.有机肥.不施肥.秸秆还田.不还田.变异来源耕作肥料秸秆耕作肥料耕作秸秆秸秆肥料耕作秸秆肥料 注:同种处理方式下同列数据后不同字母表示处理间差异显著(.)、分别表示差异达极显著(.)、显著(.)下同 山 东 农 业 科 学 第 卷料与秸秆还田的交互作用对大喇叭口期玉米生物量积累无显著影响而对抽雄期和完熟期生物量积累有极显著影响施肥类型、耕作方式和秸秆还田互作对玉米生物量积累具有极显著影响.耕作方式、秸秆还田和施肥类型对土壤有效磷含量的影响由表 看出随着玉米生育期的推进、土壤有效磷含量逐渐降低耕作方式、秸秆还田和施肥极显著影响大喇叭口期、抽雄期和完熟期土壤磷有效性 与秸秆不还田相比秸秆还田能够显著提高玉米各生育时期 和 土层土壤磷有效性有效磷含量分别提高.和.不同耕作处理显著影响不同土层有效磷含量 土层有效磷含量表现为、而对 土层有效磷的影响相反表现为 与不施肥对照相比施磷肥或有机肥均显著提高 和 土层有效磷含量 分别提 高.和.不同肥料类型对土壤有效磷产生显著影响与施磷肥相比施用有机肥能显著提高 和 土层有效磷含量分别提高.和.耕作方式与施肥及耕作方式与秸秆还田的交互作用对大喇叭口期、抽雄期和完熟期 和 土层有效磷含量均具有极显著影响施肥和秸秆还田的交互作用对玉米完熟期 和抽雄期 土层有效磷含量没有显著影响对其他时期的各土层有效磷含量具有极显著影响耕作方式、秸秆还田和施肥的交互作用对玉米各生育时期 和 土层有效磷含量有显著影响 表 不同耕作方式、秸秆还田和施肥类型对夏玉米不同生育时期土壤有效磷含量的影响/处理 土层 土层耕作.肥料磷肥.有机肥.不施肥.秸秆还田.不还田.变异来源耕作肥料秸秆耕作肥料耕作秸秆秸秆肥料耕作秸秆肥料.耕作方式、秸秆还田和施肥类型对夏玉米产量构成因素和磷肥利用效率的影响由表 看出秸秆还田、耕作方式和施肥显著影响玉米产量及其构成因素(穗行数、公顷穗数除外)与秸秆不还田相比秸秆还田显著提高行粒数、穗粒数、千粒重和产量产量提高.各耕作处理下玉米行粒数、穗粒数、千粒重和产量都有显著差异表现为 其中 的影响最为显著但是耕作方式对公顷穗数没有显著影响 与不施肥处理相比施磷肥或有机肥均能够提高玉米行粒数、穗粒数、千粒重和产量产量显著提高.且不同肥料类型处理间千粒重和产量差异达显著水平施用有机肥的效果显著优于磷肥 第 期 李露露等:不同耕作方式、秸秆还田配施肥料条件下夏玉米磷素高效利用研究秸秆还田、耕作方式和施肥之间的交互作用对玉米产量构成因素产生影响耕作方式和施肥的交互作用对行粒数、穗行数、穗粒数、千粒重和产量具有显著或极显著影响耕作方式和秸秆还田对穗行数具有显著交互作用其他因素间均无显著交互作用耕作方式、秸秆还田和施肥显著影响夏玉米的 和(表)与秸秆不还田相比秸秆还田显著提高 和 分别提高.和.耕作处理显著影响 表现为 对 的影响表现为 与施磷肥相比施有机肥能显著提高 和 除耕作方式和施肥的交互作用对夏玉米的 和 有极显著影响外其他因素的交互作用对 和 均无显著影响 表 不同耕作方式、施肥类型和秸秆还田条件下夏玉米产量构成因素处理行粒数穗行数穗粒数公顷穗数千粒重/产量/(/)耕作.肥料磷肥.有机肥.不施肥.秸秆还田.不还田.变异来源耕作肥料秸秆耕作肥料耕作秸秆秸秆肥料耕作秸秆肥料 表 耕作方式、秸秆还田和施肥类型对夏玉米磷 肥偏生产力和农学利用效率的影响/处理磷肥偏生产力磷肥农学利用效率()()耕作.肥料磷肥.有机肥.秸秆还田.不还田.变异来源耕作肥料秸秆耕作肥料耕作秸秆秸秆肥料耕作秸秆肥料 讨论与结论土壤耕作方式、秸秆还田和施肥类型等农田管理措施均能影响土壤磷的有效性和移动性最终影响作物产量和磷肥利用效率 本研究表明不同耕作方式显著影响土壤磷的有效性 土层免耕处理的有效磷含量最高深松处理次之旋耕处理土壤有效磷最低 等研究表明混匀土壤导致有效磷被土壤颗粒吸附和固定并和金属离子反应生成磷酸盐大大降低土壤磷的有效性 与传统翻耕相比免耕、深松等耕作方式更有利于提高土壤磷的有效性 免耕条件下土壤有效磷含量均比传统耕作高 减少土壤干扰的管理措施可以改善玉米根际磷的有效性提高根际土壤磷酸酶活性增加不同磷组分的丰度 本研究中耕作对深层土壤有效磷的影响不同于其对土壤表层有效磷的影响:山 东 农 业 科 学 第 卷 土层中耕作方式对土壤有效磷含量的影响表现为深松旋耕深松旋耕免耕 免耕条件下土壤磷素多富集在土壤表层旋耕和深松等耕作方式将养分富集的表层土壤翻至下层增加深层无机磷和总磷素供应量进而提高深层土壤的有效磷含量 旋耕和深松能为作物根系创造出疏松且深厚的土壤环境有利于提高深层土壤磷素有效性 因此免耕能够提高土壤表层有效磷含量但是不利于深层土壤磷的有效性反之不同的土壤耕作能够减少土壤表层的有效磷含量但是可以增加土壤深层有效磷含量 此外本研究表明不同耕作方式对玉米生物量的积累、产量及其构成因素、磷肥利用效率的影响趋势与其对 土层有效磷含量的影响趋势相同而与对 土层有效磷含量的影响趋势相反 这说明深层土壤有效磷含量更能影响玉米对磷素的吸收同化最终影响产量和磷肥利用效率秸秆还田可以改善土壤理化性质优化耕层结构提高土壤磷有效性进而影响玉米产量和磷肥利用效率 本研究结果表明秸秆还田能够显著提高土壤有效磷含量、玉米生物量积累、玉米产量及其构成因素、磷肥利用效率 其主要原因是作物秸秆含有大量磷素养分还田后可以有效补充土壤磷素显著增加土壤有效磷含量 另外秸秆还田改善土壤理化性质的同时还提高土壤有机质含量对土壤结构也有一定的改善提高土壤磷酸酶活性促进有机物质矿化分解释放有效磷并促进土壤有效磷的转化还能有效抑制磷的固定增加有效磷含量 因此土壤磷有效性的增加促进了作物对磷素的利用提高了玉米生物量积累进而增加玉米产量施用磷肥是提高土壤有效磷供应量的主要途径 本研究表明与不施肥处理相比施用无机磷肥或有机肥都能显著提高玉米不同生育时期土壤磷的有效性并能提高玉米生物量、产量及其构成因素其中施用有机肥的效果显著优于无机磷肥蒋仁成等认为与无机磷肥相比有机肥更能提高土壤有效磷含量促进作物对磷的吸收利用增加产量和磷肥利用效率 其主要原因可能是在磷素用量相当的情况下有机肥更能改善土壤理化性质在有机质腐解过程中所产生的有机酸等类物质可以和铁、铝形成络合物可以阻止磷的沉淀也可以溶解土壤中难溶性磷从而减少土壤对磷的吸附固定提高磷肥利用效率本研究中耕作方式和施肥同时对土壤有效磷、玉米生物量积累、产量及其构成因素、磷肥利用效率具有显著的交互作用 耕作方式对土壤扰动程度不同对肥料与土壤的混合程度也不同导致在不同耕作方式下土壤磷的有效性也发生相应的变化混合程度越高土壤的有效性就越低不同耕作方式也会影响土壤有效磷含量深耕后磷肥进入深土层可以打破土壤磷在土层中移动性差的限制提高根系对磷素的吸收利用最终影响玉米产量和磷素利用效率综上所述在本试验条件下秸秆还田施用有机肥 是最佳处理更能提高土壤深层磷的有效性促进玉米对磷素的吸收利用提高玉米生物量和产量构成要素与籽粒产量并最终提高磷素利用效率参 考 文 献:张福锁 王激清 张卫峰等.中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径.土壤学报 ():.():.马清霞 王朝辉 惠晓丽 等.基于产量和养分含量的旱地小麦施磷量和土壤有效磷优化.中国农业科学():.():.:.:.():.刘凯 张吉旺 郭艳青 等.施磷量对高产夏玉米产量和磷素利用的影响.山东农业科学 ():.:第 期 李露露等:不同耕作方式、秸秆还田配施肥料条件下夏玉米磷素高效利用研究.:.王琼 展晓莹 张淑香 等.长期有机无机肥配施提高黑土磷含量和活化系数.植物营养与肥料学报 ():.江帆 张玉平 李安乡 等.不同磷肥用量对玉米产量及磷素流失的影响.天津农业科学 ():.:.():.():.():.尹杰.不同有机肥与化肥配施对土壤磷转化与迁移的影响.长春:吉林农业大学.(/):.霍星辰 杨诗韵 赵鹏飞 等.深松技术及其对土壤理化性质的影响.农业科技与装备():.严洁 邓良基 黄剑.保护性耕作对土壤理化性质和作物产量的影响.中国农机化():.许淑青.不同农作方式对耕层土壤理化性质的影响.兰州:甘肃农业大学.(/):.():.徐永刚 马强 周桦 等.秸秆还田与深松对土壤理化性状和玉米产量的影响.土壤通报():.杨竣皓 骆永丽 陈金 等.秸秆还田对我国主要粮食作物产量效应的整合()分析.中国农业科学():.何绪生 张树清 佘雕 等.生物炭对土壤肥料的作用及未来研究.中国农学通报():.陈冬林 易镇邪 周文新 等.不同土壤耕作方式下秸秆还田量对晚稻土壤养分与微生物的影响.环境科学学报():.蔡越桐.添加有机物料及解磷菌对黑土磷吸附性及其有效性的影响.哈尔滨:东北农业大学.蒋仁成 厉志华 李德民.有机肥和无机肥在提高黄潮土肥力中的作用研究.土壤学报():.山 东 农 业 科 学 第 卷