陳正剛,崔宏浩,張 欽,李 劍,朱 青,張 箐,趙崇平
(1.貴州省土壤肥料研究所/貴州省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測試驗(yàn)站,貴州貴陽 550006;2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,貴州 貴陽 550006;3.貴州省織金縣農(nóng)業(yè)局,貴州 織金 552100)
我國農(nóng)業(yè)存在土壤養(yǎng)分過量積累、化肥施用過量、養(yǎng)分利用下降等問題[1]。針對這些問題,相關(guān)學(xué)者[2-3]進(jìn)行了化肥減量施用研究,取得了一定成果。綠肥是一種天然的、無公害的、養(yǎng)分含量豐富的優(yōu)質(zhì)肥料,相關(guān)研究表明,翻壓光葉苕子,減少化肥用量15% ~30%,煙草干物質(zhì)積累、鉀含量、鉀累積量、產(chǎn)量、產(chǎn)值都高于單施化肥處理[4-5],翻壓紫云英能夠減少水稻40%的化肥用量[6-7]。氮磷化肥與綠肥配合施用,能顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,改良土壤結(jié)構(gòu),降低土壤容重[8];玉米、綠肥作物間種并翻壓綠肥能夠很好地改善土壤的物理性質(zhì),提升土壤自身的蓄水保墑能力[9];綠肥與化肥配施后,綠肥對促進(jìn)微生物生物量增加和酶活性增強(qiáng)的貢獻(xiàn)更大,配施綠肥后土壤生物過程活躍,有利于土壤有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和作物正常生長所需要的營養(yǎng)供應(yīng)[10]。前人在有機(jī)肥配合玉米化肥減量、綠肥配合烤煙、水稻化肥減量,綠肥與化肥配合施用改善土壤物理性狀、提高有機(jī)質(zhì)、活化養(yǎng)分方面作了大量研究,但在玉米綠肥配合化肥減量施用方面研究較少。貴州省目前綠肥種植面積已經(jīng)達(dá)到42萬 hm2,其中旱地綠肥25萬hm2[11],旱地種植和利用綠肥可提高玉米產(chǎn)量[12],培肥地力,綠肥還可加工草粉養(yǎng)畜[13]。本文通過田間小區(qū)試驗(yàn),研究綠肥(光葉苕子)與化肥減量配施對玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分利用率和培肥地力的影響,旨在為玉米生產(chǎn)合理利用綠肥提供技術(shù)參考。
2011—2013年在貴州省織金縣八步鎮(zhèn)水塘村開展試驗(yàn),試驗(yàn)區(qū)海拔1 300 m,試驗(yàn)地土壤為黃壤,試前土壤基本性質(zhì)為:pH 5.84,有機(jī)質(zhì)32.37 g/kg,全氮 2.59 g/kg,速效氮 139 mg/kg,速效磷 53.8 mg/kg,速效鉀89 mg/kg,緩效鉀227 mg/kg。供試玉米品種為畢單13號(hào)。
翻壓光葉苕子同量條件下,按當(dāng)?shù)鼗实膬?yōu)化配方施肥設(shè)置不同減量水平,處理設(shè)計(jì):1:不施肥(CK);2:100%化肥(100%F);3:綠肥+100%化肥(GM+100%F);4:綠肥+85%化肥 (GM+85%F);5:綠肥+70%化肥(GM+70%F);6:綠肥+55%化肥 (GM+F55%);小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列,小區(qū)面積20 m2,3次重復(fù)。供試化肥為尿素N 46%、普鈣P2O512%、氯化鉀K2O 60%。化肥用量(kg/hm2)按當(dāng)?shù)販y土配方試驗(yàn)結(jié)果的最佳水平為 m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=180∶120∶180;15% 化肥用量為 m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=153∶102∶153;30% 化肥用量為施肥量為 m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=126∶84∶126;55% 化肥用量為施肥量為 m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=99∶66∶99。綠肥為光葉苕子(Vicia villosa Rothva),于玉米移栽前(光葉苕子盛花期)17 d翻壓,聚攏,翻壓量為15 t/hm2。據(jù)測定100 kg光葉苕子營養(yǎng)體含純N 0.56 kg,P2O50.13 kg,K2O 0.56 kg。玉米采用育苗移栽,每年4月上旬播種,4月下旬移栽,株行距100 cm×22 cm,基本苗44 000株/hm2,9月上旬收獲。
成熟期實(shí)收各小區(qū)玉米,稱玉米秸稈和果穗鮮質(zhì)量,單獨(dú)風(fēng)干、脫粒,稱干質(zhì)量,計(jì)算單位面積產(chǎn)量。成熟期采集玉米秸稈、玉米芯和籽粒樣品,玉米植株和籽粒全氮、磷、鉀均采用H2SO4消煮,氮采用凱氏法測定,磷采用釩鉬黃比色法測定,鉀采用火焰光度法測定.試驗(yàn)前,玉米種前和玉米收后采集土壤耕層樣品,測定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。
農(nóng)學(xué)效益=((施肥區(qū)玉米產(chǎn)量-不施肥區(qū)玉米產(chǎn)量)/投入養(yǎng)分量)×100% (1)化肥利用率=(施肥區(qū)養(yǎng)分吸收量-不施肥區(qū)養(yǎng)分吸收量)/投入養(yǎng)分量×100% (2)養(yǎng)分吸收量=籽粒產(chǎn)量×籽粒養(yǎng)分含量+莖葉生物量×莖葉養(yǎng)分含量 (3)
所有數(shù)據(jù)用Excel 2003錄入計(jì)算,用DPS進(jìn)行顯著性分析。
3年試驗(yàn)結(jié)果表明,在翻壓光葉苕子15 t/hm2的條件下,與單施化肥處理比較,化肥用量減少15% ~30%可顯著提高玉米產(chǎn)量,增幅為13.52% ~25.70%;化肥用量減少45%,玉米也可達(dá)到當(dāng)?shù)爻R?guī)產(chǎn)量水平。隨著翻壓綠肥年份的增加,化肥減量處理玉米產(chǎn)量有增加的趨勢(表1)。在翻壓光葉苕子15 t/hm2的條件下,要提高玉米產(chǎn)量,化肥減量水平以15% ~30%為適宜。
表1 光葉苕子與化肥減量配施的玉米產(chǎn)量Tab.1 Themaize yield in the conditions of burying Vicia villosa Rothvar and chem ical fertilizer reduction
表2 光葉苕子與化肥減量配施的玉米養(yǎng)分利用率(2011—2013年平均值)Tab.2 The utilization rate of fertilizer in the conditions of burying Vicia villosa Rothvar and chem ical fertilizer reduction(the average value of 2011 to 2013) %
由表2可知,與單施化肥相比,翻壓光葉苕子15 t/hm2和化肥全量施用處理,氮(N)、磷P2O5、鉀K2O養(yǎng)分吸收利用率分別提高2.6%、3.4%、2.2%。翻壓光葉苕子15 t/hm,化肥用量減少15% ~45%,氮(N)、磷 P2O5、鉀 K2O 養(yǎng)分利用率分別提高 2.6% ~11.1%、1.9% ~6.9%、1.3% ~5.4%;其中以化肥用量減少15%的養(yǎng)分利用率最高,氮(N)、磷 P2O5、鉀 K2O 分別提高11.1%、6.9%、5.4%。
翻壓光葉苕子,不減少化肥用量,由于玉米產(chǎn)量沒有提高,肥料投入沒有減少,因此農(nóng)學(xué)效益沒有提高;在翻壓光葉苕子條件下,化肥減量施用顯著提高了玉米當(dāng)季化肥的農(nóng)學(xué)效益(表3)。翻壓光葉苕子15 t/hm2、化肥用量減少15%,玉米當(dāng)季氮、磷、鉀化肥農(nóng)學(xué)效益最高,玉米氮(N)和鉀(K2O)的農(nóng)學(xué)效益為11.5 kg/kg,較單施化肥處理的4.2 kg/kg提高7.3 kg/kg;玉米磷(P2O5)的農(nóng)學(xué)效益為17.2 kg/kg,也較單施化肥處理的6.3 kg/kg 提高10.9 kg/kg。
翻壓光葉苕子15 t/hm2、化肥用量減少30% ~45%,玉米氮和鉀的農(nóng)學(xué)效益為10.0 kg/kg,較單施化肥處理的4.2 kg/kg提高5.8 kg/kg;玉米磷(P2O5)的農(nóng)學(xué)效益為13.4~15.0 kg/kg,也較單施化肥處理的6.3 kg/kg提高 7.1 ~8.7 kg/kg。
表3 光葉苕子與化肥減量配施的玉米當(dāng)季化肥農(nóng)學(xué)效益(2011—2013年平均值)Tab.3 The agronomy seasonal efficiency in the conditions of burying Vicia villosa Rothvar and chem ical fertilizer reduction(the average value of 2011 to 2013) kg/kg
由表4可知,連續(xù)3年不施肥或單施化肥造成土壤有機(jī)質(zhì)虧缺,其中不施肥處理有機(jī)質(zhì)減少0.16%,單施化肥處理有機(jī)質(zhì)減少0.09%。連續(xù)3年翻壓光葉苕子15 t/hm2,土壤有機(jī)質(zhì)比試驗(yàn)前提升0.24% ~0.43%、比單施化肥提升0.30% ~0.52%;連續(xù)3年翻壓光葉苕子15 t/hm2配合化肥減量15% ~45%,土壤有機(jī)質(zhì)比試驗(yàn)前提升0.24% ~0.32%、比單施化肥提升0.30% ~0.41%。
連續(xù)3年不施肥或單施化肥保持土壤全氮或略有虧缺,造成速效氮含量虧缺,其中不施肥處理虧缺5 mg/kg,單施化肥處理虧缺4 mg/kg。連續(xù)3年翻壓光葉苕子15 t/hm2,土壤有全氮含量比試驗(yàn)前提高0.33 ~0.39 mg/kg,比單施化肥提高0.29 ~0.35mg/kg;土壤速效氮含量比試驗(yàn)前提高 4 ~10 mg/kg、比單施化肥處理提高8~14 mg/kg。連續(xù)3年翻壓光葉苕子15 t/hm2配合化肥減量15% ~45%,土壤有全氮含量比試驗(yàn)前提高0.33~0.36 mg/kg,比單施化肥提高0.29~0.32 mg/kg;土壤速效氮含量比試驗(yàn)前提高 4.00 ~6.00 mg/kg,比單施化肥提高 8.00 ~10.00 mg/kg。
連續(xù)3年不施肥或單施化肥導(dǎo)致土壤有效磷、速效鉀虧缺,其中不施肥處理有效磷虧缺2.0 mg/kg、速效鉀虧缺2.3 mg/kg,單施化肥處理有效磷虧缺0.4 mg/kg、速效鉀虧缺3.0 mg/kg。連續(xù)3年翻壓光葉苕子15 t/hm2配合化肥減量15% ~30%,可保持有效磷含量,較單施化肥處理提高0.7~0.8 mg/kg;連續(xù)3年翻壓光葉苕子15 t/hm2配合化肥減量15%,可保持速效鉀含量,較單施化肥處理提高3.5 mg/kg。
連續(xù)3年不施肥或單施化肥導(dǎo)致土壤容重有一定增加。連續(xù)3年翻壓光葉苕子與化肥減量可降低土壤容重,較試驗(yàn)前降低0.11 ~0.22 g/cm3,較單施化肥處理降低0.13 ~0.15 g/cm3。
表4 光葉苕子與化肥減量配施的土壤有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀養(yǎng)分及容重Tab.4 The soil organicmatter,N P K,bulk density in the conditions of burying Vicia villosa Rothvar and chem ical fertilizer reduction
光葉苕子與化肥減量配施對肥料利用率的影響。肥料利用率低是中國農(nóng)業(yè)發(fā)展所面臨的突出問題,這不但會(huì)造成超量施肥,引起土壤的物理性質(zhì)惡化,影響農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的提高,還會(huì)浪費(fèi)資源,加重農(nóng)民負(fù)擔(dān),同時(shí)對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)[14]。貴州黃壤長期施肥試驗(yàn)結(jié)果,單施化肥氮磷鉀的氮肥利用率波動(dòng)較大,氮磷鉀配合有機(jī)肥的氮肥、磷肥利用率較高并且穩(wěn)定性好[15]。3年連續(xù)試驗(yàn)結(jié)果表明,單施化肥養(yǎng)分利用率較低,翻壓綠肥提高了玉米籽粒和秸稈的氮、磷、鉀濃度,促進(jìn)玉米對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收,提高了養(yǎng)分利用率。翻壓綠肥配合減少15%~30%的化肥施用,由于顯著提高了玉米產(chǎn)量,并減少了化肥投入,因此養(yǎng)分利用率提高較大。
翻壓光葉苕子的節(jié)肥效果。在農(nóng)作物種植生產(chǎn)中,適當(dāng)施用化肥可以增加產(chǎn)量,過量施肥時(shí)農(nóng)作物產(chǎn)量不會(huì)增加,甚至減產(chǎn)[16]。在配施礦物質(zhì)、有機(jī)肥的條件下,化肥減量15%與當(dāng)?shù)刈罴咽┓仕教幚淼挠衩桩a(chǎn)量沒有顯著性差異[4]。本研究結(jié)果,在施用15 t/hm2光葉苕子條件下,減少化肥用量45%,玉米產(chǎn)量也能達(dá)到當(dāng)?shù)爻R?guī)產(chǎn)量水平,說明在只考慮穩(wěn)產(chǎn)的情況下,翻壓光葉苕子最多可節(jié)約化肥45%,節(jié)肥效果優(yōu)于礦質(zhì)有機(jī)肥[3]。翻壓光葉苕子,減少化肥用量15% ~30%,煙草干物質(zhì)積累、鉀含量、鉀累積量、產(chǎn)量、產(chǎn)值都高于單施化肥處理[4-5],翻壓紫云英也可減少水稻40%的化肥用量[6],本試驗(yàn)的研究結(jié)果與在烤煙、水稻上的研究結(jié)果一致。翻壓綠肥的節(jié)肥效果,可降低生產(chǎn)成本,對節(jié)能減排、生產(chǎn)無公害和有機(jī)食品有重要借鑒作用。
光葉苕子與化肥減量配施對土壤養(yǎng)分的影響。翻壓綠肥能提高土壤全氮、堿解氮含量,加速土壤礦化,促進(jìn)作物對磷素和鉀素吸收[16]。氮磷化肥與綠肥配合施用,能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,改良土壤結(jié)構(gòu),降低土壤容重[8]。3年連續(xù)試驗(yàn)結(jié)果表明,3年連續(xù)施用化肥,造成土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、有效磷、速效鉀虧缺,土壤容重增加。連續(xù)3年翻壓光葉苕子并適當(dāng)減少化肥用量可提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮含量,保持有效磷、速效鉀,并降低土壤容重,這與其他研究結(jié)果是一致的。
翻壓綠肥能夠明顯提高土壤酶活性和土壤肥力水平,當(dāng)翻壓量在15 t/hm2以上時(shí),對土壤均有較好的培肥效果[17]。綠肥與化肥配合施用能明顯提高土壤微生物量碳、微生物量氮和土壤的供氮能力[10]。本試驗(yàn)中,翻壓光葉苕子能夠減少化肥用量,并能提高玉米產(chǎn)量,提高土壤養(yǎng)分含量,這與翻壓綠肥促進(jìn)土壤微生物量增加和酶活性增強(qiáng)有關(guān),相關(guān)指標(biāo)需進(jìn)一步研究。
(1)翻壓光葉苕子,適當(dāng)減少化肥用量,可促進(jìn)玉米對養(yǎng)分的吸收,促進(jìn)玉米生長,提高養(yǎng)分利用率和農(nóng)學(xué)效益。氮、磷、鉀養(yǎng)分利用率提高2.6% ~11.1%、1.9% ~6.9%、1.3% ~5.4%;氮鉀農(nóng)學(xué)效益提高5.8 ~11.5 kg/kg,磷農(nóng)學(xué)效益提高7.1 ~11.5 kg/kg 。
(2)翻壓光葉苕子可減少化肥用量,提高玉米產(chǎn)量。在翻壓光葉苕子15 t/hm2的條件下,化肥用量最多可減少45%,但要提高玉米產(chǎn)量,化肥減量水平以15%為適宜,可提高玉米產(chǎn)量25.70%。
(3)翻壓光葉苕子可提升土壤肥力水平。3年連續(xù)單施化肥,造成土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、有效磷、速效鉀虧缺,土壤容重增加。連續(xù)3年翻壓光葉苕子并適當(dāng)減少化肥用量可提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮含量,保持有效磷、速效鉀含量,降低土壤容重。
(4)在貴州地區(qū),翻壓光葉苕子15 t/hm2的條件下,玉米適宜的化肥用量為N 153 kg/hm2、P2O5102 kg/hm2、K2O 153 kg/hm2。
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