白珊珊，萬書勤，康躍虎，劉士平(.中國科學院地理科學與資源研究所 陸地水循環(huán)及地表過程重點實驗室，北京 000；2.中國科學院大學，北京 00049)

環(huán)渤海低平原區(qū)是我國糧食生產(chǎn)的重點區(qū)域，但該地區(qū)水資源匱乏，土壤瘠薄鹽堿，制約著糧食的高產(chǎn)，迫切需要構建“增產(chǎn)、節(jié)水”的有效技術措施[1]。陳素英等研究發(fā)現(xiàn)，在小麥拔節(jié)期用2.0 g/L及以下的微咸水灌溉，可以節(jié)省1/4～1/3的淡水資源，并保證全年糧食不減產(chǎn)[2]。張喜英研究發(fā)現(xiàn)在夏玉米生育期內(nèi)采取秸稈覆蓋，其總蒸散量可減少到320～380 mm，節(jié)水效果非常明顯，并且玉米適當晚收，有增產(chǎn)效果[3]。

控失肥是中國科學院離子束生物工程學重點實驗室研制出的一種新型環(huán)保肥料[4]，其原理就是在普通化肥中添加一種“控失劑”，利用“控失劑”將肥料營養(yǎng)成分固定在土壤中，從而減少肥料養(yǎng)分的流失，提高肥料利用效率，提高作物產(chǎn)量[5-7]。閆新萍研究發(fā)現(xiàn)，與當?shù)爻Ｒ?guī)肥料相比，安徽長豐夏玉米生育期內(nèi)施用控失肥，夏玉米增產(chǎn)10.5%～20.5%[8]。

環(huán)渤海低平原區(qū)夏玉米生育期正值雨季，一般年份僅需要灌溉一次蒙頭水，但在降水分配不勻或伏旱嚴重的年份，也需要灌溉1～2次。本文基于控失肥養(yǎng)分流失率低的特點，探討在雨養(yǎng)條件下(最多灌一次底墑水或者蒙頭水)施用控失肥對夏玉米生長和產(chǎn)量等的影響，以期為環(huán)渤海低平原區(qū)糧食的節(jié)水、增產(chǎn)提供新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況及試驗設計

試驗在中國科學院南皮生態(tài)農(nóng)業(yè)試驗站(北緯38：06′，東經(jīng)116°40＇，海拔高度13 m)開展。該地區(qū)累年平均日照時數(shù)為2 760.2 h左右，年均氣溫12.3 ℃，年均降水量480 mm，但季節(jié)分配不均，多集中在夏秋季，冬春則比較干旱。多年平均濕度63.8%，多年平均無霜期201 d。試驗區(qū)土壤為華北平原廣泛分布的潮土，供試土壤基本理化性質詳見表1。土壤質地0～60 cm以砂質壤土為主，60～140 cm以粉砂壤土為主。試驗區(qū)土壤偏堿性。土壤有機質含量隨著土壤深度的增加而降低。耕作層0～20 cm土層有機質含量呈現(xiàn)出缺乏的狀態(tài)(依據(jù)土壤養(yǎng)分分級指標)。土壤剖面硝態(tài)氮含量垂直分布不均勻，0～80 cm深度范圍內(nèi)硝態(tài)氮含量隨著土壤深度的增加而降低，80～140 cm硝態(tài)氮含量較高。速效磷含量較低，而速效鉀含量較高。

2013-2015年3 a供試夏玉米品種是鄭單958。當?shù)叵挠衩椎氖┓史桨甘欠N肥磷酸二銨300 kg/hm2，大喇叭口期追入尿素300 kg/hm2，即28%N和100%P為種肥，大喇叭口期(2013年8月4日、2014年8月1日、2015年8月3日)追施72%N，不施K肥。2013年夏玉米沒有灌水；2014年由于玉米苗期降水較少，地面灌溉60 mm以保證玉米齊苗、壯苗；2015年夏玉米播種后灌蒙頭水30 mm。

表1 供試土壤基本理化性質

2013年，設計了9個施肥處理，分別是：①CK：當?shù)厥┓柿亢褪┓史桨?；?0%～160%K：為了減少勞力投入，僅施種肥不追肥，且種肥為控失肥(N-P-K：14-7-8)。保證P2O5施肥量同當?shù)厥┓柿恳恢聴l件下，設計了20%、40%、60%、80%、100%、120%、140%和160%共8個施肥比例。另外設一個完全不施肥的處理CK0。試驗處理詳見表2，每個處理3個重復，隨機區(qū)組布置。

2014和2015年，在保證N和P2O5施肥量同當?shù)厥┓柿炕疽恢聴l件下，試驗設計了4個施肥處理，分別是：①CK：當?shù)厥┓柿亢褪┓史桨?；②K2Z：同當?shù)厥┓柿亢褪┓史桨?，底肥為控失型磷酸二銨(N-P-K：16-45-0)；③K3Z：28%N和20%P底施，底肥為控失肥(N-P-K：24-12-12)，大喇叭口期追施72%N 和80%P，追肥為尿素和磷酸二氫鉀；④K3：為了減少勞力投入，僅施底肥不追肥，且底肥全部為控失肥(N-P-K：24-12-12)。另外設一個完全不施肥的處理CK0。試驗處理詳見表2，每個處理3個重復，隨機區(qū)組布置。

表2 夏玉米施肥處理試驗方案

1.2 觀測項目和方法

夏玉米產(chǎn)量指標：夏玉米收獲時，每個重復隨機選擇15株考種，考種項目包括：穗長、禿尖長度、穗粒數(shù)和百粒重等，將這15株玉米脫粒、晾曬并測產(chǎn)，每個處理均以3次重復的平均值代表實際產(chǎn)量。

肥料農(nóng)學效率(AE)是指特定施肥條件下，單位施肥量所增加的作物產(chǎn)量，計算公式如下：

AE=(Y-Y0)/R

(1)

式中：AE為肥料農(nóng)學效率，kg/kg；Y為施肥作用下作物的產(chǎn)量，kg/hm2；Y0為不施肥條件下作物的產(chǎn)量，kg/hm2；F為肥料純養(yǎng)分(N、P2O5和K2O)的投入量，kg/hm2[9,10]。

農(nóng)學效率反映了單位施肥量增加作物產(chǎn)量的能力[11]，是評價肥料增產(chǎn)效應較為準確的指標[12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

采用SAS9.2安裝包和Excel2010軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，示意圖用Microsoft Excel軟件繪制。

2 結果與分析

2.1 夏玉米生育期的降水量

環(huán)渤海低平原區(qū)夏玉米生長季正值雨季，降雨會導致養(yǎng)分的淋失?？厥Х士梢詼p少降雨、灌溉等造成的養(yǎng)分淋失。結合夏玉米生長季降水量，分析控失肥的施用效果。2013、2014和2015年夏玉米生育期內(nèi)的降水量如圖1所示。2013年夏玉米生育期內(nèi)降水量較多，達543.7 mm，玉米生長受到澇災的影響。夏玉米苗期-抽雄吐絲期降水量較多，達到總降水量的93%，最大的一次降水量高達87.8 mm，發(fā)生在夏玉米大喇叭口期，此時正好是追肥后3 d，很容易造成肥料養(yǎng)分的淋失。2014年夏玉米生育期內(nèi)降水量較少，僅161.1 mm，最大的降雨量 42.9 mm發(fā)生在夏玉米灌漿初期，玉米生長受到旱災的影響。2015年夏玉米生育期內(nèi)降雨量為356.3 mm，玉米苗期降水較少，降水主要分布在拔節(jié)期-灌漿初期，較大兩次降雨量分別為52.5和70.5 mm，分別在追肥后21和29 d，發(fā)生在灌漿初期不易造成養(yǎng)分的流失。河北省夏玉米生長季多年平均降雨量(408.68±64.22 mm)[13]，可以知道2013年夏玉米生長季的總降雨量過多、2014年過少、2015年正常。

圖1 夏玉米生育期內(nèi)的降水量

2.2 控失肥對夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構成和肥料農(nóng)學效率的影響

2.2.1控失肥對夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構成的影響

不同施肥處理的夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構成詳見表3。從表3中可以看到，2013年玉米受到澇災影響，產(chǎn)量最低，平均產(chǎn)量僅達到6 617 kg/hm2；2014年玉米受到旱災，產(chǎn)量也受到一定影響，平均產(chǎn)量為10 753 kg/hm2；與前兩年相比，2015年夏玉米生長季降雨適宜，夏玉米產(chǎn)量最高，平均可達12 527 kg/hm2。

2013年不施肥處理(CK0)的產(chǎn)量最低，為5 666.7 kg/hm2，當?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理(CK)的產(chǎn)量次之，為5 944.4 kg/hm2。施用控失肥可以提高了夏玉米的產(chǎn)量，且隨著施肥比例的增加而提高，在140%控失肥施肥處理(140%K1)時達到最大，為8 000 kg/hm2，之后隨著施肥比例的增加，產(chǎn)量顯著降低。相比CK，20%～160%控失肥施肥(20%～160%K1)夏玉米產(chǎn)量提高了4%～26%，其中100%K1產(chǎn)量提高了16%。這主要是因為2013年玉米生育期降雨多，相比常規(guī)肥料，控失肥養(yǎng)分淋失少，從而顯著提高了玉米產(chǎn)量。從產(chǎn)量構成來看，CK0的穗長最短、禿尖長度最大、穗粒數(shù)最少，而140% K1的穗長最長、禿尖長度最短、穗粒數(shù)最多、百粒重最大，從而造成了CK0夏玉米的產(chǎn)量最低，而140%K1的最高。

2014年同2013年的試驗結果基本一致，CK0的產(chǎn)量最低為9 492.5 kg/hm2，CK的產(chǎn)量次之，為10 208 kg/hm2。施用控失肥可以提高夏玉米的產(chǎn)量，其中底肥為尿素和控失型磷酸二銨、追肥尿素處理(K2Z)的產(chǎn)量最高，為11 504.8 kg/hm2，比CK0增產(chǎn)了21%，比CK增產(chǎn)了13%。一次性施入控失肥(24-12-12)處理(K3)和控失肥(24-12-12)追施尿素、磷酸二氫鉀處理(K3Z)的產(chǎn)量也較高，相比CK0產(chǎn)量平均提高了19%，相比CK產(chǎn)量平均提高了11%?？厥Х侍幚硐挠衩椎漠a(chǎn)量與不施肥處理的產(chǎn)量表現(xiàn)為顯著差異。從產(chǎn)量構成來看，所有處理的百粒重均無顯著差異，CK0的穗長最短、禿尖長度最大、穗粒數(shù)最少，使得其產(chǎn)量最低。

2015年同前兩年的試驗結果基本一致，CK0的產(chǎn)量最低為11 561.5 kg/hm2，CK的產(chǎn)量次之，為11 788.5 kg/hm2。施用控失肥可以提高夏玉米的產(chǎn)量，其中K2Z的產(chǎn)量最高，并與其他處理之間呈現(xiàn)出顯著差異，比CK0增產(chǎn)19%，比CK增產(chǎn)17%。K3和K3Z處理夏玉米的產(chǎn)量也較高，相比CK0產(chǎn)量分別提高了13%和8%，相比CK產(chǎn)量平均提高了11%和6%。從產(chǎn)量構成來看，所有處理的穗粒數(shù)無顯著差異，但是K2Z的穗長最長、禿尖長度最短、百粒重最大，從而使得其產(chǎn)量最高。

2.2.2控失肥對夏玉米肥料農(nóng)學效率的影響

肥料農(nóng)學效率也稱農(nóng)藝利用率，它表示施用肥料的每千克 N、P、K增產(chǎn)作物的能力。不同施肥處理夏玉米的肥料農(nóng)學效率如圖2所示。一般而言，肥料利用效率隨著施肥量的增加呈下降趨勢[9]。2013年夏玉米生育期內(nèi)，N、P和K肥料農(nóng)學效率大致隨著施肥比例的提高而降低，符合這一規(guī)律。20%K1的N、P和K肥料農(nóng)學效率最高，分別為11.1、22.1和19.4 kg/kg，160%K1的N、P和K肥料農(nóng)學效率最低，分別為1.1、2.3和2.0 kg/kg。相比當?shù)厥┓?CK)，20%～140%控失肥處理(20%～140%K1)N的肥料農(nóng)學效率提高了213%～665%，P的肥料農(nóng)學效率提高了350%～700%。

2014和2015年N和P的肥料農(nóng)學效率均表現(xiàn)為底肥控失型磷酸二銨和尿素、追肥尿素處理(K2Z)的最高，兩年平均N和P的肥料農(nóng)學效率分別為10.7和15.5 kg/kg。相比當?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理(CK)，2014年N和P的肥料農(nóng)學效率分別提高了176%和188%，2015年N和P分別提高了838%和879%。在正常年份(2015年)，降水分布比較均勻，配合施用控失肥，可顯著提高肥料農(nóng)學效率并增產(chǎn)。

綜合分析這3 a的試驗結果可知：①在保證N和P2O5施肥量同當?shù)厥┓柿炕疽恢?、相同雨養(yǎng)條件下，僅施底肥控失肥不追肥(100%K1、K3)可以提高夏玉米的產(chǎn)量，其產(chǎn)量比CK的提高了11%～16%；對于夏玉米而言，底肥施用尿素和控失型磷酸二銨、在大喇叭口期追肥尿素(K2Z)更有利于夏玉米增產(chǎn)，可增產(chǎn)13%～17%；但不同類型控失肥對夏玉米產(chǎn)量沒有顯著影響；②控失肥可減少肥料養(yǎng)分的流失，顯著提高肥料農(nóng)學效率。相比當?shù)厥┓侍幚鞱和P的肥料農(nóng)學效率分別提高了308%和432%，尤其是在濕潤多雨年份，施用控失肥可以顯著增產(chǎn)，并且適當提高施肥量更有利于夏玉米的增產(chǎn)。

表3 不同施肥處理的夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構成

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

圖2 不同施肥處理夏玉米的肥料農(nóng)學效率

3 結 論

本研究結果主要結論有以下幾個方面。

(1)在干旱和正常年份，夏玉米不進行灌溉，僅施用控失肥替代常規(guī)肥料，就能獲得高產(chǎn)；在保證N和P2O5施肥量同當?shù)厥┓柿炕疽恢?、相同雨養(yǎng)條件下，與常規(guī)肥料相比，施用控失肥夏玉米產(chǎn)量增加11%～17%，且不同類型控失肥對夏玉米產(chǎn)量沒有顯著影響；底肥施用控失肥、并在大喇叭口期追肥有利于夏玉米增產(chǎn)，可增產(chǎn)13%～17%；控失肥一次性作種肥為施入，夏玉米增產(chǎn)10%～11%，但可以減少了追肥的勞動力。

(2)控失肥可以顯著提高肥料農(nóng)學效率。與當?shù)爻Ｒ?guī)肥料的肥料農(nóng)學效率相比，夏玉米生長季施用控失肥，N和P的肥料農(nóng)學效率分別提高了308%和432%。

由此可以知道，在環(huán)渤海低平原區(qū)，施用新型環(huán)保控失肥可以提高玉米的產(chǎn)量，提高肥料利用效率；并且在勞動力較少的情況，可以通過一次性施入控失肥作為種肥，以減少追肥的勞動力；在淡水資源非常緊缺時，即使在干旱和偏干旱年份，在保證夏玉米齊苗后，不灌溉雨養(yǎng)條件下通過施用控失肥，可以保證獲得100%的夏玉米產(chǎn)量。

在本研究僅基于控失肥對夏玉米產(chǎn)量和肥料農(nóng)學效率的影響分析，并未進行土壤養(yǎng)分的分析，第3年

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