張艾明，劉蘇藍(lán)，余洪茜，朱建宇，徐玉梅

（赤峰學(xué)院，a.資源環(huán)境與建筑工程學(xué)院；b.農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

玉米（Zea maysL.）是中國主要的糧食作物和工業(yè)原料之一，在內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市其種植面積和產(chǎn)量均居該市糧食作物之首。內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市以農(nóng)牧業(yè)為主，屬典型的旱作農(nóng)牧業(yè)交錯區(qū)，是玉米、雜糧、雜豆的主要種植區(qū)，在部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)玉米種植面積占農(nóng)業(yè)種植總面積的比例高達(dá)80%以上。據(jù)統(tǒng)計，赤峰市2019年糧食作物播種面積682.8萬hm2，糧食總產(chǎn)量3 652.6 萬t，其中，玉米總產(chǎn)量2 722.3萬 t，占糧食總產(chǎn)量的 74.5%［1］。

氮肥和磷肥的施用對玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量均具有重要影響［2］。合理的磷肥施用量能夠影響玉米養(yǎng)分吸收和分配，提高子粒磷素積累量，增加玉米產(chǎn)量［3］。氮肥是影響春玉米耕層土壤養(yǎng)分變化的重要元素，直接關(guān)系到玉米的子粒產(chǎn)量［4］。因此，土壤氮磷是作物生長的重要元素，其含量的豐缺變化可直接應(yīng)用于指導(dǎo)玉米田的施肥管理。目前對典型旱作農(nóng)牧交錯區(qū)的玉米田土壤氮磷養(yǎng)分隨時間變化的研究較為鮮見。因此，以典型旱作農(nóng)牧交錯區(qū)為研究區(qū)，選取該區(qū)的撂荒地和不同玉米種植年限的土壤，分析比較種植年限變化對玉米種植土壤氮磷養(yǎng)分的影響，旨在探索該區(qū)土壤肥力隨玉米種植年限的增加而發(fā)生的變化規(guī)律，為該區(qū)玉米種植過程中的施肥管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市敖漢旗（東經(jīng)119°32′—120°54′，北緯 41°42′—42°02′），屬中溫帶、半干旱、大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，降水少，日照豐富，四季分明；年降水量為310～460 mm；年均蒸發(fā)量為2 000～2 600 mm，年平均氣溫為6 ℃。赤峰市屬于以農(nóng)為主、農(nóng)牧林結(jié)合的農(nóng)牧交錯地帶，該地區(qū)土地利用類型多樣［5］，土壤類型以栗褐土為主。該區(qū)玉米種植面積廣，總產(chǎn)量高，種植年限長，部分地區(qū)玉米種植年限長達(dá)50 年以上。

1.2 樣品采集

2018 年在赤峰市選取農(nóng)牧交錯區(qū)撂荒地和不同玉米種植年限（1、5、10、50 年）的農(nóng)田進(jìn)行采樣，采集0～20 cm 土層土壤，4次重復(fù)。采集土樣過2 mm土壤篩并去除草根雜質(zhì)，鮮土保存于4 ℃冰箱，風(fēng)干土部分研磨后過100 目篩進(jìn)行相關(guān)化學(xué)分析。

1.3 測試指標(biāo)與方法

土壤pH 測定采用pH 計法（水∶土=1∶2.5）；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-外加熱法測定；土壤全氮采用凱氏消煮法測定；土壤全磷采用高氯酸消煮-鉬藍(lán)比色法測定；有效磷采用NaHCO3浸提-鉬藍(lán)比色法測定；銨態(tài)氮采用紫外分光光度計測定；硝態(tài)氮采用KCl浸提-流動分析儀測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)處理采用SPSS 16.0 軟件進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)間的差異分析采用Duncan’s 法（α=0.05），數(shù)據(jù)結(jié)果均采用4 次重復(fù)平均值。數(shù)據(jù)作圖采用Origin 8.0 軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米種植年限土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量的變化

由表 1 可知，土壤 pH 為 7.82～8.15，種植 1 年的玉米土壤pH 較高，種植年限增加后，土壤pH 顯著降低，但即使連續(xù)種植玉米50 年的土壤pH 仍然呈偏堿性。

表1 不同玉米種植年限土壤pH 和有機(jī)質(zhì)、氮磷養(yǎng)分含量的變化

土壤有機(jī)質(zhì)含量為2.76～12.12 g/kg，且隨著種植年限的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著增加的趨勢。撂荒地土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，僅為2.76 g/kg，而玉米種植年限為50 年的土壤有機(jī)質(zhì)達(dá)12.12 g/kg。

2.2 不同玉米種植年限土壤氮磷養(yǎng)分含量的變化

2.2.1 土壤全氮、全磷 從表1 可以看出，土壤全氮、全磷含量在不同玉米種植年限間差異顯著，且均與土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化一致，呈隨著種植年限的增加而增加的趨勢，玉米種植年限為50 年的土壤全氮含量達(dá)0.104%，土壤全磷含量達(dá)504.3 mg/kg。

2.2.2 土壤無機(jī)磷、有效磷 土壤無機(jī)磷含量隨玉米種植年限的增加呈增加的趨勢，且不同玉米種植年限間差異顯著，撂荒地?zé)o機(jī)磷含量僅為45.4 mg/kg，玉米種植年限達(dá)50 年的土壤無機(jī)磷含量為264.0 mg/kg。土壤有效磷含量在玉米種植年限為50 年的土壤中含量最高，為4.96 mg/kg，在撂荒地和種植年限為5 年的土壤中含量較低，且在玉米種植1年時有效磷含量較高，種植5 年時大幅降低，之后10～50 年呈增加趨勢（圖1）。

圖1 不同玉米種植年限土壤無機(jī)磷和有效磷含量的變化

2.2.3 土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮 從圖2 可以看出，土壤銨態(tài)氮含量整體上隨著種植年限的增加而呈增加的趨勢，但在種植年限為1、5、10 年的土壤中并未表現(xiàn)出與撂荒地之間的顯著差異，在玉米種植年限50 年的土壤中銨態(tài)氮含量較撂荒地顯著增加，達(dá)3.38 mg/kg。土壤硝態(tài)氮含量在撂荒地的土壤中最低，僅為2.7 mg/kg，在種植年限為50 年的土壤中含量最高，達(dá)45.6 mg/kg，而在種植年限為1、5、10 年的土壤中并未表現(xiàn)出顯著差異。

圖2 不同玉米種植年限土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的變化

2.3 不同玉米種植年限與土壤養(yǎng)分因子的相關(guān)性分析

對不同玉米種植年限土壤養(yǎng)分因子的相關(guān)性分析（表2）表明，土壤氮磷養(yǎng)分與玉米種植年限之間均呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，其中，土壤全氮、全磷、無機(jī)磷、硝態(tài)氮與玉米種植年限間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，土壤有效磷、銨態(tài)氮含量與玉米種植年限間呈顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤有機(jī)質(zhì)與玉米種植年限間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。就土壤養(yǎng)分各指標(biāo)之間的相關(guān)性而言，土壤pH 僅與硝態(tài)氮之間表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、無機(jī)磷、有效磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等養(yǎng)分因子相互間表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)關(guān)系。

表2 不同玉米種植年限與土壤pH、土壤養(yǎng)分因子的相關(guān)性分析

3 討論與小結(jié)

3.1 討論

本研究表明，不同玉米種植年限土壤的pH 均偏高，這可能與研究區(qū)土壤類型有關(guān)。該區(qū)土壤為栗褐土，屬于石灰質(zhì)土壤，所以土壤pH 一般呈偏堿性［6］。土壤有機(jī)質(zhì)是氮和磷養(yǎng)分的重要來源，其含量直接影響土壤的保肥性、保水性和耕性等，是衡量土壤肥力高低的主要指標(biāo)［7］。本研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)累積量明顯增加，主要是由于隨著玉米種植年限的延長，農(nóng)戶不斷大量施肥，加之枯枝落葉、玉米秸稈回田使得耕層土壤有機(jī)質(zhì)不斷累積，土壤有機(jī)質(zhì)呈增加趨勢。全氮的大幅增加是土壤綜合肥力指數(shù)提升的關(guān)鍵驅(qū)動原因［8］。本試驗區(qū)土壤全氮含量隨種植年限的延長而呈增加的趨勢，表明土壤肥力指數(shù)隨種植年限的增加而得到提升。土壤全磷含量隨種植年限的增加主要是由于隨著大量磷肥的施入，磷元素累積在土壤耕層，同時磷可能與有機(jī)質(zhì)形成較穩(wěn)定的絡(luò)合物殘留在土壤中難以消除［9］。研究表明，適當(dāng)增施磷肥對玉米產(chǎn)量和品質(zhì)有顯著的提升作用［10］，但過量施用磷肥會造成磷素積累從而導(dǎo)致環(huán)境污染［11］。因此，該區(qū)在玉米種植過程中需要合理控制氮磷肥的施入，避免養(yǎng)分不足或過量累積造成環(huán)境污染。不同玉米種植年限土壤銨態(tài)氮含量均較低，這可能是因為干旱區(qū)土壤氮以硝態(tài)氮為主，銨態(tài)氮不易在土壤中累積［12］。種植50 年的玉米土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均達(dá)到了最高，可能是由于氮肥施入量的增加所致［13］。

有機(jī)肥對提高土壤有機(jī)質(zhì)含量效果明顯，可增加土壤氮磷養(yǎng)分容量，減少作物生長消耗帶來的土壤養(yǎng)分虧損，有利于土壤質(zhì)量的良性發(fā)展［14-16］，長期施用可顯著提高作物產(chǎn)量［17］。在深松的耕作方式下配施有機(jī)肥能夠促進(jìn)玉米的生長發(fā)育［18］。本研究中也表明土壤有機(jī)質(zhì)與氮磷養(yǎng)分之間關(guān)系密切，所以有機(jī)肥的合理配施對本地區(qū)玉米的增產(chǎn)增收起著關(guān)鍵性作用。土壤氮磷養(yǎng)分受作物種植年限的影響較為強(qiáng)烈，并且土壤中各養(yǎng)分因子之間存在密切聯(lián)系，如果其中一個因子發(fā)生變化，其他因子也會發(fā)生不同程度、不同方向的增減變化［19-22］。不同玉米種植年限土壤養(yǎng)分因子的相關(guān)性分析結(jié)果表明，氮磷養(yǎng)分與種植年限以及各養(yǎng)分之間均體現(xiàn)出不同程度的相關(guān)性。因此，玉米種植施肥要隨著種植年限的延長注意氮肥、磷肥的合理配施，適量氮肥與磷肥配施可使耕層土壤有效養(yǎng)分平穩(wěn)增加。

3.2 小結(jié)

土壤氮磷養(yǎng)分隨玉米種植年限的延長均表現(xiàn)出明顯的增加趨勢，尤其是在玉米種植年限達(dá)50 年的土壤中各指標(biāo)含量都達(dá)到了最高值。土壤有機(jī)質(zhì)以及氮磷養(yǎng)分與種植年限之間均呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。因此，在玉米長期種植管理過程中，不能只注意單一養(yǎng)分的豐缺變化，更要結(jié)合各養(yǎng)分因子隨年限的變化規(guī)律以及不同養(yǎng)分因子間的相關(guān)性，因土施肥、合理培肥。尤其是對處于生態(tài)環(huán)境較為脆弱的典型旱作農(nóng)牧交錯區(qū)的赤峰市，在對其主栽作物玉米的種植管理過程中更要注意氮肥、磷肥的合理配施，適量增施有機(jī)肥，同時配合深松的耕作方式以及合理的施肥模式，達(dá)到玉米增產(chǎn)以及環(huán)境保護(hù)的目的。