刘全凤， 马 茜， 刘 贞， 杨慧民， 王素敏， 王俊霞， 金会赏， 杨振立

(1.沧州市农林科学院，河北沧州 061001； 2.沧州职业技术学院，河北沧州 061001；3.河北省农林科学院，河北石家庄 050051)

环渤海盐碱化潮土，土壤肥力低，各养分不平衡，理化性状差[1]，夏玉米抗盐碱能力强，加之该地区属于暖温带半湿润大陆性季风气候，雨热同期，夏季的高温多雨对土壤中的盐碱有一定的淋洗作用，一定程度上减少了盐碱对作物的危害，同时能满足夏玉米整个生育期对水的需求，历来在滨海盐碱地的农业生产中发挥着极其重要的作用[2]。近年来，由于化肥的大量施用，土壤养分输入量远高于作物生长需要量，土壤养分逐渐积累导致供肥能力随之增加，肥料养分增产的效应逐渐减弱[3-5]，而盲目施肥导致农田土壤氮磷养分的环境风险随之增大[6-7]。目前，平衡施肥是国内外计算推荐施肥用量的重要理论依据[8-9]。肥料产量效应受作物品种、土壤养分含量、土壤母质、气候条件等多因素的影响[10]，本研究以环渤海盐碱化潮土为研究对象，通过对该地区夏玉米氮磷钾肥的肥料效应研究，从肥料-作物-土壤系统中宏观计算氮磷钾的输入-输出平衡状况，统计肥料利用率，为该地区夏玉米科学施肥和建立生态环境良性循环为前提的可持续农业系统提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

2015年于河北沧州海兴国营农场二队开展田间试验。该地区属暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，降雨主要集中在6—9月，一般占年降雨量的 80%左右，土壤属于盐碱化中壤质潮土，土壤理化性状见表1。

表1 土壤理化性状

1.2 试验设计

不同处理的养分投入量见表2。其中N、P、K肥分别由尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O512%)、硫酸钾(K2O 50%)提供。磷、钾肥1次全部底施翻入土内，氮肥基追比为1 ∶1，大喇叭口期进行追施。试验小区面积30 m2，随机区组排列，重复3次。供试玉米品种为郑单958，行距60 cm，株距 25 cm，试验田均按常规进行管理。

表2 不同施肥处理养分含量

1.3 测定项目与方法

1.3.1 植株养分含量测定 植株样品整株取样装网袋放入烘箱中，105 ℃杀青30 min后，于65 ℃烘至恒质量，称质量，粉碎，过筛。样品经 H2SO4-H2O2消煮后定容，过滤，全氮用凯氏定氮法测定；全磷用钒钼黄比色法测定；全钾用火焰光度计测定。

1.3.2 测产 每个小区单打单收，田间直接测定产量，取 1 kg 籽粒样品，烘干后计算含水量，再通过含水量折算出实际产量。

1.3.3 计算方法

肥料增产率=(全肥区作物产量-缺素区作物产量)/缺素区作物产量×100%；

单位肥料用量增产量=(全肥区作物产量-缺素区作物产量)/肥料用量×100%；

土壤供氮(或磷钾)能力(相对产量)=不施氮(或磷钾)处理产量/施氮(或磷钾)处理产量×100%；

表观平衡=(肥料输入量-作物输出量)/作物输出量×100%；

实际平衡=(输入量+土壤供给量-输出量)/作物输出量×100%；

氮磷钾籽粒表观利用率=[施氮区籽粒吸收氮(或磷钾)量-无氮区籽粒吸收氮(或磷钾)量]/施氮(磷钾)量×100%；

氮(磷钾)表观利用率=[施氮区地上部吸收氮(或磷钾)量-无氮区地上部吸收氮(或磷钾)量]/施氮(磷钾)量×100%；

农学效率=[施氮(磷、钾)区经济产量-无氮(磷、钾)区经济产量]/施氮(磷钾)量×100%。

1.4 统计方法

采用Microsoft Excel 2007软件和SPSS 17.0数据处理系统进行数据统计。

2 结果与分析

2.1 不同施肥量对夏玉米产量的影响

从表3可以看出，盐碱化潮土土壤基础产量为 3 785.1 kg/hm2，全肥处理(NPK)产量达到7 777.3 kg/hm2。不同的施肥处理，由于肥料配比不同，产量上表现出差异性，-N、-P、-K处理的相对产量分别相当于全肥处理的 77.4%、81.5%、80.0%。从夏玉米相对产量可以看出，该试验地盐碱化潮土的氮、磷、钾养分的丰缺程度均处于中等水平(相对产量在75%～95%)，与NPK处理相比，-N、-P、-K处理不同程度地降低了夏玉米的产量。1/2 N、1/2 P、1/2 K处理的产量分别相当于全肥处理的94.4%、95.8%、94.5%，表明该地区夏玉米提高产量的土壤养分限制因子为：N>K、P。

作物对肥料响应可以通过肥料增产率和单位肥料用量增产量来进行表征。从表4可以看出，氮肥、磷肥、钾肥的增产率分别为29.17%、22.73%、25.00%，氮肥、磷肥、钾肥增收籽粒量为12.56、21.50、13.17 kg/kg。表明氮肥仍是盐碱化潮土区玉米增产首要因子，也可以看出磷肥对夏玉米增产的重要性。

2.2 不同氮磷钾水平下夏玉米养分收支平衡状况

不同施肥处理土壤氮磷钾收支平衡状况见表5。土壤氮素收支平衡状况，氮用量为180 kg/hm2(NPK)时，作物输出氮为155.28 kg/hm2， 氮素收支表观平衡盈余 15.92%；如果考虑土壤供氮量116.08 kg/hm2，氮素实际盈余90.67%；当氮肥用量为90 kg/hm2时，氮素收支表观平衡为盈余 -34.26%，实际盈余57.52%。

表3 氮磷钾肥对夏玉米产量的影响

表4 玉米对氮磷钾肥的响应特点

土壤磷素收支平衡为磷用量60 kg/hm2时，作物输出磷为24.07 kg/hm2，土壤供磷17.63 kg/hm2，土壤磷素收支表观平衡盈余8.85%，土壤磷素实际盈余82.09%；磷用量为 30 kg/hm2时，磷素收支表观平衡盈余-37.35%，实际盈余49.96%。

土壤钾素收支平衡为钾用量120、60 kg/hm2时，土壤表观平衡分别为盈余-44.54%、-60.50%，考虑到土壤供钾117.07 kg/hm2后，土壤钾实际盈余分别为20.67%、32.38%。

土壤供应某种养分的能力，用相对产量来表示，土壤供应氮、磷、钾的能力分别为77.4%、81.5%、80.0%(表3)，土壤供氮、磷、钾的量分别为116.08、17.63、117.07 kg/hm2(表5)。

表5 土壤氮磷钾养分表观收支平衡

2.3 夏玉米的经济效益分析

采用二次型函数式y=ax2+bx+c，模拟玉米籽粒产量与土壤残留氮+施入氮的关系，用A表示，综合考虑产量利润和氮肥施用成本，模拟毛收入-氮肥价格与土壤残留氮+施入氮的关系，用B表示。从表6可以看出，氮肥经拟合，得方程A：y=-0.042x2+27.40x+3 429.6(R2=0.996 0**)，当施氮量x=-b/(2a)籽粒产量y得到最大值，计算可知，最大籽粒产量时土壤残留氮+施入氮为326.19 kg/hm2，去除土壤残留氮，需要施氮量为210.11 kg/hm2；B：y=-0.063 4x2+37.106x+5 608.8(R2=0.991 7**)，最大经济效益时土壤残留氮+施入氮为292.63 kg/hm2，经济最佳施入氮为 176.55 kg/hm2。按照同方法，磷肥的最高产量施肥量为 76.97 kg/hm2，经济最佳施肥量为72.34 kg/hm2。钾肥的最高产量施肥量为 141.06 kg/hm2，经济最佳施肥量为 119.72 kg/hm2。

表6 不同肥料的回归方程

注：玉米：1.5元/kg；N：4.0元/kg；P2O5：3.7元/kg；K2O：5.2元/kg。

2.4 氮磷钾肥的利用率

从表7可以看出，1/2N、NPK处理氮肥籽粒表观利用率分别为18.01%、14.35%，氮素表观利用率分别为23.14%、21.78%，全肥处理(NPK)比1/2N处理氮肥表观利用率降低1.36百分点，全量氮肥(NPK)处理，氮肥农学效率为 9.76 kg/kg，氮肥用量减半，农学效率为14.68 kg/kg；对于磷肥，全肥处理比1/2P处理磷肥利用率降低5.34百分点，磷肥农学效率减少29.98 kg/kg；对于钾肥，全肥处理比1/2K处理钾肥利用率降低2.32百分点，钾肥农学效率减少 7.02 kg/kg。

表7 不同处理氮磷钾肥的利用率

3 讨论与结论

试验地盐碱化潮土的氮、磷、钾养分的丰缺程度均处于中等水平(相对产量在 75%～95%)，该地区夏玉米提高产量的土壤养分限制因子为：N>K、P。虽然肥料效应不高，但施肥仍能明显提高玉米的产量，不同肥料的减半处理不同程度降低了夏玉米的产量。NPK处理时，土壤氮磷钾收支平衡状况为土壤氮素实际盈余90.67%，土壤磷素实际盈余82.09%，土壤钾素实际盈余为20.67%。土壤供氮、磷、钾的能力分别为77.4%、81.5%、80.0%，土壤供氮、磷、钾的量分别为116.08、17.63、117.07 kg/hm2。氮、磷、钾肥的增产率分别为 29.17%、22.73%、25.00%，氮、磷、钾肥增收籽粒量为 12.56、21.50、13.17 kg/kg，表明氮肥仍是盐碱化潮土区玉米增产的首要因子，同时可以看出磷肥对夏玉米增产的重要性，该试验区土壤显碱性，影响了磷肥的活性。

闫湘等通过对2002—2005年全国165 个田间试验统计得出，中国主要粮食作物( 小麦、水稻、玉米) 的氮肥当季利用率平均 28.7%，磷肥当季利用率平均13.1%，钾肥当季利用率平均 27.3%[11]。张福锁等总结 2001—2005 年间河北省和天津市区域82 个玉米试验结果，玉米N、P2O5、K2O平均用量为171、110、119 kg/hm2，产量水平5 100～6 710 kg/hm2，氮、磷、钾利用率分别为26.3%、12.6%、32.4%[12]。在本试验条件下，氮磷钾肥的利用率随着氮、磷、钾肥用量的降低而明显提高，与 NPK处理比较，1/2N、1/2P、1/2K处理氮磷钾利用率分别提高 1.36、5.34、2.32百分点，因此，在满足作物生长需求的前提下，降低肥料用量是提高肥料利用率的主要途径，本结论与董若征等的研究结果[13]一致。NPK处理氮、磷、钾肥利用率分别为21.78%、24.58%、22.95%，磷肥利用率显著高于张福锁等的试验结果，可能是由于磷肥用量下降所致，氮肥、钾肥的利用率有不同程度的降低，这与土壤的盐碱化有一定关系，盐碱化土壤结构差，保水保肥能力都有所减弱，加上玉米生长水热同期，肥料养分的淋溶、挥发损失都增强，所以要重视缓控释肥或增效肥料的施用，降低总养分的投入量。

作物通过吸收土壤中的养分来满足其生长发育的需要，其中包括土壤部分和肥料部分，如何从肥料-作物-土壤系统中确定合理推荐施肥量是提高肥料利用率、实现作物高产高效、降低环境风险的决定性因素[14-16]。20世纪80年代土壤肥力水平普遍较低时，推荐施肥量的理论与技术主要基于目标产量估算施肥量或通过肥料效应函数计算经济合理施肥量[17-19]，近年来，盲目施用化肥，土壤氮磷钾逐渐积累导致土壤供肥能力随之增加，肥料的增产效应降低，肥料产量效应曲线的曲率变小，因此，由肥料效应函数计算出的经济最佳或经济合理施肥量的数值偏高[20]。本试验中综合考虑玉米产量、利润、肥料成本和养分在土壤中的残留，通过数学模拟获得夏玉米一元二次效应方程，得出夏玉米氮肥、磷肥、钾肥最高产量施肥量分别为210.11、76.97、141.06 kg/hm2；最佳经济施肥量分别为176.55、72.34、119.72 kg/hm2。由于经济施肥量受肥料和农产品市场价格的影响，不同年份会有所变化，在农业生产实际中可作为合理施肥的参考依据。

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