高效施肥国际植物营养研究所系列期刊 BETTER CROPS 中文版专刊 主编何萍 编辑陈防涂仕华李书田 孙桂芳 国际项目总部 Saskatoon,Saskatchewan,Canada A.M. Johnston,Vice President,IPNI Asia,Africa,and Middle

Transcription

1 高效施肥 BETTER CROPS CHINA 2016 年 5 月总第 36 期 本期文章 北方苹果生产中的 4R 钾肥管理 元素硫和硫酸盐混合颗粒肥及其在作物营养中的作用 化肥零增长下养分高效利用国际学术研讨会 在北京召开 高效施肥 更多文章敬请关注 2016 年 5 月总第 36 期 1

2 高效施肥国际植物营养研究所系列期刊 BETTER CROPS 中文版专刊 主编何萍 编辑陈防涂仕华李书田 孙桂芳 国际项目总部 Saskatoon,Saskatchewan,Canada A.M. Johnston,Vice President,IPNI Asia,Africa,and Middle East Group 理事会 Norbert Steiner,Chairman (K+S Aktiengesellschaft) Tony Will,Vice Chair (CF Industries) Mr. Dmitry Osipov,Finance Committee Chair (Uralkali) 行政办公室 Norcross,Georgia,USA T.L. Roberts, President,IPNI 美洲和大洋洲总部 Brookings,South Dakota,USA P.E. Fixen,Senior Vice President,IPNI Americas and Oceania Group and Director of Research 东欧 / 中亚项目部 2016 年 5 月总第 36 期 Moscow,Russia Svetlana Ivanova,Vice President,IPNI Eastern Europe / Central Asia 中国项目部何萍主任北京办事处 phe@ipni.net 李书田副主任北京办事处 sli@ipni.net 孙桂芳女士北京办事处 gfsun@ipni.net 陈防副主任武汉办事处 fchen@ipni.net 涂仕华副主任成都办事处 stu@ipni.net CONTENTS 目录 中国土壤有效磷的时空变化 ( ) 马进川何萍北方苹果生产中的 4R 钾肥管理李书田同延安崔荣宗汪仁 Alexey Shcherbakov 中国水稻生产及平衡施肥效果和技术简介陈防张过师涂仕华侧条施肥技术对宁夏水稻产量和氮素利用效率的影响刘汝亮王芳李友宏赵天成陈晨洪瑜土壤理化及生物特性和作物产量对生物炭的响应聂新星李志国不同控氮比对春玉米产量 效益及氮肥利用率的影响姬景红李玉影刘双全佟玉欣中国棉花的养分管理陈防汪霄内蒙古马铃薯氮磷钾养分管理段玉张君张三粉景宇鹏王博栗艳芳李书田中国油菜的生产及平衡施肥效果和技术简介陈防张过师控释肥对都市桂花苗圃环境效应的研究李在凤尹梅陈检锋王志远陈华付利波洪丽芳比较叶面施肥与土壤施肥对作物养分供应的优点与缺点涂仕华译元素硫和硫酸盐混合颗粒肥及其在作物营养中的作用谢玲译涂仕华校镍是植物营养元素 是真的吗? 涂仕华译作物营养中的锰涂仕华译 化肥零增长下养分高效利用国际学术研讨会 在北京召开网页 :http: // http: //china-zh.ipni.net 会员公司 : Agrium Inc. Arab Potash Company BHP Billiton CF Industries Holdings,Inc. Compass Minerals Plant Nutrition International Raw Materials LTD K+S KALI GmbH Kingenta Ecological Engineering Group Co. LUXI Fertilizer Industry Group OCP S.A. PhosAgro PotashCorp Shell Sulphur Solutions Simplot Sinofert Holdings Limited SQM The Mosaic Company Uralchem,JSC Uralkali Yara International ASA. The Government of Saskatchewan helps make this publication possible through its resource tax funding. We thank them for their support of this important educational project. 此刊物由加拿大萨斯喀彻温省政府资助 特此致谢! 高效施肥 为 IPNI 中国项目部的出版物, 每年五月及十月各一期 本刊物以推动科学化的合理施肥为目标 可免费向北京 武汉 成都办事处索取

3 中国土壤有效磷的时空变化 ( ) 马进川 1 何萍 1,2,3* (1. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 北京 ;2. 国际植物营养研究所北京办事处, 北京 ;3. 中国农业科学院与国际植物营养研究所植物营养创新研究联合实验室, 北京 ) 摘要 : 磷肥对作物产量的提高有着举足轻重的作用 本文利用 59,956 个土壤测试数据和 4,837 个田间试验数据对我国土壤有效磷的时空变化进行研究 结果表明, 从 1990 到 2012 年我国土壤有效磷含量呈上升趋势, 经济作物生产中磷肥的大量投入是导致土壤有效磷含量增加的主要因素 我国不同地区土壤有效磷含量差异显著, 迫切需要针对不同区域不同作物开展精准养分管理 关键词 : 土壤有效磷 ; 产量反应 ; 磷素养分管理 前言 磷 ( P ) 是作物生长所必需的矿质元素, 是集约化农 业生产中获得高产不可或缺的元素 在低磷土壤中, 施用磷肥是保持土壤磷素养分供应的一种有效途径 [1] 磷是不可再生资源, 大量磷肥的施用导致全球磷矿储量的急剧减少 因此, 通过合理施肥, 提高磷素养分利用效率对合理利用磷矿资源至关重要 土壤有效磷含量分析可以为磷肥的施用提供参考 在我国, 许多地区仍存在过量施肥问题并且已经引起了严重的环境问题 [2] 在农业生态系统中, 土壤磷素含量与土壤生产力紧密相关, 是衡量土壤肥力和品质的重要指标 磷肥施用直接影响土壤有效磷含量 为了保证土壤有效磷含量, 即使在不发达的国家也普遍施用磷肥 [3] 为保证粮食安全, 从上个世纪六十年代我国开始大量施用化学肥料, 包括磷肥 [4] 化肥的施用促进我国粮食产量的显著提高 [5], 然而磷肥的过量施用也导致了严重的环境问题, 如水体污染 研究表明在 2004 年我国平均磷素输入量为 1.26 公斤 / 亩 输出量为 0.95 公斤 / 亩, 导致了 0.31 公斤 / 亩的盈余 [2] 三湖 水域研究表明, 滇池 太湖和巢湖磷素总负荷量的 30-60% 38-90% 和 40-52% 均来自农业 [6] 因此, 了解土壤磷素状况对合理的磷素养分管理 提高磷肥利用效率和减少非点源污染至关重要 已有研究主要在流域 省和农田水平对磷素状况进行研究 [7-11], 全国层面上关于土壤有效磷时空变化的研究尚少 因此, 本研究对土壤有效磷含量在时间和空间尺度的变化及磷肥产量效应进行研究 1 材料与方法 1.1 数据来源土壤有效磷和作物产量数据来源于 年国际植物营养研究所中国项目数据库 在本研究中, 我们从数据库中得到 59,956 个土壤有效磷含量数据和 4,837 个田间试验数据 ( 图 1 ) 所有土壤有效磷含量数据均来源于田间试验, 播种前采集 0-20 厘米的土层, 用 ASI 法对土壤有效磷含量进行测定 [12] 作物产量数据包括施用氮磷钾肥所得产量数据 ( NPK, 氮磷钾施肥量根据土壤测试推荐 ) 和仅施用氮钾肥产量数据 ( NK, 在 NPK 处理的基础上不施用磷肥 ) 图 年试验点在五个区的分别 ( 其中 NE NC NW SE 和 SW 分别代表东北 华北 西北 东南和西南 ) 3

4 为分析我国土壤有效磷含量的空间变化, 基于地理位置和行政区划将全国划分为五个区, 分别为 : 东北 华北 西北 东南和西南 另外, 基于土地利用方式, 将每个区进一步划分为两个类型, 即粮食作物和经济作物类型区 粮食作物类型区指种植小麦 玉米 水稻, 经济作物类型区指种植马铃薯 大豆 蔬菜 水果 油菜籽 向日葵 棉花 糖类等经济作物 不同区域的土壤采样数量见表 1, 五个区的试验点信息参见前期研究 1.2 数据处理 [13] 用 SPASS 13.0 对数据进行方差分析, 并由 Sigmplot 12.0 作出相应的箱型图 用最小显著差数法 ( LSD ) 计算 0.05 水平下不同时期的平均值差 2 结果分析 年农田土壤有效磷变化研究结果表明, 从 1990 年到 2012 年土壤有效磷含量总体呈上升趋势, 线性回归分析表明, 其增长率为 1.51 为进一步分析影响土壤有效磷含量增长的主要因素, 我们根据土地利用类型进行研究 结果表明, 年粮食作物和经济作物土壤有效磷含量均呈增加趋势 基于线性回归分析, 粮食作物土壤有效磷含量增长率仅为 0.76, 与之相比经济作物同期大幅增加, 其增长率为 2.75( 图 2 ) 施肥方面, 粮食作物平均施磷量为 5.47 公斤 / 亩 ( P 2 O 5 ) ( 公斤 / 亩 ( P 2 O 5 )), 经济作物平均施磷量为 9.40 公斤 / 亩 ( P 2 O 5 )( 公斤 / 亩 ( P 2 O 5 )) 项目 土壤测试 相对产量 地区东北华北西北东南西南东北华北西北东南西南 表 1 我国不同地区和不同时期的试验观测数 ( 个 ) 全部作物 粮食作物 经济作物 1990s 2000s 1990s 2000s 1990s 2000s 高效施肥 2016 年 5 月总第 36 期 4 图 2 土壤有效磷含量随时间变化趋势

5 以上结果表明, 磷肥的大量投入是经济作物土壤有效磷积累的主要原因, 同时也是导致整体土壤有效磷含量增加的主要因素 2.2 土壤有效磷的时空变化自上个世纪 80 年代, 中国开始倡导平衡施肥 ; 然而, 在很多地区过量施肥仍是一个普遍现象, 不仅导致了土壤的退化也引起作物产量的下降 在我国, 不同地区土壤平均有效磷含量差异显著, 如东北 华北 西北 东南和西南土壤平均有效磷含量分别为 毫克 / 升 为了更好地评估土壤有效磷含量的时间变异, 本文比较了 1990 年代 ( ) 和 2000 年代 ( ) 两个时期土壤有效磷含量 结果表明, 土壤平均有效磷含量从 1990s 的 毫克 / 升增加到 2000s 的 毫克 / 升 从 1990s 到 2000s, 五个地区土壤平均有效磷含量分别增加了 10.1% 113.1% 23.1% 16.1% 和 21.4% ( 图 3 ) 从 1990 年代到 2000 年代, 五个地区粮食作物土壤平均有效磷含量分别增加了 7.4% ( 毫克 / 升 ) 37.1% ( 毫克 / 升 ) 2.2% ( 毫克 / 升 ) 2.1% ( 毫克 / 升 ) 和 1.3% ( 毫克 / 升 ); 经济作物土壤有效磷含量分别增加 19.7% ( 毫克 / 升 ) 155.4% ( 毫克 / 升 ) 36.8% ( 毫克 / 升 ) 38.4% ( 毫克 / 升 ) 和 46.8% ( 毫克 / 升 ) 2.3 不同地区作物的施磷效应相对产量, 用来评估作物的施磷效应, 由氮钾处理小 区所得产量除以氮磷钾处理小区所得产量计算得到 相对产量越大表明土壤基础磷素供应量越大 研究结果表明, 东北 华北 西北和东南地区作物相对产量相差不大, 分 别为 87.8% 87.8% 84.4% 88.1% 和 86.0%; 相对而言, 东南地区土壤基础养分磷素供应能力最高 ( 图 4 ) 时间变异分析结果表明, 相对产量从 1990 年代的 84.8% 增加 到 2000 年代的 87.4%, 但区域之间存在一定差异 如华北地区相对产量增加了 9.2%, 但其它地区之间没有显著差异 对粮食作物而言, 五个地区相对产量范围为 85.8% -89.0%, 与总的作物相对产量 % 相比差异不显著 粮食作物相对产量在东北 华北 东南 西南地区分别增长 2.6% 7.6% 6.9% 和 8.6%, 表明土壤基础磷素供应能力在 22 年有所提升 西北地区粮食作物相对产量从 1990 年代到 2000 年代下降了 4.9%, 这可能与当地 的环境条件, 作物类型和土壤理化性质有关 曹宁等 [14] 研究表明, 不同的环境条件, 作物系统, 和土壤理化性质对土壤有效磷的含量具有显著的影响, 也直接影响相对产 图 3 土壤有效磷含量的时空变化 量 在这五个地区, 经济作物相对产量没有显著差异 然而从 1990 年代到 2000 年代时间尺度上差异显著 五个地区中东北 东南和西南地区经济作物相对产量分别下降了 6.7% 6.0% 和 1.6%, 而华北和西北地区, 相对产量分别增加了 8.3% 和保持基本不变 经济作物相对产量数据结果表明, 东北 东南和西南地区土壤基础磷素供应能力下降, 而华北地区呈上升态势, 而西北地区基本保持不变 5

6 2/5 3 讨论 51 B B ඇևፕ แଡଉ!)ࠅ Q 3 P 6 0 చ * 2/3 含量 [15-17] 研究发现从 1990 到 2012 年土壤有效磷含量 1/9 31 随磷肥施用量的增加而提高 通过提高施肥量可以提高农 1/7 田生产力 该结果与 Hart[18] 研究结果一致 李海港等 [19] 1/5 研究表明全国土壤平均有效磷含量从 1980 的 7.4 毫克 / 公 1/3 斤增加 2007 年的 24.7 毫克 / 公斤 本研究与前人研究结 21 1 果一致 土壤有效磷从 1990 年代的 毫克 / 升增加 1/1 C 41 年的 到 2012 C 毫克 / 升 土壤平均有效磷含量的增 ဌଡଉ ፕ ဌଡଉ!)ࠅ Q 3 P 6 0 చ * 加主要由经济作物生产中大量施肥引起 如在蔬菜生产中 36 2/1 ܔ ଉ 41农业管理实践如轮作 施肥和耕作等影响土壤有效磷 2/1 2/3 磷肥的过量施用是普遍现象 [20] 1/9 31 相对产量是一个评价土壤肥力直接有效的指标 也 26 1/7 可用来评价土壤养分供应能力 [13 21] 在本研究中 虽然 1/5 21 粮食作物土壤有效磷含量低于经济作物 但除西南地区 6 外其它地区粮食作物的相对产量均高于经济作物 该结 1/3 果也说明除西南地区外 其它地区土壤磷素供应量更接 1 1/1 D 近粮食作物生长的需求 而对于经济作物的生产 应该 D ଡ ڦ ᅺጱᄢ ݴ 推荐施用更多的磷肥以满足高产的需求 该结果与经济 5 ଡ ڦ ᅺጱᄢ ݴ!)ࠅ 0ࠅ * 2/5 ঢ়षፕ 2/3 作物 ( ) 氮钾处理产量与氮磷钾处理产量之间的斜 2/1 4 率低于粮食作物 ( ) 相吻合 ( 图 5 ) 本文结论与土 1/9 壤速效钾时空变异研究结果一致 在不施用磷肥的情况下 1/7 1/3 1/1 3 经济作物减产比粮食作物更严重 [13] 1/5 1t แଡଉ 2不同作物和土壤类型 ( 包括土壤结构 ph 等因素 ) 对土壤临界值有明显影响 [22-23] 对大部分作物来说土壤有 1 效磷浓度在 毫克 / 升即能满足作物生产需求 2::1t!3111t!2::1t!3111t! 2::1t!3111t!!2::1t!3111t!2::1t!3111t!ঢ়ष!!ঢ়ष!!ঢ়ष!!ঢ়ष!!ঢ়ष ԛ!!!!! ԛ!!!!ဇԛ!!!!! ళ!!!!ဇళ 当 土 壤 有ፕ!ፕ!ፕ!ፕ!ፕ!ፕ!ፕ!ፕ!ፕ!ፕ 效 磷 浓 度 高 于 41.2 毫 克 / 升 时 土 壤 磷 素 具 有 ԛ!!!! ԛ!!!!ဇԛ!!!!! ళ!!!!ဇళ 淋 溶 风 险 然 而 65.6 毫 克 / 升 的 土 壤 有 效 磷 被 认 为 是 图 4 相对产量的时空变化 高效施肥 2016 年 5月总第 36 期 6 ڌ ت ଉDŽࠅ 0 చDž A ঢ়षፕ BDž ፕ y = 0.852x R² = y = 0.911x R² = ڌ ଡ ت ଉDŽࠅ చDž ڌ ଡ ت ଉDŽࠅ చDž 图 5 粮食作物与经济作物氮钾处理产量与氮磷钾处理产量相关性比较 ( A ) 粮食作物 ( B ) 经济作物 虚线为 1 : 1 界限

7 蔬菜生产所需磷素临界值, 其明显高于土壤淋溶风险临界值 [24-27] 因此, 对于蔬菜生产需要一套不同与其它作 图 6 不同地区粮食作物和经济作物的施磷量 ( A ) 吸磷量 ( B ) 和磷的偏因子养分平衡 ( C ) 物的养分管理体系 本文研究结果表明, 在 1990 年代, 除了华北和东南种植经济作物地区外, 其它地区土壤有效磷含量均处于作物生产临界值范围内 在 2000 年代, 东北和西南地区粮食作物土壤有效磷含量处于作物生产临界值范围附近, 其它地区粮食作物土壤有效磷含量均高于作物最佳产量临界范围但低于土壤淋溶风险值 对经济作物而言, 在华北和东南地区土壤磷素具有淋溶风险 其它地区经济作物土壤有效磷含量高于最佳产量临界值范围低于淋溶风险值 磷肥的大量施用, 不仅导致了农田磷素的非点源污染, 也引起了水体的富营养化 这个现象不仅是一个区域性问题同时也是全球面临的挑战 [28] 由长期过量施肥导致的磷素盈余是磷素扩散性损失的主要原因 [29] 控制额外磷素的输入是控制水体富营养化最有效的方法 [30] 在农业生态系统中, 理想的磷素循环是输入等于输出, 同时也最大化磷素的利用效率 本文引入磷的偏因子养分平衡 ( PPB ) ( 磷素总的输出量 / 磷素总的输入 ) 去评估磷素平衡状况 研究发现, 经济作物地上部分磷素吸收量均高于粮食作物地上部分磷素吸收量, 这也说明经济作物磷素养分移走量大于粮食作物 五个地区粮食作物和经济作物偏因子磷素平衡均有显著差异, 与已有研究 [31-32] 结果一致 ( 图 6 ) 鉴于不同地区土壤有效磷和偏因素磷平衡的显著差异, 急迫切需要针对不同区域的农田磷素养分管理 4 结论 磷是农业生产必需的大量元素, 我国平均土壤有效磷含量呈上升趋势 经济作物生产中磷肥的大量施用是导致我国土壤有效磷含量增加的主要原因 磷肥推荐, 对于粮食作物, 我们要保持土壤有效磷高于产量最低临界值同时低于淋溶风险值 ; 对于经济作物, 针对具有较高施磷产量反应的地区也要适当加大推荐施肥量 本文将为以后关于磷素养分循环和基于非点源污染下的养分管理提供参考 7

8 参考文献 [1] Ibrikci, H., Ryan, J., Ulger, A.C., et al. Maintenance of phosphorus fertilizer and residual phosphorus effect on corn production [J]. Nutr. Cycl Agroecosyst., 2005, 72(3): [2] Chen, M., Chen, J., Sun, F. Agricultural phosphorus flow and its environmental impacts in China [J]. Sci. Total Envir., 2008, 405(1 3): [3] Ryan, J., Masri, S., Pala, M. Residual and current effects of phosphorus in rotational trials [J]. Soil Fertility Workshop, Aleppo (Syria), Nov 1995, ICARDA., [4] 鲁如坤. 中国农业中的磷. 中国磷肥应用研究现状与展望学术讨论会 [C], 中国农业出版社, 中国南宁, [5] Sheldrick, W.F., Syers, J.K., Lingard, J. Soil nutrient audits for China to estimate nutrient balances and output/ input relationships [J]. Agric. Ecosyst. Environ., 2003, 94(3): [6] Chen, M., Chen, J., Du, P. An inventory analysis of rural pollution loads in China [J]. Water Sci. Technol., 2006, 54(11 12): [7] Chen, F.S., Zeng, D.H., He, X.Y. Small scale spatial variability of soil nutrients and vegetation properties in semi arid northern China [J]. Pedosphere, 2006, 16(6): [8] Huang, S.W., Jin, J.Y., Yang, L.P., et al. Spatial variability of soil nutrients and influencing factors in a vegetable production area of Hebei Province in China [J]. Nutr. Cycl. Agroecosyst., 2006, 75(1 3): [9] Zhang, X.Y., Sui, Y.Y., Zhang, X.D., et al. Spatial variability of nutrient properties in black soil of northeast China [J]. Pedosphere, 2007, 17(1): [10] Wang, Y.Q., Zhang, X.C., Huang, C.Q. Spatial variability of soil total nitrogen and soil total phosphorus under different land uses in a small watershed on the Loess Plateau, China [J]. Geoderma, 2009, 150(1): [11] Gao, R.T., Liu, S.Q., Zhang, Y.G., et al. Temporal spatial variability and fractal characteristics of soil nitrogen and phosphorus in Xinji District, Hebei Province, China [J]. Environ.Monit.Assess., 2011, 174(1 4): [12] Hunter, A.H. Laboratory and greenhouse techniques for nutrient survey to determine the soil amendments required for optimum plant growth. Mimeograph [J]. Agro Service International (ASI), Florida, USA., [13] He, P., Yang, L.P., Xu, X.P., Zhao, et al. Temporal and spatial variation of soil available potassium in China ( ) [J]. Field Crops Res., 2015, 173: [14] Cao, N., Chen, X.P., Cui, Z.L., et al. Change in soil available phosphorus in relation to the phosphorus budget in China [J]. Nutr. Cycl. Agroecosyst., 2015, 94(2 3): [15] Karasawa, T., Takebe, M. Temporal or spatial arrangements of cover crops to promote arbuscular mycorrhizal colonization and P uptake of upland crops grown after nonmycorrhizal crops [J]. Plant Soil, 2012, 353(1 2): [16] Cade Menun, B.J., Carter, M.R., James, D.C., et al. Phosphorus forms and chemistry in the soil profile under long term conservation tillage: A phosphorus 31 nuclear magnetic resonance study [J]. J. Environ. Qual., 2010, 39(5): [17] Messiga, A.J., Ziadi, N., Bélanger G., et al. Process based mass balance modeling of soil phosphorus availability in a grassland fertilized with N and P [J]. Nutr. Cycl. Agroecosyst., 2012, 92(3): [18] Hart, M.R., Cornish, P.S.Available soil phosphorus, phosphorus buffering and soil cover determine most variation in phosphorus concentration in runoff from pastoral sites [J]. Nutr. Cycl. Agroecosyst., 2012, 93 (2): [19] Li, H., Huang, G., Meng, Q., et al. Integrated soil and plant phosphorus management for crop and environment in China [J]. A review. Plant Soil, 2011, 349(1 2): [20] Yan, Z.J., Liu, P.P., Li, Y.H., et al. Phosphorus in China s intensive vegetable production systems:overfertilization, soil enrichment, and environmental implications [J]. J. Environ. Qual., 2009, 42(4): [21] X u, X. P, H e, P., Pa m p o l i n o, M. F, e t a l. Fe r t i l i z e r recommendationfor maize in China based on yield response and agronomic efficiency [J]. Field Crops Res., 2014, 157: [22] Poulton, P.R., Johnston, A.E., White, R.P. Plant available soil phosphorus. Part I:the response of winter wheat and spring barley to Olsen P on a silty clay loam [J]. Soil UseManage., 2013, 29(1):4 11. [23] Johnston, A.E., Poulton, P.R., White, R.P. Plantavailable soil phosphorus. Part II:the response of arable crops to Olsen P on a sandy clay loam and a silty clay loam [J]. 8

9 [24] [25] [26] [27] [28] Soil Use Manage., 2013, 29(1): 鲁如坤. 土壤磷素水平和水体环境保护 [J]. 磷肥与复肥, 2003, 18(1):4 8. 钟晓英, 赵小蓉, 鲍华军, 等. 我国 23 个土壤磷素淋失风险评 估 I. 淋失临界值 [J]. 生态学报, 2004, 24(10): Bai, Z.H., Li, H.G., Yang, X.Y., et al. The critical soil P levels for crop yield, soil fertility and environmental safety in different soil types [J]. Plant Soil, 2013, 372(1 2): 熊桂云, 刘东碧, 陈防, 等.ASI 法测定土壤有效磷 有效钾 和铵态氮与我国常规分析方法的相关性 [J]. 中国土壤与肥料, 2007, 3: Ryan, J., Ibrikci, H., Delgado, A., et al. Significance of phosphorus for agriculture and the environment in the west Asia and north Africa region [J]. Advan. Agron., 2012, 114: [29] Kleinman, P.J., Sharpley, A.N., McDowell, R.W., et al. Managing agricultural phosphorus for water quality protection:principles for progress [J]. Plant Soil, 2011, 349 (1 2): [30] Schelske, C.L.Eutrophication:focus on phosphorus [J]. Science, 2009, 324: [31] 刘钦普. 中国化肥投入区域差异及环境风险分析 [J]. 中国农业科学, 2014, 47(18): [32] 李书田, 金继运. 中国不同区域农田养分输入 输出与平衡 [J]. 中国农业科学, 2011, 44(20):

10 北方苹果生产中的 4R 钾肥管理 李书田 1 同延安 2 崔荣宗 3 汪仁 4 Alexey Shcherbakov 5 (1. 国际植物营养研究所北京办事处, 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 北京 ;2. 西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 ;3. 山东省农业科学院农业资源与环境研究所, 济南 ; 4. 辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所, 沈阳 ;5. Uralkali Trading SIA Singapore Branch,Singapore ) 摘要 : 苹果树体中的钾素含量比其他矿质元素高, 与苹果果实产量和品质密切相关 钾肥品种对苹果产量和品质的影响没有差异, 但秋季基 施结合果实膨大期追施钾肥有利于果实产量提高和品质改善 试验表明, 只要按照 4R 养分管理原则把合适的钾肥品种 用正确的用量 在 合适的时期施在正确的位置, 就能生产高产优质的苹果 苹果是中国主要水果之一, 面积 3400 多万亩, 产量约 4000 万吨, 占全国水果产量的 1 / 4 我国苹果主要分在陕西 山东 河北 河南 甘肃 辽宁等北方地区, 面积占全国的 80% [1], 也是这些地区农民增收的主要经济作物 合理施肥不仅保证苹果高产 优质, 还能增加收入 在苹果需要的营养中, 钾 ( K ) 起着至关重要的作用, 不仅影响产量, 还影响品质和耐储性 缺钾苹果产量显著下降 [2], 而钾过量会影响苹果钙营养, 诱发生理病害如苦痘病 [3] 因此, 合理的钾肥供应对提高苹果产量与改善品质至关重要 研究表明, 每生产 6 吨 / 亩苹果需要从土壤中吸收 N -P 2 O 5 -K 2 O 公斤 / 亩, 比例为 1 : 0.38 : 2.0 [4], 表明苹果树需要比 N 或 P 更多的 K 充足的钾素供应可增加果实含糖量, 改善果实色泽和风味 [5-6] 苹果施肥效应中, 施钾效应最高, 其次是施氮效应, 然后是施磷效应 [7-8] 另外, 钾还是品质元素 它显著影响果实硬度 可溶性固形物和可滴定酸含量 [9] 水培试验表明, 生长在含钾量高的营养液中的苹果比生长在含钾低的营养液中的 苹果品质好, 而且苹果含钾量高有利于储存 [10] 本文的目的是通过总结 IPNI 中国项目的研究结果结合文献综述阐明 4R 钾肥管理 ( 即把合适的钾肥品种 用正确的用量 在合适的时期施在正确的位置 ) 对北方苹果产量品质的影响和施肥建议, 为苹果高产优质生产提供技术参考 正确的钾肥品种 钾肥种类很多, 但在苹果生产中常用的钾肥品种有 KCl 和 K 2 SO 4,KCl 比 K 2 SO 4 价格低,K 2 O 用量相同情况下, 施用 KCl 可降低成本, 提高经济效益 在山东 15 年树龄果园的研究表明, 用 KCl 春季基施 0.6 公斤 K 2 O / 株比不施钾增产 16.7% [11] 陕西 5 年定位试验表 10 地点 辽宁 山东 陕西 钾肥品种不施钾 KCl K 2 SO 4 不施钾 KCl K 2 SO 4 不施钾 KCl K 2 SO 4 果实产量 ( 吨 / 亩 ) 3.77b 4.43a 4.41a 3.07b 3.23a 3.25a 4.45b 6.00a 5.34a 表 1 钾肥品种对苹果产量品质的影响 可滴定酸 ( % ) 0.37a 0.37a 0.36a 0.83a 0.78a 0.78a 0.27a 0.30a 0.24a 果实硬度 ( 公斤 / 厘米 2 ) 7.90b 8.40a 8.60a 7.22a 7.41a 7.17a 11.08a 9.84a 9.42a 可容性固形物 ( % ) 11.30b 12.60a 11.50b 10.80b 12.04a 11.88a 12.70a 12.30a 11.46a 注 : 苹果产量是两年平均产量, 品质指标来自第二年果实测定 每个地点数字后不同字母表示 5% 显著差异 K ( 克 / 公斤干物重 ) 7.07a 6.73a 6.93a 4.45b 5.18a 5.47a 6.63a 7.46a 6.74a

11 明, 秋季基施 KCl 0.25 公斤 K 2 O / 株, 增加 13 年树龄果园苹果产量 22.5%, 并增加果实硬度, 提高可溶性固形物含量 [12] 在辽宁 15 年树龄苹果园施用 K 2 SO 公斤 K 2 O / 株增加苹果产量 67%, 提高可溶性糖含量, 降低可滴定酸含量 [7] 在辽宁的另外一个试验表明, 施用 K 2 SO 公斤 K 2 O / 亩增加苹果产量和品质 [13] 在 巴西的研究表明, 尽管土壤交换钾含量高 ( 毫克 / 公斤 ), 施用 KCl 仍可改善果实品质, 且着色好 糖 含量高 酸含量高 [14] 有些研究比较 KCl 和 K 2 SO 4 对苹果产量和品质的影响 在 K 2 O 用量一致的情况下,K 2 SO 4 的增产效果优于 KCl [15], 而有研究指出,K 2 SO 4 与 KCl 相比在提高苹果品质上没有明显优势 [11] IPNI 中国项目在三地的试验表明, 施用钾肥比不施钾显著增加苹果产量, 相同用量 ( 0.30 公斤 K 2 O / 株 ) 下 KCl 对产量和品质的影响与 K 2 SO 4 相当 ( 表 1 ) / 亩的富士果园推荐平衡施肥量为 公斤 N-P 2 O 5 - K 2 O / 亩 [17] 在山东每生产 100 公斤苹果果 实推荐 公斤 N-P 2 O 5 - K 2 O / 亩 [18] 巴 西南部的研究表明, 欲获得 吨 / 亩的苹果最高产量, 每年需要施用 公斤 K 2 O / 亩 [2] 以上这些结果很难比较, 因为苹果的推荐施肥量受各种因素如树龄 气候因子 土壤基础养分状况和水分管理等的影响 确定 K 肥用量的另一个方法是依据果实 叶片和修剪枝条带走的 K 量而定 某一产量下施用适量的钾肥来补充移走的钾, 施用量比移走量多或少需根据土壤钾素水平和钾的损失情况确定 IPNI 中国项目研究指出, 在辽宁 山东和陕西果园每年通过果实 叶片和修剪枝条带走的 K 量平均分别为 公斤 K 2 O / 亩 ( 表 2 ) 理论上欲保持 K 平衡施钾量至少等于移走量 在土壤钾肥力低的土壤上,K 推荐量应高于移走量, 以逐渐培肥土壤, 而在土壤钾肥力高的土壤上, 正确的钾肥用量 我国苹果研究人员推荐苹果施用 N : P 2 O 5 : K 2 O 比例为 2 : 1 : 2 但实际推荐中富士苹果按照生产 100 公斤果实所需 公斤 N- P 2 O 5 - K 2 O 加上 200 公斤有机肥 [16] 来计算 然 而, 不同地区推荐量差异很大 例如, 目标产量 4 吨 / 亩的果园推荐施用 25.6 公斤 K 2 O / 亩加上 8000 公斤有机肥 在陕西渭北干旱地区产量 2 吨 表 2 不同地点的苹果园钾素年均移走量 地点 公斤 K 2 O / 株 0 果实叶片修剪枝条总量 ( 公斤 K 2 O / 亩 ) 辽宁 山东 高效施肥 陕西 年 5 月总第 36 期 11

12 施钾量应该低于移走量, 以利用土壤钾素 钾肥用量试验也可用于确定钾肥用量 IPNI 中国 项目试验表明, 在辽宁 山东 陕西果园施用 KCl 比不 施钾分别增加苹果产量 6.7%-25.5% 1.3%-5.6% 15.2%-34.9% 根据 KCl 用量和苹果平均产量的关系计 算出这三省经济最佳施钾量分别为 公斤 K 2 O / 亩 ( 公斤 K 2 O / 株 ), 最高产量施 肥量为 公斤 K 2 O / 亩 ( 公斤 K 2 O / 株 ) ( 图 1 ) 这一结果与西 10 年红富士果园 研究推荐 40 公斤 K 2 O / 亩 ( 0.36 kg K 2 O / 株 ) 的结果一 致 [19], 在辽宁红富士果园施用 44 公斤 K 2 O / 亩 ( 0.44 kg K 2 O / 株 ) 可获得最高产量 [20] 图 1 KCl 用量与苹果产量的关系 正确的钾肥施用时期 通常情况下从秋季收获到冬季苹果树体从土壤中吸收养分储存起来确保来年春季发芽 开花和新枝生长过程中充足的养分供应 养分吸收在春季开花后增加, 果实膨大到成熟达到吸收高峰 苹果树从土壤中累积钾主要发生在花期到果实膨大期 ( 4 月 30 日 - 9 月 21 日 ) 和秋季收获到冬季 ( 9 月 21 日 - 1 月 15 日 ) [21] 从 4 月 30 日到 7 月 30 日整株树体累积钾量增加 82.6%, 果实累积钾量从 7 月 30 日到 9 月 21 日显著增加 这些数据说明一年中生长后期的钾素营养对苹果产量和品质很重要 IPNI 中国项目研究表明, 把钾肥推荐量的一半或全部在开花期或果实膨大期施用比全部钾肥基施可获得更高的苹果产量 ( 表 3 ), 此结果与其他研究结果一致, 即 钾肥正确的施肥时期为果实膨大期 [5] 而有研究指出, 钾肥分次施用比全部基施增加苹果产量 20.5%-27.7%, 正确的施肥时期是 50% 的钾肥基施,50% 的钾肥果实膨大期施 [22] 然而, 值得注意的是施用钾肥降低果实钙 ( Ca ) 含量, 增加 K / Ca 比, 而且钾肥施用越晚越影响果实 Ca 含量, 导致果实硬度下降 ( 表 3 ) 果实硬度与果实钾或钙含量正相关, 但与 K / Ca 比呈负相关 ( 图 2 ), 与 Dilmaghani 等的研究结果相似 [23] Nava 和 Dechen 也指出, 施钾果实含钾量和 K / Ca 比高, 而果实 Ca 含量降低 [3] 这些数据说明施钾时补充钙素营养非常重要 12

13 表 3 KCl 施用时期对苹果果实品质的影响 地点 辽宁 山东 陕西 K 施用时期 - K 100% B 50% B+50% FE 50% FL+50%FE 100% FE - K 100% B 50% B+50% FE 50% FL+50%FE 100% FE - K 100% B 50% B+50% FE 50% FL+50%FE 100% FE 果实产量 ( 吨 / 亩 ) 3.87c 4.56b 4.83a 4.69ab 4.54b 3.03b 3.21a 3.31a 3.21a 3.14a 4.47b 4.54b 5.18a 5.61a 5.51a 硬度 ( 公斤 / 厘米 2 ) 7.90d 9.00a 8.80ab 8.60bc 8.57c 7.26a 7.30a 7.30a 7.30a 7.32a 11.08ab 10.95ab 11.31a 10.13ab 8.97b 注 : 果实产量为两年平均值,B: 基施,FE: 果实膨大期,FL: 开花期 K Ca ( 克 / 公斤干物质 ) 7.07a 1.03a 6.80b 0.93a 7.03a 0.93a 7.03a 0.97a 6.83b 0.50b 5.07c 0.47ab 5.33ab 0.43bc 5.48a 0.43ab 5.26bc 0.39cd 5.27b 0.38d 7.63a 1.17a 9.01a 0.97ab 7.52a 1.02a 8.01a 1.15a 8.56a 0.71c K / Ca 图 2 苹果果实硬度与果实 K Ca 含量及 K/Ca 比的关系 总之, 北方苹果正确的钾肥施用时期是秋季基肥和果实膨大期追施各半 正确的钾肥施用位置 苹果树水平根系主要分布在树冠投影区域, 根系深度分布在 厘米 这种根系分布有利于根区施肥时养分吸收 一般情况下有三种施肥方法, 包括环状沟施法 条状沟施法和从树干开始的放射施肥法, 具体用何种施肥方法取决于树龄和种植密度 幼树一般用环状沟施法, 即距树干 厘米挖 厘米宽 厘米深沟施肥 高密度果园通常采用条状沟施法, 即离树干 厘米沿树行开沟 ( 厘米宽 厘米深 ) 施肥 密度低大果树通常采用自树干放射性施肥, 即把肥料施在 离树干 50 厘米远 围绕果树 3-6 条长 米的放射 状沟 ( 厘米宽 厘米深 ) 中 以上三种施 肥方法都要注意避免挖沟时伤根, 并且施肥后覆土 灌水 另一种施肥方法是通过滴灌施肥, 灌溉施肥是把可溶 性养分通过与灌水结合施在根区, 是提高养分和水分利用 效率的好方法 Raina 等研究指出, 灌溉施肥比漫灌下的 常规施肥提高 35% 的苹果产量 节省 25% 的灌水 [24] 因 此, 在水分缺乏 肥料利用率低的北方苹果生产中灌溉施 肥是最合适的施肥方法 叶面施肥也可用于苹果各生育时期补充钾素营养 苹果果实膨大期液面喷施 K 2 SO 4 和其他营养元素如 Ca 是提高产量 改善品质 防止苦痘病等生理病害最有效 的方法 [5,25] 13

14 小结 这篇文章阐明了钾在苹果生产中的重要作用 KCl 和 K 2 SO 4 对苹果产量和品质的影响无显著差异 钾肥用量取 决于产量 钾素移走量以及土壤基础钾素状况 ; 钾肥在秋季收获后和果实膨大期各施一半有利于苹果产量提高和品质改善 钾肥施肥位置决定于树龄和密度 按照 4R 养分管理原则管理钾肥可获得高产和优质的苹果 14 参考文献 [1] 中华人民共和国农业部 (MOA). 中国农业统计资料 [M]. 北京 : 中国农业出版社, [2] Ernani PR, Dias J, Flore JA. Annual additions of potassium to the soil increased apple yield in Brazil [J]. Communication in Soil Science and Plant Analysis, 2002, 33(7&8): [3] Nava G, Dechen AR. Long term annual fertilization with nitrogen and potassium affect yield and mineral composition of Fuji apple [J]. Scientia Agricola(Piracicaba, Braz.), 2009, 66(3): [4] 高义民, 同延安, 路永莉, 等. 长期施用氮磷钾肥对黄土高原地区苹果产量及土壤养分累积与分布的影响 [J]. 果树学报, 2012, 29(3): [5] 王勤, 何为华, 郭景南, 等. 增施钾肥对苹果品质和产量的影响 [J]. 果树学报, 2002, 19(6): [6] 张立新, 张林森, 李丙智, 等. 旱地苹果矿质营养及其在生长发育中的作用 [J]. 西北林学院学报, 2007, 22(3): [7] 王春枝, 朱福磊, 刘丽杰, 等. 氮磷钾肥对红富士苹果产量品质和叶片矿质元素含量的影响 [J]. 中国果树, 2009,(2): [8] 孙霞, 柴仲平, 蒋平安. 氮磷钾配比对南疆红富士苹果产量和品质的影响 [J]. 干旱地区农业研究, 2011, 29(6): [9] 张东, 赵娟, 韩明玉, 等. 黄土高原富士苹果叶片矿质养分与果实品质相关性分析 [J]. 园艺学报, 2014, 41(11): [10] Yoshioka H, Aoba K, Fukumoto M, et al. Effect of nitrate and potassium nutrition on the storability of apple fruit [J]. Journal of the Japanese Society for Horticultural Science, 1989, 58(3): [11] 唐旭日. 密植苹果园施钾肥对产量及品质的影响 [J]. 北方园艺, 2007,(10): [12] 赵佐平, 同延安, 高义民, 等. 不同肥料配比对富士苹果产量及品质的影响 [J]. 植物营养与肥料学报, 2009, 15(5): [13] 薛文辉. 施用钾肥对苹果产量及果实品质的影响 [J]. 现代农业科技, 2015, 5: [14] Nava G, Dechen AR, Nachtigall GR. Nitrogen and potassium fertilization affect apple fruit quality in Southern Brazil [J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2008, 39(1 2) [15] 陈卫平, 渠慎春, 陈国强, 等. 配方施肥对苹果产量及品质的影响 [J]. 江苏农业科学, 2006,(5): [16] 席瑞卿. 苹果树养分吸收利用特征及其养分资源管理 [D]. 中国农业大学硕士学位论文, 2006:pp7. [17] 刘汝亮, 同延安, 高义民, 等. 渭北旱塬苹果园土壤养分状况分析与平衡施肥研究 [J]. 西北农林科技大学学报 ( 自然科学版 ), 2008, 36(3): [18] 郝文强, 李翠梅, 姜远茂, 等. 栖霞市苹果园养分投入状况调查分析 [J]. 山东农业科学, 2012, 44(6): [19] 金会翠, 张林森, 李丙智, 等. 增施钾肥对红富士苹果叶片营养及果实品质的影响 [J]. 西北农业学报, 2007, 16(3): [20] 冯振. 不同施钾水平对红富士苹果产量和品质的影响 [J]. 安徽农学通报, 2015, 21(03 04): [21] 樊红柱, 同延安, 吕世华, 等. 苹果树体钾含量与钾累积量的年周期变化 [J]. 西北农林科技大学学报 ( 自然科学版 ), 2007, 35(5): [22] 路永莉, 杨宪龙, 李茹, 等. 不同施钾时期对红富士苹果产量和品质的影响 [J]. 应用生态学, 2015, 26(4): [23] Dilmaghani M R, Malakouti MJ, Neilsen GH, et al. Interactive effect of potassium and calcium on K/Ca ratio and its consequences on apple fruit quality in calcareous soils of Iran [J]. Journal of Plant Nutrition, 2004, 27(7): [24] R aina JN, Suman S, Kumar P, et al. Effect of drip fertigation with and without mulch on soil hydrothermal regimes, growth, yield, and quality of apple(malus domestica Borkh) [J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2013, 44: [25] Doroshenko T N, Ostapenko V I, Ryazanova L G. Formation of the quality of apple fruits under the effect if the foliar application of potassium [J]. Russian Agricultural Sciences, 2005, 5:29 32.

15 中国水稻生产及平衡施肥效果和技术简介 陈防 1,3 张过师 1,3 涂仕华 2,4 (1. 国际植物营养研究所武汉办事处, 武汉 ;2. 国际植物营养研究所成都办事处, 成都 ;3. 中国科学院武汉植物园, 武汉 ;4. 四川省农业科学院土壤肥料研究所, 成都 ) 一水稻生产的基本状况 人类栽培水稻的历史大约有一万年, 主要起源于泰国 缅甸和中国 世界上水稻品种成千上万, 但栽培稻 ( Oryza L. ) 均起源于野生稻, 包括籼稻 粳稻 黏稻 糯稻 深水稻 陆稻 从水稻种质资源类型来看, 普通栽培的水稻又可分为印度稻 ( Indica ), 日本稻 ( Japonica 或 Sinica ), 爪哇稻 ( Javanica ), 我国相应称之为籼稻, 粳稻, 爪哇稻 以上三个亚种中, 爪哇稻实际属于中间类型 从主要稻作类型与分布来看, 世界上灌溉稻有 7900 万公顷, 占 52%; 雨养稻约 5400 万公顷, 占 34%; 旱稻约 1500 万公顷, 占 10%; 深水稻 浮稻约 500 万公顷, 占 3-4% [1] 目前全世界水稻常年种植面积基本稳定在 1.5 亿公顷, 各大洲均有水稻栽培, 其中亚洲水稻面积约占世界的 90%, 美洲约占 4%, 非洲约占 3% 栽培大国主要是中国 ( 约占世界水稻面积的 20%, 产量的 32% ) 和印度 ( 约占世界水稻面积的 29%, 产量的 22% ), 此外还有孟加拉 印尼和泰国, 这些国家的水稻面积达本国作物栽培面积的 70% 亚洲的印度 中国 印尼 泰国和菲律宾 5 个国家的水稻栽培面积占了全世界总面积的 65% 虽然全世界水稻栽培的总面积变化不大, 但近几十年来随着良种和改良栽培技术的推广, 水稻单产已大幅提高, 平均产量从 1975 年的 113 公斤 / 亩增加到 2008 年的 275 公斤 / 亩 目前各主要水稻生产国的水稻主要用于本国消费, 仅有 6-7% 的稻谷用于出口 [2-3] 中国是世界上的水稻消费大国, 水稻种植面积占粮食种植面积的 1 / 3, 产量占粮食总量的一半, 人均年消费稻米 150 公斤以上 中国稻作分布广泛, 从南到北跨越热带 亚热带 暖温带 中温带和寒温带 5 个温度带 除青海外, 从南到北 ( 海南 - 黑龙江漠河 ), 从东到西 ( 台湾 - 新疆 ), 不同海拔高度 ( 沿海平原 - 云南宁蒗县山区, 海拔 2965 米 ) 均有水稻种植 目前中国水稻种植主要在 秦岭 - 淮河以南并以籼稻为主, 而北方主要在东北地区并以粳稻为主 按世界品种类型划分, 中国目前籼稻约占 70%, 粳稻约占 30%; 杂交水稻和常规水稻约各占 50% ( 其中 : 杂交粳稻约占粳稻的 30%, 杂交籼稻约占籼稻的 70% ) 按世界稻作类型划分, 中国灌溉稻约占 93%, 雨养稻约占 4%, 旱稻约占 3% 按栽培季节划分, 中国早稻占 22.0%, 中稻 ( 单季稻 ) 占 55.5%, 晚稻占 22.5% 水稻的一生中从种子萌芽到新种子形成, 整个生育期需要 天, 经历发芽 出苗 分蘖 拔节 长穗 抽穗 结实等阶段 从生育进程来看, 要经历营养生长期 ( 包括秧苗期 分蘖期和拔节期 ) 和生殖生长期 ( 包括成穗期和结实期 ) [1] 二水稻的营养特性 水稻对土壤肥力和养分平衡状况较敏感, 任何一种必需营养元素的失调都会对其正常发育 产量形成和抗胁迫能力造成影响 土壤贫瘠时施肥往往增产提质, 但高量施肥常增产降质, 而单一高量施肥常减产且低质 适量施氮和分次施氮可提高水稻精米率 米粒透明度和蛋白质含量, 减少米粒的白垩和直链淀粉含量 水稻孕穗期追施氮肥通常可增加千粒重和蛋白质含量, 但过量施氮, 特别是在灌浆期过量施氮, 会由于蛋白质增加而导致稻米口味变差 不同土壤类型对稻米品质如蛋白质含量和垩白大小有明显影响, 种植在花岗岩母质发育的水稻土上的稻谷口感往往好于火山母质发育的水稻土, 湿地好于旱稻, 平原好于山区, 深耕及容重小的土壤好于浅耕和紧实的土壤 在不同的营养元素中, 水稻产量 品质和抗性受 N K 营养失调的影响最大, 其他养分如 P Zn S Si Mg Ca 等也有影响, 但不如 N 和 K 的影响大 到目前为止发现水稻必需的营养元素有 18 种 ( C,H,O,N,P, K,Si,Ca,Mg,S,Fe,Mn,Cu,Zn,B,Mo,Cl, 15

16 Se ) 通常每生产 100 公斤稻谷需要吸收 N 公斤, P 2 O 公斤,K 2 O 公斤,Si 公斤, 平均比例为 1 : 0.5 : 1.3 : 10.9 而且随着产量的提高, 每生产 100 公斤稻谷的养分需要量也随之升高 土壤氮 磷和硫的含量与水稻蛋白质 精米率和直链淀粉含量呈正相关, 锰含量高则垩白大, 香稻一般生长在含锌量较高的土壤上 钾素可以促进水稻氮的代谢和光合产物向子粒的输送, 研究表明, 施用钾肥可提高水稻的风选率 %, 增加糙米蛋白质含量 % [3] 另外, 施钾还可以减轻真菌病害, 且早稻和晚稻的趋势相同 三 IPNI 中国项目水稻平衡施肥的效果 自 1982 年开始至今, 国际植物营养研究所 ( IPNI ) 及其前身国际钾磷研究所 / 加拿大钾磷研究所 ( PPI / PPIC ) 中国项目部在全国范围的研究与技术示范合作项目中开展了 1500 余个水稻平衡施肥田间试验, 较全面地研究了平衡施肥对主产区水稻生产的影响和效果, 建立了全国水稻试验数据库, 并通过田间示范田 技术培训和新闻媒体等不同形式进行了大面积的技术示范和推广 水稻土壤养分的化验分析和平衡施肥研究结果表明, 全国约有 80% 的水田土壤缺氮且有机质低于 1.5%,40% 缺磷,45% 缺钾,65% 缺锌 根据多年多点的试验结果, 已初步提出水田土壤分析的有效养分含量临界值并用于区域性水稻推荐施肥 这些前期的研究结果为目前进一步实施 I P N I 的 4R 养分管理策略和应用开发水稻养分管理 专家系统 ( Nutrient Expert ) 打下了良好基础 [4] 根据 年 IPNI 中国项目在我国南方地区 8 个省的 46 个早稻氮肥试验,55 个磷肥试验和 55 个钾肥试验的统计结果表明 : 早稻施氮平均增产 22.6%, 氮肥农学效率 ( AE ) 为 11.9 公斤 / 公斤 N; 施磷平均增产 10.6%, 磷肥农学效率为 11.2 公斤 / 公斤 P 2 O 5 ; 施钾平均增产 11.2%, 钾肥农学效率为 5.5 公斤 / 公斤 K 2 O 晚稻施氮平均增产 26.2%, 氮肥农学效率为 11.5 公斤 / 公斤 N; 施磷平均增产 7.4%, 磷肥农学效率为 10.6 公斤 / 公斤 P 2 O 5 ; 施钾平均增产 12.3%, 钾肥农学效率为 7.2 公斤 / 公斤 K 2 O 中稻或一季晚稻施氮平均增产 24.8%, 氮肥农学效率为 9.2 公斤 / 公斤 N; 施磷平均增产 8.9%, 磷肥农学效率为 9.0 公斤 / 公斤 P 2 O 5 ; 施钾平均增产 8%, 钾肥农学效率为 4.6 公斤 / 公斤 K 2 O 总的来看氮肥的效果 好于钾肥, 钾肥的效果好于磷肥, 平衡施肥处理产量比习 惯施肥明显提高 [5-7] IPNI 中国项目近 10 年来的田间试验 示范 调查和中国农业年鉴的统计数据显示, 目前在我国南方地区早稻产量一般可以达到 433 公斤 / 亩, 晚稻产量一般可以达到 467 公斤 / 亩, 中稻 ( 一季晚稻 ) 产量一般可以达到 600 公斤 / 亩 我们的试验结果表明, 平衡施肥在早稻上产量可达到 562 公斤 / 亩, 平均增产 29.6%; 在晚稻上可达 580 公斤 / 亩, 平均增产 24.3%; 在中稻或一季晚稻上可达 647 公斤 / 亩, 平均增产 7.8% [8-10] 我国东北地区水稻平衡施肥试验结果也表明, 平衡施肥或推荐施肥处理通常比农民习惯施肥增产 7-16% 从水稻施肥的经济效益来看, 年的十年期间肥料市场上商品化肥的平均价格上涨明显, 以纯养分计算, 其中 N 平均价格上升了 48.1%,P 2 O 5 平均价格上升了 75%,K 2 O 平均价格上升了 236.8% 总的来看, 这十年中肥料价格的上涨幅度大于水稻价格的上涨幅度, 更是显著大于水稻产量的增加幅度 但由于产品价格对种植业纯收益的影响比较大, 因此, 产品价格的上升, 是在抵消了肥料价格上涨带来的效益下降之后, 还使同期水稻种植的纯收益上升了 % [11] 四水稻平衡施肥的策略与技术 与其他作物一样, 为了获得水稻高产优质和生态环境安全, 在水稻养分管理上我们提倡把正确的肥料品种, 以正确的用量在正确的时间施在正确位置 ( 4R 养分管理 ) 土壤是作物生长和农业生产的基础 因此, 当我们进行水稻施肥时首先应对土壤肥力状况有所了解, 必要时应取土化验或进行养分空白田间试验, 根据研究结果和种植的作物来选择合适的肥料并进行施肥量和施肥方法的推荐, 在条件允许的情况下尽可能采用增施有机肥 秸杆还田 稻草覆盖等农艺措施对土壤进行培肥 水稻生长过程中的养分管理特别是氮素的调控目前可以采用的几种主要方法包括 : 叶龄法 植株营养诊断法 目标产量法 定时 ( 实时 ) 监控法 根据前期的研究结果, 水稻的相应的大量元素施肥量一般为, 早稻 :N 公斤 / 亩,P 2 O 公斤 / 亩, K 2 O 公斤 / 亩 ; 晚稻 :N 公斤 / 亩,P 2 O 公斤 / 亩,K 2 O 5-7 公斤 / 亩 ; 中稻 :N

17 公斤 / 亩,P 2 O 公斤 / 亩,K 2 O 5-8 公斤 / 亩 在长江中下游地区, 一般中等肥力的水田每亩施用 N 公斤 / 亩,P 2 O 公斤 / 亩,K 2 O 4-8 公斤 / 亩 从施肥方式来看, 有机肥 磷 钾肥通常可作为基肥在插秧前一次施入, 钾肥亦可分为基肥和追肥分次施入 ; 氮肥 ( 普通尿素 ) 的 50-70% 作基肥, 其余可作分蘖肥 穗肥和粒肥分次施入 ; 亦可选用适合当地土壤条件的水稻专用肥及其配套施肥技术 [8] 在水稻施用缓控释尿素的情况下, 一般可将氮肥的用量减少 20% 左右 施肥时可将全部缓控释尿素作基肥, 或与普通尿素按缓控释尿素 70-80%, 普通尿素 20-30% 的比例配合施用 目前国际植物营养研究所中国项目正在全国范围内开发推广水稻养分管理专家系统 ( Nutrient Expert ), 该系统是在遵循 4R 养分管理策略的前提下, 以经过实际验证的数学模型和计算机程序为手段, 以大量的自然环境背景资料和当地作物种植的关键数据为基础, 充分考虑和利用土壤本身的肥力条件和养分资源 作物类型 轮作制度及肥料的种类, 在作物需要时给予施肥推荐的一种作物养分管理专家系统, 具有与作物反应的相关性好 操作简便 及时, 价格低廉 可利用网络进行推荐施肥等优点, 已在世界的许多国家和我国许多地区进行推广 参考文献 [1] 中国农业百科全书编辑委员会编, 中国农业百科全书 农作物卷 [M]. 北京 : 中国农业出版社, [2] 中国农业年鉴编辑委员会编. 中国农业年鉴 [M]. 北京 : 中国农业出版社, [3] Fang Chen, Kaiyuan Wan, Yong Tao, et al. Progress and strategy for rice nutrition management in China [J]. Proceedings of Plant nutrition Management in Sustainable Agriculture, Jiangxi People's Publish House, 2008, [4] 陈防, 郑圣先. 我国南方作物高效施钾技术的研究进展 [J]. 土壤肥料, 2004, (6): [5] 陈防, 刘冬碧, 熊桂云, 等. 中亚热带两种水稻土土壤养分空间变异的对比研究 [J]. 土壤学报, 2006, 43(4): [6] 刘冬碧, 熊桂云, 张继铭, 等. 湖北省粮食主产区土壤养分的空间变异性研究 [J]. 湖北农业科学, 2007, 46(6): [7] Xiaokun Li, Jianwei Lu, Lishu Wu, et al. The difference of potassium dynamics between yellowish red soil and yellow cinnamon soil under rapeseed (Brassica napus L.) rice (Oryza sativa L.) rotation [J]. Plant & Soil, 2009, 320: DOI / s [8] 刘冬碧, 范先鹏, 杨利, 等. 江汉平原水稻肥水管理现状与技术对策 [J]. 湖北农业科学, 2010, 49(8): [9] 王伟妮, 鲁剑巍, 陈防, 等. 湖北省水稻施肥效果及肥料利用率现状研究 [J]. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(2): [10] 汤雷雷, 万开元, 李祖章, 等. 施肥模式对双季稻产量 养分吸收及经济效益的影响 [J]. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(2): [11] 陈防, 张过师. 中国东南地区水稻和油菜化肥施用的产量和效益分析 [J]. 中国农学通报, 2014, 30(21):

18 侧条施肥技术对宁夏水稻产量和氮素利用效率的影响 刘汝亮王芳李友宏赵天成陈晨洪瑜 ( 宁夏农林科学院农业资源与环境研究所, 银川 ) 摘要 : 利用田间小区试验, 系统研究了基于缓释肥料的侧条施肥技术对水稻产量和氮素利用效率的影响 试验结果表明 : 与农民常规施肥处理 ( FP ) 比较, 侧条施肥技术高缓释肥处理 ( HF ) 水稻氮素投入比农民常规施肥处理 ( FP ) 降低约 40%, 水稻产量没有显著降低, 穗粒数比农民常规施肥处理增加了 8.36% 侧条施肥技术显著提高了水稻地上部吸氮量和氮肥偏生产力, 降低了氮素的表观损失量 侧条施肥各处理氮肥偏生产力在 公斤 / 公斤之间, 显著高于 FP 处理的 23.7 公斤 / 公斤 FP 处理氮素表观损失量高达 11.6 公斤 / 亩, 侧条施肥各处理表观损失量在 公斤 / 亩之间 综合考虑水稻产量和环境因素, 基于缓释肥料的侧条施肥技术是一种资源节约和环境友好的施肥技术 关键词 : 侧条施肥 ; 水稻 ; 产量 ; 氮平衡 18 随着农业生产水平日益提高, 农田尤其是稻田化肥过量施用导致的退水面源污染正在成为影响宁夏引黄灌区黄河水质的重要原因 长期以来, 大肥大水 促高产是农民追逐高产的主导思想, 宁夏引黄灌区化肥的投入已经处于较高水平, 加上大水漫灌等不合理灌溉方式, 不仅造成水资源的浪费, 而且还导致肥料流失严重 据统计, 宁夏引黄灌区近年来单位面积施用纯 N 量为 公斤 / 亩 [1-2] 氮素在土壤中的迁移受到灌溉的显著影响, 随着水分运移淋失是导致各种环境问题产生的直接原因 [3-4] 因此, 减少因稻田退水导致的农业面源污染对保障宁夏段黄河水质安全与整个黄河流域社会经济的可持续发展, 具有现实迫切性与长远的战略意义 选择适当的氮肥种类和改进施用方式是降低肥料用量和提高利用率的有效途径 [5] 近年来国内研究结果表明缓 / 控释肥料因其溶解和释放速度缓慢, 可以减少肥 料损失, 提高氮素利用率 [6] 翟军海等 [7] 报道了施用控 释 / 缓释肥料可使氮肥利用率达 60%-80%, 达到相同作物产量氮肥用量降低 10%-50%, 减少淋溶损失, 降低 NO 3 - N 污染 侧条施肥技术在提高氮肥利用率 降低养分流失方面效果显著, 为控制农业面源污染, 日本从上世纪 90 年代开始推广应用 侧条施肥是指利用侧条施肥机器在水稻插秧时将肥料呈条状集中施在水稻一侧 3-5 厘米左右, 施肥深度为 2-5 厘米, 肥料在水稻根际形成一个贮肥库逐渐释放供给水稻吸收, 降低了养分的固定和 流失, 从而提高了肥料的利用率 [8] 扈艳萍等 本研究由中国 - 国际植物营养研究所 ( IPNI ) 北京办事处, 宁夏农业综合开发办公室科技推广项目资助作者简介 : 刘汝亮 ( ), 男, 博士, 副研究员, 从事施肥与环境和农业面源污染防控,E mail:ruliang_liu@126.com 通讯作者 : 王芳 ( ), 女, 硕士, 研究员, 从事植物营养和农业环境保护研究,E mail:berrywang@vip.sina.com [9] 研究结 果表明, 水稻机插侧条施肥与常规施肥相比, 肥料利用率提高了 19. 9%, 增产 16.0% 国内将缓释肥料和侧条施肥技术结合起来的研究还未见报道, 本文利用中日政府合作项目 - 环境友好型农业技术开发和利用, 从日本引进了侧条施肥机在宁夏引黄灌区开展田间试验, 旨在明确基于缓释肥的侧条施肥技术对提高水稻产量和减少氮素损失的效果, 为环境友好型农业技术提供依据 1 材料与方法 1.1 试验地概况田间试验于 2011 年 4 月 - 10 月宁夏灵武市灵武农场三队农田进行 试验点位于东经 , 北纬 , 该区属温带大陆性半干旱气候, 海拔为 1110 米, 多年平均降水量 毫米, 年蒸发量 毫米, 平均温度 8.9, 全年日照 小时, 无霜期 163 天, 年平均积温为 供试土壤类型为灌淤土, 2011 年试验开始前农田土壤基本理化性质如表 1 所示, 供试田块土壤基础肥力中等偏上

19 表 1 供试土壤的基本理化性质 土壤层次 ( 厘米 ) 容重 3 ( 克 / 厘米 ) 质地 有机质 全氮 ( 克 / 公斤 ) 速效氮 速效磷 ( 毫克 / 公斤 ) 速效钾 0 ~ 中壤 试验设计田间小区试验设以下 5 个处理 :1 ) 不施肥料 ( CK ); 2 ) 低量缓释肥 ( LF );3 ) 中量缓释肥 ( MF );4 ) 高量缓释肥 ( HF );5 ) 农民常规施肥 ( FP ); 各处理施肥量见表 2 缓释肥料由山东烟台农资金太阳有限公司生产, 其中 N 含量为 23.0%,P 2 O 5 为 13.0%,K 2 O 为 10.0% 农民常规施肥处理氮素用尿素 (N,46%), 磷肥用重过磷酸钙 ( P 2 O 5,46% ), 钾肥用氯化钾 ( K 2 O,60% ) 缓释肥料全部做基肥在插秧时用机器一次施入, 农民常规处理 60% 的氮素肥料和全部磷钾肥料在整田时做基肥施入, 剩余氮肥分别在水稻分蘖期和孕穗期做追肥施入, 两次追肥量均为 20% 供试水稻品种为 96D10 5 月 20 日育秧,6 月 17 日插秧,10 月 12 日收获 用侧条插秧机配套的专用育秧盘, 每盘 448 穴 当秧苗高度长至 12 厘米左右时用侧条施肥机器插秧 水稻株距为 16 厘米, 行距 33 厘米, 每穴 3-4 株 试验小区长 43.5 米, 宽 7.8 米, 面积 340 米 2 各试验小区之间在水稻种植前用双层塑料膜隔离, 地下埋深 30 厘米, 地面田埂包高 30 厘米, 以减少处理间的侧渗和 串流 每个小区都设有单独的排水口和灌水口, 单排单灌, 灌溉水引自黄河水, 其余田间管理同当地的农作习惯 水稻生长期间, 水不人为排出田外, 保持田面原有水深, 让其自然渗漏和蒸发 每个处理重复 3 次, 小区随机区组排列 水稻测产方法为小区全部收获, 同时采集 1.2 米的样品进行室内考种 1.3 测定方法水样硝态氮和铵态氮用法国产 FUTURA 流动分析仪测定, 土壤容重用环刀法, 土壤和植株全氮用凯氏法, 全磷用钼锑抗比色法, 全钾用火焰光度法 数据处理采用 EXCEL 和 SAS ( 8.0 ) 软件, 方差分析用 LSD 检验 2 结果与分析 2.1 侧条施肥技术对水稻产量的影响施肥是水稻获得高产的保障 试验结果表明, 各处理水稻植株和籽粒产量均随着施肥量的提高而增加 各施肥处理间比较, 农民常规处理 ( FP ) 子粒产量最高, 为 表 2 侧条施肥试验设计 表 3 侧条施肥对水稻产量的影响 处理 N P 2 O 5 ( 公斤 / 亩 ) K 2 O 缓释肥料用量 ( 公斤 / 亩 ) 处理 秸秆产量 ( 公斤 / 亩 ) 增产率 (%) 子粒产量 ( 公斤 / 亩 ) 增产率 (%) CK CK 196d d -- LF LF 274c c 48.1 MF MF 309c b 71.2 HF HF 362b a FP FP 386a a 注 : 同列内不同字母表示差异显著 ( p < 0.05 ), 下同 图 1 侧条施肥技术示意图 473 公斤 / 亩, 其次是高缓释肥 ( HF ), 子粒产量为 459 公斤 / 亩, 分别比对照提高了 247 公斤 / 亩和 233 公斤 / 亩, 但农民常规处理 ( FP ) 处理与高缓释肥处理 ( HF ) 间差异不显著 中量缓释肥 ( MF ) 处理子粒产量为 387 公斤 / 亩, 显著低于 FP 和 HF 处理 利用缓释肥料配合侧条施肥技术,HF 处理在氮素投入降低约 40% 的条件下, 水稻子粒产量与 FP 处理比较没有显著降低, 原因是因为缓释肥料在水稻根际附近形成的贮肥库可以缓慢释放养分供给水稻的需求, 为水稻产量形成奠定了基础 19

20 表 4 侧条施肥对水稻产量构成因素的影响 处理 CK 株高 69.4 c ( 厘米 ) 穗长 12.1 c 穗粒数 ( 个 ) 71.8 b 有效穗 ( 个 / 米 2 ) 182 c 千粒重 ( 克 ) 25.2 a LF 84.8 b 14.9 b 93.2 a 286 b 26.2 a MF 89.7 b 16.2 a a 347 a 26.7 a HF 97.8 a 17.8 a a 384 a 26.5 a FP 99.6 a 15.9ab a 417 a 23.8 a 水稻苗期之后分蘖消长是水稻生长发育的基本特性 之一, 也是形成水稻健康群体进而实现高产的前提 [11] 农民常规施肥处理模式一般为基肥占 60%, 分蘖期追施 20% 由于在水稻分蘖前就投入了大量的氮素, 能够促进水稻早生快发, 形成较高的分蘖数, 从而为水稻高产打下基础 缓释肥料由于前期分解速率慢, 势必会影响到水稻分蘖 在本研究条件下, 农民常规处理 ( FP ) 水稻有效穗为 417 个 / 平方米, 高于其它处理 高缓释肥处理 ( HF ) 由于在水稻生育后期可以持续提供养分供应, 提高了水稻的穗粒数, 比 FP 处理增加了 8.3%, 所以最终水稻产量并没有出现显著的降低 研究结果表明, 侧条施肥还可以降低水稻籽粒的空秕率, 提高千粒重, 从而增加水稻的产 量, 增产幅度在 16% 左右 [10,12] 2.2 侧条施肥技术对水稻氮素吸收和偏生产力的影响不同施肥处理对水稻秸秆吸氮量 籽粒吸氮量和地上部总吸氮量都有显著影响 氮素吸收累积主要在集中在子粒中, 作物秸秆也累积相当量的氮素, 且其与秸秆产量密切相关 水稻秸秆和子粒吸氮量随着施肥量提高而增加, FP 处理和 HF 处理水稻地上部总吸氮量显著高于其它施肥处理, 但 FP 处理和 HF 处理差异不显著 FP 处理吸氮量为 10.5 公斤 / 亩, 其次为 HF 处理的 9 公斤 / 亩, 其它施肥处理总吸氮量显著低于 FP 处理和 HF 处理 HF 处理可以满足水稻生育期对氮素的需求, 在减少氮肥用量表 5 侧条施肥对水稻氮素吸收和氮肥偏生产力的影响 处理 秸秆吸氮量子粒吸氮量总吸氮量氮肥偏生产力 ( 公斤 / 亩 ) ( 公斤 / 公斤 ) CK LF MF HF FP 1.0d 2.4c 2.8c 3.8b 4.6a 2.4c 2.8b 3.9b 5.2a 5.9a 3.3d 5.3c 6.7b 9.0a 10.5a 注 : 氮肥偏生产力 = 作物产量 / 施氮量 的前提下并没有减少植株对氮素的吸收量, 降低了氮素流失的风险 氮肥偏生产力 ( PFPN ) 表示施用每千克氮肥能生产的粮食产量, 其大小可以表征提高氮肥利用率的潜力 从 PFPN 角度评价了水稻氮肥生产效率情况, 结果表明, 施入每公斤氮肥不同施肥处理可生产作物子粒产量存在差异,PFPN 随着施氮量的增加呈现出降低的趋势 LF 处理 MF 处理 HF 处理和 FP 处理 PFPN 分别为 和 23.7 公斤 / 公斤 侧条施肥各处理的 PFPN 均显著高于农民常规施肥 ( FP 处理 ) 可见, 侧条施肥技术可以显著提高氮肥的生产效率 2.3 侧条施肥技术对土壤 - 水稻体系中氮素表观平衡的影响根据水稻整个生育期间的氮素输入和输出项, 以 厘米深度土层为界面, 计算水稻 - 土壤体系内氮素表观平衡, 结果如表 6 所示 氮肥投入和残留的 Nmin 是当季水稻的主要氮素输入途径, 其次是灌水带入的氮, 稻田土壤长期处于淹水状态, 矿化作用很难发生, 当季土壤氮素矿化量仅有 0.16 公斤 / 亩 水稻氮素输出主要是表观损失 水稻收获携走和土壤无机氮残留 氮素的表观损失量随着施氮量的增加表现为提高的趋势, 不同施肥处理下表观损失量分别为 公斤 / 亩, 最高的为 FP 处理, 显著高于各侧条施肥处理, 整个水稻生育期氮素的表观损失量为 11.6 公斤 / 亩, 其次是 MF 处理, 氮素的表观损失为 4.1 公斤 / 亩 各处理间土壤 Nmin 残留差异不大,CK 处理在水稻收获后 厘米土层 Nmin 是 3.6 公斤 / 亩, 而 FP 处理虽然施氮量高达 20 公斤 / 亩, 水稻收获后 厘米土层 Nmin 残留也只有 6.2 公斤 / 亩 说明施入的氮肥随着渗漏水淋洗损失严重, 大部分损失逸出了水稻 - 土壤体系, 造成对环境的潜在危害 20

21 表 6 水稻生育期 厘米土层氮素表观平衡 ( 公斤 / 亩 ) 项目 CK LF MF HF FP N 输入 施氮量 r 灌水带入氮 秧苗带入氮 播前无机氮 净矿化 Ne 总量 N 输出 水稻收获携走 残留无机氮 氮表观损失 总量 结论 1 ) 采用侧条施肥技术,HF 处理在氮肥用量减少约 40% 的条件下, 与农民常规施肥 ( FP ) 处理比较子粒产量没有显著降低 ;HF 处理水稻有效穗低于农民常规施肥, 但穗粒数比 FP 增加了 8.3% 2 ) 水稻地上部吸氮量随着施肥量提高而增加,FP 处理和 HF 处理水稻地上部总吸氮量显著高于其它处理, 但 FP 处理和 HF 处理差异不显著 氮肥偏生产力 ( PFPN ) 随着施氮量的增加呈现出降低的趋势, 侧条施肥各处理的 PFPN 在 公斤 / 公斤之间, 显著高于 FP 处理, 侧条施肥技术可以显著提高氮肥生产效率 3 ) FP 处理氮素表观损失量最高, 为 11.6 公斤 / 亩, 大部分氮素损失逸出了水稻 - 土壤体系, 造成对环境的危害 侧条施肥各处理氮素表观损失量在 公斤 / 亩, 显著低于常规施肥处理 参考文献 [1] 刘汝亮, 李友宏, 张爱平, 等. 育秧箱全量施肥对水稻产量和氮 [7] 翟军海, 高亚军, 周建斌. 控释 / 缓释肥料研究概述 [J]. 干旱 素流失的影响 [J]. 应用生态学报, 2012, 23(7): 地区农业研究, 2002, 20(1): [2] 张晴雯, 张惠, 易军, 等. 青铜峡灌区水稻田化肥氮去向研究 [8] 易军, 张晴雯, 王明. 宁夏黄灌区灌淤土硝态氮运移规律研究 [J]. 环境科学学报, 2010, 30(8): [J]. 农业环境科学学报, 2011, 30(10): [3] 刘汝亮, 李友宏, 张爱平, 等. 氮肥后移对引黄灌区水稻产量和 [9] 扈艳萍, 朱彪, 高振芹. 水稻机插侧条施肥效果研究 [J]. 辽宁 氮素淋溶损失的影响 [J]. 水土保持学报, 2012, 26(2): 农业科学, 2005, (3): [4] 赵营, 同延安, 张树兰, 等. 氮磷钾施用量对灌淤土水稻产量及 [10] 李昊儒, 梅旭荣, 郝卫平, 等. 山东省夏玉米侧条施肥技术应 肥料利用率的影响 [J]. 西北农业学报, 2010, 19(2): [5] 刘汝亮, 李友宏, 马世铭, 等. 供氮水平对引黄灌区春小麦氮平衡及产量和加工品质的影响 [J]. 干旱地区农业研究, 2011, 29(4): [6] 徐明岗, 李菊梅, 李东初, 等. 控释氮肥对双季水稻生长和氮肥利用率的影响 [J]. 植物营养与肥料学报, 2009, 15(5): [11] [12] 用研究 [J]. 中国农学通报, 2012, 28(27): 张惠, 杨正礼, 罗良国, 等. 黄河上游灌区稻田 N 2 O 排放特征 [J]. 生态学报, 2011, 31(21): 朱兆良, 张福锁. 主要农田生态系统氮素行为与氮肥高效利用的基础研究 [M]. 北京 : 科学出版社, 2010,

22 土壤理化及生物特性和作物产量对生物炭的响应 聂新星 1,2 李志国 1 (1. 中国科学院武汉植物园, 中国科学院水生植物与流域生态重点实验室, 武汉 ;2. 中国科学院大学, 北京 ) 摘要 : 生物炭作为一种新型的土壤改良剂在农业上的应用已展现巨大的前景 为促进生物炭在江汉平原灰潮土上的科学应用, 作者采用田间试验, 以冬小麦鄂麦 596 为供试作物, 研究了灰潮土土壤理化性质 微生物数量和冬小麦产量对施用生物炭 化肥及生物炭与化肥配施的响应 结果表明 : 单施生物炭与空白对照相比, 以及生物炭化肥配施与单施化肥处理相比, 施用生物炭能显著提高土壤有机碳和速效钾含量, 分别增加了 69.9% 和 21.5% 以及 47.1% 和 59.7%, 但短期内对土壤容重 ph 碱解氮 速效磷的影响不显著, 其中土壤 ph 和速效磷含量呈增加趋势, 而土壤容重和碱解氮含量呈降低趋势 施用生物炭还提高了冬小麦越冬期 抽穗期和成熟期土壤中的细菌和放线菌数量且在越冬期达到显著差异水平, 同时对三个时期内土壤中的真菌数量均表现出一定的抑制作用 单施生物炭与空白对照相比, 秸秆和籽粒干重分别增加 6.8% 和 4.2%; 生物炭与化肥配施与单施化肥相比, 秸秆和籽粒干重分别提高 4.4% 和 16.5% ; 且生物炭与化肥配施的秸秆和籽粒干重高于二者单施 总的来看, 施用生物炭能有效改善灰潮土理化性质和养分状况, 提高土壤细菌和放线菌数量, 在一定程度上促进了冬小麦产量的增加 关键词 : 冬小麦 ; 生物炭 ; 化肥 ; 土壤微生物 引言 生物炭 ( Biochar ) 是指生物质等在完全或部分缺氧条件下缓慢热解 ( 通常小于 700 ) 得到的一类高度芳香化 富含碳的固态物质 [1] 生物炭作为一种有效的土壤改良剂, 受到国内外学者的广泛关注, 并取得大量研究进展 [2] 通常来说, 生物炭呈碱性, 能提高土壤特别是酸性土壤的 ph 值 [3] ; 具有发达的孔隙结构及大量羟基 羧基基团 [4], 可以降低土壤容重 [5], 提高土壤的持水能 力 [6] 和阳离子交换量 ( CEC ) [7] ; 富含有机碳且含有一定 的矿质养分, 能提高土壤有机碳含量 有效性 [9-10] [8] 以及矿质养分的 等 因此, 生物炭施入土壤可以有效改善土 壤供应与协调水肥气热的能力, 促进作物生长和产量的增加 [11], 尤其是与矿质肥料配施增产效果更显著 [12], 但也有作物无增产甚至减产的研究报道 如 Kloss [9] 等研究了 3 种热解原料 ( 小麦秸秆 木屑 葡萄枝 ) 在不同温度下热解得到的生物炭施用到不同温带土壤中对轮作作物芥菜 大麦 红三叶草产量的影响, 结果表明 : 添加生物炭造成了前两季作物减产, 最高可达 68%; 而对第三季红三叶草的产量无显著影响, 甚至增产 6% Van Zwieten [13] 等则将造纸污泥热解得到 2 种生物炭单施或与化肥配施在 红壤和钙质土上, 结果表明 : 红壤上单施生物炭对小麦生物量无显著影响, 与化肥配施则显著提高小麦生物量 ; 而钙质土中, 生物炭 1 无论单施还是与化肥配施均显著降低小麦生物量, 而生物炭 2 对小麦生物量则无显著影响 这是因为生物炭对作物的增产效应受到土壤性质 生物炭特性与用量以及作物类型 气候区域等多方面的影响 [14] 因此, 为了加强生物炭在农业生产中的有效利用, 有必要开展不同气候区 不同土壤类型 不同作物类型等条件下生物炭对土壤的改良作用和作物学效应的研究 江汉平原是我国重要的冬小麦主产区, 灰潮土是其主要的耕作土壤类型之一 [15] 灰潮土砂粒含量较高, 易漏水漏肥, 保水保肥能力较差 [16], 施用生物炭能否有效改善灰潮土的理化性质, 促进作物增产, 还缺乏相关的研究报道 因此, 本研究拟通过田间试验探究生物炭及其与化肥配施对灰潮土土壤理化性质 微生物数量以及小麦产量等的影响, 以期为生物炭在江汉平原灰潮土上的推广应用提供依据 1 材料与方法 1.1 试验材料 试验于 2014 年 10 月 25 日至 2015 年 5 月 21 日在湖 22

23 表 1 供试生物炭基本化学性质和元素含量 ph 全氮 全磷 全钾 C Ca Mg Zn 生物炭 ( H 2 O ) ( % ) 北省武汉市农科院武湖试验基地进行 供试灰潮土的基本理化性质为 :ph 值 7.81, 有机质含量 克 / 公斤, 全氮含量 1.05 克 / 公斤, 速效磷含量 毫克 / 公斤, 速效钾含量 毫克 / 公斤 生物炭为竹炭, 由上海时科生物科技有限公司生产, 基本理化性质如表 1 供试小麦品种为鄂麦 596 土壤容重采用环刀法测定 土壤样品的测定均参照鲍 [19] 士旦 土壤农化分析 的测定方法 土壤 ph 值按土水 比 1 : 2.5 测定, 土壤碱解氮采用碱解扩散法测定, 速效磷采用碳酸氢钠 - 钼锑抗比色法, 速效钾采用乙酸铵提取 - 火焰光度计法测定, 土壤有机碳采用重铬酸钾氧化 - 外加热法测定 1.2 试验设计田间试验共设 4 个处理 : 空白对照 ( CK ); 单施生物炭 ( B ); 单施化肥 ( F ); 生物炭与化肥配施 ( BF ), 每个处理设 3 次重复, 共计 12 小区, 小区面积为 10 平方米, 随机区组排列 生物炭施用量根据前人研究结果设置为 1333 公斤 / 亩 [17] 化肥用量分别为 N : 12 公斤 / 亩 ; P 2 O 5 : 6 公斤 / 亩 ;K 2 O : 8 公斤 / 亩, 肥料品种分别为尿素 过磷酸钙 氯化钾 除氮肥用量的 50% 于拔节期追施外, 其余均为基施 小麦采用撒播播种, 播种量为 12 kg / 亩 分别于 2014 年 12 月 16 日 ( 越冬期 ) 2015 年 3 月 25 日 ( 抽穗期 ) 2015 年 5 月 21 日 ( 成熟期 ) 每小区按 S 型取样法布 5 点采集 0-10 厘米混合土样,4 保存用于微生物数量的测定 收获时采取小区单打单收, 取样烘干计算每小区的秸秆和籽粒干重 收获后取 0-15 厘米混合土样风干过筛, 用于土壤基本理化性质分析 1.3 测定项目与方法土壤微生物数量采用涂抹平板计数法 [18], 分别用 LB 培养基 马丁氏培养基 高泽氏一号培养基进行涂布培养, 细菌 30 下培养 1-2 天, 真菌 28 下培养 3-4 天, 放线菌 28 下培养 5-7 天, 对其进行菌落计数 1.4 数据处理采用 Excel 2010 进行数据的计算与处理, 采用 SPASS 16.0 软件对数据进行方差分析,LSD 法进行多重比较, 并用 Origin 8.6 作图 2 结果与分析 2.1 生物炭配施化肥对土壤理化性质和养分含量的影响研究结果表明, 与空白对照 ( CK ) 相比, 单施生物炭 ( B ) 能显著提高土壤有机碳和速效钾含量, 分别提高了 69.9% 和 21.5%, 土壤容重 ph 值和碱解氮 速效磷含量则无显著差异, 其中 ph 值和速效磷含量分别提高了 0.03 和 12.6%, 而土壤容重和碱解氮含量则分别降低了 2.0% 和 5.4%( 表 2 ) 与施肥对照 ( F ) 相比, 生物炭与肥料配施 ( BF ) 得到的结果与前述结果变化趋势基本一致, 土壤有机碳和速效钾含量显著提高, 分别提高了 47.1% 和 59.7%, 土壤容重 ph 值和碱解氮 速效磷含量则无显著差异, 其中 ph 值和速效磷含量分别提高了 0.04 和 32.1%, 而土壤容重和碱解氮含量则分别降低了 2.0% 和 2.5% 表 2 生物炭对土壤理化性质和养分含量的影响 处理 CK B F BF 容重 ( 克 / 厘米 3 ) 1.48±0.01a 1.45±0.01ab 1.47±0.02ab 1.44±0.01b ph ( H 2 O ) 8.11±0.03ab 8.14±0.01a 8.09±0.02b 8.13±0.01ab 有机碳 ( 克 / 公斤 ) 7.44±0.27b 12.64±0.85a 7.92±0.39b 11.65±0.59a 注 : 同一列的不同小写字母表示不同处理之间的差异显著 ( LSD 检验,p<0.05 ) 下同 碱解氮 51.57±0.62ab 48.77±3.27b 56.23±1.68a 54.83±1.63ab 速效磷 ( 毫克 / 公斤 ) 16.88±2.07b 19.00±0.43b 22.18±3.39ab 29.31±2.55a 速效钾 ±4.51c ±6.89b ±3.92c ±6.31a 23

24 表 3 生物炭对土壤细菌和放线菌数量的影响 处理 细菌 越冬期 放线菌 细菌 抽穗期 放线菌 细菌 成熟期 放线菌 CK ( 10 5 cfu / g ) 26.2±3.50c 35.23±2.23c ( 10 5 cfu / g ) ±4.64a 62.18±3.25a ( 10 5 cfu / g ) 84.50±2.77b 42.43±3.31b B 44.00±4.04b 57.23±1.35a ±3.20a 67.21±2.44a ±4.53a 46.97±2.11ab F 42.63±2.54b 44.43±3.31b ±7.01a 67.33±5.72a 93.00±4.45ab 46.67±3.38ab BF 63.48±3.00a 54.47±2.26a ±4.64a 73.78±3.89a ±7.70ab 56.47±2.66a 生物炭配施化肥对土壤微生物数量的影响 生物炭配施化肥对土壤细菌和放线菌数量的影响试验结果表明 ( 表 3 ), 土壤细菌和放线菌数量在冬小麦越冬期 抽穗期和成熟期总体呈先增加后降低的趋势, 表现为抽穗期土壤细菌和放线菌数量最高, 成熟期次之, 越冬期最少 与 CK 相比,B 处理土壤中的细菌和放线菌数量在小麦越冬期 抽穗期和成熟期分别提高了 67.9% 和 62.4% 8.7% 和 8.1% 29.1% 和 10.7%, 其中越冬期的细菌和放线菌数以及成熟期的细菌数均达到显著差异水平 与 F 处理相比,BF 处理土壤中的细菌和放线菌数量在小麦越冬期 抽穗期和成熟期也呈增加趋势, 分别提高了 48.9% 和 22.6% 1.2% 和 9.6% 7.5% 和 21.0%, 其中越冬期的细菌和放线菌数显著提高 说明施用生物炭能促进灰潮土中细菌和放线菌数量的增加, 且在越冬期作用效果更好 生物炭配施化肥对土壤真菌数量的影响由表 4 看出, 土壤中的真菌数量在冬小麦越冬期 抽穗期和成熟期也呈先增加后降低的趋势, 表现为抽穗期最高, 成熟期次之, 越冬期最少 与 CK 相比,B 处理的土壤真菌数在小麦越冬期 抽穗期和成熟期均呈降低趋势, 分别降低了 7.2% 8.2% 和 9.4%, 但差异均未达到显著水平 ; 与 F 相比,BF 处理的土壤真菌数在三个时期内也未显著变化, 除抽穗期真菌数有所增加外, 越冬期和成熟期也表现出降低趋势, 分别降低了 3.2% 和 8.1% 说明施用生物炭对灰潮土真菌数量有一定的抑制作用 表 4 生物炭配施化肥对土壤真菌数量的影响 处理 真菌 ( 10 3 cfu / g ) 越冬期抽穗期成熟期 CK B F BF 43.83±4.71bc 40.67±5.40c 60.23±3.68a 58.33±4.24ab 79.00±5.65a 72.53±4.00ab 60.80±2.02b 67.18±0.48ab 63.89±3.67a 57.89±5.59a 59.11±3.10a 54.33±4.19a 2.3 生物炭配施化肥对冬小麦秸秆和籽粒干重的影响与 CK 相比,B 处理的秸秆和籽粒干重分别增加 6.8% 和 4.2%; 而 BF 处理较 F 相比秸秆和籽粒干重也分别提高 4.4% 和 16.5% 说明施用生物炭当季也能在一定程度上促进冬小麦秸秆和籽粒干重的提高, 但差异未达到显著水平 此外,BF 处理的秸秆和籽粒干重高于 B 或 F 处理, 表明生物炭与化肥配施具有正的交互作用 3 结论与讨论 生物炭富含有机碳且呈碱性, 容重值远低于矿质土壤 [20], 因此施用生物炭通常会提高酸性土壤的 ph 值 有机碳含量, 土壤容重值则相应降低 [6] 本研究表明, 施用生物炭能显著提高灰潮土的有机碳含量, 同时降低了 土壤容重值, 但对 ph 值则无显著影响 这与陈心想 和 Zhao [22] 等的研究结果较为一致 这可能与灰潮土本身偏碱性, 盐基饱和度较高, 生物炭中可溶性的 K Ca Na Mg 等盐基离子不能显著提高灰潮土的盐基饱和度有关 生物炭具有发达的孔隙结构以及较大的比表面积, 且含有一定的 K Ca Mg 等矿质元素 因此, 生物炭既能通过直接添加作用, 也能通过提高土壤 CEC 来减少养分淋溶损失 [23], 从而提高土壤中养分的有效性 本试验结果表明, 施加生物炭对土壤碱解氮含量无显著影响, 且碱 解氮含量呈一定的下降趋势, 郭伟 [24] [21] 等也得到了相同的 研究结果 其原因可能是 : 一方面, 作为生物炭生产原料的有机质在热解过程中形成作物不能有效利用的杂环氮结构 [20], 生物炭对土壤矿质态氮的添加作用有限 [25], 且生物炭含碳量高, 能显著提高土壤 C / N 值, 降低了土壤微生物对有机氮矿化速率 [24], 最终导致土壤碱解氮的来源减少 ; 另一方面, 施入生物炭后土壤容重值降低, 土壤通气性得到改善, 且碱性灰潮土的 ph 值也有升高趋势, 从而加速了土壤中氨的挥发 [24] 此外, 单施生物炭或与化

25 肥配施均能提高作物籽粒干重, 作物对氮素的吸收增加, [26] 最终导致土壤碱解氮的去向增加 Angst 等研究发现, 生物质中的 P 和 K 在热解过程中绝大部分被保留到生物炭中, 且其有效性高 因此, 生物炭施入土壤可以提高土壤速效磷 速效钾含量 [6] 本研究也得到了较为一致的结果, 土壤的速效磷 速效钾含量均呈增加趋势, 且土壤速效钾含量显著提高 这除了生物炭自身含钾量较高 ( 1.88% ) 外, 还可能与生物炭提高土壤 CEC, 减少钾的淋溶损失, 以及生物炭对土壤中矿物钾的释放有促进作用等因素有关 土壤微生物是土壤有机物和矿物质的主要分解者, 在土壤 N P 等养分转化和循环方面扮演重要角色 [20], 是构成土壤肥力的重要因素 有关生物炭与土壤微生物的研究很多, 结果普遍表明 : 生物炭的多孔性可为微生物的生长与繁殖提供良好的栖息环境 [27], 且生物炭能有效改善土壤水分 养分 温度等影响微生物生长的因子, 从而显著提高土壤微生物的活性和数量 [28-29] 本研究表明, 施用生物炭后土壤中的细菌和放线菌数量增加, 且在小麦越冬期均达到显著水平, 原因可能是越冬期土壤温度较低, 但施用生物炭能降低土壤表面反射率, 提高土壤温度 [30], 从而使生物炭对土壤微生物数量的影响更加显著 生物 炭处理对各时期的土壤真菌数量的影响则不显著, 且表现出轻微的抑制作用, 这在一定程度上可减少小麦真菌类病 害的发生 顾美英等 [31] 在新疆灰漠土上研究生物炭对土 壤微生物数量的影响也得到了相似的结果 这可能与土壤 ph 值有关 [32], 真菌最适宜生长在酸性土壤中, 灰潮土偏碱性, 生物炭的添加对土壤 ph 值还有一定的提升作用 生物炭施入土壤对上述土壤或生物因子的改善, 往往会最终促进作物产量的增加 Uzoma [33] 等将牛粪生物炭施用在砂质土上, 结果表明, 土壤养分有效性增加, 玉米产量随生物炭施用量的增加而增加, 并在 1000 公斤 / 亩 时达到最大 王耀锋 [34] 的研究结果也表明, 单施生物炭 或与肥料配施均可提高土壤养分状况, 显著促进水稻产量增加 本试验中, 施用生物炭能有效改善土壤理化性质和养分状况, 提高土壤细菌和放线菌数量, 促进冬小麦秸秆和籽粒干重的增加 尽管施用生物炭后, 冬小麦秸秆和籽粒干重在当季未见显著提高, 但有研究指出, 生物炭的性质会随着施入土壤时间的延长而改变 [35], 对作物的增产效应也会随之变化 [36], 表现出一定的后效作用 因此, 为促进生物炭在灰潮土上更科学 合理的施用, 还有待进一步开展生物炭对灰潮土土壤性质改良以及作物学效应的田间长期定位研究 参考文献 [1] Lehmann J. Bio energy in the black [J]. Frontiers in Ecology and the Environment, 2007, 5(7): [2] 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 [J]. 中国农学通报, 2011, 27(15): [3] Smider B, Singh B. Agronomic performance of a high ash biochar in two contrasting soils [J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2014, 191: [4] Joseph S D, Camps Arbestain M, Lin Y, et al. An investigation into the reactions of biochar in soil [J]. Aust J Soil Res., 2010, 48: [5] Liang F, Li G T, Lin Q M, et al. Crop Yield and Soil Properties in the First 3 Years After Biochar Application to a Calcareous Soil [J]. Journal of Integrative Agriculture, 2014, 13: [6] Laird D A, Fleming P, Davis D D, et al. Impact of biochar amendments on the quality of a typical Midwestern agricultural soil [J]. Geoderma, 2010, 158: [7] Liang B, Lehmann J, Solomon D, et al. Black Carbon Increases Cation Exchange Capacity in Soils [J]. Soil Sci. Soc. Am. J., 2006, 70: [8] Glaser B, Haumaier L, Guggenberger G, et al. The 'Terra Preta' phenomenon:a model for sustainable agriculture in the humid tropics [J]. Naturwissenschaften, 2001, 88: [9] Kloss S, Zehetner F, Wimmer B, et al. Biochar application to temperate soils:effects on soil fertility and crop growth under greenhouse conditions [J]. J Plant Nutr Soil Sci., 2014, 177:3 15. [10] Glaser B, Lehmann J, Zech W. Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal a review [J]. Biol Fertil Soils, 2002, 35: [11] Steiner C, Teixeira W G, Lehmann J, et al. Long term 25

26 effects of manure, charcoal and mineral fertilization [25] Bridle T R, Pritchard D. Energy and nutrient recovery on crop production and fertility on a highly weathered from sewage sludge via pyrolysis [J]. Water Sci. Technol., Central Amazonian upland soil [J]. Plant and Soil, 2007, 2004, 50: : [26] Angst T E, Sohi S P. Establishing release dynamics for [12] 金梁, 魏丹, 郭文义, 等. 化肥单施及生物炭与化肥配施对土 plant nutrients from biochar [J]. GCB Bioenergy, 2013, 壤物理性质 大豆形态学指标及产量影响 [J]. 中国土壤与肥料, 5: , (2): [27] Warnock D D, Mummey D L, McBride B, et.al. Influences [13] Van Zwieten L, Kimber S, Morris S, et al. Effects of of non herbaceous biochar on arbuscular mycorrhizal biochar from slow pyrolysis of papermill waste on fungal abundances in roots and soils:results from agronomic performance and soil fertility [J]. Plant and growth chamber and field experiments [J]. Appl Soil Ecol, Soil, 2010, 327: , 46: [14] 卜晓莉, 薛建辉. 生物炭对土壤生境及植物生长影响的研究进 [28] Kolb S E, Fermanich K J, Dornbush M E. Effect of Charcoal 展 [J]. 生态环境学报, 2014, 23(3): Quantity on Microbial Biomass and Activity in Temperate [15] 朱应远. 江汉平原灰潮土几种旱作物锰肥效应研究 [J]. 华中农 Soils [J]. Soil Sci. Soc. Am. J., 2009, 73: 业大学学报, 1999, 18(5): [29] 陈心想, 耿增超, 王森, 等. 施用生物炭后塿土土壤微生物及 [16] 吴明来. 不同施肥方式对改良沿江灰潮土类耕地的效果分析 酶活性变化特征 [J]. 农业环境科学学报, 2014, 33(4): [J]. 现代农业科技, 2012, 20: [30] Oguntunde P G, Abiodun B J, Ajayi A E, et.al. Effects of [17] 曾爱, 廖允成, 张俊丽, 等. 生物炭对塿土土壤含水量 有 charcoal production on soil physical properties in Ghana 机碳及速效养分含量的影响 [J]. 农业环境科学学报, 2013, [J]. J Plant Nutr Soil Sci, 2008, 171: (5): [31] 顾美英, 徐万里, 唐光木, 等. 生物炭对灰漠土和风沙土土壤 [18] 程丽娟, 薛泉宏. 微生物学实验技术 [M]. 西安 : 世界图书出版 微生物多样性及与氮素相关微生物功能的影响 [J]. 新疆农业科 公司, 2000: 学, 2014, 51(5): [19] 鲍士旦. 土壤农化分析 [M]. 北京 : 中国农业出版社, 2008: [32] Rousk J, Brookes P C, Baath E. Contrasting soil ph effects on fungal and bacterial growth suggest functional [20] 武玉, 徐刚, 吕迎春, 等. 生物炭对土壤理化性质影响的研究 redundancy in carbon mineralization [J]. Appl Environ 进展 [J]. 地球科学进展, 2014, 29(1): Microbiol, 2009, 75: [21] 陈心想, 何绪生, 耿增超, 等. 生物炭对不同土壤化学性质 [33] Uzoma K C, Inoue M, Andry H, et al. Effect of cow manure 小麦和糜子产量的影响 [J]. 生态学报, 2013, 33(20):6534 biochar on maize productivity under sandy soil condition [J] Soil Use and Management, 2011, 27: [22] Zhao X, Wang J W, Xu H J, et al. Effects of crop straw [34] 王耀锋, 刘玉学, 吕豪豪, 等. 水洗生物炭配施化肥对水稻产 biochar on crop growth and soil fertility over a wheat 量及养分吸收的影响 [J]. 植物营养与肥料学报 ( 出版中 ). millet rotation in soils of China [J]. Soil Use and [35] Cheng C H, Lehmann J. Ageing of black carbon along Management, 2014, 30: a t e m p e r a t u r e g r a d i e n t [ J ]. C h e m o s p h e r e, 2009, [23] Laird D, Fleming P, Wang B Q, et al. Biochar impact on 75: nutrient leaching from a Midwestern agricultural soil [J]. [36] Liang F, Li G T, Lin Q M, et al. Crop Yield and Soil Geoderma, 2010, 158: Properties in the First 3 Years After Biochar Application [24] 郭伟, 陈红霞, 张庆忠, 等. 华北高产农田施用生物质炭对耕 to a Calcareous Soil [J]. Journal of Integrative Agriculture, 高效施肥 层土壤总氮和碱解氮含量的影响 [J]. 生态环境学报, 2011, 20(3): , 13: 年 5 月总第 36 期 26

27 不同控氮比对春玉米产量 效益及氮肥利用率的影响 姬景红李玉影刘双全佟玉欣 ( 黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所, 黑龙江省土壤环境与植物营养重点实验室, 哈尔滨 ) 摘要 : 通过田间试验, 研究相同氮肥用量条件下, 不同比例包膜控释尿素 ( CRU ) ( 100% 75% 60% 45% 30% ) 与普通尿素混合施用对春玉米产量 经济效益及氮肥利用率的影响 结果表明, 随着控释氮肥施用比例的增加玉米籽粒产量 生物产量及肥料利用率均呈现先增加后降低的趋势 与 100% 普通尿素一次性基施相比,45%-75% CRU 与普通尿素配比的处理玉米增产幅度及效益较高 ; 各配比处理平均增加氮肥农学效率 公斤 / 公斤, 增加氮肥利用率 3.1%-14.9% 其中哈尔滨地区以 60% CRU 处理玉米产量效益最高, 增产 13.2%, 增效 元 / 亩, 双城地区以 75% CRU 处理玉米产量效益最高, 增产 12.9%, 增效 93.5 元 / 亩 在黑龙江省早春冷凉的气候条件下, 玉米生产不宜施用 100% 控释尿素, 应将控释尿素比例控制在 45%-75%, 以达到高产高效的目的 关键词 : 控释氮肥 ; 春玉米 ; 产量 ; 氮肥利用率 氮肥是玉米生长发育过程中需求量最多的营养元素 不合理的氮肥施用不但降低了氮素利用率, 同时也增加了成本投入, 造成环境污染 [1-2] 控释尿素与普通尿素相比, 可以控制氮素的释放速率, 提高氮肥利用效率 [3-4], 增加作物产量 [5-6], 因此, 控释肥料已成为世界肥料研究的热点 [7], 也是肥料产业的发展方向 [8] 然而由于生产工艺及原材料等原因, 控释肥的价格偏高, 生产中若完全施用控释肥, 会影响经济效益 而速效肥料与控释肥混合施用在理论上可以满足玉米对氮素的需求, 是一条降低施肥成本的重要途径, 已经成为大田玉米生产中推广应用的一个方向 [9] 科学合理搭配控释尿素比例可以充分发挥不同特点肥料的最佳效率, 达到增产 节肥和省工的效果 [10] 本文通过大田试验, 研究不同控释尿素与普通尿素配合施用对春玉米产量 效益 光合特性及氮素利用效率的影响, 目的是明确春玉米普通尿素与控释尿素的适宜配比及其增产机制, 为黑龙江省制订春玉米高产优质安全的配方施肥生产方案提供理论依据 1 材料与方法 1.1 供试材料试验于 2013 年进行, 设在哈尔滨市民主乡现代农业示范园区和双城市双城镇中兴村两个典型玉米主产区 供试肥料 : 普通尿素 ( BU ) 为市售普通尿素 ( 含 N46% ), 控释尿素 ( CRU ) ( 含 N44% ) 由加阳公司 ( Agrium, Canada ), 控释期为 60 天 磷肥为重过磷酸钙 ( 含 P 2 O 5 46% ), 钾肥为氯化钾 ( 含 K 2 O 60% ) 供试玉米品种分别为德美亚 3 号和利民 33, 土壤类型为黑土, 基本理化性状列于表 试验设计试验设 7 个处理, 氮磷钾用量根据土壤测试结果和目标产量确定,N P 2 O 5 K 2 O 用量分别为 12 公斤 / 亩 4.5 公斤 / 亩和 4 公斤 / 亩, 氮磷钾肥全部基施 各处理 3 次重复, 小区面积 39 米 2, 随机区组排列 哈尔滨和双城玉米种植密度分别为 5000 株 / 亩和 4000 株 / 亩, 播种 表 1 供试土壤基本化学性状 高效施肥 地点 哈尔滨民主双城中兴村 有机质 ( 克 / 公斤 ) 全氮 碱解氮 有效磷 ( 毫克 / 公斤 ) 有效钾 ph 年 5 月总第 36 期 27

28 表 2 试验处理及养分用量 ( 公斤 / 亩 ) 处理编号 处理 N P 2 O 5 K 2 O 肥料投入成本 ( 元 / 亩 ) 1. N0 不施 N 肥 BU 100% 普通尿素 CBU100% 控释尿素 100% CBU75% +BU25% 控释尿素 75%, 普通尿素 25% CBU60% +BU40% 控释尿素 60%, 普通尿素 40% CBU45% +BU55% 控释尿素 45%, 普通尿素 55% CBU30% +BU70% 控释尿素 30%, 普通尿素 70% 日期分别为 5 月 17 日和 5 月 15 日, 收获日期分别为 9 月 27 日和 9 月 29 日 试验处理及养分用量如表 2 所示 1.3 测定项目及方法土壤基本化学性质 : 试验前按 S 点取样法采集 0-20 厘米耕层土壤, 采用常规方法分析土壤基本化学性质 产量及吸氮量 : 玉米成熟后, 取小区中间 4 垄 60 穗测产 采集各小区代表性玉米 5 株, 将植株和籽粒样品于 105 杀青 30 分钟,70 烘干, 称重, 凯氏法测定样品中全氮含量 1.4 数据处理及计算公式试验所得数据用 Excel 2007 和 SPSS 13.0 专业版数据处理系统进行统计分析 氮肥利用率 ( NUE )= [ 施氮处理氮素吸收量 - 不施氮处理氮素吸收量 ] / 施氮量 100% 氮肥农学效率 ( AEN )=( 施氮处理籽粒产量 - 不施氮处理籽粒产量 ) / 施氮量 氮收获指数 ( HIN% )= 玉米籽粒吸 N 量 / 玉米地上部植株总吸 N 量 100; 2 结果与分析 2.1 不同控氮比对玉米产量 效益的影响不同控释尿素 ( CRU ) 与普通尿素 ( BU ) 配比显著影响玉米产量 效益 ( 表 3 ) 哈尔滨和双城两地试验结果均表明, 控释尿素与普通尿素以一定比例混合施用均较普通尿素单独施用具有显著的增产作用, 且随着控释氮肥施用比例的增加籽粒产量及生物产量先增加后降低, 以 45-75% CRU 处理增产幅度较高 相同氮肥用量条件下, 与 100% 普通尿素一次性基施 ( 处理 2 ) 相比, 哈尔滨和双城不同控释尿素比例的处理 ( 处理 3 处理 4 处理 5 处理 6 和处理 7 ) 分别增产玉米 7.5%-13.2% 和 6.0%- 12.9%; 平均增效 9.1 元 / 亩 元 / 亩和 ( ) 元 / 亩 元 / 亩 ( 表 3 ) 其中哈尔滨地区以 60% CRU 处理玉米产量效益最高, 双城地区以 75% CRU 处理玉米产量效益最高, 这可能与两地区土壤基础肥力不同有关, 哈尔滨地区土壤初始速效氮 ( 碱解氮 ) 含量低于双城地区 ( 表 2 ), 因此应增加普通尿素施用比例, 降低控释尿素施用比例, 以保证玉米营养生长阶段充足的氮素供应, 双城地区则恰好相反 上述研究结果表明, 控释尿素与普通尿素 表 3 玉米籽粒产量 ( 公斤 / 亩, 干基 ) 处理 产量 ( 公斤 / 亩 ) 哈尔滨增产 ( % ) 增益 ( 元 / 亩 ) 产量 ( 公斤 / 亩 ) 双城增产 ( % ) 增益 ( 元 / 亩 ) 1. N0 2. BU 100% 3. CBU100% 4. CBU75% +BU25% 5. CBU60% +BU40% 6. CBU45% +BU55% 7. CBU30% +BU70% d c b ab a ab b b 10.4 a 13.2 a 10.1 a 7.9 b c 60.5 b a 80.4 ab 66.8 b f e d a ab bc cd d 12.9 a 11.0 ab 9.1 bc 7.1 c d 93.5 a 82.7 ab 72.7 bc 60.1 c 注 :2013 年普通尿素 2.3 元 / 公斤 ; 控释尿素 4.2 元 / 公斤 ; 三料 3.1 元 / 公斤 ; 氯化钾 4.2 元 / 公斤 ; 玉米平均价格 1.8 元 / 公斤 以处理 2 为对照, 计算增产率和效益增量 28