不同施肥处理对半干旱区土壤理化性质、玉米光合特性和产量的影响

玉米种植在我国具有悠久的历史。玉米在16世纪中叶被引入中国，已经具有400多年的种植历史，是中国三大粮食作物之一，产量约占全国粮食总产量的四分之一[1]。中国东北地区(包括吉林省、黑龙江省、辽宁省以及内蒙古)是我国“黄金玉米带”，提高东北地区玉米产量对于保证国家粮食安全具有重要的意义[2]。由于东北半干旱地区降水量少，而且降水在时间分布上明显不均衡，加之该地区时常高温，经常发生干旱[3-4]。干旱在玉米生长发育的各个阶段都有发生，且该地区是十年九春旱，在各类农业灾害中，干旱已成为影响东北玉米生产最主要的灾害[5-7]，因此，开展东北半干旱地区玉米抗旱技术研究非常必要。研究表明，施肥与作物抗旱性有着密切关系，营养元素间配合施用有利于提高作物的抗旱能力[8-10]。冯尚宗等[11]研究发现，施用氮肥和磷肥均能使玉米的株高和叶面积明显增加，是玉米获得高产的基础。吕金岭等[12]研究表明，不同营养元素与抗旱性的关系是不同的：如氮的抗旱作用随土壤干旱程度的加剧而降低，增施磷肥对植物的抗旱性一直表现为良好的正效应。农田土壤培肥是提高土壤综合生产力的关键，施肥可以改善土壤养分状况、土壤水分状况同时，施肥也影响玉米的光合特性。党翼等[13]研究表明，随着有机肥用量增加，玉米光合特性得到明显改善，但对于无机肥与有机肥配施对提高土壤抗旱性的研究较少。针对以上问题，本研究在东北半干旱地区白城市通榆县瞻榆镇进行了定位试验，通过监测玉米不同生育期土壤水分，测定玉米光合速率等各项生理指标、玉米的产量构成以及测定土壤田间持水量和饱和含水量、土壤容重、土壤养分含量，筛选出适合东北半干旱地区的土壤施肥技术，为该地区土壤抗旱增产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地点为吉林省白城市通榆县瞻榆镇向阳村(44°13′ N，122°02′ E)，地处松辽平原西部，地势平坦，平均海拔160 m，属北温带大陆性季风气候，年平均气温6.6 ℃，极端最低气温-25.9 ℃，极端最高气温40.5 ℃，无霜期162 d，年降雨量332.4 mm。土壤类型为盐渍化土壤，土壤肥力较低。

1.2 试验设计

试验设置农民习惯(CK)、单施秸秆(S)、化肥有机肥配施(NPK+M)和化肥秸秆配施(NPK+S)4个处理，每个处理3次重复，每个小区垄长10 m、垄宽65 cm共计8垄、株距15 cm、小区面积52 m2，试验采用随机区组试验排列。施肥量农民习惯为N 180 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 70 kg/hm2；其余肥料用量，根据当地的测土配方施肥的结果而定，无机肥料用量为N 231.2 kg/hm2、P2O5 85.9 kg/hm2、K2O 110 kg/hm2，农家肥施用量为23 000 kg/hm2，秸秆施用量为6 000 kg/hm2，基肥为1/3的氮肥、磷钾肥、有机肥和秸秆，追肥为剩余2/3的氮肥。供试玉米品种为当地的主栽品种领科128，种植密度为6.5万株/hm2。

1.3 测定内容及方法

采用土钻取样来测定玉米的苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期和成熟期垄上2行间0～100 cm土层土壤水分，每次取样间隔20 cm，土壤含水量测定采用烘干法；使用LI-6400XT光合系统分析仪测定穗位叶光合指标；玉米活体叶片叶绿素含量使用SPAD-502叶绿素仪测定；每个试验小区在玉米成熟期进行测产，选取10 m2左右的区域，确保玉米生长大小程度相似，采集10穗玉米鲜穗样本，用以考察行数、行粒数、百粒质量粒质量等玉米产量构成因素。产量根据各小区所采集的10穗籽粒风干质量(含水量以14%计)计算得出玉米产量构成指标；土壤基本理化性状测定参照农化分析方法；采用环刀法测定土壤饱和含水量、田间持水量和土壤容重。

1.4 数据统计及分析方法

采用Microsoft Excel 2016、SPSS软件进行数据处理、统计与分析，结果用平均值±标准差表示，P<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对玉米土壤基本理化性质的影响

由表1可知，施用有机肥料可以增加土壤有机质含量，降低土壤pH值，增加土壤中NPK的含量，尤其是显著(P<0.05)地提高了速效钾的含量，改善土壤养分状况，但是单施秸秆土壤中除了速效钾，速效养分均低于CK。与CK相比S、NPK+S、NPK+M分别使有机质含量增加了1.5%，3.5%，8.0%；使碱解氮含量降低了15.0%,增加了5.4%,16.2%；使速效磷含量降低了17.0%,增加了15.3%,24.0%；使速效钾含量增加了6.7%，37.0%，58.4%。

2.2 不同施肥处理对玉米土壤水分含量的影响

本试验对整个玉米生育期土壤水分的变化进行了监测。由图1可知，随着生育期的延长，土壤水分含量发生着变化，其中苗期土壤水分含量不同层次间差异不大，拔节期、抽雄期和成熟期均表现为下层土壤水分含量大于表层土壤含水量，土壤水分含量随土壤深度增加而增加；同一生育期，不同处理间变化规律性不强；在0～20 cm的土层中，抽雄吐丝期无机肥与有机肥配施处理土壤含水量显著增加，其他时期差异不显著，但从数值上看无机肥与有机肥配施处理略高。

由表2可知，施肥显著(P<0.05)地提高了土壤的田间持水量，同时提高了饱和含水量，降低了土壤容重。其他3种处理的田间持水量相比CK处理增加了0.82～2.94百分点，饱和含水量增加了0.09～5.33百分点，容重降低了1.3%，4.4%，8.2%。

2.3 不同施肥处理对玉米光合性状的影响

2.3.1 不同施肥处理对玉米净光合速率的影响由图2可知，同一生育期内，玉米在不同施肥处理条件下的净光合速率不同，大体上表现为NPK+M >NPK+S>S>CK，除了抽雄期NPK+S略低于CK与S；不同施肥处理中，净光合速率呈现出相似的变化趋势，净光合速率均表现为抽雄期>灌浆期。在抽雄期与灌浆期，有机肥与化肥配施可以显著(P<0.05)提高玉米的净光合速率。

2.3.2 不同施肥处理对玉米蒸腾速率的影响由图3可知，抽雄期不同施肥处理的蒸腾速率表现为CK>NPK+M>NPK+S>S；灌浆期不同施肥处理表现为CK> NPK+S>NPK+M>S；不同施肥处理中均表现为抽雄期大于灌浆期。在抽雄期，单施秸秆、有机肥化肥配施和有机肥秸秆配施处理下的玉米蒸腾速率显著(P<0.05)降低；在灌浆期，单施秸秆处理下的玉米蒸腾速率显著(P<0.05)降低。

2.3.3 不同施肥处理对玉米叶片气孔导度的影响图4是不同施肥处理对玉米不同生育期气孔导度的影响。由图4可以看出，在不同施肥处理条件下抽雄期玉米气孔导度均高于灌浆期玉米气孔导度；在同一生育期内，玉米叶片气孔导度呈现相同的变化趋势，均表现为NPK+M>NPK+S>S>CK，在不同生育期不同施肥处理中无机肥配施有机肥处理下玉米叶片气孔导度最高，可达0.44 mmol/(m2·s)，农民习惯最低，为0.095 mmol/(m2.s)。在灌浆期，单施秸秆、有机肥化肥配施和有机肥秸秆配施处理下的玉米叶片气孔导度显著(P<0.05)增高；在抽雄期，有机肥化肥配施处理下的玉米叶片气孔导度显著(P<0.05)增高。

2.3.4 不同施肥处理对玉米叶片叶绿素含量的影响由图5可以看出，随着生育期的延长，玉米叶片中叶绿素的含量在增加，无机肥有机肥混施处理数值最高，为66.47 mg/dm2；其次是无机肥配施秸秆，然后是农民习惯，单施用秸秆最低，为38.07 mg/dm2。在抽雄期，单施秸秆处理下的玉米叶片叶绿素含量显著(P<0.05)降低，有机肥化肥配施处理下的玉米叶片叶绿素含量显著(P<0.05)增高；在灌浆期，单施秸秆处理下的玉米叶片叶绿素含量显著(P<0.05)降低。

2.4 不同施肥处理对玉米产量性状的影响

从表3中可以得知，有机无机肥料配合施用有利于增加玉米产量构成指标，有利于提高玉米产量，其中玉米穗长受施肥的影响较小，施用有机无机肥料与农民习惯相比没有显著差异；玉米千粒质量受施肥影响较大，有机无机肥料施用能有效地提高玉米果穗质量和千粒质量，进而显著地(P<0.05)提高玉米产量，其中施肥NPK+M处理能最有效地增加玉米穗长、行数；单施秸秆与农民习惯相比玉米穗长、千粒质量都有所下降，玉米产量降低；由表4与可知，与CK相比，S、NPK+S、NPK+M处理产量分别降低了6.9%，增加了12.9%，16.5%。

3 结论与讨论

本试验在东北半干旱区的自然条件下，通过田间试验对不同施肥条件下盐碱地土壤理化性质、土壤蓄水量、玉米关键生育期光合指标和产量指标进行研究，明确有机培肥对增加土壤蓄水，改善玉米生长发育的养分状况及生理指标，促进玉米增产稳产，具有重要意义。不同施肥处理中施用有机肥对玉米

生长发育及产量提高有良好作用，其中有机无机肥料配合施用的效果最好。

土壤养分是由土壤提供的植物生长所必需的营养元素[14-15]。试验结果表明，施肥可以提高土壤中N、P、K含量和有机质含量，降低土壤pH，以有机无机肥料配合施用效果最佳。土壤中不同土层的水分含量受施肥处理的影响很小，但从试验所得的数据来看，在0～20 cm土层中，有机无机肥料配合施用处理下的土壤的含水量，田间持水量，饱和含水量均在数值上达到最大，大量研究结果表明，施肥可以提高土壤含水量，随着施肥量增加土壤含水量增加，水肥相互作用增强[16-17]，与本研究结果一致。结果表明，不同施肥处理对玉米光合性状的影响不同，有机无机肥料配合施用对玉米光合性状的影响较大，大量研究表明，N、P、K是植物生长和生理代谢的物质基础，N是光合作用关键酶和叶绿素合成的重要成分，通过提高合成叶绿素和酶的数量来提高玉米的净光合速率，P参与玉米的能量代谢，并在ATP反应中起重要作用，K可以促进蛋白质合成及碳水化合物转移[18-19]。有机无机肥料的合理配施能够促进植物更加均衡的吸收营养元素，提高玉米叶片的净光合速率、气孔导度、叶绿素含量，降低蒸发所损失的水分，进而促进植物鲜干质量的增加[20]。本试验研究结果与上述结果一致。不同施肥处理对玉米关键生育期的光合特性有影响，不同施肥处理表现：净光合速率NPK+M>NPK+S>S>CK，玉米蒸腾速率抽雄期CK>NPK+M>NPK+S>S；灌浆期CK> NPK+S>NPK+M>S，气孔导度NPK+M>NPK+S>S>CK。有机无机配施可以改善玉米光合性状指标，为玉米生长发育、稳产奠定基础。

根据周晶[21]研究不同有机肥处理下玉米农艺性状与产量间相关关系，穗长、行粒数和百粒质量是影响玉米籽粒产量的主要因素，本试验通过施肥增加了玉米根系所吸收的养分和水分，达到了增加玉米穗长、行粒数、千粒质量的效果，实现玉米产量的增加。可见有机无机肥配施可以显著地提高玉米产量。

综上所述，通过对东北半干旱地区土壤进行有机肥料与无机肥料的配合施用，能够改善土壤的基础理化性质，提高土壤含水量，提高玉米光合指标，促进玉米生长发育，改善产量构成因素，进而提高玉米产量。

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