平衡施肥对大豆产量及土壤_作物系统养分收支平衡的影响

2009年　　8月

大豆科学

S OY BE AN SC I E NCE

Vol 128　No 14Aug .　2009

平衡施肥对大豆产量及土壤2作物系统养分收支平衡的影响

收稿日期:2009203205

基金项目:农业部植物营养与养分循环重点开放实验室和国际植物研究所(I P N I )资助,国际合作项目(NMBF 2Heil ongjiang 22008)。作者简介:姬景红(19792),女,助研,博士,研究方向为农业环境与生态。E 2mail:jinghong_98@163.com 。

姬景红1,李玉影1,刘双全1,刘　颖1,张明怡1,韩　光1,史俊琴2,徐军生

3

(1黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所,黑龙江哈尔滨150086;2黑龙江省海伦市农业科学技术研究所,黑龙江海伦152300;

3

沈阳军区空军司令部克山农副业基地,黑龙江克山161600)

摘　要:以合理利用黑龙江省土壤养分资源,避免肥料浪费,达到大豆高产、优质和高效为目的,根据李比希最小养分率原理,设计了最佳处理,并在最佳处理的基础上做减素处理,以田间小区试验方法研究了黑龙江省大豆主产区平衡施肥条件下,大豆产量、各生育期养分吸收规律以及土壤-作物系统中氮磷钾三要素投入-产出平衡状况。结果表明:平衡施肥对海伦、宝清、克山大豆产量有明显的正效应,且有利于大豆植株对养分的吸收利用,开花期～结荚期以及鼓粒期～成熟期是大豆养分需求的关键时期。黑龙江省大豆主产区施N 52.5kg ・h m -2不足;施P 2O 5

75kg ・h m -2

过高;施K 2O 60kg ・h m -2

中部和西部地区不足,东部地区基本能满足大豆高产对钾的需要。三地区氮

肥利用率分别为37.8%、39.8%和39.3%;磷肥利用率分别为16.8%、19.7%和18.6%;钾肥利用率分别为

4315%、40.5%和25.3%。可见,黑龙江省大豆主产区大豆生产氮钾肥用量还有提高的空间,磷肥用量过高。

关键词:平衡施肥;养分平衡;大豆;产量

中图分类号:S158.3;S147.3　　　文献标识码:A 　　　文章编号:100029841(2009)0420678205

Effect of Ba l anced Fertili za ti on on Y i eld of Soybean and Nutr i en ts Ba l ance of

So il 2crop System

J I J ing 2hong 1

,L I Yu 2ying 1

,L IU Shuang 2quan 1

,L IU Ying 1

,Z HANG M ing 2yi 1

,HAN Guang 1

,SH I Jun 2qin 2

,XU Jun 2sheng

3

(1I nstitute of Soil Fertilizer and Envir onment Res ources,Heil ongjiang Acade my of Agricultural Sciences,Harbin,150086,Heil ongjiang;2I nstitute of Agri 2cultural Science and Technique of Hailun in Heil ongjiang Pr ovince,Hailun 152300,Heil ongjiang;3The Base of Keshan Agriculture Sideline Pr oducti on of ShenyangM ilitary A rea A ir Command,Keshan 161600,Heil ongjiang,China )

Abstract:According t o L iebig p rinci p le of m ini m u m nutrient rate,the op ti m al treat m ent and nutrient om issi on treat m ents were designed in order t o make s oil nutrient res ources used rati onally .S oybean yield,the nutrients abs or p ti on characteristic at different gr owing stages as well as the three ele ments of N,P and K input 2out put balance in s oil 2cr op syste m were studied under the conditi on of balanced fertilizati on by the method of field trial in the main s oybean p r oducing areas of Heil ongjiang Pr ovince .The results showed that balanced fertilizati on had a significant positive effect t o s oybean yield of Hailun,Baoqing,Keshan,and was conducive t o nutrients abs or p ti on and utilizati on of s oybean p lants .Fr om fl orescence t o pod 2setting and pod 2filling t o mature stage were the t w o critical peri ods of s oybean nutrients abs or p ti on .The a mount of N 52.5kg ・ha -1

could not satisfy the de mand f or high 2yielding s oybean;P 2O 575kg ・ha -1

could be able t o meet high yield of s oybean .The

a mount of K 2O 60kg ・ha

-1

was not enough t o s oybean for the central and western regi ons,but could satisfy f or eastern re 2

gi ons of Heil ongjiang Pr ovince .Fertilizer use efficiency of Hailun,Baoqing,Keshan were 37.8%,39.8%and 39.3%for ni 2tr ogen;1618%,19.7%and 18.6%f or phos phorus;43.5%,40.5%and 25.3%f or potassiu m,res pectively .The a mount of nitr ogen and potassiu m fertilizer should be i m p r oved and phos phorus fertilizer be reduced in the main s oybean p r oducing ar 2eas of Heil ongjiang Pr ovince .

Key words:Balanced fertilizati on;Nutrient balance;Soybean;Yield

　　农田系统养分循环与平衡是反映农田生产力状况的重要因素

[1]

。早在20世纪初,人们就从植物营

养生理的角度开始了营养物质循环平衡的研究[2-3]。只有通过养分循环研究,才能使有限的养分得到最大限度的利用;只有了解养分的平衡状况,才能对土壤养分水平的发展趋向进行预测,并采取合理的措施[4]。因此,研究土壤-作物系统的养分收支及平衡状况,既可为合理施肥提供理论基础又可为农业生产提供实践指导。

黑龙江省自然条件优越,土壤肥力水平较高,生产潜力大,是我国重要的商品粮生产基地。其中海伦市、克山县和宝清县分别位于黑龙江省中部、西部和东部,是我省大豆主产区,大豆年播种面积均占各地区耕地面积的50%以上。然而,由于近些年来农民盲目施肥,从这些地区土壤养分供应状况看,已经出现不平衡现象,不但造成肥料资源的大量浪费,同时也严重影响大豆产量和品质的提高[5]。因此,要在节约能源、保护生态环境的基础上进一步发挥农田土壤的生产潜力,提高大豆产量和品质,就必须注意养分平衡问题。通过合理施肥调节农田养分的循环和平衡是提高农田土壤肥力的主要手段[6-7]。为此,对黑龙江省的大豆主产区采取平衡施肥,并研究了大豆产量、各生育期养分吸收规律以及土壤2作物系统中氮磷钾三要素投入2产出平衡状况,以使平衡施肥更趋合理化,为黑龙江省大豆生产中养分资源合理利用与高效管理提供科学的理论依据。

1　材料与方法

试验分别设在黑龙江省海伦市、宝清县和克山县。海伦市大豆试验设在东林乡长荣村,土壤类型为黑土。土壤基本化学性质为:pH5.33、有机质82.5g・kg-1、铵态N12.2mg・kg-1、速效P16.3mg ・kg-1、速效K61.7mg・kg-1;大豆品种是品系3283。宝清大豆试验设在宝清镇连丰村,土壤类型为草甸黑土,土壤基本化学性质为:pH6.51、有机质36.6g・kg-1、铵态N9.7mg・kg-1、速效P10.7mg ・kg-1、速效K102.4mg・kg-1;大豆品种是垦丰16。克山大豆试验设在克山镇农业技术推广中心试验地,土壤类型为黑土。土壤基本化学性质为:pH 5192、有机质34.2g・kg-1、铵态N11.9mg・kg-1、速效P17.1mg・kg-1、速效K84.5mg・kg-1;大豆品种是7741。

共设6个处理,分别为OPT(最佳处理),O2N

(减氮处理)、O2P(减磷处理)、O2K(减钾处理)、CK (不施肥对照处理)、FP(农民习惯施肥处理),每处理设3次重复,小区面积30m2,随机区组排列。氮肥用尿素(含氮46%)、磷肥用重过磷酸钙(含P

2

O5 46%)、钾肥用氯化钾(含K2O60%)。2008年5月初播种,播种量55～60kg・hm-2,密度约28～30万株hm-2。氮、磷、钾肥全部做种肥一次施入。大豆成熟后每小区采3点,每点2m2,测量籽粒产量和秸秆产量。试验处理及养分用量见表1。

表1　大豆平衡施肥小区试验处理养分用量

Table1　Amount of app lied nutrient in s oil of

　　　　p lanting s oybean/kg・h m-2

处理Treat m ents　　　N P2O5K2O

最佳处理

Op ti m al treat m ent(OPT)

52.57560

减氮处理

N itr ogen om issi on treat m ent(O2N)

07560

减磷处理

Phos phorus om issi on treat m ent(O2P)

52.5060

减钾处理

Potassium om issi on treat m ent(O2K)

52.5750

不施肥对照

Check treat m ent(CK)

000

农民习惯施肥

Far mer usual p ractice treat m ent(FP)

659045

2　结果与分析

2.1　平衡施肥对大豆产量的影响

海伦、宝清和克山试验结果表明,OPT处理大豆产量最高,其它减素处理较OPT均有不同程度的减产(表2),说明最佳处理设计较为合理。从各地大豆产量平均值比较来看,与最佳处理相比,不施氮肥平均减产346kg・hm-2,减产率13.0%;不施磷肥减产482kg・hm-2,减产率16.9%;不施钾肥减产560 kg・h m-2,减产率19.0%;农民习惯施肥减产80kg ・h m-2,减产率6.6%;不施肥大豆减产658kg・h m-2,减产率23.0%。可见,在黑龙江省黑土上种植大豆必需施一定量的氮磷钾肥,这些营养元素缺乏和不均衡供给对大豆高产、稳产构成严重威胁,成为土壤养分因子和潜在因子,应该引起足够重视。

680　大豆科学

4期

表2　海伦、宝清、克山地区大豆产量

Table 2　Soybean yield of Hailun,Baoqing and Keshan /kg ・h m

-2

处理

Treat m ents 海伦Hailun

产量

Yield 减产率

Decrease /%

宝清Baoqing 产量

Yield 减产率

Decrease /%

克山Keshan 产量

Yield 减产率

Decrease /%

平均Mean 产量

Yield 减产率

Decrease /%

OPT 3042a A -3180ab A -2398a A -2873-O 2N 2881ab A 5.32900bAB 8.81802b A 24.9252813.0O 2P 2827b A 7.12430c C 23.61917ab A 20.1239116.9O 2K 2276c B 25.22570c BC 19.22094ab A 12.7231319.0CK 2081d B 31.62710c BC 14.81854b A 22.7221523.0FP

3018a A

0.8

3260a A

-

2101ab A

12.4

2793

6.6

　　由于克山地区在大豆鼓粒期严重干旱,使大豆产量偏低。

The l ow yield in Keshan regi on was caused by severe dr ought at s oybean pod 2filling stage .

2.2　平衡施肥对大豆养分吸收特性的影响

在海伦试验点,于主要生育时期采集大豆植株和籽粒样品,测定其生物量并分析其养分含量,从而计算其养分吸收量。分析结果表明,大豆植株氮、磷、钾养分含量在三叶期最高,三叶期～成熟期养分含量逐渐降低(图1)。随着生育期的推进,生物量逐渐增加,植株养分吸收量逐渐增大,开花期～结荚期大豆由营养生长转入生殖生长期,养分吸收形成一个小的高峰,由鼓粒期～成熟期是籽粒贮存养分旺盛期,养分吸收又形成一个大的高峰(图2)。因此在施肥上应注意这几个养分需求关键时期。从各施肥处理比较上看,在大豆生长的各个时期植株养分含量及养分吸收量均表现为OPT 处理最大,FP 处理其次,CK 处理最小。说明,平衡施肥有利于大豆对氮磷钾养分的吸收利用

。

A:Trefoil stage B:Fl owering stage;C:Pod 2setting stage;D:Pod 2fill 2ing stage;E:Mature stage

图1　不同生育期大豆植株养分含量

Fig .1　The content of nutrient in s oybean p lant

　　　　at different gr owing stages

2.3　平衡施肥对养分收支平衡的影响

氮、磷、钾是生长发育所必需的大量营养元素,

掌握该三要素在作物与土壤体系中的循环对平衡施

成熟期大豆养分吸收量为秸秆与籽粒养分吸收量的和

The a mount of abs orbing nutrient in mature stage =The amount of ab 2s orbing nutrient by p lant +Abs orbing nutrient a mount by grain .

图2　不同生育期大豆养分吸收量

Fig .2　The a mount of abs orbing nutrient in s oybean

　　　　at different gr owing stages

肥具有重要的意义。在各试验点于大豆收获期取样

分别测定各处理秸秆产量与籽粒产量,对植株和籽粒中全N 、全P 、全K 进行化验分析,然后计算植株、籽粒养分吸收量和表观平衡系数。海伦市、宝清县和克山县三点试验结果表明,在最佳处理的基础上不施氮肥(O 2N )除了会影响植株和籽粒对氮肥的吸收外,还会影响其对磷钾肥的吸收,同样在最佳处理的基础上分别不施磷肥(O 2P )和钾肥(O 2K ),会影响大豆植株和籽粒对氮钾和氮磷的吸收(表3)。这进一步说明平衡施肥对大豆养分的均衡吸收利用是十分重要的。

表3是大豆种植中土壤-作物系统养分收支平衡概算,由表3可以看出,各地区氮的平衡系数均小于1,在0.3左右,说明N 的投入量52.5kg ・h m -2

不能满足大豆高产的需要,即使大豆生物固氮能提供大约50%的氮源

[8-9]

,本试验的氮肥用量也不能满足大

豆高产的需要;磷的平衡系数均大于1,说明磷肥用

量P

2

O575kg・h m-2高于大豆正常生长发育需要量,

磷肥用量过高,且连年施用在土壤中富集较多,从经

济效益和环境效益双方面考虑,在OPT处理基础可

以适当减少磷肥施用量;海伦市和宝清县钾的平衡系

数小于1,说明该两地区K

2

O60kg・h m-2不能满足大

豆高产的需要;克山钾的平衡系数接近于1,说明K

2O

60kg・h m-2基本能满足该地区大豆高产的需要。通

过计算可知,海伦、宝清、克山三地区氮肥利用率分别

为37.8%,39.8%和39.3%;磷肥利用率分别为

1618%、19.7%和18.6%;钾肥利用率分别为43.5%、

4015%和25.3%,从肥料利用率数据上看,也可知各

地区大豆生产磷肥用量过高。

表3　土壤养分收支平衡概算

Table3　Nutrient balance budget of s oil of p lanting s oybean

地点Place

处理

Treat m ents

养分投入Nutrient input/kg・hm-2

N P2O5K2O

养分支出Nutrient out put/kg・hm-2

N P2O5K2O

平衡系数Balance coefficient

N P2O5K2O

1.OPT5

2.57560219.5

3.2075.910.24 1.410.79

2.O2N07560199.784

3.1468.200 1.740.88

海伦 3.O2P52.5060198.4840.66.570.2600.90 Hailun 4.O2K52.5750162.9032.6349.810.32 2.300

5.CK000148.2837.3348.44000

6.FP659045215.7446.4571.470.30 1.940.63

1.OPT5

2.5756023

3.3253.5483.280.23 1.400.72

2.O2N07560212.4346.5372.170 1.610.83

宝清 3.O2P52.5060179.5838.7958.830.290 1.02 Baoqing 4.O2K52.5750190.7540.8159.020.28 1.840

5.CK000194.4844.14.28000

6.FP65904523

7.8353.2479.080.27 1.690.57

1.OPT5

2.57560178.9941.7261.820.29 1.800.97

2.O2N07560158.3431.6748.940 2.37 1.23

克山 3.O2P52.5060139.0927.7844.680.380 1.34 Keshan 4.O2K52.5750153.6333.86.670.34 2.220

5.CK000134.7029.6844.86000

6.FP659045155.8735.3549.800.42 2.550.90

　　“养分支出”为植株与籽粒养分吸收量的和;N利用率=[OPT吸氮量2(OPT2N)吸氮量]/施氮×100%;P利用率=[OPT吸磷量2(OPT2P)吸磷氮量]/施磷×100%;K利用率=[OPT吸钾量2(OPT2K)吸钾量]/施钾量×100%。

“Nutrient out put”=Abs orbing nutrient a mount by p lant+Abs orbing nutrient a mount by grain;N utilizati on=[The a mount of abs orbing K of OPT treat m ent2The a mount of abs orbing K of(OPT2N)treat m ent]/The a mount of app lied N of OPT treat m ent×100%;P utilizati on=[The a mount of abs orbing P of OPT treat m ent2The a mount of abs orbing P of(OPT2K)treat m ent]/The a mount of app lied P of OPT treat m ent×100%。K utilizati on=[The a mount of abs orbing K of OPT treat m ent2The a mount of abs orbing K of(OPT2K)treat m ent]/The a mount of app lied K of OPT treat m ent×100%。

3　结论与讨论

平衡施肥主要指通过作物必需的各种营养元素的供应和协调,满足作物生长、发育的需要,从而达到提高产量和改善农产品品质,减少肥料浪费,防止环境污染的目的。通过对黑龙江省海伦市、宝清县和克山县等大豆主产区平衡施肥条件下,大豆产量及土壤-作物系统养分收支平衡状况的研究,得出主要结论如下:

黑龙江省大豆主产区大豆产量以OPT处理最高,其它减素处理较OPT均有不同程度的减产,说明,最佳处理设计较为合理。开花期～结荚期以及鼓粒期～成熟期是大豆养分需求的关键时期,且平衡施肥有利于大豆对氮磷钾养分的吸收利用。黑龙江省大豆主产区土壤养分收支不平衡现象较为明显。总体而言,N的投入量(N52.5kg・h m-2)不能满足大豆高产的需要;磷的投入量(P

2

O575kg・h m-2)过高;钾的投入量(K2O60kg・hm-2)中部和西部地区不足,东部地区基本能满足大豆高产对钾的需要量。

研究结果还表明氮磷钾各元素之间具有相互促进和相互制约的作用,一种元素的缺乏会影响大豆对其它两种元素的吸收利用,这与许多研究结果相一致[10-12]。许多相关研究表明,营养元素缺乏和不均衡供给会成为土壤养分因子和潜在因子,影响土壤-作物系统养分收支平衡,对作物高682

　大豆科学4期

产、稳产构成严重威胁,应该引起足够重视[13-16]。研究结果能够说明黑龙江省大豆主产区土壤养分收支状况,为这些地区肥料的合理施用提供了重要的理论依据。但由于大豆产量及品质还受土壤类型、气候、施肥及品种等因素的影响,不同地区、不同品种之间肥料用量也应具有一定的差异,这还有待于进一步深入具体的研究。因此,应根据各地区的具体情况如气候、土壤肥力特征等选取适宜的大豆品种,采取平衡施肥措施,尤其要注意氮磷钾肥的合理施用,使最佳施肥处理不断优化,以避免肥料浪费,达到大豆高产、优质和高效的目的。

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