不同裝土量對(duì)玉米氮磷有效性的影響

不同裝土量對(duì)玉米氮磷有效性的影響

松遼平原玉米帶是中國重要的玉米生產(chǎn)和出口基地。黑土是玉米帶最主要的土壤類型。松遼平原的黑土已全部開墾為農(nóng)田,玉米連作現(xiàn)象普遍,近年來,隨著黑土開墾和玉米連作年限的增長(zhǎng),肥力退化問題日益突出。從2002年起,趙蘭坡等對(duì)松遼平原玉米帶連作玉米黑土的耕作制度和土壤肥力現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查,發(fā)現(xiàn)由于不同的耕作制度,形成2種模式的剖面構(gòu)造類型——“波浪型”和“平面型”?！安ɡ诵汀逼拭娓麑虞^薄,最深處一般僅為15～20cm,而“平面型”剖面耕層深厚,一般可達(dá)28～35cm。為此,筆者根據(jù)現(xiàn)行耕作制度下產(chǎn)生的這2種剖面構(gòu)型引起的有效土量不同的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了不同裝土量的模擬盆栽試驗(yàn),旨在探討其對(duì)玉米植株、根系以及籽粒中氮磷養(yǎng)分含量及氮磷比的影響。1材料和方法1.1有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全磷、全磷、全磷、全磷、全磷、全磷、全磷、全磷、全磷、全氮h3供試土壤:吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)站中等肥力的玉米連作黑土,其理化性質(zhì)為:pH值6.74,有機(jī)質(zhì)32.50g/kg,全氮1.40g/kg,全磷0.57g/kg,堿解氮125.00mg/kg,速效磷26.40mg/kg。供試玉米品種:吉單209,屬早熟品種,成熟期125d。1.2對(duì)土的施肥量、整地方法和種植方式以現(xiàn)行的耕作施肥制度為背景,設(shè)計(jì)了不同裝土量對(duì)盆栽玉米植株養(yǎng)分含量影響的模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理(表1),每個(gè)處理重復(fù)9次,隨機(jī)排列,分3次取樣,同一處理每次取3盆。施肥處理采用大田常規(guī)施肥量,即按每公頃施用化肥600kg,其中,氮、磷肥比為3∶2,即尿素300kg,磷酸二銨200kg。采用一次性施肥制,即將氮肥、磷肥一次性作底肥施入。通過計(jì)算得出常規(guī)大田每公斤土應(yīng)施化肥量。現(xiàn)行耕作制度下,無論是“波浪型”犁底層,還是“平面型”犁底層,雖然裝土量差異較大,但施肥量是一致的,而且盆栽試驗(yàn)施肥量應(yīng)是大田的2～3倍。所以,該試驗(yàn)以10kg土為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算得出每盆應(yīng)施化肥量:尿素3g,磷酸二銨2g,將化肥與土壤充分混和后裝盆。盆缽為塑料桶,底部無孔,以防止土壤養(yǎng)分隨水流失。裝盆方法:首先,在塑料桶底部鋪墊1.5kg洗凈的碎石,以防止在水分過量時(shí)盆底根系淹水,造成根系呼吸困難,然后裝入經(jīng)與肥料充分混勻的風(fēng)干土,最后,在土層上均勻地覆蓋上1kg洗凈的細(xì)沙,以防止因太陽暴曬造成表層土壤干裂和澆水時(shí)土壤飛濺。澆水方法:第1次澆水按土壤重量使其達(dá)到土壤飽和含水量,以后根據(jù)天氣情況及土壤干濕度補(bǔ)水。玉米種子經(jīng)催芽后于2004年5月24日播種,每盆播種3粒,2004年5月26日開始出苗。1周后進(jìn)行定植。因?yàn)槊缙诘挠衩咨L(zhǎng)時(shí)間比較短,為避免個(gè)體差異過大,苗期取樣的18盆定植2株,抽雄期和成熟期取樣的定植1株。2004年6月5日以前盆缽放于培養(yǎng)場(chǎng)的玻璃室內(nèi),以提高土壤溫度,促進(jìn)玉米生長(zhǎng);2004年6月5日開始,除陰雨天外盆缽放在網(wǎng)室內(nèi)培養(yǎng),2004年9月開始為促進(jìn)玉米成熟,晚上放入玻璃室內(nèi),白天放在網(wǎng)室內(nèi)。1.3測(cè)量1.3.1土壤全氮含量測(cè)定土壤pH值采用電位法測(cè)定;土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定;土壤速效氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;速效磷含量采用0.5mol/LNaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定;土壤全氮含量采用半微量凱氏消煮法測(cè)定;全磷含量采用HClO4-H2SO4法測(cè)定。1.3.2植物的養(yǎng)分測(cè)定植株全氮含量采用H2SO4-H2O2-擴(kuò)散法測(cè)定;全磷含量采用H2SO4-H2O2消煮,釩鉬黃比色法測(cè)定。2結(jié)果與分析2.1不同體積的土壤含水量對(duì)玉米植物養(yǎng)分濃度和化學(xué)計(jì)量比的影響2.1.1不同施肥處理玉米植株氮濃度的比較氮素是植物生長(zhǎng)的重要營養(yǎng)元素之一,通過測(cè)定植物氮素含量可以了解植物從土壤獲取氮素的數(shù)量。從圖1、2可以看出,玉米苗期各處理植株中氮濃度均較高。對(duì)不施肥處理來說,fNF10和fNF15的玉米植株氮濃度分別為14.5、14.4g/kg,由于其裝土量較fNF5多,供肥能力較強(qiáng),能夠?yàn)橛衩滋峁┹^多的氮肥,所以,植株氮濃度較高;而fNF5由于裝土量少,不能為玉米生長(zhǎng)提供充足的氮素營養(yǎng)供玉米生長(zhǎng)需要,所以,植株氮濃度較低,僅為13.3g/kg。對(duì)施肥處理來說,由于每個(gè)處理施肥量相同,而其裝土量不同,裝土量少的處理化肥濃度較高,一方面有利于玉米對(duì)氮肥的吸收,另一方面由于土壤溶液濃度高而導(dǎo)致玉米燒苗,生長(zhǎng)緩慢,植株矮小,單位重量的植株含氮量較高,所以fF5的玉米植株氮濃度最高,為16.4g/kg;fF10和fF15玉米植株氮濃度相同,均為15.5g/kg。施肥與不施肥處理比較,施肥處理的氮濃度均高于不施肥處理。抽雄期各處理的玉米植株氮濃度較苗期均有大幅下降,sNF15氮濃度最低,僅為3.38g/kg,主要原因可能是其玉米長(zhǎng)勢(shì)明顯好于sNF10和sNF5處理,所以,單位重量的植株氮濃度相對(duì)較低。施肥各處理玉米植株氮濃度均較不施肥處理植株氮濃度高,施肥sF5和sF10氮濃度較高為6g/kg。玉米植株氮濃度較苗期均有大幅度下降,降幅最小的sF10仍在60%以上。成熟期,玉米植株氮濃度較抽雄期均有大幅下降,其中,tNF5植株氮濃度最低,僅為1.43g/kg,tNF10植株氮濃度與之相近,而tNF15氮濃度相對(duì)較高,主要原因可能是前兩者裝土量少,不能滿足作物生長(zhǎng)需要導(dǎo)致后期玉米早衰而脫肥,使植株氮濃度大幅下降。對(duì)施肥處理而言,tF10和tF15玉米植株氮濃度相對(duì)較低,而tF5的玉米植株氮濃度最高,主要原因可能是5kg土玉米較矮小,相對(duì)含氮量較高。2.1.2不同施肥處理對(duì)玉米植株磷濃度的影響磷是植物營養(yǎng)的三要素之一,一般認(rèn)為,植株磷含量:<1.50～2.00g/kg為缺乏,2.00～5.00g/kg為正常,玉米(抽雄期,穗軸下第一葉片)磷含量:<1.00g/kg為嚴(yán)重缺乏,1.50～2.40g/kg為輕度缺乏,2.50～4.00g/kg為正常。從圖3、4可以看出,苗期玉米植株磷濃度均較高,在正常值范圍內(nèi)(2.37～3.44g/kg),不施肥和施肥處理玉米植株磷濃度都隨裝土量增加而增加;施肥處理的玉米植株磷濃度高于不施肥處理,表明裝土量越多,土壤供磷能力越強(qiáng),玉米植株磷濃度越高,而且施肥亦能增加玉米植株磷濃度。這說明裝土量及施肥均對(duì)玉米植株磷濃度有較大的影響,裝土量增加和施肥都能增加玉米植株中磷濃度。抽雄期,玉米植株磷濃度較苗期磷濃度有大幅度降低,只有sF15的玉米植株磷濃度在正常值范圍內(nèi),其余各處理玉米植株磷濃度均低于正常值(1.55～2.17g/kg),表現(xiàn)為輕度缺磷。施肥與不施肥各處理玉米植株磷濃度均隨裝土量增加而增加,且各處理玉米植株磷濃度相差不大,主要原因可能是施肥處理的玉米植株長(zhǎng)勢(shì)要明顯好于不施肥處理,所以單位重量的植株磷濃度與不施肥處理相差不大。然而,無論施肥還是不施肥處理,5kg土和15kg土差異均較大,說明裝土量對(duì)玉米植株磷濃度有較大的影響。由此可見,裝土量多供肥能力明顯增強(qiáng)。裝土量對(duì)玉米抽雄期植株磷濃度有較大的影響,裝土量多能提高玉米植株磷濃度。成熟期,玉米植株磷濃度較抽雄期下降均較明顯,且均表現(xiàn)為嚴(yán)重缺磷(0.45～1.10g/kg)。對(duì)不施肥處理來說,雖然tNF15裝土量多,能夠?yàn)樽魑锾峁┑姆柿陷^多,但由于tNF15的玉米長(zhǎng)勢(shì)明顯好于tNF5,所以植株單位重量磷濃度較tNF5低。就施肥處理而言,由于各處理的玉米植株比不施肥處理的長(zhǎng)勢(shì)好,所以其玉米單位重量植株磷濃度相對(duì)較低。2.1.3裝土量對(duì)氮磷比值的影響植物的氮∶磷化學(xué)計(jì)量比反映土壤對(duì)植物生長(zhǎng)的養(yǎng)分供應(yīng)狀況,高氮∶磷比值可能意味著磷限制,低氮∶磷比值也有可能意味著氮限制。從圖5、6可以看出,無論施肥與否,同一時(shí)期取樣,基本呈現(xiàn)出隨著裝土量的增加,氮∶磷比值呈下降的趨勢(shì),表現(xiàn)出氮供應(yīng)相對(duì)不足。但同一時(shí)期同一裝土量情況下,施肥與不施肥處理相比,除了苗期fF5的氮∶磷比值明顯低于fNF5,fF10的氮∶磷比值明顯低于fNF10,fF15的氮∶磷比值明顯低于fNF15外,抽雄期和成熟期皆呈現(xiàn)出相反趨勢(shì),表明在苗期施肥比不施肥玉米長(zhǎng)勢(shì)要好,表現(xiàn)出氮供應(yīng)相對(duì)不足,但到玉米生長(zhǎng)后期,無論施肥與否,皆表現(xiàn)出氮限制,但與不施肥玉米相比,施肥玉米即使施用磷肥,仍然表現(xiàn)出對(duì)磷的需求不足。2.2不同體積的土壤含水量對(duì)玉米根系養(yǎng)分濃度和化學(xué)計(jì)量比的影響2.2.1ff10的玉米根系氮濃度從圖7、8可以看出,無論施肥與否,玉米苗期根系氮濃度比抽雄期和成熟期高。苗期不施肥玉米根系氮濃度差別不大。裝土量多的玉米根系氮濃度略有下降,fNF10和fNF15玉米根系氮濃度最低(6.20g/kg)。而施肥處理中fF10的玉米根系氮濃度最低(7.47g/kg)。施肥較不施肥處理的玉米根系氮濃度增長(zhǎng)幅度在20%以上,說明施肥能明顯增加玉米根系氮濃度,有利于氮素的積累。抽雄期,無論施肥與否,玉米根系氮濃度較苗期大幅下降,均不到苗期的50%,而且根系氮濃度均隨裝土量增加呈下降的趨勢(shì)。成熟期,玉米根系氮濃度與抽雄期相比均有所降低。tNF中,玉米根系氮濃度隨裝土量的增加而下降,其中,tNF15的氮濃度最低(1.56g/kg);tF中,tF10的玉米根系氮濃度最高(2.98g/kg)。2.2.2各處理地的磷濃度從圖9、10可以看出,苗期玉米根系磷濃度較高。在fNF條件下,玉米根系磷濃度相差不大,fNF10略低;在fF條件下,玉米根系磷濃度相差較大,且有隨裝土量增加而降低的趨勢(shì),因?yàn)榱自谕寥乐械臄U(kuò)散系數(shù)很小(約為1×10-10～1×10-8cm2/s),移動(dòng)性小,植物根系僅能吸收距根表面1～4mm根際土壤中的磷。fF5根系磷濃度最高,可能是因?yàn)楦魈幚硎┓柿肯嗤?裝土量少的土壤磷素濃度高,磷素易被根系吸收。抽雄期和成熟期玉米根系磷濃度均低于1.00g/kg,表現(xiàn)為輕度或重度缺磷。2.2.3不同生育期玉米根系氮磷比值分布情況從圖11、12可以看出,與植株氮∶磷比值相比較,無論施肥與否,苗期根系氮∶磷比值皆下降,抽雄期除了tNF15外,皆呈上升的趨勢(shì),成熟期fNF5、sNF10、fF5也具有類似的趨勢(shì)。另外,在裝土量相同的情況下,苗期玉米根系氮∶磷比值施肥玉米要低于不施肥玉米,但到抽雄期和成熟期,施肥玉米根系氮∶磷比值要高于不施肥玉米。在玉米整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi),無論施肥與否,基本呈現(xiàn)出10kg土的根系氮∶磷比值較高?？傊?裝土量和施肥對(duì)根系的氮∶磷比值有較明顯的影響,表現(xiàn)出氮和磷對(duì)玉米生長(zhǎng)有不同程度的限制作用。2.3不同體積的土壤含水量對(duì)玉米粒的養(yǎng)分濃度和化學(xué)計(jì)量比的影響2.3.1玉米籽粒氮濃度從圖13可以看出,tNF5玉米籽粒氮濃度最高,為12.10g/kg,tNF10氮濃度最低,僅為6.50g/kg。tNF5的玉米籽粒數(shù)特別少,而tNF10的玉米籽粒數(shù)比tNF5增加了235%,所以tNF5玉米籽粒氮濃度相對(duì)較高,而tNF10玉米籽粒氮濃度相對(duì)較低。同理,施肥玉米隨裝土量增加,籽粒氮濃度呈下降趨勢(shì)。2.3.2玉米籽粒磷濃度的變化從圖14可以看出,玉米籽粒的磷濃度差別不大,無論施肥與否,基本呈現(xiàn)隨裝土量的增加,籽粒磷濃度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),而且皆以10kg土為最低。其中,tNF5玉米籽粒磷濃度最高,為4.60g/kg,tF10玉米籽粒磷濃度最低,為3.40g/kg。這可能是玉米產(chǎn)量過低,磷素在為數(shù)不多的籽粒中累積引起的。2.3.3施肥對(duì)tf113-tf135的影響從圖15可以看出,裝土量不同,玉米籽粒中氮∶磷比值有差異,tNF5>tNF15>tNF10,而在施肥的情況下表現(xiàn)出不同的趨勢(shì),即tF10>tF5>tF15。因此,不同裝土量,從植株、根系和籽粒的氮∶磷比值變化可以看出植物營養(yǎng)氮和磷在植物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化過程。3結(jié)論和討論(1)不同時(shí)期對(duì)裝土量氮的供應(yīng)玉米植株苗期氮濃度均較高,其中,fNF10(14.50g/kg)>fNF15(14.40g/kg)>fNF5(13.30g/kg),而fF5(16.40g/kg)>fF10(15.50g/kg)=fF15(15.50g/kg);抽雄期氮濃度均有大幅下降,sNF15氮濃度最低(3.38g/kg),sF5和sF10氮濃度較高(6.00g/kg)。成熟期氮濃度最低,tNF5僅1.43g/kg,tNF10(1.56g/kg)與之相近,而tNF15相對(duì)較高(2.08g/kg)。tF5(2.34g/kg)氮濃度最高,而tF10(2.21g/kg)和tF15(1.56g/kg)氮濃度相對(duì)較低。苗期磷濃度均較高,在正常值范圍內(nèi)(2.37～3.44g/kg),且有隨裝土量增加而增加的趨勢(shì),施肥植株磷濃度高于不施肥。抽雄期磷濃度較苗期大幅降低,幾乎都低于正常值(1.55～2.17g/kg),輕度缺磷。成熟期,均表現(xiàn)為嚴(yán)重缺磷(0.45～1.10g/kg)。無論施肥與否,同一時(shí)期基本呈現(xiàn)出隨裝土量的增加,氮∶磷比值呈下降的趨勢(shì),表現(xiàn)出氮供應(yīng)相對(duì)不足。但同一時(shí)期同一裝土量情況下,苗期施肥比不施肥玉米長(zhǎng)勢(shì)要好,表現(xiàn)出氮供應(yīng)相對(duì)不足,但到生長(zhǎng)后期,無論施肥與否,皆表現(xiàn)出氮限制,但與不施肥玉米相比,施肥玉米即使施用磷肥,仍然表現(xiàn)出對(duì)磷的需求不足。(2)不同施肥條件對(duì)玉米根系磷含量的影響玉米苗期根系氮濃度最高,不施肥氮濃度差別不大,fNF15最低(6.20g/kg),而施肥處理中fF10最低(7.47g/kg);抽雄期氮濃度大幅下降,均不到苗期的50%,且均隨裝土量增加呈下降趨勢(shì);成熟期,氮濃度最低。苗期磷濃度較高,在fNF條件下,裝土量不同磷濃度相