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高产带田作物营养特点及合理施肥

金绍龄李隆张丽慧甘肃省农业科学院土壤肥料研究所 1.引言60年代未期以来，小麦/玉米带状种植法（带状间作，或称带田）的引进和推广，对提高甘肃河西灌区乃至全省粮食产量起了重要作用。带田之所以能获得高产，除了它能更充分利用河西灌区两季不足、一季有余的光热条件之外，对水分及养分资源的强化利用也是一个重要因素。但长期以来，关于带田作物的营养特点及土壤肥力变化等基本问题尚缺乏较系统的研究，施肥技术缺乏充分的科学依据，盲目施肥，主要是超量施N的现象仍然普遍存在。基于此点，1991~1994 年我们对河西高产带田作物营养特点及科学施肥技术进行了研究。 2. 材料与方法试验分别在张掖、临泽和兰州进行。带田采用0.70m小麦带+0.80m玉米带的种植方法，小麦带种6行，玉米带种2行。单种小麦的密度为750万株/hm²，带田小麦为525万株/hm²（实际面积0.47hm²）；单种和带田玉米的密度均为67500或75000株/hm²（带田玉米实际面积0.53hm²）。小区面积33.3m²，3次重复，随机区组排列。研究内容包括带田作物营养特点、土壤肥力变化及培肥措施、带田作物对不同肥料的反应及科学施肥技术等。同时进行了N营养相互影响的¹⁵N示踪试验。 3. 结果及分析3.1 带田作物的营养特点3.1.1 养分的消耗强度这里说的消耗强度是指一个生长季节内单位面积作物携出的养分量。以相同面积比较，带田小麦对各种养分的消耗强度都大于单种小麦，而带田玉米对各种养分的消耗强度多低于单种玉米。以带田与当量面积（即1hm²带田与0.47hm²单种小麦+0.52hm²单种玉米）比较，则带田对各种养分的消耗强度几乎都高于单种，特别是产量较高的情况下（表1）。因此带田高产的形成，对肥料的依赖性特别大。在4年定位试验中发现，不施肥料时，土壤对最高产量的贡献率第1年为63.6%，第2、3、4年则依次降低为31.4%、19.7%和21.7%，肥料的贡献率高达68.6%~80.3%。表1 养分的消耗强度（kg/hm²）

处理	N			P			K
处理	单种	带田	带田为单种%	单种	带田	带田为单种%	单种	带田	带田为单种%
1991
无肥	176.5	207.0	117.0	24.1	26.3	109.1	187.6	169.4	90.3
中肥	280.6	280.5	100.0	33.0	35.2	106.7	275.0	239.2	87.0
高肥	289.3	342.0	118.2	35.2	39.6	112.5	319.7	329.9	103.0
1992
无肥	136.0	210.0	93.9	31.9	38.4	120.4	178.8	209.3	117.5
中肥	266.9	352.5	126.8	47.0	60.1	127.9	215.7	279.2	129.4
高肥	251.0	363.0	133.0	42.0	55.6	132.4	208.5	357.3	171.4

3.1.2 对养分的竞争小麦玉米单种时对生存条件只有种内竞争，但在带田内种间竞争的矛盾突出，对养分的吸收利用影响很大。研究表明，共生期内带田小麦对N的竞争力大于玉米，这可由以下几方面证明：（1）2年试验中，带田小麦在抽穗期和开花期的植株N浓度均高于单种，而同一段时期内带田玉米植株N浓度均低于单种；（2）带田小麦对N的吸收效率（单位面积的吸收量）均高于单种，玉米则接近或低于单种；（3）施给玉米带的¹⁵N标记N肥，小麦可吸收利用6.9%~10.8%，而施给小麦带¹⁵N玉米仅利用了3.8%（金绍龄，1993）。这同过去的常规试验结果十分吻合（李隆，1993）。带田小麦对P、K的竞争力也大于玉米：（1）带田小麦对P、K的吸收效率均高于单种，玉米的P、K吸收效率等于或低于单种；（2）小麦相对于玉米的竞争比率（CRwm）远大于玉米相对于小麦的竞争比率（CRmw）（Morris等，1993）。表2计算的（CRwm）值均大于1，它的倒数即CRmw值必定小于1。表2 小麦相对于玉米的竞争比率（CRwm）

处理	1991				1992
	6.12―14		6.27―7.1		6.2―4		7.21―29
	P	K	P	K	P	K	P	K
无肥	1.85	1.40	2.92	3.45	2.11	5.00	2.22	7.33
中肥	1.12	1.39	1.01	1.03	3.06	2.20	2.52	3.13
高肥	1.40	1.39	1.38	1.35	3.75	3.47	2.42	4.41

3.1.3 对不同肥料的反应带田作物中玉米对N肥的反应程度比小麦大得多，小麦施N增产44.8%，玉米增产223.5%。玉米对K肥的反应也比小麦大，施用K肥时小麦增产4.0%，玉米增产9.5%。但带田小麦对P肥的反应却比玉米大，特别是在土壤缺P的情况下。在速效P含量17mg/kg的土壤上，小麦施P平均增产9.9%，玉米施P略有减产（表3）；在速效P含量8mg/kg的土壤上，小麦施P平均增产34.5%，玉米平均增产7.0%。表3 带田作物对不同肥料的反应

处理	小麦		玉米		带田
处理	kg/hm²	%	kg/hm²	%	kg/hm²	%
CK	2754.0	100.0	2265.0	100.0	5019.0	100.0
N	3988.5	144.8	7327.5	323.5	11316.0	225.5
无P	3988.5	100.0	7327.5	100.0	11316.0	100.0
P	4381.5	109.9	7039.5	96.1	11421.0	100.9
无K	4381.5	100.0	7039.5	100.0	11421.0	100.0
K	4558.5	104.0	7707.0	109.5	12265.5	107.4

注：1991-1994年定位试验平均值。CK为无肥区（0）与有机肥区（M）平均值；N为[（N-0）+（MN-M）]/2；P为[NP-N+（MNP-MN）]/2；K为[（NPK-NP）+（MNPK-MNP）]/2。 3.2 带田作物的合理施肥3.2.1 N肥适宜用量在我们所采用的带幅及作物比例的条件下，带田产量主要看玉米，而玉米的产量主要看N肥，因此N肥是左右带田产量的主导因素。合理施用N肥的核心问题是确定适宜施N量，既要保证高产，又要避免浪费。根据N肥用量及分配方式的试验结果，每公顷施用450kgN的产量最高，在张掖点接近15t/hm²，在临泽点超过15t/hm²。N肥有后效，施N量越大，残效越大；土壤保肥力也有影响，张掖粘壤土的后效大于临泽的砂壤土。但应指出，N肥后效的表现主要还是无肥区产量剧减造成的（表4），因而其农学意义十分有限。但在全面估计N肥利用率时是不应忽略的。施N量450~1350kg/hm²时，如只计第1年的利用率，张掖点仅32.1%~12.7%，临泽点36.8%~14.1%，但连同第2、3年的后效一起计算时，张掖点达52.1%~28.6%，临泽点达39.4%~19.8%。表4 N肥用量及分配方式对带田产量的影响（张掖点）

处理* （kg/hm²,N）	1992		1993		1994		合计		N肥利用率%
处理* （kg/hm²,N）	kg/hm²	%	kg/hm²	%	kg/hm²	%	kg/hm²	%	N肥利用率%
N₀	7620.0	100.0	6180.0	100.0	4632.0	100	18432.0	100	/
N_3×150	12165.0	159.6	13753.5	222.5	9532.5	205.8	35451.0	192.3	90.1
N_3×300	13500.0	177.2	15003.0	242.8	9882.0	213.3	38385.0	208.3	54.1
N_3×450	13935.0	182.9	15438.0	249.8	10785.0	232.8	40158.0	217.9	43.8
N₄₅₀	12840.0	168.5	8317.5	134.6	5704.5	123.2	26862.0	145.7	52.1
N₉₀₀	12735.0	167.1	10582.5	171.2	7054.5	152.3	30372.0	164.8	37.9
N₁₃₅₀	12870.0	168.9	11898.0	192.5	6750.0	145.7	31518.0	171.0	28.6
N₀	8415.0	100.0	4812.0	100.0	6960.0	100.0	20187.0	100.0	临泽点
N_3×150	15135.0	179.9	10267.5	213.4	13636.5	195.9	39039.0	193.4	65.8
N_3×300	15885.0	188.8	13227.0	274.9	14467.5	207.9	43579.5	215.9	51.0
N_3×450	16605.0	197.3	14160.0	294.3	15111.0	217.1	45876.0	227.3	39.2
N₄₅₀	16395.0	194.8	5932.5	123.3	6690.0	96.1	29017.5	143.7	39.4
N₉₀₀	17745.0	210.9	7680.0	159.6	7570.5	108.8	32995.5	163.4	32.0
N₁₃₅₀	16725.0	198.8	7947.0	165.1	7302.0	104.9	31974.0	158.4	19.8

*处理中N的下标施N量，3×150表示每年施N150kg/hm²，余类推；450表示第1年施N450kg/hm²，第2、3年不施。N肥总量中小麦施1/4，玉米施3/4。通过带田施肥数学模型研究及寻优结果，在临泽平川乡，小麦/玉米带田产量大于15t/hm²的最优施肥区间为有机肥82.5~109.8t/hm²，N 553.5~666.0kg/hm²，P₂O₅222.0~279.0kg/hm²。通过带田施肥数学模型研究及寻优结果，在临泽平川乡，小麦/玉米带田产量大于15t/hm²的最优施肥区间为有机肥82.5~109.8t/hm²，N 553.5~666.0kg/hm²，P₂O₅222.0~279.0kg/hm²。3.2.2 N肥施用适宜时期及方式带田作物的施N主体是玉米。玉米的施N时期及比例对小麦的吸N量及产量有较大影响，后期的比例越大，越有利于小麦对N肥的吸收利用和产量的提高，而对玉米的影响恰好相反，以早期（基肥和拔节肥）施用较大比例为佳。因此玉米的施N时期及比例分配必须兼顾玉米和小麦两种作物，使二者的产量水平均处于最优状态。利用单形格子设计进行田间试验建立的带田玉米施N时期模型为：张掖点：Y=9829.5X₁+11077.5X₂+7290.0X₃-1524.0X₁X₂+4821.0X₁X₃+3165.0X₂X₃临泽点：Y=15978.0X₁+16179.0X₂+13086.0X₃-5472.0X₁X₂+4410.0X₁X₃+7080.0X₂X₃式中X₁、X₂、X₃分别代表基肥、拔节肥和抽雄肥占玉米总施N量（390kg/hm₂）的比例。计算结果表明，在带田施N 510kg/hm²、其中玉米施N 390kg/hm²的条件下，覆膜玉米（张掖）N的分配应为基肥30kg、拔节315kg、抽雄45kg/hm²；不覆膜玉米（临泽）N的分配应为基肥150kg、拔节150kg、抽雄90kg/hm²。施肥方式以穴深施和单条深施效果较好。3.2.3 P肥的合理用量及分配方式调查表明，1982年以前河西带田种植区（如临泽县）所施化肥中，P₂O₅与N的比例一直都在0.40∶1以上。但此后逐有降低，90年代初已降至0.20∶1左右。如表5所示，供试土壤（临泽平川乡）条件下带田作物对P肥已有明显反应，且用量越高，反应越大。表5还清楚地说明了（1）小麦对土壤供P水平的要求高于玉米，因而速效P8mg/kg的土壤已明显地满足不了小麦对P的需求，但却可以满足玉米的需求，致使小麦在施肥第1年对P肥的反应大大高于玉米；（2）经过1年消耗之后，玉米才开始有缺P表现，无P区产量比第1年下降了36.4%，P肥肥效或后效都变得很明显，但这种趋势在第3年并未进一步发展。小麦却不同，无P区第2年产量下降了31.1%，第3年下降了56.9%，P肥肥效及后效变得愈加突出。仅就第1年的产量结果来看，P肥用量应以P₂O₅ 225kg/hm²为宜，这同前述寻优结果一致。但因P肥后效明显，从3年总结果看，每年P₂O₅ 150kg/hm²更为经济有效。分配方式的影响很小，如P₄₅₀、P_3×150和P_2×225的总产依次为45244.5、46518.0和45324.0kg/hm²，差异仅1.8%~2.8%。只是第3年收获后土壤速效P的分析结果更支持每年P₂O₅ 150kg/hm²的分配方式。（3）从小麦与玉米对P肥的反应差异来看，带田均匀施P未必是最好的方法，应考虑在小麦带加大施P比例的方法，就像N肥主要分配在玉米那样。表5 P肥用量及分配方式对带田产量的影响

年份百分率	CK		P₄₅₀		P₃₀₀		P₁₅₀		P_3×150		P_2×225
年份百分率	kg/hm²	%	kg/hm²	%	kg/hm²	%	kg/hm²	%	kg/hm²	%	kg/hm²	%
小麦带
1992	3679.5	100.0	5307.0	144.2	5040.0	137.0	4680.0	127.2	4786.5	130.1	4933.5	134.1
%	100.0		100.0		100.0		100.0		100.0		100.0
1993	2533.5	100.0	4669.5	184.3	3507.0	138.4	3133.5	123.7	4399.5	173.7	3307.5	130.6
%	68.9		88.0		69.6		67.0		91.9		67.0
1994	1587.0	100.0	3013.5	189.9	2440.5	153.8	2032.5	128.1	3466.5	218.4	3520.5	221.8
%	43.1		56.8		48.4		43.4		72.4		71.4
玉米带
1992	11067.0	100.0	12400.5	112.0	12001.5	108.4	11334.0	102.4	11067.0	100.0	12400.5	112.1
%	100.0		100.0		100.0		100.0		100.0		100.0
1993	7039.5	100.0	9627.0	136.8	9574.5	136.0	9507.0	135.1	11601.0	164.8	9520.5	135.2
%	63.6		77.6		79.8		83.9		104.8		76.8
1994	7900.5	100.0	10227.0	129.4	9694.5	122.7	9427.5	119.3	11197.5	141.7	11641.5	147.4
%	71.4		82.5		80.8		83.2		101.2		93.9
带田
1992	14746.5	100.0	17707.5	120.1	17041.5	115.6	16014.0	108.6	15853.5	107.5	17334.0	117.4
%	100.0		100.0		100.0		100.0		100.0		100.0
1993	9573.0	100.0	14296.5	149.3	13081.5	136.6	1264.5	132.0	16000.5	167.1	12828.0	134.0
%	64.9		80.7		76.8		78.9		100.9		74.0
1994	9487.5	100.0	13240.5	139.6	12135.0	127.9	11460.0	120.8	14664.0	154.6	15162.0	159.8
%	64.3		74.8		71.2		71.6		92.5		87.5
合计	33807.0	100.0	45244.5	133.8	42258.0	125.0	40114.5	118.7	46518.0	137.6	45324.0	134.1

3.2.4 K肥评价80年代初在张掖灌漠土上开始的小麦玉米轮作长期肥料定位试验证明，不施农家肥料时K肥从第6年开始有增产；施用农家肥时第12年时尚无增产。但在相同土壤条件下进行的带田试验，K肥从第2年开始即有增产表现（表6），说明带田消耗养分强度大和适量补充K肥的必要性。过去对这种必要性未进行深入研究，因而缺乏足够认识。本研究中农家肥对缓解供K矛盾的作用不大，可能与所施土粪速效K含量不高（第1年为2 070mg/kg，后3年仅275~338mg/kg）有关。表6 钾肥对带田产量的影响（kg/hm²）

处理	1991		1992		1993		1994
处理	kg/hm²	%	kg/hm²	%	kg/hm²	%	kg/hm²	%
NP	11262.0	100.0	13180.5	100.0	10207.5	100.0	10765.5	100.0
NPK	11010.0	97.8	13536.0	102.7	10834.5	106.1	1254.5	116.5
MNP	12036.0	100.0	12858.0	100.0	10264.5	100.0	10788.0	100.0
MNPK	12066.0	100.2	14278.5	111.0	11826.0	115.2	12025.5	111.5

3.3 带田土壤肥力变化及培肥3.3.1 土壤肥力变化特点尽管对土壤肥力有多种解释，但土壤养分供应水平普遍具有决定意义。带田对土壤养分的消耗强度大，保持和提高土壤肥力对养分投入的依赖性更大。由表7可以看出，不施肥或者不施化肥时，土壤肥力都会急剧降低，第4年的产量只能保持第1年产量的34.0%和48.6%。单独施N由于会导致土壤P亏缺（王吉庆，1995），也会降低土壤肥力。NP和MNP处理可明显降低肥力下降的速度。只有NPK和MNPK处理可以保持土壤肥力不降低，但由于NPK处理第1年的产量只有MNPK处理的91.2%，所以带田土壤培肥还必须以有机肥与NPK肥配合施用为主要途径。表7 不同施肥处理对土壤肥力变化的影响（以1991年的带田产量为100）

年份	CK	N	NP	NPK	M	MNP	MNPK
1991	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0
1992	58.4	114.6	117.0	122.9	87.9	106.8	118.3
1993	30.4	80.0	90.6	98.4	43.3	85.3	106.3
1994	34.0	81.2	95.6	113.9	48.6	89.6	99.9

3.3.2 土壤养分平衡根据4年内养分输入（施肥）和支出（作物地上部的携出量）的计算结果，无肥和只施土粪的处理，土壤N、P、K均处于负平衡，即亏损状态。凡施N肥的处理，在不计损失的情况下表观上都保持了正平衡，施P各处理保持了P 的正平衡，但施K的处理，包括K肥与土粪及秸秆还田相结合的处理，土壤K均处于负平衡（表8）。表8 带田土壤的养分平衡（kg/hm²）

处理*	N	P	K
CK	-460.1	-98.0	-446.3
N	1111.7	-125.9	-874.7
NP	995.3	200.0	-1031.1
NPK	909.0	184.5	-813.5
M	-330.3	48.2	-126.9
MN	1140.5	-82.4	-718.2
MNP	1087.8	255.2	-871.7
MNPK	1017.3	247.2	-549.6
MNPKR	1295.1	279.6	-398.0
MNPKS	1095.5	257.4	-435.0
MNPKSR	1263.3	264.9	-519.3

*处理中R表示小麦/玉米轮作，S表示秸秆还田，种什么还什么。从各种养分的肥力来看，土壤N的肥力理应提高。但第4年收获后的土壤分析结果却恰好相反。不管施用N肥与否，所有处理土壤全N及碱解N含量都比试验开始时低，表明N肥的损失是严重的。前述超量施N后效甚小的事实也说明了这种损失的严重性。可见减少N肥损失将是今后带田合理施用N肥、提高N肥利用率的中心问题。土壤分析结果表明施用P肥可以提高土壤P肥力；速效K的分析结果也与平衡结果基本一致。3.3.3 带田土壤有机质含量变化土壤有机质含量历来被视为土壤肥力的重要指标。不施肥、只施无机肥料（N、NP、NPK）和只施土粪的处理，4年后，0~20cm土壤有机质含量都下降了。而有机、无机肥料结合施用的处理（MN、MNP、MNPK、MNPKR、MNPKS）则都提高了。提高最多的是有机无机肥料加秸秆还田的处理。（MNPKS，由19.5g/kg提高到22.7g/kg）。3.3.4 3.3.4 带田土壤的培肥措施从土壤有机质含量、土壤养分含量和作物产量几方面综合考虑，小麦/玉米带田的主要培肥措施应在科学施肥，即有机肥料与无机肥料相结合，以N肥为主，NPK平衡施肥。开辟有机肥源、提高有机肥料的质量和改进N肥施用方法、防止N肥损失则是这一措施中的几个要点。参考文献1 金绍龄.等.小麦玉米带田-种作物施用氮肥对配对作物氮营养的影响.西北农业学报，1993，2（3）:1~6。2 李隆.等.小麦地膜玉米带田玉米施氮时期对其产量及吸氮生理的影响.西北农业学报，1993，2（1）:51~55。3 Morris R.A, and Garrity D.P, Resource capture and utilization in intercropping: non nitrogen nutrients Field Crops Research,1993，34:319~3344 金绍龄.等.长期施用不同肥料对作物产量和土壤养分影响研究初报.甘肃农业科技，1995，（6）:23~255 王吉庆.等.主编.陇东高原半湿润偏旱区农业综合发展研究.兰州：甘肃科学技术出版社，1995，156~164

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