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吴晶， 李新峰， 徐巡军， 吴锡琪， 孙晓瑜， 施林林
(1.张家港市常阴沙现代农业示范园区管理委员会, 江苏 张家港 215623；
2.张家港市耕地质量保护站, 江苏 张家港 215600；
3.苏州市农业科学院, 江苏 苏州 215105)
“洪范八政，食为政首”，我国用9%的耕地养活了20%的人口，为此习近平总书记提出“要像保护大熊猫那样保护耕地”，严守我国耕地红线，坚持“量质并重，用养结合”。化肥是保证粮食安全的最重要途径之一[1-3]，适当施肥能有效提高耕地地力，但过度施用化肥，极易引起土壤酸化、板结、盐碱化及养分失衡等严重问题[4-7]。为此，我国于2005年开始推广测土配方施肥技术，通过对区域土壤样品的测试分析，参考作物需肥规律和土壤供肥能力等基本参数，制定具有区域适应性的氮磷钾等元素的施肥方案[8]。
测土配方施肥可有效提高我国的肥料利用率。研究表明，我国氮磷钾肥的平均利用率仅为30%，主要原因是过量施肥和运筹方式不合理[9]。王金凤等[10]通过测土配方施肥，夏玉米氮磷钾利用率分别提高26.38%、10.15%和23.62%。周萍等[11]通过测土配方施肥，水稻氮磷钾利用率分别提高5.92%、1.25%和13.93%。钱卫飞等[12]通过测土配方施肥，水稻氮磷钾利用率分别提高7.0%、5.6%和2.4%。同时，在“碳达峰”和“碳中和”背景下，测土配方施肥具有巨大的减少碳排放空间，有研究估算我国通过测土配方施肥技术可减少碳排放290万t，远高于滴灌技术的28万～77万t，高于沼气发酵技术的234万t[13]。
江苏张家港市属于沿江发达地区，土壤砂性较高，保水保肥性能差。历史上农户养成了大量施用化肥的习惯，不仅肥料利用率低，也常导致农业面源污染[14]。为解决上述问题，张家港市较早推广了测土配方施肥技术，并取得了显著成效[12,15]。但长期测土配方施肥是否显著影响区域内作物产量和土壤理化特性等问题的报道尚不系统。本研究通过长期测土配方定位施肥试验，重点比较常规施肥与测土配方施肥作物产量和土壤理化因子的差异。
1.1 试验概况与试验设计
试验地点位于江苏省张家港市现代农业示范园区(120°48′11″E、31°51′36″N)，试验开展于2014—2021年。试验开始前为稻麦农田，土壤类型为砂壤土，有机质含量为22.1 g·kg-1，全氮含量为0.8 g·kg-1，全磷含量为0.75 g·kg-1，全钾含量为13.0 g·kg-1，碱解氮含量为115.3 mg·kg-1，速效磷含量为11.5 mg·kg-1，速效钾含量为75.6 mg·kg-1，pH为8.1。
试验采用完全随机设计，共3个处理，每个处理重复3次。处理包括常规施肥处理(CF)，测土配方施肥处理(TF)，以及无肥对照处理(CK)，稻麦季施肥量如表1，其中测土配方施肥量为试验区域测土配方推荐施肥量平均值。试验小区内参考常规生产，稻麦秸秆全量还田。
表1 长期定位观测施肥量
试验小区长6.6 m，宽6 m，面积39.6 m2，四周筑有水泥田埂防止串肥，同时建有水泥硬质沟渠，每个小区独立灌排。
1.2 田间实施
试验除施肥不同外，其余农艺措施均参考当地农户常规操作。水稻采用人工模拟机插，株行距为30 cm×12 cm，秧龄为3叶1心。小麦采用人工条播方式，每667 m2用量10 kg。稻麦品种均为当地主栽品种，并根据稻麦种植要求进行病虫草害的化学防治。
1.3 测定方法
作物收获后，对试验小区稻麦实产进行称重测量，产量折合为14%含水率后测算稻麦产量。土壤理化性质分析参考《土壤农业化学分析方法》[16]，其中土壤有机质采用重铬酸钾氧化法，土壤全氮采用凯氏定氮法，土壤全磷采用硫酸-高氯酸消解钼锑抗比色法，土壤全钾采用氢氧化钠熔融法，土壤碱解氮采用碱解扩散法，土壤速效磷采用碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法，土壤速效钾采用乙酸铵浸提火焰分光光度法。
1.4 统计分析
数据收集采用Excel 2010，数据统计分析采用SPSS 17.0，绘图采用Sigmaplot 14.0。采用方差分析比较处理间作物产量与土壤理化指标差异，显著水平为0.05。
2.1 施肥量与稻麦产量
长期测土配方施肥降低了施氮量，其中稻季施氮量降低64.5 kg·hm-2，麦季施氮量降低70.5 kg·hm-2；
降低了施磷量，其中稻季施磷量降低18 kg·hm-2，麦季施磷量降低28.5 kg·hm-2；
增加了稻季施钾量，稻季施钾量增加24 kg·hm-2，麦季施钾量持平。
不同施肥处理水稻产量在实验期内均为增加趋势，CF处理水稻产量范围为7 275～1 032 kg·hm-2，平均产量为8 745 kg·hm-2；
TF处理水稻产量范围为7 140～10 125 kg·hm-2，平均产量为8 490 kg·hm-2；
CK处理水稻产量范围为4 275～6 645 kg·hm-2，平均产量为5 580 kg·hm-2。方差分析表明，CF和TF处理间水稻产量无显著差异，但CF和TF处理水稻产量显著高于CK处理水稻产量(图1)。
图1 长期不同施肥水稻产量动态
不同施肥处理小麦产量在试验期内随年份波动，其中CF处理小麦产量范围为6 240～7 320 kg·hm-2，平均产量为6 645 kg·hm-2；
TF处理小麦产量范围为6 165～7 035 kg·hm-2，平均产量为6 480 kg·hm-2；
CK处理小麦产量范围为3 750～5 310 kg·hm-2，平均产量为4 665 kg·hm-2。方差分析表明，CF与TF处理间小麦产量无显著差异，但CF和TF处理小麦产量显著高于CK处理小麦产量(图2)。
图2 长期不同施肥小麦产量动态
2.2 土壤理化性质
长期施肥有效促进了土壤有机质含量，CF处理土壤有机质含量高于TF和CK处理，但CF与TF处理间土壤有机质含量无显著差异。CF处理土壤有机质含量变幅为22.1～29.0 g·kg-1，平均土壤有机质含量为26.6 g·kg-1；
TF处理土壤有机质含量变幅为22.1～28.3 g·kg-1，平均土壤有机质含量为25.8 g·kg-1；
CK处理土壤有机质含量变幅为22.1～23.4 g·kg-1，平均土壤有机质含量为22.8 g·kg-1(图3)。
图3 长期不同施肥土壤有机质含量动态
长期施肥促进了土壤全氮含量，CF处理土壤全氮高于TF和CK处理，但两者并无显著差异。CF处理土壤全氮含量变幅为0.8～1.4 g·kg-1，平均土壤全氮含量为1.2 g·kg-1；
TF处理土壤全氮含量变幅为0.8～1.4 g·kg-1，平均土壤全氮含量为1.1 g·kg-1；
CK处理土壤全氮含量变幅为0.8～1.0 g·kg-1，平均土壤全氮含量为0.9 g·kg-1(图4)。
图4 长期不同施肥土壤全氮含量动态
长期施肥土壤全磷含量呈增长趋势，无肥处理土壤全磷含量有降低趋势。CF处理土壤全磷含量高于TF和CK处理，且在第5年和第7年CF处理土壤全磷含量显著高于TF处理土壤全磷含量。CF处理土壤全磷含量变幅为0.75～0.82 g·kg-1，平均土壤全磷含量为0.78 g·kg-1；
TF处理土壤全磷含量变幅为0.75～0.79 g·kg-1，平均土壤全磷含量为0.77 g·kg-1；
CK处理土壤全磷含量变幅为0.73～0.75 g·kg-1，平均土壤全磷含量为0.74 g·kg-1(图5)。
图5 长期不同施肥土壤全磷含量动态
长期施肥土壤全钾含量呈增长趋势，无肥处理土壤全钾含量有降低趋势，TF处理土壤全钾高于CF和CK处理含量。CF处理土壤全钾含量变幅为13.0～13.4 g·kg-1，平均土壤全钾含量为13.2 g·kg-1；
TF处理土壤全钾含量变幅为13.0～13.5 g·kg-1，平均土壤全钾含量为13.3 g·kg-1；
CK处理土壤全钾含量变幅为12.9～13.0 g·kg-1，平均土壤全钾含量为13.0 g·kg-1(图6)。
图6 长期不同施肥土壤全钾含量动态
长期施肥土壤碱解氮含量呈增长趋势，无肥处理土壤碱解氮含量持续降低，方差分析表明，CF和TF处理土壤碱解氮含量显著高于CK处理，CF处理土壤碱解氮含量高于TF处理，且在第5年和第8年有显著差异。CF处理土壤碱解氮含量变幅为120.0～156.0 mg·kg-1，平均土壤碱解氮含量为136.7 mg·kg-1；
TF处理土壤碱解氮含量变幅为115.3～144.3 mg·kg-1，平均土壤碱解氮含量为128.1 mg·kg-1；
CK处理土壤碱解氮含量变幅为86.0～121.0 mg·kg-1，平均土壤碱解氮含量为97.2 mg·kg-1(图7)。
图7 长期不同施肥土壤碱解氮含量动态
长期施肥土壤速效磷含量呈增长趋势，无肥处理土壤速效磷含量持续降低，方差分析表明，CF和TF处理土壤速效磷含量显著高于CK处理，CF处理土壤速效磷含量高于TF处理，且在第3、4、5、6年有显著差异。CF处理土壤速效磷含量变幅为11.5～18.9 mg·kg-1，平均土壤速效磷含量为16.4 mg·kg-1；
TF处理土壤速效磷含量变幅为11.5～17.8 mg·kg-1，平均土壤速效磷含量为17.8 mg·kg-1；
CK处理土壤速效磷含量变幅为4～11.5 mg·kg-1，平均土壤速效磷含量为6.3 mg·kg-1(图8)。
图8 长期不同施肥土壤速效磷含量动态
长期施肥土壤速效钾含量呈增长趋势，无肥处理土壤速效钾含量持续降低，方差分析表明，CF和TF处理土壤速效钾含量显著高于CK处理，TF处理土壤速效钾含量高于CF处理，且在第2、5、6、7、8年有显著差异。CF处理土壤速效钾含量变幅为75.6～83.4 mg·kg-1，平均土壤速效钾含量为80.3 mg·kg-1；
TF处理土壤速效钾含量变幅为75.6～88.8 mg·kg-1，平均土壤速效钾含量为82.7 mg·kg-1；
CK处理土壤速效钾含量变幅为69.9～75.6 mg·kg-1，平均土壤速效钾含量为72.6 mg·kg-1(图9)。
图9 长期不同施肥土壤速效钾含量动态
针对张家港市土壤养分及稻麦需肥特点，测土配方施肥主要降低了氮磷肥施用量，但增加了钾肥施用量(表1)。Shen等[17]对苏州太湖地区长期定位施肥的结果也表明，苏州地区土壤普遍氮磷肥偏高，而钾肥偏低。因此，本研究中8年的测土配方施肥量具有代表性。
连续8年的TF处理稻麦产量与CF处理稻麦产量无显著差异，表明试验区域内测土配方施肥量合理科学，测土配方施肥对稻麦产量有较高的稳定性[18-19]。
土壤有机质是耕地地力的代表性指标，土壤有机质含量高则农田供肥能力强。本研究中CF处理与TF处理土壤有机质含量均随种植年限延长而增加，表明长期施肥有利于促进土壤有机质含量提升[20]。CF处理土壤有机质含量略高于TF处理，可能原因是CF处理氮磷施用量及稻麦产量略高于TF处理，导致CF处理中稻麦残茬、秸秆、根系等有机碳输入量高于TF处理[21]。
土壤全氮、全磷、碱解氮和速效磷含量变化趋势与土壤有机质类似，长期大量施氮磷是造成CF处理土壤全氮、全磷、碱解氮和速效磷含量高于TF处理的主要原因。同时，尽管CF处理有较高的氮磷含量，但CF处理稻麦产量与TF处理并无显著差异，表明本地区过量施氮已产生边际效应，应加大测土配方施肥力度，进一步降低氮磷肥施用量，提高氮磷利用率[22]。
土壤全钾与速效钾含量变化与土壤有机质、全氮和全磷略有不同，通过土壤诊断分析本研究区域土壤钾元素亏缺，通过连续8年的钾肥补充，TF处理土壤全钾和速效钾含量高于CF处理。尽管通过连续土壤补钾尚未显著提升稻麦产量，但有效扭转了区域内土壤钾素不足的困境，有效避免了土壤缺钾对稻麦生产的潜在风险[23]。
通过对张家港沿江地区连续8年的长期测土配方定位施肥试验，明确了以下三点：(1)现有测土配方施肥技术稻麦产量具有较高稳定性，稻麦产量与常规施肥无显著差异，稻麦平均产量分别可达8 490 kg·hm-2和6 480 kg·hm-2；
(2)测土配方施肥显著降低了氮磷施用量，年均氮磷施用量可分别降低135 kg·hm-2和46.5 kg·hm-2；
(3)通过稻季增施钾肥24 kg·hm-2，测土配方施肥有效提升了土壤全钾和速效钾含量，进一步降低了钾元素亏缺导致的稻麦减产风险。
