1. 引言
黄土高原土层深厚、土质疏松，土地、光热资源丰富，是我国重要的旱作农业区。全区土地面积的90%左右为丘陵山地和丘陵沟壑，其中0˚~5˚的平地仅占10%，6˚~15˚的坡地占58%，25˚以上的陡坡地占32%。无灌溉条件的旱地面积大约为1654万hm2，占总耕地面积的87%。该区水土流失严重，抗御自然灾害风险能力差，生态环境脆弱 [1] 。农业生产实践中，大量存在如偏施氮、磷肥，而钾肥施用不足，有机肥施用减少等不合理现象，不仅造成养分资源浪费、化肥利用率降低，增产效益和产量的稳定性下降，甚至对生态环境带来潜在危害 [2] [3] 。为此，在天水农科所中梁试验站开展了不同施肥和农作措施对黄绵土区坡耕地玉米经济效益的研究，分析了不同种植模式及施肥量对坡耕地玉米经济性状及产量的影响，以期为该区及同类型种植区域玉米生产实践提供理论依据。
2. 材料与方法
2.1. 供试材料
供试作物春玉米品种为中单2号。氮肥为尿素(含N 46.4%)，中国石油兰州石化公司生产；磷肥为过磷酸钙(含P2O5 12%)，云南安宁万合磷肥厂生产。
2.2. 试区概况
试验设在天水市农业科学研究所中梁试验站试验基地(34˚05'N，104˚5'E)，该区属半干旱山区，年平均气温为11.5℃，海拔1650 m，降雨量500~600 mm。试验地土壤属中壤黄绵土，土壤肥力指标为：pH 8.6，有机质含量11.87 g/kg，全氮0.76 g/kg，全磷0.69 g/kg，速效氮45.6 mg/kg，速效磷18.55 mg/kg，速效钾147.8 mg/kg。试验地块为坡耕地，坡度15℃，坡向东西。
2.3. 试验设计
常规施肥：尿素228.45 kg/hm2、过磷酸钙625.05 kg/hm2；优化施肥：尿素489.15 kg/hm2，过磷酸钙1249.95 kg/hm2。除50%的尿素于大喇叭口期追肥外(玉米棵间或行侧深施，距植株15 cm，施后掩埋)，其余肥料均作基肥。
试验共设6个处理：1) 对照处理(CK)，不施任何肥料+横坡平作条膜；2) 常规施肥+横坡平作条膜(CON)；3) 优化施肥+横坡平作条膜；4) 优化施肥+横坡垄作条膜(OPT + TR)；5) 优化施肥+横坡平作全膜(OPT + FM)；6) 优化施肥+横坡双垄沟全膜(OPT + TR + FM + NT)。随机区组，3次重复，小区面积30 m2。先铺膜后人工点播，保苗6万株/hm2，其它田间管理措施同当地大田。成熟期每小区分别取10株测定株高、穗长、穗粒数、千粒重等指标。小区单打单收，籽粒脱粒后试验风选晒干后称干重。种植图见图1。数据采用软件Excel作图，DPS7.05进行数据显著性分析，并用LSD法检验差异显著性。
3. 结果与分析
由表1可以看出，在4年不同施肥处理下，优化施肥株高、穗位高均优于CK和常规施肥处理，其中OPT + TR + FM + NT处理表现最好，而CK随着试验年限的延续株高成下降趋势，常规施肥和优化施肥处理随年际进行波动，穗位高年度内各处理间差异显著，并随年际间波动。黎裕等指出，适当较低植株高度，抗旱性有提高趋势 [4] ，也有人认为植株过高会降低种植密度、抗倒伏性和收获指数，过低则影响群体通透性、易患病虫害、降低生物产量；穗位过高易造成植株倒伏，过低则不利于光合产物向穗部的有效运转。只有二者合理组合才能获得高产。主要是CK在不施肥状态下，地力消耗比较严重。从玉米植株的高度变化可以看出，在同等密度下，施肥是保证土壤肥力的基础，合理的施肥配合科学的栽培模式是作物生产力的保证。
由表2可以看出，在4年不同施肥和栽培处理下，优化施肥穗长和穗粗均优于CK，其中优化施肥处理在2013、2014、2016三年中表现最好，2015年穗长表现最好的为优OPT，其余处理均与对照差异达显著水平，其余处理之间基本无差异；4年综合表现优化施肥处理均优于常规施肥处理和CK，优化施肥处理间差异不显著。穗长和穗粗OPT + TR + FM + NT与CK差异分别为3.59~7.59 cm、2.05~3.59 cm；穗长和穗粗OPT与CK差异分别为1.33~4.57 cm、0.65~2.31 cm；研究发现不管是优化施肥处理和常规施肥处理对玉米的穗长和穗粗都有一定的影响，相比之下穗粗的生物学性状比穗长的生物学性状更加稳定，也可以说不同的施肥和栽培处理对穗长的影响大于穗粗。
由表3中可以看出所有处理均比CK的穗行数和穗粒数均有不同程度的增加，差异最为显著的是OPT + FM和OPT + TR + FM + NT处理穗行数分别比对照增加1.25~1.55行、1.26~1.81行，穗粒数分别比对照增加5.01~14.41粒、6.38~17.43粒，发现随着试验年限的延长各处理与CK差异的显著性增加，其主要原因是多年不施肥，土壤不能给玉米的生长发育提供有效的养分，从而影响玉米的行粒数。
粒重是关系到玉米产量和品质的一个非常重要的因子。粒重的变化取决于内部因素与外部条件的相互作用，内部因素既品种基因型：外部条件则含有两方面的内容：一是栽培管理及地力方面，二是气象因子方面。由表4可以看出500粒重，优化施肥处理4年均比CK和CON表现优越，CON比CK增加
Table 1. Effects of different fertilizer treatments and cultivation pattern on plant height and ear height in maize
表1. 不同的施肥处理和栽培模式对玉米株高和穗位高的影响
注：数值后不同小大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。
Note: Different small or capital letters after the value indicate that the difference between treatments is 5% and 1% respectively.
Table 2. Effects of different fertilizer treatments and cultivation pattern on maize ear length and ear diameter
表2. 不同的施肥处理和栽培模式对玉米穗长和穗粗的影响
注：数值后不同小大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。
Note: Different small or capital letters after the value indicate that the difference between treatments is 5% and 1% respectively.
Table 3. Effects of different fertilizer treatments and cultivation pattern on ear rows and row grains.
表3. 不同的施肥处理和栽培模式对玉米穗行数和行粒数的影响
注：数值后不同小大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。
Note: Different small or capital letters after the value indicate that the difference between treatments is 5% and 1% respectively.
Table 4. Effects of different fertilizer treatments and cultivation pattern on bald length and 500-grain weight in maize
表4. 不同的施肥处理和栽培模式对玉米秃顶长和500粒重的影响
注：数值后不同小大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。
Note: Different small or capital letters after the value indicate that the difference between treatments is 5% and 1% respectively.
5.35%~8.5%，其余处理比CK增加8.74%以上，尤其OPT + TR + FM + NT处理4年均比CK增加22.97%以上，说明施肥可以增加玉米的粒重，不同的覆膜方式也能影响到玉米的粒重。
而秃顶长则与粒重成反比，其优化施肥处理4年均比CK和CON表现缩减，可以看出施肥对作物的生长发育和授粉也可以产生影响，不但影响到玉米授粉的完全性，也可以导致玉米穗的发育不良，所以，合理的施肥是保证玉米高产和稳产的基础。
由表5中可以看出不同的施肥和栽培处理中，优化施肥处理产量表现均优于常规施肥CK，而在优化施肥处理中处理OPT + TR + FM + NT在4年产量表现最佳，其次为OPT + FM、OPT + TR 、OPT、CON与CK相比，各施肥处理均能有效提高玉米产量，OPT + TR + FM + NT处理4年比CK提高49.96%~64%，比CON提高22.44%~45.09%，其产量比较表见图2。
4. 结论
施肥不但可以影响春玉米的籽粒产量，还可以影响春玉米的生物产量和经济指标，但在不同的栽培方式下春玉米的籽粒产量和经济指标又表现出不同的结果，所以，本研究认为在黄土高原黄绵土雨养农业区陡坡地春玉米的种植过程中，必须在合理施肥的基础上配合科学的栽培方式才能取得可观的经济效益。
Table 5. Effects of different fertilizer treatments and cultivation pattern on maize grain yield
表5. 不同的施肥处理和栽培模式对玉米籽粒产量的影响
注：数值后不同小大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。
Note: Different small or capital letters after the value indicate that the difference between treatments is 5% and 1% respectively.
Figure 2. Comparison of maize grain yields
图2. 玉米籽粒产量比较表
经过连续四年研究结果表明在不同施肥量和种植模式下其对玉米生育期及经济性状的影响不同，种植模式变化趋势为全膜双垄沟 > 全膜平作 > 条膜垄作 > 条膜平作，施肥量变化趋势为OPT > CON > CK。OPT + TR + FM + NT处理产量表现最高，为6686.68~9514.76 kg/hm2，较CK和CON分别提高49.96%~64.00%、22.44%~45.09%，且整个玉米生长季产生的径流量也最少；从玉米植株的高度变化可以看出，在同等密度下，施肥是保证土壤肥力的基础，合理的施肥配合科学的栽培模式是作物生产力的保证；在4年不同施肥和栽培处理条件下，优化施肥穗长和穗粗均优于CK，其余处理均与对照差异达显著水平，4年综合表现优化施肥处理均优于常规施肥处理和CK，优化施肥处理间差异不显著。穗长和穗粗OPT + TR + FM + NT与CK差异分别为3.59~7.59 cm、2.05~3.59 cm；穗长和穗粗OPT与CK差异分别为1.33~4.57 cm、0.65~2.31 cm；由表3中可以看出所有处理均比CK的穗行数和穗粒数均有不同程度的增加，差异最为显著的是OPT + FM和OPT + TR + FM + NT处理穗行数分别比对照增加1.25~1.55行、1.26~1.81行，穗粒数分别比对照增加5.01~14.41粒、6.38~17.43粒，发现随着试验年限的延长各处理与CK差异的显著性增加，其主要原因是多年不施肥，土壤不能给玉米的生长发育提供有效的养分，从而影响玉米的行粒数；粒重是关系到玉米产量和品质的一个非常重要的因子。由表4可以看出500粒重，优化施肥处理4年均比CK和CON表现优越，CON比CK增加5.35%~8.5%，其余处理比CK增加8.74%以上，尤其是OPT + TR + FM + NT处理4年均比CK增加22.97%以上，说明施肥可以增加玉米的粒重，不同的覆膜方式也能影响到玉米的粒重；而秃顶长则与粒重成反比，其优化施肥处理4年均比CK和CON表现缩减，可以看出施肥对作物的生长发育和授粉也可以产生影响，不但影响到玉米授粉的完全性，也可以导致玉米穗的发育不良。因此，坡耕地玉米种植的最佳模式的施肥处理为尿素489.15 kg/hm2，过磷酸钙1249.95 kg/hm2配合全膜双垄沟播技术，既能提高作物产量，又能有效减少养分随地表径流流失而污染环境。本试验前人研究也表明玉米秸秆产量的变化趋势与籽粒产量变化趋势基本一致，也表现为优化施肥各处理高于不施肥处理和常规施肥处理 [5] 。
基金项目
公益性行业(农业)科研专项主要农区农业面源污染监测预警与氮磷投入阈值研(201003014-7)部分内容；天水市科技计划支撑。