江漢平原棉麥套種方式下小麥施肥模型的建立及其應用研究

楊利 丁亨虎 范先鵬 賈平安 李生勇 吳家瓊 劉克芝 付勇 白淑萍 胥順發(fā)

摘要：采用氮、磷、鉀３個養(yǎng)分因子，每個因子分４個施用梯度，共１４個處理的無重復不完全大田試驗設計“３４１４”方案，對湖北省潛江市棉麥套種方式下的小麥施肥技術進行了田間試驗，建立了江漢平原棉麥套種方式下小麥的施肥模型，并在此基礎上，提出了區(qū)域棉麥套種區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺指標與小麥氮、磷、鉀施用量的修正值，推薦了合適的小麥施肥量為N １３０～２１０ ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ４０～７０ ｋｇ／ｈｍ２、鉀K2O ４０～６０ ｋｇ／ｈｍ２。

關鍵詞：小麥；施肥模型；“３４１４”肥料試驗；江漢平原

中圖分類號：Ｓ５１２．１；Ｓ１４７．２１；Ｓ１３１（２６３）文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）14－2932-06

Establishment and Application of Fertilizer Model for Wheat Interplanted with Cotton in Jianghan Plain

ＹＡＮＧ Ｌｉ１，ＤＩＮＧ Ｈｅｎｇ－ｈｕ２，ＦＡＮ Ｘｉａｎ－ｐｅｎｇ１，ＪＩＡ Ｐｉｎｇ－ａｎ３，ＬＩ Ｓｈｅｎｇ－ｙｏｎｇ３，ＷＵ Ｊｉａ－ｑｉｏｎｇ２，ＬＩＵ Ｋｅ－ｚｈｉ２，

ＦＵ Ｙｏｎｇ２，ＢＡＩ Ｓｈｕ－ｐｉｎｇ２，ＸＵ Ｓｈｕｎ－ｆａ３

（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｌａｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ， Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ， Ｈｕｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ ４３００６４，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｑｉａｎｊｉａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｂｕｒｅａｕ， Ｑｉａｎｊｉａｎｇ ４３３１００， Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；

３． Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｊｉｙｕｋｏｕ Ｔｏｗｎ ｏｆ Ｑｉａｎｊｉａｎｇ Cｉｔｙ，Ｑｉａｎｊｉａｎｇ ４３３１２８，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ．）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： ‘３４１４ ｆｉｅｌｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ （ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｎｄ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ａｓ ３ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔｓ， ４ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｏｆ ｅａｃｈ ｅｌｅｍｅｎｔ， ａ ｔｏｔａｌ ｏｆ １４ ｕｎｒｅｐｅａｔｅｄ ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔs were ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｗｈｅａｔ ｉｎｔｅｒｐｌａｎｔｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｔｔｏｎ ｉｎ Ｑｉａｎｊｉａｎｇ ｃｉｔｙ， Ｈｕｂｅｉ ｐｒｏｖｉｎｃｅ． Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｗｈｅａｔ ｉｎｔｅｒｐｌａｎｔｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｔｔｏｎ ｉｎ Ｊｉａｎｇｈａｎ ｐｌａｉｎ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ， ｂａｓｅｄ ｏｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｐｌｅｎｔｉｆｕｌ－ｌａｃｋ ｉｎｄｅｘ ｉｎ ｗｈｅａｔ－ｃｏｔｔｏｎ ｉｎｔｅｒｐｌａｎｔｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｃｔ， ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｎｄ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｆｏｒ ｗｈｅａｔ were ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｄｏｓｅ ｏｆ N， P2O5 ａｎｄ K2O ｗere ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ａｓ １３０～２１０， ４０～７０ ａｎｄ ４０～６０ ｋｇ／ｈｍ２， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｗｈｅａｔ； ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｍｏｄｅ； ‘３４１４ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ； Ｊｉａｎｇｈａｎ ｐｌａｉｎ

近年來，湖北省的小麥種植面積基本穩(wěn)定在１００萬ｈｍ２，總產在３３０萬ｔ左右，并有逐年增加的趨勢［１，２］。江漢平原是湖北省乃至長江中下游地區(qū)重要的糧棉油產區(qū)之一，其小麥種植方式主要有棉麥套種、稻麥輪作2種?？茖W合理施肥、提高肥料利用率已成為發(fā)展小麥生產、提高小麥產量和品質的重要保證。肥料效應田間試驗是獲得各種作物最佳施肥量、施肥比例、施肥時期、施肥方法的根本途徑，也是篩選、驗證土壤養(yǎng)分測試方法、建立施肥指標體系的基本環(huán)節(jié)。通過田間試驗，掌握各個施肥單元不同作物優(yōu)化施肥數(shù)量，基肥、追肥分配比例，施肥時期和施肥方法；摸清土壤養(yǎng)分校正系數(shù)、土壤供肥能力、不同作物養(yǎng)分吸收量和肥料利用率等基本參數(shù)；就可以構建作物施肥模型，為指導合理施肥和肥料配方提供科學依據(jù)［３－７］。從２００2年起，農業(yè)部全國農業(yè)技術推廣服務中心制定的《肥料配方施肥技術規(guī)范》就開始推薦各地在主要農作物的肥料效應田間試驗設計上采用“３４１４”設計方案，在具體實施過程中可根據(jù)研究目的選用“３４１４”設計的完全實施方案或部分實施方案。一般通過“３４１４”設計方案田間試驗，就可建立起本地區(qū)農作物的肥料效應函數(shù)方程，獲得該地區(qū)主要農作物的最佳經(jīng)濟產量、推薦施肥量以及土壤養(yǎng)分校正系數(shù)、土壤供肥能力和肥料利用率等基本參數(shù)，最終確定養(yǎng)分速測豐缺指標體系［８－１２］，所以“３４１４”肥料效應田間試驗設計方案是測土配方施肥工作主要推薦的肥料施肥方案。該方案以氮、磷、鉀為３個養(yǎng)分因子，每個因子分４個施用梯度，共有１４個處理，屬于無重復不完全大田試驗設計［１３，１４］。我們通過田間試驗，試圖構建江漢平原小麥施肥模型，并據(jù)此提出氮、磷、鉀肥的適宜用量和比例及其相應的施肥技術，進而有效地指導江漢平原小麥種植過程的施肥作業(yè)，從而達到提高肥料利用率和增加小麥產量的目的。

１材料與方法

１．１試驗地概況

試驗安排在江漢平原腹地潛江市進行，該市的小麥產區(qū)主要分布在積玉口、浩口、楊市等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。各試驗地點即選擇在這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的小麥地里，試驗前取耕作層土壤樣品分析土壤中的理化性質和速效養(yǎng)分含量［１５］，調查了解有關試驗點小麥種植的基本情況，結果見表１。

１．２試驗設計

各試驗點均統(tǒng)一采用“３４１４”完全試驗設計方案，即取氮、磷、鉀３個養(yǎng)分因子、每個因子選擇４個水平、共組合成ｌ４個處理（組合）；在Ｎ、Ｐ、Ｋ下分別標注“０、１、２、３”表示該處理施肥的水平。其中，“０水平”表示不施肥，“２水平”表示推薦量，“１水平”為“２水平”的一半，“３水平”為“２水平”的１．５倍。試驗各處理肥料用量見表２，其中各試驗點小麥種植地的氮、磷、鉀養(yǎng)分推薦施用量，即“２水平”的確定，參考區(qū)域內土壤養(yǎng)分豐缺指標和作物肥料養(yǎng)分施用指標進行評價，再依據(jù)當?shù)氐男←湻N植地養(yǎng)分狀況、區(qū)域內農戶調查結果、歷年施肥情況記載和有關文獻報道等信息而定，從４個試驗點氮、磷、鉀肥料的推薦用量確定結果來看，各試驗點之間存在一定的差異，符合肥料效應田間試驗“３４１４”設計方案的基本要求。

“３４１４”設計方案吸收了回歸最優(yōu)設計，是目前應用較為廣泛的肥料效應田間試驗方案。為便于匯總，同一作物、同一區(qū)域內施肥量要保持一致。該方案除可應用１４個處理進行氮、磷、鉀三元二次效應方程的擬合以外，還可分別進行氮、磷、鉀中任意二元或一元效應方程的擬合［８］。例如，進行氮、磷二元效應方程擬合時，可選用處理２、３、４、５、６、７、１１、１２，求得在以Ｋ２水平為基礎的氮、磷二元二次效應方程。此外，通過處理１可以獲得基礎地力產量，即空白區(qū)產量［９］。

利用“３４１４”設計方案可以得出土壤養(yǎng)分豐缺指標。方案中的處理１為空白對照（ＣＫ），處理６為全肥區(qū)（氮磷鉀），處理２、４、８為缺素區(qū)（即磷鉀、氮鉀和氮磷）。收獲后計算產量，用缺素區(qū)產量占全肥區(qū)產量的百分數(shù)來表達土壤養(yǎng)分的豐缺情況［８］。相對產量低于５０％的土壤養(yǎng)分為極低，相對產量在５０％～７５％為低，７５％～９５％為中，大于９５％的為高，從而確定適用于某一區(qū)域、某種作物的土壤養(yǎng)分豐缺指標及對應的肥料施用數(shù)量。而對于該區(qū)域其他田塊，則可通過土壤養(yǎng)分測試，就可以了解土壤養(yǎng)分的豐缺現(xiàn)狀，從而提出相應的推薦施肥量［１２］。

試驗各處理的小區(qū)面積均為２０ ｍ２，小區(qū)隨機區(qū)組排列，四周設保護行。磷、鉀肥分別采用１２％的過磷酸鈣和６０％的氯化鉀在移栽時一次性基施，氮肥采用４６％的尿素，其中７０％的用量基施、３０％的在分蘗期追施。試驗品種為鄭麥９０２３，于２００８年１１月上旬播種，播種量２１０ ｋｇ／ｈｍ２，播種方式條播，２００９年５月下旬收獲。各試驗處理除了施肥量與肥料種類組合不同外，其他的田間操作管理如整地、栽培、灌溉、有害生物防治等均按當?shù)亓晳T統(tǒng)一進行。在試驗栽培過程中，收獲前的２００９年５月初雨水偏多，造成小麥赤霉病發(fā)生較重，所以在收獲前用滅病威防治了赤霉病２次。收獲時均分小區(qū)實收產量，以風干重計產。

２結果與分析

２．１通過一元二次回歸模型對不同氮、磷、鉀施用量與產量的效應關系進行擬合與預測

在小麥成熟收獲后，實打計產（風干重），產量統(tǒng)計結果見表３。對表３數(shù)據(jù)分別以氮、磷、鉀單因子抽取各處理的施肥量與產量數(shù)據(jù)，即氮因子選取處理２、３、６和１１的數(shù)據(jù)，磷因子選取處理４、５、６和７的數(shù)據(jù)，鉀因子選取處理６、８、９和１０的數(shù)據(jù)，按ｙ＝ａｘ２＋ｂｘ＋ｃ一元二次回歸模型，分別進行回歸分析，擬合各試驗地點小麥產量（ｙ）與各養(yǎng)分因子（ｘ）施用量的一元二次效應方程，結果見表４。從表４可見，各試驗點產量與施肥量均能擬合為一元二次效應方程，二次項系數(shù)小于零，呈現(xiàn)正常的拋物線形狀。進一步對所擬合的各一元二次效應方程進行顯著性分析，發(fā)現(xiàn)氮、磷、鉀各因子雖未達到顯著差異水平，但復相關系數(shù)Ｒ２除Ｅ２試驗點的氮因子外，其余的都在０．８以上。

依據(jù)一元二次效應方程，按最大邊際效應求取偏導函數(shù)。最高施肥量按ｂ＋２ａｘ＝０方程求取，繼而預測最高產量。最佳施肥量按ｂ＋２ａｘ＝Ｐｘ／Ｐｙ方程求取［１６－１８］，繼而預測最佳產量，結果見表５。從表５的結果反映，試驗預測結果與大田生產實際是相吻合的。

從表５結果還可看出，N的最高施肥量介于１６８．０～３１６．５ ｋｇ／ｈｍ２，最佳施肥量介于１２７．５～１４５．５ ｋｇ／ｈｍ２；P2O5的最高施肥量介于５１．０～１１４．０ ｋｇ／ｈｍ２，最佳施肥量介于４５．０～９９．０ ｋｇ／ｈｍ２；K2O的最高施肥量介于４６．５～７６．５ ｋｇ／ｈｍ２，最佳施肥量介于４０．５～４９．５ ｋｇ／ｈｍ２。綜合考慮，區(qū)域內最高施肥量為N ２１６．４ ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ６９．０ ｋｇ／ｈｍ２、K2O ６０．４ ｋｇ／ｈｍ２，此時的小麥產量為４ ０６７．３ ｋｇ／ｈｍ２（３ ８０２．５～４ ６２４．５ ｋｇ／ｈｍ２）；區(qū)域內最佳施肥量為N １３４．６ ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ６０．０ ｋｇ／ｈｍ２、K2O ４４．３ ｋｇ／ｈｍ２，此時的小麥產量為４ ００５．４ ｋｇ／ｈｍ２（３ ７００．５～４ ６００．５ ｋｇ／ｈｍ２）。

２．２通過三元二次回歸模型對不同氮、磷、鉀施用量與產量的效應關系進行擬合與預測

對表３數(shù)據(jù)采用三元二次回歸模型：ｙ＝ｂ０＋ ｂ１Ｎ＋ｂ２Ｐ＋ｂ３Ｋ＋ｂ４Ｎ２＋ｂ５Ｐ２＋ｂ６Ｋ２＋ｂ７ＮＰ＋ｂ８ＮＫ＋ｂ９ＰＫ進行回歸分析，分別擬合得到４個試驗點的小麥產量（ｙ）與Ｎ（Ｎ）、Ｐ（Ｐ２Ｏ５）、Ｋ（Ｋ２Ｏ）養(yǎng)分施用量的三元二次效應方程，具體見表６。進一步對所擬合的產量與施肥量三元二次效應方程的相關關系顯著性進行回歸方差分析，結果表明，除Ｅ２試驗點結果擬合的三元二次效應方程的相關關系不顯著外，其余３個試驗點的相關關系為顯著，說明小麥產量與氮、磷、鉀養(yǎng)分施用量的相關關系達到了顯著差異水平。

依據(jù)擬合得到的三元二次效應方程，按最大邊際效應求取偏導函數(shù)［１６－１８］。最高施肥量及最佳施肥量分別按方程組（１）和方程組（２）求取，繼而可預測出小麥的最高產量和最佳產量，結果見表７。

方程組（１） ｂ１＋２ｂ４Ｎ＋ｂ７Ｐ＋ｂ８Ｋ＝０ｂ2＋２ｂ5P＋ｂ７N＋ｂ9Ｋ＝０ｂ3＋２ｂ6Ｎ＋ｂ8N＋ｂ9P＝０，

方程組（２）ｂ１＋２ｂ４Ｎ＋ｂ７Ｐ＋ｂ８Ｋ＝ＰN／Ｐyｂ2＋２ｂ5P＋ｂ７N＋ｂ9Ｋ＝ＰP／Ｐyｂ3＋２ｂ6Ｎ＋ｂ8N＋ｂ9P＝ＰK／Ｐy。

從表７結果看出，N的最高施肥量介于１９０．５～２２３．５ ｋｇ／ｈｍ２之間，最佳施肥量介于２１．０～１３３．５ ｋｇ／ｈｍ２之間；P2O5的最高施肥量介于４２．０～７６．５ ｋｇ／ｈｍ２之間，最佳施肥量介于１８．０～４６．５ ｋｇ／ｈｍ２之間，K2O的最高施肥量介于51．０～１４７ ｋｇ／ｈｍ２之間，最佳施肥量介于２７．０～４６．５ ｋｇ／ｈｍ２之間。綜合考慮，區(qū)域內最高產量施肥量為N ２０７．５ ｋｇ／ｈｍ２，P2O5 ６９ ｋｇ／ｈｍ２，K2O ６０．４ ｋｇ／ｈｍ２；區(qū)域內最佳產量施肥量為N ７８．８ ｋｇ／ｈｍ２，P2O5 ３６ ｋｇ／ｈｍ２，K2O ３９．８ ｋｇ／ｈｍ２。

２．３區(qū)域內土壤主要養(yǎng)分豐缺與肥料施用指標修正

關于土壤養(yǎng)分分級，現(xiàn)在已經(jīng)有些比較一致的觀點，參照張福鎖［１９］、魯劍巍［２０］、白由路等［２１］的研究結果，結合江漢平原其他縣市原制定的土壤養(yǎng)分豐缺指標和中稻作物肥料養(yǎng)分施用指標［２２］，并考慮區(qū)域土壤養(yǎng)分含量、作物產量和施肥水平現(xiàn)狀，對原制定的土壤養(yǎng)分豐缺指標和小麥作物肥料養(yǎng)分施用指標進行了初步修正，具體見表８和表９。

３小結與討論

１）試驗的產量與施肥量均能擬合出一元二次效應方程，擬合預測區(qū)域內的小麥最高施肥量為N ２１６．４ ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ６９．０ ｋｇ／ｈｍ２、K2O ６０．４ ｋｇ／ｈｍ２；最佳施肥量為N １３４．６ ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ６０．０ ｋｇ／ｈｍ２、K2O ４４．３ ｋｇ／ｈｍ２。這個結果與大田生產實際基本上是吻合的。但統(tǒng)計分析表明，各效應方程中表現(xiàn)出的小麥產量與各養(yǎng)分施用量均未達到顯著差異水平，這是否屬于模型選擇的局限性，還是試驗結果的偏差或者存在其他元素的干擾等原因造成的，尚需進一步研究。

２）通過三元二次回歸模型擬合，預測區(qū)域內小麥最高產量的施肥量為N ２０７．５ ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ６９.0 ｋｇ／ｈｍ２、K2O ６０．４ ｋｇ／ｈｍ２；最佳產量的施肥量為N ７８．８ ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ３６.0 ｋｇ／ｈｍ２、K2O ３９．８ ｋｇ／ｈｍ２。小麥產量與氮、磷、鉀養(yǎng)分施用量的相關關系較為顯著，擬合的小麥產量與實際產量能比較好地吻合。

３）通過應用土壤養(yǎng)分測試值，并對照修正的土壤養(yǎng)分豐缺指標和肥料養(yǎng)分施用量，推薦的區(qū)域內各田塊最佳氮、磷、鉀養(yǎng)分施肥量與試驗實際表現(xiàn)的結果有較高的吻合性。但這只是初步的一年試驗結果，各指標分級與修正尚需更多的試驗示范來校驗。

４）無論通過一元二次回歸模型，還是三元二次回歸模型，均能擬合獲得區(qū)域內小麥產量的最高施肥量和最佳施肥量，這與王愛軍［２３］、劉全鳳等［２４］的結果是一致的。雖然二種方式均能進行擬合與驗證，但在大面積生產上，推薦各田塊單元的合理施肥量都存在一定的缺陷，但如果結合田塊養(yǎng)分豐缺指標來確定肥料施用量則是行之有效的方法，適合于大面積推廣［25，26］。因此田塊養(yǎng)分豐缺指標的確定就顯得尤為重要，除了土壤測試是非常重要的依據(jù)之外，是否還需要參考其他如水分、氣候等因子［27］，尚需做進一步的研究。

５）綜合一元二次效應方程、三元二次效應方程的模擬預測結果，并參考區(qū)域土壤養(yǎng)分含量、作物產量和施肥水平現(xiàn)狀，推薦本區(qū)域內合適的小麥施肥量為N １３０～２１０ ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ４０～７０ ｋｇ／ｈｍ２、K2O ４０～６０ ｋｇ／ｈｍ２。

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