農(nóng)作物實(shí)用施肥配方確定的研究

童 軍 周華眾 李靜雯

（1.湖北省植物保護(hù)總站 武漢 430070； 2.湖北生物科技職業(yè)學(xué)院 武漢 430070）

目前確定農(nóng)作物施肥量（配方）大都采用耕地養(yǎng)分豐缺指標(biāo)和肥料效應(yīng)函數(shù)法。這種方法是采用單因素、二因素或多因素的多水平回歸設(shè)計(jì)進(jìn)行布點(diǎn)試驗(yàn)，將不同處理得到的作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，求得產(chǎn)量與施肥量之間的肥料效應(yīng)函數(shù)方程，然后根據(jù)函數(shù)關(guān)系來(lái)指導(dǎo)施肥。這種方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在四大問(wèn)題：一是作物施肥與土壤狀況、環(huán)境因素等密切相關(guān)，但效應(yīng)函數(shù)無(wú)法表達(dá)施肥與環(huán)境的關(guān)系，因此，得出的函數(shù)很多不能直接指導(dǎo)生產(chǎn)；二是這種函數(shù)擬合度不高，初步統(tǒng)計(jì)，2005年～2009年全國(guó)20多萬(wàn)個(gè)“3414”試驗(yàn)進(jìn)行擬合時(shí)，擬合成功率不到40%，我省1萬(wàn)多個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行擬合時(shí)，擬合成功率只有30%左右；三是氮、磷、鉀施肥量如何達(dá)到平衡、有效，函數(shù)本身難以實(shí)現(xiàn)；四是技術(shù)要求高，在生產(chǎn)實(shí)際中難以操作或操作不到位。

1 實(shí)用施肥配方規(guī)律的發(fā)現(xiàn)

通過(guò)全省大量施肥配方數(shù)據(jù)分析得出，施肥量與土壤養(yǎng)分存在著規(guī)律性。即對(duì)于一定的區(qū)域、同一作物的施肥量與土壤養(yǎng)分測(cè)試結(jié)果存在一定規(guī)律的相關(guān)性，但這種規(guī)律性只在一定的施肥區(qū)間內(nèi)表現(xiàn)；而不同的區(qū)域、同一作物施肥量有一定的區(qū)別；無(wú)論什么區(qū)域、什么作物，無(wú)論土壤養(yǎng)分測(cè)試值是多少，實(shí)際施肥量總是在一定區(qū)間內(nèi)變化。

針對(duì)這些特點(diǎn)和規(guī)律，2007年～2011年，我們對(duì)全省5016個(gè)不同地域、不同作物的肥效試驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，找出了作物施肥量與土壤區(qū)域性和測(cè)試值的一般規(guī)律性，形成了確定農(nóng)作物施肥配方的基本方法，并研究確定了一系列相關(guān)參數(shù)。稱之為“實(shí)用施肥配方”。在生產(chǎn)中將這種方法反復(fù)驗(yàn)證修正，得到實(shí)踐的檢驗(yàn)。實(shí)用施肥配方其原理基于肥料效應(yīng)函數(shù)法。最大優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)化了肥料效應(yīng)函數(shù)法中一切復(fù)雜的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程，操作、計(jì)算非常簡(jiǎn)單，適合于各個(gè)層次、各方面人員應(yīng)用，具有很好的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。下面以江漢平原水稻施肥為例，列舉實(shí)用施肥配方的基本函數(shù)公式。

N施=N臨施－（N測(cè)－N臨）×區(qū)域系數(shù)，并確定“N施”的區(qū)間；

P施=P臨施－（P測(cè)－ P臨）×區(qū)域系數(shù)，并確定“P施”的區(qū)間；

K施=K臨施－（K測(cè)－K臨）×區(qū)域系數(shù)，并確定“K施”的區(qū)間。

注：N施為一定區(qū)域氮肥施用量

N臨為一定區(qū)域針對(duì)一定作物土壤堿解氮臨界水平

N臨施為土壤臨界堿解氮水平下的施肥量

N測(cè)為一定區(qū)域土壤堿解氮測(cè)定值。

“P、K”的解釋同“N”。

如江漢平原水稻施肥：

N施=11－（N測(cè)－ 112）×0.028－ 0.035，13≥ N施≥7；

P施=5－（P測(cè)－ 11）×0.12－0.0.15，7≥P施≥2；

K施=7－（K測(cè)－ 118）×0.035－ 0.045，9≥K施≥3。

2 研究過(guò)程

2.1 試驗(yàn)分區(qū)

根據(jù)不同的土壤類型和生態(tài)區(qū)域、不同的土壤養(yǎng)分測(cè)試結(jié)果和確定作物目標(biāo)產(chǎn)量前提下氮、磷、鉀的最佳施用數(shù)量和比例，將全省劃分為四大區(qū)域。

2.1.1 鄂東南丘陵

包括：黃州、團(tuán)風(fēng)、浠水、蘄春、武穴、黃梅、羅田、麻城、英山、紅安、鄂州所有區(qū)域、新洲、黃陂、東西湖、大冶、陽(yáng)新、赤壁、崇陽(yáng)、通山、孝南、孝昌、咸安、通城23個(gè)縣（市）。

2.1.2 江漢平原

包括:天門、仙桃、潛江、洪湖、江陵、荊州、沙市、監(jiān)利、石首、公安、云夢(mèng)、蔡甸、漢川、應(yīng)城、漢南、嘉魚(yú)、枝江、松滋、江夏、宜都20個(gè)縣（市）。

2.1.3 鄂中丘陵崗地

包括:大悟、安陸、孝昌、廣水、曾都、隨縣、鐘祥、京山、沙洋、宜城、襄州、襄城、樊城、棗陽(yáng)、當(dāng)陽(yáng)、老河口16個(gè)縣（市）。

2.1.4 鄂西北山地

包括鄖西、鄖縣、竹山、竹溪、房縣、丹江口、谷城、南漳、保康、神農(nóng)架林區(qū)、整個(gè)恩施自治州、遠(yuǎn)安、夷陵、興山、秭歸、長(zhǎng)陽(yáng)、五峰24個(gè)縣（市）。

實(shí)際上區(qū)域可以劃分更細(xì)，每一個(gè)縣市都可以劃分若干區(qū)域，主要根據(jù)土壤類型和作物分布劃分。

2.2 試驗(yàn)分析

2.2.1 作物需肥量與臨界施肥量的關(guān)系

重點(diǎn)選擇了15種作物，其中，糧、棉、油等主要作物每個(gè)作物每個(gè)大區(qū)域各選擇30個(gè)樣本分別平均，菜、果、茶等特色作物各選擇60個(gè)樣本全省平均。得出不同作物平均臨界施肥量與平均需肥量的關(guān)系（見(jiàn)圖1～3，方線代表作物100kg經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量需肥量，線條代表生產(chǎn)100kg作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的臨界施肥量），圖1～3顯示，除棉花、油菜外，其他作物需肥量與施肥量基本相近，特別是蔬菜兩者基本相同。豆科作物施氮明顯偏少，果樹(shù)施用量相對(duì)偏高。而棉花和油菜由于經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量占整個(gè)生物產(chǎn)量比重較小，所以需肥和施肥差距較大。需肥量與施肥量絕大多數(shù)都呈規(guī)則的線型平行關(guān)系，并且都在很小的范圍內(nèi)波動(dòng)。所以，初步結(jié)論是作物實(shí)際施肥量是在臨界施肥量水平上下加、減。

圖1 氮施肥量與需肥量的關(guān)系

圖2 磷施肥量與需肥量的關(guān)系

圖3 鉀施肥量與需肥量的關(guān)系

2.2.2 土壤測(cè)試值和作物實(shí)際施肥量的關(guān)系

以江漢平原水稻為例，分析土壤測(cè)試值（橫坐標(biāo)）與作物實(shí)際施肥量（縱坐標(biāo)）的關(guān)系（見(jiàn)圖4～6和表1）。圖4顯示，在所有水稻“3414”試驗(yàn)和其他肥效試驗(yàn)中，水稻每667m2適宜施氮量都在7kg～13kg之間，在13kg以上基本處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定狀況，就是土壤養(yǎng)分測(cè)試值無(wú)論怎么小，施氮量增加很小，甚至不增；在7kg以下也相對(duì)穩(wěn)定，就是土壤養(yǎng)分測(cè)試值無(wú)論怎么大，施氮量減量很小，甚至不減。測(cè)試值每相差10個(gè)單位，施肥量變化大約在0.3kg左右，實(shí)際上這就是這個(gè)區(qū)域的相對(duì)作物氮肥施用的區(qū)域系數(shù)。同樣，磷、鉀也存在這種關(guān)系。圖5顯示，土壤有效磷測(cè)試值每相差1個(gè)單位，水稻實(shí)際施磷量變化大約在0.12kg左右，測(cè)試值在3mg/kg之下，施磷基本穩(wěn)定在6kg左右，當(dāng)測(cè)試值在35mg/kg以上時(shí)，施磷基本穩(wěn)定在2kg左右。圖6顯示，土壤速效鉀測(cè)試值每相差10個(gè)單位，水稻實(shí)際施鉀量施肥量大約在0.4kg左右變化，但到200mg/kg后變化就很小，到300mg/kg后基本穩(wěn)定，到400mg/kg左右時(shí)就可以基本不施鉀了。

表1 土壤養(yǎng)分測(cè)試值和水稻實(shí)際施肥量的關(guān)系單位：測(cè)試值mg/kg，施肥量kg/667m2

圖4 土壤堿解氮測(cè)試值和水稻實(shí)際施氮量關(guān)系

圖5 土壤有效磷測(cè)試值和水稻實(shí)際施磷量關(guān)系

圖6 土壤速效鉀測(cè)試值和水稻實(shí)際施鉀量關(guān)系

2.2.3 區(qū)域臨界施肥量和土壤臨界養(yǎng)分含量的確定

區(qū)域臨界施肥量是通過(guò)田間試驗(yàn)研究確定，在一定的區(qū)域、某一作物達(dá)到一定經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量所施養(yǎng)分的最適宜數(shù)量和比例。簡(jiǎn)單講就是在一定區(qū)域，作物達(dá)到一定經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的平均施肥量。區(qū)域臨界施肥量的最大特點(diǎn)就是，在土壤臨界測(cè)試值條件下，在區(qū)域臨界施肥量以上施肥，作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量增量很小，但在區(qū)域臨界施肥量以下施肥，作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量增幅很大。區(qū)域臨界施肥量主要通過(guò)“3414”試驗(yàn)研究確定。其過(guò)程為：

a)計(jì)算缺素狀態(tài)下的相對(duì)產(chǎn)量

其計(jì)算方法為：

b)計(jì)算缺素狀態(tài)下的相對(duì)施肥量

相對(duì)產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的肥料增量就是肥料的相對(duì)施肥量。其計(jì)算方法為：c)確定區(qū)域臨界施肥量和土壤臨界養(yǎng)分含量在一個(gè)區(qū)域眾多的“3414”試驗(yàn)中，可以獲得眾多的缺素狀態(tài)下的相對(duì)作物產(chǎn)量和相對(duì)吸收量。當(dāng)相對(duì)產(chǎn)量達(dá)到75%～90%時(shí)，這時(shí)的土壤養(yǎng)分含量就是這個(gè)區(qū)域的土壤臨界養(yǎng)分含量，也是土壤養(yǎng)分臨界測(cè)試值。當(dāng)相對(duì)吸收量達(dá)到75%～90%時(shí)，這時(shí)的區(qū)域試驗(yàn)適量施肥量就是這個(gè)區(qū)域的臨界施肥量。也就是在耕地養(yǎng)分豐缺指標(biāo)判定中，耕地養(yǎng)分臨界缺乏時(shí)的耕地養(yǎng)分含量就是這個(gè)區(qū)域的耕地養(yǎng)分臨界測(cè)試值，這時(shí)的作物施肥量就是這個(gè)作物在這個(gè)區(qū)域的臨界施肥量。

表2 全省各作物區(qū)域氮臨界施肥量和土壤臨界養(yǎng)分表單位：土壤測(cè)試臨界值mg/kg,臨界施肥量kg/667m2

通過(guò)全省5016個(gè)試驗(yàn)（其中水稻試驗(yàn)1278個(gè)、大小麥626個(gè)、玉米564個(gè)、馬鈴薯108個(gè)、大豆138個(gè)、棉花338個(gè)、油菜858個(gè)、芝麻68個(gè)、茶葉62個(gè)、柑橘78個(gè)、桃58個(gè)、梨56個(gè)、瓜果128個(gè)、蕃茄88個(gè)、辣椒36個(gè)、蘿卜118個(gè)、大白菜168個(gè)、小白菜188個(gè)、蓮藕、魔芋等58個(gè)），分別獲得各種作物、各個(gè)區(qū)域的區(qū)域臨界施肥量和土壤臨界養(yǎng)分（詳見(jiàn)表2、表3、表4）。表2表明，氮肥土壤測(cè)試臨界指標(biāo)和施肥指標(biāo)鄂西北山區(qū)普遍比其他地區(qū)低，而瓜果、蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物普遍比其他作物高。表3表明，磷肥各項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定，只是土壤臨界測(cè)試值江漢平原普遍比丘陵山區(qū)低。表4顯示，鉀的各項(xiàng)指標(biāo)也相對(duì)穩(wěn)定，平原比丘陵山區(qū)略高，經(jīng)濟(jì)作物比糧油作物普遍施肥指標(biāo)要高。當(dāng)然，隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，這些指標(biāo)都會(huì)發(fā)生變化。

表3 全省各作物區(qū)域磷臨界施肥量和土壤臨界養(yǎng)分表

2.2.4 區(qū)域系數(shù)的研究與各作物的施肥量的變化幅度確定

a）區(qū)域系數(shù)

區(qū)域系數(shù)的確定主要看區(qū)域臨界施肥量和土壤臨界測(cè)試值的確定，其基本數(shù)據(jù)來(lái)源也來(lái)自“3414”試驗(yàn)結(jié)果，其計(jì)算公式為：

2007年在潛江市龍灣鎮(zhèn)、周磯鎮(zhèn)、浩口鎮(zhèn)、老新鎮(zhèn)和漁洋鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)做的一組中稻“3414”試驗(yàn)，其臨界施氮水平為11kg，試驗(yàn)結(jié)果的適宜施肥量約12.1kg，土壤臨界水平為112mg/kg，土壤堿解氮測(cè)試值平均為 77.2mg/kg，則區(qū)域系數(shù)就是0.0316。這個(gè)系數(shù)表示，在潛江市水稻產(chǎn)區(qū)，以112mg/kg為土壤堿解氮臨界值，11kg/667m2為臨界施肥量，為達(dá)到潛江常年水稻生產(chǎn)水平，土壤養(yǎng)分氮測(cè)試值每增減一個(gè)單位，其施氮量將在11kg/667m2基礎(chǔ)上減少或增加0.0316kg。同樣，有效磷的測(cè)試平均值為8.06 mg/kg，試驗(yàn)結(jié)果適宜施肥水平為5.3kg，臨界養(yǎng)分含量10mg/kg，臨界施肥水平5kg，則區(qū)域系數(shù)為0.1546；速效鉀的測(cè)試平均值為101.8mg/kg，試驗(yàn)結(jié)果適宜施肥水平為7.55kg，臨界養(yǎng)分含量118 mg/kg，臨界施肥水平7kg，則區(qū)域系數(shù)為0.0340。依此計(jì)算出全省各區(qū)域各主要作物區(qū)域系數(shù)（詳見(jiàn)表5）。

表5 全省各區(qū)域各作物區(qū)域系數(shù)表

b）各作物施肥量變化幅度或范圍

所有作物施肥量雖然隨土壤養(yǎng)分變化而變化，但這種變化都在一定的范圍，不會(huì)因土壤養(yǎng)分極低而過(guò)多施用，也不會(huì)因土壤養(yǎng)分極高而不施肥，這種限定尤其“氮”表現(xiàn)明顯。從大量試驗(yàn)和典型地域觀察，從氮、磷、鉀各元素看，氮的幅度相對(duì)較小，磷、鉀相對(duì)大些,氮的變幅一般在35%以內(nèi)，而磷、鉀從20%～65%之間；從施肥量來(lái)看，一般施肥量較小的變幅較大，而施肥量較大的反而變幅較小。實(shí)際結(jié)果是，臨界施肥量在10kg以內(nèi)的，一般變幅在65%以內(nèi)；臨界施肥量在10kg～20kg間的，一般變幅為40%～60%之間；臨界施肥量超過(guò)20kg的變幅一般為20%～40%之間。以江漢平原水稻為例，氮的變幅為30%左右，磷的變幅為50%左右，鉀的變幅為40%左右。

表4 全省各作物區(qū)域鉀臨界施肥量和土壤臨界養(yǎng)分表