北方褐土區(qū)冬小麥養(yǎng)分平衡施肥參數(shù)研究

杜 君， 孫克剛, 白由路， 楊俐蘋， 盧艷麗， 王 磊， 王 賀

(1河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州 450002； 2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)部作物營養(yǎng)與施肥重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

北方褐土區(qū)冬小麥養(yǎng)分平衡施肥參數(shù)研究

杜 君1,2， 孫克剛1, 白由路2*， 楊俐蘋2， 盧艷麗2， 王 磊2， 王 賀2

(1河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州 450002； 2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)部作物營養(yǎng)與施肥重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

【目的】利用養(yǎng)分平衡法原理，研究各養(yǎng)分平衡施肥參數(shù)，建立以土壤有效養(yǎng)分測定為基礎(chǔ)的我國褐土冬小麥測土推薦施肥指標(biāo)體系，以簡捷快速、科學(xué)合理地指導(dǎo)我國北方褐土區(qū)冬小麥的施肥與生產(chǎn)?！痉椒ā客ㄟ^對多年多點(diǎn)小麥肥效試驗(yàn)結(jié)果的分析，分別計(jì)算出小麥單位產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量、土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)、肥料當(dāng)季利用率等養(yǎng)分平衡施肥參數(shù)，主要研究土壤環(huán)境、產(chǎn)量水平等因素對土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)和肥料利用率的影響及變化規(guī)律?！窘Y(jié)果】冬小麥每百千克小麥產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量在一個(gè)相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)變化，因此忽略其變化將其定為常數(shù)，即氮(N)、磷(P2O5)和鉀(K2O)分別為3 kg、1.2 kg和2.8 kg。土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)與土壤有效養(yǎng)分含量之間呈顯著冪指數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系。在不同的產(chǎn)量水平下，肥料養(yǎng)分當(dāng)季利用率與土壤有效養(yǎng)分含量之間呈顯著對數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，建立了以養(yǎng)分平衡原理為依據(jù)、土壤有效養(yǎng)分測定為基礎(chǔ)的我國褐土冬小麥測土推薦施肥指標(biāo)體系?！窘Y(jié)論】由于養(yǎng)分平衡模型的作物推薦施肥量是根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量需肥量與土壤供肥量之差來計(jì)算的，在利用該模型進(jìn)行施肥推薦時(shí)，研究的關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)該是如何準(zhǔn)確確定模型中土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)和肥料當(dāng)季利用率等參數(shù)，以便得到廣泛地推廣應(yīng)用。在北方褐土區(qū)建立了以養(yǎng)分平衡原理為依據(jù)，土壤肥力測定為基礎(chǔ)，具有氮、磷和鉀全定量特性的小麥測土推薦施肥體系。

養(yǎng)分平衡法； 測土配方施肥； 土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)； 肥料利用率

為建立符合不同區(qū)域和種植體系的作物施肥指標(biāo)體系，我國的土壤肥料科研工作者進(jìn)行了大量的研究工作。目前，現(xiàn)有的60多種平衡施肥方法又可劃分為效應(yīng)函數(shù)法、測土施肥法和營養(yǎng)診斷法三大系統(tǒng)[1]。國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的是采用肥料效應(yīng)函數(shù)模型來獲得推薦施肥量，即利用大量的田間施肥試驗(yàn)以及土壤養(yǎng)分的測試結(jié)果，建立作物產(chǎn)量與施肥量之間的效應(yīng)函數(shù)模型，根據(jù)邊際分析法計(jì)算達(dá)到最高產(chǎn)量或最大經(jīng)濟(jì)效益的施肥量。王興仁等[2]指出，應(yīng)用肥料效應(yīng)函數(shù)模型進(jìn)行推薦施肥會(huì)存在一些問題，如廣泛采用二次多項(xiàng)式模型往往使推薦施肥量偏高，由于作物產(chǎn)量受生態(tài)條件以及栽培管理水平等綜合因素的影響，決定了其存在一定的局限性，而且計(jì)算較為復(fù)雜、技術(shù)要求也較高，在推廣上受到了一定限制，但肥料效應(yīng)函數(shù)模型的應(yīng)用對我國區(qū)域性施肥決策起到了重要作用。

測土施肥法是在土壤肥力化學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計(jì)量施肥技術(shù)，通過對土壤有效養(yǎng)分的測定，提出施肥建議。該方法在國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛，可年年進(jìn)行，并可微觀指導(dǎo)每一地塊的施肥。其中，目標(biāo)產(chǎn)量法是測土推薦施肥方法中的典型代表，它是從傳統(tǒng)的養(yǎng)分平衡施肥法發(fā)展而來的，這一方法是國內(nèi)外配方施肥中最常用、最基本和最重要的方法。養(yǎng)分平衡法計(jì)量施肥是以李比希的“養(yǎng)分歸還”學(xué)說為基礎(chǔ)，是美國著名土壤化學(xué)家Truog[3]于1960年在第七次國際土壤學(xué)會(huì)上明確提出的，后被Stanford[4-5]所發(fā)展并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。20世紀(jì)60年代Truog-Stanford的養(yǎng)分平衡法計(jì)量施肥法開始傳入我國。80年代，國內(nèi)科研工作者用校正后的土壤養(yǎng)分測定值代替田間試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算土壤供應(yīng)量，使得養(yǎng)分平衡法在我國長江以南地區(qū)的施肥中得到推廣和應(yīng)用。養(yǎng)分平衡施肥模型，是根據(jù)作物目標(biāo)產(chǎn)量需肥量與土壤供肥量之差來計(jì)算施肥量的。由于難以準(zhǔn)確確定土壤養(yǎng)分校正系數(shù)參數(shù)和肥料當(dāng)季利用率，目前沒有形成全國范圍內(nèi)的應(yīng)用推廣模式。但是該模型突出的優(yōu)點(diǎn)就是概念清楚、易于理解和掌握、實(shí)用性較強(qiáng)，而且被認(rèn)為是最精確的施肥方法之一[6]。在利用該施肥模型進(jìn)行施肥推薦來建立施肥指標(biāo)體系時(shí)，研究的關(guān)鍵點(diǎn)就是如何準(zhǔn)確確定模型中土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)和肥料當(dāng)季利用率等參數(shù)，以便得到廣泛地推廣應(yīng)用。

小麥?zhǔn)鞘俏覈匾纳唐芳Z和戰(zhàn)略性糧食儲(chǔ)備品種。小麥生產(chǎn)狀況將直接關(guān)系到我國糧食安全、農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收[7]。因此，在小麥生產(chǎn)中，采用科學(xué)合理的推薦施肥技術(shù)，建立小麥?zhǔn)┓手笜?biāo)體系，對指導(dǎo)我國小麥的測土配方施肥具有重要意義。褐土廣泛分布在關(guān)中、晉東南、豫西以及燕山、太行山等低丘等區(qū)域，在行政區(qū)劃上主要分布在北京、河南、河北、山東和陜西等省份，是我國種植冬小麥的主要土壤類型之一[8]。本研究基于養(yǎng)分平衡模型的優(yōu)點(diǎn)，針對冬小麥主產(chǎn)區(qū)的褐土土類，采用多年多點(diǎn)小麥田間試驗(yàn)的資料，重點(diǎn)研究土壤、產(chǎn)量水平和管理措施等因素對土壤養(yǎng)分供應(yīng)量和肥料利用率的影響及變化規(guī)律，建立以養(yǎng)分平衡原理為依據(jù)，土壤肥力測定為基礎(chǔ)，具有氮、磷和鉀全定量特性的小麥測土推薦施肥體系，以指導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)施肥，做到試驗(yàn)研究的深入化、推廣應(yīng)用的簡單化。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源

試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于兩個(gè)方面：一是來源于國家科技支撐計(jì)劃“高效施肥關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目(2008BADAB03)的數(shù)據(jù)，為建立我國主要糧食作物施肥指標(biāo)體系，該項(xiàng)目實(shí)施期間(2008～2010年)，在小麥主產(chǎn)區(qū)河南、河北、山東，北京和陜西等地分別布置了大量冬小麥肥料效應(yīng)試驗(yàn)，本研究選取了95個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù);二是來源于近幾年已發(fā)表的有關(guān)小麥“3414”肥料試驗(yàn)的文章,從2005年開始，國家開始實(shí)施測土配方施肥財(cái)政補(bǔ)貼資金項(xiàng)目，并逐年加大補(bǔ)貼范圍和力度，以推動(dòng)糧食增產(chǎn)，農(nóng)民增收和保護(hù)生態(tài)環(huán)境[9]。近年來，我國土壤肥料工作者在研究作物需肥規(guī)律、土壤供肥規(guī)律以及建立主要作物的施肥技術(shù)指標(biāo)體系方面做了大量的科研工作并積累了大量的成果，本研究選取了各期刊相關(guān)文章中30多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

1.2 試驗(yàn)方法

肥料效應(yīng)田間試驗(yàn)采用“3414”方案設(shè)計(jì)，在具體實(shí)施過程中可根據(jù)研究目的選用“3414”完全實(shí)施方案或部分實(shí)施方案?！?414”是指氮、磷、鉀3個(gè)因素，4個(gè)水平,14個(gè)處理。4個(gè)水平的含義: 0水平指不施肥，2水平指當(dāng)?shù)赝扑]施肥量，1水平(指施肥不足)=2水平×0.5，3水平(指過量施肥)=2水平×1.5(見農(nóng)業(yè)部《測土配方施肥技術(shù)規(guī)范》試行)。本研究選用“3414”試驗(yàn)14處理中的5個(gè)處理，分別為N0P0K0、 N0P2K2、 N2P0K2、 N2P2K0和N2P2K2。

耕地主要以旱地為主，種植制度以小麥—玉米兩熟制為主。氮肥為尿素，分基肥和追肥，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀，其中磷肥與鉀肥做基肥一次施入。田間管理與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)田管理一致。實(shí)打?qū)嵤眨謩e計(jì)產(chǎn)(為標(biāo)準(zhǔn)含水下產(chǎn)量)。小麥?zhǔn)斋@時(shí)用多點(diǎn)法取植株和籽粒樣品，按常規(guī)分析方法測定小麥秸稈和籽粒中的全氮、全磷和全鉀含量。植株樣品用濃H2SO4-H2O2消煮，氮用凱氏定氮法，磷用鉬銻抗比色法，鉀用原子吸收分光光度計(jì)測定。

1.3 供試土壤

本研究選取的土類均為褐土，包括普通褐土、石灰性褐土等各亞類。土壤質(zhì)地為砂壤至粘壤。土壤pH值(土液比1 ∶2.5，電位法測定)變幅為6.2～8.5，有機(jī)質(zhì)(油浴加熱重鉻酸鉀氧化容量法測定)為14～24.4 g/kg， 堿解氮(堿解擴(kuò)散法)為37.5～125 mg/kg，有效磷(Olsen-P)變幅為2.4～82.2 mg/kg，速效鉀(乙酸銨浸提法)為52～208 mg/kg。

1.4 小麥品種

冬小麥品種主要包括：河南省周麥16號(hào)、新麥9號(hào)、溫麥6號(hào)、豫麥25、豫麥49、豫麥57、豫麥70、西農(nóng)979、洛麥2號(hào)、濟(jì)麥20號(hào)等；河北省京東8號(hào)、衡95等；陜西省西農(nóng)88、小偃23等；山西省晉麥60號(hào)、臨優(yōu)45等。產(chǎn)量水平為3450～10200 kg/hm2。

1.5 養(yǎng)分平衡模型的變量參數(shù)

本研究采用養(yǎng)分平衡模型來建立測土推薦施肥指標(biāo)體系，其原理為在施肥條件下作物吸收的養(yǎng)分來自于土壤和肥料，作物總需肥量與土壤供肥量之差即是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)量的施肥量?；颈磉_(dá)式為:

式中， F為土壤施肥量；C為小麥需肥量；S為土壤供肥量；U為肥料當(dāng)季利用率。

式中, 2.25為換算系數(shù)，即0—20 cm表層土壤(容重為1.12 g/cm3)的土壤養(yǎng)分測定值(mg/kg)換算成kg/hm2(土壤中養(yǎng)分供應(yīng)量和施肥量的單位)的乘數(shù)。

在計(jì)算施肥量時(shí)，包括目標(biāo)產(chǎn)量、單位產(chǎn)量的養(yǎng)分吸收量、土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)、肥料當(dāng)季利用率和肥料中養(yǎng)分含量5個(gè)參數(shù)。本文著重做了土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分的校正系數(shù)和氮、磷、鉀肥的當(dāng)季利用率的變量參數(shù)研究。

1.6 分析與計(jì)算方法

使用Excel 2007軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)分析。

土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)(%)= 缺素區(qū)小麥地上部分吸收該元素量/(該元素土壤養(yǎng)分測試值×2.25)

肥料當(dāng)季利用率(%)=[施肥處理小麥當(dāng)季吸收N(P2O5、K20)養(yǎng)分量-缺素區(qū)處理小麥當(dāng)季吸收的N(P2O5、K20)養(yǎng)分量]/N(P2O5、K20)施用量×100其中，缺素區(qū)分別用N0P2K2、N2P0K2和N2P2K0處理。

另外，單位產(chǎn)量的養(yǎng)分吸收量以及驗(yàn)證模型時(shí)的肥料效應(yīng)函數(shù)，用的均是“3414”試驗(yàn)中的全肥區(qū)處理，即N2P2K2處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 目標(biāo)產(chǎn)量

目標(biāo)產(chǎn)量即計(jì)劃產(chǎn)量，是決定肥料需要量的原始依據(jù)，目標(biāo)產(chǎn)量的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)小麥定量化栽培管理的前提和基礎(chǔ)。生產(chǎn)上現(xiàn)有的目標(biāo)產(chǎn)量設(shè)計(jì)主要有“以地定產(chǎn)”、“以水定產(chǎn)”[10]、以前3年平均產(chǎn)量定產(chǎn)或?qū)⒐鉁厣a(chǎn)潛力修訂后作為目標(biāo)產(chǎn)量等幾種方法[11]。其中在前3年平均產(chǎn)量的基礎(chǔ)上增加10%～15%作為目標(biāo)產(chǎn)量是生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的方法之一。為了便于應(yīng)用，本研究以前3年小麥平均產(chǎn)量來定產(chǎn)，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，小麥產(chǎn)量的增產(chǎn)率定為15%。

2.2 單位產(chǎn)量的養(yǎng)分吸收量

單位產(chǎn)量的養(yǎng)分吸收量也即養(yǎng)分系數(shù)，本研究是指每百千克小麥籽粒產(chǎn)量所需養(yǎng)分量[6]，一般可用下式計(jì)算:

一般來說，作物養(yǎng)分需求量與環(huán)境條件、栽培技術(shù)，特別是產(chǎn)量水平有關(guān)。隨著作物產(chǎn)量的提高，氮、磷、鉀吸收量也相應(yīng)增多。由于作物對養(yǎng)分具有選擇性吸收，以及作物組織具有較穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，所以作物單位產(chǎn)量養(yǎng)分的吸收量會(huì)在一定的范圍內(nèi)變化[6]。一般研究中，常常把單位產(chǎn)量的養(yǎng)分需求量看作是一個(gè)常數(shù)。

在本研究中，為探討小麥單位產(chǎn)量(每百千克)養(yǎng)分需求量的變化幅度，對小麥經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與其對應(yīng)的小麥地上部分(包括籽粒和秸稈)所吸收的養(yǎng)分總量(也即生物產(chǎn)量所吸收的養(yǎng)分量)作了相關(guān)分析。從圖1可以看出，小麥生物產(chǎn)量養(yǎng)分需求量受小麥產(chǎn)量水平的影響很大，且隨著產(chǎn)量水平的提高而增加。并且小麥生物產(chǎn)量的養(yǎng)分吸收量與其對應(yīng)的籽粒產(chǎn)量之間均達(dá)到極顯著的直線相關(guān)關(guān)系。也就是說，小麥生物產(chǎn)量的養(yǎng)分吸收量與小麥籽粒產(chǎn)量的比值(即小麥單位產(chǎn)量所需養(yǎng)分量)趨向一個(gè)穩(wěn)定的范圍，因此可以把小麥單位產(chǎn)量的養(yǎng)分需求量定為常數(shù)。于是就可以把所選取各樣本中分別計(jì)算出來的單位產(chǎn)量養(yǎng)分需求量(N、P2O5、K2O)求其算術(shù)平均值，作為小麥的養(yǎng)分系數(shù)。根據(jù)分析計(jì)算的結(jié)果，本研究中，冬小麥每百千克小麥產(chǎn)量所需養(yǎng)分量分別定為氮(N)3 kg、磷(P2O5)1.2 kg、鉀(K2O)2.8 kg。

2.3 土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)

土壤中某種養(yǎng)分的供應(yīng)量是用土壤測試值換算得到的，方程為:

土壤養(yǎng)分供應(yīng)量(kg/hm2)= 土壤養(yǎng)分測定值(mg/kg)×2.25×土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)。

其中，土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)是通過田間試驗(yàn)取得的。試驗(yàn)表明，校正系數(shù)不是一個(gè)定值，它與土壤測試值呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。本文主要研究了我國褐土土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)與土壤有效養(yǎng)分含量的關(guān)系見圖2。

分析表明，土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)與土壤有效養(yǎng)分含量之間呈下降的冪函數(shù)關(guān)系，其中土壤堿解氮校正系數(shù)與土壤堿解氮含量、土壤有效磷校正系數(shù)與土壤有效磷含量、土壤速效鉀校正系數(shù)與土壤速效鉀含量之間均呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤堿解氮(N)、土壤有效磷(P)和土壤速效鉀(K)校正系數(shù)的取值范圍分別為0.25～1.50、0.20～1.65和 0.20～1.20。

2.4 肥料當(dāng)季利用率與土壤養(yǎng)分測定值的關(guān)系

本研究中計(jì)算肥料當(dāng)季利用率采用的是差減法，缺素區(qū)分別用N0P2K2、 N2P0K2和N2P2K0處理。肥料的當(dāng)季利用率高低與土壤養(yǎng)分含量、作物產(chǎn)量水平、肥料類型、施肥方法等因素有關(guān)[12-17]。本研究通過大量試驗(yàn)結(jié)果分析表明，肥料當(dāng)季利用率與小麥產(chǎn)量水平和土壤養(yǎng)分含量呈顯著相關(guān)性。并且把小麥產(chǎn)量(Y)分為三個(gè)水平: Y<6000 kg/hm2、6000≤ Y ≤7500 kg/hm2及Y>7500 kg/hm2，主要研究了肥料當(dāng)季利用率與土壤養(yǎng)分測定值之間的函數(shù)關(guān)系。結(jié)果顯示，在不同的產(chǎn)量水平下，氮、磷、鉀當(dāng)季利用率與土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分之間呈極顯著對數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系。其關(guān)系式如下:

1)當(dāng)Y<6000 kg/hm2

N當(dāng)季利用率= 4.117-0.8467LnX1

(r=-0.624**，n=63)

P2O5當(dāng)季利用率= 0.583-0.1144LnX2

(r=-0.811**，n=63)

K2O當(dāng)季利用率= 2.289-0.3889LnX3

(r=-0.791**，n=63)

2)當(dāng)6000≤ Y≤ 7500 kg/hm2

N當(dāng)季利用率= 2.947-0.5822LnX1

(r=-0.698**，n=65)

P2O5當(dāng)季利用率=0.606-0.1255LnX2

(r=-0.906**，n=65)

K2O當(dāng)季利用率= 2.335-0.3993LnX3

(r=-0.811**，n=65)

3)當(dāng)Y>7500 kg/hm2

N當(dāng)季利用率= 3.419-0.6983LnX1

(r=-0.681**，n=66)

P2O5當(dāng)季利用率=0.809-0.1846LnX2(r=-0.887**，n=66)

K2O當(dāng)季利用率= 2.712-0.4695LnX3(r=-0.797**，n=66)

以上式中, X1、X2和X3分別表示土壤堿解氮含量(N mg/kg)、有效磷含量(P mg/kg)和速效鉀含量(K mg/kg)，n為樣本數(shù)。

分析可知，在上述的肥料當(dāng)季利用率與土壤養(yǎng)分測定值之間的函數(shù)關(guān)系中，土壤堿解氮(N)含量、有效磷含量(P)和速效鉀含量(K)的取值范圍分別為40～130、 5～50和 50～250。同時(shí)，在低產(chǎn)、中產(chǎn)和高產(chǎn)田中，氮(N)當(dāng)季利用率平均值分別為34.8%、36.6%和20.0%；磷(P2O5)當(dāng)季利用率平均值分別為30.4%、 26.5%和25.1%；鉀(K2O)當(dāng)季利用率的平均值分別為37.1%、 43.5%和39.5%。

2.5 小麥測土推薦施肥量的確定

小麥氮、磷、鉀施肥量的確定，是根據(jù)養(yǎng)分平衡施肥模型，將以上各參數(shù)進(jìn)行整合，即在不同的產(chǎn)量水平下，分別對氮、磷、鉀的施用量進(jìn)行推薦，其施肥模型如下:

1)產(chǎn)量水平為Y<6000 kg/hm2

2)產(chǎn)量水平為6000≤Y≤ 7500kg/hm2

3)產(chǎn)量水平為Y>7500kg/hm2

2.6 養(yǎng)分平衡法推薦施肥量與田間肥料效應(yīng)函數(shù)法結(jié)果的比較

為了驗(yàn)證養(yǎng)分平衡法計(jì)算推薦施肥用量在生產(chǎn)上的實(shí)用性，本研究分別用不同肥力褐土旱地上的小麥田間試驗(yàn)肥效方程法得出的施用量進(jìn)行了比較。2008～2010年分別在河南孟津縣白鶴鎮(zhèn)、河南澠池縣陳村鄉(xiāng)等5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)做了小麥肥料效應(yīng)試驗(yàn)，選取了小麥產(chǎn)量與氮、磷、鉀施用量呈顯著相關(guān)的五個(gè)試驗(yàn)，同時(shí)也分別代表了低、中、高產(chǎn)量水平。其中，5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)氮、磷、鉀(N、P2O5、K2O)合理施肥量(即第二水平施肥量)分別為180、 120、 120kg/hm2,150、 90、 70kg/hm2,195、 90、 75kg/hm2,180、 120、 120kg/hm2及150、 120、 120kg/hm2，其它土壤理化性狀見表1。對各肥料效應(yīng)試驗(yàn)點(diǎn)建立肥料效應(yīng)曲線方程，得到最大施肥量和最佳施肥量，分別見表2～表4。

在各試驗(yàn)中，將小麥產(chǎn)量與氮、磷、鉀肥養(yǎng)分施用量用三元二次方程進(jìn)行擬合，分別建立肥料效應(yīng)函數(shù)方程，回歸關(guān)系均達(dá)到了顯著水平。利用肥料效應(yīng)曲線方程，分別求出最高產(chǎn)量時(shí)的施肥量和最佳施肥量。在各試驗(yàn)點(diǎn)中，分別用肥料效應(yīng)函數(shù)計(jì)算得到的最高產(chǎn)量和最佳產(chǎn)量作為養(yǎng)分平衡模型中的目標(biāo)產(chǎn)量，以及土壤理化性狀中提供的土壤有效養(yǎng)分測試值，

表2 養(yǎng)分平衡模型推薦施氮肥量與肥料效應(yīng)函數(shù)模型推薦施氮肥量比較

Table 2 Comparison of the nutrient balance model and fertilizer effect function model in recommended N rate

表3 養(yǎng)分平衡模型推薦施磷肥量與肥料效應(yīng)函數(shù)模型推薦施磷肥量比較

Table 3 Comparison of the nutrient balance model and fertilizer effect function model in recommended P2O5rate

利用養(yǎng)分平衡施肥模型分別得到推薦施肥量。將用養(yǎng)分平衡模型得到的推薦施肥量與用肥料效應(yīng)函數(shù)計(jì)算出的施肥量進(jìn)行比較，用相對誤差(RE)表示，其結(jié)果見表2～表4。

結(jié)果表明，用養(yǎng)分平衡法推薦得到的施肥量基本上在最大施肥量與最佳施肥量之間，即養(yǎng)分平衡法推薦的施肥量與肥料效應(yīng)方程的結(jié)果基本相符。利用養(yǎng)分平衡法進(jìn)行推薦施肥其突出的優(yōu)點(diǎn)是易于理解和掌握、實(shí)用性較強(qiáng)，而且定量精確，簡而易行，便于推廣。

3 討論與結(jié)論

在作物施肥指標(biāo)體系的研究上，目前研究較多的就是土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)法[18]，即利用土壤普查的土壤養(yǎng)分測試數(shù)據(jù)和已有的田間肥料效應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合農(nóng)民的經(jīng)驗(yàn)，按土壤肥力分成若干等級(jí)，根據(jù)各種養(yǎng)分豐缺等級(jí)來確定施肥量。此方法簡單快速，并具有針對性，可服務(wù)到微觀地塊。到目前為止，我國多數(shù)地方仍在應(yīng)用此方法和當(dāng)時(shí)提出的指標(biāo)體系。然而，我國土壤肥力水平較之已前已發(fā)生很大的變化，很多土壤肥力指標(biāo)已不適應(yīng)現(xiàn)在的土壤肥力狀況，因此，此方法有待進(jìn)一步完善。本研究采用養(yǎng)分平衡的原理，以測定土壤養(yǎng)分含量為基礎(chǔ)來構(gòu)建小麥?zhǔn)┓手笜?biāo)體系，并指導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)施肥。

Ramamoorthy[19]于1967年在印度小麥上廣泛推行養(yǎng)分平衡法計(jì)量施肥方法，取得一定成果。上世紀(jì)80年代初，上?；ぱ芯吭簭挠《任墨I(xiàn)中引入了“土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)“，用校正后的土壤養(yǎng)分測定值代替田間試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算土壤供應(yīng)量，使得養(yǎng)分平衡法在我國長江以南地區(qū)的施肥中得到一定的推廣和應(yīng)用。后來，劉文通等[20]、陸允甫等[21]、黃德明[22]、張寬等[23]和周鳴錚等人[24-26]在實(shí)踐中進(jìn)一步完善和應(yīng)用，使養(yǎng)分平衡法計(jì)量施肥得以迅速推廣。

過去Truog認(rèn)為同一類土壤同一測定方法土壤養(yǎng)分校驗(yàn)系數(shù)是常數(shù)[25]。從上世紀(jì)80年代開始，國內(nèi)通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)把校正系數(shù)看作常數(shù)有嚴(yán)重缺陷，而且越來越多的研究表明，土壤有效養(yǎng)分校正系數(shù)不是一個(gè)定值。劉文通等[20]、陸允甫等[21]等人研究發(fā)現(xiàn)，土壤供應(yīng)量與土壤測定值呈對數(shù)曲線關(guān)系，校正系數(shù)是一個(gè)變量。而且肥料利用率的變化也較大，不同作物、不同肥力水平、不同產(chǎn)量水平、不同施肥量、不同水分管理?xiàng)l件等因素都會(huì)影響肥料的利用率，因此，設(shè)定一個(gè)區(qū)域統(tǒng)一的肥料利用率值也是不合理的。這就是當(dāng)初養(yǎng)分平衡模型沒在國內(nèi)廣泛推廣與應(yīng)用的原因。但養(yǎng)分平衡法的優(yōu)點(diǎn)是概念清楚，容易理解，實(shí)用性較強(qiáng)，且精確定量并便于推廣。隨著科研工作者對施肥模型的不斷探索和研究，使得養(yǎng)分平衡法計(jì)量施肥得到進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。代勇等[27]通過3年的油菜大田試驗(yàn)，利用養(yǎng)分平衡法原理，尋求各因子與土壤測定值之間的數(shù)量關(guān)系，確立了以土壤測定值為自變量的油菜推薦施肥模型。馬新明等[28]依據(jù)養(yǎng)分平衡原理和“作物-土壤-環(huán)境-技術(shù)”整體原則，采用土壤空間信息數(shù)據(jù)與小麥需氮量和各生育階段葉面積指數(shù)相結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)了小麥?zhǔn)┑Ｐ?。本研究是在前人的研究基礎(chǔ)上，在小麥主產(chǎn)區(qū)的主要土壤類型褐土上，進(jìn)一步研究了土壤環(huán)境因素和產(chǎn)量水平因素等對土壤有效養(yǎng)分校正因子和肥料利用率的影響及變化規(guī)律，從而建立了基于養(yǎng)分平衡法的我國褐土冬小麥測土推薦施肥指標(biāo)體系。

關(guān)于目標(biāo)產(chǎn)量的確定，國內(nèi)外均進(jìn)行了大量的研究[29-31]。目標(biāo)產(chǎn)量即計(jì)劃產(chǎn)量，是決定肥料需要量的原始依據(jù)，目標(biāo)產(chǎn)量的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)小麥定量化栽培管理的前提和基礎(chǔ)。國內(nèi)外比較普遍的確定方法有以下幾種: 1)平均單產(chǎn)法，即用前幾年常年產(chǎn)量做基數(shù)，比如將增加10%～20%作為目標(biāo)產(chǎn)量值。2)以地定產(chǎn)法，即首先確定目標(biāo)產(chǎn)量與無肥區(qū)產(chǎn)量之間的數(shù)學(xué)式，確定了基礎(chǔ)產(chǎn)量就可以推出決策點(diǎn)下一季的目標(biāo)產(chǎn)量。3)以水定產(chǎn)法，即根據(jù)生育期內(nèi)降水量與播前土壤養(yǎng)分有效含水量來確定目標(biāo)產(chǎn)量的方法[32-33]，該法關(guān)鍵是事先確定決策點(diǎn)水量效能指數(shù)，即10 mm降水量生產(chǎn)作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量千克數(shù)[34]。4)肥料效應(yīng)函數(shù)求算法，即利用某地區(qū)建立的肥料效應(yīng)函數(shù)，求出最高產(chǎn)量作為目標(biāo)產(chǎn)量。5)光溫生產(chǎn)潛力修訂法，近年來，朱艷等[11]提出了用光溫生產(chǎn)潛力經(jīng)修訂后作為目標(biāo)產(chǎn)量的方法。眾多方法中，在前3年作物平均單產(chǎn)的基礎(chǔ)上增加10%～15%作為目標(biāo)產(chǎn)量是生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的方法之一。為了便于施肥模型的應(yīng)用和推廣，本研究以前3年小麥平均產(chǎn)量來確定目標(biāo)產(chǎn)量，并且把目標(biāo)產(chǎn)量作為一個(gè)輸入項(xiàng)，由施肥用戶來提供。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，在本研究中將小麥產(chǎn)量的增產(chǎn)率定為15%。

在養(yǎng)分平衡模型中，最難確定的就是肥料當(dāng)季利用率的問題。肥料利用率是反映肥料投入與作物生長關(guān)系的重要指標(biāo)，有不同的表示方法，如肥料偏生產(chǎn)力(PFP)[35]和肥料回收利用率(RE)[36]等。這些都是為不同目的設(shè)定的，很難統(tǒng)一。目前國內(nèi)外普遍應(yīng)用的肥料當(dāng)季利用率，即肥料養(yǎng)分回收率(RE)。其計(jì)算公式為，肥料養(yǎng)分利用率(%)=(作物吸養(yǎng)分量-土壤供應(yīng)量)/所施肥料養(yǎng)分量。該方法計(jì)算出的肥料利用率多以直接吸收率表示，不考慮當(dāng)季肥料與土壤養(yǎng)分的交換利用量與以前施用肥料的有效量，即是肥料當(dāng)季利用率。研究表明[12,16]肥料種類、施肥方法、作物產(chǎn)量水平及土壤環(huán)境等因素均對肥料當(dāng)季利用率有大的影響。所以在用差減法計(jì)算肥料的利用率，往往不能獲得可靠的結(jié)果。國內(nèi)外許多專家學(xué)者試圖用同位素標(biāo)記法來研究肥料利用率，結(jié)果表明，用15N標(biāo)記技術(shù)測定的氮肥利用率低于差減法的計(jì)算結(jié)果[37-38]，但一般認(rèn)為用同位素標(biāo)記獲得的肥料利用率要比直接用差減法得到的要可靠[39-40]。本文主要研究了不同產(chǎn)量水平下土壤有效養(yǎng)分含量對肥料當(dāng)季利用率的定量關(guān)系。同時(shí)，本研究中所用的肥料均為化肥，而且肥料種類確定。有關(guān)其它種類的化肥，其肥料當(dāng)季利用率可另行研究，可采用與本研究同樣的原理和方法。

本研究中沒有考慮有機(jī)肥，但在有機(jī)肥的施用中，計(jì)算化肥施用量時(shí)，應(yīng)從目標(biāo)產(chǎn)量需養(yǎng)分總量中扣除有機(jī)肥中的養(yǎng)分量。但有機(jī)肥對肥料利用率以及對土壤供肥能力的影響比較復(fù)雜，有待進(jìn)一步研究。

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Study on parameters of balanced fertilization for winter wheat in cinnamon soil in Northern China

DU Jun1,2, SUN Ke-gang1, BAI You-lu2*,YANG Li-ping2, LU Yan-li2, WANG Lei2, WANG He2

(1InstituteofPlantNutritionandResourceEnvironment,HenanAcademyofAgriculturalSciences,Zhengzhou450002,China；2InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalScience/KeyLaboratoryofCropNutritionandFertilization,MinistryofAgriculture,Beijing100081,China)

【Objectives】 Based on principle of nutrient balanced method, parameters of balanced fertilization for winter wheat in cinnamon soil in Northern China were studied. A soil testing and fertilizer recommendation index system for winter wheat in cinnamon soil was established to guide fertilizer use and wheat production directly, quickly, scientifically and rationally in this region.【Methods】The parameters of balanced fertilization for winter wheat in cinnamon soil of Northern China were studied by field trials in multiple sites and years. The parameters as nutrient uptake per 100 kg grain, calibration coefficients of soil available nutrients and apparent recovery efficiency of applied fertilizer were calculated respectively in this study. The impact of soil environment factors and yield on the calibration coefficients of soil available nutrients and apparent recovery efficiency of applied fertilizer and their variation tendency was studied.【Results】The results indicate the nutrient uptakes per 100 kg grain of wheat for nitrogen(N), phosphorous(P2O5)and potassium(K2O)are 3, 1.2 and 2.8 kg respectively with small variation. The calibration coefficients of soil available nutrients relate significant negatively with soil available nutrients by power exponent. The apparent recovery efficiencies of the applied fertilizers have negative logarithmic relationship with soil available nutrients in different yield range. Based on the nutrient balanced method, a soil testing and fertilizer recommendation index system for winter wheat in cinnamon soil is established to guide fertilizer use and wheat production directly, quickly, scientifically and rationally in this region.【Conclusions】Based on the nutrient balanced model, the fertilizer rates are recommended by the differences between the fertilizer requirement amounts for a target yield and soil nutrient-supplying amounts. The key point for the fertilizer recommendation is how to accurately determine basic parameters as the calibration coefficients of soil available nutrients and apparent recovery efficiencies of the applied fertilizer, which can make model be popularized and applied widely. Finally, the soil testing and fertilizer recommendation index system with quantitative characteristics of N, P, and K for winter wheat in cinnamon soil of Northern China is established, which is based on the nutrient balanced method and the related soil testing.

nutrient balanced method; soil testing and fertilizer recommendation; calibration coefficient of soil available nutrients; apparent recovery efficiency of applied fertilizer

2014-04-23 接受日期: 2014-12-27 網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-05-06

國家科技支撐計(jì)劃“高效施肥關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目(2008BADA4B03); 河南省財(cái)政預(yù)算項(xiàng)目“氮肥增值提效及高施用技術(shù)研究與應(yīng)用”資助。

杜君(1978—)，男，河南周口人，博士，助研，主要從事養(yǎng)分資源管理與現(xiàn)代施肥技術(shù)研究。E-mail: dujun0520@163.com *通信作者E-mail: ylbai@caas.ac.cn

S512.1.062

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1008-505X(2015)05-1113-10