基于“3414+1”模型的春玉米產(chǎn)量效應(yīng)及推薦施肥量研究

基于“3414+1”模型的春玉米產(chǎn)量效應(yīng)及推薦施肥量研究

潘進(jìn)紅1，王艷群2，劉建平1

(1.河北省蔚縣農(nóng)牧局，河北 蔚縣 075700；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河北 保定 071000)

摘要：為確定春玉米生產(chǎn)中的合理施肥量，采用田間試驗(yàn)法，在蔚縣選擇不同肥力水平的10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行春玉米“3414+1”肥效試驗(yàn)。結(jié)果表明，不同肥力條件下的氮、磷、鉀肥施用量與春玉米產(chǎn)量之間均有極顯著的一元二次回歸關(guān)系；春玉米最高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量時(shí)的氮、磷、鉀肥施用量因土壤肥力不同而異。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析，提出了蔚縣不同肥力地塊春玉米最高產(chǎn)量施肥量及經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量施肥量推薦范圍；肥效利用率鉀肥>氮肥>磷肥，且中高肥力土壤中鉀養(yǎng)分對(duì)產(chǎn)量的限制較大，因此應(yīng)適當(dāng)增施鉀肥，穩(wěn)定氮磷肥，根據(jù)土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力進(jìn)行分類(lèi)指導(dǎo)、配方施肥。

關(guān)鍵詞：春玉米；“3414+1”試驗(yàn)；產(chǎn)量效應(yīng)；推薦施肥量；養(yǎng)分限制因素

中圖分類(lèi)號(hào)：S 143

DOI：10.3969/j.issn.1673-1492.2015.03.006

Spring Maize Production and Recommend Fertilizer Amount Based on Model of“3414+1”

PAN Jin-hong1,WANG Yan-qun2,LIU Jian-ping3

(1.Agriculture and Animal Husbandry Bureau of Yu County,Yuxian County,Hebei 075700，China;2.College of Resources and Environmental Sciences,Agricultural University of Hebei，Baoding,Hebei 071000，China)

Abstract:To realize the reasonable fertilizer amount of spring maize in Yu county,the field experiment of“3414+1”was carried out in ten sites,which had different fertilities,by using field experiment method.The result shows that there was a highly significant simple quadratic regression correlation between yield and the fertilizer amount of nitrogen,phosphorus and potassium.The fertilizer amount of max and optimum yield in different soil fertilities were different. The range of the reasonable fertilizer amount for the fertilizer amount of max and optimum yield was proposed in the field of the different fertilities by the experiment. The fertilizer utilization rate performed K>N>P.And the limit factor to yield of the potassium was higher than N and P.Therefore,K fertilizer should be properly increased,but the N and P should be stabled.Realizing reasonable fertilizer should accord to the soil capacity of supplying nutrient.

Key words:spring maize;“3414+1”fertilizer experiment;yield effect;recommend fertilizer amount;nutrient limit factor

春玉米是蔚縣主要農(nóng)作物，年種植2.6萬(wàn)hm2左右，約占糧食播種總面積的1/3。蔚縣在第二次土壤普查后曾建立了春玉米施肥模型，極大地推動(dòng)了玉米生產(chǎn)的發(fā)展。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村經(jīng)營(yíng)管理體制、農(nóng)業(yè)耕作制度、種植結(jié)構(gòu)、化肥施用水平、耕地狀況等都發(fā)生了很大變化[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)化肥用量增加了84%，而糧食只增產(chǎn)12%[2]。過(guò)量施肥可導(dǎo)致減產(chǎn)[3，4]、降低肥料利用率[5]、生態(tài)環(huán)境惡化[6]等，而合理施用氮、磷、鉀肥料對(duì)提高作物產(chǎn)量[7,8]、保護(hù)生態(tài)環(huán)境有重要意義。

為增加作物產(chǎn)量，改善其品質(zhì)，提高肥料利用率，根據(jù)農(nóng)業(yè)部2005年測(cè)土配方施肥項(xiàng)目，蔚縣于2009年啟動(dòng)了春玉米“3414+1”肥效試驗(yàn)研究。通過(guò)選取不同肥力水平的10個(gè)地塊進(jìn)行春玉米“3414”肥效試驗(yàn)，構(gòu)建了產(chǎn)量與各種肥料施用量間的回歸關(guān)系模型，確定了不同肥力的土壤經(jīng)濟(jì)最佳施肥量及其配比，揭示了不同類(lèi)型土壤養(yǎng)分限制產(chǎn)量的順序，提出合理的施肥建議，為春玉米生產(chǎn)中科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1　試驗(yàn)區(qū)概況

蔚縣地處河北省西北部，位于北緯39°33″～40°12″，東經(jīng)114°11″～115°04″，海拔835～2 882 m，屬于冀西北山間盆地。大陸性季風(fēng)氣候，年平均溫度7 ℃，年均降水量400 mm，年日照2 917 h，年>10 ℃積溫2 946.6 ℃，無(wú)霜期130 d左右。地貌類(lèi)型分為北部淺山區(qū)、南部深山區(qū)、中部河川區(qū)和南北坡丘陵區(qū)。

1.2　試驗(yàn)材料

1.2.1供試土壤

在蔚縣春玉米主要種植區(qū)，選擇具有代表性的不同肥力水平的10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行田間肥效試驗(yàn)。將這10個(gè)點(diǎn)分別按前3年種植作物的平均產(chǎn)量劃分為高肥力3個(gè)點(diǎn)、中肥力4個(gè)點(diǎn)、低肥力3個(gè)點(diǎn)，供試土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分情況見(jiàn)表1。

表1　不同肥力水平的土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分

1.2.2供試玉米

供試春玉米品種為紀(jì)元1號(hào)。

1.2.3供試肥料

試驗(yàn)中用到的氮、磷、鉀肥分別由尿素(含純N 46%)、過(guò)磷酸鈣(含P2O514%)和硫酸鉀(含K2O 50%)組成，有機(jī)肥為農(nóng)家肥牛糞。所有磷肥和鉀肥作底肥一次性施入，氮肥底追比例為1∶2，追肥在大喇叭口期。

1.3　試驗(yàn)處理及方法

采用“3414”正交回歸設(shè)計(jì)[3-5]，即氮、磷、鉀3個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)置4個(gè)水平，14個(gè)處理[6]。不同肥料的4個(gè)施肥水平中，0水平為不施肥，2水平為調(diào)查的當(dāng)?shù)刈罴咽┓柿浚?水平為最佳施肥量的0.5倍，3水平為最佳施肥量的1.5倍?？紤]到2水平最佳施肥量是調(diào)查的結(jié)果，而不是實(shí)際的最佳施肥量，實(shí)際最佳施肥量可以根據(jù)田間試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出來(lái)。在遵循試驗(yàn)設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)上，為了工作的便利，本試驗(yàn)中高、中、低肥力土壤選擇的2水平肥料用量一致，以后根據(jù)具體試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行不同肥力土壤的施肥措施分類(lèi)指導(dǎo)。蔚縣春玉米“3414”試驗(yàn)各處理的具體施肥量見(jiàn)表2。除此之外，增加1個(gè)有機(jī)肥處理，施用45 000 kg·hm-2的牛糞有機(jī)肥。小區(qū)面積8 m×5 m=40 m2，采用隨機(jī)排列，不設(shè)重復(fù)，高肥區(qū)與無(wú)肥區(qū)不相鄰。根據(jù)地塊形狀，各試驗(yàn)小區(qū)的田間排列采用多行式，小區(qū)之間用小畦分開(kāi)。各小區(qū)自立進(jìn)出水口，留觀察走道，試驗(yàn)區(qū)四周設(shè)1 m的保護(hù)帶。玉米生長(zhǎng)期間除了施肥處理外的其余田間管理措施均根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣進(jìn)行。

1.4　測(cè)定項(xiàng)目及方法

玉米成熟后，每小區(qū)玉米全部收獲、晾曬、脫粒、計(jì)產(chǎn)，然后折算為籽粒含水量為14%的產(chǎn)量。根據(jù)各小區(qū)的玉米產(chǎn)量和施肥量進(jìn)行回歸方程的擬合，并推算出最高產(chǎn)量施肥量和經(jīng)濟(jì)最佳施肥量。

同時(shí)，選取其中的N0P2K2、N2P0K2、N2P2K2、N2P2K04個(gè)處理，用缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)產(chǎn)量分別占全肥區(qū)產(chǎn)量的百分比表示土壤養(yǎng)分對(duì)產(chǎn)量的限制[9]。

表2　蔚縣春玉米肥效試驗(yàn)的施肥水平及其用量

肥料利用率指當(dāng)季作物從所施肥料中吸收的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量占該肥料中養(yǎng)分總量的百分率，按照每形成100 kg玉米籽粒產(chǎn)量需要吸收N、P2O5、K2O分別為3.0、1.35和2.6 kg計(jì)算肥料利用率。

1.5　數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用SAS 8.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1　不同土壤肥力下的玉米產(chǎn)量

從表3可以看出，無(wú)論高、中、低肥力地塊，各施肥處理玉米的平均產(chǎn)量均較空白區(qū)平均產(chǎn)量有不同程度的增加，說(shuō)明施肥能增加春玉米產(chǎn)量。高肥力地塊增產(chǎn)率為2.3%～23.1%，N2P2K2處理平均產(chǎn)量最高；中肥力地塊增產(chǎn)率為1.2%～20.5%，N2P2K3處理平均產(chǎn)量最高；低肥力地塊增產(chǎn)率為3.4%～39.4%，N2P2K3處理平均產(chǎn)量最高。

有機(jī)肥結(jié)果表明，不同肥力土壤有機(jī)肥增產(chǎn)效果不同。高肥力土壤施用有機(jī)肥春玉米平均增產(chǎn)1 857.0 kg·hm-2，提高19.0%；中肥力土壤平均增產(chǎn)639.0 kg·hm-2，提高7.2%；低肥力土壤平均增產(chǎn)2 284.5 kg·hm-2，提高32.2%。說(shuō)明在蔚縣春玉米生產(chǎn)中，無(wú)論土壤肥力高低，施用有機(jī)肥均對(duì)產(chǎn)量有提高作用。

表3　不同土壤肥力下的玉米平均產(chǎn)量及增產(chǎn)率

2.2　不同土壤肥力下的施肥量與玉米產(chǎn)量間回歸分析

不同肥力土壤上各處理春玉米平均產(chǎn)量與施肥量之間用三元二次肥料效應(yīng)模型進(jìn)行擬合均不顯著。但各肥料施用量與春玉米產(chǎn)量之間有極顯著的一元二次回歸關(guān)系，建立的回歸關(guān)系模型見(jiàn)表4。

表4　春玉米產(chǎn)量與施肥量之間的回歸分析

N、P、K 3種元素中，固定其中兩種元素并以其2水平為基礎(chǔ)，第三種養(yǎng)分的施用量與春玉米產(chǎn)量之間均呈極顯著一元二次相關(guān)關(guān)系。但在中肥力水平下，雖然施鉀量與玉米產(chǎn)量之間有極顯著的一元二次相關(guān)關(guān)系，但是鉀2、3水平下春玉米產(chǎn)量分別為10 741.5、10 743.0 kg·hm-2，產(chǎn)量接近，施肥量卻增加了81.0 kg·hm-2，一元二次回歸方程外推后得出的施肥量與生產(chǎn)實(shí)際不相符，所以該處理直接用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。當(dāng)施鉀量為162.0 kg·hm-2時(shí)，玉米產(chǎn)量為10 741.5 kg hm-2，較0和1水平下的玉米產(chǎn)量分別提高了14.6%、12.6%，確定此施鉀量為玉米最高產(chǎn)量施肥量，既經(jīng)濟(jì)又高產(chǎn)。

結(jié)合表4中的回歸方程求得最高產(chǎn)量施肥量和經(jīng)濟(jì)最佳施肥量(表5)。實(shí)現(xiàn)蔚縣春玉米高產(chǎn)，相應(yīng)土壤肥力的N、P2O5、K2O施用量分別為：高肥力土壤227.7、152.7、126.2 kg·hm-2，中肥力土壤253.6、127.1、162.0 kg·hm-2，低肥力土壤272.6、182.1、54.4 kg·hm-2。相應(yīng)的春玉米經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量N、P2O5、K2O施用量分別為：高肥力土壤196.8、111.8、109.5 kg·hm-2，中肥力土壤177.2、90.5、162.0 kg·hm-2，低肥力土壤189.3、143.3、102.2 kg·hm-2。

表5　不同土壤肥力下的肥料效應(yīng)函數(shù)擬合結(jié)果

2.3　不同土壤肥力下的肥料利用率

根據(jù)春玉米3414田間試驗(yàn)產(chǎn)量及施肥狀況得到的蔚縣不同肥力地塊春玉米肥料利用率(表6)表明，高肥力土壤N、P2O5、K2O利用率分別為20.18%、13.24%、38.95%；中肥力土壤肥料利用率分別為14.18%、8.48%、23.69%；低肥力土壤肥料利用率分別為20.22%、24.69%、36.11%。說(shuō)明鉀肥利用率>氮肥利用率>磷肥利用率，玉米生產(chǎn)中應(yīng)該適當(dāng)增施鉀肥，穩(wěn)定氮和磷肥。與高肥力相比，中肥力土壤的N、P2O5、K2O利用率分別減少6.0、4.76和15.26個(gè)百分點(diǎn)；低肥力土壤磷肥利用率提高了11.45個(gè)百分點(diǎn)，氮肥和鉀肥的利用率基本相當(dāng)。

表6　不同土壤肥力下的肥料利用率(%)

表7　玉米相對(duì)產(chǎn)量比較分析(%)

2.4　不同土壤肥力下的養(yǎng)分貢獻(xiàn)率

表7表明，不同土壤肥力下土壤養(yǎng)分對(duì)產(chǎn)量的限制排順不同，其中高肥力土壤養(yǎng)分限制順序?yàn)镹、K>P，中肥力土壤為K>N>P，低肥力土壤為P>N>K。說(shuō)明中、高肥力玉米生產(chǎn)中應(yīng)該適當(dāng)增施鉀肥，穩(wěn)定氮、磷肥；低肥力土壤磷的基礎(chǔ)含量較低，應(yīng)該增施磷肥，穩(wěn)定氮肥，適量施用鉀肥。

3討論與結(jié)論

目前國(guó)內(nèi)氮、磷、鉀肥當(dāng)季利用率分別為30%～35%、10%～20%、35%～50%，低于發(fā)達(dá)國(guó)家15~20個(gè)百分點(diǎn)[10]。趙俊曄[11]研究表明，當(dāng)施氮量為105～150 kg·hm2時(shí)，小麥氮素利用率較高，土壤氮素能維持基本平衡，若高出此范圍，隨施氮量增加土壤供氮能力持續(xù)增強(qiáng)，但小麥氮素利用率下降，土壤硝態(tài)氮淋洗損失會(huì)增大。近年全國(guó)試驗(yàn)示范結(jié)果[12]表明，通過(guò)測(cè)土配方施肥，水稻增產(chǎn)15.00%，小麥增產(chǎn)12.60%，玉米增產(chǎn)11.40%，大豆增產(chǎn)11.20%，蔬菜增產(chǎn)15.30%，水果增產(chǎn)16.20%。本文通過(guò)“3414+1”田間試驗(yàn)，表明蔚縣不同肥力水平條件下春玉米產(chǎn)量和氮、磷、鉀肥施用量間均呈極顯著的一元二次回歸關(guān)系，結(jié)合回歸模型和具體試驗(yàn)結(jié)果確定了不同肥力條件下的春玉米最高產(chǎn)量施肥量和經(jīng)濟(jì)最佳施肥量，這對(duì)實(shí)現(xiàn)該縣春玉米高產(chǎn)合理施肥有重要意義。但不同肥力土壤上的肥料利用率均不高，氮、磷、鉀肥利用率分別為14.18%~20.22%、8.48%~24.69%、23.69%~38.95%。有資料報(bào)道，可以利用肥料轉(zhuǎn)化率建立全量養(yǎng)分通用施肥模型和參數(shù)體系，以肥料培肥率為基礎(chǔ)建立土壤培肥模型和參數(shù)體系，以建立生態(tài)平衡施肥指標(biāo)體系[13]，關(guān)于該方面的研究有待于進(jìn)一步深入。

有機(jī)肥在不同肥力條件下均有明顯的增產(chǎn)作用，且在低肥力條件下玉米增產(chǎn)率較高、中肥力條件分別提高了13.2和25.0個(gè)百分點(diǎn)。有資料報(bào)道，無(wú)機(jī)肥配施有機(jī)肥顯著提高春玉米產(chǎn)量，主要是因?yàn)橛袡C(jī)肥能顯著提高春玉米干物質(zhì)最大積累速率和積累總量[13]，促使產(chǎn)量明顯提高。且有機(jī)肥能明顯降低土壤容重、提高土壤孔隙度和土壤酶活性[14]，為玉米生長(zhǎng)提供良好的土壤環(huán)境。

土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力被認(rèn)為是土壤肥力和生產(chǎn)力的一個(gè)實(shí)際的和綜合的評(píng)估，是生產(chǎn)實(shí)踐上進(jìn)行科學(xué)施肥指導(dǎo)首先要考慮的一個(gè)重要指標(biāo)[15]。據(jù)相關(guān)資料報(bào)道[16~18]水稻土、紫色土、黑土和潮土的養(yǎng)分供應(yīng)能力，確定了土壤養(yǎng)分限制產(chǎn)量的因子，但這些地區(qū)土壤肥力均是中、低等水平。本試驗(yàn)是在不同肥力條件下進(jìn)行的，各種土壤養(yǎng)分基礎(chǔ)含量不同，對(duì)玉米產(chǎn)量貢獻(xiàn)和限制養(yǎng)分順序也不同。高肥力土壤養(yǎng)分限制順序?yàn)镹、K>P，中肥力土壤為K>N>P，低肥力土壤為P>N>K(表7)?？紤]到玉米對(duì)氮、鉀需求比磷高，不同肥力條件下的肥料利用率表現(xiàn)為鉀肥>氮肥>磷肥。因此，為獲得較高產(chǎn)量，中、高肥力土壤玉米生產(chǎn)中應(yīng)該適當(dāng)增施鉀肥，穩(wěn)定氮和磷肥；低肥力土壤基礎(chǔ)速效磷含量較低，鉀肥中等水平，應(yīng)該增施磷肥，穩(wěn)定氮肥，適量施用鉀肥。

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[責(zé)任編輯：劉守義英文編輯：劉彥哲]