三峽庫區(qū)小流域紫色土玉米推薦施肥指標體系研究

唐曉東，陳燕霞*，張樹全，王正銀，屈　明

(1.重慶市長壽區(qū)農(nóng)業(yè)委員會，重慶 401220；2.西南大學 資源環(huán)境學院，重慶 400716)

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三峽庫區(qū)小流域紫色土玉米推薦施肥指標體系研究

唐曉東1，陳燕霞1*，張樹全1，王正銀2，屈明2

(1.重慶市長壽區(qū)農(nóng)業(yè)委員會，重慶 401220；2.西南大學 資源環(huán)境學院，重慶 400716)

以玉米為例，應(yīng)用3414試驗建立三峽庫區(qū)小流域紫色土玉米氮、磷、鉀施肥技術(shù)指標體系。通過肥料效應(yīng)分析，氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)率為25.3%，農(nóng)學效率為23.2%，化肥貢獻率為98.6% ，土壤貢獻率為58.9%。以缺素區(qū)相對產(chǎn)量50%、70% 、80%、90%和95%將堿解氮、有效磷、速效鉀劃分為較低、低、中、較高和高5個等級，采用一元二次和線性加平臺模型對不同土壤養(yǎng)分分級范圍內(nèi)施肥量與產(chǎn)量關(guān)系進行模擬，計算最佳肥料用量。結(jié)果表明：當土壤堿解氮(AN)處于<60、60-90、90-120和>120 mg/kg時，氮肥(N)推薦用量為210-230、185-210、170-185和0-170 kg/hm2；當有效磷(AP)處于<30、30-50、50-70、70-90和>90 mg/kg時，磷肥(P2O5)推薦用量為110-130、90-110、80-90、75-80和0-75 mg/hm2；當速效鉀(AN)處于<70、60-95、95-130和>130 mg/kg時，鉀肥(K2O)推薦用量為105-125、90-125、80-90和0-90 mg/hm2，初步建立了三峽庫區(qū)小流域紫色土玉米推薦施肥指標體系。

三峽庫區(qū)；3414；小流域；施肥指標

玉米是世界上廣泛栽培的農(nóng)作物，因其產(chǎn)量高，用途廣，在作為糧食、飼料、工業(yè)、醫(yī)藥原料等方面具有較高價值。施肥是玉米高產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)措施[1]，平衡施用氮磷鉀肥可提高玉米產(chǎn)量，促進養(yǎng)分吸收，改善營養(yǎng)品質(zhì)，提高經(jīng)濟效益[2-4]。氮磷鉀缺乏和不均衡供給嚴重影響玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[5]，當前在玉米生產(chǎn)中普遍存在重氮輕磷鉀的不合理施肥現(xiàn)象[1]，且隨著玉米肥料投入增加，利用率逐漸下降[6]。研究表明施肥量受作物生理特性、地貌、土壤、氣候等影響，而這些因素和地域性有關(guān)[7]。玉米是三峽庫區(qū)僅次于水稻的第二大糧食作物，紫色土坡耕地是三峽庫區(qū)重要耕地資源，也是庫區(qū)旱糧作物重要生產(chǎn)基地[8]，由于庫區(qū)地貌類型多樣，土地結(jié)構(gòu)復雜、垂直差異明顯，小流域眾多，長期以來，不合理施肥方式，導致肥料利用率降低，土壤養(yǎng)分失衡，過量施肥造成農(nóng)業(yè)面源污染等環(huán)境問題，嚴重影響庫區(qū)生態(tài)安全。目前尚無庫區(qū)紫色土玉米施肥指標體系相關(guān)報道，因此，迫切需要制定一套行之有效的施肥指標體系，促進玉米節(jié)本增效，減輕生態(tài)環(huán)境壓力。本文通過開展三峽庫區(qū)小流域玉米“3414”肥效試驗研究，重在探索庫區(qū)小流域玉米推薦施肥用量，因地制宜科學指導施肥，為提高本地區(qū)玉米的綜合效益，減少氮、磷、鉀肥對環(huán)境影響提供科學依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)域

桃花溪為三峽庫區(qū)上游一級支流，全長63.1 km，流域面積36180 hm2，流經(jīng)長壽區(qū)石堰、葛蘭、新市、八顆、渡舟、鳳城等6個街鎮(zhèn)，該地區(qū)種植制度為一年兩熟，流域地處四川盆地東部平行嶺谷長-墊-梁向斜，兩山夾一槽，多為淺丘平壩，因其耕作條件較好成為庫區(qū)為數(shù)不多的重要糧油基地[9]。2007-2013年在桃花溪流域紫色土種植區(qū)共設(shè)置32個玉米“3414”試驗，其中上游14個(石堰3個、葛蘭11個)，中游13個(八顆6個，新市7個)，下游6個(渡舟3個、風城3個)。

1.2試驗設(shè)計

試驗采用“3414”技術(shù)方案，即氮、磷、鉀3個因素，4個水平，14個處理(表1)。4個水平即：0水平(不施肥)，2水平(當?shù)赝扑]施肥量)，1水平(指施肥不足)=2水平×0.5，3水平(過量施肥水平)=2水平×1.5。因各試驗點肥力水平不同，在試驗中各點具體氮、磷、鉀肥推薦施用量存在差異，2水平氮、磷、鉀用量為：N 60、75、90、105、120 kg/hm2；P2O545、60 kg/hm2；K2O 37.5和45 kg/hm2。供試肥料為尿素(N-46%)、過磷酸鈣(P2O5-12%)和氯化鉀(K2O-60%)，試驗中40%氮肥和全部磷鉀肥作基肥一次施入，20%和40%氮肥分別于拔節(jié)期和大喇叭口期追施。

表1　“3414”試驗方案處理

1.3試驗分析

1.3.1采樣分析

試驗播種前，選擇合適的試驗地塊，每一試點取0-20 cm 耕作層的混合土樣，風干磨細，測定pH(電位法)、有機質(zhì)(重鉻酸鉀容量法)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮(擴散法)、有效磷(鉬藍比色法)和速效鉀(火焰光度計法)含量。試驗收獲時去除邊行，按小區(qū)單打單收，并按照“3414”技術(shù)規(guī)范測定1、2、4、6和8處理植株及籽粒氮、磷、鉀養(yǎng)分含量。

1.3.2土壤養(yǎng)分分級

根據(jù)“3414”試驗玉米相對產(chǎn)量和土壤速效養(yǎng)分測試結(jié)果建立土壤養(yǎng)分豐缺指標體系，通過相對產(chǎn)量和土壤速效養(yǎng)分的對數(shù)關(guān)系，計算出相對產(chǎn)量50%、70% 、80%、90%和95%相對應(yīng)土壤養(yǎng)分含量，以此劃分土壤養(yǎng)分分級指標。

1.3.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計

分別用三元二次、一元二次和線性加平臺模型模擬，根據(jù)散點趨勢圖以及氮磷鉀擬合方程決定系數(shù)選擇最適模型，通過邊際效應(yīng)確定每組試驗最佳施用量。肥料價格以N、P2O5、K2O計算，分別為4.3、5.0、7.5元/kg，玉米平均市場價格為2.5元/kg。

2　結(jié)果與分析

2.1肥料效應(yīng)分析

將不同玉米試驗點1處理(N0P0K0)的產(chǎn)量按高、中、低分段，以氮磷鉀2水平的6處理(N2P2K2)作為全肥區(qū)分別計算玉米增產(chǎn)率、農(nóng)學效率、肥料貢獻率和土壤貢獻率(見表2)。

表2　紫色土玉米不同產(chǎn)量水平下肥料效率表

表2顯示，在高產(chǎn)量水平的土壤上，氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)率平均為29.5%，農(nóng)學效率平均28.6%，化肥貢獻率為130.7%，土壤貢獻率為51.7%。在中產(chǎn)量水平的土壤上，氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)率平均為13.5%，農(nóng)學效率平均21.3%，化肥貢獻率為77.3% ，土壤貢獻率為64.4%。在低產(chǎn)量水平的土壤上，氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)率平均為23.0%，農(nóng)學效率平均19.7%，化肥貢獻率為87.8% ，土壤貢獻率為60.7%。另外，隨著產(chǎn)量水平的降低，氮磷鉀肥的增產(chǎn)率、農(nóng)學效率呈降低趨勢。

2.1土壤養(yǎng)分豐缺指標分析

按照“3414”技術(shù)規(guī)范，三元二次方程二次項系數(shù)必須為負值，一次項系數(shù)必須為正值，三元二次方程擬合成功。對于33個試驗樣點進行三元二次擬合，F(xiàn)在<0.05之間的有13個樣點，但13個樣點中，氮磷鉀一次項系數(shù)為負有3個樣點，因此擬合成功只有10個樣點，擬合成功率只有30%。

表3　試驗方程擬合的成功率比較

對于擬合成功的三元二次方程，通常存在推薦施肥量偏高或某些試驗點不需要施肥或某一養(yǎng)分不需要施肥等問題，采用一元肥料效應(yīng)函數(shù)分別對氮、磷、鉀進行擬合，計算推薦施肥量信息更加全面真實[11]。因此采用一元二次方程和線性加平臺方程進行擬合，對所有方程擬合不成功且增產(chǎn)效果不明顯的點，進行剔除處理(在較低土壤速效養(yǎng)分含量時最大產(chǎn)量施肥量為零或極低以及土壤速效養(yǎng)分含量極高時依舊得出較高施肥量)，不同土壤養(yǎng)分與最佳施肥量的擬合關(guān)系見表4。

表4　土壤速效養(yǎng)分與最佳施肥量擬合關(guān)系

圖1　土壤堿解氮與玉米相對產(chǎn)量關(guān)系圖(n=31)

圖2　土壤有效磷與玉米相對產(chǎn)量關(guān)系圖(n=31)

圖3　土壤速效鉀與玉米相對產(chǎn)量關(guān)系圖(n=29)

表5　玉米相對產(chǎn)量與土壤速效養(yǎng)分含量

2.2肥料效應(yīng)模型與施肥指標體系建立

2.2.1氮肥施肥指標體系的建立

33個試驗中氮肥擬合成功31個，成功率94%，缺氮相對產(chǎn)量平均值73.1%，最大值96%，最小值41.7%，由于低于50%的樣點只有1個，故以相對產(chǎn)量50%對應(yīng)的土壤堿解氮為模型外推無實際意義，考慮到以60%作為最低值進行外推。當土壤堿解氮為低等級時(<60 mg/kg)，試驗點個數(shù)為6個，平均氮肥推薦用量221±7 mg/hm2；堿解氮中等級范圍(60-90 mg/kg)試驗點8個，推薦用量196±12 mg/hm2；較高等級范圍(90-120 mg/kg)試驗點13個，推薦用量178±9 mg/kg；高等級范圍(>120 mg/kg)試驗點4個，推薦用量150±21 mg/hm2。基于實際操作方便，對推薦施肥量進行適當調(diào)整，等級為低、中、較高和高時，推薦施肥量為：210-230、185-210、170-185和0-170 mg/hm2。

表6　土壤堿解氮分級指標與氮肥推薦施肥量

2.2.2磷肥施肥指標體系的建立

33個試驗中磷肥擬合成功31個，成功率94%，缺磷相對產(chǎn)量平均值86.9%，最大值98.2%，最小值61.2%，由于無低于50%樣點，故以相對產(chǎn)量50%對應(yīng)有效磷為模型外推無實際意義，考慮到以75%作為最低值外推。當土壤有效磷低等級時(<30 mg/kg)試驗點3個，磷肥推薦用量121±9 mg/hm2；較低等級范圍(30-50 mg/kg)試驗點7個，推薦用量100±9 mg/hm2；中等級范圍(50-70 mg/kg)試驗點 5個，推薦用量84±4 mg/kg；較高等級范圍(70-90 mg/kg)試驗點9個，推薦用量81±4 mg/hm2；高等級范圍(>90 mg/kg)試驗點7個，推薦用量72±6 mg/hm2。基于實際操作方便，對推薦施肥量進行適當調(diào)整，等級為低、較低、中、較高和高時，推薦施肥量為：110-130、90-110、80-90、75-80和0-75 mg/hm2。

表7　土壤有效磷分級指標與磷肥推薦施肥量

2.2.2鉀肥施肥指標體系的建立

33個試驗中鉀肥擬合成功29個，成功率88%，缺鉀相對產(chǎn)量平均值90.6%，最大值102.1%，最小值77.9%，由于無低于50%樣點，故以相對產(chǎn)量50%對應(yīng)速效鉀為模型外推無實際意義，考慮到以75%作為最低值外推。當土壤速效鉀較低等級時(<70 mg/kg)試驗點3個，鉀肥推薦用量118±10 mg/hm2；中等級范圍(70-95 mg/kg)試驗點6個，推薦用量102±11 mg/hm2；較高級范圍(95-130 mg/kg)試驗點13個，推薦用量87±4 mg/kg；高等級范圍(>130 mg/kg)試驗點7個，推薦用量81±6 mg/hm2。基于實際操作方便，對推薦施肥量進行適當調(diào)整，等級為低、較低、中、較高和高時，推薦施肥量為：105-125、90-125、80-90和0-90 mg/hm2。

表8　土壤分級指標與鉀肥推薦施肥量

3　結(jié)論與討論

通過紫色土玉米不同產(chǎn)量水平下肥料效率分析，得出玉米氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)率、農(nóng)學效率、化肥貢獻率和土壤貢獻率平均為25.3%、23.2%、98.6%和58.9%，隨著產(chǎn)量水平的降低，氮磷鉀肥的增產(chǎn)率、農(nóng)學效率呈降低趨勢。按相對產(chǎn)量50%、70%、80%、90%和95%計算土壤養(yǎng)分含量，劃分土壤養(yǎng)分豐缺指標，將桃花溪小流域區(qū)域磷劃分5個等級，將氮、鉀劃分4個等級，并計算最佳肥料用量，當土壤堿解氮(AN)處于<60、60-90、90-120和>120 mg/kg時，氮肥(N)推薦用量為210-230、185-210、170-185和0-170 kg/hm2；當有效磷(AP)處于<30、30-50、50-70、70-90和>90 mg/kg時，磷肥(P2O5)推薦用量為110-130、90-110、80-90、75-80和0-75 mg/hm2；當速效鉀(AN)處于<70、70-95、95-130和>130 mg/kg時，鉀肥(K2O)推薦用量為105-125、90-125、80-90和0-90 mg/hm2，本文確定了不同地力水平下玉米全生育期的施肥量，構(gòu)建了三峽庫區(qū)小流域玉米施肥推薦指標體系，對庫區(qū)紫色土玉米生產(chǎn)具有指導意義。

劃分土壤養(yǎng)分分級指標是建立施肥指標體系的重要環(huán)節(jié)，對于肥力指標的分級不同學者采取標準不一，基本上以50%、75%、90%和95%為標準，但也可根據(jù)不同情況進行調(diào)整，如陳新平[10]以50%、75%、95%為標準獲取土壤養(yǎng)分豐缺指標，李文彪[7]以65%、75%、85%和95%劃分5級玉米土壤養(yǎng)分豐缺指標，孫義祥[11]以50%、75%、90%和95%劃分冬小麥土壤養(yǎng)分豐缺指標，本文是基于三峽庫區(qū)小流域土壤及地貌特殊性，考慮實際生產(chǎn)實用性，結(jié)合農(nóng)業(yè)部種植管理司和全國農(nóng)技中心《測土配方施肥技術(shù)》分別以50%、70% 、80%、90%和95%計算土壤養(yǎng)分豐缺指標。

肥效試驗是獲得各種作物最佳施肥量、比例、時期的根本途徑，也是建立施肥指標體系的基本環(huán)節(jié)，“3414”方案吸收了回歸最優(yōu)設(shè)計處理少、效率高的優(yōu)點，是國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的田間試驗方案[12]。但在具體實踐操作中發(fā)現(xiàn)，試驗擬合成功率較低，這與試驗處理及重復較多，三峽庫區(qū)地形地貌復雜多樣，地塊支離破碎，難以找到大面積肥力水平一致的地塊布置試驗有關(guān)，此外三峽庫區(qū)水勢漲落對小流域上下游水域面積和日夜溫差的影響，以及受上一季種植制度，農(nóng)技人員的管理水平等諸多因素限制也有關(guān)系。由于庫區(qū)紫色土土層薄，蓄水保肥能力差，人為耕作頻繁，擾動劇烈，水土流失嚴重[1]，故在實際生產(chǎn)過程中，施肥時期也是科學施肥的重要環(huán)節(jié)，針對由紫色砂巖、泥巖發(fā)育紫色土，因地制宜合理確定施肥時期和施肥量，是確保玉米各生育期養(yǎng)分供應(yīng)，提高養(yǎng)分利用率，促進玉米節(jié)本增效關(guān)鍵，對于減少肥料流失和降低面源污染具有重要意義。

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Study on Recommended Fertilization Index System in Purple Soil in the Small Watershed of Three Gorges Reservoir Area

TANG Xiao-dong1,CHEN Yan-xia1*,ZHANG Shu-quan1,WANG Zheng-yin2,QU Ming2

(1.Agricultural Committee of Changshou Dstrict in Chongqing,Chongqing 401220,China；2.College of Resources and Environmental Science,Southwest University,Chongqing 400716,China)

This study aimed to establishing maize fertilization index systems of nitrogen,phosphorus and potassium on purple soil of Three Gorges Reservoir area by applying 3414 test results.Fertilizer effect analysis showed that,production increased for 25.3% by applying nitrogen,phosphorus and potash.Agronomic efficiency was 23.2%,fertilizer contribution rate was 98.6%,and soil contribution rate was 58.9%.Alkaline hydrolysable nitrogen,available phosphorus and available potassium in the purple maize soil of deficiency area were divided into five degrees:very low,low,medium,high and very high,according to relative yield of 50%,70%,80%,90% and 95% respectively.Quadratic and Linear plus platform model were used to simulator the relationship between the application amount and yield within soil nutrient classification,and to calculate the optimum quantity of fertilizer.The results showed the recommend application amount of nitrogen was 210-230,185-210,170-185和0-170 kg/hm2at soil alkaline hydrolysable nitrogen (AN) levels of <60,60-90,90-120 and more than 120 mg/kg;the recommend phosphorus application (P2O5) were 110-130、90-110、80-90、75-80 and 0-75 mg/hm2for the soil available phosphorus (AP) levels of less than 30,30-50,50-70,70-90and more than 90 mg/kg;the recommend potassium application (K2O) were 105-125,90-125,80-90 and 0-90 mg/hm for the soil available potassium levels of less than 70,60-95,95-130 mg/kg and more than 130 mg/kg.The results initially established the purple soil of maize fertilizer recommendation system of Three Gorges Reservoir Area.

Three Gorges Reservoir area;3414;Small watershed;Fertilization Index

2016-04-27；

2016-05-19

農(nóng)業(yè)部測土配方施肥項目資助(農(nóng)農(nóng)發(fā)[2007]4號)。

陳燕霞(1983-)，女，碩士研究生，農(nóng)藝師，主要研究方向：植物營養(yǎng)研究；E-mail:550167708@qq.com。

S158.3

A

1008-0457(2016)04-0042-06國際

10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2016.04.008