湘南地區(qū)雜交早稻施肥技術(shù)指標體系研究

管建新

摘 要 選擇自然環(huán)境條件基本相同的區(qū)域，建立作物施肥指標體系是測土配方施肥的重要研究課題。基于此，全面分析了“3414”試驗中的基礎(chǔ)地力產(chǎn)量、目標產(chǎn)量、肥料當季利用率、土壤養(yǎng)分校正系數(shù)及磷鉀豐缺指標等測土配方施肥技術(shù)參數(shù)，并利用推薦施肥模型求得最佳產(chǎn)量與最佳施肥量，按照目標產(chǎn)量定氮、豐缺指標定磷鉀的基本思路，建立不同肥力等級、不同產(chǎn)量水平條件下氮肥推薦用量檢索表和不同土壤有效磷、速效鉀豐缺級別下的磷、鉀肥推薦用量檢索表，進一步豐富和完善了湘南地區(qū)早稻施肥指標體系，并為農(nóng)民、規(guī)模種植主體及基層農(nóng)技推廣者提供了技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞 測土配方；“3414”試驗；雜交早稻；施肥技術(shù)

中圖分類號：S511.062 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.14.036

湘南地區(qū)是指位于湖南省南部的永州市、衡陽市和郴州市3個地市，含40個縣市區(qū)，自然地理與氣候條件大致一致，是湖南省雙季稻產(chǎn)區(qū)之一。自2005年測土配方施肥項目啟動以來，已完成雜交早稻“3414”肥料效應(yīng)試驗230個。基于此，匯總分析了這些試驗，建立了該地區(qū)測土配方施肥技術(shù)指標體系，促進了測土配方施肥技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，為配方設(shè)計及科學施肥提供了技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗方法

湘南地區(qū)肥料效應(yīng)試驗按照農(nóng)業(yè)部《測土配方施肥技術(shù)規(guī)程》的要求，均采用“3414”或“3415”完全試驗設(shè)計方案[1]，“3414”試驗即氮、磷、鉀3因素4水平14個處理的田間試驗方案，其中4個水平，分別是：0水平指不施肥，2水平指當?shù)刈罴咽┓柿浚?水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5。試驗不設(shè)重復。供試品種為湖南省大面積種植的主要雜交早稻品種，各地試驗除了施肥量不同以外，其他操作均同等對待。

1.2 土樣測試方法

在試驗前分別取試驗田20 cm耕作層混合樣進行檢測，統(tǒng)一的土壤養(yǎng)分測試方法是：堿解氮采用1 mol·L-1 NaOH堿解擴散法，土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗比色法測定，土壤速效鉀采用1 mol·L-1的中性醋酸銨（NH4OAc）浸提，火焰光度計法測定。

1.3 數(shù)據(jù)來源及初審

數(shù)據(jù)來自于湖南省土壤肥料工作站提供的2005—2016年230個湘南地區(qū)雜交早稻“3414”試驗。初步審核試驗原始數(shù)據(jù)，主要審核數(shù)據(jù)格式，不修改任何原始數(shù)據(jù)、不添加任何缺失數(shù)據(jù)項，只刪除有明顯錯誤的數(shù)據(jù)，不因一個或幾個數(shù)據(jù)錯誤而刪除整個試驗。

1.4 施肥參數(shù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與取值方法

1）用Excel函數(shù)與圖表計算出每個試驗指標，不能計算的設(shè)為空值。2）設(shè)定各參數(shù)的取值范圍.3）對各個指標作直方圖與正態(tài)分布檢測，對不符合正態(tài)分布的重新調(diào)整取值空間。4）選擇符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)作統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤肥力水平與目標產(chǎn)量的關(guān)系

2.1.1 基礎(chǔ)地力產(chǎn)量分級與基礎(chǔ)地力貢獻率

基礎(chǔ)地力產(chǎn)量指無肥區(qū)（N0P0K0）的產(chǎn)量，直接反映土壤肥力等級，用基礎(chǔ)地力產(chǎn)量水平劃分土壤肥力等級是比較可靠的方法，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部把耕地地力等級按地力產(chǎn)出能力分為10級，金耀青等人認為，由于早稻生長受多因素影響，年度間產(chǎn)量變化幅度足以掩蓋被劃分得過細的肥力級差，肥力等級劃分為3級或4級就夠了[2]，這種分級法易被基層農(nóng)技推廣者及農(nóng)民接受。結(jié)合湘南地區(qū)生產(chǎn)實踐，將湘南區(qū)每667 m2的早稻基礎(chǔ)地力產(chǎn)量按<200 kg、200～300 kg、>300 kg標準分為低、中、高3級，統(tǒng)計地力產(chǎn)量與基礎(chǔ)地力貢獻率結(jié)果見表1，湘南地區(qū)低、中、高肥力水平的每667 m2的基礎(chǔ)地力平均產(chǎn)量分別為：169.9 kg、257.0 kg、338.4 kg；全肥區(qū)（N2P2K2）每667 m2的平均產(chǎn)量分別為：354.7 kg、447.1 kg、507.2kg；平均基礎(chǔ)地力貢獻率分別為：48%、57.7%、67%。高肥力貢獻率高，基礎(chǔ)地力貢獻率與肥力水平正相關(guān)。

2.1.2 依基礎(chǔ)地力產(chǎn)量估算目標產(chǎn)量

20世紀80年代國內(nèi)平均施肥研究提出“以地定產(chǎn)”，就是根據(jù)基礎(chǔ)地力產(chǎn)量水平確定目標產(chǎn)量，因此建立基礎(chǔ)地力產(chǎn)量與全肥區(qū)產(chǎn)量的數(shù)學關(guān)系式，可為早稻測土配方施肥確定目標產(chǎn)量提供一個較為精確的計算公式，從而把經(jīng)驗估算提高到精確計算水平。對219個試驗進行分析，基礎(chǔ)地力產(chǎn)量與全肥區(qū)產(chǎn)量存在顯著的線性相關(guān)，關(guān)系式如下。

y=0.749x+253.18（R?=0.526 2 F=241.04** n=219）（1）

利用關(guān)系式（1）可計算出不同肥力水平條件下，目標產(chǎn)量的臨界值，從而大致估算目標產(chǎn)量的區(qū)間（表2），中等肥力水平，每667 m2的目標產(chǎn)量應(yīng)為403～478 kg，實際應(yīng)用中可取整數(shù)，修正為400～480 kg。

地力差減法是根據(jù)作物目標產(chǎn)量與基礎(chǔ)地力產(chǎn)量之差，求得實現(xiàn)目標產(chǎn)量所需肥料量的一種方法，該方法計算簡單，難點是基礎(chǔ)地力產(chǎn)量難預(yù)計，關(guān)系式（1）可根據(jù)目標產(chǎn)量反向計算出基礎(chǔ)地力產(chǎn)量，有效解決了地力差減法推薦施肥的難題?；A(chǔ)地力產(chǎn)量與全肥區(qū)產(chǎn)量的關(guān)系如圖1所示。

2.2 相對產(chǎn)量與磷、鉀豐缺指標

土壤速效養(yǎng)分豐缺指標法是測土配方施肥的經(jīng)典方法，由于土壤堿解氮和產(chǎn)量之間的相關(guān)性較差，本文分析磷、鉀豐缺指標[1]。

2.2.1 相對產(chǎn)量

相對產(chǎn)量是指缺素區(qū)產(chǎn)量占全肥區(qū)產(chǎn)量的百分比，如：缺磷區(qū)相對產(chǎn)量（%）=處理4產(chǎn)量/處理6產(chǎn)量×100%。

按相對產(chǎn)量大于0、小于100取值，得氮、磷、鉀相對產(chǎn)量樣本數(shù)分別為：203個、186個、188個，統(tǒng)計分析結(jié)果見表3，氮、磷、鉀相對產(chǎn)量平均值分別為74.19%、79.50%、79.00%，標準差都在10左右，氮的相對產(chǎn)量相對較低，說明氮肥對產(chǎn)量影響較磷鉀大，磷鉀的相對產(chǎn)量平均值接近80%。

2.2.2 土壤有效磷、速效鉀含量與相對產(chǎn)量的關(guān)系

以土壤有效養(yǎng)分含量為橫坐標，缺素區(qū)相對產(chǎn)量為縱坐標作散點圖，添加趨勢線，擬合關(guān)系式，見圖2、圖3。試驗表明：缺磷區(qū)相對產(chǎn)量與有效磷含量、缺鉀區(qū)相對產(chǎn)量與速效鉀均呈對數(shù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R?分別達到0.730 2、0.656 1，F(xiàn)檢測均達到極顯著水平。缺磷區(qū)相對產(chǎn)量與有效磷含量的關(guān)系式如下。

y=22.889lnx+18.683（R?=0.730 2 F=427.27** n=186）（2）

缺鉀區(qū)相對產(chǎn)量與速效鉀關(guān)系式為：

y=30.104lnx（R?=0.625 7 F=276.64** n=188） （3）

2.2.3 土壤有效磷、速效鉀養(yǎng)分豐缺指標

依照《測土配方施肥技術(shù)規(guī)范》確定分級標準，將土壤有效養(yǎng)分劃分為極低、低、較低、中、較高和高6個等級，即缺素區(qū)相對產(chǎn)量低于50%土壤養(yǎng)分的土壤養(yǎng)分測定值為極低，50%～60%為低，60%～70%為較低，70%～80%的為中，80%～90%為較高，90%以上為高[3]。將Y=50、60、70、80、90分別代入關(guān)系式（2）、關(guān)系式（3），即可求得相土壤養(yǎng)分的臨界值，建立有效磷、速效鉀豐缺指標，見表4。

相對產(chǎn)量低于60%為關(guān)系式推算值，且湘南地區(qū)衡陽市、永州市、郴州市有效磷平均值分別達16.2 mg·kg-1、18.0 mg·kg-1、16.3 mg·kg-1；速效鉀平均值分別達97.1 mg·kg-1、82.9 mg·kg-1、95.9 mg·kg-1[4]，因此，極低、較低級別的耕地很少，對指導生產(chǎn)沒有實際意義，中、較高、高等3個級別符合現(xiàn)在土壤養(yǎng)分狀況與生產(chǎn)實際，可指導生產(chǎn)應(yīng)用。同時，與二次土壤普查相比，磷、鉀豐缺指標值均有較大提幅，這與化肥的大量使用、秸稈還田的大面積推廣造成土壤養(yǎng)分含量提高吻合。

2.3 測土配方施肥的幾個主要施肥參數(shù)

2.3.1 百公斤養(yǎng)分吸收量及吸收比

由于在2010年以前的試驗，沒有秸稈和植株樣養(yǎng)分含量檢測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)齊全的試驗共計173個（下同），按N、P2O5、K2O百公斤養(yǎng)分吸收量大于0、小于10的取值空間取值，得全肥區(qū)、缺肥區(qū)百公斤養(yǎng)分吸收量數(shù)據(jù)分別為140、120個，統(tǒng)計結(jié)果見表5。全肥區(qū)百公斤產(chǎn)量吸收N、P2O5、K2O量平均值分別為2.15 kg、0.93 kg、2.64 kg，吸收比例為1.00∶0.43∶1.23；缺肥區(qū)百公斤產(chǎn)量吸收N、P2O5、K2O量平均值分別為1.98 kg、0.92 kg、2.28 kg，吸收比例為1.00∶0.46∶1.15。

2.3.2 肥料當季利用率

肥料當季利用率因水稻品種、肥料種類、土壤肥力、氣候條件及農(nóng)藝措施的不同，而變化較大，按大于0、小于100的取值空間取值，得N、P2O5、K2O利用率數(shù)據(jù)分別為162、114、101個，統(tǒng)計結(jié)果見表6。N、P2O5、K2O平均利用率分別為36.77%、21.04%、49.47%，按95%的置信空間，N：34.14%～39.4%、P2O5：18.9%～23.11%、K2O：46.22%～52.72%。

2.3.3 有效養(yǎng)分校正系數(shù)

按大于0、小于200的取值空間取值，得堿解氮、有效磷、速效鉀土壤養(yǎng)分校正系數(shù)數(shù)據(jù)分別為129、118、127個，統(tǒng)計結(jié)果見表7。土壤堿解氮的校正系數(shù)在13.09%～53.6%，平均值為38.26%，95%的置信上限為41.59%，下限為34.93%；有效磷在19.03%～196.5%，平均值為44.62%，95%的置信上限為46.1%，下限為43.14%；速效鉀在27.89%～175.92%，平均值為66.61%，95%的置信上限為70.72%，下限為62.5%。速效鉀的校正系數(shù)平均值最大，說明土壤速效鉀的利用率最高，其次是有效磷、堿解氮。

3 施肥模型及其推薦施肥

3.1 建模及推薦施肥的方法

建模及推薦施肥的方法如下；1）對“3414”試驗，逐個進行三元二次或一元二次回歸分析；2）經(jīng)方差分析，F(xiàn)檢測達到顯著水平以上的，建立推薦施肥模型；3）三元二次與一元二次分析均達到顯著水平以上的，優(yōu)先按一元二次建模[1]；4）利用邊際效應(yīng)分析，計算出最佳產(chǎn)量和最佳推薦施肥量；5）計算出來的最佳推薦施肥量大于或小于二水平施肥量50%以上的推薦刪除施肥模型。219個試驗，建立有效氮肥推薦模型82個，磷肥52個，鉀肥60個。

3.2 氮肥推薦

研究發(fā)現(xiàn)，不同基礎(chǔ)地力產(chǎn)量下，最佳氮肥推薦用量與最佳產(chǎn)量有較好的對數(shù)相關(guān)性，見圖4、圖5。按每667 m2的基礎(chǔ)地力產(chǎn)量<200 kg、200～300 kg、>300 kg 3個級別分類，以最佳氮肥用量為橫坐標，以最佳產(chǎn)量為縱坐標，建立不同基礎(chǔ)地力產(chǎn)量下，最佳產(chǎn)量與最佳施氮量關(guān)系式如下。

每667 m2的基礎(chǔ)地力產(chǎn)量為200～300 kg時：

y=325.14lnx-291.8（R?=0.530 5 F=45.12** n=42） （4）

每667 m2的基礎(chǔ)地力產(chǎn)量大于300 kg時：

y=308.7lnx-237.44（R?=0.527 2 F=35.12** n=34） （5）

依照關(guān)系式（4）、關(guān)系式（5）計算出每667 m2的最佳產(chǎn)量（目標產(chǎn)量）在400 kg、450 kg、500 kg時的推薦施肥量，形成湘南地區(qū)雜交早稻氮肥用量推薦表（表8）。因每667 m2的基礎(chǔ)地力產(chǎn)量<200 kg時的試驗數(shù)據(jù)只有6個，不進行相關(guān)性分析，推薦肥量為統(tǒng)計最大值與最小值。

3.3 磷、鉀肥推薦

最佳施磷量與土壤有效磷、最佳施鉀量與土壤速效鉀均呈對數(shù)相關(guān)，見圖6、7。

最佳施磷量與土壤有效磷關(guān)系式為：

y=-24.53lnx+46.767（R?=0.541 7 F=43.23** n=52） （6）

最佳施鉀量與土壤速效鉀關(guān)系式為：

y=-92.99lnx+232.14（R?=0.442 3 F=45.62** n=60） （7）

依照關(guān)系式，計算不同土壤有效磷、速效鉀豐缺級別下，磷、鉀肥施用量的上限、下限，建立磷、鉀肥推薦用量檢索表（表9、表10）。

4 討論

4.1 設(shè)定參數(shù)取值空間，取舍試驗數(shù)據(jù)

由于“3414”試驗未設(shè)重復，加之試驗涉及3個地市40個縣，試驗難免出現(xiàn)誤差甚至錯誤，基于此，本著尊重數(shù)據(jù)的原始性原則，不修改任何原始數(shù)據(jù)、不添加任何缺失數(shù)據(jù)，只刪除有明顯錯誤的數(shù)據(jù)，不因一個或幾個數(shù)據(jù)錯誤而刪除整個試驗。但在統(tǒng)計計算各參數(shù)時，設(shè)定了各參數(shù)的取值空間，并進行正態(tài)分布檢測，這是必要的，盡管造成了某些指標的樣本數(shù)減少，但最大限度地提取了試驗的有效數(shù)據(jù)，客觀真實地獲得各參數(shù)值。

4.2 不同推薦施肥方法的選用

對基礎(chǔ)地力產(chǎn)量、目標產(chǎn)量、百公斤養(yǎng)分吸收量、肥料當季利用率、土壤養(yǎng)分校正系數(shù)及磷鉀豐缺指標等參數(shù)進行探索，進一步豐富和完善了湘南地區(qū)早稻施肥指標體系，基本上能滿足養(yǎng)分平衡法、肥料效應(yīng)函數(shù)法、地力差減法、養(yǎng)分豐缺指標法和氮磷鉀比例法等多種方法進行施肥推薦。各地要因地制宜地選用推薦施肥方法，對土壤養(yǎng)分含量較為了解的縣級技術(shù)人員，建議采用養(yǎng)分平衡法或肥料效應(yīng)函數(shù)法；對鄉(xiāng)鎮(zhèn)級或種植大戶建議選用地力差減法、養(yǎng)分豐缺指標法、氮磷鉀比例法等，并結(jié)合生產(chǎn)實際不斷進行校正。

4.3 用目標產(chǎn)量推算基礎(chǔ)地力產(chǎn)量

研究了基礎(chǔ)地力產(chǎn)量與目標產(chǎn)量的關(guān)系，建立了關(guān)系式（1），可根據(jù)目標產(chǎn)量反向計算出基礎(chǔ)地力產(chǎn)量，有效解決了地力差減法推薦施肥中目標產(chǎn)量難確定的難題。

4.4 氮磷鉀推薦施肥檢索表

單個的推薦施肥模型精度高，但也存在地區(qū)局限性限制，基于此，匯總分析推薦施肥模型求得最佳產(chǎn)量與最佳施肥量，按照目標產(chǎn)量定氮、豐缺指標定磷鉀的基本思路，建立不同肥力等級、不同產(chǎn)量水平條件下氮肥推薦用量檢索表和不同土壤有效磷、速效鉀豐缺級別下的磷、鉀肥推薦用量檢索表，具有較強的可操作性。推薦施肥檢索表方便了農(nóng)戶及基層農(nóng)技推廣者查閱與使用，促進了試驗成果由點向面轉(zhuǎn)化。

4.5 湘南地區(qū)雜交早稻中等肥力的施肥水平

在湘南地區(qū)雜交早稻中等肥力條件下，每667 m2的目標產(chǎn)量為450～500 kg，每667 m2的推薦氮肥用量為9.8～11.4 kg，每667 m2的P2O5為3.7～4.7 kg，每667 m2的K2O為3.9～5.4 kg。

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（責任編輯：趙中正）