中國5個區(qū)域馬鈴薯土壤氮素豐缺指標與適宜施氮量

孫洪仁，冮麗華，張吉萍，呂玉才，王應海

（1.中國農業(yè)大學草地研究所，北京 100193；2.中國薯網·內蒙古金豆農業(yè)科技有限公司，內蒙古 呼和浩特 010020；3.凱風新農（北京）科技有限公司，北京 100095；4.北京東方潤澤生態(tài)科技股份有限公司，北京 100086）

中國于20世紀80年代開始開展馬鈴薯土壤氮素豐缺指標與適宜施氮量研究[1]。30年來，許多研究文獻見諸學術刊物[1-14]。由于缺乏系統(tǒng)總結，許多問題不能得以明確回答，如30年來馬鈴薯土壤氮素豐缺指標與適宜施氮量是否已經發(fā)生明顯變化；不同區(qū)域的馬鈴薯土壤氮素豐缺指標差異有多大；哪些自然區(qū)域的馬鈴薯土壤氮素豐缺指標已經建立起來，是否存在空白區(qū)域；中國馬鈴薯土壤氮素豐缺級別分布狀況如何；采用的豐缺指標分級方案各不相同，如何進行比較；不同豐缺級別的土壤馬鈴薯適宜施氮量范圍等，不一而足。本研究擬對30年來的中國馬鈴薯土壤氮素豐缺指標與適宜施氮量研究進行系統(tǒng)總結，旨在對上述問題予以明確回答。

1 材料與方法

1.1 土壤養(yǎng)分豐缺指標

1.1.1 土壤養(yǎng)分含量與缺氮處理相對產量回歸方程

利用中國知網等數據庫資源，搜集中國各地開展的馬鈴薯土壤氮素豐缺指標研究文獻，從中提取土壤堿解氮（或全氮、有機質）含量與缺氮處理相對產量回歸方程，以及堿解氮（或全氮、有機質）含量和缺氮處理相對產量的范圍。

1.1.2 選取土壤養(yǎng)分豐缺分級方案

參考測土施肥土壤有效養(yǎng)分豐缺分級改良方案[15]，均等化各豐缺級別的缺素處理相對產量跨度為10%，旨在保障推薦施肥精準度，使相鄰級別之間的養(yǎng)分推薦施用量差距大體上控制在30～90 kg/hm2。做一點調整，將最高豐缺級別的缺素處理相對產量下限由95%調整為100%，旨在獲得高產和高收益。由于缺素處理相對產量低于50%出現的比例很低，因此將＜50%者歸并為一級，于是得到第1～7級的缺素處理相對產量范圍依次為≥100%，90%～100%，80%～90%，70%～80%，60%～70%，50%～60%和＜50%。

1.1.3 確定有效養(yǎng)分豐缺指標

將土壤有效養(yǎng)分豐缺分級方案中，第1～7級的缺素處理相對產量的起訖點數值100%，90%，80%，70%，60%和50%，分別代入土壤氮素含量與缺氮處理相對產量回歸方程，計算土壤氮素含量，所得數值即為第1～7級土壤氮素豐缺指標的起訖點。對于超出土壤氮素含量和缺氮處理相對產量試驗范圍的外推數據，高端和低端分別允許保留1個。

1.2 適宜施氮量

1.2.1 計算公式

采用“養(yǎng)分平衡—地力差減法”確定適宜施肥量的新應用公式[16]（式（1））和“土壤養(yǎng)分豐缺指標法”不同豐缺級別土壤適宜施肥量檢索表[17]，確定不同豐缺級別土壤的適宜施氮量。

式（1）中F為適宜施用養(yǎng)分量，A為目標產量作物移出養(yǎng)分量，R為缺素處理相對產量，E為養(yǎng)分當季利用率。

1.2.2 確定缺氮處理相對產量

選取各個豐缺級別的缺氮處理相對產量下限作為該級別的缺氮處理相對產量，第1～7級依次確定為100%，90%，80%，70%，60%，50%和40%。

1.2.3 確定目標產量

將全肥處理產量作為馬鈴薯目標產量。全國各地馬鈴薯目標產量差異很大，雨養(yǎng)農田低者不足15 t/hm2，而灌溉農田高者可達60 t/hm2以上。根據生產實踐需要，確定7個具體目標產量，分別為15.0，22.5，30.0，37.5，45.0，52.5和60.0t/hm2。

1.2.4 確定單位經濟產量作物移出氮量

單位經濟產量馬鈴薯移出氮量（N）存在差異，通常介于5～7kg/t，本研究確定為6kg/t[4,18-21]。

1.2.5 確定目標產量作物移出氮量

15.0，22.5，30.0，37.5，45.0，52.5和60.0 t/hm27個具體目標產量馬鈴薯移出氮量（N）依次為90，135，180，225，270，315和360kg/hm2。

1.2.6 確定氮肥當季利用率

中國馬鈴薯氮肥當季利用率差異較大，高者可達50%以上，低者不足30%。當前生產條件下，施肥制度相對合理時，氮肥當季利用率大體上在30%～50%。本研究設置30%，40%和50%3個氮肥當季利用率。

2 結果與分析

2.1 土壤氮素含量與缺氮處理相對產量回歸方程

如表1所示，搜集提取出5個省、市、自治區(qū)馬鈴薯土壤堿解氮和全氮含量與缺氮處理相對產量回歸方程的數量分別為9和6個，合計15個。

采用自然對數模型的回歸方程13個，采用自然指數者2個。樣本數量（試驗點數）10～14，15～20，21～30，31～40，41～70，71～100，101～200個和原文獻未注明的研究數量依次為3，0，5，1，0，3，1和2個。顯著水平達到極顯著（P＜0.01）、顯著（P＜0.05）和原文獻未注明的回歸方程數量分別為13，0和2個。決定系數≥0.5，＜0.5和原文獻未注明的回歸方程數量分別為8，3和4個。

表1 中國5個區(qū)域馬鈴薯土壤氮素含量與缺氮處理相對產量回歸方程Table 1 Regression equation between soil nitrogen content and relative yield of complete nutrients treatment except nitrogen for potato in five regions of China

堿解氮含量下限20～40，41～50，51～60，61～90mg/kg和原文獻未注明的研究數量依次為2，2，1，2和2個；上限121～130，131～160，161～200，201～300 mg/kg和原文獻未注明者依次為1，2，3，1和2個。

缺氮處理相對產量下限21%～29%，30%～39%，40%～49%，50%～59%，60%～69%和原文獻未注明的研究數量依次為1，0，5，0，2和7個；上限80%～89%，90%～99%，≥100%和原文獻未注明者分別為1，6，1和7個。

內蒙古、福建和重慶3個省、市、自治區(qū)的馬鈴薯土壤氮素含量與缺氮處理相對產量回歸方程研究較多且系統(tǒng)，甘肅和陜西2省開展了一些市域和縣域研究，其他地區(qū)皆為空白。

2.2 土壤堿解氮和全氮豐缺指標

如表2所示，建立中國5個區(qū)域馬鈴薯土壤氮素豐缺指標15套，其中堿解氮9套、全氮6套。注明土壤堿解氮（或全氮）含量或缺氮處理相對產量的9項研究皆含外推數據，其中一端含有者4套，兩端含有者5套；低端不含者5套，高端不含者0套。不用外推數據，分級數量3，4，5和6個分別為1，2，2和4套，第1～7級劃出比例依次為0%，67%，100%，100%，100%，78%和56%。

表2 中國5個區(qū)域馬鈴薯土壤堿解氮（mg/kg）[或全氮（g/kg）]豐缺指標Table 2 Abundance-deficiency indices of soil alkaline hydrolysis nitrogen(mg/kg)[or total nitrogen(g/kg)]for potato in five regions of China

采用外推數據，第1級堿解氮含量下限130～150，151～200，201～250，251～400 和 401～450 mg/kg的豐缺指標數量分別為2，2，2，2和1個，第7級堿解氮含量上限30～40，41～50，51～60，61～70 和71～80 mg/kg者分別為3，3，1，1和1個；第1級全氮含量下限1.6，2.0～2.5和2.6～3.5 g/kg的豐缺指標數量分別為3，2和1個，第7級全氮含量上限0.4，0.5和0.7g/kg分別為3，2和1個。

南方馬鈴薯土壤堿解氮高級別豐缺指標高于北方，福建冬種馬鈴薯尤高。20世紀80年代呼和浩特之灌溉農田土壤堿解氮高級別豐缺指標最低。馬鈴薯土壤全氮豐缺指標集中于內蒙古。陰山北麓雨養(yǎng)農田土壤全氮高級別豐缺指標明顯高于其他地區(qū)，但地處陰山北麓之四子王旗和固陽的雨養(yǎng)農田土壤全氮高級別豐缺指標卻最低。固陽灌溉農田土壤全氮豐缺指標略高于雨養(yǎng)農田。四子王旗和固陽的雨養(yǎng)農田土壤全氮最高級別豐缺指標與20世紀80年代呼和浩特之灌溉農田同為最低。

2.3 不同豐缺級別土壤適宜施氮量

中國馬鈴薯不同豐缺級別土壤適宜施氮量如表3所示。適宜施氮量與土壤氮素豐缺級別線性負相關。當目標產量和氮肥當季利用率一定時，土壤氮素豐缺級別越高，適宜施氮量越??；土壤氮素豐缺級別越低，適宜施氮量越大。以土壤氮素豐缺級別第2級之適宜施氮量為基數，每降低1個級別，適宜施氮量提高1倍，第3～7級的適宜施氮量依次是第2級的2～6倍。

適宜施氮量與目標產量線性正相關。當土壤氮素豐缺級別和氮肥當季利用率一定時，目標產量越大，適宜施氮量越大；目標產量越小，適宜施氮量越小。以目標產量15.0 t/hm2的適宜施氮量為基數，目標產量22.5，30.0，37.5，45.0，52.5和60.0 t/hm2的適宜施氮量依次為其1.5，2.0，2.5，3.0，3.5和4.0倍。

表3 中國馬鈴薯不同豐缺級別土壤適宜施氮量（N，kg/hm2）Table 3 Appropriate nitrogen application rate in soils with different abundance-deficiency levels for potato in China(N,kg/ha)

適宜施氮量與氮肥當季利用率線性負相關。當土壤氮素豐缺級別和目標產量一定時，氮肥當季利用率越高，適宜施氮量越??；氮肥當季利用率越低，適宜施氮量越大。以氮肥當季利用率30%之適宜施氮量為基數，氮肥當季利用率40%和50%之適宜施氮量分別為其75%和60%。

目標產量60.0 t/hm2、氮肥當季利用率30%、土壤氮素豐缺級別第7級的適宜施氮量最高，≥720kg/hm2；任意目標產量和氮肥當季利用率、土壤氮素豐缺級別第1級的適宜施氮量最低，為零。

當馬鈴薯目標產量15.0～60.0 t/hm2、氮肥當季利用率40%時，土壤氮素豐缺級別第1～7級的適宜施氮量范圍依次為0～0，23～90，45～180，68～270，90～360，113～450和135～540kg/hm2。

3 討 論

3.1 中國馬鈴薯土壤氮素豐缺指標的歷史變化

無論是全氮還是堿解氮，20世紀80年代的馬鈴薯土壤氮素最高級別豐缺指標皆為最低。據此初步推斷，自20世紀80年代至今，30年來中國馬鈴薯土壤氮素豐缺指標出現了上升趨勢。

3.2 中國馬鈴薯土壤氮素豐缺指標的區(qū)域差異與空白區(qū)域

本研究表明，不同區(qū)域馬鈴薯土壤氮素豐缺指標差異很大。以缺氮處理相對產量90%的土壤氮素含量指標為例，全氮高者達2.2g/kg，低者僅1.2mg/kg；堿解氮高者超過260mg/kg，低者不足120mg/kg。

本研究亦表明，除內蒙古、福建和重慶三省、市、自治區(qū)外，中國馬鈴薯土壤氮素豐缺指標研究存在很多空白區(qū)域，如東北平原、黃淮海平原、長江中下游平原、云貴高原、青藏高原以及西北荒漠綠洲、黃土高原和四川盆地的主體區(qū)域等。

3.3 中國馬鈴薯土壤氮素豐缺級別的分布

本研究表明，在注明土壤堿解氮（或全氮）含量或缺氮處理相對產量的8項研究中，不用外推數據，第1級劃出比例極低（0%）；第2、5和6級亦不高（56%～78%）；第3～5級極高（100%）。據此可以推斷，中國馬鈴薯土壤普遍缺氮；土壤氮素豐缺級別集中于級別較低的第3～5級，缺氮處理相對產量大多介于60%～90%。

3.4 采用統(tǒng)一分級方案使土壤養(yǎng)分豐缺指標具有可比性

孫洪仁等[15]的研究指出，采用統(tǒng)一的土壤有效養(yǎng)分豐缺分級方案，可以讓全國乃至世界范圍的土壤有效養(yǎng)分豐缺指標研究結果具有可比性，不僅利于進一步開展科學研究，而且利于各土壤有效養(yǎng)分豐缺級別耕地面積的宏觀統(tǒng)計、施肥的宏觀指導和肥料生產和供應的宏觀決策。本研究采用略做調整的測土施肥土壤有效養(yǎng)分豐缺分級改良方案[15]，對中國各地開展的馬鈴薯土壤氮素豐缺指標研究重新進行了統(tǒng)一的豐缺級別劃分，使全國范圍的馬鈴薯土壤氮素豐缺指標研究結果具有了可比性。

3.5 土壤養(yǎng)分豐缺指標研究中試驗點數的要求

學者們一致認為，土壤養(yǎng)分豐缺指標研究試驗點數需要20個以上[22-24]。假定每個豐缺級別擁有≥3個試驗點較為理想，則劃分出5～7個豐缺級別時，分別至少需要15，18和21個試驗點。本研究搜集提取出的15個回歸方程中，試驗點數＜15個者至少3個，比例至少為20%。

3.6 土壤養(yǎng)分豐缺指標研究中外推數據的采用

一些學者認為，土壤養(yǎng)分豐缺指標研究不宜采用外推數據。本研究在豐缺級別的高端和低端分別允許保留1個外推數據，結果總體上可以采信?？紤]到外推數據存在偏離實際的風險，采用時應予以注明。

3.7 中國馬鈴薯適宜施氮量

20世紀80年代，高炳德[1]對內蒙古呼和浩特平原灌溉農田馬鈴薯給出的推薦施氮量上限為172.5 kg/hm2。21世紀初，學者們對除內蒙古雨養(yǎng)農田[2,3,5,6]外全國各地馬鈴薯給出的推薦施氮量上限較其低者僅2例[4,9]，余者[7,8,10-14]皆較其為高，平均214.0 kg/hm2。據此推斷，自20世紀80年代至今，30年來中國馬鈴薯適宜施氮量出現了上升趨勢。

張福鎖等[19]針對北方一作區(qū)目標產量22.5～37.5 t/hm2馬鈴薯的推薦施氮量為0～270kg/hm2。本研究涉及文獻[1-14]的研究表明，全國各地目標產量15～45t/hm2馬鈴薯的推薦施氮量為0～318 kg/hm2。本研究相應目標產量之馬鈴薯適宜施氮量與上述推薦十分接近。

本研究表明，當馬鈴薯目標產量15.0～60.0 t/hm2、氮肥當季利用率40%時，土壤氮素豐缺級別第1～7級的適宜施氮量范圍依次為 0～0，23～90，45～180，68～270，90～360，113～450和135～540kg/hm2。

3.8 采用“養(yǎng)分平衡—地力差減法”確定適宜施氮量

本研究采用“養(yǎng)分平衡—地力差減法”確定適宜施肥量的新應用公式[16]，利用馬鈴薯目標產量、單位經濟產量馬鈴薯移出氮量、馬鈴薯氮肥當季利用率和馬鈴薯缺氮處理相對產量等參數，成功地確定了不同氮素豐缺級別馬鈴薯土壤的適宜施氮量，表明可以采用“養(yǎng)分平衡—地力差減法”確定適宜施肥量的新應用公式確定不同氮素豐缺級別馬鈴薯土壤的適宜施氮量。

3.9 土壤養(yǎng)分豐缺級別、目標產量、肥料利用率與適宜施氮量

孫洪仁等[17]的研究表明，適宜施肥量與土壤養(yǎng)分豐缺級別線性負相關，與目標產量線性正相關，與肥料當季利用率線性負相關。本研究結果與其一致。

3.10 土壤養(yǎng)分收支平衡點

孫洪仁等[17]的研究表明，土壤養(yǎng)分收支平衡點（養(yǎng)分施入量等于養(yǎng)分移出量）因肥料當季利用率而異。肥料當季利用率10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%和100%時的土壤養(yǎng)分收支平衡點依次為土壤養(yǎng)分豐缺級別之第2，3，4，5，6，7，8，9，10和11級。本研究結果與其一致，肥料當季利用率30%，40%和50%時的土壤養(yǎng)分收支平衡點依次為土壤養(yǎng)分豐缺級別之第4，5和6級。

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