中國若干區(qū)域馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)與適宜施磷量

孫洪仁，冮麗華，張吉萍，呂玉才，王應(yīng)海

[1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)草地研究所，北京 100193；2.中國薯網(wǎng)·內(nèi)蒙古金豆農(nóng)業(yè)科技有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；3.凱風(fēng)新農(nóng)(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]

我國于20世紀(jì)80年代開始開展馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)與適宜施磷量研究[1]。30年來，許多研究文獻(xiàn)見諸學(xué)術(shù)刊物[1-14]。因缺乏系統(tǒng)總結(jié)之故，學(xué)者們至今依然為許多問題所困擾。如30年來馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)與適宜施磷量是否已經(jīng)發(fā)生明顯變化；不同區(qū)域的馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)差異有多大；哪些地區(qū)的馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)已經(jīng)建立起來，研究空白區(qū)域是否存在；我國馬鈴薯土壤有效磷豐缺級別分布狀況如何；學(xué)者們采用的豐缺指標(biāo)分級方案各不相同，如何進(jìn)行比較；不同豐缺級別馬鈴薯土壤的適宜施磷量范圍等。本研究系統(tǒng)總結(jié)了我國30年來的馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)與適宜施磷量研究，擬對上述問題予以探討。

1 材料與方法

1.1 土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)

利用數(shù)據(jù)庫資源，搜集我國馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)研究文獻(xiàn)，從中提取土壤有效磷含量與缺磷處理相對產(chǎn)量回歸方程，以及有效磷含量和缺磷處理相對產(chǎn)量的范圍。

選取如下土壤養(yǎng)分豐缺分級方案[15]：第1～7級的缺素處理相對產(chǎn)量范圍依次為≥100%、90%～100%、80%～90%、70%～80%、60%～70%、50%～60%和<50%。

將土壤養(yǎng)分豐缺分級方案中各個級別的缺素處理相對產(chǎn)量的起訖點數(shù)值100%、90%、80%、70%、60%和50%，分別代入土壤有效磷含量與缺磷處理相對產(chǎn)量回歸方程，計算土壤有效磷含量，所得數(shù)值即為相應(yīng)級別土壤有效磷豐缺指標(biāo)的起訖點。對于超出土壤有效磷含量和缺磷處理相對產(chǎn)量試驗范圍的外推數(shù)據(jù)，高端和低端分別允許保留1個。

1.2 適宜施磷量

采用“養(yǎng)分平衡—地力差減法”確定適宜施肥量的新應(yīng)用公式[16][式(1)]和“土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)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磷量。

F=A×(1-R)÷E

(1)

式(1)中F為“適宜施用養(yǎng)分量”，A為“目標(biāo)產(chǎn)量作物移出養(yǎng)分量”，R為“缺素處理相對產(chǎn)量”，E為“養(yǎng)分當(dāng)季利用率”。

選取各個豐缺級別的缺磷處理相對產(chǎn)量下限作為該級別的缺磷處理相對產(chǎn)量，第1～7級依次確定為100%、90%、80%、70%、60%、50%和40%。

全國各地馬鈴薯目標(biāo)產(chǎn)量差異很大，雨養(yǎng)農(nóng)田低者不到15 t/hm2，而灌溉農(nóng)田高者可達(dá)60 t/hm2以上。根據(jù)生產(chǎn)實踐需要，確定7個具體目標(biāo)產(chǎn)量，分別為15、22.5、30、37.5、45、52.5和60 t/hm2。單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量馬鈴薯移出磷量(P2O5)存在差異，通常介于1.2～2.0 kg/t之間，本研究確定為1.6 kg/t[4,18-21]。7個具體目標(biāo)產(chǎn)量馬鈴薯移出磷量(P2O5)依次確定為24、36、48、60、72、84和96 kg/hm2。

我國馬鈴薯磷肥當(dāng)季利用率差異較大，采用“少量多次”施肥模式者高達(dá)30%以上，而采用“一炮轟”施肥模式(全部肥料一次性基施)者低至10%以下。本研究設(shè)置3個磷肥當(dāng)季利用率，分別為10%、20%和30%。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有效磷含量與缺磷處理相對產(chǎn)量回歸方程

如表1所示，搜集提取出中國若干區(qū)域馬鈴薯土壤有效磷(Olsen-P)含量與缺磷處理相對產(chǎn)量回歸方程14個。

表1 中國若干區(qū)域馬鈴薯土壤有效磷含量與缺磷處理相對產(chǎn)量回歸方程

注：□表示20世紀(jì)80年代研究結(jié)果，△表示灌溉農(nóng)田，◇表示冬種，☆表示F值。下同。

采用自然對數(shù)模型的回歸方程12個，采用指數(shù)模型者2個。樣本數(shù)量(試驗點數(shù))10～14、15～20、21～30、31～70、71～100和101～200個的研究數(shù)量依次為3、1、6、0、3和1個。14個回歸方程顯著水平皆為極顯著(P<0.01)。決定系數(shù)≥0.5、<0.5和未注明的回歸方程數(shù)量分別為7、5和2個。

有效磷含量下限4～6、7～10、11～13 mg/kg和未注明的研究數(shù)量依次為6、0、3和5個；上限15～25、26～40、41～50、51～60、61～70、71～180 mg/kg和未注明者依次為2、0、4、1、1、1和5個。

缺磷處理相對產(chǎn)量下限40%～49%、50%～59%、60%～69%、70%～79%、80%～89%和未注明的研究數(shù)量依次為2、2、0、3、1和5個；上限90%～99%、≥100%和未注明者分別為4、5和5個。

內(nèi)蒙古、福建和重慶的馬鈴薯土壤有效磷含量與缺磷處理相對產(chǎn)量回歸方程研究較為系統(tǒng)，陜西和甘肅兩省開展了一些市域和縣域研究，其它地區(qū)皆為空白。

2.2 土壤有效磷豐缺指標(biāo)

如表2所示，建立中國若干區(qū)域馬鈴薯土壤有效磷(Olsen-P)豐缺指標(biāo)14套。注明土壤有效磷含量或缺磷處理相對產(chǎn)量的10項研究皆含外推數(shù)據(jù)，其中兩端皆含有者7套，僅一端含有者3套；低端不含者2套，高端不含者1套。不用外推數(shù)據(jù)，分級數(shù)量2、3、4、5和6個者分別為1、3、1、2和3套，第1～7級劃出比例依次為10%、100%、100%、90%、60%、50%和20%。

表2 中國若干區(qū)域馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo) (mg/kg)

注：帶下劃線者為外推數(shù)據(jù)。

采用外推數(shù)據(jù)，第1級有效磷含量下限21～30、31～40、41～50、51～60和61～160 mg/kg的豐缺指標(biāo)數(shù)量分別為3、2、2、2和5個，第7級有效磷含量上限0～1、2～3、4～6和7～8 mg/kg者分別為5、4、4和1個。

福建冬種馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)最高，內(nèi)蒙古和重慶低于其它地區(qū)。內(nèi)蒙古固陽雨養(yǎng)農(nóng)田土壤有效磷豐缺指標(biāo)低于灌溉農(nóng)田。20世紀(jì)80年代呼和浩特灌溉農(nóng)田的土壤有效磷豐缺指標(biāo)最低。

2.3 不同豐缺級別土壤適宜施磷量

馬鈴薯適宜施磷量與土壤有效磷豐缺級別呈線性負(fù)相關(guān)(表3)。以第2級之適宜施磷量為基數(shù)，每降低1個級別，適宜施磷量提高1倍，第3～7級的適宜施磷量依次是第2級的2～6倍。目標(biāo)產(chǎn)量與馬鈴薯適宜施磷量呈線性正相關(guān)。磷肥當(dāng)季利用率與馬鈴薯適宜施磷量呈線性負(fù)相關(guān)。

土壤有效磷豐缺級別第1級的適宜施磷量最低，為0。磷肥當(dāng)季利用率10%、目標(biāo)產(chǎn)量60 t/hm2、土壤有效磷豐缺級別第7級的馬鈴薯適宜施磷量最高(≥576 kg/hm2)。

磷肥當(dāng)季利用率20%、目標(biāo)產(chǎn)量15～60 t/hm2時，土壤有效磷豐缺級別第1～7級的馬鈴薯適宜施磷量范圍依次為0～0、12～48、24～96、36～144、48～192、60～240和≥72～288 kg/hm2。

磷肥當(dāng)季利用率10%時，土壤磷素收支平衡點(磷素施入量等于磷素移出量)為土壤有效磷豐缺級別的第2級；磷肥當(dāng)季利用率20%和30%時，土壤磷素收支平衡點依次為第3和4級。

表3 中國馬鈴薯不同豐缺級別土壤適宜施磷量

3 討論與結(jié)論

3.1 中國馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)的區(qū)域差異、歷史變化與空白區(qū)域

本研究表明，不同區(qū)域馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)差異很大。以缺磷處理相對產(chǎn)量90%的土壤有效磷含量指標(biāo)為例，低者不足15 mg/kg，高者超過35 mg/kg。而福建省冬種馬鈴薯相應(yīng)指標(biāo)高達(dá)55 mg/kg，尚需驗證。

區(qū)域差異的成因可能有以下幾項，一是土壤類型不同，供肥特點存在差異。二是馬鈴薯單產(chǎn)水平不同，養(yǎng)分需求強(qiáng)度存在差異。三是土壤水分狀況不同，生產(chǎn)季節(jié)溫度不同，皆既能造成土壤供肥能力差異，又會通過影響馬鈴薯單產(chǎn)水平導(dǎo)致養(yǎng)分需求強(qiáng)度發(fā)生變化。

20世紀(jì)80年代的馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)最低。據(jù)此初步推斷，自20世紀(jì)80年代至今，30年來我國馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)出現(xiàn)了上升趨勢。這可能是馬鈴薯單產(chǎn)水平明顯提高，進(jìn)而對土壤養(yǎng)分濃度需求增加所致。

本研究亦表明，除內(nèi)蒙古、福建和重慶外，我國馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)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。

3.2 中國馬鈴薯土壤有效磷豐缺級別的分布

本研究表明，在注明土壤有效磷含量或缺磷處理相對產(chǎn)量的10項研究中，不用外推數(shù)據(jù)，第1和7級劃出比例極低(分別為10%和20%)，第5和6級不高(50%～60%)，第2～4級很高(90%～100%)。由此可見，我國馬鈴薯缺磷處理相對產(chǎn)量大多介于70%～100%之間；馬鈴薯土壤有效磷豐缺級別集中在第2～4級，馬鈴薯土壤普遍缺磷。

3.3 土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)研究中試驗點數(shù)的要求和外推數(shù)據(jù)的采用

學(xué)者們一致認(rèn)為，土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)研究試驗點數(shù)需要20個以上[22-24]。若每個級別要求3個以上試驗點，則5～7個級別至少需要15～21個試驗點。本研究搜集提取出的14個回歸方程中，3個試驗點數(shù)<15個，比例為21%。

外推數(shù)據(jù)能否采用，學(xué)者觀點并不一致。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(shù)據(jù)，結(jié)果總體上可以采信。但最高級別有效磷含量出現(xiàn)1套大于83 mg/kg者則明顯偏高，而陜西安康大于157 mg/kg則更加難以置信。由此看來，外推數(shù)據(jù)還是可以謹(jǐn)慎采用的，但應(yīng)予以注明。

3.4 中國馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)研究的總體評價

我國馬鈴薯土壤有效磷豐缺指標(biāo)研究存在問題較多，一是研究數(shù)量嚴(yán)重不足，二是存在很多研究空白區(qū)域，三是部分研究試驗點數(shù)偏少，四是個別研究結(jié)果尚值得商榷，五是分級方案不統(tǒng)一。但現(xiàn)有研究結(jié)果總體上較為可靠，不僅可為相應(yīng)區(qū)域的馬鈴薯測土施肥提供有效依據(jù)，而且對自然條件相似區(qū)域的馬鈴薯生產(chǎn)亦具有一定的參考價值。

3.5 中國馬鈴薯適宜施磷量及其歷史變化

張福鎖等[19]針對北方馬鈴薯目標(biāo)產(chǎn)量22.5～37.5 t/hm2的推薦施磷量為36～112.5 kg/hm2。本研究涉及21世紀(jì)初文獻(xiàn)[2-14]的研究表明，全國各地目標(biāo)產(chǎn)量15～45 t/hm2馬鈴薯的推薦施磷量為0～165 kg/hm2。本研究相應(yīng)目標(biāo)產(chǎn)量的馬鈴薯適宜施磷量與上述推薦較為接近。

20世紀(jì)80年代，高炳德[1]對內(nèi)蒙古呼和浩特平原灌溉農(nóng)田馬鈴薯給出的推薦施磷量理論和實踐上限分別為634.5和231 kg/hm2。21世紀(jì)初，學(xué)者們對全國各地馬鈴薯給出的推薦施磷量上限[2-14]皆較其為低，平均115.5 kg/hm2。據(jù)此推斷，自20世紀(jì)80年代至今，30年來我國馬鈴薯適宜施磷量出現(xiàn)了下降趨勢。這可能是多年來馬鈴薯農(nóng)田的磷素施入量遠(yuǎn)大于移出量，導(dǎo)致土壤有效磷含量提高，豐缺級別提升所致。

3.6 適宜施肥量影響因子及土壤養(yǎng)分收支平衡點

孫洪仁等[17]的研究表明，適宜施肥量與土壤養(yǎng)分豐缺級別呈線性負(fù)相關(guān)，與目標(biāo)產(chǎn)量呈線性正相關(guān)，與肥料當(dāng)季利用率呈線性負(fù)相關(guān)。本研究結(jié)果與其一致。

本研究表明，土壤有效磷豐缺級別第2、3和4級分別為磷肥當(dāng)季利用率10%、20%和30%情形下的土壤磷素收支平衡點，與孫洪仁等[17]的研究結(jié)果一致。

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