中國(guó)北方甜菜土壤堿解氮豐缺指標(biāo)與適宜施氮量研究

孫洪仁 ，張吉萍 ，呂玉才 ，鄭笑冉 ，張利霞 ，宋瓊 ，林柏森

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)草地研究所，北京 100193；2.北京六凱農(nóng)業(yè)科技有限公司，北京 100095；3.凱風(fēng)新農(nóng)（北京）科技有限公司，北京 100095；4.赤峰眾益糖業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古赤峰 024000；5.呼倫貝爾包商銀行，內(nèi)蒙古海拉爾 021000；6.赤峰綠璐種業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古赤峰024000）

0 引言

明確土壤養(yǎng)分豐缺狀況，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展都是至關(guān)重要的。我國(guó)上世紀(jì)80年代開始對(duì)作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)研究[1]，但甜菜的相關(guān)研究極少，僅梁靖[2]研究了內(nèi)蒙古烏蘭察布市前山地區(qū)甜菜土壤氮、磷、鉀豐缺指標(biāo)與適宜施肥量，其它地區(qū)甜菜測(cè)土施肥尚無據(jù)可依。孫洪仁等[3-6]采用零散試驗(yàn)數(shù)據(jù)整合法，將學(xué)者們?cè)诟鞯亻_展之零散施肥試驗(yàn)結(jié)果有機(jī)地整合在一起，建立了紫花苜蓿和燕麥缺素處理相對(duì)產(chǎn)量與土壤養(yǎng)分含量回歸方程，進(jìn)而創(chuàng)建了中國(guó)北方紫花苜蓿和中國(guó)農(nóng)牧交錯(cuò)帶燕麥土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)。甜菜是我國(guó)東北、西北和華北地區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)作物。本研究擬采用零散試驗(yàn)數(shù)據(jù)整合法建立我國(guó)北方甜菜土壤堿解氮豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)，為我國(guó)北方甜菜測(cè)土施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 中國(guó)北方甜菜土壤堿解氮豐缺指標(biāo)

搜集我國(guó)北方開展的甜菜施肥試驗(yàn)文獻(xiàn)，從中提取土壤堿解氮含量、缺氮處理產(chǎn)量和全肥處理產(chǎn)量數(shù)據(jù)。利用式（1）計(jì)算甜菜缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量。

式（1）中R為“缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量”，Y-N為“缺氮處理產(chǎn)量”，Y為“全肥處理產(chǎn)量”。

利用Excel表，制作甜菜缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量與土壤堿解氮含量散點(diǎn)圖，繪制趨勢(shì)線，建立回歸方程。

參考測(cè)土施肥土壤養(yǎng)分豐缺分級(jí)改良方案[6]，確定第1～11級(jí)缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量下限依次為100%、90%、80%、……、20%、10%和0%。

將各級(jí)別缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量起始點(diǎn)數(shù)值0%、10%、20%……80%、90%和100%，分別代入本研究建立的甜菜缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量與土壤堿解氮含量回歸方程，計(jì)算土壤堿解氮含量，所得數(shù)值即為各豐缺級(jí)別的起點(diǎn)指標(biāo)。超出缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量和土壤堿解氮含量試驗(yàn)范圍的外推數(shù)據(jù)，低端和高端分別保留1個(gè)。

1.2 中國(guó)北方甜菜推薦施氮量

利用“不同豐缺級(jí)別土壤適宜施肥量檢索表”[7]和“養(yǎng)分平衡—地力差減法”確定適宜施肥量新應(yīng)用公式[8][式（2）]，確定各豐缺級(jí)別甜菜土壤適宜施氮量。式（2）中F為“甜菜適宜施氮量”，A為“甜菜目標(biāo)產(chǎn)量移出氮量”，R為“缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量”，E為“氮肥當(dāng)季利用率”。F=A×(1-R)÷E（2）

甜菜單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量移出氮量確定為4.5 kg/t[2，6]。依據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀，確定甜菜目標(biāo)產(chǎn)量9個(gè)，分別為30、37.5、45、52.5、60、67.5、75、82.5 和 90 t/hm2。 9 個(gè)目標(biāo)產(chǎn)量情形下甜菜移出氮量依次為 135、169、202.5、236、270、304、337.5、371 和 405 kg/hm2。

選取每個(gè)豐缺級(jí)別缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量下限作為該級(jí)別缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量，第1～11級(jí)依次為100%、90%、80%、……、20%、10%和0%。

我國(guó)甜菜氮肥當(dāng)季利用率大多在30%～50%之間，本研究設(shè)置30%、40%和50%三個(gè)氮肥當(dāng)季利用率。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤堿解氮含量與缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量回歸方程

搜集到在我國(guó)北方的含有“土壤堿解氮含量”、“全肥處理產(chǎn)量”和“缺氮處理產(chǎn)量”的甜菜施氮試驗(yàn)文獻(xiàn)25篇（1980—1989年 4篇，1990—1999年 4篇，2000—2009年 3篇，2010—2016年 14篇）[9-33]，提取配套數(shù)據(jù)46組。進(jìn)而獲得“甜菜缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量”和“土壤堿解氮含量”配套數(shù)據(jù)46對(duì)。14對(duì)明顯不合理，予以剔除。利用32對(duì)配套數(shù)據(jù)建立“缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量”（y）與“土壤堿解氮含量”（x）回歸方程如圖1和式③所示。

式（3）中y為“甜菜缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量”，數(shù)據(jù)范圍為47.6%～93.4%，x為“土壤堿解氮含量”，數(shù)據(jù)范圍為14～199mg/kg。

圖1 中國(guó)北方甜菜土壤堿解氮含量與缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量回歸曲線Fig.1 Regression curve between available nitrogen content in sugar beet soil and relative yield of N deficiency treatment in north China

2.2 土壤堿解氮豐缺指標(biāo)

將90%、80%、70%、60%和50%等在試驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的缺素處理相對(duì)產(chǎn)量分級(jí)參數(shù)分別代入式 （3），求得相應(yīng)級(jí)別土壤堿解氮含量起點(diǎn)數(shù)值依次為428.6、114.8、30.7、8.2和2.2 mg/kg。其中第2、5和6級(jí)土壤堿解氮含量起點(diǎn)數(shù)值超出試驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍。據(jù)之確定我國(guó)北方甜菜土壤堿解氮豐缺指標(biāo)，詳見表1～表3。

2.3 不同豐缺級(jí)別土壤適宜施氮量

表1列出了我國(guó)北方甜菜不同目標(biāo)產(chǎn)量和氮肥當(dāng)季利用率情形下的不同豐缺級(jí)別土壤適宜施氮量。適宜施氮量與土壤堿解氮豐缺級(jí)別線性負(fù)相關(guān)，與目標(biāo)產(chǎn)量線性正相關(guān)，與氮肥當(dāng)季利用率線性負(fù)相關(guān)。當(dāng)?shù)十?dāng)季利用率40%、目標(biāo)產(chǎn)量30～90 t/hm2時(shí)，土壤堿解氮豐缺級(jí)別第2～6級(jí)的適宜施氮量范圍依次為34～101、68～203、101～304、135～405 和 169～506 kg/hm2。

3 討論與結(jié)論

3.1 采用零散試驗(yàn)數(shù)據(jù)整合法建立缺素處理相對(duì)產(chǎn)量與土壤養(yǎng)分含量回歸方程

在紫花苜蓿和燕麥土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)研究中，孫洪仁等[3-6]首先采用零散試驗(yàn)數(shù)據(jù)整合法，將學(xué)者們?cè)诟鞯亻_展之零散施肥試驗(yàn)結(jié)果整合起來，成功建立了中國(guó)北方紫花苜蓿和中國(guó)農(nóng)牧交錯(cuò)帶燕麥土壤養(yǎng)分含量與缺素處理相對(duì)產(chǎn)量回歸方程。采用該法，本研究亦成功建立了中國(guó)北方甜菜缺素處理相對(duì)產(chǎn)量與土壤堿解氮含量回歸方程。表明該法可能具有普適性。

表1 中國(guó)北方甜菜土壤堿解氮豐缺指標(biāo)和氮肥當(dāng)季利用率50%的適宜施氮量(N,kg/hm2)Table 1 Index of available nitrogen deficiency in sugar beet soil and suitable nitrogen application amount (N, kg/ha)under 50% the nitrogen fertilizer use efficiency in current season in north China

表2 中國(guó)北方甜菜土壤堿解氮豐缺指標(biāo)和氮肥當(dāng)季利用率40%的適宜施氮量(N,kg/hm2)Table 2 Index of available nitrogen deficiency in sugar beet soil and suitable nitrogen application amount (N, kg/ha)under 40% the nitrogen fertilizer use efficiency in current season in north China

表3 中國(guó)北方甜菜土壤堿解氮豐缺指標(biāo)和氮肥當(dāng)季利用率30%的適宜施氮量(N,kg/hm2)Table 3 Index of available nitrogen deficiency in sugar beet soil and suitable nitrogen application amount (N, kg/ha)under 30% the nitrogen fertilizer use efficiency in current season in north China

3.2 土壤堿解氮豐缺指標(biāo)

農(nóng)業(yè)部于20世紀(jì)80年代組織14?。ㄊ?、自治區(qū)）聯(lián)合開展的三大作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)研究結(jié)果表明，缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量70%～90%對(duì)應(yīng)的土壤堿解氮含量范圍為32～400mg/kg[1]，本研究結(jié)果與其頗為接近。

3.3 土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)研究中試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)與土壤養(yǎng)分含量分布的要求

20個(gè)以上試驗(yàn)點(diǎn)是土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)研究的基本要求。本研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)32對(duì)，試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)25個(gè)。盡管達(dá)到基本要求，但考慮到本研究覆蓋區(qū)域很大，還應(yīng)適當(dāng)增補(bǔ)試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)。

為了保障回歸方程有效性，試驗(yàn)點(diǎn)土壤養(yǎng)分含量應(yīng)該高、中、低合理分布。本研究土壤堿解氮含量150 mg/kg以上和30mg/kg以下的試驗(yàn)點(diǎn)偏少，還需適當(dāng)增補(bǔ)。

3.4 適宜施氮量及土壤養(yǎng)分收支平衡點(diǎn)

本研究涉及甜菜施肥文獻(xiàn)[2，9-33]的推薦施氮量范圍為45～365 kg/hm2。當(dāng)?shù)十?dāng)季利用率為40%時(shí)，本研究之甜菜土壤堿解氮豐缺級(jí)別第2～5級(jí)的適宜施氮量與其大體相當(dāng)。

本研究結(jié)果表明，氮肥當(dāng)季利用率50%、40%和30%時(shí)，土壤氮素收支平衡點(diǎn)（施入量等于移出量）依次為土壤養(yǎng)分豐缺級(jí)別的第6、5和4級(jí)，與孫洪仁等[7]的研究結(jié)論相一致。