中國小麥土壤速效鉀豐缺指標與適宜施鉀量研究①

孫洪仁，張吉萍，冮麗華，呂玉才，王應(yīng)海

中國小麥土壤速效鉀豐缺指標與適宜施鉀量研究①

孫洪仁1，張吉萍2，冮麗華3，呂玉才2，王應(yīng)海4

(1 中國農(nóng)業(yè)大學草業(yè)科學與技術(shù)學院，北京 100193；2 北京六凱農(nóng)業(yè)科技有限公司，北京 100095；3 北京薯網(wǎng)農(nóng)業(yè)科學研究院，北京 100043；4 北京東方潤澤生態(tài)科技股份有限公司，北京 100086)

系統(tǒng)總結(jié)我國開展的小麥土壤速效鉀豐缺指標與適宜施鉀量研究，結(jié)果表明：30 a來我國小麥土壤速效鉀豐缺指標明顯提高；不同區(qū)域之間小麥土壤速效鉀豐缺指標差異頗大，以缺鉀處理相對產(chǎn)量90% 指標為例，土壤NH4OAc-K含量變動于80 ~ 246 mg/kg；除黃淮海平原、四川盆地、關(guān)中灌區(qū)和河套灌區(qū)外，我國小麥土壤速效鉀豐缺指標研究存在很多空白區(qū)域；小麥土壤缺鉀較為普遍，第2 ~ 4級為土壤速效鉀集中分布的豐缺級別，缺鉀處理相對產(chǎn)量大多處在70% ~ 100%；土壤養(yǎng)分豐缺指標研究的試驗點數(shù)不宜過少，豐缺指標高端和低端采用外推數(shù)據(jù)需謹慎，并應(yīng)予以注明；適宜施鉀量與土壤速效鉀豐缺級別線性負相關(guān)，與小麥目標產(chǎn)量線性正相關(guān)，與鉀肥當季利用率線性負相關(guān)；當鉀肥當季利用率50%、目標產(chǎn)量3.0 ~ 12 t/hm2時，土壤速效鉀豐缺級別第1 ~ 7級的小麥適宜施鉀量范圍依次為0、17 ~ 67、34 ~ 134、50 ~ 202、67 ~ 269、84 ~ 336和101 ~ 403 kg/hm2。

測土施肥；土壤速效鉀；NH4OAc-K；ASI-K；養(yǎng)分豐缺指標；肥力指標；施肥量

我國小麥土壤速效鉀豐缺指標研究始于20世紀80年代[1-2]，但至今依然存在許多問題有待明確，如建立了哪些區(qū)域的小麥土壤速效鉀豐缺指標，空白區(qū)域還有多少？區(qū)域之間差異究竟有多大？集中分布的豐缺級別為哪幾級？學者們采用不同方案進行豐缺分級，如何比較？部分研究僅建立了豐缺指標，未給出施肥量[1-11]，如何解決？30 a年來豐缺指標是否發(fā)生明顯變化？等等。本文對我國開展的小麥土壤速效鉀豐缺指標與適宜施鉀量研究進行了系統(tǒng)總結(jié)，試圖回答上述問題。

1 材料與方法

1.1 小麥土壤速效鉀豐缺指標

利用數(shù)據(jù)庫資源，搜集我國小麥缺鉀處理相對產(chǎn)量與土壤速效鉀含量回歸方程。參考測土施肥土壤有效養(yǎng)分豐缺分級改良方案[12]進行小麥土壤速效鉀豐缺分級。對于超出試驗范圍之外推數(shù)據(jù)，高端和低端各允許保留1個。

1.2 小麥適宜施鉀量

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[13-14]計算小麥適宜施鉀量=× (1–)/，式中，為“小麥適宜施鉀量”，為“小麥目標產(chǎn)量移出鉀量”，為“缺鉀處理相對產(chǎn)量”，為“鉀肥當季利用率”。

小麥目標產(chǎn)量確定為如下7個：3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、10.5和12.0 t/hm2。小麥單位經(jīng)濟產(chǎn)量移出鉀量(K2O)確定為28 kg/t[15-17]。小麥7個目標產(chǎn)量移出鉀(K2O)的數(shù)量依次確定為84、126、168、210、252、294和336 kg/hm2。取各豐缺級別的相對產(chǎn)量下限作為該級別的缺素處理相對產(chǎn)量。本研究設(shè)置3個鉀肥當季利用率：40%、50% 和60%。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥土壤缺鉀處理相對產(chǎn)量與土壤速效鉀含量回歸方程

本研究搜集提取出12個省、市、自治區(qū)小麥缺鉀處理相對產(chǎn)量與土壤NH4OAc-K和ASI-K含量回歸方程的數(shù)量分別為42個和2個，合計44個(表1)。其中，采用自然對數(shù)模型的42個，采用反函數(shù)模型的1個，采用指數(shù)函數(shù)模型的1個；樣本數(shù)量(試驗點數(shù))<15、15 ~ 20、21 ~ 30、31 ~ 60、61 ~ 120、121 ~ 240、>240和原文獻未注明的研究數(shù)量分別為8、10、7、3、11、2、2個和1個；達到極顯著水平(<0.01)的回歸方程41個，達到顯著水平(<0.05)的3個；決定系數(shù)2≥0.5和<0.5的研究數(shù)量分別為25個和19個。

表1 中國小麥缺鉀處理相對產(chǎn)量與土壤速效鉀含量回歸方程

注：□表示20世紀90年代研究結(jié)果；◇表示ASI-K。

我國小麥缺鉀處理相對產(chǎn)量與土壤速效鉀含量回歸方程研究，黃淮海平原尤其是河南省開展得多而系統(tǒng)，四川盆地、關(guān)中灌區(qū)和河套灌區(qū)開展得亦較為系統(tǒng)，長江中下游平原、秦巴山區(qū)、黃土高原和塔里木盆地僅開展了少量市域和縣域研究，還有很多區(qū)域的研究為空白。

2.2 小麥土壤速效鉀豐缺指標

本研究通過搜集的數(shù)據(jù)建立了12個省、市、自治區(qū)小麥土壤速效鉀豐缺指標44套，其中NH4OAc-K 42套、ASI-K 2套(表2)。注明缺鉀處理相對產(chǎn)量或土壤速效鉀含量范圍者36套，其中含外推數(shù)據(jù)者32套，20套兩端都含有，12套僅一端含有；4套低端不含外推數(shù)據(jù)，16套高端不含。若外推數(shù)據(jù)不予采用，分級數(shù)量2個者7套，3個者14套，4個者7套，5個者3套，6個者1套，7個者4套，第1 ~ 7級劃分出來的比例依次為44.4%、100%、100%、69.4%、30.6%、13.9% 和11.1%。若外推數(shù)據(jù)予以采用，NH4OAc-K含量第1級下限100 ~ 150、151 ~ 200、201 ~ 250、251 ~ 300、301 ~ 350、351 ~ 400和>400 mg/kg的豐缺指標數(shù)量依次為6、11、7、5、7、4個和2個；NH4OAc-K含量第7級上限≤10、11 ~ 20、21 ~ 30、31 ~ 40、41 ~ 50和>50 mg/kg者依次為15、8、6、3、2個和8個。

與20世紀90年代相比，21世紀初小麥土壤NH4OAc-K豐缺指標呈現(xiàn)出升高趨勢。以第2級下限為例，20世紀90年代為81(67 ~ 94)mg/kg(=2)，21世紀為140(80 ~ 246)mg/kg(=40)，但差異未達到顯著水平。

不同區(qū)域小麥土壤NH4OAc-K豐缺指標差異很大，以第2級下限為例，土壤NH4OAc-K含量變動范圍為80 ~ 246 mg/kg。河南褐土區(qū)小麥土壤的NH4OAc- K豐缺指標明顯高于潮土區(qū)、砂姜黑土區(qū)和黃褐土區(qū)。不同學者的研究結(jié)果存在較大差異，如河南省褐土區(qū)土壤NH4OAc-K第2級下限高者246 mg/kg，低者148 mg/kg。

2.3 不同速效鉀豐缺級別土壤小麥適宜施鉀量

小麥適宜施鉀量與目標產(chǎn)量線性正相關(guān)，與鉀肥當季利用率線性負相關(guān)，與土壤速效鉀豐缺級別線性負相關(guān)(表3)。若以豐缺級別第2級的適宜施鉀量為基數(shù)，每降低1個級別，適宜施鉀量提高1倍，第3 ~ 7級適宜施鉀量依次是第2級的2倍~ 6倍。當目標產(chǎn)量為4.5 ~ 12 t/hm2、鉀肥當季利用率為50% 時，第1 ~ 7級的小麥適宜施鉀量范圍依次為0、17 ~ 67、34 ~ 134、50 ~ 202、67 ~ 269、84 ~ 336和101 ~ 403 kg/hm2。土壤鉀素收支平衡點(鉀素施入量等于鉀素移出量)與鉀肥當季利用率密切相關(guān)。鉀肥當季利用率60%、50% 和40% 時，土壤鉀素收支平衡點分別為第7、6和5級。

3 討論

3.1 中國小麥土壤速效鉀豐缺指標的區(qū)域差異、空白區(qū)域與歷史變化

以缺鉀處理相對產(chǎn)量90% 指標為例，我國小麥土壤NH4OAc-K含量變動范圍為80 ~ 246 mg/kg，可見土壤速效鉀豐缺指標不同區(qū)域之間差異頗大。區(qū)域差異的成因可能有以下幾項：一是，施肥水平不同，引起鉀素需求強度變化；二是，小麥單產(chǎn)水平不同，養(yǎng)分需求強度存在差異；三是，土壤類型不同，供肥特點存在差異。還有一種可能是人為因素所致，不同學者建立土壤速效鉀含量與缺鉀處理相對產(chǎn)量回歸方程時采用的數(shù)據(jù)取舍方法不同，亦會造成豐缺指標出現(xiàn)較大差異。

黃淮海平原、四川盆地、關(guān)中灌區(qū)和河套灌區(qū)的小麥缺鉀處理相對產(chǎn)量與土壤速效鉀含量回歸方程研究較為系統(tǒng)，全國尚存在很多研究空白區(qū)域。

土壤養(yǎng)分豐缺指標研究全國協(xié)作組[1-2]、武同華和孟淑華[22]和陳滄桑等[37]的研究表明，我國小麥缺鉀處理相對產(chǎn)量90% 的土壤NH4OAc-K含量指標，20世紀80—90年代為90(67 ~ 120)mg/kg(=4)，21世紀初為140(80 ~ 246)mg/kg(=40)，后者顯著高于前者(<0.05)?？梢?0 a年來我國小麥土壤速效鉀豐缺指標明顯提高。指標提高可能是氮肥、磷肥及微肥用量大幅增加引發(fā)，亦可能是小麥單產(chǎn)水平明顯提高所致。

3.2 中國小麥土壤速效鉀豐缺級別的分布

36項注明土壤速效鉀含量或缺鉀處理相對產(chǎn)量范圍的研究中，在不用外推數(shù)據(jù)的情形下，第2和3級劃出比例很高(100%)，第4級亦較高(69.4%)，第1和5 ~ 7級很低(11.1% ~ 44.4%)。不難看出，我國小麥土壤速效鉀豐缺級別集中在第2 ~ 4級，缺鉀處理相對產(chǎn)量大多介于70% ~ 100%，小麥土壤缺鉀較為普遍。

3.3 土壤養(yǎng)分豐缺指標研究中外推數(shù)據(jù)的采用和試驗點數(shù)的要求

關(guān)于是否應(yīng)該采用外推數(shù)據(jù)，學者們眾說紛紜。

表2 中國小麥土壤速效鉀豐缺指標

注：☆表示無土壤速效鉀含量和相對產(chǎn)量范圍，◇表示ASI-K，□表示20世紀90年代研究結(jié)果，帶下劃線者為外推數(shù)據(jù)。

表3 中國不同豐缺級別土壤的小麥適宜施鉀量

本研究允許于高、低端各保留1個外推數(shù)據(jù)，結(jié)果約半數(shù)較為靠譜，約半數(shù)較為離譜——第1級土壤NH4OAc-K含量下限指標高達300 mg/kg以上。采用外推數(shù)據(jù)確需謹慎，若予以采用，則應(yīng)當注明。

關(guān)于土壤養(yǎng)分豐缺指標研究要求試驗點數(shù)的要求，學者們較為一致的觀點是應(yīng)該20個以上[17,48-49]。如果每個級別試驗點數(shù)要求3個以上，那么7個級別至少需要21個試驗點。本研究搜集到的44個回歸方程中，18個試驗點數(shù)不足21個，比例高達40.9%。

3.4 中國小麥適宜施鉀量

本文涉及文獻[18-47]針對全國各地目標產(chǎn)量1.5 ~ 9.0 t/hm2小麥的推薦施鉀量為0 ~ 231 kg/hm2。中國主要作物施肥指南[16]針對目標產(chǎn)量3.0 ~ 7.5 t/hm2小麥的推薦施鉀量為0 ~ 160 kg/hm2。在目標產(chǎn)量相同時，本研究之第1 ~ 5級小麥適宜施鉀量與其大體一致。

3.5 適宜施肥量影響因子及土壤養(yǎng)分收支平衡點

孫洪仁等[14]的研究表明，適宜施肥量與目標產(chǎn)量線性正相關(guān)、與肥料當季利用率線性負相關(guān)、與土壤養(yǎng)分豐缺級別線性負相關(guān)；土壤養(yǎng)分收支平衡點(養(yǎng)分施入量等于養(yǎng)分移出量)與肥料當季利用率密切相關(guān)。本研究結(jié)果與其一致。

本研究速效鉀含量第1 ~ 4級土壤的推薦施鉀量低于鉀素移出量，土壤鉀素收支狀況為負平衡，土壤鉀素含量將逐年降低。第5 ~ 7級土壤的推薦施鉀量依次等于肥料當季利用率40%、50% 和60% 情形下的鉀素移出量，土壤鉀素收支狀況為零平衡，土壤鉀素含量將長期保持穩(wěn)定。未予列出的第8級以下土壤的推薦施鉀量大于鉀素移出量，土壤鉀素收支狀況為正平衡，土壤鉀素含量將逐年升高。顯然，土壤鉀素收支平衡點勢必成為土壤鉀素豐缺級別的終極趨向點。

小麥秸稈鉀素含量很高，約占全株之3/4。若施行秸桿還田，第1級土壤鉀素收支狀況將得到明顯改善，但依然是負平衡；第2 ~ 4級土壤鉀素收支狀況大體上可以實現(xiàn)零平衡；第5 ~ 7級土壤鉀素收支狀況可以實現(xiàn)正平衡；第8級以下土壤鉀素收支正平衡狀態(tài)將得到進一步強化。

當前，我國乃至全世界絕大多數(shù)作物土壤的鉀素收支皆處于負平衡狀態(tài)。由于絕大多數(shù)農(nóng)田土壤富含鉀素，作物鉀素滿足率較高，加之鉀肥當季利用率亦較高，因此無需大量施鉀即可滿足作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)之需求。于是，出于經(jīng)濟效益考量，絕大多數(shù)種植企業(yè)和農(nóng)戶選擇適量施肥，接受土壤鉀素收支處于負平衡狀態(tài)。

4 結(jié)論

30 a來我國小麥土壤速效鉀豐缺指標明顯提高。不同區(qū)域之間小麥土壤速效鉀豐缺指標差異頗大。我國小麥土壤速效鉀豐缺指標研究存在很多空白區(qū)域。小麥土壤缺鉀較為普遍，第2 ~ 4級為土壤速效鉀集中分布的豐缺級別，缺鉀處理相對產(chǎn)量大多處在70% ~ 100%。豐缺指標高端和低端采用外推數(shù)據(jù)需謹慎，并應(yīng)予以注明。適宜施鉀量與土壤速效鉀豐缺級別線性負相關(guān)，與小麥目標產(chǎn)量線性正相關(guān)，與鉀肥當季利用率線性負相關(guān)。土壤養(yǎng)分收支平衡點與肥料當季利用率密切相關(guān)。

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Study on Abundance-deficiency Indices of Soil Available Potassium and Appropriate Potassium Application Rates for Wheat in China

SUN Hongren1, ZHANG Jiping2, GANG Lihua3, Lü Yucai2, WANG Yinghai4

(1 College of Grassland Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 2 Beijing Liukai Agriculture Sci.&Tech. Co., Ltd., Beijing 100095, China; 3 Beijing Potato Net Agriculture Science Academy, Beijing 100043, China; 4 Beijing Insentek Technology Co., Ltd., Beijing 100086, China)

In this paper, results of studies on abundance-deficiency index (ADI) of soil available potassium (SAK) for wheat and appropriate potassium fertilizer application rate (APFAR) conducted in China were systematically summarized and analyzed. The results showed that ADI of SAK for wheat in China had improved obviously in recent 30 years. There were considerable differences in ADI of SAK for wheat in different regions, and ADI of soil NH4OAc-K for wheat for 90% relative yield (RY) of the complete nutrient treatment except potassium (CNTEP, i.e., K-deficient treatment) changed from 80 to 246 mg/kg. Studies on ADI of SAK for wheat in China left many blank regions except the Huang-huai-hai Plain, Sichuan Basin, Guanzhong irrigation area and Hetao irrigation area. K deficiency for wheat were common in China, SAK for wheat was focused on 2 – 4 levels, and most RYs of CNTEP were between 70% – 100%. For research on ADI of soil nutrients, the number of trial sites should not be too little, and it should be careful and indicated using extrapolating data for the high-end and low-end of ADI. APFAR was linearly negatively correlated with SAK abundance-deficiency level for wheat. APFAR was linearly positively correlated with the yield goal of wheat. APFAR was linearly negatively correlated with potassium fertilizer use efficiency in current season (PFUEICS). When PFUEICS was 50% and the target yield was 3.0 – 12 t/hm2, APFAR for wheat of SAK abundance-deficiency level 1 – 7 from high to low were 0, 17 – 67, 34 – 134, 50 – 202, 67 – 269, 84 – 336 and 101 – 403 kg/hm2, respectively.

Soil testing and fertilizer recommendation; Soil available K; NH4OAc-K; ASI-K; Nutrient abundance- deficiency index; Fertility index; Fertilizer application rate

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項目(CARS-35)資助。

孫洪仁(1965—)，男，吉林懷德人，碩士，副教授，研究方向為牧草與作物水肥管理。E-mail：sunhongren@cau.edu.cn

S153.6；S519

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.05.008