湖南省油后直播棉花測土配方施肥指標體系

李 飛，李彩紅，趙瑞元，梅正鼎，郭莉莉，劉冰蕾，何叔軍，張志剛

(湖南省棉花科學研究所，湖南常德 415101)

0 引 言

【研究意義】施肥是保障作物高產、優(yōu)質的重要措施，合理施肥直接影響作物的長勢、產量及品質[1～3]。近年來，由于過度追求產量，致使化學肥料過量施用，造成肥料利用率低下和化肥資源的浪費[4～8]?；蔬^量施用的主要原因是對不同區(qū)域不同作物種植體系肥料損失規(guī)律和高效利用機理缺乏深入的認識，并且缺乏土壤養(yǎng)分豐缺評價指標及推薦施肥標準。制定基于土壤養(yǎng)分豐缺評價指標的推薦施肥標準，發(fā)展肥料有機替代，加強技術集成創(chuàng)新與應用是湖南省實現(xiàn)化肥減施增效的關鍵?！厩叭搜芯窟M展】目前山東省的冬小麥、川中丘陵地區(qū)的水稻及福建省晚稻等均建立了測土配方施肥技術指標[9～13]，達到提高肥料利用率和減少用量，提高作物產量，改善農產品品質，節(jié)省勞力，節(jié)支增收的效果?！颈狙芯壳腥朦c】棉花生產中，棉農僅注重氮肥的施用，造成棉花產量下降，肥料資源浪費[2,4]。而測土配方施肥指標體系的構建，能夠指導精確施肥，增產增效?！緮M解決的關鍵問題】2016～2017年，在湖南省主產棉區(qū)11個縣(區(qū))連續(xù)開展2年“3414”田間試驗。以試驗點土壤肥力為依據，通過田間試驗，獲得最佳肥料施用量和最佳養(yǎng)分配比，為湖南省棉花科學施肥技術研究提供依據，為長江流域其他地區(qū)的油后直播棉花高效施肥技術研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗棉花品種均為中早熟常規(guī)品種，種植方式為油后直播。供試肥料為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P20 12%)、氯化鉀(K2O 60%)。

采用回歸最優(yōu)、設計處理少的“3414”方案設計[14，15]：氮、磷、鉀3個因素、4個水平、14個處理。14個處理分別為：(1)N0P0K0；(2)N0P2K2；(3)N1P2K2；(4)N2P0K2；(5)N2P1K2；(6)N2P2K2；(7)N2P3K2；(8)N2P2K0；(9)N2P2K1；(10) N2P2K3； (11) N3P2K2； (12) N1P1K2；(13)N1P2K1；(14)N2P1K1。

各處理中N、P、K的下角標0，1，2，3分別表示4個施肥水平，即0水平，不施肥；1水平(施肥不足)=2水平×0．5；2水平，當地推薦施肥量的近似值；3水平(施肥過量)=2水平×1．5。各試點棉花“3414”試驗連續(xù)2年2水平氮、磷、鉀肥用量。小區(qū)面積30.4 m2，小區(qū)周圍設2.5 m保護行。表1

表1 湖南省各縣(區(qū))棉花“3414”完全實施試驗棉花品種與2水平施肥量Table 1 Cotton varieties and fertilizer rates of the second level on the“3414” field experiments in Hunan

1.2 方 法

匯總湖南主產棉區(qū)(常德、益陽、岳陽、衡陽)2016和2017年共17組棉花“3414”田間試驗結果，計算氮磷鉀缺素區(qū)地力相對產量：缺氮區(qū)相對產量= N0P2K2/N2P2K2×100%，缺磷區(qū)相對產量=N2P0K2/N2P2K2×100%，缺鉀區(qū)相對產量=N2P2K0/N2P2K2×100%。

根據用缺素區(qū)相對產量與土壤有效養(yǎng)分的函數關系，依照農業(yè)部《測土配方施肥技術規(guī)范》確定的級差，將土壤有效養(yǎng)分劃分極低、低、較低、中、較高、高6個等級，即缺素區(qū)相對產量低于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%以上的為高。

1.3 數據處理

對2年所有“3414”試驗數據進行分析，設定棉花產量為因變量，肥料用量為自變量，應用DPS(14.50版本)軟件進行三元二次肥料效應模型擬合，計算最佳效益模式下每個試驗點氮、磷、鉀肥的施用量。通過17個“3414”試驗區(qū)各點速效養(yǎng)分(N、P、K)含量與分別對應的棉花最佳施肥量(N、P2O5和K2O)做散點圖，擬合成方程，根據方程計算土壤速效養(yǎng)分各分級的最佳推薦施肥量。

N、P、K肥以N、P2O5和K2O計，2016～2017年肥料價格和籽棉價格以湖南市場價格均值計算。所有方程的擬合、最佳施肥量的計算以及圖表制作均采用Excel 2003和DPS(14.50版本)分析軟件。

2 結果與分析

2.1 不同試驗點肥力

研究表明，不同試點之間土壤肥力差異比較明顯。各地土壤肥力為pH 5.0～8.2，平均6.8；有機質含量9.9～32.7 g/kg，平均21.8 g/kg；堿解氮84.0～285.0 mg/kg，平均146.0 mg/kg；有效磷14.3～50.7 mg/kg，平均26.1 mg/kg；速效鉀68.0～264.3 mg/kg，平均167.6 mg/kg。表2

表2 不同試驗點肥力Table 2 The soil fertility conditions of different sites

2.2 施用氮、磷、鉀肥對棉花產量的影響

研究表明，不同的缺素處理，子棉產量不同，其中各處理下，2017年度的子棉產量高于2016年。兩年的棉花產量表現(xiàn)為：空白對照(N0P0K0)<缺氮(N0P2K2)<缺鉀(N2P2K0)<缺磷(N2P0K2)<最佳產量區(qū)(N2P2K2)，湖南棉田普遍缺氮嚴重，鉀和磷相對豐富，湖南棉花生產應重視合理施用氮肥，酌情施用鉀肥和磷肥。表3

表3 施用氮、磷、鉀肥對棉花產量Table 3 Effects of applying nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers on yield of cotton (kg/hm2)

2.3 土壤養(yǎng)分豐缺指標

2.3.1 土壤堿解氮分級指標

研究表明，根據棉花試驗缺氮處理的相對產量與土壤堿解氮含量作散點圖并求得對數函數方程。17個試驗點2年土壤堿解氮含量與缺氮處理棉花相對產量建立的模型關系式為y=14.723Ln(x) + 0.797 2，相關系數為0.783 2(r0.01=0.661﹡﹡，n=17)。缺氮處理相對產量為58.2～85.6，平均為73.4。圖1

圖1 棉花相對產量與土壤堿解氮含量的關系(n=17)Fig.1 The relationship between cotton relative yield and soil available nitrogen content

研究表明，相對產量50、60、70、80和90對應的土壤堿解氮含量分別為28.3、55.8、110.0、216.9和427.8 mg/kg，即為土壤堿解氮分級指標值。為便于生產操作，將土壤堿解氮指標值進一步簡化，土壤堿解氮分級指標值分別為30、55、110、220、430 mg/kg。表4

表4 土壤堿解氮分級指標Table 4 The classification indexes of soil available nitrogen content

2.3.2 土壤有效磷分級指標

研究表明，根據棉花試驗缺磷處理的相對產量與土壤有效含量作散點圖并求得對數函數方程。17個試驗點2年土壤有效磷含量與缺磷處理棉花相對產量建立的模型關系式為y= 11.951Ln(x) + 44.797，相關系數為0.777 0(r0.01=0.661，n=17)，相關性達到極顯著水平。缺磷處理相對產量為72.7～92.2，平均為83.0%。圖2

圖2 棉花相對產量與土壤有效磷含量的關系(n=17)Fig.2 The relationship between cotton relative yield and soil available phosphorus content

研究表明，相對產量50%、60%、70%、80%和90%對應的土壤有效磷含量分別為1.5、3.6、8.2、19.0和43.9 mg/kg，即為土壤有效磷分級指標值。土壤堿解氮分級指標值分別為2.0、4.0、8.0、19.0、43.0 mg/kg。表5

表5 土壤有效磷分級指標Table 5 The classification indexes of soil available phosphorus content

2.3.3 土壤速效鉀分級指標

研究表明，12個試驗點2年土壤速效鉀含量與缺鉀處理棉花相對產量建立的模型關系式為y= 15.811Ln(x) + 0.191 1，相關系數為0.842 0(r0.01=0.661，n=17)，相關性達到極顯著水平。圖3

圖3 棉花相對產量與土壤速效鉀含量關系(n=17)Fig.3 The relationship between cotton relative yield and soil available potassium content

研究表明，相對產量50%、60%、70%、80%和90%對應的土壤速效鉀含量分別為23.3、43.9、82.7、155.7和293.0 mg/kg，即為土壤有效磷分級指標值。土壤堿解氮分級指標值分別為25、45、80、155、290 mg/kg。表6

表6 土壤速效鉀分級指標Table 6 The classification indexes of soil available potassium content

2.4 氮肥、磷肥和鉀肥的推薦施肥量

用DPS(14.50版本)軟件對試驗區(qū)2年17組“3414”試驗進行三元二次回歸方程擬合。從方程的P值來看，12組三元方程均達顯著水平(P<0.05)，且擬合度均在80%以上，其中6組三元方程均達極顯著水平(P<0.01)，擬合度均在90%以上。

通過三元二次方程可以計算出各試點產量最高和效益最佳模式下的氮、磷、鉀的最佳配比，考慮到棉田的經濟效益和生態(tài)效益，研究設定效益最佳施肥量為推薦施肥量。17組“3414”試驗在效益最佳模式下的氮、磷、鉀的最佳配比相差較大，這主要是因為不同試驗區(qū)的土壤肥力情況、產量情況和氣候等均有所不同。

試驗中所用推薦施肥量均為效益最佳模式下最佳施用量，整體上較產量最佳模式下最佳施用量偏低；結合近幾年的土壤檢測結果，土壤中的堿解氮、有效磷、速效鉀均未低于極低的等級，極低等級的土壤施肥量不作推薦，以極低等級土壤的臨界施肥量為低級土壤的推薦施肥量上限。表7

表7 氮、磷、鉀肥3因子互作產量效應模型及最佳施肥量Table 7 The model of cotton yield of Three factor(Nitrogen, phosphorus and potassium)interactions and The best fertilizer rate

2.4.1 氮肥推薦施肥量指標

參考Fageria等方法[16]，利用2年17個“3414”試驗區(qū)各點堿解氮含量與對應的棉花最佳施氮量做散點圖，擬合方程為y= -76.279Ln(x) + 607.93，(y表示最佳施肥量，x為對應的堿解氮含量)，其相關系數為0.628 6(r0.05=0.532，n=17)，相關性達到顯著水平。圖4

圖4 土壤堿解氮含量與最佳施肥量關系Fig.4 The relationship between soil available nitrogen content and the best fertilizer rate

研究表明，土壤堿解氮含量為30、55、110、220、430 mg/kg時推薦施氮量分別為348.5、295.6、249.4、196.5、145.4 kg/hm2。將推薦施氮量調整為350、300、250、200、145 kg/hm2，確定不同堿解氮分級指標范圍內氮肥施用量。表8

表8 土壤堿解氮分級與推薦施肥量Table 8 the classification indexes of available nitrogen content and the fertilizer recommendation rates

2.4.2 磷肥推薦施肥量指標

研究表明，利用12個試驗點2年17個“3414”試驗區(qū)各點有效磷含量與對應的棉花最佳施磷量做散點圖，擬合方程為y= 14.723Ln(x) + 0.797 2，其相關系數為0.675 0(r0.01=0.661，n=17)，相關性達到極顯著水平。圖5

研究表明，土壤有效磷含量為2、4、8、19、43 mg/kg時推薦施磷量分別為141.5、120.3、99.0、72.5、47.4 kg/hm2。為生產操作方便，將推薦施磷量調整為140、120、100、70、50 kg/hm2，，確定不同有效磷分級指標范圍內磷肥施用量。表9

表9 土壤有效磷分級與推薦施磷量Table 9 The classification indexes of available phosphorus content and the fertilizer recommendation rates

2.4.3 鉀肥推薦施肥量指標

研究表明，利用12個試驗點2年17個“3414”試驗區(qū)各點速效含量與對應的棉花最佳施鉀量做散點圖，擬合方程為y= -79.233Ln(x) + 573.26，其相關系數為0.667 1(r0.01=0.661，n=17)，相關性達到極顯著水平。圖6

圖6 土壤速效鉀含量與最佳施肥量關系Fig.6 The relationship between soil available potassium content and the best fertilizer rate

研究表明，土壤速效鉀含量為25、45、80、155、290 mg/kg時推薦施肥量分別為318.2、271.6、226.1、173.7、124.0 kg/hm2。將推薦施肥量調整為320、270、225、175、125 kg/hm2，確定不同速效鉀分級指標范圍內鉀肥施用量。表10

表10 土壤有效磷分級與推薦施肥量Table 10 The classification indexes of available potassium content and the fertilizer recommendation rates

3 討 論

關于棉花的測土配方施肥指標體系，目前國內構建的并不多，僅新疆巴州構建了棉花測土配方施肥模型和土壤養(yǎng)分豐缺指標和推薦施肥體系[17]。研究在湖南省內乃至長江流域棉區(qū)尚屬首次，既填補油后直播棉花測土配方施肥方面的空白，又符合當前作物化肥減施的要求，對于生產指導意義重大。研究建立的湖南省主產棉區(qū)油后直播棉花土壤速效氮、磷和鉀養(yǎng)分豐缺指標，以及不同指標下的推薦施肥量標準，能夠更好地指導棉民實現(xiàn)精確施肥，增產增效。

研究采用了土壤養(yǎng)分豐缺指標法來構建測土配方施肥指標體系，應用土壤速效養(yǎng)分測試值與棉花需肥量之間的相關性，對不同主產棉區(qū)不同地里進行田間試驗，將土壤速效測試值按一定的級差進行分級，形成棉花土壤養(yǎng)分豐缺指標及對應的推薦施肥表。只要取得土壤速效養(yǎng)分測定值就可以對照推薦施肥表按級確定肥料用量。國內外測土配方施肥實踐表明，土壤養(yǎng)分豐缺指標法有一整套土壤化學原理和嚴密的統(tǒng)計系統(tǒng)，在嚴格遵循的前提下，其推薦施肥量與生產實際相符合[18]。

目標產量是決定肥料需要量的依據，是實現(xiàn)棉花高效施肥的前提和基礎。關于目標產量的確定，國內外均進行了大量的研究[19～21]，方法較多，研究采用了肥料效應函數求算法，即利用各試驗區(qū)建立的肥料效應函數，求出最高產量與效益最佳產量，考慮到化肥減施增效與耕地的可持續(xù)發(fā)展，研究以效益最佳產量為目標產量，研究的目標產量為3 750 kg/hm2。

研究中相對產量隨土壤養(yǎng)分含量的增加均呈上升趨勢，推薦施肥量與試驗地基礎土壤氮、磷、鉀含量也均表現(xiàn)為較好的負相關，這與其他作物試驗結果的表現(xiàn)趨勢是一致的[12]，這表明研究構建的棉花土壤養(yǎng)分豐缺指標和推薦施肥體系具備一定的生產指導作用，同時其施肥指標體系的構建與結果的應用也需要通過更多的實踐來進一步驗證和完善。

4 結 論

以籽棉3 750 kg/hm2為目標產量，將土壤養(yǎng)分含量水平按相對產量劃分為“高”、“較高”、“中”、“較低”、“低”和“極低”6個等級，建立了湖南省主產棉花油后直播棉花土壤速效氮磷鉀豐缺指標。當堿解氮<30 mg/kg、有效磷<2 mg/kg、速效鉀<25 mg/kg，土壤有效養(yǎng)分含量為“極低”；堿解氮30～55 mg/kg、有效磷2～4 mg/kg、速效鉀25～45 mg/kg，土壤有效養(yǎng)分含量為“低”；堿解氮55～110 mg/kg、有效磷4～8 mg/kg、速效鉀45～80 mg/kg，土壤有效養(yǎng)分含量為“較低”；堿解氮110～220 mg/kg、有效磷8～19 mg/kg、速效鉀80～155 mg/kg，土壤有效養(yǎng)分含量為“中”；堿解氮220～430 mg/kg、有效磷19～43 mg/kg、速效鉀155～290 mg/kg，土壤有效養(yǎng)分含量為“較高”；堿解氮>430 mg/kg、有效磷>43 mg/kg、速效鉀>290 mg/kg，土壤有效養(yǎng)分含量為“高”。

根據不同等級，氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)推薦施肥量分別為：“高”，氮0～145 kg/hm2、磷0～50 kg/hm2、鉀0～125 kg/hm2；“較高”，氮145～200 kg/hm2、磷50～70 kg/hm2、鉀125～175 kg/hm2；“中”：氮200～250 kg/hm2、磷70～100 kg/hm2、鉀175～225 kg/hm2；“較低”：氮250～300 kg/hm2、磷100～120 kg/hm2、225～270 kg/hm2；“低”：氮300～350 kg/hm2、磷120～140 kg/hm2、鉀270～320 kg/hm2。