河北平原夏玉米農(nóng)田土壤磷、鉀養(yǎng)分豐缺指標和培肥目標

賈良良 劉克桐 黃少輝 楊云馬 楊軍芳 張培 郝立巖 邢素麗

摘要：利用2005―2015年測土配方施肥數(shù)據(jù)分析了河北平原農(nóng)田土壤有效磷、速效鉀含量對夏玉米產(chǎn)量的影響，建立了磷鉀養(yǎng)分豐缺指標，并利用邊界線分析方法評價了土壤磷鉀肥力對夏玉米產(chǎn)量差的影響。結(jié)果表明：河北平原農(nóng)田土壤有效磷、速效鉀養(yǎng)分對夏玉米產(chǎn)量的貢獻率分別為85.4%和88.8%，建立的土壤磷、鉀肥力豐缺指標的缺乏、低、中、高和極高含量分別為：土壤有效磷含量<12.0、12.0～16.0、16.1～22.0、22.1～30.0、>30.0 mg/kg，土壤速效鉀含量<86、86～100、101～114、115～131、>131 mg/kg。河北平原區(qū)影響夏玉米產(chǎn)量的土壤有效磷含量臨界值為 26.9 mg/kg，土壤速效鉀含量臨界值為112 mg/kg，在生產(chǎn)中要培肥土壤使土壤有效磷和速效鉀含量高于此臨界值，以減少土壤肥力對作物產(chǎn)量的影響。

關(guān)鍵詞：磷;鉀;豐缺指標;夏玉米;培肥;河北平原

中圖分類號： S513.06文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）05-0075-04

我國在20世紀80年代通過第2次全國土壤普查，建立了適于當時農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際的養(yǎng)分豐缺指標體系，對指導合理施肥起到了重要的作用。進入21世紀以來，河北省農(nóng)田土壤肥力發(fā)生了巨大的變化，土壤有效磷含量升高明顯，土壤速效鉀含量有升有降[3]，作物產(chǎn)量水平也明顯提高[4]，在20世紀農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)上建立的養(yǎng)分豐缺指標已不能適應當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。河北平原夏玉米常年播種面積在230×105 hm2以上，農(nóng)田土壤磷鉀肥力通常并不認為是影響夏玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，但是隨著夏玉米產(chǎn)量水平的提高，農(nóng)田土壤磷鉀供應能力不足成為影響夏玉米產(chǎn)量水平發(fā)揮的重要因素[5]。因此，本研究通過對2005―2015年在河北省開展的測土配方施肥項目中的“3414”試驗進行分析，對河北平原農(nóng)田土壤磷鉀肥力對夏玉米產(chǎn)量的影響進行評價，建立土壤磷鉀豐缺指標體系，為指導夏玉米優(yōu)化施肥提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)準備

數(shù)據(jù)來源于河北省2005—2015年開展的全省測土配方施肥項目的“3414”田間試驗，為減少品種差異造成的影響，本研究只選取品種為鄭單958的902組試驗。為保證數(shù)據(jù)分析的可靠性，首先采用3倍方差法對異常數(shù)據(jù)進行篩除，然后對作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)中不施用磷肥、鉀肥但產(chǎn)量高于優(yōu)化施肥的試驗數(shù)據(jù)進行人工剔除，最終在本研究中用于構(gòu)建夏玉米磷肥、鉀肥豐缺指標的試驗數(shù)據(jù)分別為780、881組。

1.2 田間試驗

本研究中所選用的試驗均在有代表性的農(nóng)戶地塊上進行，種植方式為冬小麥與夏玉米輪作，其中夏玉米于6月10日前后播種，10月初收獲，小區(qū)面積>30 m2。配方施肥處理的氮、磷、鉀肥料施用量按照當?shù)販y土配方施肥推薦施用，施用量如表1所示。其中，氮肥采用尿素（N，46%），磷肥采用過磷酸鈣（P2O5，12%），鉀肥采用氯化鉀（K2O，60%），氮肥按照基追比1︰1分基肥和拔節(jié)期追肥2次施入，磷鉀肥做基肥施入。

玉米播種前，各試驗點均采用“S”形取樣法采取0～20 cm土層樣品，土壤樣品風干處理后分別測定土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀的含量等土壤肥力指標。其中土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法、土壤全氮含量采用半微量凱氏法、有效磷含量采用NaHCO3浸提-鉬銻抗分光光度法（Olsen法）、速效鉀含量采用醋酸銨浸提-火焰光度法[6]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗選用不施磷處理、不施鉀處理和優(yōu)化施肥處理，分別計算夏玉米不施用磷鉀肥的相對產(chǎn)量，即土壤磷、鉀肥力對夏玉米產(chǎn)量的貢獻率，以及夏玉米對磷鉀肥的產(chǎn)量反應。對夏玉米不施磷鉀肥處理的相對產(chǎn)量與土壤有效養(yǎng)分進行回歸分析以確定土壤磷鉀養(yǎng)分分級指標，分級標準參考陳新平等的分級方法[7]，以相對產(chǎn)量≤65%為缺乏，>65%～75%為低，>75%～85%為中，>85%～95%為高，>95%為極高。另外，對冬小麥和夏玉米不施用磷鉀肥處理的產(chǎn)量與土壤有效養(yǎng)分進行邊界線分析，以確定土壤磷鉀養(yǎng)分含量對優(yōu)化施肥處理的夏玉米產(chǎn)量差的貢獻率。

數(shù)據(jù)處理用Excel 2010，其中邊界線分析擬合數(shù)據(jù)采用SAS 8.3的非線性回歸模型NLIN計算土壤肥力指標與玉米產(chǎn)量邊界點的二次型加平臺模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 河北平原土壤磷、鉀肥力對夏玉米產(chǎn)量的貢獻

從統(tǒng)計結(jié)果（表2）來看，河北平原農(nóng)田土壤有效磷、速效鉀含量平均值分別為19.9、117.6 mg/kg，變異系數(shù)分別為42.2%、34.7%，說明農(nóng)田土壤磷、鉀肥力存在一定的空間變異性。河北平原夏玉米不施用磷肥、鉀肥的平均產(chǎn)量分別為7 105、 7 392 kg/hm2，而配方施肥的產(chǎn)量平均值為 8 320 kg/hm2，施用磷肥和鉀肥的產(chǎn)量效應分別為 1 220、924 kg/hm2，土壤磷、鉀基礎(chǔ)肥力對夏玉米產(chǎn)量的貢獻率分別為85.4%、88.8%。

2.2 河北平原夏玉米磷、鉀相對產(chǎn)量分布

河北平原農(nóng)田土壤不施磷處理夏玉米相對產(chǎn)量范圍在37.8%～99.8%，其中相對產(chǎn)量在85%～95%的樣本比例最高，占總樣本數(shù)的41.6%，其次是75%～85%，占36.4%，約53.1%的樣本相對產(chǎn)量>85%，11.5%的樣本相對產(chǎn)量>95%。夏玉米土壤速效鉀相對產(chǎn)量在60%～100%，以相對產(chǎn)量85%～95%樣本比例最高為47.4%，約691%的樣本相對產(chǎn)量>85%，21.7%的樣本相對產(chǎn)量>95%（表3）。總體來看，隨著土壤有效磷和速效鉀含量的提高，夏玉米相對產(chǎn)量呈增加趨勢。

2.3 河北平原夏玉米農(nóng)田土壤磷、鉀豐缺指標的確定

以土壤有效磷含量和速效鉀含量分別與夏玉米不施用磷肥、鉀肥處理的相對產(chǎn)量進行相關(guān)分析（圖1）， 其決定系數(shù)r2均達到顯著水平。以相對產(chǎn)量≤65%為缺乏、>65%～75%為低含量水平、>75%～85%為中含量水平、>85%～95%為高含量水平、>95% 為極高含量水平，對夏玉米農(nóng)田土壤有效磷和速效鉀的豐缺指標進行了劃分，結(jié)果如表4所示。其中土壤有效磷含量的“高”和“極高”水平對應的有效磷含量分別為19.2～70.8 mg/kg和 >70.8 mg/kg，土壤速效鉀含量的“高”和“極高”水平對應的速效鉀含量分別為73.4～310.2 mg/kg和>310.2 mg/kg，養(yǎng)分豐缺指標劃分出現(xiàn)了明顯的數(shù)據(jù)外推，超出了本研究實際的數(shù)據(jù)范圍，也與本地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際[10]不能匹配，不能用于指導河北平原區(qū)的磷鉀養(yǎng)分管理。

造成上述問題的原因可能與河北平原相對面積較大、土壤和氣候類型相對較多有關(guān)，較大尺度上的土壤肥力因素差異造成磷鉀肥力因子對相對產(chǎn)量的反應并不完全一致。為解決這一問題，本研究以夏玉米相對產(chǎn)量5%為間隔，對相應范圍內(nèi)的相對產(chǎn)量與對應的土壤有效磷、速效鉀含量分別取平均值，然后對取平均值的土壤有效磷、速效鉀含量與夏玉米相對產(chǎn)量平均值進行回歸分析。如圖2所示，取平均值后土壤有效磷、速效鉀平均含量與對應的夏玉米相對產(chǎn)量間都獲得了較高的決定系數(shù)，可以用來對土壤有效磷與速效鉀含量的豐缺水平進行劃分，其土壤有效磷豐缺指標“極低、低、中、高、極高”水平分別是 < 12.0、12.0～16.0、16.1～22.0、22.1～30.0、>30.0 mg/kg，土壤速效鉀含量分別是 < 86、86～100、101～114、115～131、>131 mg/kg。

根據(jù)上述豐缺指標劃分，河北平原夏玉米農(nóng)田土壤有效磷、速效鉀屬于缺乏水平的樣本比例分別為8.8%和17.5%，屬于低水平的樣本比例分別為23.9%和15.5%，中水平的樣本比例分別為29.2%和19.0%，高水平的樣本比例分別為24.4%和180%，極高水平的樣本比例分別為13.6%和300%（表5）。總體來看，河北省夏玉米農(nóng)田土壤有效磷和速效鉀樣本中，高、極高含量樣本所占比例分別為38.0%和48.1%，而“低”和“缺乏”含量所代表的缺磷和缺鉀的樣本所占比例分別為32.7%和330%，可見河北省平原區(qū)農(nóng)田土壤磷鉀肥力仍有很大的比例不能滿足夏玉米高產(chǎn)的需求，需要繼續(xù)對磷鉀肥力進行培育。綜合考慮本研究中土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)的分布范圍，可以認為本研究結(jié)果適于河北省平原區(qū)土壤磷、鉀養(yǎng)分豐缺評價。

2.4 河北平原土壤磷、鉀肥力對夏玉米產(chǎn)量的貢獻率

以邊界線分析方法，分別對施肥處理的夏玉米產(chǎn)量邊界點與土壤有效磷和速效鉀含量進行擬合。如圖3所示，土壤有效磷含量對可解釋產(chǎn)量差的貢獻率約為20.4%，當土壤有效磷含量>26.9 mg/kg時， 夏玉米平臺產(chǎn)量為11 440 kg/hm2， 在此基礎(chǔ)上

提高土壤有效磷含量并不能顯著提高夏玉米的產(chǎn)量潛力。對土壤速效鉀來說，土壤速效鉀含量對可解釋產(chǎn)量差的貢獻率僅為8.6%，當速效鉀含量>112 mg/kg時，夏玉米平臺產(chǎn)量為11 120 kg/hm2，在此基礎(chǔ)上提高土壤速效鉀含量并不能顯著提高夏玉米的產(chǎn)量潛力。由此可以認為，河北平原土壤有效磷含量影響夏玉米產(chǎn)量潛力的臨界值為 26.9 mg/kg，土壤速效鉀含量臨界值為112.0 mg/kg（表6），在土壤培肥時應高于此臨界值，以減少由于土壤磷肥力不足造成的產(chǎn)量損失。

3 結(jié)論與討論

土壤養(yǎng)分豐缺指標通常都以黃德明確定的土壤測試值和作物相對產(chǎn)量的擬合關(guān)系確定，在生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用，對推動科學施肥起到了重要的貢獻[11]。但本研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的土壤測試結(jié)果與相對產(chǎn)量指數(shù)回歸法可能并不能有效地確定豐缺指標，在大尺度、土壤肥力空間變異較大的情況下得到的豐缺指標與實際情況相比偏差較大。孫洪仁等總結(jié)的全國尺度上的磷、鉀豐缺指標差異極大，高端和低端采用外推數(shù)據(jù)易造成嚴重偏差。本研究利用相隔5%的相對產(chǎn)量平均值與對應的養(yǎng)分含量平均值的指數(shù)回歸方法，解決了外推數(shù)據(jù)不準確問題，確定河北平原區(qū)農(nóng)田土壤有效磷缺乏、低、中、高和極高等級豐缺指標為<12.0、12.0～16.0、16.1～22.0、22.1～30.0、>30.0 mg/kg，土壤速效鉀豐缺指標為<86、86～100、101～114、115～131、>131 mg/kg。其指標范圍與周曉芬等的研究結(jié)果比較接近，符合華北平原農(nóng)田土壤肥力生產(chǎn)實際[10]。

通過邊界線分析方法確定了土壤有效磷和速效鉀含量的臨界值，為土壤培肥提供了參考指標。邊界線分析方法確定河北平原區(qū)影響夏玉米產(chǎn)量的土壤有效磷含量臨界值為26.9 mg/kg，土壤速效鉀含量為112.0 mg/kg，在生產(chǎn)中要注意通過培肥使土壤有效磷和速效鉀含量高于此臨界值，以減少由于土壤磷、鉀肥力差異對作物產(chǎn)量潛力發(fā)揮的影響。土壤有效磷含量對河北平原夏玉米可解釋產(chǎn)量差的貢獻率為20.4%，土壤速效鉀含量對可解釋產(chǎn)量差的貢獻率僅為8.6%，表明提高土壤有效磷含量對縮小河北平原夏玉米產(chǎn)量差的效果更明顯。

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