我國籽實(shí)和飼草谷子土壤鉀素豐缺指標(biāo)及推薦施鉀量

朱凱迪，孫洪仁，張吉萍，冮麗華，呂玉才，王國軍，魏登峰

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193；2.北京理工大學(xué)外國語學(xué)院，北京 102401；3.北京六凱農(nóng)業(yè)科技有限公司，北京 100095；4.北京薯網(wǎng)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院北京 100043；5.深圳六園企業(yè)發(fā)展有限公司，廣東深圳 518038；6.敖漢旗惠隆雜糧種植農(nóng)民專業(yè)合作社，內(nèi)蒙古敖漢 024300）

谷子［Setaria italic（L.）Beauv.］是起源于我國的古老農(nóng)作物，具有耗水少、抗旱耐瘠、營養(yǎng)豐富均衡、糧飼兼用等特征，是旱作生態(tài)農(nóng)業(yè)的主栽作物。目前我國谷子種植面積近80 萬hm2，產(chǎn)量近240 萬t[1]。肥料是作物的“糧食”?？茖W(xué)施肥不僅可以提高谷子產(chǎn)量、質(zhì)量和效益，還能夠有效保護(hù)耕地、水系和大氣生態(tài)環(huán)境。因此，科學(xué)確定施肥量對谷子生產(chǎn)具有重要意義。

BRAY 先生首創(chuàng)的土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)法是世界各國廣為應(yīng)用的測土推薦施肥經(jīng)典、標(biāo)準(zhǔn)的方法[2]。20世紀(jì)80年代，我國開始作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究[3～4]，已經(jīng)建立了玉米、水稻、小麥等作物在多地域土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)[5～7]。但谷子土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究十分薄弱，相關(guān)文獻(xiàn)僅見2 篇。王紀(jì)澤等[8]對赤峰谷子土壤有效磷豐缺指標(biāo)進(jìn)行了初步研究。朱凱迪等[9]采用由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)孫洪仁研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究新方法，建立了我國籽實(shí)和飼草谷子土壤氮素豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)孫洪仁研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了由“零散實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整合法”“土壤養(yǎng)分豐缺分級改良方案”和“養(yǎng)分平衡-地力差減法新應(yīng)用公式”構(gòu)成的作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究新方法，有效地克服了作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究過程中存在的諸如工程龐大、投資強(qiáng)度大等難題。孫洪仁研究團(tuán)隊(duì)利用該法還成功建立了紫花苜蓿、燕麥、甜菜、甘蔗、蘋果、棉花等作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)[10-15]。本研究擬采用作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究新方法，開展我國谷子土壤鉀素豐缺指標(biāo)和推薦施鉀量研究，旨在為我國谷子測土施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

搜集我國開展的籽實(shí)、飼草谷子施鉀的試驗(yàn)文獻(xiàn)。選擇含有土壤鉀素含量、施鉀處理產(chǎn)量及缺鉀處理產(chǎn)量（未施鉀肥，其他養(yǎng)分施用量與施鉀處理相同）的試驗(yàn)文獻(xiàn)，并提取上述數(shù)據(jù)。采用谷子缺鉀處理相對產(chǎn)量公式

式中，R-K為缺鉀處理相對產(chǎn)量；Y-K為缺鉀處理產(chǎn)量；YK為施鉀處理產(chǎn)量。

利用Excel 軟件，選擇適當(dāng)模型分別建立谷子缺鉀處理相對產(chǎn)量與土壤速效鉀和全鉀含量回歸方程。利用所得回歸方程和土壤養(yǎng)分豐缺分級改良方案[16]分別對土壤速效鉀和全鉀豐缺進(jìn)行分級，高端和低端分別至多保留1 個(gè)外推數(shù)據(jù)。

計(jì)算推薦施鉀量，采用“養(yǎng)分平衡-地力差減法新應(yīng)用公式”[17-18]

式中，F(xiàn)K為推薦施鉀量；AK為目標(biāo)產(chǎn)量鉀素移出量；R-K為缺鉀處理相對產(chǎn)量；EK為養(yǎng)分當(dāng)季利用率。

籽實(shí)谷子單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量鉀素（K2O）移出量確定為36 kg/t，干草谷子確定為18 kg/t，青貯谷子確定為6 kg/t[19-20]。籽實(shí)谷子目標(biāo)產(chǎn)量確定為3.00、3.75、4.50、5.25、6.00、6.75、7.50 t/hm2，目標(biāo)產(chǎn)量鉀素（K2O）移出量依次確定為108、135、162、189、216、243、270 kg/hm2；干草谷子目標(biāo)產(chǎn)量確定為6.0、7.5、9.0、10.5、12.0、13.5、15.0 t/hm2，目標(biāo)產(chǎn)量鉀素（K2O）移出量依次確定為108、135、162、189、216、243、270 kg/hm2；青貯谷子目標(biāo)產(chǎn)量確定為15、20、25、30、35、40、45 t/hm2，目標(biāo)產(chǎn)量鉀素（K2O）移出量依次確定為90、120、150、180、210、240、270 kg/hm2。

選取各豐缺級別缺素處理相對產(chǎn)量下限作為該級別缺素處理相對產(chǎn)量。設(shè)置3 個(gè)鉀肥當(dāng)季利用率，分別為40%、50%、60%。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國谷子施鉀的試驗(yàn)文獻(xiàn)與土壤鉀素豐缺指標(biāo)相關(guān)信息

搜集到我國開展的含有土壤速效鉀（或全鉀）含量和缺鉀處理的谷子施鉀的文獻(xiàn)共23 篇。其中，1980—1999年3 篇[21-23]，2000—2009年4 篇[24～27]、2010—2020年16 篇[28～43]。另搜集到盆栽試驗(yàn)文獻(xiàn)1 篇[21]。上述研究涉及縣域21 個(gè)，品種21 個(gè)左右，土壤類型約11 個(gè)。從上述文獻(xiàn)中提取出土壤速效鉀含量、缺鉀處理產(chǎn)量和施鉀處理產(chǎn)量數(shù)據(jù)46 組，土壤全鉀含量、缺鉀處理產(chǎn)量和施鉀處理產(chǎn)量數(shù)據(jù)5 組。進(jìn)而得到土壤速效鉀含量與缺鉀處理相對產(chǎn)量配套數(shù)據(jù)46 對，土壤全鉀含量與缺鉀處理相對產(chǎn)量配套數(shù)據(jù)5 對。我國谷子施鉀試驗(yàn)文獻(xiàn)中土壤鉀素豐缺指標(biāo)研究的相關(guān)信息見表1。

表1 我國谷子施鉀的試驗(yàn)文獻(xiàn)中豐缺指標(biāo)研究相關(guān)信息

2.2 我國谷子土壤鉀素含量與缺鉀處理相對產(chǎn)量回歸方程

剔除少量明顯偏離群體數(shù)據(jù)對，建立我國谷子土壤速效鉀、全鉀含量與缺鉀處理相對產(chǎn)量回歸方程，見圖1、圖2 和公式（3）、（4）?；貧w方程分別達(dá)極顯著（P＜0.01）和顯著水平（P＜0.05）。

圖1 我國谷子缺鉀處理相對產(chǎn)量與土壤速效鉀含量回歸關(guān)系

圖2 我國谷子缺鉀處理相對產(chǎn)量與土壤全鉀含量回歸關(guān)系

2.3 我國谷子土壤鉀素豐缺指標(biāo)

利用公式（3）、（4）計(jì)算缺鉀處理相對產(chǎn)量100%、95%、90%、80%、70%……10%對應(yīng)的土壤速效鉀含量依次為256.8、189.1、139.3、75.5、41.0、22.2、12.1、6.5、3.5、1.9、1.0 mg/kg；土壤全鉀含量依次為23.97、18.42、14.15、8.36、4.93、2.91、1.72、1.02、0.60、0.35、0.21 g/kg，依據(jù)高端和低端分別至多保留1 個(gè)外推數(shù)據(jù)原則，舍棄超出限額的外推數(shù)據(jù)，得到我國谷子土壤速效鉀和全鉀豐缺指標(biāo)（表2）。

表2 我國谷子土壤速效鉀和全鉀豐缺指標(biāo)

2.4 我國谷子推薦施鉀量

谷子推薦施鉀量與土壤鉀素豐缺級別線性負(fù)相關(guān)，豐缺級別越高，適宜施鉀量越低，直至為零。谷子推薦施鉀量與目標(biāo)產(chǎn)量線性正相關(guān)，目標(biāo)產(chǎn)量越高，推薦施鉀量越高。谷子推薦施鉀量與鉀肥當(dāng)季利用率線性負(fù)相關(guān)，鉀肥當(dāng)季利用率越高，推薦施鉀量越低。當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)量檔次、土壤養(yǎng)分豐缺級別和鉀肥當(dāng)季利用率一致時(shí)，籽實(shí)谷子、干草谷子和青貯谷子的推薦施鉀量頗為接近。表3～5 為本研究得出的我國籽實(shí)谷子、干草谷子、青貯谷子不同目標(biāo)產(chǎn)量和不同鉀肥當(dāng)季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施鉀量。

由表3～5 可知，當(dāng)鉀肥當(dāng)季利用率50%時(shí)，籽實(shí)谷子目標(biāo)產(chǎn)量3.00～7.50 t/hm2第1～7 級土壤推薦施鉀量分別為0、22～54、43～108、65～162、86～216、108～270 和130～324 kg/hm2；干草谷子目標(biāo)產(chǎn)量6.0～15.0 t/hm2第1～7 級土壤推薦施鉀量分別為0、22～54、43～108、65～162、86～216、108～270 和130～324 kg/hm2；青貯谷子目標(biāo)產(chǎn)量15～45 t/hm2第1～7 級土壤推薦施鉀量分別為0、18～54、36～108、54～162、72～216、90～270 和108～324 kg/hm2。

表3 我國籽實(shí)谷子不同目標(biāo)產(chǎn)量和不同鉀肥當(dāng)季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施鉀量

3 討論

3.1 我國谷子土壤鉀素豐缺指標(biāo)

目前，我國谷子土壤速效鉀豐缺指標(biāo)研究尚未見報(bào)道。張福鎖等[20]將我國北方旱地谷子土壤速效鉀最高級別指標(biāo)下限設(shè)定為200 mg/kg。本研究結(jié)果（257 mg/kg）明顯高于該設(shè)定下限。我國玉米[5]、水稻[6]、小麥[7]、紫花苜蓿[10]和甜菜[12]缺鉀處理相對產(chǎn)量100%對應(yīng)的土壤速效鉀含量集中于150～300 mg/kg，本研究結(jié)果在該范圍之內(nèi)。

作物土壤全鉀豐缺指標(biāo)研究也未見報(bào)道。黃德明[4]的研究表明，土壤全鉀含量在5.1～26.6 g/kg，全國各地小麥、玉米、水稻三大作物缺鉀處理相對產(chǎn)量為70.4%～101.2%，本研究結(jié)果與其十分接近。鑒于本研究的樣本數(shù)量過少，僅為5 個(gè)，因而谷子土壤全鉀豐缺指標(biāo)研究有待于進(jìn)一步開展。

表4 我國干草谷子不同目標(biāo)產(chǎn)量和不同鉀肥當(dāng)季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施鉀量

3.2 我國谷子推薦施鉀量

張福鎖等[20]研究表明，北方旱地籽實(shí)谷子目標(biāo)產(chǎn)量為3.00～6.00 t/hm2時(shí)的推薦施鉀量為0～90.0 kg/hm2。當(dāng)鉀肥當(dāng)季利用率為50%時(shí)，本研究第1～3 級土壤的推薦施鉀量與其大體相當(dāng)。

本研究引用谷子施鉀試驗(yàn)文獻(xiàn)［21-43］的推薦施鉀量為15.0～300.0 kg/hm2，除試驗(yàn)文獻(xiàn)［34，36］兩組數(shù)據(jù)為籽實(shí)加秸稈全株地上生物量外，余者皆為籽實(shí)產(chǎn)量，施鉀籽實(shí)谷子產(chǎn)量為3.00～9.00 t/hm2。我國谷子土壤鉀素豐缺級別大多為1～3 級，第7 級為外推而來。當(dāng)鉀肥當(dāng)季利用率為50%時(shí)，本研究第1～6 級土壤的推薦施鉀量與其較為接近。

目前，我國干草谷子和青貯谷子推薦施鉀量研究也未見報(bào)道。本研究表明，當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)量檔次、土壤養(yǎng)分豐缺級別和鉀肥當(dāng)季利用率一致時(shí)，籽實(shí)谷子、干草谷子和青貯谷子的推薦施鉀量頗為接近。鑒于干草谷子和青貯谷子與籽實(shí)谷子生產(chǎn)對包括鉀素在內(nèi)的養(yǎng)分需求差別不是很大，可以認(rèn)定本研究中干草谷子和青貯谷子推薦施鉀量的結(jié)果較為可靠。

4 結(jié)論

當(dāng)鉀肥當(dāng)季利用率達(dá)50%時(shí)，籽實(shí)谷子目標(biāo)產(chǎn)量3.00～7.50 t/hm2第1～7 級土壤推薦施鉀量分別為0、22～54、43～108、65～162、86～216、108～270 和130～324 kg/hm2；干草谷子目標(biāo)產(chǎn)量6.0～15.0 t/hm2第1～7 級土壤推薦施鉀量分別為0、22～54、43～108、65～162、86～216、108～270 和130～324 kg/hm2；青貯谷子目標(biāo)產(chǎn)量15～45 t/hm2第1～7 級土壤推薦施鉀量分別為0、18～54、36～108、54～162、72～216、90～270和108～324 kg/hm2。

表5 我國青貯谷子不同目標(biāo)產(chǎn)量和不同鉀肥當(dāng)季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施鉀量

本研究初步建立了我國籽實(shí)、飼草谷子土壤鉀素豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)，為我國谷子測土施鉀奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。