中國籽實和飼草大麥種植土壤氮素豐缺指標和推薦施氮量

楊小可悅，孫洪仁*，王顯國，張運龍，杜雪燕，李林霞，馮澤娟，陶潤志

（1.中國農(nóng)業(yè)大學草業(yè)科學與技術學院，北京 100193；2.青海省飼草料技術推廣站，青海 西寧 810016；3.內蒙古澤云牧草有限公司，內蒙古 呼和浩特 150102）

大麥（Hordeum vulgareL.）是世界第四大禾谷類作物，栽培歷史悠久，耐干旱、耐瘠薄、耐鹽堿、適應性強[1]。全球種植面積逾5 000 萬hm2，籽實產(chǎn)量超1.5 億t；我國大麥種植面積逾50 萬hm2，籽實產(chǎn)量超200 萬t[2]。人們主要利用大麥籽實作為畜禽飼料和釀酒原料，較少食用，亦利用其全株作為草食動物之飼草。據(jù)統(tǒng)計，我國飼草大麥種植面積為3 萬～5 萬hm2[3]。我國大麥種植區(qū)域約2/3 位于經(jīng)濟欠發(fā)達的農(nóng)牧交錯帶，大麥之變種青稞（Hordeum vulgareL.var.nudumHook.f.）也是青藏高原地區(qū)人們的傳統(tǒng)主糧。種好大麥對于提高農(nóng)牧民收入、促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、加速鄉(xiāng)村振興和鞏固民族地區(qū)穩(wěn)定等具有重要意義[4]。肥料是作物的“糧食”。合理施肥可以提高大麥產(chǎn)量和質量。施肥不足或過量皆會導致產(chǎn)量和質量下降，施肥過量還會引起耕地、水系和大氣生態(tài)系統(tǒng)惡化。因此，科學確定大麥施肥量對大麥生產(chǎn)有著重要意義。

Bray 創(chuàng)建的土壤養(yǎng)分豐缺指標法[5]是測土推薦施肥的經(jīng)典和通用方法，世界各國廣泛應用。20 世紀80 年代，我國開始進行作物土壤養(yǎng)分豐缺指標推薦施肥系統(tǒng)研究[6-7]，至今已經(jīng)建立了諸如玉米、小麥、水稻等一些作物的若干區(qū)域土壤養(yǎng)分豐缺指標推薦施肥系統(tǒng)[8-10]。但針對大麥的相關研究十分薄弱，至今尚未見報道。

作物土壤養(yǎng)分豐缺指標推薦施肥系統(tǒng)研究工程龐大，需要大量資金支持和專家投入，而對大麥等諸多小作物的科研投入強度較小，難以支撐大規(guī)模土壤養(yǎng)分豐缺指標推薦施肥系統(tǒng)研究。近年來，中國農(nóng)業(yè)大學孫洪仁團隊創(chuàng)建了由“零散實驗數(shù)據(jù)整合法”“土壤養(yǎng)分豐缺分級改良方案”及“養(yǎng)分平衡- 地力差減法新應用公式”構成的作物土壤養(yǎng)分豐缺指標推薦施肥系統(tǒng)研究新方法，有效地克服了上述科研投入強度不足問題，并成功建立了我國燕麥[11]、甜菜[12]、甘蔗[13]、蘋果[14]、苜蓿[15]、谷子[16]和棉花[17]土壤養(yǎng)分豐缺指標推薦施肥系統(tǒng)。

本研究擬采用作物土壤養(yǎng)分豐缺指標推薦施肥系統(tǒng)研究的新方法，開展我國大麥土壤氮素豐缺指標和推薦施氮量研究，旨在為我國大麥種植測土施肥提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

搜集我國開展的籽實大麥、飼草大麥施氮試驗文獻。選擇含有土壤氮素含量（堿解氮、全氮或有機質）、施氮處理產(chǎn)量、缺氮處理產(chǎn)量（未施氮肥，其他養(yǎng)分施用量與施氮處理相同）的文獻，提取數(shù)據(jù)，用公式（1）計算籽實或飼草大麥缺氮處理相對產(chǎn)量。

式中：R-N為缺氮處理相對產(chǎn)量；Y-N為缺氮處理產(chǎn)量；YN為施氮處理產(chǎn)量。

利用Excel 2021 軟件，選擇適當模型分別建立大麥缺氮處理相對產(chǎn)量與土壤堿解氮、全氮和有機質含量回歸方程。利用所得回歸方程和土壤養(yǎng)分豐缺分級改良方案[18]，分別對土壤堿解氮、全氮和有機質進行豐缺級別的劃分。

采用“養(yǎng)分平衡- 地力差減法新應用公式（2）”[19-20]，計算推薦施氮量。

式中：FN為推薦施氮量；AN為目標產(chǎn)量氮素吸收量；R-N為缺氮處理相對產(chǎn)量；EN為氮肥當季利用率。

以文獻[21-28]為主要依據(jù)，確定籽實大麥、干草大麥和青貯大麥的單位經(jīng)濟產(chǎn)量氮素吸收量（N）依次為26、16、5.6 kg/t。

依據(jù)各地氣候條件、土壤狀況、大麥品種和栽培措施，結合相關文獻將我國大麥產(chǎn)區(qū)3 種形態(tài)經(jīng)濟產(chǎn)品的單位面積目標產(chǎn)量分別設置7 個檔次：籽實大麥為3.00、3.75、4.50、5.25、6.00、6.75、7.50 t/hm2，干草大麥為6.0、7.5、9.0、10.5、12.0、13.5、15.0 t/hm2，青貯大麥為15、20、25、30、35、40、45 t/hm2；進而依次確定3 種形態(tài)經(jīng)濟產(chǎn)品的單位面積目標產(chǎn)量下氮素吸收量（N）：籽實大麥為78.0、97.5、117.0、136.5、156.0、175.5、195.0 kg/hm2，干草大麥為96、120、144、168、192、216、240 kg/hm2，青貯大麥為84、112、140、168、196、224、252 kg/hm2。

選取各豐缺級別的缺素處理相對產(chǎn)量下限，用于該級別推薦施肥量計算。設置5 個氮肥當季利用率，分別為30%、35%、40%、45%和50%。

2 結果與分析

2.1 我國大麥施氮試驗文獻及與土壤氮素豐缺指標研究相關信息

搜集到在我國開展的含有土壤氮素含量（堿解氮、全氮或有機質含量）和缺氮處理的大麥施氮試驗文獻總計64 篇[27-90]，其中：1980—1989 年3 篇[29-31]，1990—1999 年8 篇[32-39]，2000—2009 年10 篇[40-49]、2010—2019 年38 篇[27-28,50-85]，2020—2022 年5 篇[86-90]；盆栽試驗1 篇[54]，其余均為田間試驗。上述研究涉及縣域40 余個、品種40 余個、土壤類型20 余個。從上述文獻中提取出土壤堿解氮含量、缺氮處理和施氮處理產(chǎn)量數(shù)據(jù)106 組，土壤全氮含量、缺氮處理和施氮處理產(chǎn)量數(shù)據(jù)80 組，土壤有機質含量、缺氮處理和施氮處理產(chǎn)量數(shù)據(jù)118 組，進而分別得到土壤堿解氮、全氮、有機質含量與缺氮處理相對產(chǎn)量配套數(shù)據(jù)106、80、118 對。將我國大麥施氮試驗文獻中與土壤氮素豐缺指標研究相關的信息列于表1。其中，土壤堿解氮、全氮和有機質含量范圍依次為36.0～233.0 mg/kg、0.5～2.6 g/kg、2.1～51.6 g/kg，缺氮處理相對產(chǎn)量范圍為20.7%～111.1%，施氮處理施氮量范圍為30～563 kg/hm2。

表1 我國大麥施氮試驗文獻中與氮素豐缺指標研究相關信息

2.2 我國大麥土壤氮素含量與缺氮處理相對產(chǎn)量回歸方程

剔除部分明顯不合理的離散數(shù)據(jù)對后，建立我國大麥土壤堿解氮、全氮、有機質含量與缺氮處理相對產(chǎn)量（缺氮處理/施氮處理）回歸方程如式（3）、式（4）、式（5）、圖1 所示。我國大麥缺氮處理相對產(chǎn)量與土壤堿解氮、全氮和有機質含量均為直線相關；相對于回歸直線，數(shù)據(jù)點較為離散；決定系數(shù)為0.184 9 ～0.197 2，相關系數(shù)為0.430 0～0.444 1。

圖1 我國大麥缺氮處理相對產(chǎn)量與土壤氮素含量相關性

2.3 我國大麥土壤氮素豐缺指標

借助式（3）至式（5）計算出缺氮處理相對產(chǎn)量100%、95%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%和10%對應的土壤堿解氮含量依次為300.7、272.5、244.3、187.9、131.6、75.2、18.8、-37.6、-93.9、-150.3、-206.7 mg/kg，土壤全氮含量依次為3.76、3.40、3.04、2.32、1.60、0.88、0.16、-0.56、-1.27、-1.99、-2.71 g/kg，土壤有機質含量依次為65.5、59.3、53.0、40.5、28.0、15.5、3.0、-9.5、-22.0、-34.5、-47.0 g/kg。舍棄明顯不合理的負值，得到我國大麥土壤堿解氮、全氮和有機質豐缺指標（表2）。其中：第1 級和第2 級豐缺指標皆為外推數(shù)據(jù)，目前生產(chǎn)實踐中極少出現(xiàn)；第7 級亦較少出現(xiàn)。

表2 我國大麥土壤堿解氮、全氮和有機質豐缺指標

2.4 我國大麥推薦施氮量

我國籽實大麥、干草大麥、青貯大麥推薦施氮量分別列于表3 至表5。由表3 可知，當?shù)十敿纠寐蕿?0%～50%時，目標產(chǎn)量3.00～7.50 t/hm2籽實大麥第1～7 級土壤推薦施氮量分別為0、16～65、31～130、47～195、62～260、78～325、94～390 kg/hm2。由表4 可知，目標產(chǎn)量6.0～15.0 t/hm2干草大麥第1～7 級土壤推薦施氮量依次為0、19～80、38～160、58～240、77～320、96～400、115～480 kg/hm2。由表5 可知，目標產(chǎn)量15～45 t/hm2青貯大麥第1～7 級土壤推薦施氮量分別為0、17～84、34～168、50～252、67～336、84～420、101～504 kg/hm2。大麥推薦施氮量與土壤氮素豐缺級別線性負相關。對于豐缺級別而言，數(shù)字越小，級別越高。豐缺級別越高，推薦施氮量越低，直至為0。大麥推薦施氮量與目標產(chǎn)量線性正相關，目標產(chǎn)量越高，推薦施氮量越高。大麥推薦施氮量與氮肥當季利用率線性負相關，氮肥當季利用率越低，推薦施氮量越高。

表3 我國籽實大麥在不同目標產(chǎn)量以及不同氮肥當季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施氮量

表4 我國干草大麥在不同目標產(chǎn)量以及不同氮肥當季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施氮量

表5 我國青貯大麥在不同目標產(chǎn)量以及不同氮肥當季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施氮量

3 討論

3.1 我國大麥土壤氮素豐缺指標

目前，有關大麥土壤氮素豐缺指標的研究未見報道。我國玉米[8]、小麥[9]、水稻[10]、燕麥[11]、甜菜[12]和谷子[16]缺氮處理相對產(chǎn)量100%對應的土壤堿解氮指標范圍為150～600 mg/kg，本研究結果（301 mg/kg）在此范圍之內。我國玉米[8]、小麥[9]、水稻[10]、燕麥[11]、甘蔗[13]、蘋果[14]和谷子[16]缺氮處理相對產(chǎn)量100%對應的土壤全氮指標范圍為1.8～5.0 g/kg，本研究結果（3.8 g/kg）在此范圍內。我國玉米[8]、小麥[9]、水稻[10]和谷子[16]缺氮處理相對產(chǎn)量100%對應的土壤有機質指標研究結果為30～80 g/kg，本研究結果（66 g/kg）在此范圍之內。綜合考慮作物種類、自然區(qū)域、樣本數(shù)量等因素，可以確認本大麥土壤氮素豐缺指標研究結果較為可信。

3.2 我國大麥推薦施氮量

本文引用大麥施氮實驗文獻的施氮量為30～563 kg/hm2（表1）。本研究針對籽實、干草和青貯大麥的推薦施氮量依次為0 ～390、0 ～480、0～504 kg/hm2；若排除生產(chǎn)實踐中極少出現(xiàn)的豐缺級別第1、2 級和第7 級，相應推薦施氮量范圍則依次縮小為31～325、38～400、34～420 kg/hm2；當?shù)世寐蕿?0%時，相應推薦施氮量范圍則依次進一步縮小為20～244、24～300、21～360 kg/hm2；生產(chǎn)實踐中占比最高的豐缺級別為第5 級，在氮肥利用率40%情形下，相應推薦施氮量精準范圍依次為78～195、96～240、84～252 kg/hm2。與諸位學者的施氮量數(shù)據(jù)進行印證，可以認定本推薦施氮量研究結果較為可靠。

4 結論

本研究嘗試建立了我國大麥缺氮處理相對產(chǎn)量與土壤氮素含量回歸方程，初步確定了我國大麥土壤氮素豐缺指標，給出了若干目標產(chǎn)量和氮肥利用率情形下不同氮素豐缺級別土壤的籽實、干草和青貯大麥推薦施氮量范圍，依次為0～390、0～480、0～504 kg/hm2。