劉 疆，翟丙年，殷振江

(1 西北農(nóng)林科技大學 資源環(huán)境學院，陜西 楊凌712100；2 咸陽市土壤肥料工作站，陜西 咸陽 712000)

小麥是重要的糧食作物，全世界約有 35% 的人口以小麥為主糧。化肥在中國糧食增產(chǎn)及糧食安全保障方面發(fā)揮著重要作用，然而化肥在中國糧食生產(chǎn)中的貢獻率僅為30%左右[1]，遠低于歐美發(fā)達國家的水平(50%～60%)[2]。多年來咸陽灌區(qū)冬小麥盲目大量使用化肥，導致土壤氮磷鉀比例失調，施肥效益明顯下降，增肥不增產(chǎn)，肥料利用率低。20 世紀 80 年代，隨著第2次全國土壤普查的開展，人們開始了大規(guī)模的測土施肥研究，建立了不同土壤類型、主要農(nóng)作物的施肥技術參數(shù)[3]，為中國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展作出了巨大的貢獻，但該次調查距今已經(jīng) 20 余年，土壤肥力、耕作制度、作物品種、栽培技術、施肥方式等均發(fā)生了很大的變化，原有的施肥指標已不能指導當前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。大量的研究證明，作物的施肥量不但受作物生理特性的影響，也受地貌類型、土壤因素、氣候條件等多因素的影響，而這些因素都與地域密切相關。因此，確定不同研究區(qū)域合理肥料用量和施肥比例，對提高小麥的產(chǎn)量、增加施肥效益、減少面源污染具有重要作用。

目前，國內外在推薦施肥方面已做了大量的研究。2004年，趙澤英等[4]通過建立推薦施肥決策系統(tǒng)來推薦施肥；2005年，金柏年等[5]利用推薦施肥模型來確定施肥量；2006年，陳新平等[6]通過“3414”試驗建立測土配方施肥技術指標體系；2008年，王鋒有等[7]研究了“311”飽和最優(yōu)設計在肥料推薦施肥中的應用；2011年，戢林等[8]采用“3414”試驗構建了川中丘陵區(qū)水稻測土配方施肥指標體系；2007 年，楊莉琳等[9]對太行山山前平原冬小麥-夏玉米推薦施肥指標進行了修正。2009 年，孫義祥等[10]應用“3414”試驗，建立了山東省冬小麥測土配方施肥指標體系；2010年，付瑩瑩等[11]建立了陜西關中灌區(qū)夏玉米土壤養(yǎng)分豐缺及推薦施肥指標體系，為當?shù)氐挠衩淄扑]施肥提供了技術依據(jù)；2011年，李文彪等[12]建立了內蒙古河套灌區(qū)春小麥推薦施肥指標體系；2011年，張明等[13]進行了陜西關中小麥/玉米輪作區(qū)氮肥用量及施氮現(xiàn)狀評估研究；2010年，張鵬等[14]進行了周至縣冬小麥氮磷鉀肥肥效及適宜用量研究；2011年，慕芳等[15]對長武小麥氮磷鉀肥的利用效果及推薦施肥量進行了研究。目前，國外研究者結合土壤供肥特點、作物吸收規(guī)律和肥料特性進行推薦施肥，且對氮肥的研究較多，一般通過測試土壤和植株中的氮[16-18]，并應用修正氮肥專家系統(tǒng)[19]，采用精準氮肥管理技術推薦施肥[20-21]，智能化、信息化是歐美氮肥推薦的發(fā)展趨勢[22-23]，這些新的技術有待與傳統(tǒng)的推薦施肥技術相銜接，以促進推薦施肥科學發(fā)展。在芬蘭[24]、大西洋中部[25]、北美等地區(qū)，磷、鉀肥的推薦也有報道[26]。但目前關于陜西咸陽灌區(qū)冬小麥推薦施肥的系統(tǒng)研究報道較少。因此，有必要對咸陽地區(qū)小麥推薦施肥指標進行系統(tǒng)研究。

本試驗通過多年多點“3414”試驗對咸陽灌區(qū)冬小麥施肥指標進行研究，以探明該區(qū)域小麥氮磷鉀施肥效果，建立咸陽灌區(qū)冬小麥土壤養(yǎng)分豐缺指標和推薦施肥模型，確定最佳施肥量，為因地制宜指導科學施肥，提高該區(qū)域小麥的綜合生產(chǎn)能力和減少養(yǎng)分損失以及保護生態(tài)環(huán)境奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

咸陽市地處暖溫帶，屬大陸性季風氣候，四季冷熱干濕分明，氣候溫和，光、熱、水資源豐富，利于農(nóng)、林、牧、副、漁各業(yè)發(fā)展。研究區(qū)年平均降水量 537～650 mm，年平均溫度9.0～13.2 ℃，年極端最低氣溫-18.6 ℃，年極端最高氣溫41.2 ℃，全年太陽輻射4.61×109～4.99×109J/m2；年累計光照時數(shù)平均為2 017.2～2 346.9 h，6-8月的日照時數(shù)約占全年的32%，對夏季作物的成熟和秋季作物的生長發(fā)育很有利。咸陽市土地總面積101.96 萬hm2，按地貌特征可分為土石山地、丘陵地、原地和川道4大類。咸陽市土壤分布處于暖溫帶半濕潤落葉闊葉林灌叢褐土帶向北部的暖溫帶半干旱草原黑壚土帶的過渡帶。北山以北屬黑壚土帶，北山以南屬褐土帶。

咸陽市耕地面積36.87萬hm2，其中水澆地面積16.26萬hm2，占總面積的44%，高于全國及陜西省平均水平[27]。其中秦都區(qū)、渭城區(qū)、興平市、武功縣的武功鎮(zhèn)水澆地面積占轄區(qū)耕地面積的90%以上，涇陽縣、乾縣、三原縣、禮泉縣水澆地面積占轄區(qū)耕地面積的50%～60%，是咸陽市灌區(qū)冬小麥的主要分布區(qū)[27]。咸陽市全年小麥糧食產(chǎn)量約101萬t，其中秦都區(qū)、渭城區(qū)、興平市、武功鎮(zhèn)、涇陽縣、乾縣、三原縣、禮泉縣合計產(chǎn)量82.4萬t，占全市小麥總產(chǎn)量的82%。咸陽市農(nóng)耕地墾植指數(shù)為 56.7%，遠高于全國和全省平均水平[27]。

1.2 材 料

供試小麥品種為小偃22、豫麥49、西農(nóng)979。其中，小偃22的播種量為90～135 kg/hm2，田間基本苗(180～210)萬株/hm2；豫麥49的播種量為60～90 kg/hm2，田間基本苗(150～180)萬株/hm2；西農(nóng)979播種量90～120 kg/hm2，田間基本苗 180～225萬株/hm2。氮肥為尿素(含N 46%)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)，鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)。

1.3 試驗設計與實施

2006-2009年，在陜西省咸陽市的秦都區(qū)、渭城區(qū)、武功縣、興平市、乾縣、涇陽縣和三原縣共布置了112個冬小麥“3414”田間試驗小區(qū)。以上各縣區(qū)試驗田土壤養(yǎng)分平均含量見表1。

表1 陜西咸陽灌區(qū)主要縣區(qū)試驗田的土壤養(yǎng)分平均含量

試驗采用“3414”最優(yōu)回歸設計方案，即設置氮、磷、鉀3個因素，每個因素4個水平，共14個處理。一般為多點不重復試驗，但每個縣區(qū)每年至少做一個3次重復的完全試驗，區(qū)組內隨機排列。4個水平為:0水平.不施肥；2水平.當?shù)刈罴咽┓柿浚?水平.2水平×0.5；3水平.2水平×1.5(該水平為過量施肥水平)。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。

氮、磷、鉀2水平是根據(jù)前期的大量走訪調研，了解當?shù)氐膫鹘y(tǒng)施肥習慣，結合基層農(nóng)技人員的經(jīng)驗，確定的當?shù)厥┓实淖罴阎怠ｊ兾飨剃柟鄥^(qū)主要縣區(qū)冬小麥“3414”試驗中氮、磷、鉀肥的2水平平均施用量見表2。

1.4 土壤樣品的采集及有效養(yǎng)分含量的測定

在秋季播種前，選擇合適的試驗地塊，在每一試驗地采用S法，用土鉆取 0～20 cm 耕層土樣，共取 15 個點，將各點土樣混合，風干，過孔徑2 和 0.25 mm的土壤篩，測定土壤堿解氮和速效磷、速效鉀含量。田間土壤養(yǎng)分測定采用國家測土配方施肥技術規(guī)范的方法進行，其中土壤堿解氮含量用1 mol/L氫氧化鈉堿解擴散硼酸吸收法測定；土壤速效磷用pH 8.5、0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度計比色法測定；土壤速效鉀用1.0 mol/L醋酸銨(pH 7.0)浸提-原子吸收火焰光度計法測定。

表2 陜西咸陽灌區(qū)主要縣區(qū)冬小麥“3414”試驗中氮、磷、鉀肥的2水平平均施用量

1.5 作物產(chǎn)量

在冬小麥成熟期測定產(chǎn)量，收獲時去除邊行，小區(qū)單打單收，記錄各小區(qū)冬小麥產(chǎn)量，折算出單位面積產(chǎn)量。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

1.6.1 土壤有效養(yǎng)分豐缺指標的確定 制定土壤養(yǎng)分豐缺指標時會涉及到“3414”試驗方案[28]中的1)、2)、4)、8)和6)等5個處理，其分別對應對照區(qū)(CK)、無氮區(qū)(PK)、無磷區(qū)(NK)、無鉀區(qū)(NP)和氮磷鉀區(qū)(NPK)。

以各試驗點基礎土樣速效養(yǎng)分含量測定值(mg/kg)為自變量，以相對產(chǎn)量(%)(缺素區(qū)產(chǎn)量占全肥區(qū)產(chǎn)量的百分數(shù))為因變量，獲得相對產(chǎn)量與對應土壤養(yǎng)分含量測試值之間的對數(shù)關系式。然后將相對產(chǎn)量≤50%時所對應的養(yǎng)分含量確定為極低，相對產(chǎn)量>50%～≤75%時對應的養(yǎng)分含量確定為低，相對產(chǎn)量>75%～≤90%時對應的養(yǎng)分含量確定為中等，相對產(chǎn)量為>90%～≤95%時對應的養(yǎng)分含量確定為高，相對產(chǎn)量>95%時對應的養(yǎng)分含量確定為極高[6,10,29]，將以上各相對產(chǎn)量臨界值代入到回歸方程中確定出養(yǎng)分分級的臨界值，根據(jù)這些臨界值劃分土壤養(yǎng)分豐缺指標。

1.6.2 不同土壤肥力等級推薦施肥量的確定 選取“3414”試驗方案中的2)、3)、6)和11)等4個處理，對產(chǎn)量(y)與施肥量(x)進行回歸分析，建立最佳施肥量下的小麥氮肥效應函數(shù)(本試驗采用一元二次肥料效應函數(shù))；選取試驗方案中4)、5)、6)、7) 4個處理，對產(chǎn)量(y)與施肥量(x)進行回歸分析，建立最佳施肥量下的小麥磷肥效應函數(shù)；選取試驗方案中6)、8)、9)、10) 4個處理，對產(chǎn)量(y)與施肥量(x)進行回歸分析，計算每個試驗點的最佳施肥量，然后建立小麥最佳施氮量與土壤堿解氮含量測定值、最佳施磷量與土壤速效磷含量測定值、最佳施鉀量與土壤速效鉀含量測定值的函數(shù)關系式。將土壤養(yǎng)分豐缺指標中的臨界值代入函數(shù)式中，求出各級豐缺指標下的推薦施肥量。

1.6.3 指標的計算 增產(chǎn)率=(全肥區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)量-缺素區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)量)/缺素區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)量×100%；農(nóng)學效率(kg/kg)=(全肥區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)量-缺素區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)量)/(全肥區(qū)施肥量-缺素區(qū)施肥量)；肥料貢獻率=(全肥區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)量-無肥區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)量)/全肥區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)量×100%；土壤貢獻率=無肥區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)量/全肥區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)量×100%。式中：全肥區(qū)指N2P2K2處理，無肥區(qū)指N0P0K0處理。

2 結果與分析

2.1 咸陽灌區(qū)冬小麥不同產(chǎn)量水平下的肥料效應分析

將咸陽市不同年度N2P2K2處理的冬小麥產(chǎn)量按高、中、低分段，并對各段產(chǎn)量、施肥量進行平均和歸類，結果見表3。通過表3可計算出氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)率、農(nóng)學效率及肥料貢獻率(Contribution rate of chemical fertilizer，CRCF)和土壤貢獻率(Contribution rate of soil，CRS)，結果見表 4。從表 4 可以看出，咸陽市冬小麥氮肥、磷肥、鉀肥的農(nóng)學效率為 1.9～7.1 kg/kg，平均 4.3 kg/kg，其中增產(chǎn)作用最大的為氮肥，農(nóng)學效率為 3.0～8.6 kg/kg，平均5.7 kg/kg；其次為磷肥，農(nóng)學效率為 3.1～7.9 kg/kg，平均5.6 kg/kg；鉀肥最小，農(nóng)學效率為 4.1～7.3 kg/kg，平均 5.5 kg/kg。隨著冬小麥產(chǎn)量水平的降低，肥料增產(chǎn)率也下降，氮肥增產(chǎn)率從34.2%下降到14.0%，磷肥增產(chǎn)率由17.9%下降到10.3%，鉀肥增產(chǎn)率由9.6% 下降到6.9%。隨著產(chǎn)量水平的降低，氮肥、磷肥、鉀肥農(nóng)學效率和肥料貢獻率呈下降趨勢，土壤貢獻率呈上升趨勢。

表3 陜西咸陽灌區(qū)冬小麥不同產(chǎn)量水平下的施肥量

表4 陜西咸陽灌區(qū)冬小麥不同產(chǎn)量水平下的肥料增產(chǎn)率和養(yǎng)分農(nóng)學效率

2.2 咸陽灌區(qū)冬小麥推薦施肥指標體系的建立

2.2.1 養(yǎng)分豐缺指標的劃分 建立咸陽灌區(qū)冬小麥的土壤養(yǎng)分含量測定值和相對產(chǎn)量的對數(shù)關系(圖1、圖2、圖3)，并將相對產(chǎn)量劃分為≤50%、>50%～≤75%、>75%～≤90%、>90%～≤95%和>95% 5 段,相應地可得出咸陽地區(qū)冬小麥土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的豐缺指標。由圖1～3可知，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量測定值與相對產(chǎn)量呈正相關，土壤堿解氮的豐缺指標為：極低(≤17 mg/kg)、低(>17～≤47 mg/kg)、中(>47～≤86 mg/kg)、高(>86～≤105 mg/kg)、極高(>105 mg/kg)；土壤速效磷的豐缺指標為：極低(≤1.0 mg/kg)、低(>1.0～≤8 mg/kg)、中(>8～≤28 mg/kg)、高(>28～≤41 mg/kg)、極高(>41 mg/kg)；土壤速效鉀的豐缺指標為：極低(≤4.0 mg/kg)、低(>4.0～≤45 mg/kg)、中(>45～≤117 mg/kg)、高(>117～≤180 mg/kg)、極高(>180 mg/kg)。

圖1 無氮條件下小麥相對產(chǎn)量與土壤堿解氮含量的關系

計算結果表明，咸陽灌區(qū)冬小麥所有試驗點無氮(N0P2K2)、無磷(N2P0K2)、無鉀(N2P2K0)處理冬小麥相對產(chǎn)量的最小值分別為56.9%，62.7%，74.3%，均未低于50%，所以無氮(N0P2K2)、無磷(N2P0K2)、無鉀(N2P2K0)處理冬小麥相對產(chǎn)量為50%時所對應的豐缺指標值為模型外推值，沒有實際意義，故對其進行剔除。因此，陜西咸陽灌區(qū)冬小麥土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的豐缺指標體系暫定為4級 (表5)。

圖2 無磷條件下小麥相對產(chǎn)量與土壤速效磷含量的關系

表5 陜西咸陽灌區(qū)冬小麥土壤氮磷鉀養(yǎng)分豐缺及推薦施肥指標體系

2.2.2 咸陽灌區(qū)不同養(yǎng)分豐缺指標下的最佳推薦施肥量 經(jīng)計算，本研究建立了冬小麥最佳施氮量(y1)與土壤堿解氮含量測定值(x1)、最佳施磷量(y2)與土壤速效磷含量測定值(x2)、最佳施鉀量(y3)與土壤速效鉀含量測定值(x3)的擬合方程：

堿解氮：y1=-12.404 lnx1+62.304，

R2=0.460 6；

(1)

速效磷：y2=-2.736 6 lnx2+14.647，

R2=0.202 3；

(2)

速效鉀：y3=-2.624 7 lnx3+18.012，

R2=0.219 5。

(3)

由式(1)～(3)可以看出，最佳推薦施肥量和土壤養(yǎng)分含量測定值均呈顯著負相關。在不同冬小麥相對產(chǎn)量和不同土壤養(yǎng)分豐缺指標下，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀測定值都有對應的最佳施肥量。土壤養(yǎng)分含量測定值越小，最佳推薦施肥量越大，將土壤養(yǎng)分豐缺指標中的臨界值代入函數(shù)式中，求出各級豐缺指標下的推薦施肥量，結果見表5。由表 5 可以看出，土壤堿解氮含量測定值為 17～105 mg/kg時，對應的氮肥(N)推薦用量為 407～69 kg/hm2；土壤速效磷含量測定值為1～41 mg/kg時，磷肥(P2O5)推薦用量為 220～67 kg/hm2；土壤速效鉀含量測定值為4～180 mg/kg時，對應鉀肥(K2O)推薦用量為216～66 kg/hm2。

3 討 論

針對某一縣、市，在特定的作物和土壤條件下對施肥指標和推薦施肥量的研究已有報道。唐潤林[30]根據(jù)太原市不同區(qū)域土壤類型和作物種植特點，綜合影響肥料效應的各種因素，制定出了適合當?shù)馗黝愖魑锷L的肥料配方。趙振剛[29]對莊浪縣冬小麥測土配方施肥指標進行了研究，建立了莊浪縣冬小麥生產(chǎn)推薦施肥指標。張賢輝[31]以淮南市 2008年布置的“3414”試驗為基礎，通過對土壤養(yǎng)分和相對產(chǎn)量建立對數(shù)關系方程，確立了淮南市分區(qū)3級土壤養(yǎng)分豐缺指標；并運用原始數(shù)據(jù)平均方法，結合生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和單個肥料效應試驗所建立的三元二次函數(shù)效應方程，獲得最佳施肥量上下限，初步建立了淮南市小麥施肥指標體系。上述研究雖涉及分區(qū)域研究，但多以行政區(qū)域為主，而本研究則以地形地貌、土壤類型、灌溉條件、耕作制度相對一致的生態(tài)類型區(qū)為研究單元，進行施肥指標的劃分，強化了特定區(qū)域作物施肥的針對性，結果更有指導意義。

本研究根據(jù)冬小麥相對產(chǎn)量，將咸陽灌區(qū)冬小麥“3414”試驗地土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量劃分為低、中、高和極高4個等級，并對不同土壤養(yǎng)分分級范圍內最佳施肥量與養(yǎng)分含量測定值的關系進行模擬，以計算最佳肥料用量。

本研究初步建立了咸陽灌區(qū)冬小麥施肥指標體系，確定了冬小麥全生育期的施肥量，但在實際生產(chǎn)過程中，施肥時期也是科學施肥的重要環(huán)節(jié)，合理的施肥時期能確保冬小麥各生育期養(yǎng)分適量供應，提高養(yǎng)分利用效率，減少資源浪費，這方面還有待進一步研究。

4 結 論

咸陽灌區(qū)冬小麥高、中、低肥力水平下的112個“3414”田間試驗結果進行分析，得出如下結論。

1)研究區(qū)域小麥 N、P2O5、K2O 的平均農(nóng)學效率分別為5.7，5.6和5.5 kg/kg，平均增產(chǎn)率分別為 25.1%，14.7%和7.9%；

2)按照冬小麥相對產(chǎn)量分別為≤50%、>50%～≤75%、>75%～≤90%、>90%～≤95%和>95%的劃分結果，對土壤養(yǎng)分豐缺指標進行了確定，其中堿解氮：低(>17～≤47 mg/kg)、中(>47～≤86 mg/kg)、高(>86～≤105 mg/kg)、極高(>105 mg/kg)；速效磷：低(>1.0～≤8 mg/kg)、中(>8～≤28 mg/kg)、高(>28～≤41 mg/kg)、極高(>41 mg/kg)；速效鉀：低(>4.0～≤45 mg/kg)、中(>45～≤117 mg/kg)、高(>117～≤180 mg/kg)、極高(>180 mg/kg)。

3)構建了咸陽冬小麥氮、磷、鉀肥推薦施肥量與土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量測定值之間的數(shù)學模型，當土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量的測定值分別為17～105，1～41和4～180 mg/kg，氮、磷、鉀的推薦施肥量分別為407～69，220～67和216～66 kg/hm2。

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