農作物實用施肥配方確定的研究

童 軍 周華眾 李靜雯

（1.湖北省植物保護總站 武漢 430070； 2.湖北生物科技職業學院 武漢 430070）

目前確定農作物施肥量（配方）大都采用耕地養分豐缺指標和肥料效應函數法。這種方法是采用單因素、二因素或多因素的多水平回歸設計進行布點試驗，將不同處理得到的作物經濟產量進行數理統計，求得產量與施肥量之間的肥料效應函數方程，然后根據函數關系來指導施肥。這種方法在實際應用過程中存在四大問題：一是作物施肥與土壤狀況、環境因素等密切相關，但效應函數無法表達施肥與環境的關系，因此，得出的函數很多不能直接指導生產；二是這種函數擬合度不高，初步統計，2005年～2009年全國20多萬個“3414”試驗進行擬合時，擬合成功率不到40%，我省1萬多個試驗進行擬合時，擬合成功率只有30%左右；三是氮、磷、鉀施肥量如何達到平衡、有效，函數本身難以實現；四是技術要求高，在生產實際中難以操作或操作不到位。

1 實用施肥配方規律的發現

通過全省大量施肥配方數據分析得出，施肥量與土壤養分存在著規律性。即對于一定的區域、同一作物的施肥量與土壤養分測試結果存在一定規律的相關性，但這種規律性只在一定的施肥區間內表現；而不同的區域、同一作物施肥量有一定的區別；無論什么區域、什么作物，無論土壤養分測試值是多少，實際施肥量總是在一定區間內變化。

針對這些特點和規律，2007年～2011年，我們對全省5016個不同地域、不同作物的肥效試驗進行系統分析，找出了作物施肥量與土壤區域性和測試值的一般規律性，形成了確定農作物施肥配方的基本方法，并研究確定了一系列相關參數。稱之為“實用施肥配方”。在生產中將這種方法反復驗證修正，得到實踐的檢驗。實用施肥配方其原理基于肥料效應函數法。最大優勢在于簡化了肥料效應函數法中一切復雜的數學統計分析過程，操作、計算非常簡單，適合于各個層次、各方面人員應用，具有很好的生產應用價值和廣泛的應用前景。下面以江漢平原水稻施肥為例，列舉實用施肥配方的基本函數公式。

N施=N臨施－（N測－N臨）×區域系數，并確定“N施”的區間；

P施=P臨施－（P測－ P臨）×區域系數，并確定“P施”的區間；

K施=K臨施－（K測－K臨）×區域系數，并確定“K施”的區間。

注：N施為一定區域氮肥施用量

N臨為一定區域針對一定作物土壤堿解氮臨界水平

N臨施為土壤臨界堿解氮水平下的施肥量

N測為一定區域土壤堿解氮測定值。

“P、K”的解釋同“N”。

如江漢平原水稻施肥：

N施=11－（N測－ 112）×0.028－ 0.035，13≥ N施≥7；

P施=5－（P測－ 11）×0.12－0.0.15，7≥P施≥2；

K施=7－（K測－ 118）×0.035－ 0.045，9≥K施≥3。

2 研究過程

2.1 試驗分區

根據不同的土壤類型和生態區域、不同的土壤養分測試結果和確定作物目標產量前提下氮、磷、鉀的最佳施用數量和比例，將全省劃分為四大區域。

2.1.1 鄂東南丘陵

包括：黃州、團風、浠水、蘄春、武穴、黃梅、羅田、麻城、英山、紅安、鄂州所有區域、新洲、黃陂、東西湖、大冶、陽新、赤壁、崇陽、通山、孝南、孝昌、咸安、通城23個縣（市）。

2.1.2 江漢平原

包括:天門、仙桃、潛江、洪湖、江陵、荊州、沙市、監利、石首、公安、云夢、蔡甸、漢川、應城、漢南、嘉魚、枝江、松滋、江夏、宜都20個縣（市）。

2.1.3 鄂中丘陵崗地

包括:大悟、安陸、孝昌、廣水、曾都、隨縣、鐘祥、京山、沙洋、宜城、襄州、襄城、樊城、棗陽、當陽、老河口16個縣（市）。

2.1.4 鄂西北山地

包括鄖西、鄖縣、竹山、竹溪、房縣、丹江口、谷城、南漳、保康、神農架林區、整個恩施自治州、遠安、夷陵、興山、秭歸、長陽、五峰24個縣（市）。

實際上區域可以劃分更細，每一個縣市都可以劃分若干區域，主要根據土壤類型和作物分布劃分。

2.2 試驗分析

2.2.1 作物需肥量與臨界施肥量的關系

重點選擇了15種作物，其中，糧、棉、油等主要作物每個作物每個大區域各選擇30個樣本分別平均，菜、果、茶等特色作物各選擇60個樣本全省平均。得出不同作物平均臨界施肥量與平均需肥量的關系（見圖1～3，方線代表作物100kg經濟產量需肥量，線條代表生產100kg作物經濟產量的臨界施肥量），圖1～3顯示，除棉花、油菜外，其他作物需肥量與施肥量基本相近，特別是蔬菜兩者基本相同。豆科作物施氮明顯偏少，果樹施用量相對偏高。而棉花和油菜由于經濟產量占整個生物產量比重較小，所以需肥和施肥差距較大。需肥量與施肥量絕大多數都呈規則的線型平行關系，并且都在很小的范圍內波動。所以，初步結論是作物實際施肥量是在臨界施肥量水平上下加、減。

圖1 氮施肥量與需肥量的關系

圖2 磷施肥量與需肥量的關系

圖3 鉀施肥量與需肥量的關系

2.2.2 土壤測試值和作物實際施肥量的關系

以江漢平原水稻為例，分析土壤測試值（橫坐標）與作物實際施肥量（縱坐標）的關系（見圖4～6和表1）。圖4顯示，在所有水稻“3414”試驗和其他肥效試驗中，水稻每667m2適宜施氮量都在7kg～13kg之間，在13kg以上基本處于一個相對穩定狀況，就是土壤養分測試值無論怎么小，施氮量增加很小，甚至不增；在7kg以下也相對穩定，就是土壤養分測試值無論怎么大，施氮量減量很小，甚至不減。測試值每相差10個單位，施肥量變化大約在0.3kg左右，實際上這就是這個區域的相對作物氮肥施用的區域系數。同樣，磷、鉀也存在這種關系。圖5顯示，土壤有效磷測試值每相差1個單位，水稻實際施磷量變化大約在0.12kg左右，測試值在3mg/kg之下，施磷基本穩定在6kg左右，當測試值在35mg/kg以上時，施磷基本穩定在2kg左右。圖6顯示，土壤速效鉀測試值每相差10個單位，水稻實際施鉀量施肥量大約在0.4kg左右變化，但到200mg/kg后變化就很小，到300mg/kg后基本穩定，到400mg/kg左右時就可以基本不施鉀了。

表1 土壤養分測試值和水稻實際施肥量的關系單位：測試值mg/kg，施肥量kg/667m2

圖4 土壤堿解氮測試值和水稻實際施氮量關系

圖5 土壤有效磷測試值和水稻實際施磷量關系

圖6 土壤速效鉀測試值和水稻實際施鉀量關系

2.2.3 區域臨界施肥量和土壤臨界養分含量的確定

區域臨界施肥量是通過田間試驗研究確定，在一定的區域、某一作物達到一定經濟產量所施養分的最適宜數量和比例。簡單講就是在一定區域，作物達到一定經濟產量的平均施肥量。區域臨界施肥量的最大特點就是，在土壤臨界測試值條件下，在區域臨界施肥量以上施肥，作物經濟產量增量很小，但在區域臨界施肥量以下施肥，作物經濟產量增幅很大。區域臨界施肥量主要通過“3414”試驗研究確定。其過程為：

a)計算缺素狀態下的相對產量

其計算方法為：

b)計算缺素狀態下的相對施肥量

相對產量對應的肥料增量就是肥料的相對施肥量。其計算方法為：c)確定區域臨界施肥量和土壤臨界養分含量在一個區域眾多的“3414”試驗中，可以獲得眾多的缺素狀態下的相對作物產量和相對吸收量。當相對產量達到75%～90%時，這時的土壤養分含量就是這個區域的土壤臨界養分含量，也是土壤養分臨界測試值。當相對吸收量達到75%～90%時，這時的區域試驗適量施肥量就是這個區域的臨界施肥量。也就是在耕地養分豐缺指標判定中，耕地養分臨界缺乏時的耕地養分含量就是這個區域的耕地養分臨界測試值，這時的作物施肥量就是這個作物在這個區域的臨界施肥量。

表2 全省各作物區域氮臨界施肥量和土壤臨界養分表單位：土壤測試臨界值mg/kg,臨界施肥量kg/667m2

通過全省5016個試驗（其中水稻試驗1278個、大小麥626個、玉米564個、馬鈴薯108個、大豆138個、棉花338個、油菜858個、芝麻68個、茶葉62個、柑橘78個、桃58個、梨56個、瓜果128個、蕃茄88個、辣椒36個、蘿卜118個、大白菜168個、小白菜188個、蓮藕、魔芋等58個），分別獲得各種作物、各個區域的區域臨界施肥量和土壤臨界養分（詳見表2、表3、表4）。表2表明，氮肥土壤測試臨界指標和施肥指標鄂西北山區普遍比其他地區低，而瓜果、蔬菜等經濟作物普遍比其他作物高。表3表明，磷肥各項指標相對穩定，只是土壤臨界測試值江漢平原普遍比丘陵山區低。表4顯示，鉀的各項指標也相對穩定，平原比丘陵山區略高，經濟作物比糧油作物普遍施肥指標要高。當然，隨著生產的發展和科技的進步，這些指標都會發生變化。

表3 全省各作物區域磷臨界施肥量和土壤臨界養分表

2.2.4 區域系數的研究與各作物的施肥量的變化幅度確定

a）區域系數

區域系數的確定主要看區域臨界施肥量和土壤臨界測試值的確定，其基本數據來源也來自“3414”試驗結果，其計算公式為：

2007年在潛江市龍灣鎮、周磯鎮、浩口鎮、老新鎮和漁洋鎮等鄉鎮做的一組中稻“3414”試驗，其臨界施氮水平為11kg，試驗結果的適宜施肥量約12.1kg，土壤臨界水平為112mg/kg，土壤堿解氮測試值平均為 77.2mg/kg，則區域系數就是0.0316。這個系數表示，在潛江市水稻產區，以112mg/kg為土壤堿解氮臨界值，11kg/667m2為臨界施肥量，為達到潛江常年水稻生產水平，土壤養分氮測試值每增減一個單位，其施氮量將在11kg/667m2基礎上減少或增加0.0316kg。同樣，有效磷的測試平均值為8.06 mg/kg，試驗結果適宜施肥水平為5.3kg，臨界養分含量10mg/kg，臨界施肥水平5kg，則區域系數為0.1546；速效鉀的測試平均值為101.8mg/kg，試驗結果適宜施肥水平為7.55kg，臨界養分含量118 mg/kg，臨界施肥水平7kg，則區域系數為0.0340。依此計算出全省各區域各主要作物區域系數（詳見表5）。

表5 全省各區域各作物區域系數表

b）各作物施肥量變化幅度或范圍

所有作物施肥量雖然隨土壤養分變化而變化，但這種變化都在一定的范圍，不會因土壤養分極低而過多施用，也不會因土壤養分極高而不施肥，這種限定尤其“氮”表現明顯。從大量試驗和典型地域觀察，從氮、磷、鉀各元素看，氮的幅度相對較小，磷、鉀相對大些,氮的變幅一般在35%以內，而磷、鉀從20%～65%之間；從施肥量來看，一般施肥量較小的變幅較大，而施肥量較大的反而變幅較小。實際結果是，臨界施肥量在10kg以內的，一般變幅在65%以內；臨界施肥量在10kg～20kg間的，一般變幅為40%～60%之間；臨界施肥量超過20kg的變幅一般為20%～40%之間。以江漢平原水稻為例，氮的變幅為30%左右，磷的變幅為50%左右，鉀的變幅為40%左右。

表4 全省各作物區域鉀臨界施肥量和土壤臨界養分表