山東諸城不同類型土壤養分變化趨勢及其與小麥產量關系的模擬研究

劉淑云　王麗麗　張曉艷

摘要：對諸城市1981～2008年間的5種不同土壤類型（粗骨土、棕壤土、褐土、潮土、砂姜黑土）養分變化及與冬小麥產量關系進行分析。結果表明：在同一自然氣候條件下，不同土壤類型養分含量表現出不同的變化趨勢；不同土壤類型中的養分聚類明顯。對小麥趨勢產量與土壤養分進行相關和回歸分析結果表明：不同土壤類型養分因子對趨勢產量的作用有明顯差異，土壤速效磷含量與趨勢產量關系顯著，其次為速效氮；速效磷與其它養分因子的互作影響是趨勢產量形成的重要因素。磷肥的施用以及磷肥與其它養分的配比管理是小麥生產的重要環節，是小麥高產穩產的關鍵。

關鍵詞：土壤類型；土壤養分；小麥；產量；模擬

中圖分類號：S512.1+S158.2文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2014）05-0077-05

土壤養分是影響產量的最直接因素，不同土壤類型條件下，土壤養分對產量的影響不同。關于不同土壤類型中養分與產量和品質的關系，前人做了大量的研究[1～3]，不同土壤類型條件下，小麥品種不同，其生理生化特征及產量和品質也不同。根據土壤養分的豐缺指標進行配比施肥，是保證土壤養分均衡和獲得小麥高產優質的關鍵[4～13]。本研究對縣域尺度5種土壤類型條件下的小麥產量變化進行了系統分析，闡明了土壤養分變化規律和不同土壤類型養分與小麥趨勢產量的關系。

1材料與方法

1.1試驗區基本概況

諸城市位于山東濰坊東南部，屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫12.5℃，全年總日照時數2 450 h，平均無霜期184天，光熱資源豐富，年平均降水量750 mm。地形屬膠萊沖積平原南部的濰河平原，地勢南高北低。全市山地面積占總面積的30.1%；丘陵占22.6%；平原占32.25%；洼地占15.05%；水面占1.25%。境內最高點海拔670 m，最低點海拔19 m。全市土壤面積17.7×104 hm2，主要土壤類型有粗骨土、棕壤土、褐土、潮土、砂姜黑土等。其中，棕壤土為主要土壤類型，占56.55%，各鄉鎮均有分布。棕壤的主要限制因素是活土層淺，養分含量不協調，水澆條件差，灌溉周期長。

1.2數據資料與分析

搜集諸城市28年（1981～2008年）5種土壤類型（粗骨土、棕壤土、褐土、潮土和砂姜黑土）的基本養分數據和小麥產量數據，其中土壤養分包括土壤有機質、速效氮、速效磷和速效鉀含量。資料來源于諸城市統計局和農業局。對土壤不同養分與小麥趨勢產量之間進行DPS統計分析， 其中小麥趨勢產量由長序列小麥產量的非線性多項式模擬獲得。

2結果與分析

2.1不同土壤類型的養分變化

對土壤養分進行線性回歸分析（表1），結果表明：不同土壤類型中的養分含量表現出不同的變化趨勢。有機質變化幅度最小，其次為速效鉀，土壤速效氮和速效磷含量表現出明顯的增長趨勢，速效磷含量增長速率大于速效氮。粗骨土、褐土中有機質含量呈現出緩慢降低的變化，其它3類土壤表現為緩慢增長的變化；5種土壤類型中，速效氮含量均表現為增長，其中潮土增長趨勢明顯，砂姜黑土、棕壤土和褐土次之，粗骨土中的含量變化最小；速效磷含量變化差異不大，砂姜黑土增長最多，粗骨土增長最小；土壤速效鉀含量，粗骨土中表現為緩慢降低，其它4類土壤表現為增長，其中，潮土增長最顯著。

2.2不同土壤類型與冬小麥產量

首先對5種土壤類型的4種養分含量進行最短距離法聚類分析，土壤養分的距離（歐氏距離）分類清晰，有機質含量距離最短，聚為一類，土壤類型排序為粗骨土、棕壤土、砂姜黑土、潮土、褐土，距離依次增加；土壤速效磷含量聚類距離變化規律明顯，按粗骨土、棕壤土、褐土、潮土、砂姜黑土的順序逐漸減少；土壤速效氮和速效鉀含量的距離差異較小，分析中歸為一類；粗骨土速效氮含量距離獨成一類。土壤有機質含量距離最短，速效磷含量距離次之，速效氮和速效鉀含量距離最長，且二者距離差異不大。

對長序列的年度數據進行聚類分析（圖2）可以看出，該聚類圖表現出了3種距離分類。土壤類型的簇特征表現突出，按年度順序，距離基本呈現先減少后持續增加的變化。3種分類中：第一類為1～6，年度包括1981～1986；第二類距離最短，類型編號為7～23，年度包括1987～2003，其中1995、1999和2002年除外；第3類包括15、19、22和24～28，年度包括1995、1999、2002和2004～2009。第1類6個年度的出現順序為時間發展順序；第2類的年度順序，除有3年比較特殊劃入第3類以外，順序發展的8年（1987～1994）按照時間發展順序有序出現，其它6年度的出現規律略有變化；15、22、24、25、19、28、27、26所對應年度的距離逐漸增長，這里劃分為第3類，其中2006年度的距離最長。

2.3不同土壤類型養分與小麥產量的相關性

分別對5種土壤類型的4個營養因子與小麥趨勢產量進行線性相關分析，結果（表2）表明，小麥產量與5類土壤的速效磷含量之間均表現為極顯著正相關；除粗骨土外，與其它4種土壤類型中的速效氮含量達到了顯著或極顯著相關水平。棕壤土中4個養分因子與小麥產量的關系均達到了顯著或極顯著相關水平，潮土除速效鉀外，其它3個養分因子與產量均達到了顯著或極顯著相關。

2.4不同土壤類型養分與小麥趨勢產量的回歸模型

對不同類型土壤養分與小麥趨勢產量進行逐步回歸分析，結果表明：最優線性回歸方程的因子數量和種類不同，逐步回歸因子與相關分析中顯著因子類型基本一致。具體因子的直接通徑系數見表3，因子組合的決定系數，單因子的粗骨土最小；同為3因子的組合，潮土最大。由因子的通徑系數可以看出，褐土和砂姜黑土的速效鉀含量均表現為負值，由此可以判斷，這兩類土壤中的速效鉀含量一直表現為失衡狀態，已經影響到小麥產量和其它土壤養分的正常吸收和施用。endprint

由表4看出，粗骨土速效磷含量的因子回歸模型相關系數為0.5671；棕壤土的最優回歸模型相關系數為0.6154，因子包括土壤速效磷和速效鉀；褐土、潮土和砂姜黑土的最優回歸模型均包括3個因子，但因子種類略有差異，與相關分析中表現為極顯著相關和顯著相關的因子基本一致。同時，潮土的方程相關系數最大，達到了0.7622，表現為極顯著。

2.5不同土壤類型養分互作與小麥趨勢產量的回歸模型

多因子的逐步回歸分析結果表明，不同土壤類型的因子組合對小麥趨勢產量的效應不同。潮土的7類因子（互作）的決定系數最大（0.9028），褐土次之（0.7590）；除砂姜黑土的因子組合數為5個之外，其它4類土壤類型的因子組合數均為7。對粗骨土而言，土壤有機質和速效鉀的互作效應最大，效應為負，其次是速效鉀含量，效應為正，其它因子效應較小；棕壤土速效磷含量對趨勢產量表現出明顯的正影響，有機質和速效磷含量的互作影響次之，且效應為負；褐土、潮土和砂姜黑土的速效磷含量對趨勢產量的影響明顯大于其它因子，均表現為正效應，速效氮和速效磷的互作效應次之，都表現為負效應。對單因子效應而言，棕壤土的速效氮、褐土和潮土的速效鉀含量均表現為不同程度的負影響。由表5看出：粗骨土和砂姜黑土養分因子對趨勢產量的回歸模擬效果較差，棕壤土、褐土、潮土的回歸模擬效果較好，其中潮土最好，表明潮土土壤養分具有較強的穩定性，這也為不同土壤類型的施肥和小麥栽培管理提供了依據。 多因子互作的最優回歸模型見表6，粗骨土的回歸模型表現為顯著水平，其它4類土壤類型均為極顯著水平。分析結果表明：7類因子的組合回歸模型能較好的模擬小麥趨勢產量，土壤類型之間略有差異。7類組合因子中，互作因子的影響突出，占因子數目的比例平均在55%左右，表明土壤肥料施用要重視肥料配比，單種肥料的過多施用或不足均不利于產量的提高。

長序列不同類型土壤養分因子變化差異明顯，各類養分含量大部分表現為緩慢增長的變化趨勢，粗骨土的有機質和速效鉀含量及褐土的有機質含量表現出緩慢降低的變化趨勢。土壤不同養分的變化除因施肥管理措施不同而導致的結果之外，同時也存在不同土壤類型的水肥保持能力不同而導致的養分變化差異。這種變化結果可為不同土壤類型的施肥管理提供一定的數據支持和理論依據。

不同土壤類型的養分聚類距離清晰，表明了某類養分在土壤中常年的變化規律和特征，顯示了土壤不同養分含量的基本穩定性，同時也與人們長期的栽培管理習慣和土壤性質有關；對不同土壤養分條件下的趨勢產量以時間序列為軸進行聚類分析，距離結果呈先緩慢減小后逐漸增大的變化，部分年份的距離變化不規律，可能是人為栽培措施、氣候條件變化等的干預而導致的結果，有待更具體、深入的系統研究。

土壤速效磷含量是影響趨勢產量的最關鍵因素，不同土壤類型表現出了相同的結果，這可能與以下兩個方面的因素有關：① 長期注重氮肥的施用，造成土壤磷素缺乏而產生的“木桶效應”；② 磷肥的肥效特征決定了土壤磷肥供應的局限性。

不同土壤類型中的不同養分與趨勢產量之間的關系不同，可能與肥料施用、保肥、保水及土壤質地等有關。最優回歸分析中的養分因子作用效應，可以作為不同土壤類型小麥栽培肥料施用的理論依據。

參考文獻：

[1]馬政華，劉芳，介曉磊，等.不同土壤類型對不同筋力型小麥產量和品質的影響[J].土壤通報，2010，41（4）：898-903.

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[8]劉淑欣，熊德中.福建省主要土類土壤供磷特性的探討[J].福建農學院學報，1984，13（3）：219-230.

[9]閆鴻媛，段英華，徐明崗，等.長期施肥下中國典型農田小麥氮肥利用率的時空演變[J].中國農業科學，2011，44（7）：1399-1407.

[10]李彥，于興偉，高弼模，等.長期施肥對山東三大土類鉀有效性及小麥產量的影響[J].2008，16（3）：583-586.

[11]王愛東，陳靜芬，李良，等.小麥配方施肥氮磷用量與產量的研究[J].安徽農業科學，1994，22（增刊）：50-51.

[12]李建軍，孫傳軍，楊愛友，等.黃淮海地區冬小麥施肥技術參數與指標體系的研究[J].河北農業科學，2008，12（4）：52-54.

[13]孫克剛，李丙奇，楊秩娟，等.河南省三大土壤類型區的平衡施肥研究[J].化肥工業，2009，36（3）：30-32，49.山 東 農 業 科 學2014，46（5）：82～84Shandong Agricultural Sciences山 東 農 業 科 學第46卷第5期徐立華，等：低磷脅迫對4個玉米自交系幼苗生長及生理生化特性的影響

收稿日期：2013-11-01

基金項目：山東省自然科學基金項目“磷高效利用玉米雜交種耐低磷機制研究”（ZR2010CM053）；山東省自然科學基金項目“太空誘變玉米核雄性不育突變體的遺傳分析和基因定位”（ZR2009DM037）；國家“863”計劃項目“玉米DH工程化育種技術與新品種選育研究”（2012AA101203）

作者簡介：徐立華（1971-），男，碩士，從事玉米遺傳育種研究。E-mail：xlh7124@sina.comendprint

由表4看出，粗骨土速效磷含量的因子回歸模型相關系數為0.5671；棕壤土的最優回歸模型相關系數為0.6154，因子包括土壤速效磷和速效鉀；褐土、潮土和砂姜黑土的最優回歸模型均包括3個因子，但因子種類略有差異，與相關分析中表現為極顯著相關和顯著相關的因子基本一致。同時，潮土的方程相關系數最大，達到了0.7622，表現為極顯著。

2.5不同土壤類型養分互作與小麥趨勢產量的回歸模型

多因子的逐步回歸分析結果表明，不同土壤類型的因子組合對小麥趨勢產量的效應不同。潮土的7類因子（互作）的決定系數最大（0.9028），褐土次之（0.7590）；除砂姜黑土的因子組合數為5個之外，其它4類土壤類型的因子組合數均為7。對粗骨土而言，土壤有機質和速效鉀的互作效應最大，效應為負，其次是速效鉀含量，效應為正，其它因子效應較小；棕壤土速效磷含量對趨勢產量表現出明顯的正影響，有機質和速效磷含量的互作影響次之，且效應為負；褐土、潮土和砂姜黑土的速效磷含量對趨勢產量的影響明顯大于其它因子，均表現為正效應，速效氮和速效磷的互作效應次之，都表現為負效應。對單因子效應而言，棕壤土的速效氮、褐土和潮土的速效鉀含量均表現為不同程度的負影響。由表5看出：粗骨土和砂姜黑土養分因子對趨勢產量的回歸模擬效果較差，棕壤土、褐土、潮土的回歸模擬效果較好，其中潮土最好，表明潮土土壤養分具有較強的穩定性，這也為不同土壤類型的施肥和小麥栽培管理提供了依據。 多因子互作的最優回歸模型見表6，粗骨土的回歸模型表現為顯著水平，其它4類土壤類型均為極顯著水平。分析結果表明：7類因子的組合回歸模型能較好的模擬小麥趨勢產量，土壤類型之間略有差異。7類組合因子中，互作因子的影響突出，占因子數目的比例平均在55%左右，表明土壤肥料施用要重視肥料配比，單種肥料的過多施用或不足均不利于產量的提高。

長序列不同類型土壤養分因子變化差異明顯，各類養分含量大部分表現為緩慢增長的變化趨勢，粗骨土的有機質和速效鉀含量及褐土的有機質含量表現出緩慢降低的變化趨勢。土壤不同養分的變化除因施肥管理措施不同而導致的結果之外，同時也存在不同土壤類型的水肥保持能力不同而導致的養分變化差異。這種變化結果可為不同土壤類型的施肥管理提供一定的數據支持和理論依據。

不同土壤類型的養分聚類距離清晰，表明了某類養分在土壤中常年的變化規律和特征，顯示了土壤不同養分含量的基本穩定性，同時也與人們長期的栽培管理習慣和土壤性質有關；對不同土壤養分條件下的趨勢產量以時間序列為軸進行聚類分析，距離結果呈先緩慢減小后逐漸增大的變化，部分年份的距離變化不規律，可能是人為栽培措施、氣候條件變化等的干預而導致的結果，有待更具體、深入的系統研究。

土壤速效磷含量是影響趨勢產量的最關鍵因素，不同土壤類型表現出了相同的結果，這可能與以下兩個方面的因素有關：① 長期注重氮肥的施用，造成土壤磷素缺乏而產生的“木桶效應”；② 磷肥的肥效特征決定了土壤磷肥供應的局限性。

不同土壤類型中的不同養分與趨勢產量之間的關系不同，可能與肥料施用、保肥、保水及土壤質地等有關。最優回歸分析中的養分因子作用效應，可以作為不同土壤類型小麥栽培肥料施用的理論依據。

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[4]董魯浩，李玉義，逄煥成，等.不同土壤類型下長期施肥對土壤養分與小麥產量影響的比較研究[J].中國農業大學學報，2010，15（3）：22-28.

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[6]劉志琴，林東余，丁桂云.潮鹽土種植小麥施用氮磷鉀效應研究[J].大麥與谷類科學，2011（3）：49-51.

[7]徐茂林.氮素供應對強筋小麥產量和品質的影響[J].土壤通報，2005，36（6）：983-985.

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[10]李彥，于興偉，高弼模，等.長期施肥對山東三大土類鉀有效性及小麥產量的影響[J].2008，16（3）：583-586.

[11]王愛東，陳靜芬，李良，等.小麥配方施肥氮磷用量與產量的研究[J].安徽農業科學，1994，22（增刊）：50-51.

[12]李建軍，孫傳軍，楊愛友，等.黃淮海地區冬小麥施肥技術參數與指標體系的研究[J].河北農業科學，2008，12（4）：52-54.

[13]孫克剛，李丙奇，楊秩娟，等.河南省三大土壤類型區的平衡施肥研究[J].化肥工業，2009，36（3）：30-32，49.山 東 農 業 科 學2014，46（5）：82～84Shandong Agricultural Sciences山 東 農 業 科 學第46卷第5期徐立華，等：低磷脅迫對4個玉米自交系幼苗生長及生理生化特性的影響

收稿日期：2013-11-01

基金項目：山東省自然科學基金項目“磷高效利用玉米雜交種耐低磷機制研究”（ZR2010CM053）；山東省自然科學基金項目“太空誘變玉米核雄性不育突變體的遺傳分析和基因定位”（ZR2009DM037）；國家“863”計劃項目“玉米DH工程化育種技術與新品種選育研究”（2012AA101203）

作者簡介：徐立華（1971-），男，碩士，從事玉米遺傳育種研究。E-mail：xlh7124@sina.comendprint

由表4看出，粗骨土速效磷含量的因子回歸模型相關系數為0.5671；棕壤土的最優回歸模型相關系數為0.6154，因子包括土壤速效磷和速效鉀；褐土、潮土和砂姜黑土的最優回歸模型均包括3個因子，但因子種類略有差異，與相關分析中表現為極顯著相關和顯著相關的因子基本一致。同時，潮土的方程相關系數最大，達到了0.7622，表現為極顯著。

2.5不同土壤類型養分互作與小麥趨勢產量的回歸模型

多因子的逐步回歸分析結果表明，不同土壤類型的因子組合對小麥趨勢產量的效應不同。潮土的7類因子（互作）的決定系數最大（0.9028），褐土次之（0.7590）；除砂姜黑土的因子組合數為5個之外，其它4類土壤類型的因子組合數均為7。對粗骨土而言，土壤有機質和速效鉀的互作效應最大，效應為負，其次是速效鉀含量，效應為正，其它因子效應較小；棕壤土速效磷含量對趨勢產量表現出明顯的正影響，有機質和速效磷含量的互作影響次之，且效應為負；褐土、潮土和砂姜黑土的速效磷含量對趨勢產量的影響明顯大于其它因子，均表現為正效應，速效氮和速效磷的互作效應次之，都表現為負效應。對單因子效應而言，棕壤土的速效氮、褐土和潮土的速效鉀含量均表現為不同程度的負影響。由表5看出：粗骨土和砂姜黑土養分因子對趨勢產量的回歸模擬效果較差，棕壤土、褐土、潮土的回歸模擬效果較好，其中潮土最好，表明潮土土壤養分具有較強的穩定性，這也為不同土壤類型的施肥和小麥栽培管理提供了依據。 多因子互作的最優回歸模型見表6，粗骨土的回歸模型表現為顯著水平，其它4類土壤類型均為極顯著水平。分析結果表明：7類因子的組合回歸模型能較好的模擬小麥趨勢產量，土壤類型之間略有差異。7類組合因子中，互作因子的影響突出，占因子數目的比例平均在55%左右，表明土壤肥料施用要重視肥料配比，單種肥料的過多施用或不足均不利于產量的提高。

長序列不同類型土壤養分因子變化差異明顯，各類養分含量大部分表現為緩慢增長的變化趨勢，粗骨土的有機質和速效鉀含量及褐土的有機質含量表現出緩慢降低的變化趨勢。土壤不同養分的變化除因施肥管理措施不同而導致的結果之外，同時也存在不同土壤類型的水肥保持能力不同而導致的養分變化差異。這種變化結果可為不同土壤類型的施肥管理提供一定的數據支持和理論依據。

不同土壤類型的養分聚類距離清晰，表明了某類養分在土壤中常年的變化規律和特征，顯示了土壤不同養分含量的基本穩定性，同時也與人們長期的栽培管理習慣和土壤性質有關；對不同土壤養分條件下的趨勢產量以時間序列為軸進行聚類分析，距離結果呈先緩慢減小后逐漸增大的變化，部分年份的距離變化不規律，可能是人為栽培措施、氣候條件變化等的干預而導致的結果，有待更具體、深入的系統研究。

土壤速效磷含量是影響趨勢產量的最關鍵因素，不同土壤類型表現出了相同的結果，這可能與以下兩個方面的因素有關：① 長期注重氮肥的施用，造成土壤磷素缺乏而產生的“木桶效應”；② 磷肥的肥效特征決定了土壤磷肥供應的局限性。

不同土壤類型中的不同養分與趨勢產量之間的關系不同，可能與肥料施用、保肥、保水及土壤質地等有關。最優回歸分析中的養分因子作用效應，可以作為不同土壤類型小麥栽培肥料施用的理論依據。

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[7]徐茂林.氮素供應對強筋小麥產量和品質的影響[J].土壤通報，2005，36（6）：983-985.

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[10]李彥，于興偉，高弼模，等.長期施肥對山東三大土類鉀有效性及小麥產量的影響[J].2008，16（3）：583-586.

[11]王愛東，陳靜芬，李良，等.小麥配方施肥氮磷用量與產量的研究[J].安徽農業科學，1994，22（增刊）：50-51.

[12]李建軍，孫傳軍，楊愛友，等.黃淮海地區冬小麥施肥技術參數與指標體系的研究[J].河北農業科學，2008，12（4）：52-54.

[13]孫克剛，李丙奇，楊秩娟，等.河南省三大土壤類型區的平衡施肥研究[J].化肥工業，2009，36（3）：30-32，49.山 東 農 業 科 學2014，46（5）：82～84Shandong Agricultural Sciences山 東 農 業 科 學第46卷第5期徐立華，等：低磷脅迫對4個玉米自交系幼苗生長及生理生化特性的影響

收稿日期：2013-11-01

基金項目：山東省自然科學基金項目“磷高效利用玉米雜交種耐低磷機制研究”（ZR2010CM053）；山東省自然科學基金項目“太空誘變玉米核雄性不育突變體的遺傳分析和基因定位”（ZR2009DM037）；國家“863”計劃項目“玉米DH工程化育種技術與新品種選育研究”（2012AA101203）

作者簡介：徐立華（1971-），男，碩士，從事玉米遺傳育種研究。E-mail：xlh7124@sina.comendprint