魯南地區水稻土壤養分豐缺及推薦施肥指標體系研究

韓軍　閆童　張磊

摘要：

為建立魯南地區水稻土壤養分豐缺和推薦指標施肥體系，2006-2015年在臨沂市設置水稻“3414”試驗52個，利用土壤養分測定值和相對產量的關系建立水稻土壤養分豐缺指標體系。根據肥料效應確定最佳施肥量和土壤養分的關系，建立氮、磷、鉀肥推薦施肥模型，初步構建了魯南地區水稻推薦施肥指標體系。結果表明，當土壤堿解氮含量處于極高（>150.0 mg/kg）、高（>130.0～150.0 mg/kg）、中（>85.0～130.0 mg/kg）、低（≤85.0 mg/kg）等級時，氮肥推薦用量分別為160.0～172.9、>172.9～188.5、>188.5～235.3、>235.3～260.0 kg/hm2；當土壤有效磷含量處于極高（>58.0 mg/kg）、高（>45.0～58.0 mg/kg）、中（>21.0～45.0 mg/kg）、低（≤21.0 mg/kg）等級時，磷肥推薦用量分別為65.0～71.9、>71.9～77.3、>77.3～93.5、>93.5～105.0 kg/hm2；當土壤速效鉀含量處于極高（>152.0 mg/kg）、高（>133.0～152.0 mg/kg）、中（>87.0～133.0 mg/kg）、低（≤87.0 mg/kg）等級時，鉀肥推薦用量分別為100.0～106.9、>106.9～112.8、>112.8～130.0、>130.0～145.0 kg/hm2。

關鍵詞：水稻；土壤養分；豐缺指標；推薦施肥

中圖分類號：S511.062+S158.2文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2016）08-0093-05

Abstract In order to set up the abundance and deficiency of soil nutrient and fertilization recommendation index system for rice in typical of south Shandong， 52 “3414” field experiments were conducted in Linyi City， Shandong Province from 2006 to 2015. The nutrient abundance and deficiency index system of rice soil was established according to the correlation between nutrient contents and relative yield. The correlation between the optimum fertilization rate and soil nutrients was verified according to fertilizer effects， then the fertilization models of nitrogen， phosphorus and potassium were also established， based on these， the fertilization recommendation index system was initially established. The results showed that the recommended dosage of nitrogen （N） was 160.0～172.9， >172.9～188.5， >188.5～235.3 and >235.3～260.0 kg/hm2 when the content of available N in soil was at extremely high level （>150.0 mg/kg）， high level （>130.0～150.0 mg/kg） ， moderate level （>85.0～130.0 mg/kg） and low level （≤85.0 mg/kg）， respectively. The recommended dosage of phosphorus （P2O5） was 65.0～71.9， >71.9～77.3， >77.3～93.5 and >93.5～105.0 kg/hm2 when the content of available P in soil was at extremely high level （>58.0 mg/kg）， high level （>45.0～58.0 mg/kg）， moderate level （>21.0～45.0 mg/kg） and low level （≤21.0 mg/kg）， respectively. The recommended dosage of potassium （K2O） was 100～106.9， >106.9～112.8， >112.8～130.0 and >130.0～145.0 kg/hm2 when the content of available K was at extremely high level （>152.0 mg/kg）， high level （>133.0～152.0 mg/kg）， moderate level （>87.0～133.0 mg/kg） and low level （≤87.0 mg/kg）， respectively.

KeywordsRice； Soil nutrients； Abundance and deficiency index； Fertilization recommendation

20世紀40年代，勃萊等認為農作物的養分吸收量或者作物產量與土壤中有效礦物質的測試值之間有很好的關聯，而且可以通過數學模型進行模擬[1]。多年來，國內外學者對土壤養分與作物產量之間的關系進行了大量研究探索，提出了具有創造性意義的各種技術[2-5]。土壤肥力指標法是目前國際上最通用的推薦施肥方法， 也是當前全國測土配方施肥工作中主推的施肥方法之一。隨著測土配方施肥項目實施，國內學者利用“3414”試驗數據對不同作物土壤養分豐缺狀況進行了評價，并提出了新的施肥推薦[6-9]。

水稻是中國主要糧食作物，播種面積占糧食播種面積的27%，產量占糧食產量的40%。相比小麥、玉米等作物，水稻因過量施肥造成的水體富營養化、飲用水安全等問題更為突出。近年來，國內學者利用“3414”試驗分別建立了黑龍江流域[10]、長江流域[11]、華南地區[12]等不同生態區域水稻土壤養分豐缺和推薦施肥指標體系，為當地測土配方施肥技術推廣提供了科學依據。但有關魯南地區水稻土壤養分豐缺和推薦施肥的研究鮮見報道，而2007年張福鎖等在調查中發現，全國主要稻區山東省水稻施氮量最高[13]，氮肥用量遠遠超出當前產量水平需氮量。由于氣候條件、作物品種、耕作習慣、土壤狀況等與長江流域、黑龍江流域及華南地區存在巨大差異，其施肥模型借鑒意義不強。因此迫切需要建立一套符合本區域水稻生產的土壤養分豐缺和推薦施肥體系，以指導水稻合理施肥。2006-2015年筆者在臨沂市設置水稻“3414”試驗52個，以期建立魯南地區水稻土壤養分豐缺和推薦施肥指標體系，為魯南地區測土配方施肥技術推廣提供參考。

1材料與方法

1.1研究區概況

魯南地區是我國重要的農業區，臨沂市是魯南地區重要的農業大市，是全國重要的糧、油、瓜、菜、果、林等商品生產基地。其氣候四季分明，雨熱同步，年均降水量818 mm，平均氣溫13.3℃，日照時數為2 357.5 h，年有效積溫4 422.4℃，無霜期平均202 d，屬暖溫帶季風區半濕潤大陸性氣候。臨沂市水系發達，有大小河流1 800余條，呈脈狀分布，農田水利工程設施完備。境內郯臨蒼平原地勢平坦，土壤肥沃。優越的自然條件和完備的農田水利設施為水稻生產提供了有利條件。臨沂市“塘堰貢米”風味獨特，品質優良，自唐代就有作為貢米的歷史記載。

1.2試驗材料

試驗于2006年6月-2015年10月在山東省臨沂市經濟開發區、河東區、羅莊區及郯城縣進行，共設置52個肥料試驗，土壤類型為水稻土。供試水稻品種為當地主栽品種臨稻15號。 試驗用肥料為尿素（N，46%）、氯化鉀（K2O，60%）、過磷酸鈣（P2O5，12%）和磷酸二銨（N，18%；P2O5，46%）。各試驗點土壤堿解氮采用堿解擴散法測定，土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，土壤速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度計測定[14]，其土壤基本養分含量見表1。

1.3試驗設計

采用“3414”完全設計，試驗設14個處理，氮肥（N）0、1、2、3水平分別為0、111.8、233.5、335.3 kg/hm2；磷肥（P2O5）0、1、2、3水平分別為0、33.8、67.5、101.3 kg/hm2；鉀肥（K2O）0、1、2、3水平分別為0、63.8、127.5、191.3 kg/hm2。小區面積為6 m×6 m=36 m2，隨機區組排列，不設重復。氮肥50%作基肥，50%作追肥。磷、鉀肥全部用作基肥。追肥于返青期、拔節孕穗期適時進行。各小區單獨排灌，小區之間田埂用塑料薄膜覆蓋防止肥水滲透，統一田間管理。水稻成熟后小區單收稱重。

1.4數據處理

1.4.1土壤養分豐缺指標制定方法參照文獻[5]的方法。利用Microsoft Excel軟件，以各試驗點基礎土樣速效養分測定值x（mg/kg）為橫坐標，以其相應的相對產量y （%）為縱坐標，繪制散點圖，以“對數”類型獲得相對產量與對應土壤養分測試值之間的數學函數，并繪出趨勢線[7，8]。因試驗中沒有相對產量小于50%的數據，因此筆者按照≤75%為低，>75%～90%為中等，>90%～95%為高，>95%為極高，將養分分級定為4級[6]，將以上各臨界值作為y值代入回歸方程中確定出養分分級的臨界值，根據這些臨界值劃分土壤養分豐缺指標。

1.4.2推薦施肥量的計算方法在建立土壤養分豐缺指標的基礎上，根據產量和施肥量的函數關系求出最佳施肥量，建立最佳施肥量與養分測定值的函數關系式[6]。由于三元二次方程的擬合成功率較低，所以本研究利用N0P2K2、N1P2K2、N2P2K2 、N3P2K2進行一元二次回歸分析，分析得出一元二次效應方程：y=ax2+bx+c。再對回歸方程x求導，等于零，得出最大氮肥施肥量（x=-b/2a）及最佳氮肥施肥量[x=（養分價格/作物價格-b）/2a]。磷、鉀最佳施肥量計算同上。

1.4.3計算公式缺氮相對產量（%）=100×缺素區（N0P2K2）產量/全肥區（N2P2K2）產量；缺磷相對產量（%）=100×缺素區（N2P0K2）產量/全肥區（N2P2K2）產量；缺鉀相對產量（%）=100×缺素區（N2P2K0）產量/全肥區（N2P2K2）產量[15] 。

2結果與分析

2.1土壤養分豐缺指標的建立

以“對數”類型建立水稻相對產量與對應土壤養分測試值之間的回歸曲線，得出兩者之間的回歸方程。土壤堿解氮和相對產量的回歸方程為：y=34.832lnx - 79.618（R2=0.4956**），相關性達到極顯著水平；土壤有效磷和相對產量的回歸方程為：y=19.938lnx+14.068（R2=0.6654**），相關性達到極顯著水平；土壤速效鉀和相對產量的回歸方程為：y=35.935lnx-85.618（R2=0.7028**），相關性達到極顯著水平（如圖1）。用相對產量75%、90%和95%分別計算出對應土壤養分含量，即得到水稻土壤養分豐缺指標，分極高（相對產量>95%）、高（相對產量>90%～95%）、中（相對產量>75%～90%）、低（相對產量≤75%）4個等級，即：土壤堿解氮極

2.2推薦施肥指標的建立

豐缺指標體系法是目前國際上普遍采用的推薦施肥方法，也是現階段農業部主要提倡的配方設計方法。此法在建立土壤豐缺指標體系的基礎上，根據產量和施肥量的函數關系求出最佳施肥量，建立最佳施肥量與養分測定值的函數關系式[7]。結果表明，試驗區最佳施肥量和土壤有效養分含量均成負相關，且相關性達顯著水平（見圖2），將土壤養分豐缺臨界值代入方程，即可計算出該養分豐缺水平下的推薦施肥臨界值。綜

3討論與結論

3.1確立了魯南地區水稻土壤養分豐缺指標體系

通過建立相對產量和土壤養分含量的數學關系式確立了水稻土壤養分養分豐缺指標，分為極高、高、中、低4個等級。即：土壤堿解氮極高（>150.0 mg/kg）、高（>130.0～150.0 mg/kg）、中（>85.0～130.0 mg/kg）、低（≤85.0 mg/kg）；土壤有效磷極高（>58.0 mg/kg）、高（>45.0～58.0 mg/kg）、中（>21.0～45.0 mg/kg）、低（≤21.0 mg/kg）；土壤速效鉀（>152.0 mg/kg）、高（>133.0～152.0 mg/kg）、中（>87.0～133.0 mg/kg）、低（≤87.0 mg/kg）。

3.2建立了魯南地區水稻施肥推薦指標體系

根據土壤養分的豐缺程度提出不同施肥量推薦。其中土壤堿解氮極高、高、中、低4個等級下氮肥（N）推薦量分別為160.0～172.9、>172.9～188.5、>188.5～235.3、>235.3～260.0 kg/hm2；土壤有效磷極高、高、中、低4個等級下磷肥（P2O5）推薦量分別為65.0～71.9、>71.9～77.3、>77.3～93.5、>93.5～105.0 kg/hm2；土壤速效鉀極高、高、中、低4個等級下鉀肥（K2O）推薦量分別為100.0～106.9、>106.9～112.8、>112.8～130.0、>130.0～145.0 kg/hm2。

3.3氮肥推薦施肥模型的選擇

采用土壤豐缺指標法確定磷肥、鉀肥推薦用量被多數學者認同，并廣泛應用。而在氮肥推薦模型上，土壤養分豐缺指標法并沒有得到一致的認同[16-18]。毛偉等[11]利用地力差減法預測氮肥推薦量，建立了以目標產量為基礎的推薦施肥模型。趙亮等[12]利用土壤全氮和產量之間的關系建立了土壤全氮豐缺指標，并構建了以土壤全氮為基礎的氮肥推薦模型。筆者采用土壤堿解氮和產量之間的關系建立了土壤堿解氮豐缺指標，并構建了以土壤堿解氮為基礎的氮肥推薦模型，擬合方程曲線相關系數均達到顯著水平，與戢林等[19]研究結果一致。

3.4推薦施肥效果驗證

2006年臨沂市農戶施肥調查結果顯示[20]，臨沂市水稻氮肥施用量達到335.0 kg/hm2，磷肥用量為130.0 kg/hm2，鉀肥用量為100.0 kg/hm2。2006-2015年在建立指標體系的過程中，筆者還進行了大量的肥料校正試驗。根據施肥模型推薦配方，大幅降低氮肥、磷肥用量，同時小幅提高鉀肥用量。前人試驗結果表明，推薦配方能顯著降低肥料成本，提高肥料利用率，增加作物產量[21，22]，從而進一步驗證了該技術體系的科學性和可行性。

參考文獻：

[1]Bray R H， Kurtz L T. Determination of total ，organic and available for m of phosphors in soil[J].Soil Science，1945，59：39-45.

[2]Peltouori T. Precision of commercial soil testing practice for phosphorus fertilizer recommendations Finland[J]. Agricultural and Food Science in Finland，1999，8（3）：299-308.

[3]Heckman J R， Jokela W， Morris T，et al. Soil test calibration for predicting corn response to phosphorous in the northeast USA[J].Agronomy Journal，2006，98（2）：280-288.

[4]張福鎖. 測土配方施肥技術要覽[M].北京：中國農業大學出版社，2006：93-110.

[5]陳新平，張福鎖. 通過“3414”試驗建立測土配方施肥指標體系[J]. 中國農技推廣，2006，22（4）：36-39.

[6]孫義祥，郭躍升，于舜章，等. 應用3414試驗建立冬小麥測土配方施肥指標體系[J]. 植物營養與肥料學報，2009，15（1）：197-203.

[7]付瑩瑩，同延安，趙佐平. 陜西關中灌區夏玉米土壤養分豐缺及推薦施肥指標體系的建立[J].干旱地區農業研究，2010，28（1）：88-93.

[8]婁春榮，董環，王秀娟，等. 遼寧省花生“3414“肥料試驗施肥模型探討[J].土壤通報，2008，39（4）：892-895.

[9]閆童，劉士亮，劉洪產，等. 大蒜土壤養分豐缺及推薦施肥指標體系研究[J]. 中國土壤與肥料，2013（6）：72-76.

[10]劉順國，邢巖，韓曉日，等. 遼寧省水稻測土配方施肥指標體系研究[J].遼寧農業科學，2009（5）：17-20.

[11]毛偉，李文西，唐寶國，等. 縣級測土配方施肥指標體系建立研究——以江蘇省江都市水稻為例[J].植物營養與肥料學報，2014，20（2）：396-406.

[12]趙亮，張賀翠，廉小平，等. 喀斯特地形區水稻測土配方施肥指標體系研究[J].植物營養與肥料學報，2015，21（4）：1056-1065.

[13]張福鎖， 崔振嶺， 王激清，等. 中國土壤和植物養分管理現狀與改進策略[J].植物學報，2007，24（6）： 687-694.

[14]全國農業技術推廣服務中心. 土壤分析技術規范[M].北京：中國農業出版社，2006：40-67.

[15]高祥照，馬常寶，杜森. 測土配方施肥技術[M]. 北京：中國農業出版社，2005：108-116.

[16]Olfs H W， Blankenau K， Brentrup F，et al. Soil and plant-based nitrogen-fertilizer recommendations in arable farming[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science， 2005， 168（4）： 414-431.

[17]王興仁，陳新平，張福鎖，等. 施肥模型在我國推薦施肥中的應用[J]. 植物營養與肥料學報，1998，4（1）：67-74.

[18]陳新平，周金池，王興仁，等. 小麥—玉米輪作制中氮肥效應模型的選擇——經濟和環境效應分析[J].土壤學報， 2000， 37（3）：346-354.

[19]戢林，張錫洲，李廷軒. 基于“3414”試驗的川中丘陵區水稻測土配方施肥指標體系構建[J]. 中國農業科學，2011，44（1）：84-92.

[20]李友忠，閆童. 河東耕地[M].合肥：合肥工業大學出版社，2012：199-204.

[21]閆童，滕世輝，劉士亮. 水稻緩控釋肥肥效試驗研究[J].北方水稻，2011（3）：20-22.

[22]劉士亮，韓軍，滕世輝. 水稻穩定性肥料肥效試驗研究[J].北方水稻，2012（3）：33-35.