不同肥力水平土壤小麥的氮磷鉀肥料效應及養分吸收利用研究

鄭網宇 陳功磊 吳迪 張輝 蔣國龍

摘要：研究太湖流域江蘇省丹陽市主栽小麥品種氮磷鉀推薦用量及養分吸收狀況，為引導該區域科學施肥提供科學依據。應用改進的“3414”試驗方案，設置梯度土壤肥力試驗，研究氮磷鉀配合施用對小麥產量及養分吸收的影響。施用氮、磷、鉀肥料與缺素區相比相對增產效果為氮>鉀>磷。三元二次方程擬合結果表明，在本試驗條件下，該區域氮、磷、鉀肥料最佳經濟施用量分別為188.1、65.7、104.0 kg/hm2。合理施肥可促進小麥對氮、磷、鉀的吸收，小麥對氮肥、磷肥、鉀肥的利用率分別為30.2%、43.7%、36.0%。該區域養分推薦用量較好地反映了該區域土壤肥效反應，并可為其他作物的區域施肥提供理論支撐。

關鍵詞：土壤肥力;小麥;改進的“3414”試驗;產量;推薦施肥量

中圖分類號： S512.106 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2019）23-0096-06

化肥施用對保障我國糧食生產起著舉足輕重的作用[1]。然而，近年來由于不合理施用化肥，導致的肥料利用率低和環境污染（如土壤酸化、地下水硝酸鹽含量超標、湖泊富營養化和溫室氣體排放量增加等）等一系列問題，引起了人們的廣泛關注[2]。有研究報道，不同地區土壤基本施肥水平差異較大，區域間肥料施用不合理的問題較為突出[3-4]。另外，近年來我國肥料產業正快速發展，然而，一些肥料產品在生產時考慮土壤地力和作物吸收需求，導致養分損失和用肥成本增加，但產出較低[5]。因此，優化不同區域的肥料施用方案顯得至關重要。

小麥是我國主要糧食作物之一，在農業生產中占有主要地位[6]。隨著生活水平的不斷提高，人們對小麥產量和品質的追求越來越高，而肥料施用量是影響小麥產量和品質的重要因素[7]。目前針對江蘇省丹陽市主栽小麥品種的施肥研究較少。“3414”試驗為氮（N）、磷（P）、鉀（K）3個因素4個水平14個處理的方案，是農業農村部在測土配方施肥項目實施過程中推薦的用于確定作物最佳氮磷鉀施肥用量及配比的試驗設計方案，它具有回歸最優設計處理少、效率高、信息量多等優點[8]，目前已被廣泛地應用于水稻[9]、綠豆[10]、仙草[11]、紅蕓豆[12]及小麥[13]等作物的測土配方施肥中。本研究擬采用改進的“3414”試驗設計方法，探索不同肥力狀況下農田種植小麥最佳經濟產量以及最佳氮磷鉀肥施用量等基本參數，旨在減少過量施肥帶來的危害，提高經濟效益，為江蘇省丹陽市乃至蘇南麥區測土配方施肥提供科學理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試地點及基本概況

1.1.1 試驗地點 根據前茬作物產量來區分田塊高、中、底地力水平，2013—2017年選擇丹陽市不同土壤肥力田塊進行小麥“3414”試驗。其中，2013—2014年和2014—2015年分別選擇高、中、低地力田塊設計試驗，2015—2016年和2016—2017年選擇中等地力田塊設計試驗，試驗田塊基本信息如表1所示。

1.1.2 供試土壤及品種 供試土壤為黃泥土、粉沙土，是丹陽市小麥種植的2個主要土種（表1）。供試小麥品種為當年主推品種。

1.2 試驗設計

采用“3414”完全試驗方案設計，設氮、磷、鉀3個因素4個水平（0、1、2、3）14個處理。（1）0水平指不施肥;（2）2水平指當地推薦施肥水平;（3）1水平=2水平×0.5;（4）3水平=2水平×1.5;（5）1.5水平=2水平×0.75;（6）2.5水平=2水平×1.25。本試驗從2014年起氮素施用量增設2個水平，又稱3416試驗（表2）。

試驗小區寬4.0 m，長5.0 m，小區之間開溝（溝寬 20 cm）隔離，四周保護行寬2 m以上。試驗用氮肥為尿素（含N 46%），氮肥運籌：基肥36%、苗肥24%、拔節孕穗肥40%（分2次施用，倒3葉期施用60%、倒2葉40%）;磷肥為過磷酸鈣（含P2O5 12%）、鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%），磷、鉀肥一次性作基肥施用，各地力等級處理施肥量見表3。在小麥生長期間，按照當地的生產標準對其進行管理。

1.3 采樣及測定方法

在小麥成熟收獲時，各小區單割單收和稱質量。小麥莖稈、籽粒的全氮含量用濃硫酸消解，凱式定氮法測定;全磷含量用H2SO4-HClO4消解，釩鉬黃比色法測定;全鉀含量用火焰光度法測定[14]。

1.4 數據處理

數據采用Excel 2010、“3414”田間試驗設計與數據分析管理系統軟件和SPSS 20軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對小麥產量的影響

2.1.1 缺素對產量的影響 從表4、表5可以看出，無N區小麥產量為2.07～3.56 t/hm2，平均為 2.87 t/hm2;其與全肥區（N2P2K2）的相對產量為 39.8%～76.1%，平均為54.8%;其中4個試驗地點不施氮時的相對產量低于50%，最低的為2015—2016年農場中東（中等地力），12個試驗地點不施氮肥時相對產量大于50%，其中只有1個試驗地點的結果大于65%。小麥不施磷肥處理產量為3.29～6.60 t/hm2，平均為4.49 t/hm2;其與全肥區（N2P2K2）的相對產量為69.3%～94.8%，平均為85.2%;其中7個試驗點不施磷時相對產量低于85%。小麥不施鉀肥處理產量從2.99～6.32 t/hm2，平均為4.35 t/hm2（表4）;其與全肥區（N2P2K2）的相對產量為66.6%～96.1%，平均82.7%（表5）;其中10個試驗點不施鉀時相對產量低于85%。小麥不施肥產量為1.62～3.45 t/hm2，平均為2.50 t/hm2;其與全肥區（N2P2K2）的相對產量為33.3%～60.3%，平均為47.5%;其中8個試驗地點不施肥時相對產量小于50%，只有1個試驗地點相對產量高于60%，最低的為2013—2014年珥陵（高等地力）試驗地點。

通過對所有試驗地點小麥缺素相對產量進行分析，可以看出，N2P0K2（缺P區）>N2P2K0（缺K區）>N0P2K2（缺N區）>N0P0K0（空白），表明氮素是影響小麥產量的主要因素，其次為鉀，再次為磷。

2.1.2 不同施N水平對產量的影響 在滿足P、K需求量（2水平）的條件下，小麥產量和施N量呈二次拋物線關系（表6）。2013—2014年進行的是“3414”試驗，其中有3個試驗地點的小麥產量與氮肥施用量呈顯著相關關系。2014—2017進行增加2個氮肥處理的“3416”試驗，除2014—2015年陵口鎮東溝村外，其他試驗地點的小麥產量與施N量均達到顯著或極顯著相關水平。從分析結果可以發現，最高產量對應施N量為141.0～313.5 kg/hm2，平均為216.8 kg/hm2;最佳產量對應施氮量為114.0～274.5 kg/hm2，平均為188.1 kg/hm2（其中高等217.5、中等192.8、低等136.5 kg/hm2）。在滿足P、K需求量（2水平）的條件下，施N量為最佳水平時小麥的產量為5.18 t/hm2。

2.1.3 不同施磷水平對產量的影響 在滿足N、K需求量（2水平）的條件下，小麥產量和施P量呈二次拋物線關系，關系方程見表7。其中有3個試驗點小麥產量與施磷量呈顯著相關關系，1個試驗點呈極顯著相關關系。從分析結果可以發現，除去2013—2014年農場南（施磷量最高值低于最佳值）、珥陵（1）高等地力（R2太小）試驗地點外，最高產量對應施磷量為51～126 kg/hm2，平均為 76.1 kg/hm2; 最佳施磷量為43.5～91.5 kg/hm2之間，平均為65.7 kg/hm2（其中高等713、中等67.1、低等58.0 kg/hm2）。在滿足N、K需求量（2水平）的條件下，施磷量為最佳水平時小麥的產量為 5.18 t/hm2。

2.1.4 不同施鉀水平對產量的影響 在滿足N、P需求量（2水平）的條件下，小麥產量和施K量呈二次拋物線關系（表8）。其中有1個試驗地點小麥產量與施鉀量呈顯著相關關系，2個試驗地點呈極顯著相關關系。從分析結果可以得出，最高產量對應施鉀量為67.5～222.0 kg/hm2，平均為 126.6 kg/hm2;最佳施鉀量在57.0～187.5 kg/hm2之間，平均為104.0 kg/hm2（其中高等108.0、中等114.6、低等 70.5 kg/hm2）。在滿足N、P需求量（2水平）的條件下，施K量為最佳水平時小麥的產量為 5.32 t/hm2。

注：表中一元二次方程中的X代表單位面積土壤的施肥量，Y代表單位面積小麥產量。*表示在0.05水平上顯著，* *表示在0.01水平上顯著。下表同。

注：表中的平均數值是除去2013—2014年寶林農場南和珥陵（1）試驗地點后計算的平均值。

2.2 不同處理對植株養分吸收的影響

由表9可知，氮、磷、鉀肥影響著小麥對氮、磷、鉀元素的吸收，3種肥料合理配施更能促進小麥對營養元素的吸收。無N（N0P2K2）處理氮素吸收量為51.3 kg/hm2，其余有氮處理氮素吸收量為76.7～110.0 kg/hm2，隨著氮素水平提升，植株吸氮總量增加。小麥對磷、鉀的吸收也存在著類似的趨勢。該地區種植小麥所需的土壤基礎養分N、P2O5、K2O的供應量，即處理N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0的吸氮總量、吸磷總量及吸鉀總量，分別為51.3、26.4、60.6 kg/hm2。

2.3 不同處理對肥料利用率的影響

氮磷鉀肥料的合理配施能明顯提高肥料利用率。在本研究中，不施氮處理的磷、鉀肥利用率極低，相同氮鉀水平（2水平，下同）下，不施磷處理氮肥利用率為22.0%，鉀肥利用率為21.2%;相同氮磷水平，不施鉀處理氮肥利用率為20.1%，磷肥利用率為8.9%，而氮磷鉀配合施用時其利用率均增加，氮、磷、鉀肥利用率分別為30.2%、43.7%和36.0%（表9）。

相同磷鉀施用水平下，隨氮肥用量增加，肥料利用率先升高后降低，施氮水平為1、2、3時，氮肥利用率分別為26.1%、30.2%、20.2%;相同氮鉀施用條件下，施磷水平為1、2、3時，磷肥利用率分別為42.4、43.7、29.5%;相同氮磷施用條件下，施鉀為水平1、2、3時，鉀肥利用率分別為35.1、36.0、24.3%。

3 討論

自全國第2次土壤普查以來，由于缺少全國性田間試驗結果的積累，同時經過30多年來土壤培肥肥料的使用，土壤地力發生了巨大的變化[15-16]。因此，研究不同農業生態區、不同作物種植土壤肥力分級指標及相應的推薦施肥量，將對我國測土配方施肥工作給予很好的補充[16]。針對某局部地區，在特定土壤和作物條件下對施肥推薦量的研究已有報道[17]，而本研究則以土壤地力不同，灌溉條件和耕作制度相對一致的生態類型區域為研究單元，確定最佳經濟施肥量，強化太湖流域小麥施肥的針對性，研究結果對農業生產實踐有一定的指導意義。

氮磷鉀肥料的施用對小麥的產量影響很大，雖然已有大量研究報道了小麥的推薦施肥量，但不同的生態區土壤類型、氣候因子等條件差異導致研究結果間存在差異[18]。由于區域差異較大，各地小麥推薦施肥量也不盡相同，本研究基于改進的“3414”試驗研究了丹陽市小麥在不同土壤肥力水平下的N、P2O5、K2O最佳推薦施肥量，分別為188.1、65.7、104.0 kg/hm2。其中高等地力最佳施肥量N、P2O5、K2O分別為217.5、71.3、108.0 kg/hm2，三者比為1 ∶ 0.33 ∶ 0.50;中等地力最佳施肥量N、P2O5、K2O分別為192.8、67.1、114.6 kg/hm2，三者比為1 ∶ 0.35 ∶ 0.59;低等地力最佳施肥量N、P2O5、K2O分別為136.5、58.0、70.5 kg/hm2，三者比為 1 ∶ 0.42 ∶ 0.52。本研究結果對該地區不同土壤地力條件下小麥生產具有一定的實踐指導意義。

氮磷鉀合理配施往往能提高作物對土壤養分的吸收，從而提高肥料的利用率[19-20]。本研究發現，在一定范圍內，隨施肥量增加小麥產量遞增，當施肥量過量時，小麥的產量和肥料利用率呈下降趨勢，該現象反映了肥料施用的“報酬遞減”規律[21-22]。龍素霞等發現，適宜的氮磷鉀配施能有效調控生育期間土壤的養分供應特性，進而增強植株養分吸收和產量形成的能力[23]。總之，要使作物穩產高產并提高作物養分吸收率，需要重視氮磷鉀肥的科學配施。本研究發現，氮素是影響小麥產量的主要因素，其次為鉀，再次為磷，這與譚和芳等的研究結果[13]一致。馬志超等研究發現，合理地施用鉀肥可以促進冬小麥產量的提高[24]。另外，本研究發現小麥推薦的鉀肥施用量較大，一方面可能與農民傳統施肥習慣有關，另一方面有利于小麥的生長。黨紅凱等通過對小麥生育時期植株進行采樣分析發現，小麥對鉀的吸收和分配特點關系到小麥的生長發育與鉀肥施用技術的選擇[25]。

總之，由于近些年人們耕作和施肥方式的改變，土壤地力及有效養分的不同，作物相對產量水平發生了很大變化[26-27]。雖然可以應用“3414”設計試驗技術建立作物氮、磷、鉀的測土配方施肥指標體系，確定最佳施肥量，但在實際應用中，也需要注意與施肥方法相結合，這將在未來展開研究[28-29]。

4 結論

在不同土壤肥力條件下，與缺素區相比，施用氮、磷、鉀肥料對小麥產量的相對增產效果為N>K>P。該地區土壤基礎養分供應量N、P2O5、K2O分別為51.3、26.4、60.6 kg/hm2。在一定范圍內，隨施肥量增加產量遞增，一旦過量使用，作物產量反而出現下降趨勢，同時肥料利用率呈下降趨勢。在本試驗條件下，氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）施用量分別為1881、65.7、104.0 kg/hm2是丹陽市主栽小麥品種的最佳經濟施肥量，小麥對氮肥、磷肥、鉀肥利用率分別為30.2%、437%、36.0%。

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收稿日期：2019-09-12

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2016YFD0200805）;江蘇省重點研發計劃（編號：BE2019378）;江蘇省農業科技自主創新資金[編號：CX（18）3002]。

作者簡介：鄭網宇（1979—），男，江蘇丹陽人，高級農藝師，主要從事土壤肥力質量研究與推廣工作。E-mail：458987107@qq.com。

通信作者：蔣國龍，副研究員，主要從事農業經濟管理研究。Tel：（025）84390356;E-mail：j.guolong@163.com。