府谷縣測土配方施肥玉米 馬鈴薯和糜子 “3414”肥料效應研究

趙慧淵，黨科，馮佰利*

（1.西北農林科技大學農學院/旱區作物逆境生物學國家重點實驗室，陜西 楊凌 712100；2.府谷縣農業技術推廣服務中心，陜西 府谷 719499）

不合理施肥不僅造成農業生產成本增加，還造成肥料浪費和面源污染[1]。隨著施肥量的增大，作物產量趨于穩定水平甚至下降，表明產量并非與施肥量呈正比[2，3]。面對人增地減、肥料施用量大但利用率低等矛盾，尋求各區域不同作物合理的施肥水平對農業生產可持續發展具有重要意義。

測土配方施肥是中華人民共和國原農業部2005年起在全國范圍內推廣的一項重點技術[4]，旨在通過土壤養分測試和肥料田間試驗，根據作物需肥規律、土壤供肥性能和肥料效應，提出氮磷鉀及中量微量元素等肥料的施用品種、數量、時期和方法[5]，提高肥料利用率，減少化肥用量，從而解決我國化肥施用過程中長期存在的肥料利用率較低、肥料投入總成本過高、土壤酸化板結和水體富營養化等問題[6，7]。田間試驗是測土配方施肥的基礎，既是獲得各種作物最佳施肥量、施肥比例、施肥時期、施肥方法的首要途徑，也是篩選土壤養分測試方法、建立測土配方施肥指標體系的基本環節[8，9]。通過田間試驗，可以掌握不同作物較優的施肥數量、基追肥分配比例以及肥料種類、施肥時期和施肥方法，確定土壤養分校正系數、土壤供肥能力、不同作物養分吸收量和肥料利用率等基本參數[10～12]。李紅梅等[13]采用土壤養分豐缺指標法對重慶油菜“3414”完全實施試驗數據進行統計分析，建立了重慶油菜施肥指標體系。劉建平等[14]通過田間試驗法和函數模型，明確了冀西北春谷子不同肥力地塊春谷子最高產量施肥量和經濟最佳產量施肥量的范圍。

府谷縣位于長城沿線陜北黃土高原東北部和毛烏素沙漠的南緣，屬溫帶半干旱大陸性季風氣候，主要特點為春多風、夏干旱、秋陰雨、冬嚴寒，降水四季分布不均，生態環境脆弱，自然災害頻發，但光照充足、雨熱同季、晝夜溫差大，適宜多種農作物生長。為減少肥料浪費，提高肥料利用率，降低投入成本，實施測土配方施肥顯得極為重要。“3414”方案設計吸收了回歸最優設計處理少、效率高的優點，是目前應用較為廣泛的肥料效應田間試驗方案。在府谷縣玉米、馬鈴薯、糜子3 個主要作物上開展“3414”肥效試驗，通過田間試驗構建作物施肥模型，旨為府谷縣作物生產中氮磷鉀施肥技術指標體系的建立提供參數。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗作物類型為玉米、馬鈴薯和糜子，品種分別為哲單7 號、紫花白、榆糜2 號，均為當地主栽品種。所施肥料為尿素（N 含量46%）、過磷酸鈣（P2O5含量12%）和硫酸鉀（K2O 含量33%）。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 試驗于2010～2012 年在府谷縣進行。試驗地海拔780.0～1 426.5 m，土壤主要為黃綿土。全縣共布置“3414”試驗點25 個，其中玉米試點5 個、馬鈴薯試點10 個、糜子試點10 個，各試點作物播種前0～20 cm 耕層土壤的養分含量存在一定差異（表1）。

肥料效應田間試驗采用“3414”完全實施設計方案（表2）。各試點因基礎地力水平不同，所采用的氮磷鉀施肥量也不一樣。玉米、馬鈴薯和糜子“3414”肥料效應田間試驗的2 水平施肥量均為當地該作物的最佳施肥量（表3）。玉米5 月上旬播種，行距30 cm，種植密度5.5 萬株/hm2，9 月下旬收獲；馬鈴薯4 月下旬播種，行距70 cm，種植密度4.7 萬株/hm2，10 月初收獲；糜子6 月上旬播種，行距30 cm，種植密度60.0 萬株/hm2，9 月下旬收獲。各作物小區面積均為667 m2，3 次重復。按照作物生長狀況和當地栽培習慣進行澆水、除草等田間管理。

1.2.2 測定項目與方法 采用常規方法[11]測定土壤的主要理化性質指標。其中，有機質含量測定采用油浴加熱-重鉻酸鉀氧化法；堿解氮含量測定采用堿解擴散法；速效磷含量測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀含量測定采用乙酸銨浸提-火焰光度法。收獲時單收單打，分區計產。

1.2.3 數據處理

1.2.3.1 數學模型的建立。利用《測土配方施肥數據管理系統軟件》系統工具進行“3414”試驗數據分析。建立施肥數學模型，對回歸方程中的回歸系數進行檢驗，計算最高產量施肥量和最佳經濟產量施肥量[15]。

表1 “3414”試驗地點分布及其土壤基本養分狀況Table 1 Distribution of ‘3414’ fertilizer experiment sites and soil basic nutrient characteristics

表2 “3414”試驗完全實施方案的施肥水平Table 2 Fertilizer levels of complete implementation plan of ‘3414’ fertilizer experiment

1.2.3.2 氮磷鉀推薦施肥量的確定。根據作物目標產量，確定各肥料的施用量（作物目標產量×每100 kg經濟產量的養分吸收量/100）。根據相關研究結果，玉米每100 kg 產量的N、P2O5、K2O 養分吸收量分別為2.20、0.85 和 2.40 kg；馬鈴薯每 100 kg 產量的 N、P2O5、K2O 養分吸收量分別約為0.55、0.20 和1.06 kg；糜子每100 kg 產量的N、P2O5、K2O 養分吸收量分別約為 2.40、1.20 和 1.85 kg。

氮肥管理遵循總量控制、分期調控原則。

磷鉀肥施用量根據磷鉀養分恒量監控施肥原理確定。基本思路是根據土壤有效磷和速效鉀測試結果及養分豐缺指標進行分級，當土壤有效磷、速效鉀含量為較低和極低水平時，磷、鉀肥管理的目標是通過增施磷、鉀肥提高作物產量和培肥地力，磷、鉀肥用量分別為作物帶走量的1.3～2.0 倍；當土壤有效磷、速效鉀含量為中等水平時，磷、鉀肥管理的目標是維持現有土壤有效磷、速效鉀水平，磷、鉀肥用量為作物帶走量；當土壤有效磷、速效鉀含量為較高和極高水平時，磷、鉀肥用量為作物帶走量的50%～80%或完全不施，目的是減少大量施用肥料造成的經濟浪費和農業環境污染。

表3 “3414”試驗全素處理2 水平的施肥量Table 3 Fertilizer amount of all elements treatment 2 of ‘3414’ fertilizer experiment （kg/hm2）

1.2.3.3 數據統計分析。利用Excel 軟件進行數據分析和表格繪制。

2 結果與分析

2.1 “3414”試驗的作物產量

不同施肥處理的玉米、馬鈴薯和糜子產量分別為4 500～9 675、3 945～24 600 和 1 965～4 815 kg/hm2，均差異較大（表4～6）。與不施肥處理相比，各試點施肥處理的糜子產量均有所提高，但部分施肥處理的玉米和馬鈴薯產量有所降低。

2.2 “3414”試驗作物產量與各肥料施用量的關系分析

利用三元二次肥料效應模型，對不同施肥處理的作物平均產量 （Y） 與 N （X1）、P2O5（X2）、K2O （X3）施肥量進行擬合，得到回歸方程。根據回歸方程，計算得到最高產量的N、P2O5、K2O 施肥量；依據當地作物實時價格，計算得到最佳經濟產量的N、P2O5、K2O 施肥量。

2.2.1 玉米“3414”試驗結果回歸分析 根據各試驗點未施肥時的玉米實際產量將試點歸類，其中產量＞5 000 kg/hm2的試點為高產試點，產量＜5 000 kg/hm2的試點為中產試點。

高產試點玉米產量（Y）與施肥量（X）的回歸方程為Y=514.79+15.988X1-0.152X12-10.83X2-1.483X22-46.56X3+7.341 5X32-0.026X1X2-5.239X1X3+12.536X2X3，R2=0.59。依據回歸方程計算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分別為181.5、90.75、34.80 kg/hm2時產量達到最高，為7 870.7 kg/hm2；按照當地玉米實時價格1.90 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分別為 89.7、62.3、32.9 kg/hm2時經濟效益最佳，此時產量為7 685.9 kg/hm2。

中產試點玉米產量（Y）與施肥量（X）的回歸方程為Y=368.37+20.923X1-2.843X12+40.422X2-5.275X22+18.902X3-8.395X32+3.388 4X1X2+3.919 1X1X3-7.137X2X3，R2=0.76。依據回歸方程計算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分別為112.4、90.3、4.7 kg/hm2時產量達到最高，為8 571.6 kg/hm2；按照當地玉米實時價格1.90 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分別為 97.2、83.9、-1.5 kg/hm2時經濟效益最佳，此時產量為8 519.4 kg/hm2。

表4 “3414”試驗的玉米產量Table 4 Maize yield of ‘3414’ fertilizer experiment （kg/hm2）

表5 “3414”試驗的馬鈴薯產量Table 5 Potato yield of ‘3414’ fertilizer experiment （kg/hm2）

表6 “3414”試驗的糜子產量Table 6 Proso millet yield of ‘3414’ fertilizer experiment （kg/hm2）

2.2.2 馬鈴薯“3414”試驗結果回歸分析 根據各試驗點未施肥時的馬鈴薯實際產量將試點歸類，其中，產量＞12000kg/hm2的試點為中產試點，產量＜12 000 kg/hm2的試點為低產試點。

中產試點馬鈴薯產量（Y）與施肥量（X）的回歸方程為Y=826.44+69.508X1-3.314X12-43.09X2+1.508 5X22+76.997X3+2.223 2X32+2.479 7X1X2-9.163X1X3-1.028X2X3，R2=0.58。依據回歸方程計算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分別為135.9、118.8、47.7 kg/hm2時產量達到最高，為16 394.1 kg/hm2；按照當地馬鈴薯實時價格2 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分別為 124.5、160.4、61.5 kg/hm2時經濟效益最佳，此時產量為16 545.9 kg/hm2。

低產試點馬鈴薯產量（Y）與施肥量（X）的回歸方程為Y=845.68+80.416X1-5.442X12-25.59X2+8.361 3X22-R2=0.96。據回歸方程計算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分別為108.5、14.0、42.0 kg/hm2時產量達到最高，為12 216.6 kg/hm2；按照當地馬鈴薯實時價格2 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分別為 103.7、14.4、43.8 kg/hm2時經濟效益最佳，此時產量為12 217.1 kg/hm2。

2.2.3 糜子“3414”試驗結果回歸分析 根據各試驗點未施肥時的糜子實際產量將試點歸類，其中，產量＞2 200 kg/hm2的試點為中產試點，產量＜2 200 kg/hm2的試點為低產試點。

中產試點糜子產量（Y）與施肥量（X）的回歸方程為Y =163.87-0.53X1-0.81X12+29.767X2-0.743X22+23.452X3-23.98X32-0.802X1X2+12.49X1X3-5.854X2X3，R2=0.95。據回歸方程計算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分別為104.0、128.0、25.8 kg/hm2時產量達到最高，為4 631.6 kg/hm2；按照當地糜子實時價格5 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分別為 122.7、100.5、25.5 kg/hm2時經濟效益最佳，此時產量為4 576.2 kg/hm2。

低產試點糜子產量（Y）與施肥量（X）的回歸方程為Y=142.53+10.446X1-0.851X12+9.0616X2-0.405X22+0.36X3-1.198X32-0.17X1X2+0.435 8X1X3-0.134X2X3，R2=0.76。據回歸方程計算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分別為79.2、150.0、8.3 kg/hm2時產量達到最高，為3 232.4 kg/hm2；按照當地糜子實時價格5 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分別為 57.9、98.1、-23.6 kg/hm2時經濟效益最佳，此時產量為3 046.1 kg/hm2。

2.3 氮磷鉀推薦施肥指標的建立

2.3.1 玉米推薦施肥指標 春玉米施肥以基肥為主、追肥為輔。基肥以有機肥為主，一般施優質有機肥22 500 kg/hm2和鋅肥15～30 kg/hm2。氮肥基、追施肥量比例推薦為4:6；磷鉀肥全部作基肥一次性施用。不同土壤肥力和目標產量水平下，玉米氮、磷、鉀肥的推薦施用量不同（表7～9）。

表7 不同目標產量下玉米氮肥（N）的推薦施用量Table 7 Recommended application rate of nitrogen fertilizer of maize under different target yields

表8 不同目標產量下玉米磷肥（P2O）5的推薦施用量Table 8 Recommended application rate of phosphate fertilizer of maize under different target yields

表9 不同目標產量下玉米鉀肥（K2O）的推薦施用量Table 9 Recommended application rate of potash fertilizer of maize under different target yields

2.3.2 馬鈴薯推薦施肥指標 馬鈴薯施肥以基肥為主、追肥為輔。基肥以有機肥為主，一般施優質有機肥15 000 kg/hm2。追肥以現蕾前追施較好。氮肥總量的2/3 作基肥、1/3 作追肥，開花后不再追施氮肥。磷鉀肥全部作基肥一次性施用。不同土壤肥力和目標產量水平下，馬鈴薯氮、磷、鉀肥的推薦施用量不同（表 10～12）。

2.3.3 糜子推薦施肥指標 糜子施肥以基肥為主、追肥為輔。基肥以有機肥為主，一般施優質有機肥75 00 kg/hm2。氮肥總量的2/3 作基肥、1/3 作追肥，分枝期后追施氮肥。磷鉀肥全部作基肥一次性施用。土壤中的鉀素可以滿足糜子生產需求，但考慮到養分總量穩定，每季鉀素補充除有機肥中含有的鉀素外，剩余鉀素由化學肥料一次性作基肥來補充。不同土壤肥力和目標產量水平下，旱地糜子氮、磷、鉀肥的推薦施用量不同（表13～15）。

表10 不同目標產量下馬鈴薯氮肥（N）的推薦施用量Table 10 Recommended application rate of nitrogen fertilizer of potato under different target yields

表11 不同目標產量下馬鈴薯磷肥（P2O5）的推薦施用量Table 11 Recommended application rate of phosphate fertilizer of potato under different target yields

表12 不同目標產量下馬鈴薯鉀肥（K2O）的推薦施用量Table 12 Recommended application rate of potash fertilizer of potato under different target yields

表13 不同目標產量下糜子氮肥（N）的推薦施用量Table 13 Recommended application rate of nitrogen fertilizer of proso millet under different target yields

表14 不同目標產量下糜子磷肥（P2O5）的推薦施用量Table 14 Recommended application rate of phosphate fertilizer of proso millet under different target yields

表15 不同目標產量下糜子鉀肥（K2O）的推薦施用量Table 15 Recommended application rate of potash fertilizer of proso millet under different target yields

3 結論與討論

氮磷鉀肥料配施能夠顯著促進作物生長發育，提高產量[16～18]。通過土壤養分測定和田間試驗，確定氮磷鉀肥的適配比例與施肥方式是合理利用肥料和提高產量的關鍵[19]。本試驗結果表明，與不施肥處理相比，各試點施肥處理的糜子產量均有所提高，但部分施肥處理的玉米和馬鈴薯產量有所降低。施肥過多造成植株對養分過多吸收，地上部營養體徒長，玉米子粒灌漿不充分[20]，馬鈴薯則由于源庫關系不協調導致塊莖干物質積累和分配比例減少[3]，產量降低。因此，針對府谷縣土壤養分狀況以及當地栽培條件確定肥料品種和施肥比例是作物增產增效的關鍵，還可以針對作物生長發育周期實施不同的肥料配方，提高肥料的吸收利用率。

根據土壤養分基本狀況分析，供試土壤地力為低中等水平，氮磷鉀含量均比較匱乏，其中馬鈴薯地塊土壤中磷鉀有效養分豐缺程度基本表現為低或者極低水平。該地力水平下，玉米、馬鈴薯和糜子在N3P2K2、N2P2K3和N3P2K2處理下各試點平均產量最高，分別為7 773、18 546 和3 516 kg/hm2。根據回歸分析建立的數學模型和作物當地時價得出3 種作物在高、中、低產點的最佳效益施肥量，基于作物產量、最佳效益施肥量、土壤養分狀況和函數模型，擬定府谷縣玉米的氮、磷、鉀推薦施肥量分別為150～270、30～120 和120～240 kg/hm2，馬鈴薯的氮、磷、鉀推薦施肥量分別為 45～120、30～75 和 75～180 kg/hm2，糜子的氮、磷、鉀推薦施肥量分別為 75～120、60～120 和 0～45 kg/hm2。其中，氮肥按一定比例作為基肥和追肥分施，但以基肥為主，磷鉀肥一般均作為基肥一次性施入。