褚清河，潘根興，史海平

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟(jì)研究所，山西 太原 030006；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境研究所，江蘇 南京 210095；3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所，山西 忻州 034000）

施肥技術(shù)研究起始于德國著名化學(xué)家李比希提出最小因子律[1-3]以后，它的提出對施肥量與作物產(chǎn)量函數(shù)關(guān)系及氮、磷、鉀單施的定量研究起了重要的指導(dǎo)作用，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展產(chǎn)生了劃時(shí)代的影響。但由于最小因子理論并非指導(dǎo)作物高產(chǎn)的施肥理論，因此，施肥技術(shù)由氮、磷、鉀單施走向氮、磷、鉀配合施用遇到的理論問題是至今最小因子理論無法解釋的[4-5]。如氮、磷、鉀配合施用是否氮、磷、鉀均為最小因子，氮、磷或氮、磷、鉀配合施用是否存在一個(gè)最佳施肥比例，同一作物不同地塊或同一地塊種植不同作物是一個(gè)施肥比例還是幾個(gè)施肥比例。事實(shí)上，最小因子律是養(yǎng)分歸還學(xué)說的一個(gè)具體內(nèi)容，它是在不同地塊施同等量有機(jī)肥后產(chǎn)量不同作出的推論。它在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實(shí)質(zhì)性的指導(dǎo)意義就是恢復(fù)輪作開始的肥力和大田產(chǎn)量，指導(dǎo)農(nóng)民花費(fèi)最小的勞力和財(cái)力維持土地的肥力和自然產(chǎn)量。李比希在農(nóng)耕的自然規(guī)律中作了明確的論述，土壤地力恢復(fù)的最根本在于用施肥的辦法給土壤補(bǔ)償那些含量最小而相對消耗量很大的營養(yǎng)物質(zhì)。

最小因子律是德國著名化學(xué)家李比希1843年在《化學(xué)在農(nóng)業(yè)和生理學(xué)上的應(yīng)用》第3版中提出的，其核心內(nèi)容是:“田間作物產(chǎn)量的增減和廄肥中所供給的礦質(zhì)養(yǎng)分成比例，當(dāng)一種必須的養(yǎng)分短缺或不足時(shí)，其他養(yǎng)分雖多，作物也不能生長”。20 a后，作者對該定義進(jìn)行了修正（第7版）:“每塊田，有一個(gè)或幾個(gè)營養(yǎng)物質(zhì)的含量是最低量，而有一個(gè)或另外一些營養(yǎng)物質(zhì)的含量是最大量的，作物產(chǎn)量與這些最低量的營養(yǎng)物質(zhì)呈緊密的相關(guān)關(guān)系。這些營養(yǎng)物質(zhì)就是石灰、鉀、磷酸、鎂或者其他營養(yǎng)物質(zhì)，處在最低量的營養(yǎng)物質(zhì)支配產(chǎn)量并決定其高產(chǎn)和持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)[6]”。顯然，李比希最小因子律修正前后具有較大的差異。首先，修正后的最小因子不再是一個(gè)，而是一個(gè)或一些，其次對最小的描述也不再是缺乏和不足，而是最大量條件下的最低量，但在缺乏和不足的情況下，最小因子律并不成立。然而，修正后最小因子律中“隱含了土壤養(yǎng)分供應(yīng)類型與施肥配比的平衡施肥概念”，對此進(jìn)行深入研究有助于解釋氮、磷、鉀配合施用的理論和技術(shù)問題，為此，針對土壤養(yǎng)分缺乏與最大量條件下的最小因子效應(yīng)和配施效應(yīng)問題，我們在小麥、玉米的氮、磷單施與配施試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，2010年在山西西北部的丘陵山區(qū)旱地谷子上又進(jìn)行了試驗(yàn)。

1 材料和方法

1.1 供試土壤與取樣

玉米試驗(yàn)于1995，1996年分別在忻州和長治進(jìn)行；小麥試驗(yàn)于2003年分別在婁煩和忻州進(jìn)行；谷子肥料試驗(yàn)于2010年在婁煩縣米峪鎮(zhèn)鄉(xiāng)進(jìn)行。供試土類均為褐土性土。

試驗(yàn)前采取0～20 cm表層土壤混合樣品，土壤風(fēng)干處理后進(jìn)行基本養(yǎng)分性質(zhì)測定。

1.2 供試作物及品種

供試作物為玉米、小麥和谷子。

供試玉米品種為農(nóng)大60，4月20日播種，9月25日收獲；供試小麥品種為晉春13號(hào)，播種量 263 kg/hm2，3月 24日播種，7月 10日收獲；供試谷子品種為晉谷26號(hào)，生育期100～114 d，5月15日播種，10月5日收獲。

1.3 供試材料

小麥、谷子試驗(yàn)氮肥選用尿素（N 46%），玉米試驗(yàn)氮肥選用硝銨（N 34%），磷肥均為普通過磷酸鈣（P2O514%），鉀肥為氯化鉀（K2O60%）。

1.4 試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分含量及試驗(yàn)方案

1.4.1 試驗(yàn)地土壤化驗(yàn)結(jié)果 婁煩小麥試驗(yàn)田:有機(jī)質(zhì)（重鉻酸鉀容量法）11.0 g/kg，堿解氮（堿解擴(kuò)散法）22.93 mg/kg，有效磷（碳酸氫鈉浸提法-鉬藍(lán)法）3.59 mg/kg，有效鉀（醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)法）95 mg/kg；婁煩谷子試驗(yàn)田:有機(jī)質(zhì)8.21 g/kg，堿解氮 54.9 mg/kg，有效磷 2.58 mg/kg，有效鉀133.0 mg/kg；忻州小麥試驗(yàn)田:有機(jī)質(zhì)16.1 g/kg，堿解氮 43.4 mg/kg，有效磷 24.3 mg/kg，有效鉀145.0 mg/kg；忻州1995年玉米試驗(yàn)田:有機(jī)質(zhì)14.2 g/kg，堿解氮57.9 mg/kg，有效磷1.0 mg/kg，有效鉀108.0 mg/kg；長治1996年玉米試驗(yàn)田:有機(jī)質(zhì)19.6 g/kg，堿解氮30.3 mg/kg，有效磷8.7 mg/kg，有效鉀133.0 mg/kg。

1.4.2 試驗(yàn)方案 婁煩小麥試驗(yàn)設(shè)8個(gè)處理，處理 1.空白對照；處理 2.N0P120；處理 3.N120P0；處理4.N60P60；處理5.N180P180；處理6.N120P120；處理7.N120P80；處理8.N120P180。婁煩谷子試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理，處理1.空白對照；處理2.N60P0K60；處理3.N0P90K60；處理 4.N120P0K120；處理 5.N0P180K120；處理6.N60P90K60；處理 7.N120P180K120；處理 8.N180P270K180；處理9.N240P360K240。忻州小麥田間試驗(yàn)設(shè)9個(gè)處理，處理 1.空白對照；處理 2.N99P0；處理 3.N0P66；處理 4.N99P66；處理 5.N99P99；處理 6.N198P132；處理7.N199.5P199.5；處理 8.N198P297；處理 9.N297P198。1995 年忻州和1996年長治玉米試驗(yàn)均為13個(gè)處理，其中忻州為:處理1.空白對照；處理2.N90P0；處理3.N0P90；處理 4.N30P30；處理 5.N60P60；處理 6.N90P45；處理 7.N90P60；處理 8.N90P90；處理 9.N90P135；處理 10.N135P90；處理 11.N120P120；處理 12.N90P180；處理 13.N150P150；長治為:處理 1.空白對照；處理 2.N0P75；處理 3.N0P112.5；處理 4.N112.5P75；處理 5.N112.5P112.5；處理 6.N112.5P168.8；處理 7.N75P0；處理 8.N150P112.5；處理9.N225P150；處理 10.N75P50；處理 11.N300P200；處理 12.N112.5P0；處理 13.N112.5P337.5。N，P，K 后數(shù)字分別為每公頃施用的純N，P2O5，K2O的數(shù)量，單位為kg。試驗(yàn)小區(qū)面積為33.34 m2，隨機(jī)排列，3次重復(fù)。所有處理氮磷鉀肥料實(shí)行播種前一次施用，中耕管理同農(nóng)民常規(guī)方法。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

各試驗(yàn)小區(qū)均單采單收，記載產(chǎn)量。數(shù)據(jù)處理用Microsoft Excel 2000進(jìn)行，統(tǒng)計(jì)與顯著性檢測在SPSS11.0軟件上進(jìn)行。進(jìn)行F檢驗(yàn)，新復(fù)極差檢驗(yàn)處理間顯著性設(shè)P＜0.05和P＜0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 平衡與不平衡土壤養(yǎng)分類型下的最小因子效應(yīng)

土壤在種植作物后，按《化學(xué)在農(nóng)業(yè)和生理學(xué)上的應(yīng)用》第3版中的定義，土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分中必然有一個(gè)為最小因子，而且增施最小因子以外的其他因素并不能提高產(chǎn)量，但大田作物試驗(yàn)結(jié)果并非如此。小麥、谷子和玉米氮、磷單施與氮、磷、鉀配合施用的產(chǎn)量試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。對表1中不同試驗(yàn)點(diǎn)處理的產(chǎn)量結(jié)果進(jìn)行方差分析，婁煩小麥試驗(yàn)F=40.26**（F0.01=4.28），谷子試驗(yàn) F值為 132.9**，忻州小麥試驗(yàn) F=6.3**（F0.01=3.89），忻州玉米試驗(yàn) F 值為 6.642**，長治玉米試驗(yàn)F值為4.577**（F0.01=3.03），均達(dá)到極顯著差異水平。土壤養(yǎng)分化驗(yàn)結(jié)果表明，婁煩土壤種植小麥與忻州土壤種植玉米，土壤養(yǎng)分供應(yīng)就氮、磷而言均屬平衡土壤養(yǎng)分供應(yīng)類型[7]；按土壤養(yǎng)分豐缺標(biāo)準(zhǔn)對婁煩和忻州試驗(yàn)田土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分含量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，土壤鉀為最大量營養(yǎng)物質(zhì)，氮、磷均為最小因子，劃分結(jié)果與李比?！痘瘜W(xué)在農(nóng)業(yè)和生理學(xué)上的應(yīng)用》第3版中把最小因子定義為一個(gè)的結(jié)論顯然不相符合，小麥、玉米氮、磷單施的試驗(yàn)結(jié)果也不支持最小因子僅為一個(gè)的結(jié)論。試驗(yàn)結(jié)果表明，小麥、玉米田間試驗(yàn)無論單施氮、還是單施磷，均較對照顯著增產(chǎn)。

由表1可知，2003年婁煩小麥氮、磷單施產(chǎn)量分別為4966.7，4433.3 kg/hm2，分別較對照增產(chǎn)33.6%和19.3%；1995年忻州玉米氮、磷單施產(chǎn)量分別為6260，6973 kg/hm2，分別較對照增加9.8%和22.3%。小麥、玉米產(chǎn)量均以氮、磷（P2O5）1∶1配合施用的處理6和處理8最高，產(chǎn)量分別為5666.7，7391 kg/hm2，顯著高于氮、磷單施的產(chǎn)量結(jié)果。分析表明，李比?！痘瘜W(xué)在農(nóng)業(yè)和生理學(xué)上的應(yīng)用》第3版中把最小因子定義為一個(gè)的結(jié)論并不成立，而修正后的第7版中將最小因子定義為一個(gè)或幾個(gè)無疑是對最小因子理論的完善和重要貢獻(xiàn)。在鉀為最大量營養(yǎng)物質(zhì)，氮、磷均為最小因子的平衡土壤養(yǎng)分類型上，氮磷配合施用產(chǎn)量最高，試驗(yàn)結(jié)果也與修正后最小因子律的表述相一致。但修正后的最小因子律并不適用于忻州和長治試驗(yàn)地養(yǎng)分類型上種植小麥和玉米的情況。

表1 小麥、谷子、玉米不同施肥處理產(chǎn)量結(jié)果 kg/hm2

忻州小麥試驗(yàn)田和長治玉米試驗(yàn)田，堿解氮含量分別為 43.4，30.3 mg/kg，土壤有效磷（P2O5）含量分別為24.3，8.7 mg/kg，土壤有效鉀含量分別為145.0，133.0 mg/kg。按養(yǎng)分豐缺指標(biāo)判斷，土壤磷、鉀含量應(yīng)為最大量的營養(yǎng)物質(zhì)，土壤氮為最低量的營養(yǎng)物質(zhì)，就氮磷而言，土壤氮、磷養(yǎng)分供應(yīng)對于小麥和玉米均為氮低磷高的不平衡供應(yīng)類型[3]。李比希在《化學(xué)在農(nóng)業(yè)和生理學(xué)上的應(yīng)用》第7版中將“其他養(yǎng)分雖多，作物也不能生長”修正為“處在最低量的營養(yǎng)物質(zhì)支配產(chǎn)量并決定其高產(chǎn)和持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)”。按此定義增加土壤中最大含量的營養(yǎng)物質(zhì)自然不可能提高作物產(chǎn)量，但試驗(yàn)結(jié)果并不支持這一結(jié)論。

表1中忻州小麥試驗(yàn)結(jié)果，在氮為最低量營養(yǎng)物質(zhì)的情況下，單施氮較對照顯著增產(chǎn)，小麥產(chǎn)量為2852.5 kg/hm2，較對照增產(chǎn)63.3%，單施磷不具有顯著增產(chǎn)效果；但小麥產(chǎn)量仍以氮、磷配合施用的處理4最高，小麥產(chǎn)量為4097.0kg/hm2，顯著高于單施氮的處理2和單施磷的處理3，分別提高43.6%和100.4%；但長治玉米試驗(yàn)增施土壤為最大量營養(yǎng)物質(zhì)的磷也較對照顯著增產(chǎn)，而且也以氮、磷配合施用的玉米產(chǎn)量最高。玉米單施土壤養(yǎng)分相對較高的磷75，112.5kg/hm2，玉米產(chǎn)量分別為8173，8490 kg/hm2，分別較不施肥對照增加13.3%和17.7%，單施氮75，112.5 kg/hm2，玉米產(chǎn)量分別為8550，8678 kg/hm2，分別較不施肥對照增加18.5%和20.3%，玉米產(chǎn)量以氮磷比1∶0.667配合施用的處理4為最高，玉米產(chǎn)量達(dá)9140 kg/hm2，且單施最低量營養(yǎng)物質(zhì)的氮和單施最大量營養(yǎng)物質(zhì)磷間的增產(chǎn)效果未到達(dá)顯著差異水平。由此可見，作物施肥并非增加最小因子以外的其他營養(yǎng)物質(zhì)不能再提高產(chǎn)量，也并非處于最低量的營養(yǎng)物質(zhì)決定其高產(chǎn)和持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。土壤種植作物，無論平衡土壤養(yǎng)分類型還是不平衡土壤養(yǎng)分類型，產(chǎn)量均以氮、磷配合施用產(chǎn)量最高，且氮磷配合施用的最佳施肥比例截然不同。同時(shí)表明，修正后的最小因子律只有在最低量營養(yǎng)物質(zhì)是趨于0的極限含量，而最大量的營養(yǎng)物質(zhì)是趨于對作物產(chǎn)生毒害時(shí)的養(yǎng)分含量時(shí)才成立。這是因?yàn)樾弥菪←満烷L治玉米試驗(yàn)地雖然磷含量較高，但并未達(dá)到單因子毒害的含量水平，而且單施磷是否具有顯著增產(chǎn)效果，不僅與土壤速效磷含量有關(guān)，而且在很大程度上還取決于當(dāng)年的降水情況，并非單純?nèi)Q于土壤養(yǎng)分。在土壤有效磷含量較高且降水較好的情況下，通常由于土壤供磷狀況改善而單施磷肥的增產(chǎn)效果減小[8]，而干旱也使磷肥的增產(chǎn)效果減小[9]；但氮磷配合施用，除氮磷施肥比例的增產(chǎn)效應(yīng)外，氮、磷肥播前混合后施用顯然增加了磷肥的溶解性。這可從婁煩2010年谷子氮磷肥效試驗(yàn)得到說明。

婁煩縣年平均降水量425.6mm，通常2—7月多年平均降水量為247.6 mm，但2010年降水量僅為137.6 mm，屬嚴(yán)重干旱的年份。婁煩谷子試驗(yàn)地土壤有效磷含量僅2.58 mg/kg，為極度缺乏，應(yīng)為最低量的營養(yǎng)物質(zhì)；堿解氮含量相對較高，為54.9 mg/kg，但在施鉀60 kg/hm2的情況下，施氮60 kg/hm2較對照不施肥顯著增產(chǎn)（表1），谷子產(chǎn)量到達(dá)2253 kg/hm2，較對照增產(chǎn)34%，進(jìn)一步說明并非增加最小因子以外的其他營養(yǎng)物質(zhì)不能再提高產(chǎn)量。而在施鉀60 kg/hm2的情況下，施最低量營養(yǎng)物質(zhì)P2O590 kg/hm2的處理3并未較對照顯著增產(chǎn)，說明施磷肥的增產(chǎn)效果并不完全取決于土壤磷素養(yǎng)分的含量高低，它還與干旱有很大關(guān)系。但氮、磷、鉀以最佳比例配合施用的處理6仍較氮、鉀配合施用的處理2和磷、鉀配合施用的處理3顯著增產(chǎn)，分別增加25.7%和52.7%。說明在土壤磷素養(yǎng)分為最低量，而氮含量相對較高的情況下，也以氮、磷配合施用增產(chǎn)效果較好。氮、磷、鉀配合施用具有很好的增產(chǎn)效果，而單施磷肥未表現(xiàn)出顯著增產(chǎn)效果，除干旱原因外，主要是施鉀降低了氮、磷的施肥效果，這可通過配合施用中用差減法計(jì)算的單施氮、磷的施肥效應(yīng)加以說明。

用差減法計(jì)算的單施P2O590 kg的增產(chǎn)量為579 kg/hm2（處理6減處理2之差），而磷、鉀配合施用（處理3）僅較對照增產(chǎn)175 kg/hm2；同樣用差減法計(jì)算的單施N 60 kg/hm2的增產(chǎn)量為977 kg/hm2（處理6減處理3），而氮、鉀配合施用（處理2）僅較對照增產(chǎn)573 kg/hm2，表明在土壤有效鉀含量等于或大于133 mg/kg的土壤上施鉀，不僅不增產(chǎn)，相反還可能造成減產(chǎn)。分析說明，氮、磷和鉀具有不同的施肥性質(zhì)，氮、磷無論在高含量還是低含量下，要獲得高產(chǎn)都必須施用，而鉀只有在缺乏的情況下施用才具有好的增產(chǎn)效果。這可通過引用黃淮海平原主要作物優(yōu)化施肥和土壤培肥技術(shù)[10]的研究結(jié)果進(jìn)一步說明。

由表2可知，在全部試驗(yàn)地塊中，土壤有效磷含量均在15.3 mg/kg以上，最高達(dá)31.4 mg/kg。綜合玉米對氮、磷養(yǎng)分的需求考慮，多數(shù)土壤供磷相對高于氮或土壤氮、磷供應(yīng)均屬高含量水平，如果把大于15.3 mg/kg以上的磷含量當(dāng)作李比希所說的最大含量的營養(yǎng)物質(zhì)，按此單施磷顯然就不應(yīng)有較好的增產(chǎn)效果，但試驗(yàn)結(jié)果單施磷240 kg/hm2，增產(chǎn)量高者達(dá)5295 kg/hm2，增產(chǎn)量低者僅450 kg/hm2，可見最小因子律所指的最大量應(yīng)是營養(yǎng)物質(zhì)的極限含量，在這種含量情況下該理論才成立。同時(shí)進(jìn)一步說明，鉀和氮、磷具有不同的施肥性質(zhì)，在任何土壤養(yǎng)分情況下，作物高產(chǎn)都必須施用氮、磷肥，鉀則不然。由于時(shí)代的局限性，修正后的最小因子律沒有也不可能考慮氮、磷和鉀具有不同施肥性質(zhì)。

表2 1986年黃淮海平原玉米不同土壤養(yǎng)分類型氮磷肥料試驗(yàn)較對照增產(chǎn)結(jié)果 kg/hm2

2.2 土壤養(yǎng)分最高和最低量下的組合類型與最佳施肥比例

分析表明，氮、磷、鉀養(yǎng)分的最小因子效應(yīng)不僅與土壤養(yǎng)分的含量有關(guān)，而且與肥料的施肥性質(zhì)密切相關(guān)。如鉀在高含量時(shí)增施鉀不具有增產(chǎn)效果，而土壤磷處于高含量時(shí)，雖然在一些情況下單施磷不具有顯著增產(chǎn)效果，但氮、磷配施則較單施氮、磷顯著增產(chǎn)。這就說明李比希修正后的最小因子律，只有在其最大量的營養(yǎng)物質(zhì)是對作物產(chǎn)生毒害的極限含量，而最低量營養(yǎng)物質(zhì)又是趨于0的含量時(shí)才成立。然而這種狀況在實(shí)踐中是很少存在的，更多的情況應(yīng)該是相對較高與缺乏或不足的養(yǎng)分組合形式。因此，最小因子律作為養(yǎng)分歸還學(xué)說的重要內(nèi)容，它并不能作為高產(chǎn)施肥的理論。但李比希最小因子理論隱含的土壤養(yǎng)分存在形式和相應(yīng)施肥比例的概念對建立作物高產(chǎn)施肥理論仍具有重要價(jià)值。土壤養(yǎng)分存在形式就是指平衡與不平衡土壤養(yǎng)分類型。

婁煩種植小麥試驗(yàn)田為鉀含量高與氮、磷含量低的土壤養(yǎng)分類型。從表1可以看出，在等氮量條件下不同氮、磷施肥比例處理的小麥產(chǎn)量具有顯著差異。處理6，7和8的氮肥施用量均為120 kg/hm2，但小麥產(chǎn)量以氮、磷等量施用的處理6經(jīng)濟(jì)高效，處理6的小麥產(chǎn)量顯著高于等氮量條件下施肥比例為1∶0.667的處理7，小麥產(chǎn)量雖與等氮量下施肥比例為1∶1.5的處理8差異不顯著，但處理8較處理6每公頃多施磷肥60 kg，說明1∶1是該試驗(yàn)地養(yǎng)分條件下種植小麥的最佳氮、磷施肥比例。忻州小麥試驗(yàn)田為氮低、磷鉀含量較高的土壤養(yǎng)分類型，該試驗(yàn)田種植小麥的最佳施肥比例與婁煩截然不同。

忻州小麥試驗(yàn)田按鉀與氮、磷施肥性質(zhì)不同的原則考慮，土壤鉀為最大量營養(yǎng)物質(zhì)不需施用，在這一前提下就氮磷而言，土壤養(yǎng)分為氮低、磷高的養(yǎng)分類型，因此，該試驗(yàn)田種植小麥的氮、磷最佳施肥比例為1∶0.667。由表1可知，忻州小麥試驗(yàn)所有處理中，小麥產(chǎn)量以處理4最高，每公頃小麥產(chǎn)量為4097.0 kg，該處理每公頃施純N 99 kg，P2O566 kg，氮、磷施用比例為1∶0.667，小麥產(chǎn)量顯著高于每公頃純N施用量為99 kg和P2O599 kg（氮磷比例為1∶1）的處理5的產(chǎn)量水平，雖與氮、磷比例相等的處理6、處理9以及氮、磷施用比例較其大的處理8的產(chǎn)量水平無顯著差異，但總施肥量卻遠(yuǎn)小于其他3個(gè)處理，可見1∶0.667是土壤鉀為最大量，氮相對磷較低的土壤養(yǎng)分條件下種植小麥較為適宜的氮磷施肥比例。忻州與長治玉米試驗(yàn)田分別為平衡和不平衡土壤養(yǎng)分類型，氮磷最佳施肥比例也同樣為1∶1和1∶0.667，這就清楚地表明，當(dāng)?shù)?、磷同為最低量或磷為最大量而氮為最低量時(shí)，作物高產(chǎn)與否是由二者共同決定的，單施任何一種很難取得高產(chǎn)和持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，而同時(shí)提高二者的供應(yīng)強(qiáng)度，必然存在一個(gè)合理配施比例的問題。由于氮、磷養(yǎng)分含量最低和最高的組合形式不同，氮、磷肥料施用的配比也必然不同。因此，修正后的最小因子律再補(bǔ)充鉀為最大量時(shí)不施鉀，氮、磷任何土壤條件下都需施用的施肥原則，該理論就將成立并應(yīng)用于指導(dǎo)作物高產(chǎn)施肥。

2.3 氮磷最佳施肥比例條件下的最大施肥量變化規(guī)律及其意義

自從1843年李比希提出最小因子律以來，國內(nèi)外學(xué)者就對施肥量與產(chǎn)量的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行過大量的研究。但在所有的研究設(shè)計(jì)中均未考慮施肥比例對產(chǎn)量的影響，試驗(yàn)方法不遵從單一差異原則[11]，因此，所得施肥量與產(chǎn)量函數(shù)關(guān)系圖形無論是指數(shù)還是拋物線的結(jié)論均有失科學(xué)性。

婁煩2003年小麥試驗(yàn)表明，在施肥處理的氮、磷比例差異大的情況下，施肥量與產(chǎn)量就不具有確定的函數(shù)關(guān)系。對等氮用量下的處理3，7，6和8分別以每公頃磷肥用量為橫坐標(biāo)，以每公頃小麥產(chǎn)量為縱坐標(biāo)作圖并進(jìn)行拋物線回歸分析。從圖1可以看出，不同處理的散點(diǎn)呈不規(guī)則分布，拋物線回歸分析復(fù)相關(guān)系數(shù)為R2=0.7621，未到達(dá)顯著水平。但在最佳氮、磷施肥比例條件下，施氮量與小麥產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系。以氮磷比例為1∶1的處理1，4，6和處理5的施氮量為橫坐標(biāo)，以小麥產(chǎn)量為縱坐標(biāo)作圖并進(jìn)行相關(guān)分析（圖 2）。

從圖2可以看出，在氮磷比例為1∶1的情況下，各處理施肥量與小麥產(chǎn)量的交點(diǎn)則規(guī)律性地分布在曲線上，復(fù)相關(guān)系數(shù)為R2=0.9978**，復(fù)相關(guān)檢驗(yàn)達(dá)到極顯著水平，小麥?zhǔn)┑颗c產(chǎn)量的圖形為拋物線圖形，充分說明氮、磷施用比例左右施肥量和小麥產(chǎn)量的函數(shù)關(guān)系[12]。但這并不意味著施肥量與產(chǎn)量的函數(shù)關(guān)系就一定為拋物線關(guān)系，因?yàn)檫@種數(shù)學(xué)分析只能說明方法分析的結(jié)果，并不能從理論上說明其原因，也沒有考慮處理1是在土壤供肥不合理?xiàng)l件下取得的產(chǎn)量，而其他處理則是在合理供肥條件下獲得的產(chǎn)量，二者的產(chǎn)量不具有同一性質(zhì)。施肥量與產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系的理論依據(jù)是報(bào)酬遞減律，而報(bào)酬遞減律是在試驗(yàn)方法沒有考慮施肥比例的情況下得出的結(jié)論，在最佳氮、磷施肥比例條件下邊際產(chǎn)量基本為一常數(shù)[13]。

2010年婁煩谷子試驗(yàn)也表明，在最佳施肥比例條件下，谷子施肥量與產(chǎn)量的曲線圖形為2條相交直線（圖3）[14-15]。從圖3可以看出，谷子施肥量與產(chǎn)量的圖形基本上是由處理6，7，8構(gòu)成的直線與處理8，9構(gòu)成的直線的相交直線圖形。2條相交直線的交點(diǎn)即為谷子的最高產(chǎn)量施肥量。分別對處理6，7，8和處理8，9的施肥量和產(chǎn)量進(jìn)行直線回歸分析，處理6，7，8施氮量與谷子產(chǎn)量的直線方程為 y＝2497＋5.417x，R2＝0.997**，達(dá)到極顯著差異水平；處理8，9施氮量與谷子產(chǎn)量直線方程為y＝3584－0.567x，R2＝1**，求得2條相交直線方程的解為182 kg/hm2，即為谷子最高產(chǎn)量施氮量。同樣對忻州玉米氮磷最佳施肥比例為1∶1的處理4，5，8，11的氮磷施肥總量為橫坐標(biāo)，玉米產(chǎn)量為縱坐標(biāo)作圖，從圖4可以看出，其曲線圖形與谷子相似。處理4，5，8的直線方程為 y＝9.1333x＋5766，R2＝0.996，達(dá)到顯著標(biāo)準(zhǔn)，處理8，11的直線方程為y＝9098－9.4333x，R2＝1，求得2條相交直線方程的解為179.46 kg/hm2，即最高產(chǎn)量的氮、磷施肥量均為89.7 kg/hm2，與試驗(yàn)設(shè)計(jì)的最高產(chǎn)量施肥量完全吻合。分析表明，在最佳施肥比例與最高產(chǎn)量施肥量范圍內(nèi)，谷子、玉米產(chǎn)量均隨施肥量的增加呈線性增加，最大施肥量后呈負(fù)相關(guān)變化，說明施肥量主要是滿足作物苗期的土壤養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度，而施肥比例則是調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分供應(yīng)由不平衡供應(yīng)轉(zhuǎn)化為平衡供應(yīng)或保持土壤原有供肥均衡性的同時(shí)，提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度[16]。

3 結(jié)論與討論

最小因子律至今被廣大學(xué)者認(rèn)為是施肥的經(jīng)典理論，但實(shí)際上它是養(yǎng)分歸還學(xué)說的一個(gè)具體內(nèi)容，并非高產(chǎn)施肥理論。李比希在《化學(xué)在農(nóng)業(yè)和生理學(xué)上的應(yīng)用》一書的第2部分“農(nóng)耕的自然規(guī)律”中，首先提出了養(yǎng)分補(bǔ)償學(xué)說，其目的就是要恢復(fù)被大田作物耗損了的地力和輪作周期初的大田作物產(chǎn)量。但是否需要?dú)w還作物帶走的全部營養(yǎng)元素，李比希認(rèn)為，“土壤地力的恢復(fù)最根本的在于用施肥的方法給土壤補(bǔ)償那些含量最小而相對消耗量又很大的營養(yǎng)物質(zhì)”，據(jù)此提出了最小因子律。顯然最小因子律恢復(fù)耗損了的大田作物產(chǎn)量，不僅與要獲得地力潛在最高產(chǎn)量的高產(chǎn)施肥不具有同樣的目的意義，而且修正前后的最小因子律在所述條件下并不成立，至少可以說不完善或不具有普遍意義，也不能對國內(nèi)外氮、磷、鉀肥料由單施走向氮、磷或氮、磷、鉀配合施用從理論上給以科學(xué)解釋。

由于時(shí)代的局限性，李比希最小因子律把肥料的單施效應(yīng)完全歸功于土壤最小因子，沒有也不可能考慮氮、磷、鉀施肥性質(zhì)不同導(dǎo)致的不同施肥效果，也沒有把施肥比例與施肥量看作同樣重要的施肥要素。研究表明，土壤氮、磷養(yǎng)分無論是處于最低量、還是處于最大量（除達(dá)到毒害劑量），多數(shù)情況下單施任一因子的肥料均具有增產(chǎn)效果，相反有時(shí)單施相對最小的養(yǎng)分因子則不具顯著增產(chǎn)效果，但任何土壤養(yǎng)分條件下，氮、磷均以配合施用作物產(chǎn)量最高；而鉀肥只有在土壤有效鉀含量較低時(shí)才具有增產(chǎn)效果，土壤有效鉀含量大于130 mg/kg，無論是單施還是與氮、磷配合施用均不具有較好的增產(chǎn)效果，相反還會(huì)降低氮、磷肥效。因此，修正后的最小因子律只有在補(bǔ)充鉀為最大量時(shí)不施，氮、磷任何土壤養(yǎng)分條件下都需施用的施肥原則，修正后的最小因子律才將成立并應(yīng)用于指導(dǎo)作物高產(chǎn)施肥。

李比希最小因子律對于施肥技術(shù)研究仍然具有重要的理論價(jià)值和意義，就在于它“隱含了土壤養(yǎng)分供應(yīng)類型與施肥配比的平衡施肥概念”。研究表明，在土壤鉀為最大量，氮、磷為最低量的情況下，氮、磷以1∶1配合施用小麥產(chǎn)量最高；而在鉀和磷為最大量，氮為最低量的情況下，由于土壤有效鉀含量大于130 mg/kg，施鉀不具有增產(chǎn)效果，而氮、磷以1∶0.667配合施用小麥產(chǎn)量最高，較氮、磷單施分別增產(chǎn)43.6%和100.4%，玉米與小麥具有同樣的規(guī)律，說明土壤種植作物存在土壤養(yǎng)分組合類型和最佳施肥比例。在最佳施肥比例條件下，小麥、玉米產(chǎn)量隨施肥量的增加呈線性增加，超過臨界施肥量，這種關(guān)系演變?yōu)樨?fù)直線相關(guān)關(guān)系。從中可以得出，施肥量主要是滿足作物苗期的土壤養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度，而施肥比例則是調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分供應(yīng)由不平衡供應(yīng)轉(zhuǎn)化為平衡供應(yīng)或在保持土壤原有供肥均衡性的同時(shí)，提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度。

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