張有利，劉龍聚

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，大慶 163319；2.黑龍江省慶豐農(nóng)場(chǎng)）

分區(qū)推薦施肥法是適合我國(guó)國(guó)情的一種切實(shí)可行的方法。該法是解決不同地區(qū)、不同作物、不同產(chǎn)量的施肥量和配比問題，是普及推薦施肥技術(shù)、培肥地力、提高肥料利用率和增加產(chǎn)量的一條有效途徑，是發(fā)展專用肥生產(chǎn)的重要依據(jù)[1-2]。結(jié)合我國(guó)農(nóng)業(yè)部測(cè)土配方項(xiàng)目，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，討論八五八農(nóng)場(chǎng)基于土壤豐缺指標(biāo)體系下的精準(zhǔn)養(yǎng)分分區(qū)，即通過在不同土壤肥力分區(qū)內(nèi)進(jìn)行“3414”試驗(yàn)來確定最優(yōu)的施肥量，對(duì)堿解氮、有效磷、速效鉀元素進(jìn)行推薦施肥管理，即通過大間距的土壤樣品采集獲得區(qū)域內(nèi)養(yǎng)分的空間分布規(guī)律，劃分肥力分區(qū)，制定肥料配方，為以后通過柵格化采樣和指導(dǎo)農(nóng)場(chǎng)農(nóng)戶的科學(xué)施肥，探索從測(cè)土到定量施肥的途徑和方式[3-4]。

1 研究地區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于黑龍江虎林市東南部的八五八農(nóng)場(chǎng)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)133°02′～133°30′，北緯45°30′～45°55′，全場(chǎng)總面積1 160.5×104hm2，農(nóng)場(chǎng)現(xiàn)有耕地695.4×104hm2，屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)性氣候，四季氣候變化明顯且極易產(chǎn)生地方性小氣候。農(nóng)場(chǎng)年平均氣溫3.7 ℃，年平均大于10 ℃的積溫為2 692.1 ℃，最高年份積溫為3 019.0 ℃，最低年份積溫為2 226.4 ℃；歷年平均降水量549.4 mm，最大降水量765.8 mm，最小降水量為297.2 mm，年日照總時(shí)數(shù)為2 230.3 h，最多2 621.8 h，最少2 086.6 h，多年平均5月至9月日照時(shí)數(shù)為1 013.1 h，最多為1 246.9 h，最少為806.5 h；因受季風(fēng)的影響，風(fēng)速具有季節(jié)性變化的特點(diǎn)，春季季節(jié)性風(fēng)較多且風(fēng)速達(dá)4 m·s-1，全年以偏南風(fēng)為主，次為偏西風(fēng)或西南風(fēng)，每年10月至次年3月主要盛行偏西風(fēng)，4月至9月主要盛行偏南風(fēng)。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

八五八農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)采取的是“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)?！?414”是指氮、磷、鉀3 個(gè)因素、每個(gè)因素4 個(gè)水平、共計(jì)14 個(gè)處理。4 個(gè)水平的含義：0 水平指不施肥，2 水平指當(dāng)?shù)赝扑]施肥量，1 水平=2 水平×0.5，3水平=2 水平×1.5（該水平為過量施肥水平）。

試驗(yàn)水稻品種為墾鑒稻6 號(hào)，“3414”試驗(yàn)2 水平，N 為73.5 kg·hm-2，P2O5為36.0 kg·hm-2，K2O 為55.5 kg·hm-2。

2.2 數(shù)據(jù)分析

2006年秋季八五八農(nóng)場(chǎng)在全場(chǎng)各地塊采集了3 120 個(gè)樣點(diǎn)，并用GPS 記錄下采樣位置。所有樣點(diǎn)均測(cè)試了土壤堿解氮、有效磷、速效鉀項(xiàng)目。根據(jù)土壤測(cè)試數(shù)據(jù)，采用空間插值方法進(jìn)行分析，得到各養(yǎng)分的空間分布圖。

為了便于農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行有針對(duì)性的施肥，不僅需要知道各地塊養(yǎng)分狀況的好壞，還需要了解各地塊具體缺少什么土壤養(yǎng)分，因此利用堿解氮、有效磷、速效鉀3 項(xiàng)指標(biāo)對(duì)各地塊養(yǎng)分進(jìn)行動(dòng)態(tài)聚類分析。

表1 土壤肥力分值轉(zhuǎn)換公式Table 1 Transformation formula of soil fertility value

聚類分析中通常都需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使各指標(biāo)具有相同的量綱級(jí)。常用的方法是根據(jù)各指標(biāo)的概率分布，將他們都轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的形態(tài)。經(jīng)轉(zhuǎn)換后，養(yǎng)分含量高的轉(zhuǎn)換分值高，養(yǎng)分含量低的轉(zhuǎn)換分值低。但每項(xiàng)指標(biāo)的取值都在0～100 之間（表1）。

表2 八五八農(nóng)場(chǎng)不同施肥區(qū)土壤主要屬性Table 2 Soil attributes of different fertilization area in 858 farm

聚類后，類別1 所占比例最高，在農(nóng)場(chǎng)各地均有分布，堿解氮和速效鉀含量最高，僅有效磷稍低，是養(yǎng)分狀況較好的耕地；類別2 在農(nóng)場(chǎng)所占比例較小，以農(nóng)場(chǎng)中部分布最多，其他各處也有零散分布，其有效磷和速效鉀含量最低，堿解氮含量也較低，是養(yǎng)分狀況最差的耕地；類別3 所占比例較高，在農(nóng)場(chǎng)各處均有分布，其速效鉀含量較低，堿解氮和有效磷含量較高；類別4 是比例最小的類別，在農(nóng)場(chǎng)分布也較為分散，以中部最多，其有效磷含量最高，速效鉀含量也較高，但堿解氮含量較低。

根據(jù)對(duì)八五八農(nóng)場(chǎng)的堿解氮、有效磷、速效鉀的分區(qū)研究，分別在農(nóng)場(chǎng)的第五管理區(qū)第十四作業(yè)站、第十管理區(qū)第十作業(yè)站、農(nóng)場(chǎng)科技園區(qū)、第十管理區(qū)第十九作業(yè)站，設(shè)計(jì)實(shí)施“3414”試驗(yàn)，品種選擇試驗(yàn)小區(qū)均為30 m2，應(yīng)用試驗(yàn)區(qū)的研究成果進(jìn)行推薦施肥的示范推廣。

3 結(jié)果與分析

柳金來等[5]研究發(fā)現(xiàn)，隨施鉀量的增加單位面積穗數(shù)也增加，鉀肥用量顯著的促進(jìn)稻穗的形成，每穗粒數(shù)在施鉀量76.5 kg·hm-2范圍內(nèi)，隨著施鉀量的增加每穗粒數(shù)依次增加，高于76.5 kg·hm-2處理則表現(xiàn)下降，千粒重與施鉀量呈負(fù)增長(zhǎng)關(guān)系。在東北地區(qū)，高氮集中施肥在生育前期時(shí)，施鉀抗病性提高不顯著；氮肥用量適當(dāng)時(shí)，施鉀可提高水稻抗病能力，增加水稻結(jié)實(shí)率、千粒重和產(chǎn)量[6-8]。

在農(nóng)場(chǎng)高氮高鉀區(qū)（類別1），鉀肥的肥料效應(yīng)函數(shù)為y=-0.194 8x2+18.227 1x+6 970.1（R2=0.590 9）對(duì)其求導(dǎo)得到最佳施K2O 量為46.78 kg·hm-2，這時(shí)的最高產(chǎn)量達(dá)到7 396.47 kg·hm-2。低氮低鉀區(qū)（類別2），鉀肥的肥料效應(yīng)函數(shù)為y=-0.278 1x2+56.905x+7 071.4（R2=0.995 8），對(duì)其求導(dǎo)得到最佳施K2O 量為102.3 kg·hm-2，這時(shí)的最高產(chǎn)量達(dá)到9 982.384 kg·hm-2。高氮低鉀區(qū)（類別3），鉀肥的肥料效應(yīng)函數(shù)為y=-0.275 1x2+33.841x+6 420.8（R2=0.853 3），對(duì)其求導(dǎo)得到最佳施K2O 量為61.51 kg·hm-2，這時(shí)的最高產(chǎn)量達(dá)到7 461.53 kg·hm-2。低氮高鉀區(qū)（類別4），鉀肥的肥料效應(yīng)函數(shù)為y=-0.398 8x2+41.608x+7 637.6（R2=0.991 3），對(duì)其求導(dǎo)得到最佳施K2O 量為52.2 kg·hm-2，這時(shí)的最高產(chǎn)量達(dá)到8 722.8 kg·hm-2（如圖1）。

圖1 農(nóng)場(chǎng)耕地不同地力“3414”試驗(yàn)鉀肥效應(yīng)函數(shù)Fig.1 Potash fertilizer function of 3414 experiment of different soil fertility in farm land

由試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可知：隨著鉀肥用量由低逐漸增高時(shí)，水稻產(chǎn)量隨之增加相應(yīng)的提高，但當(dāng)鉀肥用量達(dá)到一定水平時(shí)，即使再增加鉀肥用量，水稻產(chǎn)量則出現(xiàn)減少的趨勢(shì)，即在合理設(shè)計(jì)2 水平的“3414”的試驗(yàn)中，肥料效應(yīng)函數(shù)出現(xiàn)明顯的拋物線趨勢(shì)。

4 結(jié)論

應(yīng)用3S 技術(shù)與土壤室內(nèi)化驗(yàn)方法，將八五八農(nóng)場(chǎng)11 個(gè)管理區(qū)23 個(gè)作業(yè)站作為研究區(qū)域，運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和GPS、GIS 技術(shù)，采用土壤養(yǎng)分分區(qū)的研究方法，對(duì)土壤養(yǎng)分的空間變異特征和規(guī)律進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上將農(nóng)場(chǎng)的土壤對(duì)氮磷鉀的需求進(jìn)行了劃分，共得到4 個(gè)類型區(qū)，然后對(duì)這4 個(gè)區(qū)域進(jìn)行了“3414”田間試驗(yàn)，并求得各自的施肥指標(biāo)體系，研究獲得了以下結(jié)論。

（1）通過“3414”試驗(yàn)研究了最高產(chǎn)量下水稻的鉀肥的用量，根據(jù)土壤有效養(yǎng)分含量提出各肥力區(qū)的推薦施肥量?；诜柿闲?yīng)函數(shù)方法，確定K2O 推薦施用為：低氮低鉀區(qū)，最佳施K2O 量為46.8 kg·hm-2。高氮低鉀區(qū)，最佳施K2O 量為102.3 kg·hm-2，高氮高鉀區(qū)，最佳施K2O 量為61.5 kg·hm-2，低氮高鉀區(qū)，最佳施K2O 量為52.2 kg·hm-2。

（2）該研究在不同土壤養(yǎng)分狀況的區(qū)域內(nèi)，布置了“3414”試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上獲得了各土壤肥力狀況下的施肥指標(biāo)體系，由于受外界的影響，一年的數(shù)據(jù)難以具有代表性，因此要根據(jù)實(shí)際情況和后續(xù)的試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。測(cè)土推薦施肥技術(shù)的推廣，根據(jù)施肥分區(qū)圖， 進(jìn)而提出相應(yīng)的區(qū)域施肥推薦方案，指導(dǎo)農(nóng)民合理施肥，轉(zhuǎn)變了常規(guī)的施肥方法，做到因缺補(bǔ)缺的理念，提高了水稻產(chǎn)量。根據(jù)區(qū)域施肥方案，提高肥料利用率和減少肥料用量，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，培肥地力，節(jié)省生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)區(qū)域配方施肥和肥料的集約利用，從而減輕了環(huán)境污染為生態(tài)環(huán)保和社會(huì)效益作出了貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要的作用。

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