趙慧淵，黨科，馮佰利*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院/旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100；2.府谷縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，陜西 府谷 719499）

不合理施肥不僅造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本增加，還造成肥料浪費(fèi)和面源污染[1]。隨著施肥量的增大，作物產(chǎn)量趨于穩(wěn)定水平甚至下降，表明產(chǎn)量并非與施肥量呈正比[2，3]。面對(duì)人增地減、肥料施用量大但利用率低等矛盾，尋求各區(qū)域不同作物合理的施肥水平對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

測(cè)土配方施肥是中華人民共和國(guó)原農(nóng)業(yè)部2005年起在全國(guó)范圍內(nèi)推廣的一項(xiàng)重點(diǎn)技術(shù)[4]，旨在通過(guò)土壤養(yǎng)分測(cè)試和肥料田間試驗(yàn)，根據(jù)作物需肥規(guī)律、土壤供肥性能和肥料效應(yīng)，提出氮磷鉀及中量微量元素等肥料的施用品種、數(shù)量、時(shí)期和方法[5]，提高肥料利用率，減少化肥用量，從而解決我國(guó)化肥施用過(guò)程中長(zhǎng)期存在的肥料利用率較低、肥料投入總成本過(guò)高、土壤酸化板結(jié)和水體富營(yíng)養(yǎng)化等問(wèn)題[6，7]。田間試驗(yàn)是測(cè)土配方施肥的基礎(chǔ)，既是獲得各種作物最佳施肥量、施肥比例、施肥時(shí)期、施肥方法的首要途徑，也是篩選土壤養(yǎng)分測(cè)試方法、建立測(cè)土配方施肥指標(biāo)體系的基本環(huán)節(jié)[8，9]。通過(guò)田間試驗(yàn)，可以掌握不同作物較優(yōu)的施肥數(shù)量、基追肥分配比例以及肥料種類、施肥時(shí)期和施肥方法，確定土壤養(yǎng)分校正系數(shù)、土壤供肥能力、不同作物養(yǎng)分吸收量和肥料利用率等基本參數(shù)[10～12]。李紅梅等[13]采用土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)法對(duì)重慶油菜“3414”完全實(shí)施試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立了重慶油菜施肥指標(biāo)體系。劉建平等[14]通過(guò)田間試驗(yàn)法和函數(shù)模型，明確了冀西北春谷子不同肥力地塊春谷子最高產(chǎn)量施肥量和經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量施肥量的范圍。

府谷縣位于長(zhǎng)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(fēng)氣候，主要特點(diǎn)為春多風(fēng)、夏干旱、秋陰雨、冬嚴(yán)寒，降水四季分布不均，生態(tài)環(huán)境脆弱，自然災(zāi)害頻發(fā)，但光照充足、雨熱同季、晝夜溫差大，適宜多種農(nóng)作物生長(zhǎng)。為減少肥料浪費(fèi)，提高肥料利用率，降低投入成本，實(shí)施測(cè)土配方施肥顯得極為重要。“3414”方案設(shè)計(jì)吸收了回歸最優(yōu)設(shè)計(jì)處理少、效率高的優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用較為廣泛的肥料效應(yīng)田間試驗(yàn)方案。在府谷縣玉米、馬鈴薯、糜子3 個(gè)主要作物上開展“3414”肥效試驗(yàn)，通過(guò)田間試驗(yàn)構(gòu)建作物施肥模型，旨為府谷縣作物生產(chǎn)中氮磷鉀施肥技術(shù)指標(biāo)體系的建立提供參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)作物類型為玉米、馬鈴薯和糜子，品種分別為哲單7 號(hào)、紫花白、榆糜2 號(hào)，均為當(dāng)?shù)刂髟云贩N。所施肥料為尿素（N 含量46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O5含量12%）和硫酸鉀（K2O 含量33%）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2010～2012 年在府谷縣進(jìn)行。試驗(yàn)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(yàn)點(diǎn)25 個(gè)，其中玉米試點(diǎn)5 個(gè)、馬鈴薯試點(diǎn)10 個(gè)、糜子試點(diǎn)10 個(gè)，各試點(diǎn)作物播種前0～20 cm 耕層土壤的養(yǎng)分含量存在一定差異（表1）。

肥料效應(yīng)田間試驗(yàn)采用“3414”完全實(shí)施設(shè)計(jì)方案（表2）。各試點(diǎn)因基礎(chǔ)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(yīng)田間試驗(yàn)的2 水平施肥量均為當(dāng)?shù)卦撟魑锏淖罴咽┓柿浚ū?）。玉米5 月上旬播種，行距30 cm，種植密度5.5 萬(wàn)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(wàn)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(wàn)株/hm2，9 月下旬收獲。各作物小區(qū)面積均為667 m2，3 次重復(fù)。按照作物生長(zhǎng)狀況和當(dāng)?shù)卦耘嗔?xí)慣進(jìn)行澆水、除草等田間管理。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法 采用常規(guī)方法[11]測(cè)定土壤的主要理化性質(zhì)指標(biāo)。其中，有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用油浴加熱-重鉻酸鉀氧化法；堿解氮含量測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法；速效磷含量測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀含量測(cè)定采用乙酸銨浸提-火焰光度法。收獲時(shí)單收單打，分區(qū)計(jì)產(chǎn)。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

1.2.3.1 數(shù)學(xué)模型的建立。利用《測(cè)土配方施肥數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)軟件》系統(tǒng)工具進(jìn)行“3414”試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。建立施肥數(shù)學(xué)模型，對(duì)回歸方程中的回歸系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，計(jì)算最高產(chǎn)量施肥量和最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量施肥量[15]。

表1 “3414”試驗(yàn)地點(diǎn)分布及其土壤基本養(yǎng)分狀況Table 1 Distribution of ‘3414’ fertilizer experiment sites and soil basic nutrient characteristics

表2 “3414”試驗(yàn)完全實(shí)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(jù)作物目標(biāo)產(chǎn)量，確定各肥料的施用量（作物目標(biāo)產(chǎn)量×每100 kg經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的養(yǎng)分吸收量/100）。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果，玉米每100 kg 產(chǎn)量的N、P2O5、K2O 養(yǎng)分吸收量分別為2.20、0.85 和 2.40 kg；馬鈴薯每 100 kg 產(chǎn)量的 N、P2O5、K2O 養(yǎng)分吸收量分別約為0.55、0.20 和1.06 kg；糜子每100 kg 產(chǎn)量的N、P2O5、K2O 養(yǎng)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(diào)控原則。

磷鉀肥施用量根據(jù)磷鉀養(yǎng)分恒量監(jiān)控施肥原理確定?；舅悸肥歉鶕?jù)土壤有效磷和速效鉀測(cè)試結(jié)果及養(yǎng)分豐缺指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)，當(dāng)土壤有效磷、速效鉀含量為較低和極低水平時(shí)，磷、鉀肥管理的目標(biāo)是通過(guò)增施磷、鉀肥提高作物產(chǎn)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(dāng)土壤有效磷、速效鉀含量為中等水平時(shí)，磷、鉀肥管理的目標(biāo)是維持現(xiàn)有土壤有效磷、速效鉀水平，磷、鉀肥用量為作物帶走量；當(dāng)土壤有效磷、速效鉀含量為較高和極高水平時(shí)，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(jīng)濟(jì)浪費(fèi)和農(nóng)業(yè)環(huán)境污染。

表3 “3414”試驗(yàn)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(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。利用Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和表格繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 “3414”試驗(yàn)的作物產(chǎn)量

不同施肥處理的玉米、馬鈴薯和糜子產(chǎn)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(diǎn)施肥處理的糜子產(chǎn)量均有所提高，但部分施肥處理的玉米和馬鈴薯產(chǎn)量有所降低。

2.2 “3414”試驗(yàn)作物產(chǎn)量與各肥料施用量的關(guān)系分析

利用三元二次肥料效應(yīng)模型，對(duì)不同施肥處理的作物平均產(chǎn)量 （Y） 與 N （X1）、P2O5（X2）、K2O （X3）施肥量進(jìn)行擬合，得到回歸方程。根據(jù)回歸方程，計(jì)算得到最高產(chǎn)量的N、P2O5、K2O 施肥量；依據(jù)當(dāng)?shù)刈魑飳?shí)時(shí)價(jià)格，計(jì)算得到最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的N、P2O5、K2O 施肥量。

2.2.1 玉米“3414”試驗(yàn)結(jié)果回歸分析 根據(jù)各試驗(yàn)點(diǎn)未施肥時(shí)的玉米實(shí)際產(chǎn)量將試點(diǎn)歸類，其中產(chǎn)量＞5 000 kg/hm2的試點(diǎn)為高產(chǎn)試點(diǎn)，產(chǎn)量＜5 000 kg/hm2的試點(diǎn)為中產(chǎn)試點(diǎn)。

高產(chǎn)試點(diǎn)玉米產(chǎn)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(jù)回歸方程計(jì)算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分別為181.5、90.75、34.80 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高，為7 870.7 kg/hm2；按照當(dāng)?shù)赜衩讓?shí)時(shí)價(jià)格1.90 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分別為 89.7、62.3、32.9 kg/hm2時(shí)經(jīng)濟(jì)效益最佳，此時(shí)產(chǎn)量為7 685.9 kg/hm2。

中產(chǎn)試點(diǎn)玉米產(chǎn)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(jù)回歸方程計(jì)算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分別為112.4、90.3、4.7 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高，為8 571.6 kg/hm2；按照當(dāng)?shù)赜衩讓?shí)時(shí)價(jià)格1.90 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分別為 97.2、83.9、-1.5 kg/hm2時(shí)經(jīng)濟(jì)效益最佳，此時(shí)產(chǎn)量為8 519.4 kg/hm2。

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

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

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

2.2.2 馬鈴薯“3414”試驗(yàn)結(jié)果回歸分析 根據(jù)各試驗(yàn)點(diǎn)未施肥時(shí)的馬鈴薯實(shí)際產(chǎn)量將試點(diǎn)歸類，其中，產(chǎn)量＞12000kg/hm2的試點(diǎn)為中產(chǎn)試點(diǎn)，產(chǎn)量＜12 000 kg/hm2的試點(diǎn)為低產(chǎn)試點(diǎn)。

中產(chǎn)試點(diǎn)馬鈴薯產(chǎn)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(jù)回歸方程計(jì)算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分別為135.9、118.8、47.7 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高，為16 394.1 kg/hm2；按照當(dāng)?shù)伛R鈴薯實(shí)時(shí)價(jià)格2 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分別為 124.5、160.4、61.5 kg/hm2時(shí)經(jīng)濟(jì)效益最佳，此時(shí)產(chǎn)量為16 545.9 kg/hm2。

低產(chǎn)試點(diǎn)馬鈴薯產(chǎn)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(jù)回歸方程計(jì)算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分別為108.5、14.0、42.0 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高，為12 216.6 kg/hm2；按照當(dāng)?shù)伛R鈴薯實(shí)時(shí)價(jià)格2 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分別為 103.7、14.4、43.8 kg/hm2時(shí)經(jīng)濟(jì)效益最佳，此時(shí)產(chǎn)量為12 217.1 kg/hm2。

2.2.3 糜子“3414”試驗(yàn)結(jié)果回歸分析 根據(jù)各試驗(yàn)點(diǎn)未施肥時(shí)的糜子實(shí)際產(chǎn)量將試點(diǎn)歸類，其中，產(chǎn)量＞2 200 kg/hm2的試點(diǎn)為中產(chǎn)試點(diǎn)，產(chǎn)量＜2 200 kg/hm2的試點(diǎn)為低產(chǎn)試點(diǎn)。

中產(chǎn)試點(diǎn)糜子產(chǎn)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(jù)回歸方程計(jì)算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分別為104.0、128.0、25.8 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高，為4 631.6 kg/hm2；按照當(dāng)?shù)孛幼訉?shí)時(shí)價(jià)格5 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分別為 122.7、100.5、25.5 kg/hm2時(shí)經(jīng)濟(jì)效益最佳，此時(shí)產(chǎn)量為4 576.2 kg/hm2。

低產(chǎn)試點(diǎn)糜子產(chǎn)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(jù)回歸方程計(jì)算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分別為79.2、150.0、8.3 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高，為3 232.4 kg/hm2；按照當(dāng)?shù)孛幼訉?shí)時(shí)價(jià)格5 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分別為 57.9、98.1、-23.6 kg/hm2時(shí)經(jīng)濟(jì)效益最佳，此時(shí)產(chǎn)量為3 046.1 kg/hm2。

2.3 氮磷鉀推薦施肥指標(biāo)的建立

2.3.1 玉米推薦施肥指標(biāo) 春玉米施肥以基肥為主、追肥為輔?；室杂袡C(jī)肥為主，一般施優(yōu)質(zhì)有機(jī)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(biāo)產(chǎn)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(biāo)產(chǎn)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(biāo)產(chǎn)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(biāo)產(chǎn)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(biāo) 馬鈴薯施肥以基肥為主、追肥為輔。基肥以有機(jī)肥為主，一般施優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥15 000 kg/hm2。追肥以現(xiàn)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(biāo)產(chǎn)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(biāo) 糜子施肥以基肥為主、追肥為輔。基肥以有機(jī)肥為主，一般施優(yōu)質(zhì)有機(jī)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(chǎn)需求，但考慮到養(yǎng)分總量穩(wěn)定，每季鉀素補(bǔ)充除有機(jī)肥中含有的鉀素外，剩余鉀素由化學(xué)肥料一次性作基肥來(lái)補(bǔ)充。不同土壤肥力和目標(biāo)產(chǎn)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(biāo)產(chǎn)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(biāo)產(chǎn)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(biāo)產(chǎn)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(biāo)產(chǎn)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(biāo)產(chǎn)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(biāo)產(chǎn)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(jié)論與討論

氮磷鉀肥料配施能夠顯著促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，提高產(chǎn)量[16～18]。通過(guò)土壤養(yǎng)分測(cè)定和田間試驗(yàn)，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(chǎn)量的關(guān)鍵[19]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與不施肥處理相比，各試點(diǎn)施肥處理的糜子產(chǎn)量均有所提高，但部分施肥處理的玉米和馬鈴薯產(chǎn)量有所降低。施肥過(guò)多造成植株對(duì)養(yǎng)分過(guò)多吸收，地上部營(yíng)養(yǎng)體徒長(zhǎng)，玉米子粒灌漿不充分[20]，馬鈴薯則由于源庫(kù)關(guān)系不協(xié)調(diào)導(dǎo)致塊莖干物質(zhì)積累和分配比例減少[3]，產(chǎn)量降低。因此，針對(duì)府谷縣土壤養(yǎng)分狀況以及當(dāng)?shù)卦耘鄺l件確定肥料品種和施肥比例是作物增產(chǎn)增效的關(guān)鍵，還可以針對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育周期實(shí)施不同的肥料配方，提高肥料的吸收利用率。

根據(jù)土壤養(yǎng)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(yǎng)分豐缺程度基本表現(xiàn)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(diǎn)平均產(chǎn)量最高，分別為7 773、18 546 和3 516 kg/hm2。根據(jù)回歸分析建立的數(shù)學(xué)模型和作物當(dāng)?shù)貢r(shí)價(jià)得出3 種作物在高、中、低產(chǎn)點(diǎn)的最佳效益施肥量，基于作物產(chǎn)量、最佳效益施肥量、土壤養(yǎng)分狀況和函數(shù)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。