关中西部玉米氮磷钾养分丰缺指标及经济最佳施肥量研究

马志超，张明学，周仓军，马 丽，王录科，王银福，马治贤

(1 宝鸡市陈仓区农业技术推广服务中心，陕西 宝鸡 721300;2 西北农林科技大学 动物科技学院，陕西 杨凌 712100)

关中西部玉米氮磷钾养分丰缺指标及经济最佳施肥量研究

马志超1，张明学1，周仓军1，马 丽2，王录科1，王银福1，马治贤1

(1 宝鸡市陈仓区农业技术推广服务中心，陕西 宝鸡 721300;2 西北农林科技大学 动物科技学院，陕西 杨凌 712100)

【目的】 建立陕西关中平原西部玉米氮磷钾养分丰缺指标，确定经济最佳施肥量，为陕西关中西部玉米科学施肥提供参考。【方法】 2006-2010年，在陕西宝鸡市陈仓区分不同肥力水平设置玉米“3414”肥料效应试验27个，分析玉米相对产量与土壤有效养分含量的相关性，通过回归方程确定土壤养分丰缺指标及经济最佳施肥量。【结果】 关中西部玉米相对产量与土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量存在对数函数关系，且所得对数方程达显著水平。按照玉米相对产量55%，75%，85%和95%为临界值标准，建立了关中西部玉米的土壤养分丰缺指标，土壤养分可分为极高、高、中、低、极低5个级别，这5个级别对应的土壤碱解氮含量分别为≥101、≥73～<101、≥52～<73、≥27～<52、<27 mg/kg，速效磷含量分别为≥82、≥28～<82、≥9～<28、≥1～<9、<1 mg/kg，速效钾含量分别为≥194、≥155～<194、≥124～<155、≥79～<124、<79 mg/kg。关中西部玉米平均经济最佳施肥量为：纯N 211.5 kg/hm2，P2O5166.5 kg/hm2，K2O 126.0 kg/hm2。【结论】 得到了陕西关中西部玉米氮磷钾养分丰缺指标，并确定了经济最佳施肥量。

关中西部；玉米；氮磷钾；丰缺指标；经济最佳施肥量

测土配方施肥技术的核心是协调作物需肥与土壤供肥之间的矛盾，实现各种养分平衡供应，以减少肥料用量，提高肥料利用效率，增加作物产量[1]。土壤养分含量水平和丰缺状况是合理施肥的依据，是作物高产优质的基础[2]。不同农作物产区土壤氮磷钾养分的丰缺指标是根据农作物对肥料的生物反应来确定的，主要是为该区土壤肥力状况评价和制定配方肥料提供可靠依据[3-4]，因此开展测土配方施肥工作，必须建立土壤养分丰缺指标和相应的推荐施肥指标体系。

宝鸡市陈仓区是陕西关中西部粮食生产第一大县，玉米是陈仓区第二大作物，年播种面积2.33万hm2，常年单产6 750 kg/hm2。根据大田调查资料，该区玉米施肥主要存在氮肥施用过量、钾肥不足、氮磷钾配比不合理等问题。2005年以来，陈仓区实施了国家测土配方施肥财政补贴项目，分不同区域开展了玉米“3414”肥效试验研究，取得了大量的田间试验数据资料。本研究对多年多点玉米“3414”试验数据进行了整理分析，旨在建立和完善适合该区域玉米施肥的指标体系，确定不同区域的经济最佳施肥量，为关中西部玉米科学施肥提供重要的理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

宝鸡市陈仓区位于关中平原西部，陇海铁路横贯东西，宝成、宝中铁路通往南北，310国道和西宝高速公路、西宝北、中、南线穿境而过。境内川塬丘山各类生态类型俱全。该区海拔550～1 400 m，土壤类型以潮土、土娄土为主，属于半干旱暖温带季风气候类型，常年降雨量690 mm，无霜期220 d，有效积温3 800 ℃，年平均温度13.2 ℃，年极端最高温度 41.5 ℃，最低温度-15 ℃。全区共辖18个镇，338个行政村，13.2万农户，总人口60万人，其中农业人口49万人。全区耕地面积4.48万hm2，粮食种植以小麦-玉米一年两熟或两年三熟制轮作制度为主。

1.2 试验设计

2006-2010年，在全区不同肥力水平区域共布置27个玉米“3414”田间肥效试验，其中川道玉米13个，塬区玉米9个，丘陵山区玉米5个。试验采用“3414”最优回归设计方案，设置氮、磷、钾3个因素，每因素4个水平，14个处理，不设重复，共14个小区，随机排列。“3414”试验各因素水平设置见表1。4个水平的含义：0水平为不施肥，2水平指当地最佳施肥量，1水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5(该水平为过量施肥水平)。

供试玉米品种为郑单958、浚单20和豫玉22。试验肥料氮肥为尿素(含N 46%)，磷肥为过磷酸钙(含P2O512%)，钾肥为硫酸钾(含K2O 50%)。在玉米播种前，选择合适的试验地块，在每一试验地采用“S”形采集耕层(0～20 cm)土样 15 个，将各土样混合，风干，过孔径 2 mm 和 0. 25 mm 筛，分别用于测定有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等有效养分含量。

田间土壤养分含量测定按照国家测土配方施肥技术规范的方法进行，其中土壤有机质含量用油浴加热重铬酸钾氧化容量法测定；碱解氮含量用1 mol/L氢氧化钠碱解扩散硼酸吸收法测定；土壤速效磷含量用pH 8.5、0.5 mol/L碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度计比色法测定；土壤速效钾含量用pH 7.0、1.0 mol/L醋酸铵浸提-原子吸收火焰光度计法测定[5]。在收获时去除边行，按小区单收单打，分区进行考种，折算出单位面积产量。

1.3 数据处理与分析

采用“3414”试验中的5个处理来制定土壤养分丰缺指标，即：对照区(CK)、缺氮区(PK)、缺磷区(NK)、缺钾区(NP)和氮磷钾区(NPK)，分别对应“3414”完全实施方案中(表1)的处理1、2、4、8和6。

相对产量的计算公式为：

缺素区相对产量=缺素区产量/全肥区产量×100%。

数据处理采用SAS软件和Excel软件进行。

2 结果与分析

2.1 玉米“3414”肥效试验耕层土壤养分含量

试验田耕层0～20 cm土壤养分含量情况见表2。由表2可知，试验田耕层0～20 cm土壤有机质含量为10.2～14.6 g/kg，平均为12.4 g/kg；土壤碱解氮含量在56.0～78.0 mg/kg，平均为69.3 mg/kg；土壤速效磷含量在12.0～36.8 mg/kg，平均为30.1 mg/kg；土壤速效钾含量在167.0～218.0 mg/kg，平均为189.9 mg/kg。

表2 陕西宝鸡陈仓区试验田耕层(0～20 cm)的土壤养分含量Table 2 Nutrient contents of trial topsoil (0-20 cm) in Chencang,Baoji,Shaanxi

2.2 “3414”肥效试验中不同处理的玉米产量

通过所布置的玉米“3414”大田试验，得到了不同处理下玉米收获产量，结果见表3。由表3可以看出，经过对27个玉米“3414”肥效试验产量结果进行统计分析，对照区平均产量为5 869.5 kg/hm2，缺氮区平均产量为6 780.0 kg/hm2，缺磷区平均产量为6 948.0 kg/hm2，缺钾区平均产量为7 414.5 kg/hm2，施肥中量水平区平均产量为8 211.0 kg/hm2，高氮区平均产量为7 933.5 kg/hm2，高磷区平均产量为7 609.5 kg/hm2，高钾区平均产量为7 734.0 kg/hm2。从以上结果得出，缺素对玉米产量的限制因素存在差异，影响程度由大到小依次为氮>磷>钾；施肥对玉米产量的提高程度不同，肥效由大到小依次为氮>钾>磷。

2.3 土壤速效养分含量与玉米相对产量的关系

相对产量是衡量土壤中某种养分丰缺状况的参考依据[6]，按照相对产量将土壤养分划分为极高、高、中、低、极低5个等级[7-8]。通过对同一土壤类型多点“3414”试验的相对产量与土壤养分含量测试值的相关分析，以土壤养分含量为横坐标、缺素区相对产量为纵坐标建立对数方程，求解特定相对产量下的土壤养分含量，从而划分极高、高、中、低、极低5个等级，为一般大田生产中土壤养分状况评价和合理施肥提供基础参数[9-10]。在陈仓区玉米田间共布置了27个“3414”试验点，得到土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量测定值各27个。对数据进行分析，发现缺素区相对产量与土壤养分含量测定值之间并无显著相关关系，因此采用去除不合理点数的方法，提高相对产量与土壤养分含量测定值之间的相关性[11-12]。

表3 陕西宝鸡陈仓区玉米“3414”肥效试验中不同处理的玉米产量Table 3 Maize yields in all “3414” fertilizer treatments in Chencang,Baoji,Shaanxi

以试验点土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量测定值(x)为横坐标，以相应缺素区的相对产量(y)为纵坐标，绘制散点图[13-14]，并添加趋势线(图1)，可得到土壤养分含量与相对产量的对数回归方程(表4)。

图1 陕西宝鸡陈仓区玉米地土壤速效养分含量与缺素区相对产量的关系Fig.1 Relationships between soil nutrient contents and maize relative yield in element deficient areas in Chencang,Baoji,Shaanxi

表4 陕西宝鸡陈仓区土壤速效养分含量(x)与玉米缺素区相对产量(y)之间的回归方程Table 4 Relationship between soil available nutrient contents (x) and maize relative yield(y) in element deficient areas in Chencang,Baoji,Shaanxi

注：**.P<0.05,**.P<0.01,表6同。

Note:*.P<0.05,**.P<0.01,the same for table 6.

将拟合得到的以上3个回归方程分别进行显著性检验，结果表明，玉米地土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量分别与相应的缺素区相对产量显著相关(P<0.05)，这说明得到的3个方程均可靠，可用于土壤养分丰缺指标的确定。

2.4 玉米田土壤速效养分丰缺指标的确定

以缺素区玉米相对产量55%，75%，85%和95%为临界值标准[15-16]，将以上各临界值作为y值代入表4对数回归方程中，得到对应的土壤有效养分含量，即土壤有效养分的丰缺指标值。利用SAS 9.3系统软件分别对玉米田土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量的分布情况进行统计分析，然后根据分析结果对初步制定的土壤碱解氮、速效磷和速效钾丰缺指标进行校正，得到校正后的丰缺指标见表5。

表5 陕西宝鸡陈仓区玉米田土壤氮磷钾养分丰缺指标Table 5 Soil abundant/lack index of nitrogen,phosphorus and potassium in Chencang,Baoji,Shaanxi

由表5可以看出，玉米田土壤碱解氮丰缺指标临界值分别为27，52，73和101 mg/kg，土壤速效磷丰缺指标临界值分别为1，9，28和82 mg/kg，土壤速效钾丰缺指标临界值分别为79，124，155和194 mg/kg。

2.5 玉米经济最佳施肥量的确定

作物经济最佳施肥量是指边际成本等于边际利润，肥料的边际利润为零时的施肥量，运用农业部测土配方施肥项目“3414”肥效试验统计分析软件，对陈仓区27个玉米“3414”肥效试验结果进行分析，其中有13个试验肥料效应方程式拟合结果呈显著水平，回归分析结果见表6。由表6可以看出，13个玉米试验平均经济最佳施肥量及配比为：纯N 211.5 kg/hm2，P2O5166.5 kg/hm2，K2O 126.0 kg/hm2，氮、磷、钾比为1∶0.79∶0.6，最佳产量7 978.5 kg/hm2。其中川道7个试验平均经济最佳施肥量及配比为：纯氮205.5 kg/hm2，P2O5190.5 kg/hm2，K2O 156.0 kg/hm2，氮、磷、钾比为1∶0.93∶0.76，最佳产量 8 433.0 kg/hm2；塬区(4个)及丘陵区(2个)平均经济最佳施肥量和配比为：纯氮222.0 kg/hm2，P2O5124.5 kg/hm2，K2O 82.5 kg/hm2，氮、磷、钾比为1∶0.56∶0.37，最佳产量7 185.0 kg/hm2。

表6 陕西宝鸡陈仓区玉米“3414”肥效试验回归分析结果Table 6 Regression analysis of maize “3414” fertilization trials in Chencang,Baoji,Shaanxi

续表6 Continued table 6

3 结论与讨论

本研究结果表明，在陕西西部的宝鸡陈仓区不同肥力水平区域的27个玉米“3414”肥料肥效试验中，有13个试验肥料效应方程式拟合结果呈显著水平，得出如下结论：

1)关中西部玉米相对产量与土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量存在对数函数关系，且所得对数相关方程达显著水平。

2)按照玉米相对产量55%，75%，85%和95%为临界值标准，该区土壤养分级别分为极高、高、中、低、极低5个级别，其中以上5个级别对应土壤碱解氮含量分别为≥101、≥73～<101、≥52～<73、≥27～<52、<27 mg/kg；速效磷含量分别为≥82、≥28～<82、≥9～<28、≥1～<9、<1 mg/kg；速效钾含量分别为≥194、≥155～<194、≥124～<155、≥79～<124、<79 mg/kg。

3)经计算可知，关中西部玉米平均经济最佳施肥量及配比为：纯N 211.5 kg/hm2，P2O5166.5 kg/hm2，K2O 126.0 kg/hm2，氮、磷、钾比为1∶0.79∶0.6，最佳产量为7 978.5 kg/hm2。其中川道7个试验平均经济最佳施肥量及配比为：纯N 205.5 kg/hm2，P2O5190.5 kg/hm2，K2O 156.0 kg/hm2，氮、磷、钾比为1∶0.93∶0.76，最佳产量8 433.0 kg/hm2；塬区(4个)及丘陵区(2个)6个试验平均经济最佳施肥量和配比为：纯N 222.0 kg/hm2，P2O5124.5 kg/hm2，K2O 82.5 kg/hm2，氮、磷、钾比为1∶0.56∶0.37，最佳产量7 185.0 kg/hm2。

一般在建立区域测土配方施肥指标体系时，需要20～30 个“3414”肥效试验，本研究建立的玉米氮磷钾养分指标体系是在27个“3414”肥效试验基础上进行的，而且连续实施5年，具有一定的持续性和代表性；由于受试验地力不均、自然灾害及人为因素等方面的影响，27 个“3414”肥效试验显著性检验通过率仅为48%，但与本地区同类试验研究相比，显著性基本达到合理的比例。推荐施肥时未考虑有机肥和微肥，而研究区有机质含量较低，在实际应用中，应注重加强有机肥的施用。试验分析得出的经济最佳施肥量与常规施肥量(纯N 180 kg/hm2，P2O545 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)相比，磷、钾肥施用量提高，施肥比例更趋合理，针对性和实效性更强，对指导关中西部玉米科学施肥具有十分重要的理论和实际意义。

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Abundant/lack index of nitrogen,phosphorus,and potassium for maize in Western Guanzhong and determination of economic optimum fertilization rate

MA Zhi-chao1,ZHANG Ming-xue1,ZHOU Cang-jun1,MA Li2,WANG Lu-ke1,WANG Yin-fu1,MA Zhi-xian1

(1AgriculturalTechnologyExtensionServiceCenterofBaojiChencangDistrict,Baoji,Shaanxi721300,China;2CollegeofAnimalScienceandTechnology,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objective】 This study established maize abundant/lack index of nitrogen,phosphorus and potassium in Western Guanzhong and determined economic optimum fertilization rate to provide guidance for scientific fertilization of maize.【Method】 A total of 27 maize “3414” fertilization experiments were conducted in areas with different soil fertility levels in Chencang,Baoji,Shaanxi from 2006 to 2010.The relationship between maize relative yield and soil available nutrients was analyzed,and soil abundant/lack index and the economic optimum fertilization rate were determined through regression method.【Result】 Significant logarithmic relationships were found between maize relative yield and contents of soil alkali-hydrolyzable nitrogen,available phosphorus and potassium.With the critical standards of relative maize yields of 55%,75%,85% and 95%,the maize soil abundant/lack index in Western Guanzhong were established. It had five levels of extremely high,high,medium,low and extremely low,which had soil alkali-hydrolyzable nitrogen contents of ≥101,≥73-<101,≥52-<73,≥27-<52,and <27 mg/kg,soil available phosphorus contents of ≥82,≥28-<82,≥9-<28,≥1-<9,and <1 mg/kg,and soil available potassium contents of ≥194,≥155-<194,≥124-<155,≥79-<124,and <79 mg/kg,respectively.The economic optimum fertilization rates for maize in Western Guanzhong were:pure nitrogen 211.5 kg/hm2,phosphorus pentoxide 166.5 kg/hm2,and potassium oxide 126.0 kg/hm2.【Conclusion】 The abundant/lack index of nitrogen,phosphorus and potassium for maize in Western Guanzhong was established and the economic optimum fertilization rate was determined.

Western Guanzhong;maize;nitrogen,phosphorus and potassium;abundant/lack index;economic optimum fertilization rate

时间:2015-10-13 08:46

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.11.022

2014-04-03

农业部测土配方施肥项目(农发[2005]8 号,农财[2005]101 号)

马志超(1963-)，男，陕西武功人，研究员，主要从事测土配方施肥技术研究与推广。E-mail:mzc6212164@126.com

S14-33；S513

A

1671-9387(2015)11-0145-07

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20151013.0846.044.html