江汉平原棉麦套种方式下小麦施肥模型的建立及其应用研究

2012-04-29杨利丁亨虎范先鹏贾平安李生勇吴家琼刘克芝付勇白淑萍胥顺发

湖北农业科学 2012年14期

杨利丁亨虎范先鹏贾平安李生勇吴家琼刘克芝付勇白淑萍胥顺发

摘要：采用氮、磷、钾３个养分因子，每个因子分４个施用梯度，共１４个处理的无重复不完全大田试验设计“３４１４”方案，对湖北省潜江市棉麦套种方式下的小麦施肥技术进行了田间试验，建立了江汉平原棉麦套种方式下小麦的施肥模型，并在此基础上，提出了区域棉麦套种区土壤养分丰缺指标与小麦氮、磷、钾施用量的修正值，推荐了合适的小麦施肥量为N １３０～２１０ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ４０～７０ｋｇ／ｈｍ２、钾K2O ４０～６０ｋｇ／ｈｍ２。

关键词：小麦；施肥模型；“３４１４”肥料试验；江汉平原

中图分类号：Ｓ５１２．１；Ｓ１４７．２１；Ｓ１３１（２６３）文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）14－2932-06

Establishment and Application of Fertilizer Model for Wheat Interplanted with Cotton in Jianghan Plain

ＹＡＮＧＬｉ１，ＤＩＮＧＨｅｎｇ－ｈｕ２，ＦＡＮＸｉａｎ－ｐｅｎｇ１，ＪＩＡＰｉｎｇ－ａｎ３，ＬＩＳｈｅｎｇ－ｙｏｎｇ３，ＷＵＪｉａ－ｑｉｏｎｇ２，ＬＩＵＫｅ－ｚｈｉ２，

ＦＵＹｏｎｇ２，ＢＡＩＳｈｕ－ｐｉｎｇ２，ＸＵＳｈｕｎ－ｆａ３

（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｌａｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ＳｏｉｌａｎｄＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒ，ＨｕｂｅｉＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ４３００６４，Ｃｈｉｎａ；

２．ＱｉａｎｊｉａｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＢｕｒｅａｕ，Ｑｉａｎｊｉａｎｇ４３３１００，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；

３．ＳｅｒｖｉｃｅＣｅｎｔｅｒｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＪｉｙｕｋｏｕＴｏｗｎｏｆＱｉａｎｊｉａｎｇ Cｉｔｙ，Ｑｉａｎｊｉａｎｇ４３３１２８，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ．）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： ‘３４１４ｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ（ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｎｄｐｏｔａｓｓｉｕｍａｓ３ｎｕｔｒｉｅｎｔｅｌｅｍｅｎｔｓ，４ｇｒａｄｉｅｎｔｏｆｅａｃｈｅｌｅｍｅｎｔ，ａｔｏｔａｌｏｆ１４ｕｎｒｅｐｅａｔｅｄｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｔｒｅａｔｍｅｎｔs were ｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒｗｈｅａｔｉｎｔｅｒｐｌａｎｔｅｄｗｉｔｈｃｏｔｔｏｎｉｎＱｉａｎｊｉａｎｇｃｉｔｙ，Ｈｕｂｅｉｐｒｏｖｉｎｃｅ．ＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒｍｏｄｅｌｆｏｒｗｈｅａｔｉｎｔｅｒｐｌａｎｔｅｄｗｉｔｈｃｏｔｔｏｎｉｎＪｉａｎｇｈａｎｐｌａｉｎｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｂａｓｅｄｏｎｗｈｉｃｈｔｈｅｓｏｉｌｎｕｔｒｉｅｎｔｐｌｅｎｔｉｆｕｌ－ｌａｃｋｉｎｄｅｘｉｎｗｈｅａｔ－ｃｏｔｔｏｎｉｎｔｅｒｐｌａｎｔｉｎｇｆｉｅｌｄｉｎｔｈｅｄｉｓｔｒｉｃｔ，ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｖａｌｕｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎ，ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓａｎｄｐｏｔａｓｓｉｕｍｆｏｒｗｈｅａｔ were ｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｄｏｓｅｏｆ N， P2O5 ａｎｄ K2O ｗere ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄａｓ１３０～２１０，４０～７０ａｎｄ４０～６０ｋｇ／ｈｍ２，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｈｅａｔ；ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｍｏｄｅ； ‘３４１４ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；Ｊｉａｎｇｈａｎｐｌａｉｎ

近年来，湖北省的小麦种植面积基本稳定在１００万ｈｍ２，总产在３３０万ｔ左右，并有逐年增加的趋势［１，２］。江汉平原是湖北省乃至长江中下游地区重要的粮棉油产区之一，其小麦种植方式主要有棉麦套种、稻麦轮作2种。科学合理施肥、提高肥料利用率已成为发展小麦生产、提高小麦产量和品质的重要保证。肥料效应田间试验是获得各种作物最佳施肥量、施肥比例、施肥时期、施肥方法的根本途径，也是筛选、验证土壤养分测试方法、建立施肥指标体系的基本环节。通过田间试验，掌握各个施肥单元不同作物优化施肥数量，基肥、追肥分配比例，施肥时期和施肥方法；摸清土壤养分校正系数、土壤供肥能力、不同作物养分吸收量和肥料利用率等基本参数；就可以构建作物施肥模型，为指导合理施肥和肥料配方提供科学依据［３－７］。从２００2年起，农业部全国农业技术推广服务中心制定的《肥料配方施肥技术规范》就开始推荐各地在主要农作物的肥料效应田间试验设计上采用“３４１４”设计方案，在具体实施过程中可根据研究目的选用“３４１４”设计的完全实施方案或部分实施方案。一般通过“３４１４”设计方案田间试验，就可建立起本地区农作物的肥料效应函数方程，获得该地区主要农作物的最佳经济产量、推荐施肥量以及土壤养分校正系数、土壤供肥能力和肥料利用率等基本参数，最终确定养分速测丰缺指标体系［８－１２］，所以“３４１４”肥料效应田间试验设计方案是测土配方施肥工作主要推荐的肥料施肥方案。该方案以氮、磷、钾为３个养分因子，每个因子分４个施用梯度，共有１４个处理，属于无重复不完全大田试验设计［１３，１４］。我们通过田间试验，试图构建江汉平原小麦施肥模型，并据此提出氮、磷、钾肥的适宜用量和比例及其相应的施肥技术，进而有效地指导江汉平原小麦种植过程的施肥作业，从而达到提高肥料利用率和增加小麦产量的目的。

１材料与方法

１．１试验地概况

试验安排在江汉平原腹地潜江市进行，该市的小麦产区主要分布在积玉口、浩口、杨市等乡镇。各试验地点即选择在这些乡镇的小麦地里，试验前取耕作层土壤样品分析土壤中的理化性质和速效养分含量［１５］，调查了解有关试验点小麦种植的基本情况，结果见表１。

１．２试验设计

各试验点均统一采用“３４１４”完全试验设计方案，即取氮、磷、钾３个养分因子、每个因子选择４个水平、共组合成ｌ４个处理（组合）；在Ｎ、Ｐ、Ｋ下分别标注“０、１、２、３”表示该处理施肥的水平。其中，“０水平”表示不施肥，“２水平”表示推荐量，“１水平”为“２水平”的一半，“３水平”为“２水平”的１．５倍。试验各处理肥料用量见表２，其中各试验点小麦种植地的氮、磷、钾养分推荐施用量，即“２水平”的确定，参考区域内土壤养分丰缺指标和作物肥料养分施用指标进行评价，再依据当地的小麦种植地养分状况、区域内农户调查结果、历年施肥情况记载和有关文献报道等信息而定，从４个试验点氮、磷、钾肥料的推荐用量确定结果来看，各试验点之间存在一定的差异，符合肥料效应田间试验“３４１４”设计方案的基本要求。

“３４１４”设计方案吸收了回归最优设计，是目前应用较为广泛的肥料效应田间试验方案。为便于汇总，同一作物、同一区域内施肥量要保持一致。该方案除可应用１４个处理进行氮、磷、钾三元二次效应方程的拟合以外，还可分别进行氮、磷、钾中任意二元或一元效应方程的拟合［８］。例如，进行氮、磷二元效应方程拟合时，可选用处理２、３、４、５、６、７、１１、１２，求得在以Ｋ２水平为基础的氮、磷二元二次效应方程。此外，通过处理１可以获得基础地力产量，即空白区产量［９］。

利用“３４１４”设计方案可以得出土壤养分丰缺指标。方案中的处理１为空白对照（ＣＫ），处理６为全肥区（氮磷钾），处理２、４、８为缺素区（即磷钾、氮钾和氮磷）。收获后计算产量，用缺素区产量占全肥区产量的百分数来表达土壤养分的丰缺情况［８］。相对产量低于５０％的土壤养分为极低，相对产量在５０％～７５％为低，７５％～９５％为中，大于９５％的为高，从而确定适用于某一区域、某种作物的土壤养分丰缺指标及对应的肥料施用数量。而对于该区域其他田块，则可通过土壤养分测试，就可以了解土壤养分的丰缺现状，从而提出相应的推荐施肥量［１２］。

试验各处理的小区面积均为２０ｍ２，小区随机区组排列，四周设保护行。磷、钾肥分别采用１２％的过磷酸钙和６０％的氯化钾在移栽时一次性基施，氮肥采用４６％的尿素，其中７０％的用量基施、３０％的在分蘖期追施。试验品种为郑麦９０２３，于２００８年１１月上旬播种，播种量２１０ｋｇ／ｈｍ２，播种方式条播，２００９年５月下旬收获。各试验处理除了施肥量与肥料种类组合不同外，其他的田间操作管理如整地、栽培、灌溉、有害生物防治等均按当地习惯统一进行。在试验栽培过程中，收获前的２００９年５月初雨水偏多，造成小麦赤霉病发生较重，所以在收获前用灭病威防治了赤霉病２次。收获时均分小区实收产量，以风干重计产。

２结果与分析

２．１通过一元二次回归模型对不同氮、磷、钾施用量与产量的效应关系进行拟合与预测

在小麦成熟收获后，实打计产（风干重），产量统计结果见表３。对表３数据分别以氮、磷、钾单因子抽取各处理的施肥量与产量数据，即氮因子选取处理２、３、６和１１的数据，磷因子选取处理４、５、６和７的数据，钾因子选取处理６、８、９和１０的数据，按ｙ＝ａｘ２＋ｂｘ＋ｃ一元二次回归模型，分别进行回归分析，拟合各试验地点小麦产量（ｙ）与各养分因子（ｘ）施用量的一元二次效应方程，结果见表４。从表４可见，各试验点产量与施肥量均能拟合为一元二次效应方程，二次项系数小于零，呈现正常的抛物线形状。进一步对所拟合的各一元二次效应方程进行显著性分析，发现氮、磷、钾各因子虽未达到显著差异水平，但复相关系数Ｒ２除Ｅ２试验点的氮因子外，其余的都在０．８以上。

依据一元二次效应方程，按最大边际效应求取偏导函数。最高施肥量按ｂ＋２ａｘ＝０方程求取，继而预测最高产量。最佳施肥量按ｂ＋２ａｘ＝Ｐｘ／Ｐｙ方程求取［１６－１８］，继而预测最佳产量，结果见表５。从表５的结果反映，试验预测结果与大田生产实际是相吻合的。

从表５结果还可看出，N的最高施肥量介于１６８．０～３１６．５ｋｇ／ｈｍ２，最佳施肥量介于１２７．５～１４５．５ｋｇ／ｈｍ２；P2O5的最高施肥量介于５１．０～１１４．０ｋｇ／ｈｍ２，最佳施肥量介于４５．０～９９．０ｋｇ／ｈｍ２；K2O的最高施肥量介于４６．５～７６．５ｋｇ／ｈｍ２，最佳施肥量介于４０．５～４９．５ｋｇ／ｈｍ２。综合考虑，区域内最高施肥量为N ２１６．４ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ６９．０ｋｇ／ｈｍ２、K2O ６０．４ｋｇ／ｈｍ２，此时的小麦产量为４０６７．３ｋｇ／ｈｍ２（３８０２．５～４６２４．５ｋｇ／ｈｍ２）；区域内最佳施肥量为N １３４．６ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ６０．０ｋｇ／ｈｍ２、K2O ４４．３ｋｇ／ｈｍ２，此时的小麦产量为４００５．４ｋｇ／ｈｍ２（３７００．５～４６００．５ｋｇ／ｈｍ２）。

２．２通过三元二次回归模型对不同氮、磷、钾施用量与产量的效应关系进行拟合与预测

对表３数据采用三元二次回归模型：ｙ＝ｂ０＋ｂ１Ｎ＋ｂ２Ｐ＋ｂ３Ｋ＋ｂ４Ｎ２＋ｂ５Ｐ２＋ｂ６Ｋ２＋ｂ７ＮＰ＋ｂ８ＮＫ＋ｂ９ＰＫ进行回归分析，分别拟合得到４个试验点的小麦产量（ｙ）与Ｎ（Ｎ）、Ｐ（Ｐ２Ｏ５）、Ｋ（Ｋ２Ｏ）养分施用量的三元二次效应方程，具体见表６。进一步对所拟合的产量与施肥量三元二次效应方程的相关关系显著性进行回归方差分析，结果表明，除Ｅ２试验点结果拟合的三元二次效应方程的相关关系不显著外，其余３个试验点的相关关系为显著，说明小麦产量与氮、磷、钾养分施用量的相关关系达到了显著差异水平。

依据拟合得到的三元二次效应方程，按最大边际效应求取偏导函数［１６－１８］。最高施肥量及最佳施肥量分别按方程组（１）和方程组（２）求取，继而可预测出小麦的最高产量和最佳产量，结果见表７。

方程组（１）ｂ１＋２ｂ４Ｎ＋ｂ７Ｐ＋ｂ８Ｋ＝０ｂ2＋２ｂ5P＋ｂ７N＋ｂ9Ｋ＝０ｂ3＋２ｂ6Ｎ＋ｂ8N＋ｂ9P＝０，

方程组（２）ｂ１＋２ｂ４Ｎ＋ｂ７Ｐ＋ｂ８Ｋ＝ＰN／Ｐyｂ2＋２ｂ5P＋ｂ７N＋ｂ9Ｋ＝ＰP／Ｐyｂ3＋２ｂ6Ｎ＋ｂ8N＋ｂ9P＝ＰK／Ｐy。

从表７结果看出，N的最高施肥量介于１９０．５～２２３．５ｋｇ／ｈｍ２之间，最佳施肥量介于２１．０～１３３．５ｋｇ／ｈｍ２之间；P2O5的最高施肥量介于４２．０～７６．５ｋｇ／ｈｍ２之间，最佳施肥量介于１８．０～４６．５ｋｇ／ｈｍ２之间，K2O的最高施肥量介于51．０～１４７ｋｇ／ｈｍ２之间，最佳施肥量介于２７．０～４６．５ｋｇ／ｈｍ２之间。综合考虑，区域内最高产量施肥量为N ２０７．５ｋｇ／ｈｍ２，P2O5 ６９ｋｇ／ｈｍ２，K2O ６０．４ｋｇ／ｈｍ２；区域内最佳产量施肥量为N ７８．８ｋｇ／ｈｍ２，P2O5 ３６ｋｇ／ｈｍ２，K2O ３９．８ｋｇ／ｈｍ２。

２．３区域内土壤主要养分丰缺与肥料施用指标修正

关于土壤养分分级，现在已经有些比较一致的观点，参照张福锁［１９］、鲁剑巍［２０］、白由路等［２１］的研究结果，结合江汉平原其他县市原制定的土壤养分丰缺指标和中稻作物肥料养分施用指标［２２］，并考虑区域土壤养分含量、作物产量和施肥水平现状，对原制定的土壤养分丰缺指标和小麦作物肥料养分施用指标进行了初步修正，具体见表８和表９。

３小结与讨论

１）试验的产量与施肥量均能拟合出一元二次效应方程，拟合预测区域内的小麦最高施肥量为N ２１６．４ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ６９．０ｋｇ／ｈｍ２、K2O ６０．４ｋｇ／ｈｍ２；最佳施肥量为N １３４．６ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ６０．０ｋｇ／ｈｍ２、K2O ４４．３ｋｇ／ｈｍ２。这个结果与大田生产实际基本上是吻合的。但统计分析表明，各效应方程中表现出的小麦产量与各养分施用量均未达到显著差异水平，这是否属于模型选择的局限性，还是试验结果的偏差或者存在其他元素的干扰等原因造成的，尚需进一步研究。

２）通过三元二次回归模型拟合，预测区域内小麦最高产量的施肥量为N ２０７．５ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ６９.0 ｋｇ／ｈｍ２、K2O ６０．４ｋｇ／ｈｍ２；最佳产量的施肥量为N ７８．８ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ３６.0 ｋｇ／ｈｍ２、K2O ３９．８ｋｇ／ｈｍ２。小麦产量与氮、磷、钾养分施用量的相关关系较为显著，拟合的小麦产量与实际产量能比较好地吻合。

３）通过应用土壤养分测试值，并对照修正的土壤养分丰缺指标和肥料养分施用量，推荐的区域内各田块最佳氮、磷、钾养分施肥量与试验实际表现的结果有较高的吻合性。但这只是初步的一年试验结果，各指标分级与修正尚需更多的试验示范来校验。

４）无论通过一元二次回归模型，还是三元二次回归模型，均能拟合获得区域内小麦产量的最高施肥量和最佳施肥量，这与王爱军［２３］、刘全凤等［２４］的结果是一致的。虽然二种方式均能进行拟合与验证，但在大面积生产上，推荐各田块单元的合理施肥量都存在一定的缺陷，但如果结合田块养分丰缺指标来确定肥料施用量则是行之有效的方法，适合于大面积推广［25，26］。因此田块养分丰缺指标的确定就显得尤为重要，除了土壤测试是非常重要的依据之外，是否还需要参考其他如水分、气候等因子［27］，尚需做进一步的研究。

５）综合一元二次效应方程、三元二次效应方程的模拟预测结果，并参考区域土壤养分含量、作物产量和施肥水平现状，推荐本区域内合适的小麦施肥量为N １３０～２１０ｋｇ／ｈｍ２、P2O5 ４０～７０ｋｇ／ｈｍ２、K2O ４０～６０ｋｇ／ｈｍ２。

参考文献：

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