鲁南地区水稻土壤养分丰缺及推荐施肥指标体系研究

韩军　闫童　张磊

摘要：

为建立鲁南地区水稻土壤养分丰缺和推荐指标施肥体系，2006-2015年在临沂市设置水稻“3414”试验52个，利用土壤养分测定值和相对产量的关系建立水稻土壤养分丰缺指标体系。根据肥料效应确定最佳施肥量和土壤养分的关系，建立氮、磷、钾肥推荐施肥模型，初步构建了鲁南地区水稻推荐施肥指标体系。结果表明，当土壤碱解氮含量处于极高（>150.0 mg/kg）、高（>130.0～150.0 mg/kg）、中（>85.0～130.0 mg/kg）、低（≤85.0 mg/kg）等级时，氮肥推荐用量分别为160.0～172.9、>172.9～188.5、>188.5～235.3、>235.3～260.0 kg/hm2；当土壤有效磷含量处于极高（>58.0 mg/kg）、高（>45.0～58.0 mg/kg）、中（>21.0～45.0 mg/kg）、低（≤21.0 mg/kg）等级时，磷肥推荐用量分别为65.0～71.9、>71.9～77.3、>77.3～93.5、>93.5～105.0 kg/hm2；当土壤速效钾含量处于极高（>152.0 mg/kg）、高（>133.0～152.0 mg/kg）、中（>87.0～133.0 mg/kg）、低（≤87.0 mg/kg）等级时，钾肥推荐用量分别为100.0～106.9、>106.9～112.8、>112.8～130.0、>130.0～145.0 kg/hm2。

关键词：水稻；土壤养分；丰缺指标；推荐施肥

中图分类号：S511.062+S158.2文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）08-0093-05

Abstract In order to set up the abundance and deficiency of soil nutrient and fertilization recommendation index system for rice in typical of south Shandong， 52 “3414” field experiments were conducted in Linyi City， Shandong Province from 2006 to 2015. The nutrient abundance and deficiency index system of rice soil was established according to the correlation between nutrient contents and relative yield. The correlation between the optimum fertilization rate and soil nutrients was verified according to fertilizer effects， then the fertilization models of nitrogen， phosphorus and potassium were also established， based on these， the fertilization recommendation index system was initially established. The results showed that the recommended dosage of nitrogen （N） was 160.0～172.9， >172.9～188.5， >188.5～235.3 and >235.3～260.0 kg/hm2 when the content of available N in soil was at extremely high level （>150.0 mg/kg）， high level （>130.0～150.0 mg/kg） ， moderate level （>85.0～130.0 mg/kg） and low level （≤85.0 mg/kg）， respectively. The recommended dosage of phosphorus （P2O5） was 65.0～71.9， >71.9～77.3， >77.3～93.5 and >93.5～105.0 kg/hm2 when the content of available P in soil was at extremely high level （>58.0 mg/kg）， high level （>45.0～58.0 mg/kg）， moderate level （>21.0～45.0 mg/kg） and low level （≤21.0 mg/kg）， respectively. The recommended dosage of potassium （K2O） was 100～106.9， >106.9～112.8， >112.8～130.0 and >130.0～145.0 kg/hm2 when the content of available K was at extremely high level （>152.0 mg/kg）， high level （>133.0～152.0 mg/kg）， moderate level （>87.0～133.0 mg/kg） and low level （≤87.0 mg/kg）， respectively.

KeywordsRice； Soil nutrients； Abundance and deficiency index； Fertilization recommendation

20世纪40年代，勃莱等认为农作物的养分吸收量或者作物产量与土壤中有效矿物质的测试值之间有很好的关联，而且可以通过数学模型进行模拟[1]。多年来，国内外学者对土壤养分与作物产量之间的关系进行了大量研究探索，提出了具有创造性意义的各种技术[2-5]。土壤肥力指标法是目前国际上最通用的推荐施肥方法， 也是当前全国测土配方施肥工作中主推的施肥方法之一。随着测土配方施肥项目实施，国内学者利用“3414”试验数据对不同作物土壤养分丰缺状况进行了评价，并提出了新的施肥推荐[6-9]。

水稻是中国主要粮食作物，播种面积占粮食播种面积的27%，产量占粮食产量的40%。相比小麦、玉米等作物，水稻因过量施肥造成的水体富营养化、饮用水安全等问题更为突出。近年来，国内学者利用“3414”试验分别建立了黑龙江流域[10]、长江流域[11]、华南地区[12]等不同生态区域水稻土壤养分丰缺和推荐施肥指标体系，为当地测土配方施肥技术推广提供了科学依据。但有关鲁南地区水稻土壤养分丰缺和推荐施肥的研究鲜见报道，而2007年张福锁等在调查中发现，全国主要稻区山东省水稻施氮量最高[13]，氮肥用量远远超出当前产量水平需氮量。由于气候条件、作物品种、耕作习惯、土壤状况等与长江流域、黑龙江流域及华南地区存在巨大差异，其施肥模型借鉴意义不强。因此迫切需要建立一套符合本区域水稻生产的土壤养分丰缺和推荐施肥体系，以指导水稻合理施肥。2006-2015年笔者在临沂市设置水稻“3414”试验52个，以期建立鲁南地区水稻土壤养分丰缺和推荐施肥指标体系，为鲁南地区测土配方施肥技术推广提供参考。

1材料与方法

1.1研究区概况

鲁南地区是我国重要的农业区，临沂市是鲁南地区重要的农业大市，是全国重要的粮、油、瓜、菜、果、林等商品生产基地。其气候四季分明，雨热同步，年均降水量818 mm，平均气温13.3℃，日照时数为2 357.5 h，年有效积温4 422.4℃，无霜期平均202 d，属暖温带季风区半湿润大陆性气候。临沂市水系发达，有大小河流1 800余条，呈脉状分布，农田水利工程设施完备。境内郯临苍平原地势平坦，土壤肥沃。优越的自然条件和完备的农田水利设施为水稻生产提供了有利条件。临沂市“塘堰贡米”风味独特，品质优良，自唐代就有作为贡米的历史记载。

1.2试验材料

试验于2006年6月-2015年10月在山东省临沂市经济开发区、河东区、罗庄区及郯城县进行，共设置52个肥料试验，土壤类型为水稻土。供试水稻品种为当地主栽品种临稻15号。 试验用肥料为尿素（N，46%）、氯化钾（K2O，60%）、过磷酸钙（P2O5，12%）和磷酸二铵（N，18%；P2O5，46%）。各试验点土壤碱解氮采用碱解扩散法测定，土壤有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定，土壤速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度计测定[14]，其土壤基本养分含量见表1。

1.3试验设计

采用“3414”完全设计，试验设14个处理，氮肥（N）0、1、2、3水平分别为0、111.8、233.5、335.3 kg/hm2；磷肥（P2O5）0、1、2、3水平分别为0、33.8、67.5、101.3 kg/hm2；钾肥（K2O）0、1、2、3水平分别为0、63.8、127.5、191.3 kg/hm2。小区面积为6 m×6 m=36 m2，随机区组排列，不设重复。氮肥50%作基肥，50%作追肥。磷、钾肥全部用作基肥。追肥于返青期、拔节孕穗期适时进行。各小区单独排灌，小区之间田埂用塑料薄膜覆盖防止肥水渗透，统一田间管理。水稻成熟后小区单收称重。

1.4数据处理

1.4.1土壤养分丰缺指标制定方法参照文献[5]的方法。利用Microsoft Excel软件，以各试验点基础土样速效养分测定值x（mg/kg）为横坐标，以其相应的相对产量y （%）为纵坐标，绘制散点图，以“对数”类型获得相对产量与对应土壤养分测试值之间的数学函数，并绘出趋势线[7，8]。因试验中没有相对产量小于50%的数据，因此笔者按照≤75%为低，>75%～90%为中等，>90%～95%为高，>95%为极高，将养分分级定为4级[6]，将以上各临界值作为y值代入回归方程中确定出养分分级的临界值，根据这些临界值划分土壤养分丰缺指标。

1.4.2推荐施肥量的计算方法在建立土壤养分丰缺指标的基础上，根据产量和施肥量的函数关系求出最佳施肥量，建立最佳施肥量与养分测定值的函数关系式[6]。由于三元二次方程的拟合成功率较低，所以本研究利用N0P2K2、N1P2K2、N2P2K2 、N3P2K2进行一元二次回归分析，分析得出一元二次效应方程：y=ax2+bx+c。再对回归方程x求导，等于零，得出最大氮肥施肥量（x=-b/2a）及最佳氮肥施肥量[x=（养分价格/作物价格-b）/2a]。磷、钾最佳施肥量计算同上。

1.4.3计算公式缺氮相对产量（%）=100×缺素区（N0P2K2）产量/全肥区（N2P2K2）产量；缺磷相对产量（%）=100×缺素区（N2P0K2）产量/全肥区（N2P2K2）产量；缺钾相对产量（%）=100×缺素区（N2P2K0）产量/全肥区（N2P2K2）产量[15] 。

2结果与分析

2.1土壤养分丰缺指标的建立

以“对数”类型建立水稻相对产量与对应土壤养分测试值之间的回归曲线，得出两者之间的回归方程。土壤碱解氮和相对产量的回归方程为：y=34.832lnx - 79.618（R2=0.4956**），相关性达到极显著水平；土壤有效磷和相对产量的回归方程为：y=19.938lnx+14.068（R2=0.6654**），相关性达到极显著水平；土壤速效钾和相对产量的回归方程为：y=35.935lnx-85.618（R2=0.7028**），相关性达到极显著水平（如图1）。用相对产量75%、90%和95%分别计算出对应土壤养分含量，即得到水稻土壤养分丰缺指标，分极高（相对产量>95%）、高（相对产量>90%～95%）、中（相对产量>75%～90%）、低（相对产量≤75%）4个等级，即：土壤碱解氮极

2.2推荐施肥指标的建立

丰缺指标体系法是目前国际上普遍采用的推荐施肥方法，也是现阶段农业部主要提倡的配方设计方法。此法在建立土壤丰缺指标体系的基础上，根据产量和施肥量的函数关系求出最佳施肥量，建立最佳施肥量与养分测定值的函数关系式[7]。结果表明，试验区最佳施肥量和土壤有效养分含量均成负相关，且相关性达显著水平（见图2），将土壤养分丰缺临界值代入方程，即可计算出该养分丰缺水平下的推荐施肥临界值。综

3讨论与结论

3.1确立了鲁南地区水稻土壤养分丰缺指标体系

通过建立相对产量和土壤养分含量的数学关系式确立了水稻土壤养分养分丰缺指标，分为极高、高、中、低4个等级。即：土壤碱解氮极高（>150.0 mg/kg）、高（>130.0～150.0 mg/kg）、中（>85.0～130.0 mg/kg）、低（≤85.0 mg/kg）；土壤有效磷极高（>58.0 mg/kg）、高（>45.0～58.0 mg/kg）、中（>21.0～45.0 mg/kg）、低（≤21.0 mg/kg）；土壤速效钾（>152.0 mg/kg）、高（>133.0～152.0 mg/kg）、中（>87.0～133.0 mg/kg）、低（≤87.0 mg/kg）。

3.2建立了鲁南地区水稻施肥推荐指标体系

根据土壤养分的丰缺程度提出不同施肥量推荐。其中土壤碱解氮极高、高、中、低4个等级下氮肥（N）推荐量分别为160.0～172.9、>172.9～188.5、>188.5～235.3、>235.3～260.0 kg/hm2；土壤有效磷极高、高、中、低4个等级下磷肥（P2O5）推荐量分别为65.0～71.9、>71.9～77.3、>77.3～93.5、>93.5～105.0 kg/hm2；土壤速效钾极高、高、中、低4个等级下钾肥（K2O）推荐量分别为100.0～106.9、>106.9～112.8、>112.8～130.0、>130.0～145.0 kg/hm2。

3.3氮肥推荐施肥模型的选择

采用土壤丰缺指标法确定磷肥、钾肥推荐用量被多数学者认同，并广泛应用。而在氮肥推荐模型上，土壤养分丰缺指标法并没有得到一致的认同[16-18]。毛伟等[11]利用地力差减法预测氮肥推荐量，建立了以目标产量为基础的推荐施肥模型。赵亮等[12]利用土壤全氮和产量之间的关系建立了土壤全氮丰缺指标，并构建了以土壤全氮为基础的氮肥推荐模型。笔者采用土壤碱解氮和产量之间的关系建立了土壤碱解氮丰缺指标，并构建了以土壤碱解氮为基础的氮肥推荐模型，拟合方程曲线相关系数均达到显著水平，与戢林等[19]研究结果一致。

3.4推荐施肥效果验证

2006年临沂市农户施肥调查结果显示[20]，临沂市水稻氮肥施用量达到335.0 kg/hm2，磷肥用量为130.0 kg/hm2，钾肥用量为100.0 kg/hm2。2006-2015年在建立指标体系的过程中，笔者还进行了大量的肥料校正试验。根据施肥模型推荐配方，大幅降低氮肥、磷肥用量，同时小幅提高钾肥用量。前人试验结果表明，推荐配方能显著降低肥料成本，提高肥料利用率，增加作物产量[21，22]，从而进一步验证了该技术体系的科学性和可行性。

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