湖南省春玉米土壤养分丰缺指标构建研究

郭欢乐，陈志辉，曹钟洋，汤 彬，吴远帆

（1湖南省作物研究所，长沙410125；2湖南省土壤肥料工作站，长沙410005）

湖南省春玉米土壤养分丰缺指标构建研究

郭欢乐1，陈志辉1，曹钟洋1，汤 彬1，吴远帆2

（1湖南省作物研究所，长沙410125；2湖南省土壤肥料工作站，长沙410005）

借助湖南省玉米“3414”肥料试验数据，比较红壤和水稻土养分含量差异，分别分析了红壤和水稻土两种类型土壤中各养分含量及其与对应肥料处理的产量之间的关系，将红壤和水稻土的氮磷钾含量水平分别进行分级。结果显示，除速效钾含量红壤高于水稻土外，其余养分含量两者无明显差异。土壤有效磷和速效钾含量可以与其对应的肥料空白处理的相对产量或产量成功拟合，可以进行土壤肥力分级，碱解氮则不能。借助不施氮处理相对产量与其相对应的土壤有机质含量，可间接对土壤供氮能力进行分级。土壤养分分级结果显示，红壤和水稻土的各养分含量均可分为低、较低、中等、较高和高5个等级。两种土壤对玉米氮素供应能力均处于中低水平，供磷能力均基本处于中等水平，其中水稻土稍高，供钾能力红壤处于中高水平，水稻土处于中低水平。研究结果表明，根据土壤类别进行肥力等级划分具有必要性和可行性，可为湖南省春玉米科学施肥提供有益参考。

玉米；土壤；养分；肥力分级；湖南

湖南省玉米播种面积近年来已达35万公顷以上。随着本省农业种植结构的调整和市场需求增加，玉米播种面积呈现快速增长的趋势。在玉米田间管理环节中，施肥技术是最为关键的环节之一，直接关系到玉米产量和种植收益。而全省各地田间管理水平差异较大，施肥技术更是千差万别，严重制约着玉米生产的发展。开展测土配方施肥，是玉米生产中最有效的节本增效措施。各地区根据自身土壤肥力的特点，有针对性的进行施肥，不仅可以减少肥料浪费、提高肥料利用率、增加种植收益，也可以减少环境污染，从而收到良好的经济、社会以及生态效益。

利用“3414”肥料试验进行土壤肥力分级评价，已经成为土壤分级评价的重要手段。孙义祥等［1］通过对山东冬小麦田土壤进行肥力分级，建立了冬小麦测土配方施肥指标体系。李文彪等［2］对内蒙古河套灌区春玉米区土壤进行肥力分级并建立了推荐施肥指标体系。付莹莹等［3］建立了关中灌区夏玉米的土壤丰缺指标体系。任亮等［4］对会宁县全膜双垄沟播玉米肥料试验进行分析，建立了半干旱地区全膜双垄沟播玉米的土壤养分丰缺指标。熊艳等［5］对云南省肥料试验数据进行分析，建立了云南旱地玉米土壤养分丰缺指标并测算了玉米肥料利用率。谭海燕等［6］对昆明市土壤养分含量进行分析，建立了土壤养分丰缺体系。

我国幅员辽阔，不同地区生态环境差异明显，土壤类型复杂多样，土壤分布千差万别［7］。不同土壤的物理、化学以及生化等性质差异较大，对施肥效果产生较大影响［8～12］。前人对玉米土壤养分等级划分研究多集中在从总体上分析多试验点数据，试验结果比较模糊，只能粗略反应土壤养分含量和作物产量的关系，缺乏具体的根据土壤类别进行研究的报道。

湖南省玉米测土配方施肥项目已进行多年，积累了大量有价值的数据。笔者利用已经取得的数据进行汇总分析，试图按照土壤类型单独进行土壤肥力分级，建立适合本地区的土壤氮磷钾养分分级标准，以为湖南省玉米施肥提供科学依据。

1 材料方法

1.1 试验设计

本试验在湖南全省4个玉米生态区的40个玉米主产县（市、区）开展，各试验点均为常年种植春玉米的田块。按照农业部《测土配方施肥技术规范》“3414”施肥方案，进行氮、磷、钾3个因子4个水平，共14个处理的试验［13，14］。试验品种选用当地栽培面积较大的玉米杂交种。试验小区随机排列，每个处理3次重复，田间管理与当地大田管理一致。肥料试验开展前，根据《土壤分析技术规范》取试验田土样，检测土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、缓效钾和速效钾含量以及pH值等。

1.2 土壤数据分类

本研究共获得219组湖南省2005～2011年玉米“3414”肥料试验数据。将试验数据按土壤类型分类，其土壤类型包括红壤、黄壤、潮土、石灰土、水稻土和紫色土。其中红壤数据57组，覆盖湖南省4个玉米生态区26个玉米主产县（市、区），水稻土数据99组，覆盖湖南省4个玉米生态区27个玉米主产县（市、区）（表1），这两种土壤数据占总数据量的71.2%。湖南省共有土壤类型13种，其中红壤和水稻土是分布面积最大的土壤类型，分别占到全省土壤总面积的51%和16.5%［15］，两者具有广泛的代表性。本文重点对这两种土壤的养分含量进行对比分析并进行养分含量分级研究。

表1 试验地点及其生态区域和土壤类型

1.3 数据处理

分别对红壤和水稻土中碱解氮、有效磷和速效钾含量与不施氮处理、不施磷处理和不施钾处理的相对产量（空白处理除以全肥料处理）进行拟合，拟合过程中剔除异常数据，以拟合成功的对数关系方程进行土壤养分分级。如果拟合不成功，基于产量和相对产量的显著关系，对肥料空白处理产量与土壤养分含量进行拟合。如果土壤养分含量与空白处理产量和相对产量拟合均不成功，根据土壤有机质含量与氮磷钾含量的显著关系［16～19］，利用空白处理的产量与其有机质含量进行拟合，以空白处理的有机质含量间接代表土壤供肥能力。对拟合成功的方程，参照《测土配方施肥技术规范（2011年修订版）》，将相对产量划分为5个水平，相对产量低于60%（不含）、60%～75%（不含）、75%～90%（不含）、90%～95%（不含）和95%（含）以上分别代表低、较低、中、较高和高5个肥力水平。

数据处理和图表制作均利用EXCEL2010完成。

2 结果与分析

2.1 红壤和水稻土土壤养分含量和pH对比分析

由表2平均值比较来看，红壤的有机质、碱解氮和pH值均低于水稻土，而有效磷和速效钾含量则高于水稻土，但方差分析结果显示，除速效钾含量外其余各项数据差异均不显著，也就是说，两种土壤在养分平均含量方面的差异仅表现在红壤速效钾明显高于水稻土上。从方差值来看，红壤的有机质和碱解氮含量方差值均小于水稻土，而有效磷、速效钾和pH值的方差值则均大于水稻土，说明红壤的有机质和碱解氮含量值相对于水稻土更加集中，而有效磷、速效钾和pH值则相对分散。两种土壤的平均pH值均在5.8左右，表现为微酸性，差异不大。

表2 红壤与水稻土土壤养分和pH值对比

2.2 红壤养分含量分级

2.2.1 以土壤碱解氮含量代表红壤供氮能力

由图1的A和B可知，利用土壤碱解氮与不施氮处理的相对产量和产量均能拟合出对数关系，但相关系数太小，相关性不显著，不能利用其进行土壤肥力分级。

图1 红壤中各养分含量与肥料处理的产量或相对产量的关系

2.2.2 以土壤有机质含量代表红壤供氮能力

由于土壤有机质含量与碱解氮含量存在极显著的相关性［17，18］，本研究借助有机质含量与不施氮处理相对产量进行拟合，探讨以土壤有机质含量来间接代表土壤氮肥供给能力的可行性。

由图1中C可知，不施氮处理相对产量与其对应土壤有机质含量成功拟合出对数关系，并且相关系数达到极显著水平，因此可以利用其间接建立土壤氮肥含量分级指标，以土壤有机质含量间接代表土壤供氮能力。

解方程组可得0.6、0.75、0.9和0.95分别代表约15、30、55和72 g/kg的有机质含量。因此，将土壤有机质含量低于15、15～30、30～55、55～72 g/kg和高于等于72 g/kg对应设定为低、较低、中、较高和高5个肥力水平。

2.2.3 用有效磷含量代表红壤供磷能力

由图1中D和E可知，红壤土壤有效磷含量与不施磷处理相对产量可以拟合出对数关系，但相关系数太小，相关性不显著，不能用其进行土壤养分分级。土壤有效磷含量与不施磷处理产量可以拟合出对数关系，相关系数达到极显著水平，可以进行土壤肥力分级评价。

由样本数据分布情况和方程拟合结果，将8100 kg/hm2定为最高临界点产量，计算不施磷处理产量达到最高临界产量的60%、75%、90%和95%时对应的土壤有效磷含量。解方程可得，60%、75%、90%和95%的相对产量分别对应约1、6、39和72 mg/kg的有效磷含量。因此，可将土壤有效磷含量低于1、1～6、6～39、39～72和高于等于72 mg/kg分别对应划分为低、较低、中、较高和高5个肥力水平。

2.2.4 用速效钾含量代表红壤供钾能力

由图1中F可知，土壤速效钾含量与不施钾处理相对产量拟合成功，相关系数达到极显著水平，可以用来进行土壤肥力分级。解方程可得相对产量分别为0.6、0.75、0.9和0.95时对应的土壤速效钾含量分别约为5、30、140和340 mg/kg。因此，可以将土壤速效钾含量低于5、5～30、30～140、140～340和高于等于340 mg/kg分别对应划分为低、较低、中、较高和高5个肥力水平。

2.3 水稻土土壤养分分级

2.3.1 用土壤碱解氮含量代表土壤供氮能力

由图2中G和H可知，碱解氮含量与不施氮处理产量和不施氮处理相对产量均能拟合出对数关系，但相关系数较低，相关性不显著，不能用于划分土壤肥力等级。

2.3.2 用土壤有机质含量代表土壤供氮能力

由图2中I可知，不施氮处理相对产量与其土壤有机质含量可以拟合出对数关系，且相关系数达到极显著水平，可用其进行土壤肥力分级评价，间接代表土壤供氮能力。

解方程可得，相对产量为0.6、0.75、0.9和0.95时对应的有机质含量分别约为17、32、60和75 g/kg。因此，可将土壤有机质含量低于17、17～32、32～60、60～75 g/kg和高于等于75 g/kg分别对应划分为低、较低、中、较高和高5个肥力水平。

2.3.3 用有效磷含量代表土壤供磷能力

由图2中J可知，土壤有效磷含量和不施磷处理相对产量成功拟合出对数关系，且相关系数达到极显著水平，可以进行土壤肥力分级。

解方程可得，相对产量为0.6、0.75、0.9和0.95时对应的土壤有效磷含量分别约为1.5、5、20、30 mg/kg。因此，可将土壤有效磷含量低于1.5、1.5～5、5～20、20～30和高于30 mg/kg的含量水平分别对应划分为低、较低、中、较高和高5个肥力水平。

图2 水稻土中各养分含量与肥料处理的产量或相对产量的关系

2.3.4 用速效钾含量代表土壤供钾能力

由图2中K和L可知，土壤速效钾含量与不施钾处理相对产量可以拟合出对数方程，但相关系数太小，相关性不显著，不能进行土壤肥力分级。速效钾含量与不施钾处理产量可以拟合出对数方程，且相关系数达到极显著水平，可以进行土壤肥力分级。

根据样本数据分布和方程模拟结果，将8250 kg/hm2确定为产量最高临界点，分别计算产量达到最高临界点60%、75%、90%和95%时对应的土壤速效钾含量。解方程得，60%、75%、90%和95%的临界点分别对应约35、82、197和264 mg/kg的速效钾含量。因此，将土壤速效钾含量低于35、35～82、82～197、197～264和高于等于264 mg/kg分别划分为低、较低、中、较高和高5个肥力水平。

2.4 红壤与水稻土肥力分级比较

由表3可知，在有机质含量分级中，红壤和水稻土各等级范围基本一致，说明有机质供氮能力在两种土壤中基本一致。有效磷含量分级中，红壤与水稻土差异主要表现在较高和高两个等级中，水稻土的两个等级中数值均远小于红壤，说明在磷含量为中低水平时，有效磷对产量贡献基本一致，但随着有效磷含量的增加，水稻土中有效磷对产量的贡献高于红壤。在速效钾含量分级中，中低水平含量时，水稻土数据远大于红壤，而到较高和高水平时，水稻土的数据则逐渐低于红壤，由此可知在速效钾含量较低时，红壤中速效钾对产量贡献大于水稻土，而随着含量接近极限值，水稻土出现反超现象即水稻土的速效钾在含量较高时其对产量的贡献大于红壤。

表3 红壤与水稻土土壤肥力分级比较

以上数据也反映出不同类型养分在不同类型土壤中作用效果的复杂性，说明养分效果受土壤类型的影响较大，特别是有效磷和速效钾受土壤类型的影响较为明显。

2.5 土壤养分等级分布比较

根据以上土壤养分分级结果，对湖南省两种土壤类型的试验样本数据中有机质、有效磷和速效钾含量进行归类，分别计算不同等级土壤样本数占总样本的百分比，结果如表4。

表4 湖南省红壤与水稻土各养分等级占总土壤比例（%）

由表4可知，有机质等级分布方面，红壤和水稻土表现基本一致，均集中在较低和中等水平范围内；有效磷等级分布方面，红壤和水稻土均多数集中在中等水平，在较低水平上红壤分布多于水稻土，在较高和高水平上红壤分布低于水稻土；在速效钾等级分布方面，水稻土几乎全部集中在较低和中等水平，红壤则集中在中等和较高水平。

根据本研究结果，从整体上来看湖南省红壤和水稻土对玉米的氮肥供应能力在中低水平，磷肥供应能力在中等水平，钾肥则因土壤类型而异，红壤供应能力处于中高水平，水稻土则为中低水平。由此可知，湖南玉米田应特别注意氮肥的充足供应，水稻土类型土壤要特别注重钾肥的施用。

3 讨论与结论

3.1 红壤与水稻土对玉米养分供应能力分析

从本研究结果来看，红壤与水稻土在养分含量上的差异主要表现在速效钾上，红壤速效钾含量高于水稻土，有机质、碱解氮和有效磷以及土壤pH值则均无明显差异；在养分含量分级方面两者主要区别在于有效磷和速效钾分级上，相同养分含量在两种土壤中可能表现出不同的肥效，有效磷在水稻土中的肥效高于红壤，速效钾肥效则相反；养分等级分布方面两者的差异，主要表现在红壤中低等级有效磷分布高于水稻土，在较高和高水平上则低于水稻土，总体上看水稻土略微高于红壤；速效钾分布红壤集中在中等和较高水平，水稻土集中在中等和较低水平，红壤高于水稻土。因此，湖南省红壤和水稻土对玉米的供氮能力处于中低水平，供磷能力处于中等水平，供钾能力则因土壤类型而异，红壤处于中高水平，水稻土处于中低水平。两种土壤的玉米田施肥时应该各有侧重点，红壤型的土壤应该注重磷肥的施用，水稻土则应当注重钾肥的充足供应。

3.2 部分数据拟合失败原因分析

本研究中两种类型土壤碱解氮含量与不施氮处理相对产量均拟合失败，碱解氮含量未能直接反映土壤供氮能力。此种现象在谭海燕等［6］的研究中也同样发生。土壤不施氮处理的相对产量与有机质含量可以拟合成功，可知有机质含量与土壤供氮能力有着直接关联关系。而碱解氮与有机质有着极显著的相关关系，有机质是土壤碱解氮的重要来源，但不是唯一来源。碱解氮除含有部分有机质中比较简单的有机态氮外，还含有无机的矿物氮，是铵态氮、硝态氮、氨基酸、酰胺和易水解的蛋白质氮［17］，成分比较复杂。因此，可以推测土壤供氮能力可能受有机态氮的影响更大，并同时受其他因素影响，但这一推测需要进一步的试验验证。另外，碱解氮在土壤中的含量是随着时间和空间而改变的，不同时间段含量很可能会发生改变，检测结果可能不一致［20］，这也是导致分析结果出现异常的原因之一。

红壤有效磷含量和水稻土速效钾含量均与其对应的空白处理相对产量拟合失败，而与空白处理产量拟合均成功，这似乎是一个矛盾的现象。究其原因，笔者认为一方面各试验地点选取品种不一致，在经过肥料处理后，不同品种对肥料反应不一致可能导致肥料处理后，产量变化差异较大；另一方面，各试验点生态条件的差异也可能是导致玉米对肥料反应产生差异的重要原因。

3.3 针对不同土壤类型开展肥力分级的必要性

对比本研究结果与前人研究结果［2～6］，土壤氮磷钾肥力分级划分标准多样，分级类型有4～6级之多，没有统一标准，试验结果也各不相同。造成各地区的试验结果差异的原因，除气候条件、栽培措施、品种和地理位置差异外，笔者认为不同地区土壤类型的差异也是重要原因。不同类型的土壤在质地、有机质含量、微量元素含量、土壤物理和生化性质方面各不相同［21～24］，对土壤的肥料供给能力产生不同的作用，对作物的生长也能造成不同程度的影响，进而影响试验结果。因此，如果不考虑土壤类型，而仅仅考虑土壤主要养分含量进行土壤肥力分级，势必造成较大的误差。本研究结果显示，红壤和水稻土在有效磷和速效钾含量分级方面均表现出较大差异，相同的养分含量在两种土壤中处于不同的供给水平，说明有效磷和速效钾在不同土壤环境中的肥效差异较大，土壤环境对养分的释放和吸收的影响是巨大的。

3.4 结论

本研究通过将土壤类型进行分类，重点研究湖南省分布面积最大的红壤和水稻土两种土壤类型，发现两种类型土壤在平均有机质含量、有效磷含量和pH方面没有明显差异，红壤的速效钾含量明显高于水稻土。利用两者的有机质含量可以间接反映出土壤供氮能力，利用土壤有效磷和速效钾的含量与肥料空白处理的产量数据成功进行拟合，并进行肥力等级划分，说明按土壤类型进行土壤肥力等级划分是可行的。

在土壤分级标准的划分方面，两种土壤表现出较大差异，说明不同类型的土壤肥料的供给能力有着明显的差异，进而对土壤肥力等级划分产生重大影响。两种土壤在养分肥力等级分布方面，同样表现出较大差异。土壤肥力等级分布的差异，可直接影响到对土壤供肥能力的评价和田间施肥方式，进而影响农业生产效益。因此，对不同类型的土壤单独进行养分丰缺研究是十分必要的。本研究结果可在一定程度上反映出分土壤类型进行肥力分级的必要性和可行性，在今后的测土配方实施过程中，应将土壤类型差异对施肥效果的影响纳入考虑范围。

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Study on Soil Nutrient Rich-Lack Indexes of Spring Maize in Hunan Province

GUO Huan le1，CHEN Zhihui1，CAO Zhongyang1，TANG Bin1，WU Yuan fan2
（1 Crop Research Institute of Hunan Province，Changsha，Hunan 410125，China；2 Soil and FertilizerWorkstation of Hunan Province，Changsha，Hunan 410005，China）

The data of“3414”fertilizer test completed in Hunan province in recent yearswere analyzed，the fertilizer contents of red soil and paddy soil were compared，the relationship of the contents of NPK in soil and the corresponding yield of fertilizer treatmentswas analyzed，and classification by the contents of NPK in the 2 soil typeswas finished.The result showed that the fertilizer contentdifference between the 2 soil typeswas not significant，but the contents ofeffective potassium were significant different.The classification of available phosphorus and effective potassium were successful by data fitting content in soil and the yield or relative yield of fertilizer treatments.Supplying capacity of N can be classified by its content of organicmatter indirectly.The classification result shows that all soil nutrients of the 2 soil types can be divided into 5 levels，that is，low，lower，middle，higher and high level.The nitrogen supplying capacity of the 2 soil types were at the level ofmiddle to low，phosphorous supplying capacity of the 2 soil typeswere both at the level ofmiddle，and paddy soil was better than red soil.The potassium supplying capacity of red soil ass at the levelofmiddle to high，and thatof paddy soilwasmiddle to low.The resultof this study proved necessity and feasibility of soil fertility classification based on the type of soil，and can be a beneficial reference for rational fertilization of springmaize in Hunan province.

maize；soil；nutrient；fertility classification；Hunan

S513.062

A

1001-5280（2017）03-0239-07 DO I：10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2017.03.07

2016- 12- 08

郭欢乐（1985-），男，硕士，主要从事玉米育种与栽培研究，Email：guole469＠163.com。

国家产业体系（CARS-02）；国家科技支撑计划（2012BAD20B05-01-02）；湖南省农科院科技创新专项（2012hnnkycx18）。