中国北方甜菜土壤碱解氮丰缺指标与适宜施氮量研究

孙洪仁 ，张吉萍 ，吕玉才 ，郑笑冉 ，张利霞 ，宋琼 ，林柏森

（1.中国农业大学草地研究所，北京 100193；2.北京六凯农业科技有限公司，北京 100095；3.凯风新农（北京）科技有限公司，北京 100095；4.赤峰众益糖业有限公司，内蒙古赤峰 024000；5.呼伦贝尔包商银行，内蒙古海拉尔 021000；6.赤峰绿璐种业有限公司，内蒙古赤峰024000）

0 引言

明确土壤养分丰缺状况，对作物的生长发育和农业可持续发展都是至关重要的。我国上世纪80年代开始对作物土壤养分丰缺指标进行评价研究[1]，但甜菜的相关研究极少，仅梁靖[2]研究了内蒙古乌兰察布市前山地区甜菜土壤氮、磷、钾丰缺指标与适宜施肥量，其它地区甜菜测土施肥尚无据可依。孙洪仁等[3-6]采用零散试验数据整合法，将学者们在各地开展之零散施肥试验结果有机地整合在一起，建立了紫花苜蓿和燕麦缺素处理相对产量与土壤养分含量回归方程，进而创建了中国北方紫花苜蓿和中国农牧交错带燕麦土壤养分丰缺指标推荐施肥系统。甜菜是我国东北、西北和华北地区的主要经济作物。本研究拟采用零散试验数据整合法建立我国北方甜菜土壤碱解氮丰缺指标推荐施肥系统，为我国北方甜菜测土施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 中国北方甜菜土壤碱解氮丰缺指标

搜集我国北方开展的甜菜施肥试验文献，从中提取土壤碱解氮含量、缺氮处理产量和全肥处理产量数据。利用式（1）计算甜菜缺氮处理相对产量。

式（1）中R为“缺氮处理相对产量”，Y-N为“缺氮处理产量”，Y为“全肥处理产量”。

利用Excel表，制作甜菜缺氮处理相对产量与土壤碱解氮含量散点图，绘制趋势线，建立回归方程。

参考测土施肥土壤养分丰缺分级改良方案[6]，确定第1～11级缺氮处理相对产量下限依次为100%、90%、80%、……、20%、10%和0%。

将各级别缺氮处理相对产量起始点数值0%、10%、20%……80%、90%和100%，分别代入本研究建立的甜菜缺氮处理相对产量与土壤碱解氮含量回归方程，计算土壤碱解氮含量，所得数值即为各丰缺级别的起点指标。超出缺氮处理相对产量和土壤碱解氮含量试验范围的外推数据，低端和高端分别保留1个。

1.2 中国北方甜菜推荐施氮量

利用“不同丰缺级别土壤适宜施肥量检索表”[7]和“养分平衡—地力差减法”确定适宜施肥量新应用公式[8][式（2）]，确定各丰缺级别甜菜土壤适宜施氮量。式（2）中F为“甜菜适宜施氮量”，A为“甜菜目标产量移出氮量”，R为“缺氮处理相对产量”，E为“氮肥当季利用率”。F=A×(1-R)÷E（2）

甜菜单位经济产量移出氮量确定为4.5 kg/t[2，6]。依据生产现状，确定甜菜目标产量9个，分别为30、37.5、45、52.5、60、67.5、75、82.5 和 90 t/hm2。 9 个目标产量情形下甜菜移出氮量依次为 135、169、202.5、236、270、304、337.5、371 和 405 kg/hm2。

选取每个丰缺级别缺氮处理相对产量下限作为该级别缺氮处理相对产量，第1～11级依次为100%、90%、80%、……、20%、10%和0%。

我国甜菜氮肥当季利用率大多在30%～50%之间，本研究设置30%、40%和50%三个氮肥当季利用率。

2 结果与分析

2.1 土壤碱解氮含量与缺氮处理相对产量回归方程

搜集到在我国北方的含有“土壤碱解氮含量”、“全肥处理产量”和“缺氮处理产量”的甜菜施氮试验文献25篇（1980—1989年 4篇，1990—1999年 4篇，2000—2009年 3篇，2010—2016年 14篇）[9-33]，提取配套数据46组。进而获得“甜菜缺氮处理相对产量”和“土壤碱解氮含量”配套数据46对。14对明显不合理，予以剔除。利用32对配套数据建立“缺氮处理相对产量”（y）与“土壤碱解氮含量”（x）回归方程如图1和式③所示。

式（3）中y为“甜菜缺氮处理相对产量”，数据范围为47.6%～93.4%，x为“土壤碱解氮含量”，数据范围为14～199mg/kg。

图1 中国北方甜菜土壤碱解氮含量与缺氮处理相对产量回归曲线Fig.1 Regression curve between available nitrogen content in sugar beet soil and relative yield of N deficiency treatment in north China

2.2 土壤碱解氮丰缺指标

将90%、80%、70%、60%和50%等在试验数据范围内的缺素处理相对产量分级参数分别代入式 （3），求得相应级别土壤碱解氮含量起点数值依次为428.6、114.8、30.7、8.2和2.2 mg/kg。其中第2、5和6级土壤碱解氮含量起点数值超出试验数据范围。据之确定我国北方甜菜土壤碱解氮丰缺指标，详见表1～表3。

2.3 不同丰缺级别土壤适宜施氮量

表1列出了我国北方甜菜不同目标产量和氮肥当季利用率情形下的不同丰缺级别土壤适宜施氮量。适宜施氮量与土壤碱解氮丰缺级别线性负相关，与目标产量线性正相关，与氮肥当季利用率线性负相关。当氮肥当季利用率40%、目标产量30～90 t/hm2时，土壤碱解氮丰缺级别第2～6级的适宜施氮量范围依次为34～101、68～203、101～304、135～405 和 169～506 kg/hm2。

3 讨论与结论

3.1 采用零散试验数据整合法建立缺素处理相对产量与土壤养分含量回归方程

在紫花苜蓿和燕麦土壤养分丰缺指标研究中，孙洪仁等[3-6]首先采用零散试验数据整合法，将学者们在各地开展之零散施肥试验结果整合起来，成功建立了中国北方紫花苜蓿和中国农牧交错带燕麦土壤养分含量与缺素处理相对产量回归方程。采用该法，本研究亦成功建立了中国北方甜菜缺素处理相对产量与土壤碱解氮含量回归方程。表明该法可能具有普适性。

表1 中国北方甜菜土壤碱解氮丰缺指标和氮肥当季利用率50%的适宜施氮量(N,kg/hm2)Table 1 Index of available nitrogen deficiency in sugar beet soil and suitable nitrogen application amount (N, kg/ha)under 50% the nitrogen fertilizer use efficiency in current season in north China

表2 中国北方甜菜土壤碱解氮丰缺指标和氮肥当季利用率40%的适宜施氮量(N,kg/hm2)Table 2 Index of available nitrogen deficiency in sugar beet soil and suitable nitrogen application amount (N, kg/ha)under 40% the nitrogen fertilizer use efficiency in current season in north China

表3 中国北方甜菜土壤碱解氮丰缺指标和氮肥当季利用率30%的适宜施氮量(N,kg/hm2)Table 3 Index of available nitrogen deficiency in sugar beet soil and suitable nitrogen application amount (N, kg/ha)under 30% the nitrogen fertilizer use efficiency in current season in north China

3.2 土壤碱解氮丰缺指标

农业部于20世纪80年代组织14省（市、自治区）联合开展的三大作物土壤养分丰缺指标研究结果表明，缺氮处理相对产量70%～90%对应的土壤碱解氮含量范围为32～400mg/kg[1]，本研究结果与其颇为接近。

3.3 土壤养分丰缺指标研究中试验点数与土壤养分含量分布的要求

20个以上试验点是土壤养分丰缺指标研究的基本要求。本研究试验数据32对，试验点数25个。尽管达到基本要求，但考虑到本研究覆盖区域很大，还应适当增补试验点数。

为了保障回归方程有效性，试验点土壤养分含量应该高、中、低合理分布。本研究土壤碱解氮含量150 mg/kg以上和30mg/kg以下的试验点偏少，还需适当增补。

3.4 适宜施氮量及土壤养分收支平衡点

本研究涉及甜菜施肥文献[2，9-33]的推荐施氮量范围为45～365 kg/hm2。当氮肥当季利用率为40%时，本研究之甜菜土壤碱解氮丰缺级别第2～5级的适宜施氮量与其大体相当。

本研究结果表明，氮肥当季利用率50%、40%和30%时，土壤氮素收支平衡点（施入量等于移出量）依次为土壤养分丰缺级别的第6、5和4级，与孙洪仁等[7]的研究结论相一致。