中国南方甘蔗土壤全氮丰缺指标与适宜施氮量初步研究

2020-07-16钟培阁孙洪仁张吉萍吕玉才王应海

中国糖料 2020年3期

钟培阁，孙洪仁，张吉萍，吕玉才，王应海

（1.中国农业大学草业科学与技术学院，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.东方智感（浙江）科技股份有限公司，杭州 311200）

0 引言

土壤养分丰缺指标法是测土施肥的经典方法。许多学者对我国诸多区域主要作物的土壤养分丰缺指标开展了研究，但针对甘蔗的相关研究较少。王献华[1]采用盆栽试验法对广西甘蔗土壤有效磷丰缺指标进行了初步探讨；唐栓虎等[2]研究了华南坡岗地甘蔗土壤有效磷和速效钾丰缺指标；黄振瑞[3]建立了粤西甘蔗土壤碱解氮、有效磷和速效钾土壤养分丰缺指标推荐施肥体系。绝大部分地区甘蔗测土施肥尚无据可依。孙洪仁研究团队[4-11]采用零散实验数据整合法，成功创建了中国北方紫花苜蓿、中国农牧交错带燕麦和中国北方甜菜土壤养分丰缺指标推荐施肥系统。本研究拟采用零散实验数据整合法进行中国南方甘蔗土壤全氮丰缺指标与适宜施氮量研究，为我国南方甘蔗测土施氮提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 中国南方甘蔗土壤全氮养分丰缺指标

利用网络数据库资源，收集中国南方开展的甘蔗施肥试验文献。选择含有施肥前试验地土壤全氮含量、缺氮处理产量及全肥处理产量3项指标的文献，并提取以上数据。利用式（1）计算甘蔗缺氮处理相对产量。

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”。

理论上，施肥前土壤全氮含量越高，获得的缺氮处理相对产量越高；反之，施肥前土壤全氮含量越低，获得的缺氮处理相对产量越低。利用Excel软件，选择适当模型建立甘蔗缺氮处理相对产量与土壤全氮含量回归方程。为了适当提高推荐施肥精准度，参考“测土施肥土壤养分丰缺分级改良方案”[12]，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%，作为因变量值（y）分别代入本研究建立的甘蔗缺氮处理相对产量与土壤全氮含量回归方程，反向计算得到的土壤全氮含量（x）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全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 中国南方甘蔗推荐施肥量

采用“养分平衡—地力差减法”确定适宜施肥量的新应用公式（2）[13]和“土壤养分丰缺指标法之不同丰缺级别土壤适宜施肥量检索表”[14]，确定各丰缺级别甘蔗土壤的适宜施氮量。

式（2）中F为“适宜施氮量”，A为“目标产量甘蔗氮素移出量”，R为“缺氮处理相对产量”，E为“氮肥当季利用率”。

单位经济产量甘蔗氮素（N）移出量确定为1.9 kg/t[15]。根据生产现状，确定甘蔗目标产量10 个，分别为45、60、75、90、105、120、135、150、165 和180 t/hm2。选取各丰缺级别的缺氮处理相对产量下限作为该级别之甘蔗缺氮处理相对产量，第1 级为100%，第2 级为90%，第3级为80%，……，第11级为0%。设置3个甘蔗氮肥当季利用率，分别为30%、40%和50%。

2 结果与分析

2.1 中国南方甘蔗施氮试验文献及与土壤全氮丰缺指标研究相关信息

搜集到在中国南方开展的同时含有“土壤全氮含量”、“缺氮处理产量”和“全肥处理产量”的甘蔗施氮试验文献28篇（2000—2009年8篇，2010—2019年20篇）[16-43]，提取出配套数据60组，进而获得“土壤全氮含量”和根据公式（1）计算“甘蔗缺氮处理相对产量”配套数据60对（表1）。

表1 甘蔗施氮试验文献中与土壤全氮丰缺指标研究相关信息Table 1 Relevant information about the research of soil total N abundance-deficiency index in literature of sugarcane fertilization experiment

续表1 Continued Table 1

2.2 中国南方甘蔗土壤全氮含量与缺氮处理相对产量回归方程

剔除5 对明显不合理数据，利用55对配套数据建立“土壤全氮含量”（x）与“缺氮处理相对产量”（y）回归方程，分别采用直线和自然对数两种模型进行模拟，结果如图1 和表2 所示。土壤全氮含量试验数据范围为0.15～1.61 g/kg，甘蔗缺氮处理相对产量试验数据范围为51.76%～100.78%。

图1 中国南方甘蔗土壤全氮含量与缺氮处理相对产量回归曲线Fig.1 The regression curve between soil total N and relative yield of no N fertilizer treatment for sugarcane in south China

表2 中国南方甘蔗土壤丰缺级别第1～7 级起讫点土壤全氮含量(g/kg)Table 2 The starting and ending point values of soil total N contents for the first to seventh grade of the abundance-deficiency level in sugarcane in the south of China(g/kg)

2.3 中国南方甘蔗土壤全氮丰缺指标

利用缺氮处理相对产量和土壤全氮含量回归方程，计算中国南方甘蔗土壤丰缺级别第1～7 级起讫点土壤全氮含量，如表2 所示。100%～50%的缺氮处理相对产量值对应计算得到的是土壤全氮丰缺级别第1～7级的起点指标。采用直线和自然对数两种类型回归方程的计算结果差别明显。利用直线型回归方程计算的结果中，缺氮处理相对产量50%对应的土壤全氮含量为负值。利用自然对数型回归方程计算的结果中，缺氮处理相对产量90%～100%对应的土壤全氮含量为外推数据。利用直线型回归方程计算得到的缺氮处理相对产量50%～60%对应的土壤全氮含量皆明显低于自然对数型。利用直线型回归方程计算得到的缺氮处理相对产量80%对应的土壤全氮含量略高于自然对数型，但二者颇为接近。利用直线型回归方程计算得到的缺氮处理相对产量95%和100%对应的土壤全氮含量皆明显低于自然对数型。舍弃负值和超出试验范围的外推数据后，再根据公式（2）计算得到中国南方甘蔗土壤全氮1～7 级丰缺指标的适宜施氮量，如表3所示。

表3 中国南方甘蔗土壤全氮丰缺指标及不同目标产量对应的适宜施氮量（N，kg/hm2）Table 3 Abundance-deficiency index of soil total N content and appropriate fertilizer application rates corresponding to target cane yield for sugarcane in the south of China

2.4 中国南方不同丰缺级别甘蔗土壤适宜施氮量

表3列出了中国南方甘蔗不同目标产量和不同肥料利用率下不同丰缺级别土壤的适宜施氮量。适宜施氮量与土壤全氮丰缺级别及氮肥当季利用率呈直线负相关，与甘蔗目标产量则呈现直线正相关。当氮肥利用率40%、甘蔗目标产量45～180 t/hm2时，土壤全氮丰缺级别第1～7级的适宜施氮量范围依次为0～0、21～86、43～171、64～257、86～342、107～428 和128～513 kg/hm2；当氮肥利用率提高到50%，适宜施氮量范围依次为0～0、17～68、34～137、51～205、68～274、86～342、103～410 kg/hm2，比40%氮肥利用率分别节省施氮量0～0、4～18、9～34、13～52、18～68、21～86、25～105 kg/hm2。假如南方某地测得土壤全氮含量为1.64 g/kg，当氮肥利用率40%时，要达到甘蔗目标产量90 t/hm2，那么由此推算适宜施氮量应为86 kg/hm2。

3 讨论

3.1 直线和自然对数模型的比较

自然对数模型在作物缺素处理相对产量与土壤养分含量回归方程建立中应用最为广泛，而使用直线模型的研究则相对较少[41-46]。本研究结果表明，直线模型存在丰缺级别低端指标数值为负的不合理问题，而自然对数模型存在丰缺级别高端指标外推且偏高的问题。采用自然对数模型计算土壤养分丰缺级别之中、低端指标较为理想，而对于高端指标，直线模型计算结果可能更为符合实际情况。

3.2 自然对数模型最高丰缺级别土壤缺素处理相对产量下限的选择

从理论上讲，土壤缺素处理相对产量下限应为100%，此时无需施肥也可达到目标产量。但在本研究自然对数模型得到的结果中，对应于缺素处理相对产量100%之最高丰缺级别土壤养分含量指标过高，与正常认知有些不相符，并且在针对其他作物的研究中也出现了类似的现象[44-52]。自然对数模型缺素处理相对产量95%对应的土壤养分含量与直线模型缺素处理相对产量100%对应的土壤养分含量较为接近。因此，可选用95%来代替100%作为自然对数模型最高丰缺级别土壤缺素处理相对产量下限。