我国籽实和饲草谷子土壤钾素丰缺指标及推荐施钾量

2022-03-27朱凯迪孙洪仁张吉萍冮丽华吕玉才王国军魏登峰

北方农业学报 2022年6期

朱凯迪，孙洪仁，张吉萍，冮丽华，吕玉才，王国军，魏登峰

（1.中国农业大学草业科学与技术学院，北京 100193；2.北京理工大学外国语学院，北京 102401；3.北京六凯农业科技有限公司，北京 100095；4.北京薯网农业科学研究院北京 100043；5.深圳六园企业发展有限公司，广东深圳 518038；6.敖汉旗惠隆杂粮种植农民专业合作社，内蒙古敖汉 024300）

谷子［Setaria italic（L.）Beauv.］是起源于我国的古老农作物，具有耗水少、抗旱耐瘠、营养丰富均衡、粮饲兼用等特征，是旱作生态农业的主栽作物。目前我国谷子种植面积近80 万hm2，产量近240 万t[1]。肥料是作物的“粮食”。科学施肥不仅可以提高谷子产量、质量和效益，还能够有效保护耕地、水系和大气生态环境。因此，科学确定施肥量对谷子生产具有重要意义。

BRAY 先生首创的土壤养分丰缺指标法是世界各国广为应用的测土推荐施肥经典、标准的方法[2]。20世纪80年代，我国开始作物土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究[3～4]，已经建立了玉米、水稻、小麦等作物在多地域土壤养分丰缺指标推荐施肥系统[5～7]。但谷子土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究十分薄弱，相关文献仅见2 篇。王纪泽等[8]对赤峰谷子土壤有效磷丰缺指标进行了初步研究。朱凯迪等[9]采用由中国农业大学孙洪仁研究团队创建的作物土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究新方法，建立了我国籽实和饲草谷子土壤氮素丰缺指标推荐施肥系统。

中国农业大学孙洪仁研究团队创建了由“零散实验数据整合法”“土壤养分丰缺分级改良方案”和“养分平衡-地力差减法新应用公式”构成的作物土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究新方法，有效地克服了作物土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究过程中存在的诸如工程庞大、投资强度大等难题。孙洪仁研究团队利用该法还成功建立了紫花苜蓿、燕麦、甜菜、甘蔗、苹果、棉花等作物土壤养分丰缺指标推荐施肥系统[10-15]。本研究拟采用作物土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究新方法，开展我国谷子土壤钾素丰缺指标和推荐施钾量研究，旨在为我国谷子测土施肥提供科学依据。

1 材料和方法

搜集我国开展的籽实、饲草谷子施钾的试验文献。选择含有土壤钾素含量、施钾处理产量及缺钾处理产量（未施钾肥，其他养分施用量与施钾处理相同）的试验文献，并提取上述数据。采用谷子缺钾处理相对产量公式

式中，R-K为缺钾处理相对产量；Y-K为缺钾处理产量；YK为施钾处理产量。

利用Excel 软件，选择适当模型分别建立谷子缺钾处理相对产量与土壤速效钾和全钾含量回归方程。利用所得回归方程和土壤养分丰缺分级改良方案[16]分别对土壤速效钾和全钾丰缺进行分级，高端和低端分别至多保留1 个外推数据。

计算推荐施钾量，采用“养分平衡-地力差减法新应用公式”[17-18]

式中，FK为推荐施钾量；AK为目标产量钾素移出量；R-K为缺钾处理相对产量；EK为养分当季利用率。

籽实谷子单位经济产量钾素（K2O）移出量确定为36 kg/t，干草谷子确定为18 kg/t，青贮谷子确定为6 kg/t[19-20]。籽实谷子目标产量确定为3.00、3.75、4.50、5.25、6.00、6.75、7.50 t/hm2，目标产量钾素（K2O）移出量依次确定为108、135、162、189、216、243、270 kg/hm2；干草谷子目标产量确定为6.0、7.5、9.0、10.5、12.0、13.5、15.0 t/hm2，目标产量钾素（K2O）移出量依次确定为108、135、162、189、216、243、270 kg/hm2；青贮谷子目标产量确定为15、20、25、30、35、40、45 t/hm2，目标产量钾素（K2O）移出量依次确定为90、120、150、180、210、240、270 kg/hm2。

选取各丰缺级别缺素处理相对产量下限作为该级别缺素处理相对产量。设置3 个钾肥当季利用率，分别为40%、50%、60%。

2 结果与分析

2.1 我国谷子施钾的试验文献与土壤钾素丰缺指标相关信息

搜集到我国开展的含有土壤速效钾（或全钾）含量和缺钾处理的谷子施钾的文献共23 篇。其中，1980—1999年3 篇[21-23]，2000—2009年4 篇[24～27]、2010—2020年16 篇[28～43]。另搜集到盆栽试验文献1 篇[21]。上述研究涉及县域21 个，品种21 个左右，土壤类型约11 个。从上述文献中提取出土壤速效钾含量、缺钾处理产量和施钾处理产量数据46 组，土壤全钾含量、缺钾处理产量和施钾处理产量数据5 组。进而得到土壤速效钾含量与缺钾处理相对产量配套数据46 对，土壤全钾含量与缺钾处理相对产量配套数据5 对。我国谷子施钾试验文献中土壤钾素丰缺指标研究的相关信息见表1。

表1 我国谷子施钾的试验文献中丰缺指标研究相关信息

2.2 我国谷子土壤钾素含量与缺钾处理相对产量回归方程

剔除少量明显偏离群体数据对，建立我国谷子土壤速效钾、全钾含量与缺钾处理相对产量回归方程，见图1、图2 和公式（3）、（4）。回归方程分别达极显著（P＜0.01）和显著水平（P＜0.05）。

图1 我国谷子缺钾处理相对产量与土壤速效钾含量回归关系

图2 我国谷子缺钾处理相对产量与土壤全钾含量回归关系

2.3 我国谷子土壤钾素丰缺指标

利用公式（3）、（4）计算缺钾处理相对产量100%、95%、90%、80%、70%……10%对应的土壤速效钾含量依次为256.8、189.1、139.3、75.5、41.0、22.2、12.1、6.5、3.5、1.9、1.0 mg/kg；土壤全钾含量依次为23.97、18.42、14.15、8.36、4.93、2.91、1.72、1.02、0.60、0.35、0.21 g/kg，依据高端和低端分别至多保留1 个外推数据原则，舍弃超出限额的外推数据，得到我国谷子土壤速效钾和全钾丰缺指标（表2）。

表2 我国谷子土壤速效钾和全钾丰缺指标

2.4 我国谷子推荐施钾量

谷子推荐施钾量与土壤钾素丰缺级别线性负相关，丰缺级别越高，适宜施钾量越低，直至为零。谷子推荐施钾量与目标产量线性正相关，目标产量越高，推荐施钾量越高。谷子推荐施钾量与钾肥当季利用率线性负相关，钾肥当季利用率越高，推荐施钾量越低。当目标产量档次、土壤养分丰缺级别和钾肥当季利用率一致时，籽实谷子、干草谷子和青贮谷子的推荐施钾量颇为接近。表3～5 为本研究得出的我国籽实谷子、干草谷子、青贮谷子不同目标产量和不同钾肥当季利用率情形下不同丰缺级别土壤的推荐施钾量。

由表3～5 可知，当钾肥当季利用率50%时，籽实谷子目标产量3.00～7.50 t/hm2第1～7 级土壤推荐施钾量分别为0、22～54、43～108、65～162、86～216、108～270 和130～324 kg/hm2；干草谷子目标产量6.0～15.0 t/hm2第1～7 级土壤推荐施钾量分别为0、22～54、43～108、65～162、86～216、108～270 和130～324 kg/hm2；青贮谷子目标产量15～45 t/hm2第1～7 级土壤推荐施钾量分别为0、18～54、36～108、54～162、72～216、90～270 和108～324 kg/hm2。

表3 我国籽实谷子不同目标产量和不同钾肥当季利用率情形下不同丰缺级别土壤的推荐施钾量

3 讨论

3.1 我国谷子土壤钾素丰缺指标

目前，我国谷子土壤速效钾丰缺指标研究尚未见报道。张福锁等[20]将我国北方旱地谷子土壤速效钾最高级别指标下限设定为200 mg/kg。本研究结果（257 mg/kg）明显高于该设定下限。我国玉米[5]、水稻[6]、小麦[7]、紫花苜蓿[10]和甜菜[12]缺钾处理相对产量100%对应的土壤速效钾含量集中于150～300 mg/kg，本研究结果在该范围之内。

作物土壤全钾丰缺指标研究也未见报道。黄德明[4]的研究表明，土壤全钾含量在5.1～26.6 g/kg，全国各地小麦、玉米、水稻三大作物缺钾处理相对产量为70.4%～101.2%，本研究结果与其十分接近。鉴于本研究的样本数量过少，仅为5 个，因而谷子土壤全钾丰缺指标研究有待于进一步开展。

表4 我国干草谷子不同目标产量和不同钾肥当季利用率情形下不同丰缺级别土壤的推荐施钾量

3.2 我国谷子推荐施钾量

张福锁等[20]研究表明，北方旱地籽实谷子目标产量为3.00～6.00 t/hm2时的推荐施钾量为0～90.0 kg/hm2。当钾肥当季利用率为50%时，本研究第1～3 级土壤的推荐施钾量与其大体相当。

本研究引用谷子施钾试验文献［21-43］的推荐施钾量为15.0～300.0 kg/hm2，除试验文献［34，36］两组数据为籽实加秸秆全株地上生物量外，余者皆为籽实产量，施钾籽实谷子产量为3.00～9.00 t/hm2。我国谷子土壤钾素丰缺级别大多为1～3 级，第7 级为外推而来。当钾肥当季利用率为50%时，本研究第1～6 级土壤的推荐施钾量与其较为接近。

目前，我国干草谷子和青贮谷子推荐施钾量研究也未见报道。本研究表明，当目标产量档次、土壤养分丰缺级别和钾肥当季利用率一致时，籽实谷子、干草谷子和青贮谷子的推荐施钾量颇为接近。鉴于干草谷子和青贮谷子与籽实谷子生产对包括钾素在内的养分需求差别不是很大，可以认定本研究中干草谷子和青贮谷子推荐施钾量的结果较为可靠。

4 结论

当钾肥当季利用率达50%时，籽实谷子目标产量3.00～7.50 t/hm2第1～7 级土壤推荐施钾量分别为0、22～54、43～108、65～162、86～216、108～270 和130～324 kg/hm2；干草谷子目标产量6.0～15.0 t/hm2第1～7 级土壤推荐施钾量分别为0、22～54、43～108、65～162、86～216、108～270 和130～324 kg/hm2；青贮谷子目标产量15～45 t/hm2第1～7 级土壤推荐施钾量分别为0、18～54、36～108、54～162、72～216、90～270和108～324 kg/hm2。