中国籽实和饲草大麦种植土壤氮素丰缺指标和推荐施氮量

杨小可悦，孙洪仁*，王显国，张运龙，杜雪燕，李林霞，冯泽娟，陶润志

（1.中国农业大学草业科学与技术学院，北京 100193；2.青海省饲草料技术推广站，青海 西宁 810016；3.内蒙古泽云牧草有限公司，内蒙古 呼和浩特 150102）

大麦（Hordeum vulgareL.）是世界第四大禾谷类作物，栽培历史悠久，耐干旱、耐瘠薄、耐盐碱、适应性强[1]。全球种植面积逾5 000 万hm2，籽实产量超1.5 亿t；我国大麦种植面积逾50 万hm2，籽实产量超200 万t[2]。人们主要利用大麦籽实作为畜禽饲料和酿酒原料，较少食用，亦利用其全株作为草食动物之饲草。据统计，我国饲草大麦种植面积为3 万～5 万hm2[3]。我国大麦种植区域约2/3 位于经济欠发达的农牧交错带，大麦之变种青稞（Hordeum vulgareL.var.nudumHook.f.）也是青藏高原地区人们的传统主粮。种好大麦对于提高农牧民收入、促进区域经济发展、加速乡村振兴和巩固民族地区稳定等具有重要意义[4]。肥料是作物的“粮食”。合理施肥可以提高大麦产量和质量。施肥不足或过量皆会导致产量和质量下降，施肥过量还会引起耕地、水系和大气生态系统恶化。因此，科学确定大麦施肥量对大麦生产有着重要意义。

Bray 创建的土壤养分丰缺指标法[5]是测土推荐施肥的经典和通用方法，世界各国广泛应用。20 世纪80 年代，我国开始进行作物土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究[6-7]，至今已经建立了诸如玉米、小麦、水稻等一些作物的若干区域土壤养分丰缺指标推荐施肥系统[8-10]。但针对大麦的相关研究十分薄弱，至今尚未见报道。

作物土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究工程庞大，需要大量资金支持和专家投入，而对大麦等诸多小作物的科研投入强度较小，难以支撑大规模土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究。近年来，中国农业大学孙洪仁团队创建了由“零散实验数据整合法”“土壤养分丰缺分级改良方案”及“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，有效地克服了上述科研投入强度不足问题，并成功建立了我国燕麦[11]、甜菜[12]、甘蔗[13]、苹果[14]、苜蓿[15]、谷子[16]和棉花[17]土壤养分丰缺指标推荐施肥系统。

本研究拟采用作物土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究的新方法，开展我国大麦土壤氮素丰缺指标和推荐施氮量研究，旨在为我国大麦种植测土施肥提供科学依据。

1 材料与方法

搜集我国开展的籽实大麦、饲草大麦施氮试验文献。选择含有土壤氮素含量（碱解氮、全氮或有机质）、施氮处理产量、缺氮处理产量（未施氮肥，其他养分施用量与施氮处理相同）的文献，提取数据，用公式（1）计算籽实或饲草大麦缺氮处理相对产量。

式中：R-N为缺氮处理相对产量；Y-N为缺氮处理产量；YN为施氮处理产量。

利用Excel 2021 软件，选择适当模型分别建立大麦缺氮处理相对产量与土壤碱解氮、全氮和有机质含量回归方程。利用所得回归方程和土壤养分丰缺分级改良方案[18]，分别对土壤碱解氮、全氮和有机质进行丰缺级别的划分。

采用“养分平衡- 地力差减法新应用公式（2）”[19-20]，计算推荐施氮量。

式中：FN为推荐施氮量；AN为目标产量氮素吸收量；R-N为缺氮处理相对产量；EN为氮肥当季利用率。

以文献[21-28]为主要依据，确定籽实大麦、干草大麦和青贮大麦的单位经济产量氮素吸收量（N）依次为26、16、5.6 kg/t。

依据各地气候条件、土壤状况、大麦品种和栽培措施，结合相关文献将我国大麦产区3 种形态经济产品的单位面积目标产量分别设置7 个档次：籽实大麦为3.00、3.75、4.50、5.25、6.00、6.75、7.50 t/hm2，干草大麦为6.0、7.5、9.0、10.5、12.0、13.5、15.0 t/hm2，青贮大麦为15、20、25、30、35、40、45 t/hm2；进而依次确定3 种形态经济产品的单位面积目标产量下氮素吸收量（N）：籽实大麦为78.0、97.5、117.0、136.5、156.0、175.5、195.0 kg/hm2，干草大麦为96、120、144、168、192、216、240 kg/hm2，青贮大麦为84、112、140、168、196、224、252 kg/hm2。

选取各丰缺级别的缺素处理相对产量下限，用于该级别推荐施肥量计算。设置5 个氮肥当季利用率，分别为30%、35%、40%、45%和50%。

2 结果与分析

2.1 我国大麦施氮试验文献及与土壤氮素丰缺指标研究相关信息

搜集到在我国开展的含有土壤氮素含量（碱解氮、全氮或有机质含量）和缺氮处理的大麦施氮试验文献总计64 篇[27-90]，其中：1980—1989 年3 篇[29-31]，1990—1999 年8 篇[32-39]，2000—2009 年10 篇[40-49]、2010—2019 年38 篇[27-28,50-85]，2020—2022 年5 篇[86-90]；盆栽试验1 篇[54]，其余均为田间试验。上述研究涉及县域40 余个、品种40 余个、土壤类型20 余个。从上述文献中提取出土壤碱解氮含量、缺氮处理和施氮处理产量数据106 组，土壤全氮含量、缺氮处理和施氮处理产量数据80 组，土壤有机质含量、缺氮处理和施氮处理产量数据118 组，进而分别得到土壤碱解氮、全氮、有机质含量与缺氮处理相对产量配套数据106、80、118 对。将我国大麦施氮试验文献中与土壤氮素丰缺指标研究相关的信息列于表1。其中，土壤碱解氮、全氮和有机质含量范围依次为36.0～233.0 mg/kg、0.5～2.6 g/kg、2.1～51.6 g/kg，缺氮处理相对产量范围为20.7%～111.1%，施氮处理施氮量范围为30～563 kg/hm2。

表1 我国大麦施氮试验文献中与氮素丰缺指标研究相关信息

2.2 我国大麦土壤氮素含量与缺氮处理相对产量回归方程

剔除部分明显不合理的离散数据对后，建立我国大麦土壤碱解氮、全氮、有机质含量与缺氮处理相对产量（缺氮处理/施氮处理）回归方程如式（3）、式（4）、式（5）、图1 所示。我国大麦缺氮处理相对产量与土壤碱解氮、全氮和有机质含量均为直线相关；相对于回归直线，数据点较为离散；决定系数为0.184 9 ～0.197 2，相关系数为0.430 0～0.444 1。

图1 我国大麦缺氮处理相对产量与土壤氮素含量相关性

2.3 我国大麦土壤氮素丰缺指标

借助式（3）至式（5）计算出缺氮处理相对产量100%、95%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%和10%对应的土壤碱解氮含量依次为300.7、272.5、244.3、187.9、131.6、75.2、18.8、-37.6、-93.9、-150.3、-206.7 mg/kg，土壤全氮含量依次为3.76、3.40、3.04、2.32、1.60、0.88、0.16、-0.56、-1.27、-1.99、-2.71 g/kg，土壤有机质含量依次为65.5、59.3、53.0、40.5、28.0、15.5、3.0、-9.5、-22.0、-34.5、-47.0 g/kg。舍弃明显不合理的负值，得到我国大麦土壤碱解氮、全氮和有机质丰缺指标（表2）。其中：第1 级和第2 级丰缺指标皆为外推数据，目前生产实践中极少出现；第7 级亦较少出现。

表2 我国大麦土壤碱解氮、全氮和有机质丰缺指标

2.4 我国大麦推荐施氮量

我国籽实大麦、干草大麦、青贮大麦推荐施氮量分别列于表3 至表5。由表3 可知，当氮肥当季利用率为30%～50%时，目标产量3.00～7.50 t/hm2籽实大麦第1～7 级土壤推荐施氮量分别为0、16～65、31～130、47～195、62～260、78～325、94～390 kg/hm2。由表4 可知，目标产量6.0～15.0 t/hm2干草大麦第1～7 级土壤推荐施氮量依次为0、19～80、38～160、58～240、77～320、96～400、115～480 kg/hm2。由表5 可知，目标产量15～45 t/hm2青贮大麦第1～7 级土壤推荐施氮量分别为0、17～84、34～168、50～252、67～336、84～420、101～504 kg/hm2。大麦推荐施氮量与土壤氮素丰缺级别线性负相关。对于丰缺级别而言，数字越小，级别越高。丰缺级别越高，推荐施氮量越低，直至为0。大麦推荐施氮量与目标产量线性正相关，目标产量越高，推荐施氮量越高。大麦推荐施氮量与氮肥当季利用率线性负相关，氮肥当季利用率越低，推荐施氮量越高。

表3 我国籽实大麦在不同目标产量以及不同氮肥当季利用率情形下不同丰缺级别土壤的推荐施氮量

表4 我国干草大麦在不同目标产量以及不同氮肥当季利用率情形下不同丰缺级别土壤的推荐施氮量

表5 我国青贮大麦在不同目标产量以及不同氮肥当季利用率情形下不同丰缺级别土壤的推荐施氮量

3 讨论

3.1 我国大麦土壤氮素丰缺指标

目前，有关大麦土壤氮素丰缺指标的研究未见报道。我国玉米[8]、小麦[9]、水稻[10]、燕麦[11]、甜菜[12]和谷子[16]缺氮处理相对产量100%对应的土壤碱解氮指标范围为150～600 mg/kg，本研究结果（301 mg/kg）在此范围之内。我国玉米[8]、小麦[9]、水稻[10]、燕麦[11]、甘蔗[13]、苹果[14]和谷子[16]缺氮处理相对产量100%对应的土壤全氮指标范围为1.8～5.0 g/kg，本研究结果（3.8 g/kg）在此范围内。我国玉米[8]、小麦[9]、水稻[10]和谷子[16]缺氮处理相对产量100%对应的土壤有机质指标研究结果为30～80 g/kg，本研究结果（66 g/kg）在此范围之内。综合考虑作物种类、自然区域、样本数量等因素，可以确认本大麦土壤氮素丰缺指标研究结果较为可信。

3.2 我国大麦推荐施氮量

本文引用大麦施氮实验文献的施氮量为30～563 kg/hm2（表1）。本研究针对籽实、干草和青贮大麦的推荐施氮量依次为0 ～390、0 ～480、0～504 kg/hm2；若排除生产实践中极少出现的丰缺级别第1、2 级和第7 级，相应推荐施氮量范围则依次缩小为31～325、38～400、34～420 kg/hm2；当氮肥利用率为40%时，相应推荐施氮量范围则依次进一步缩小为20～244、24～300、21～360 kg/hm2；生产实践中占比最高的丰缺级别为第5 级，在氮肥利用率40%情形下，相应推荐施氮量精准范围依次为78～195、96～240、84～252 kg/hm2。与诸位学者的施氮量数据进行印证，可以认定本推荐施氮量研究结果较为可靠。

4 结论

本研究尝试建立了我国大麦缺氮处理相对产量与土壤氮素含量回归方程，初步确定了我国大麦土壤氮素丰缺指标，给出了若干目标产量和氮肥利用率情形下不同氮素丰缺级别土壤的籽实、干草和青贮大麦推荐施氮量范围，依次为0～390、0～480、0～504 kg/hm2。