應用“3414”設計對潮土區小麥氮\\磷\\鉀最佳施用量的研究

摘要：利用“3414”設計，對潮土區冬小麥氮、磷、鉀三元素的合理施用量進行了試驗，結果表明：全肥區比缺氮區、缺磷區、缺鉀區分別增產35.14％，5.62％，1.87％，其中以氮素增產率最高。根據一元二次回歸方程求得氮、磷、鉀最佳施用量分別為271.5 kg/hm²(以純N計)、90.0 kg/hm²(以P₂O₅計)、76.5 kg/hm²(以K₂O₅計)。由二元二次回歸模型求得氮、磷最佳施用量分別為271.5kg/hm²、120.0kg/hm²。二元二次模型所求得的磷素最佳施用量比一元二次模型求得的磷素最佳施用量高33.3％。綜合考慮施肥成本、增產效果、環境影響等因素，確定了潮土區小麥的氮、磷、鉀最佳施用量分別為271.5、90.0、76.5 kg/hm²，最佳施肥比例為3.5：1.2：1。

關鍵詞：冬小麥；氮磷鉀；施肥；“3414”設計；肥料效應

中圖分類號：S512.1+10.62 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942(2010)10-0071-04

小麥是山東省主要糧食作物之一，其產量對山東省糧食供應量有較大影響。目前山東省小麥施肥量存在著諸多不合理之處，據有關研究，全省小麥化肥氮平均施用量為280.0kg/hm²，有機肥氮平均施用量為90.4 kg/hm²，超量施用化肥氮達40萬噸，合理施肥量范圍內的農戶比例不足2％。過量施用肥料，不僅造成肥料資源的浪費，增加了糧食生產成本，降低小麥產量(尤其是過量施用氮肥，而且加重了糧食生產區域的環境污染。因此，探索小麥在不同類型土壤上的最佳施肥量已成為提高小麥產量，增加肥料利用率，降低農業生產成本，降低環境污染的首要課題。據有關研究，優化施用氮肥可以節約氮肥38.96％-46.12％。潮土在山東省分布面積最廣，為466.6×104hm²，占全省土壤面積的38.53％。本試驗旨在研究潮土區小麥的最佳施肥量及施肥比例，以期為潮土區小麥合理化施肥提供理論依據。

1、材料與方法

1.1 供試材料

試驗點分別設在東阿縣的牛店鄉郭桃村、牛店鄉紅布劉村、魚山鄉魚山村、魚山鄉張莊，4個試驗點均為典型潮土區域，各試驗點土壤養分含量狀況如表1。供試小麥為山農12。供試肥料：尿素(N 46％)、過磷酸鈣(P₂O₅ 12％)、氯化鉀(K₂O60％)。

1.2 試驗方法

本試驗采取多點試驗設計，每試驗點設14個處理，小區面積為30m²。播種出苗后在小麥三葉期進行人工定苗，666.7m²基本苗為16萬株。各處理施肥量如表2，其中處理6為全肥區，處理2為缺氮區，處理4為缺磷區，處理8為缺鉀區。磷、鉀肥均作為基肥一次性施入。氮肥以總施入量的50％作為基肥施入，50％于拔節期追施。收獲后測產并對施肥量與產量進行回歸分析，根據回歸方程計算氮、磷、鉀各養分的最佳施入量及最佳施肥比例。

2、結果與分析

2.1 回歸方程的建立

小麥產量與施肥量常用回歸模型有一元二次回歸模型、二元二次回歸模型、三元二次回歸模型及線性加平臺模型等，一般情況下對產量與施肥量進行一元二次回歸成功就可對其試用二元二次模型或三元二次模型進行回歸，但每種回歸模型都各有優缺點，模型的選擇應根據具體情況來決定。因此先對4個試驗點的產量數據(表3)進行一元二次回歸。

2.1.1 氮素一元二次效應方程的建立處理2、處理3、處理6、處理11構成氮素的單因素四水平試驗，因此，選取這4個處理的產量結果及施肥量數據進行回歸分析，即可獲得氮素一元二次效應方程，如圖1所示。從試驗結果可知，隨氮素施用量的增加，小麥產量呈現先增后減的趨勢，這與前人研究所得結論一致。4個處理中，處理6平均產量最高，為7418.0kg/hm²，比處理2(即缺氮區)高35.14％，其次是處理3，比處理2平均增產21.40％。可見施用氮素對潮土區小麥生產有明顯的增產作用。對這4個處理的氮素施用量和產量進行回歸分析可得到氮素的效應方程：

Y=0.0263X²+14.271X+5464.3，相關系數R²=0.9827，回歸方程有效。

2.1.2 磷素一元二次效應方程的建立處理4、處理5、處理6、處理7的氮素、鉀素施入水平一致。構成了磷素的單因素四水平試驗。如圖2，磷素施用量與產量的變化趨勢與氮素的肥料效應變化趨勢基本一致，隨施磷量增加產量先增后減，4個處理中，以處理6平均產量最高，為7418.0kg/hm²，比處理4增產5.62％，其次是處理5，處理7產量最低。用一元二次回歸模型對其進行擬合可得磷素效應方程：

Y=-0.0458X²+8.2632X+7007.1，相關系數R²=0.6174，回歸方程有效。

2.1.3 鉀素一元二次效應方程的建立鉀素的分析方法同氮、磷，只需抽取處理6、處理8、處理9、處理10進行回歸分析。從試驗結果可以看出，其中產量最高的為處理6，比處理9平均增產0.9％，比處理10增產1.36％，但僅比處理8(缺鉀區)增產1.87％。由此可見：鉀素增產率比較低，這與侯傳本在魯西潮土小麥玉米氮磷鉀配施效應的研究中所得結論一致。鉀素增產率低與4個試驗點的土壤速效鉀含量有關，牛店郭桃村、牛店紅布劉村、魚山鄉魚山村、魚山鄉張莊4個試驗點速效鉀含量分別為300、120、120、180mg/kg，均不屬于缺鉀土壤。如圖3，產量隨鉀素施用量的增加呈現出先增后減的變化趨勢，這與一元二次回歸模型相符，經過回歸分析可得鉀素的效應方程：

Y=0.0206X²+3.1814X+7273，相關系數R²=0.5078。

2.1.4 氮、磷二元二次效應方程的建立

由試驗結果可知鉀素肥效不高，不是影響產量的限制性因素。因此，只對氮、磷二元素的肥料效應進行二元二次回歸。處理2-7、處理11、12的鉀素施入水平均為90kg/hm²，構成了氮、磷二因素四水平的交互效應試驗。對其進行回歸分析可充分考慮到氮、磷二因素的交互效應。經分析可得氮、磷二因素的效應方程為：

Y=-0.0259X²₁-0.0398X²₂+0.0094X₁X₂+13.1509X₁+5.0966X₂+5370.8030

其中，x₁為氮素施入量，x₂為磷素施入量。方差分析可得F=84.40>F_0.05=0.01175，相關系數R²=0.9953，回歸方程有效。

2.2 氮、磷、鉀最佳施肥量及最佳配比的計算

當氮、磷、鉀三因素的邊際效應為0時小麥產量最高，根據三種養分的一元二次回歸方程求解可得氮、磷、鉀的最佳施肥量分別為：271.5(以純N計)、90.0(以P205計)、76.5kg/hm²(以K₂O計)。根據氮、磷二元二次效應方程可得氮、磷的最佳施肥量分別為：271.5、120.0kg/hm²。利用一元二次回歸模型所得的氮素最佳施肥量與利用二元二次方程所得的氮素最佳施肥量基本一致。利用二元二次效應方程求得的磷素最佳施肥量比一元二次方程求得的磷素最佳施肥高33.3％。

3、結 論

3.1 氮、磷、鉀三元素的增產率

經試驗分析可知，氮、磷、鉀三元素都有一定的增產效果，全肥區(處理6)比缺氮區(處理2)增產35.14％，全肥區比缺磷區(處理4)增產5.62％，全肥區比缺鉀區(處理8)增產1.87％。由此可見，氮、磷、鉀三元素中，以氮素增產率最高，這與宋朝玉、張繼余的研究結果一致。

3.2 氮、磷、鉀最佳施肥量及最佳施肥比例的確定

一元二次模型和二元二次模型各有特點，兩種回歸方法所得結果也不完全相同，選擇模型應根據當地實際情況，綜合考慮施肥成本、增產效果、環境影響等因素。兩種回歸模型所求得的氮素最佳施用水平一致，因此可確定潮土區小麥最佳氮素施用量為271.5 kg/hm²。二元二次模型所求得的磷素最佳施用量比一元二次模型求得的磷素最佳施用量高33.3％，如果選擇二元二次模型的結果不僅有可能增加農業生產成本，而且要承受一定的環境風險。據有關研究，長期過量施用磷肥會導致農田耕層土壤處于富磷狀態，并通過徑流加速水體磷污染，另有研究證明當三元二次模型不能擬合時應采用一元肥料效應方程對氮、磷、鉀分別擬合，本試驗中三元二次方程擬合失敗，所以首選擬合形式應為一元肥料效應擬合。因此確定磷素最佳施肥量為90.0kg/hm²。為確保長期農業生產中土壤鉀素營養不退化，鉀素最佳施肥量確定為一元二次模型所得的結果，即76.5kg/hm²。由此可知氮、磷、鉀的最佳施用比例為3，5：1，2：1。

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