壩上地區(qū)紫花苜蓿土壤有效磷、鉀豐缺指標初探

謝 勇，孫洪仁，張新全，劉愛紅，孫雅源，劉治波，丁 寧

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院草業(yè)科學(xué)系，四川 雅安 625014； 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)草地研究所，北京 100193)

20世紀80年代初，我國在推廣測土配方施肥過程中總結(jié)出3類共計6種方法用于確定作物施肥量，簡稱“三類六法”。其中地力分區(qū)(級)配方法、地力差減法和氮磷鉀比例法屬于較為粗放的方法，在測土配方施肥初期具有一定的應(yīng)用價值，隨后則被較為精準的養(yǎng)分平衡法、肥料效應(yīng)函數(shù)法和土壤養(yǎng)分豐缺指標法所替代[1]。養(yǎng)分平衡法是以目標產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量減去土壤養(yǎng)分供應(yīng)量得到養(yǎng)分施用量。此法理論上可靠，但實踐上存在缺陷，即土壤養(yǎng)分供應(yīng)量很難準確確定，且較難估計年際變化。肥料效應(yīng)函數(shù)法是利用施肥量與植物產(chǎn)量間的相關(guān)性，在田間施肥量試驗的基礎(chǔ)上，建立植物產(chǎn)量與施肥量之間的回歸方程，計算出最高施肥量、最佳施肥量和最大利潤施肥量。該法依據(jù)較為堅實，缺陷是試驗田能夠代表的農(nóng)田區(qū)域較難確定，且土壤肥力的年際變化難以準確計算。土壤養(yǎng)分豐缺指標法是利用土壤速效養(yǎng)分含量與植物產(chǎn)量之間的相關(guān)性，在各種不同速效養(yǎng)分含量的土壤上進行田間缺素和全肥處理對比試驗，建立缺素區(qū)植物相對產(chǎn)量與土壤速效養(yǎng)分含量間的回歸方程，按人為制定的缺素區(qū)植物相對產(chǎn)量分級標準將土壤速效養(yǎng)分含量劃分為若干豐缺等級，依據(jù)養(yǎng)分歸還學(xué)說和可持續(xù)發(fā)展原則確定各等級的適宜施肥量，建立豐缺等級與適宜施肥量的檢索表，測定地塊土壤速效養(yǎng)分含量，對照檢索表確定該地塊的適宜施肥量。該法對氮素不適用，但對其他養(yǎng)分實踐效果很好，且簡便易行，應(yīng)用最為廣泛[2-4]。英國的ADAS系統(tǒng)、德國的LUFA系統(tǒng)都有數(shù)十年的歷史，美國各州基本都有各自的土壤養(yǎng)分豐缺指標推薦施肥系統(tǒng)[5-6]。我國土壤養(yǎng)分豐缺指標體系建設(shè)與國外相比較為落后[1-2,4]，針對紫花苜蓿(Medicagosativa)的研究更是處于探索階段[2,7-10]。本研究旨在對壩上地區(qū)紫花苜蓿土壤養(yǎng)分豐缺指標進行探討，為下一步田間試驗提供參考，進而為壩上地區(qū)紫花苜蓿施肥及土壤養(yǎng)分豐缺指標體系的建立提供依據(jù)及參考。

1 材料與方法

1.1試驗區(qū)域自然概況 試驗于2009年5-9月在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)“河北沽源草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測站”之“塞北現(xiàn)代草地農(nóng)業(yè)研究站”進行。該站位于河北省張家口市塞北管理區(qū)(115°48.159′ E， 41°52.281′ N)，海拔1 367 m。年均氣溫1.4 ℃，最熱月(7月)平均氣溫17.6 ℃，最冷月(1月)平均氣溫-18.6 ℃，>0 ℃年積溫2 370 ℃·d，無霜期100 d。年均降水量400 mm，集中于6-9月，約占全年80%；年均蒸發(fā)量1 800 mm。風多且大，春季尤甚，年均風速4.3 m/s。

1.2試驗材料

1.2.1供試土壤 2008年9月于河北省沽源縣、內(nèi)蒙古多倫縣、內(nèi)蒙古正藍旗、內(nèi)蒙古太仆寺旗采集土壤樣品計17個。在實驗室內(nèi)測定土壤樣品養(yǎng)分含量。pH值采用電位法測定，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法測定，土壤有效磷、有效鉀采用Mehlich 3 (M3) 法測定[11-12]。從中選取綜合肥力差異較大的5個地點的土壤用于試驗。供試土壤性狀見表1。

表1 供試土壤性狀

1.2.2供試肥料 氮肥為尿素，含N 46.4%。磷肥為過磷酸鈣， P2O5含量12.0%。鉀肥為硫酸鉀，含K2O 50.0%。

1.2.3供試牧草 供試牧草為盆栽阿爾岡金紫花苜蓿。試驗用盆規(guī)格為：上口直徑20 cm，下底直徑15 cm，深30 cm。2009年5月15日播種，每盆均勻播種30粒。5月23日出苗，6月18日定苗，每盆10株。充足供水，隨時拔除雜草。

1.3試驗設(shè)計 每個地點的土壤設(shè)有全肥、缺磷、缺鉀、不施肥4個處理，每個處理重復(fù)3次。每盆為1個試驗單元，5個地點的土壤共計60盆。所有肥料均作基肥一次施入。每個地點土壤的試驗方案見表2。

表2 單一土壤施肥處理方案 g/盆

1.4測定項目與方法

1.4.1鮮草產(chǎn)量 分別在2009年8月6日和9月26日于苜蓿初花期進行刈割。全盆刈割，留茬2 cm。采用電子秤(精度0.005 g)當場測定鮮草產(chǎn)量。

1.4.2干物質(zhì)產(chǎn)量 將鮮草裝入紙袋，置于烘箱中，105 ℃條件下烘干8 h，用前述電子秤測定干物質(zhì)量。

1.5養(yǎng)分豐缺指標確定方法

1.5.1計算相對產(chǎn)量 分別計算5個不同地點土壤缺素處理產(chǎn)草量占全肥區(qū)產(chǎn)草量的百分數(shù)，即得缺素處理相對產(chǎn)量。本研究中產(chǎn)草量為干物質(zhì)產(chǎn)量。1.5.2建立回歸方程 利用缺素處理相對產(chǎn)量與對應(yīng)土壤養(yǎng)分含量建立回歸方程：

y=alnx+b

式中，y為缺素處理相對產(chǎn)量，x為供試土壤有效養(yǎng)分含量，a、b為常數(shù)。

1.5.3選取分級標準 選取被廣泛采用的缺素處理相對產(chǎn)量分級標準作為本研究的分級標準，即相對產(chǎn)量小于55%為極低，55%～75%為低，75%～90%為中，90%～95%為高，大于95%為極高[4-5,13]。

1.5.4確定豐缺指標 將分級標準中相對產(chǎn)量的起訖點數(shù)值作為y值代入回歸方程，計算出相應(yīng)的x值，即為土壤養(yǎng)分豐缺分級的起訖點。

1.6數(shù)據(jù)處理方法 試驗所測得的各項指標的數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel軟件進行處理，SPSS 15.0統(tǒng)計軟件進行回歸分析[14-15]。

2 結(jié)果與分析

2.1紫花苜蓿產(chǎn)草量 不同土壤、不同施肥處理和不同茬次紫花苜蓿干草產(chǎn)量見表3。

由表3可知，各地點土壤的全肥處理(處理1)產(chǎn)草量均明顯高于不施肥處理(處理4)；除B2、D2和E4處理外，其他各地點土壤的各個處理第2茬干草產(chǎn)量均高于第1茬。E1處理(全肥)全年干草產(chǎn)量最高，約為11 650 kg/hm2，B2處理(缺磷)全年干草產(chǎn)量最低，約為879 kg/hm2。全年干草產(chǎn)量除C地點土壤處理2(缺磷)最高外，其余各地點土壤均為處理1(全肥)最高。A、C和E地點土壤處理4(不施肥)全年干草產(chǎn)量最低，但B和D地點土壤處理2(缺磷)全年干草產(chǎn)量最低。

2.2缺素處理相對產(chǎn)量 不同土壤和不同茬次缺素處理紫花苜蓿相對產(chǎn)量見表4。

表3 不同土壤、不同施肥處理和不同茬次紫花苜蓿干草產(chǎn)量 kg/hm2

表4 不同土壤和不同茬次缺素處理紫花苜蓿相對產(chǎn)量 %

由表4可知，缺磷處理全年相對產(chǎn)量除C地點土壤有超過100%外，其余各地點土壤皆在30%以下；缺鉀處理各地點土壤各茬次相對產(chǎn)量均高于85%，全年相對產(chǎn)量除A地點土壤略低(87%)外，其余各地點土壤皆在90%以上。

2.3土壤養(yǎng)分含量與缺素處理相對產(chǎn)量回歸方程

2.3.1土壤有效磷含量與缺磷處理相對產(chǎn)量回歸方程 利用表1中不同土壤有效磷含量數(shù)據(jù)與表4中相應(yīng)土壤缺磷處理相對產(chǎn)量數(shù)據(jù)進行回歸分析，得出缺磷處理相對產(chǎn)量與土壤有效磷含量回歸方程：

第1茬：y=0.193lnx+0.309，r=0.828*

(1)

第2茬：y=0.115lnx+0.269，r=0.705

(2)

全年：y=0.146lnx+0.276，r=0.764

(3)

式中，y為缺磷處理相對產(chǎn)量，x為供試土壤有效磷含量，r為相關(guān)系數(shù)。

查r顯著數(shù)值表[16]可得出第1茬回歸方程相關(guān)系數(shù)達到顯著水平，第2茬和全年未達到顯著水平。

2.3.2土壤有效鉀含量與缺鉀處理相對產(chǎn)量回歸方程 利用表1中不同土壤有效鉀含量數(shù)據(jù)與表4中相應(yīng)土壤缺鉀處理相對產(chǎn)量數(shù)據(jù)進行回歸分析，得出缺鉀處理相對產(chǎn)量與土壤有效鉀含量回歸方程：

第1茬：y=0.112lnx+0.444，r=0.779

(4)

第2茬：y=0.104lnx+0.465，r=0.755

(5)

全年：y=0.107lnx+0.456，r=0.959**

(6)

式中，y為缺鉀處理相對產(chǎn)草量，x為供試土壤有效鉀含量，r為相關(guān)系數(shù)。

全年回歸方程達到極顯著水平，第1茬和第2茬未達到顯著水平。

2.4壩上地區(qū)紫花苜蓿土壤有效磷、有效鉀豐缺指標 分別選用相關(guān)系數(shù)最高的式(1)和式(6)，結(jié)合缺素處理相對產(chǎn)量分級標準，計算土壤有效磷和有效鉀含量的豐缺指標，結(jié)果見表5。

3 討論與結(jié)論

3.1盆栽試驗 盆栽試驗一般用于預(yù)備試驗或探索性研究[14]。廖志文[17]在土壤養(yǎng)分限制因子判定研究中指出，盆栽試驗結(jié)果的有效性介于化學(xué)分析和田間試驗之間。陳曉靜等[18]指出盆栽試驗對于闡明理論性問題頗具價值，通過田間試驗進一步驗證后可應(yīng)用于生產(chǎn)。本研究通過盆栽試驗得出壩上地區(qū)紫花苜蓿土壤磷鉀養(yǎng)分豐缺指標，可為進一步的田間試驗提供基本依據(jù)，同時對指導(dǎo)施肥實踐具有一定的參考價值。

3.2數(shù)據(jù)外推 由于試驗所用土壤份數(shù)偏少(5個不同地點)，且有效養(yǎng)分含量差距不夠理想，導(dǎo)致所得豐缺指標存在不同程度的數(shù)據(jù)外推問題。將數(shù)據(jù)外推獲得的指標用于指導(dǎo)實踐顯然存在風險。避免數(shù)據(jù)外推的方法是增加處理數(shù)量和擴大處理間距。

表5 壩上地區(qū)紫花苜蓿土壤有效磷、有效鉀豐缺指標 mg/kg

3.3土壤有效養(yǎng)分測定方法 不同測定方法得到的土壤養(yǎng)分測定結(jié)果不同，自然會影響到養(yǎng)分豐缺指標。于群英和段立珍[19]、李建勇[20]、張敏[21]等的研究表明，用Mehlich 3法測得的土壤養(yǎng)分含量高、變幅寬，利于養(yǎng)分豐缺指標的劃分與應(yīng)用。宋建蘭等[22]、黃明等[23]、王永歡等[24]、楊俐蘋等[25]、熊桂云等[26]的研究表明Mehlich 3法與常規(guī)方法具有良好的相關(guān)性，但回歸方程不盡相同。M3-P測定值為Olsen-P測定值的1.1～2.3倍，M3-K測定值為NH4OAc-K測定值的1.0～2.1倍[17,23-31]。不同測定方法建立的土壤養(yǎng)分豐缺指標之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系還需進一步探討。

3.4苜蓿土壤有效磷豐缺指標 除藺蕊等[8]的研究得出新疆紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標為0～18 mg/kg外，國內(nèi)暫無關(guān)于紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標的研究。胡靄堂[3]、魯劍巍[4]、沈善敏[32]和黃德明[33]等未區(qū)分地域和作物種類的總結(jié)結(jié)果多介于0～40 mg/kg。國外紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標為0～134 mg/kg，但大多介于0～31 mg/kg[2,34-41]。本研究確定的壩上地區(qū)紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標高于藺蕊等[8]關(guān)于新疆地區(qū)的研究結(jié)果(常規(guī)方法)，但低于國外的研究結(jié)果(Mehlich 3法)。以中等范圍為例，本研究為9.8～21.4 mg/kg，美國愛荷華州為31～40 mg/kg，肯塔基州為17.4～38.0 mg/kg，北卡萊羅拉州為34.2～67.2 mg/kg，阿肯色州為38.0～75.6 mg/kg[2,34-41]。

3.5苜蓿土壤有效鉀豐缺指標 除藺蕊等[8]的研究得出新疆紫花苜蓿土壤有效鉀豐缺指標為0～338 mg/kg外，國內(nèi)暫無關(guān)于紫花苜蓿土壤鉀素豐缺指標的研究。胡靄堂[3]、魯劍巍[4]、沈善敏[32]、黃德明[33]等未區(qū)分地域和作物種類的總結(jié)結(jié)果多介于0～250 mg/kg。國外紫花苜蓿土壤有效鉀豐缺指標為0～281 mg/kg[2,34-41]。本研究確定的壩上地區(qū)紫花苜蓿土壤有效鉀豐缺指標低于藺蕊等[8]關(guān)于新疆地區(qū)的研究結(jié)果(常規(guī)方法)，亦比國外的許多研究結(jié)果(Mehlich 3法)低。以中等范圍為例，本研究為15.6～63.4 mg/kg，美國愛荷華州為111～150 mg/kg，肯塔基州為128～186 mg/kg，北卡萊羅拉州為56.6～109.0 mg/kg，阿肯色州為94～188 mg/kg[2,34-41]。

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