農(nóng)作物實用施肥配方確定的研究

童 軍 周華眾 李靜雯

（1.湖北省植物保護總站 武漢 430070； 2.湖北生物科技職業(yè)學(xué)院 武漢 430070）

目前確定農(nóng)作物施肥量（配方）大都采用耕地養(yǎng)分豐缺指標(biāo)和肥料效應(yīng)函數(shù)法。這種方法是采用單因素、二因素或多因素的多水平回歸設(shè)計進行布點試驗，將不同處理得到的作物經(jīng)濟產(chǎn)量進行數(shù)理統(tǒng)計，求得產(chǎn)量與施肥量之間的肥料效應(yīng)函數(shù)方程，然后根據(jù)函數(shù)關(guān)系來指導(dǎo)施肥。這種方法在實際應(yīng)用過程中存在四大問題：一是作物施肥與土壤狀況、環(huán)境因素等密切相關(guān)，但效應(yīng)函數(shù)無法表達施肥與環(huán)境的關(guān)系，因此，得出的函數(shù)很多不能直接指導(dǎo)生產(chǎn)；二是這種函數(shù)擬合度不高，初步統(tǒng)計，2005年～2009年全國20多萬個“3414”試驗進行擬合時，擬合成功率不到40%，我省1萬多個試驗進行擬合時，擬合成功率只有30%左右；三是氮、磷、鉀施肥量如何達到平衡、有效，函數(shù)本身難以實現(xiàn)；四是技術(shù)要求高，在生產(chǎn)實際中難以操作或操作不到位。

1 實用施肥配方規(guī)律的發(fā)現(xiàn)

通過全省大量施肥配方數(shù)據(jù)分析得出，施肥量與土壤養(yǎng)分存在著規(guī)律性。即對于一定的區(qū)域、同一作物的施肥量與土壤養(yǎng)分測試結(jié)果存在一定規(guī)律的相關(guān)性，但這種規(guī)律性只在一定的施肥區(qū)間內(nèi)表現(xiàn)；而不同的區(qū)域、同一作物施肥量有一定的區(qū)別；無論什么區(qū)域、什么作物，無論土壤養(yǎng)分測試值是多少，實際施肥量總是在一定區(qū)間內(nèi)變化。

針對這些特點和規(guī)律，2007年～2011年，我們對全省5016個不同地域、不同作物的肥效試驗進行系統(tǒng)分析，找出了作物施肥量與土壤區(qū)域性和測試值的一般規(guī)律性，形成了確定農(nóng)作物施肥配方的基本方法，并研究確定了一系列相關(guān)參數(shù)。稱之為“實用施肥配方”。在生產(chǎn)中將這種方法反復(fù)驗證修正，得到實踐的檢驗。實用施肥配方其原理基于肥料效應(yīng)函數(shù)法。最大優(yōu)勢在于簡化了肥料效應(yīng)函數(shù)法中一切復(fù)雜的數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析過程，操作、計算非常簡單，適合于各個層次、各方面人員應(yīng)用，具有很好的生產(chǎn)應(yīng)用價值和廣泛的應(yīng)用前景。下面以江漢平原水稻施肥為例，列舉實用施肥配方的基本函數(shù)公式。

N施=N臨施－（N測－N臨）×區(qū)域系數(shù)，并確定“N施”的區(qū)間；

P施=P臨施－（P測－ P臨）×區(qū)域系數(shù)，并確定“P施”的區(qū)間；

K施=K臨施－（K測－K臨）×區(qū)域系數(shù)，并確定“K施”的區(qū)間。

注：N施為一定區(qū)域氮肥施用量

N臨為一定區(qū)域針對一定作物土壤堿解氮臨界水平

N臨施為土壤臨界堿解氮水平下的施肥量

N測為一定區(qū)域土壤堿解氮測定值。

“P、K”的解釋同“N”。

如江漢平原水稻施肥：

N施=11－（N測－ 112）×0.028－ 0.035，13≥ N施≥7；

P施=5－（P測－ 11）×0.12－0.0.15，7≥P施≥2；

K施=7－（K測－ 118）×0.035－ 0.045，9≥K施≥3。

2 研究過程

2.1 試驗分區(qū)

根據(jù)不同的土壤類型和生態(tài)區(qū)域、不同的土壤養(yǎng)分測試結(jié)果和確定作物目標(biāo)產(chǎn)量前提下氮、磷、鉀的最佳施用數(shù)量和比例，將全省劃分為四大區(qū)域。

2.1.1 鄂東南丘陵

包括：黃州、團風(fēng)、浠水、蘄春、武穴、黃梅、羅田、麻城、英山、紅安、鄂州所有區(qū)域、新洲、黃陂、東西湖、大冶、陽新、赤壁、崇陽、通山、孝南、孝昌、咸安、通城23個縣（市）。

2.1.2 江漢平原

包括:天門、仙桃、潛江、洪湖、江陵、荊州、沙市、監(jiān)利、石首、公安、云夢、蔡甸、漢川、應(yīng)城、漢南、嘉魚、枝江、松滋、江夏、宜都20個縣（市）。

2.1.3 鄂中丘陵崗地

包括:大悟、安陸、孝昌、廣水、曾都、隨縣、鐘祥、京山、沙洋、宜城、襄州、襄城、樊城、棗陽、當(dāng)陽、老河口16個縣（市）。

2.1.4 鄂西北山地

包括鄖西、鄖縣、竹山、竹溪、房縣、丹江口、谷城、南漳、保康、神農(nóng)架林區(qū)、整個恩施自治州、遠安、夷陵、興山、秭歸、長陽、五峰24個縣（市）。

實際上區(qū)域可以劃分更細(xì)，每一個縣市都可以劃分若干區(qū)域，主要根據(jù)土壤類型和作物分布劃分。

2.2 試驗分析

2.2.1 作物需肥量與臨界施肥量的關(guān)系

重點選擇了15種作物，其中，糧、棉、油等主要作物每個作物每個大區(qū)域各選擇30個樣本分別平均，菜、果、茶等特色作物各選擇60個樣本全省平均。得出不同作物平均臨界施肥量與平均需肥量的關(guān)系（見圖1～3，方線代表作物100kg經(jīng)濟產(chǎn)量需肥量，線條代表生產(chǎn)100kg作物經(jīng)濟產(chǎn)量的臨界施肥量），圖1～3顯示，除棉花、油菜外，其他作物需肥量與施肥量基本相近，特別是蔬菜兩者基本相同。豆科作物施氮明顯偏少，果樹施用量相對偏高。而棉花和油菜由于經(jīng)濟產(chǎn)量占整個生物產(chǎn)量比重較小，所以需肥和施肥差距較大。需肥量與施肥量絕大多數(shù)都呈規(guī)則的線型平行關(guān)系，并且都在很小的范圍內(nèi)波動。所以，初步結(jié)論是作物實際施肥量是在臨界施肥量水平上下加、減。

圖1 氮施肥量與需肥量的關(guān)系

圖2 磷施肥量與需肥量的關(guān)系

圖3 鉀施肥量與需肥量的關(guān)系

2.2.2 土壤測試值和作物實際施肥量的關(guān)系

以江漢平原水稻為例，分析土壤測試值（橫坐標(biāo)）與作物實際施肥量（縱坐標(biāo)）的關(guān)系（見圖4～6和表1）。圖4顯示，在所有水稻“3414”試驗和其他肥效試驗中，水稻每667m2適宜施氮量都在7kg～13kg之間，在13kg以上基本處于一個相對穩(wěn)定狀況，就是土壤養(yǎng)分測試值無論怎么小，施氮量增加很小，甚至不增；在7kg以下也相對穩(wěn)定，就是土壤養(yǎng)分測試值無論怎么大，施氮量減量很小，甚至不減。測試值每相差10個單位，施肥量變化大約在0.3kg左右，實際上這就是這個區(qū)域的相對作物氮肥施用的區(qū)域系數(shù)。同樣，磷、鉀也存在這種關(guān)系。圖5顯示，土壤有效磷測試值每相差1個單位，水稻實際施磷量變化大約在0.12kg左右，測試值在3mg/kg之下，施磷基本穩(wěn)定在6kg左右，當(dāng)測試值在35mg/kg以上時，施磷基本穩(wěn)定在2kg左右。圖6顯示，土壤速效鉀測試值每相差10個單位，水稻實際施鉀量施肥量大約在0.4kg左右變化，但到200mg/kg后變化就很小，到300mg/kg后基本穩(wěn)定，到400mg/kg左右時就可以基本不施鉀了。

表1 土壤養(yǎng)分測試值和水稻實際施肥量的關(guān)系單位：測試值mg/kg，施肥量kg/667m2

圖4 土壤堿解氮測試值和水稻實際施氮量關(guān)系

圖5 土壤有效磷測試值和水稻實際施磷量關(guān)系

圖6 土壤速效鉀測試值和水稻實際施鉀量關(guān)系

2.2.3 區(qū)域臨界施肥量和土壤臨界養(yǎng)分含量的確定

區(qū)域臨界施肥量是通過田間試驗研究確定，在一定的區(qū)域、某一作物達到一定經(jīng)濟產(chǎn)量所施養(yǎng)分的最適宜數(shù)量和比例。簡單講就是在一定區(qū)域，作物達到一定經(jīng)濟產(chǎn)量的平均施肥量。區(qū)域臨界施肥量的最大特點就是，在土壤臨界測試值條件下，在區(qū)域臨界施肥量以上施肥，作物經(jīng)濟產(chǎn)量增量很小，但在區(qū)域臨界施肥量以下施肥，作物經(jīng)濟產(chǎn)量增幅很大。區(qū)域臨界施肥量主要通過“3414”試驗研究確定。其過程為：

a)計算缺素狀態(tài)下的相對產(chǎn)量

其計算方法為：

b)計算缺素狀態(tài)下的相對施肥量

相對產(chǎn)量對應(yīng)的肥料增量就是肥料的相對施肥量。其計算方法為：c)確定區(qū)域臨界施肥量和土壤臨界養(yǎng)分含量在一個區(qū)域眾多的“3414”試驗中，可以獲得眾多的缺素狀態(tài)下的相對作物產(chǎn)量和相對吸收量。當(dāng)相對產(chǎn)量達到75%～90%時，這時的土壤養(yǎng)分含量就是這個區(qū)域的土壤臨界養(yǎng)分含量，也是土壤養(yǎng)分臨界測試值。當(dāng)相對吸收量達到75%～90%時，這時的區(qū)域試驗適量施肥量就是這個區(qū)域的臨界施肥量。也就是在耕地養(yǎng)分豐缺指標(biāo)判定中，耕地養(yǎng)分臨界缺乏時的耕地養(yǎng)分含量就是這個區(qū)域的耕地養(yǎng)分臨界測試值，這時的作物施肥量就是這個作物在這個區(qū)域的臨界施肥量。

表2 全省各作物區(qū)域氮臨界施肥量和土壤臨界養(yǎng)分表單位：土壤測試臨界值mg/kg,臨界施肥量kg/667m2

通過全省5016個試驗（其中水稻試驗1278個、大小麥626個、玉米564個、馬鈴薯108個、大豆138個、棉花338個、油菜858個、芝麻68個、茶葉62個、柑橘78個、桃58個、梨56個、瓜果128個、蕃茄88個、辣椒36個、蘿卜118個、大白菜168個、小白菜188個、蓮藕、魔芋等58個），分別獲得各種作物、各個區(qū)域的區(qū)域臨界施肥量和土壤臨界養(yǎng)分（詳見表2、表3、表4）。表2表明，氮肥土壤測試臨界指標(biāo)和施肥指標(biāo)鄂西北山區(qū)普遍比其他地區(qū)低，而瓜果、蔬菜等經(jīng)濟作物普遍比其他作物高。表3表明，磷肥各項指標(biāo)相對穩(wěn)定，只是土壤臨界測試值江漢平原普遍比丘陵山區(qū)低。表4顯示，鉀的各項指標(biāo)也相對穩(wěn)定，平原比丘陵山區(qū)略高，經(jīng)濟作物比糧油作物普遍施肥指標(biāo)要高。當(dāng)然，隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科技的進步，這些指標(biāo)都會發(fā)生變化。

表3 全省各作物區(qū)域磷臨界施肥量和土壤臨界養(yǎng)分表

2.2.4 區(qū)域系數(shù)的研究與各作物的施肥量的變化幅度確定

a）區(qū)域系數(shù)

區(qū)域系數(shù)的確定主要看區(qū)域臨界施肥量和土壤臨界測試值的確定，其基本數(shù)據(jù)來源也來自“3414”試驗結(jié)果，其計算公式為：

2007年在潛江市龍灣鎮(zhèn)、周磯鎮(zhèn)、浩口鎮(zhèn)、老新鎮(zhèn)和漁洋鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)做的一組中稻“3414”試驗，其臨界施氮水平為11kg，試驗結(jié)果的適宜施肥量約12.1kg，土壤臨界水平為112mg/kg，土壤堿解氮測試值平均為 77.2mg/kg，則區(qū)域系數(shù)就是0.0316。這個系數(shù)表示，在潛江市水稻產(chǎn)區(qū)，以112mg/kg為土壤堿解氮臨界值，11kg/667m2為臨界施肥量，為達到潛江常年水稻生產(chǎn)水平，土壤養(yǎng)分氮測試值每增減一個單位，其施氮量將在11kg/667m2基礎(chǔ)上減少或增加0.0316kg。同樣，有效磷的測試平均值為8.06 mg/kg，試驗結(jié)果適宜施肥水平為5.3kg，臨界養(yǎng)分含量10mg/kg，臨界施肥水平5kg，則區(qū)域系數(shù)為0.1546；速效鉀的測試平均值為101.8mg/kg，試驗結(jié)果適宜施肥水平為7.55kg，臨界養(yǎng)分含量118 mg/kg，臨界施肥水平7kg，則區(qū)域系數(shù)為0.0340。依此計算出全省各區(qū)域各主要作物區(qū)域系數(shù)（詳見表5）。

表5 全省各區(qū)域各作物區(qū)域系數(shù)表

b）各作物施肥量變化幅度或范圍

所有作物施肥量雖然隨土壤養(yǎng)分變化而變化，但這種變化都在一定的范圍，不會因土壤養(yǎng)分極低而過多施用，也不會因土壤養(yǎng)分極高而不施肥，這種限定尤其“氮”表現(xiàn)明顯。從大量試驗和典型地域觀察，從氮、磷、鉀各元素看，氮的幅度相對較小，磷、鉀相對大些,氮的變幅一般在35%以內(nèi)，而磷、鉀從20%～65%之間；從施肥量來看，一般施肥量較小的變幅較大，而施肥量較大的反而變幅較小。實際結(jié)果是，臨界施肥量在10kg以內(nèi)的，一般變幅在65%以內(nèi)；臨界施肥量在10kg～20kg間的，一般變幅為40%～60%之間；臨界施肥量超過20kg的變幅一般為20%～40%之間。以江漢平原水稻為例，氮的變幅為30%左右，磷的變幅為50%左右，鉀的變幅為40%左右。

表4 全省各作物區(qū)域鉀臨界施肥量和土壤臨界養(yǎng)分表