湖南省春玉米主產區最佳施肥量研究

陳志輝，吳遠帆，郭歡樂，曹鐘洋

（1湖南省作物研究所，長沙410125；2湖南省土壤肥料工作站，長沙410005）

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湖南省春玉米主產區最佳施肥量研究

陳志輝1，吳遠帆2，郭歡樂1，曹鐘洋1

（1湖南省作物研究所，長沙410125；2湖南省土壤肥料工作站，長沙410005）

摘 要：對湖南省最近幾年開展的玉米“3414”肥料試驗結果數據進行匯總，利用三元二次方程模型對不同肥力等級土壤中氮磷鉀施用量與產量關系進行模擬分析，基于模型分析高、中、低土壤肥力條件下獲得最高產量和最佳經濟效益產量時分別對應的N，P2O5和K2O施肥量。結果表明：高肥力土壤獲得最高產量和最佳經濟效益產量對應的氮磷鉀肥施用量分別為198. 645，84. 975，94. 74和168. 135，75. 15，80. 43 kg/ hm2；中等肥力土壤獲得最高產量和最佳經濟效益產量對應的施肥量分別為217. 74，86. 025，108. 495和189. 825，79. 965，91. 14 kg/ hm2；低肥力土壤獲得最高產量和最佳經濟效益產量對應的施肥量分別為217. 53，103. 98，135和198. 39，92. 31，128. 19 kg/ hm2。高中低3種類型土壤的最佳經濟效益產量分別為7388. 7，7519. 5和7763. 7 kg/ hm2。

關鍵詞：春玉米；施肥；產量；湖南

玉米是最重要的飼料作物。隨著我國人們生活水平的不斷提高，肉禽蛋的需求量猛增，玉米需求量也急劇增加。由于玉米適應性好、易于栽培等優勢，近年來受到了越來越多的重視，種植面積增加迅猛，已經成為湖南省第二大、全國第一大糧食作物。

玉米是對肥料比較敏感的作物，尤其是對氮肥和磷肥十分敏感，施肥不當往往對玉米生產造成較大損失［1～3］。因此，研究玉米肥料效應，探討本地區最佳施肥方式對促進湖南省玉米生產具有十分重要的現實意義。

我國測土配方施肥工作已經開展了10年，“3414”肥料試驗已經成為全國農業技術推廣中心進行技術推廣的主要實驗方案。我國的“3414”肥料試驗是在國外“3411”肥料試驗的基礎上進行改進，增加了第13和14個肥料處理，該試驗方案具有試驗處理少，效率高，信息量大等優點［4］，不僅可以推算最高和最佳產量，還可以用來分析單肥料因素和多肥料因素的材料的影響，具有很高的實用價值，并且在全國很多作物中已經取得了大量研究成果［5～8］，為我國農業生產做出了較大貢獻。

本研究依托湖南省多年多點春玉米“3414”肥料試驗結果，通過分析施肥量與產量的關系，試圖尋找適合本地區特點的最佳施肥量，為本地區玉米生產提供參考。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

試驗所用玉米品種，均選擇各試驗地區栽培面積較大的品種（表1）。

1. 2 試驗方法

（1）試驗地點。2005至2011年，在湖南省不同生態區，選擇玉米種植面積較大、有代表性的24個縣（市、區）（表1），開展春玉米“3414”肥料試驗，共獲得110組數據。

表1 試驗地點與品種

（2）試驗設計。本試驗參考“3414”肥料試驗設計進行［4］，設氮磷鉀3因素、4水平共14個處理。14個處理以及產量結果如表2所示。4個處理水平分為0、1、2和3，分別代表不施肥，施用2水平的0. 5倍，當地最佳施肥量和施用2水平的1. 5倍。試驗采取隨機區組排列，每個處理3次重復，小區面積為16. 5 m2。

田間管理與當地大田管理一致，收獲考種后將產量折合成每公頃產量進行分析。試驗開展前取試驗點土樣進行檢測，檢測內容包括全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質等以及土壤pH值。

1. 3 數據處理

（1）土壤肥力水平分級。參考北京市土壤養分評分規則和土壤養分等級劃分標準優化后進行［9］。具體打分方式為：取打分標準中各養分含量與之相應打分分值進行方程模擬，選出最優方程，然后將實際測得養分含量數值代入方程中，計算出得分（超出100分的分值按100分計算）。最終綜合有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀4個指標分值進行加權計算，根據最終計算結果將土壤肥力分為高中低3個水平。利用方差分析比較3種類型土壤在不施肥情況下的產量差異，根據分析結果來判斷土壤肥力分類是否成功。

（2）施肥量與產量回歸模擬分析。對“3414”試驗數據中產量和施肥量進行三元二次模型擬合，分析產量與施肥量的關系。分別擬合所有土壤總體和分高、中、低3種土壤肥力類型中肥料施用量與產量的關系，并計算產量最高和效益最高時的施肥量。

用三元二次方程來擬合3種肥料用量與產量的關系，三元二次方程為：

式中：y為各處理的相對產量（由于各個試驗點使用品種不一致，所以本試驗用施肥后的產量（處理2至14的產量）與不施肥的產量（處理1的產量）的比值得出相對產量，根據相對產量進行分析），x1、x2和x3分別代表N、P2O5和K2O的用量（kg/ hm2）。根據肥料報酬遞減律以及二次數學函數曲線的特點，如果F檢驗結果顯著，并且符合肥料報酬遞減規律即b1、b2、和b3均為正值且b7、b8和b9均為負值，則可認為三元二次方程擬合成功。

（3）經濟效益計算。玉米價格按2. 4元/ kg，N、P2O5和K2O的價格分別按照近年水平4. 35元/ kg、4. 29元/ kg和6元/ kg計算。

（4）數據分析。數據處理中方差分析、方程擬合和圖表制作利用Excel2010和DPS數據分析軟件完成。

2 結果與分析

2. 1 土壤肥力水平分類結果

由上述計算公式，將所有110組數據對應的土壤劃分為低肥力、中肥力和高肥力3種類型。

各土壤類型對應的處理1（不施肥）平均產量分別為3945、4215和4860 kg/ hm2，方差分析結果顯示F =4. 04 > F0. 05= 3. 08，p = 0. 02，差異達到顯著水平，說明土壤肥力水平分類成功。

2. 2 產量結果

土壤肥料處理方法和對應的不同土壤類型的產量結果見表2。

表2 “3414”肥料實驗設計及相對產量

2. 3 肥料模型的擬合

將“3414”各處理的施肥量與產量進行三元二次肥料模型的擬合，方程中以氮磷鉀施肥量為自變量，以產量為因變量得到三元二次肥料方程模型（x1、x2、x3分別代表N、P2O5和K2O的施用量（kg/ hm2））：

土壤肥料與產量綜合三元二次方程：

解方程得：N、P2O5和K2O分別為213. 465，88. 65和112. 875 kg/ hm2時產量取得最大值1. 758；N、P2O5和K2O分別為189. 525，78. 345和96. 19 5 kg/ hm2時取得最佳產量1. 747。

低肥力土壤肥料數據與產量三元二次方程：

解方程得：N、P2O5和K2O分別為217. 53，103. 98和135 kg/ hm2時產量取得最大值1. 979；N、P2O5和K2O分別為：198. 39，92. 31和128. 19 kg/ hm2時取得最佳產量1. 968。

中肥力土壤肥料數據與產量三元二次方程：

解方程得：N、P2O5和K2O分別為217. 74， 86. 025和108. 495 kg/ hm2時產量取得最大值1. 796；N、P2O5和K2O分別為189. 825，79. 965和91. 14 kg/ hm2時取得最佳產量1. 784。

高肥力土壤肥料數據與產量三元二次方程：

解方程得：N、P2O5和K2O分別為198. 645，84. 975和94. 74 kg/ hm2時產量取得最大值1. 531；N、P2O5和K2O分別為168. 135，75. 15和80. 43 kg/ hm2時取得最佳產量1. 520。

以上F檢驗結果中F值均大于F0. 05臨界值，說明產量與氮磷鉀施用量具有顯著的回歸關系。方程中一次項系數均為正值，二次項系數均為負值，符合肥料報酬遞減規律，說明以上方程均擬合成功。

2. 4 不同肥力土壤最高產量和最佳經濟效益產量施肥量對比分析

各土壤類型最高產量和最佳經濟效益產量的施肥量對比見表3。最高產量和最佳經濟效益產量對應的施肥量總體符合低肥力>中肥力>高肥力的趨勢，施肥量與土壤自身養分供應能力相吻合，說明試驗結果可信。

由最高產量對應的施肥量可知，低肥力土壤獲得最高產量時，需比中肥力和高肥力土壤施用更多的肥料，尤其是要加大磷肥和鉀肥的比例；最高產量對應的施肥量均多于試驗設計的2水平，說明在挖掘產量潛力時要注意保證充足的養分供應并適當加大肥料的投入。

表3 最高產量和最佳經濟效益產量對應的施肥量

由最佳經濟效益產量對應的施肥量可知，低肥力和中肥力土壤的施肥量均多于試驗設計的2水平，高肥力土壤的氮肥和鉀肥施肥量則低于試驗設計的2水平，說明對于中低肥力土壤施肥量，應當在本地區的通常施肥量的基礎上適當增加投入，以最大可能挖掘邊際效益；高肥力土壤則應適當減少氮肥和鉀肥投入，以最大可能發揮土壤自身潛力，來獲得最佳經濟效益。

3 結論與討論

玉米“3414”肥料試驗在我國各地已經開展多年，得出了許多有益的結果，取得了很好的社會效益。本研究通過匯總分析湖南省近年來開展的“3414”肥料試驗結果，初步得出本地區高、中、低肥力土壤最高產量和最佳產量時的施肥量，可以為湖南省玉米生產中的肥料施用提供有益參考。

3. 1 與當地推薦施肥量比較

“3414”肥料試驗設計，各因素2處理水平的用量為當地的通常施肥量，從本試驗分析結果可知，與本研究推薦的最佳施肥量相比，在中、低肥力水平上要求適當增加施肥量，而在高肥力水平上要求適當降低施肥量。

3. 2 各因素肥料脅迫的反應

根據肥料試驗處理結果（表2），比較處理2、4 和8（氮空白處理，磷空白處理和鉀空白處理）的產量可知，在各土壤肥力條件下處理2產量均低于處理4和8。可見玉米缺氮對產量的影響要大于缺磷和缺鉀，特別是低肥力土壤表現尤其明顯，因此在施肥時應特別注意保證氮肥的充足供應。

比較3種類型土壤中處理2至14的產量平均增長率可知，產量增長比例為低肥力>中肥力>高肥力，低肥力土壤對于肥料處理最為敏感，處理之間相比產量差異比較明顯，而高肥力土壤則相對平穩，因此低肥力土壤應保證充足的肥料用量并且重視肥料合理搭配，而高肥力土壤應當注意充分挖掘土壤養分供應的潛力，盡量避免肥料的過量施用而造成浪費。

比較處理2、3、6、11，4、5、6、7和6、8、9、10等3組數據（表2）可知，產量并不隨著施肥量的增加而無限增長，任何一種肥料的過量使用都可能引起減產，這與肥料報酬遞減規律相吻合。最佳經濟效益也通常不在產量最高點，投入過多反而會造成經濟損失，因此在施肥過程中不應當一味追求高產，應當把握好施肥的量，爭取以最少的投入獲得最大的經濟效益。

值得注意的是，本試驗計算得出的最高產量和最佳產量，3種肥力類型土壤差異不是很大，基本都在7500 kg/ hm2左右，并且低肥力土壤均略微高于高肥力土壤，說明低肥力土壤在合理施肥的前提下仍然具有較高的產量潛力，土壤肥力水平與產量水平可能沒有必然的正相關關系，合理的田間管理措施可以彌補土壤在肥力上的劣勢。

3. 3 關于最佳施肥量

從全國各地的試驗結果來看，最佳施肥量差異較大［10～23］。究其原因，一方面各個試驗點土壤情況和氣候狀況各不相同，田間栽培管理措施也不一致，以及品種自身的差異，導致肥料利用狀況和玉米生長狀況千差萬別；另一方面肥料價格和玉米價格的年際波動導致計算參數變化較大，對試驗結果經常造成較大影響。因此，各個地區的試驗結果只能作為其他地區的參考，而不能照搬使用。

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Study on Optimal Fertilizer Rate for Main Spring Maize Production Area in Hunan Province

CHEN Zhihui1，WU Yuanfan2，GUO Huanle1，CAO Zhongyang1
（1 Crops Research Institute of Hunan Province，Changsha，Hunan 410125，China；2 Soil and Fertilizer Workstation of Hunan Province，Changsha，Hunan 410005，China）

Abstract：The experiment results of“3414”fertilizer test for maize finished in recent years in Hunan province were summarized，and the relationship between crop yield and N，P and K fertilizer rate under different soil fertility levels were analyzed by ternary quadratic equation model，and the fertilizer amount of highest yield and best economic benefit of corresponding soil were figured out. The results showed that the N，P and K fertilizer amount for highest yield and best economic benefit in soil with high fertility level were 198. 645，84. 975，94. 74 and 168. 135，75. 15，80. 43 kg/ hm2respectively，those in soil with middle fertility level were 217. 74，86. 025，108. 495 and 189. 825，79. 965，91. 14 kg/ hm2respectively，and those in soil with low fertility level were 217. 53，103. 98，135. 00 and 198. 39，92. 31，128. 19 kg/ hm2respectively. The economically optimum yields reached 7388. 7，7519. 5 and 7763. 7 kg/ hm2respectively.

Keywords：spring maize；fertilization；yield；Hunan

基金項目：國家產業體系（CARS -02）；國家科技支撐計劃（2012BAD20B05 -01 -02）；湖南省農科院科技創新專項（2012hnnkycx18）。

作者簡介：陳志輝（1964 -），男，博士，研究員，主要從事玉米育種與栽培研究，Email：czhui2008@163. com。

收稿日期：2015 07 25

文章編號：1001-5280（2016）01-0022-05

DOI：10. 16848/ j. cnki. issn. 1001-5280. 2016. 01. 007

中圖分類號：S513. 062

文獻標識碼：A