湖南省春玉米土壤養分豐缺指標構建研究

郭歡樂，陳志輝，曹鐘洋，湯 彬，吳遠帆

（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）

湖南省春玉米土壤養分豐缺指標構建研究

郭歡樂1，陳志輝1，曹鐘洋1，湯 彬1，吳遠帆2

（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）

借助湖南省玉米“3414”肥料試驗數據，比較紅壤和水稻土養分含量差異，分別分析了紅壤和水稻土兩種類型土壤中各養分含量及其與對應肥料處理的產量之間的關系，將紅壤和水稻土的氮磷鉀含量水平分別進行分級。結果顯示，除速效鉀含量紅壤高于水稻土外，其余養分含量兩者無明顯差異。土壤有效磷和速效鉀含量可以與其對應的肥料空白處理的相對產量或產量成功擬合，可以進行土壤肥力分級，堿解氮則不能。借助不施氮處理相對產量與其相對應的土壤有機質含量，可間接對土壤供氮能力進行分級。土壤養分分級結果顯示，紅壤和水稻土的各養分含量均可分為低、較低、中等、較高和高5個等級。兩種土壤對玉米氮素供應能力均處于中低水平，供磷能力均基本處于中等水平，其中水稻土稍高，供鉀能力紅壤處于中高水平，水稻土處于中低水平。研究結果表明，根據土壤類別進行肥力等級劃分具有必要性和可行性，可為湖南省春玉米科學施肥提供有益參考。

玉米；土壤；養分；肥力分級；湖南

湖南省玉米播種面積近年來已達35萬公頃以上。隨著本省農業種植結構的調整和市場需求增加，玉米播種面積呈現快速增長的趨勢。在玉米田間管理環節中，施肥技術是最為關鍵的環節之一，直接關系到玉米產量和種植收益。而全省各地田間管理水平差異較大，施肥技術更是千差萬別，嚴重制約著玉米生產的發展。開展測土配方施肥，是玉米生產中最有效的節本增效措施。各地區根據自身土壤肥力的特點，有針對性的進行施肥，不僅可以減少肥料浪費、提高肥料利用率、增加種植收益，也可以減少環境污染，從而收到良好的經濟、社會以及生態效益。

利用“3414”肥料試驗進行土壤肥力分級評價，已經成為土壤分級評價的重要手段。孫義祥等［1］通過對山東冬小麥田土壤進行肥力分級，建立了冬小麥測土配方施肥指標體系。李文彪等［2］對內蒙古河套灌區春玉米區土壤進行肥力分級并建立了推薦施肥指標體系。付瑩瑩等［3］建立了關中灌區夏玉米的土壤豐缺指標體系。任亮等［4］對會寧縣全膜雙壟溝播玉米肥料試驗進行分析，建立了半干旱地區全膜雙壟溝播玉米的土壤養分豐缺指標。熊艷等［5］對云南省肥料試驗數據進行分析，建立了云南旱地玉米土壤養分豐缺指標并測算了玉米肥料利用率。譚海燕等［6］對昆明市土壤養分含量進行分析，建立了土壤養分豐缺體系。

我國幅員遼闊，不同地區生態環境差異明顯，土壤類型復雜多樣，土壤分布千差萬別［7］。不同土壤的物理、化學以及生化等性質差異較大，對施肥效果產生較大影響［8～12］。前人對玉米土壤養分等級劃分研究多集中在從總體上分析多試驗點數據，試驗結果比較模糊，只能粗略反應土壤養分含量和作物產量的關系，缺乏具體的根據土壤類別進行研究的報道。

湖南省玉米測土配方施肥項目已進行多年，積累了大量有價值的數據。筆者利用已經取得的數據進行匯總分析，試圖按照土壤類型單獨進行土壤肥力分級，建立適合本地區的土壤氮磷鉀養分分級標準，以為湖南省玉米施肥提供科學依據。

1 材料方法

1.1 試驗設計

本試驗在湖南全省4個玉米生態區的40個玉米主產縣（市、區）開展，各試驗點均為常年種植春玉米的田塊。按照農業部《測土配方施肥技術規范》“3414”施肥方案，進行氮、磷、鉀3個因子4個水平，共14個處理的試驗［13，14］。試驗品種選用當地栽培面積較大的玉米雜交種。試驗小區隨機排列，每個處理3次重復，田間管理與當地大田管理一致。肥料試驗開展前，根據《土壤分析技術規范》取試驗田土樣，檢測土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、緩效鉀和速效鉀含量以及pH值等。

1.2 土壤數據分類

本研究共獲得219組湖南省2005～2011年玉米“3414”肥料試驗數據。將試驗數據按土壤類型分類，其土壤類型包括紅壤、黃壤、潮土、石灰土、水稻土和紫色土。其中紅壤數據57組，覆蓋湖南省4個玉米生態區26個玉米主產縣（市、區），水稻土數據99組，覆蓋湖南省4個玉米生態區27個玉米主產縣（市、區）（表1），這兩種土壤數據占總數據量的71.2%。湖南省共有土壤類型13種，其中紅壤和水稻土是分布面積最大的土壤類型，分別占到全省土壤總面積的51%和16.5%［15］，兩者具有廣泛的代表性。本文重點對這兩種土壤的養分含量進行對比分析并進行養分含量分級研究。

表1 試驗地點及其生態區域和土壤類型

1.3 數據處理

分別對紅壤和水稻土中堿解氮、有效磷和速效鉀含量與不施氮處理、不施磷處理和不施鉀處理的相對產量（空白處理除以全肥料處理）進行擬合，擬合過程中剔除異常數據，以擬合成功的對數關系方程進行土壤養分分級。如果擬合不成功，基于產量和相對產量的顯著關系，對肥料空白處理產量與土壤養分含量進行擬合。如果土壤養分含量與空白處理產量和相對產量擬合均不成功，根據土壤有機質含量與氮磷鉀含量的顯著關系［16～19］，利用空白處理的產量與其有機質含量進行擬合，以空白處理的有機質含量間接代表土壤供肥能力。對擬合成功的方程，參照《測土配方施肥技術規范（2011年修訂版）》，將相對產量劃分為5個水平，相對產量低于60%（不含）、60%～75%（不含）、75%～90%（不含）、90%～95%（不含）和95%（含）以上分別代表低、較低、中、較高和高5個肥力水平。

數據處理和圖表制作均利用EXCEL2010完成。

2 結果與分析

2.1 紅壤和水稻土土壤養分含量和pH對比分析

由表2平均值比較來看，紅壤的有機質、堿解氮和pH值均低于水稻土，而有效磷和速效鉀含量則高于水稻土，但方差分析結果顯示，除速效鉀含量外其余各項數據差異均不顯著，也就是說，兩種土壤在養分平均含量方面的差異僅表現在紅壤速效鉀明顯高于水稻土上。從方差值來看，紅壤的有機質和堿解氮含量方差值均小于水稻土，而有效磷、速效鉀和pH值的方差值則均大于水稻土，說明紅壤的有機質和堿解氮含量值相對于水稻土更加集中，而有效磷、速效鉀和pH值則相對分散。兩種土壤的平均pH值均在5.8左右，表現為微酸性，差異不大。

表2 紅壤與水稻土土壤養分和pH值對比

2.2 紅壤養分含量分級

2.2.1 以土壤堿解氮含量代表紅壤供氮能力

由圖1的A和B可知，利用土壤堿解氮與不施氮處理的相對產量和產量均能擬合出對數關系，但相關系數太小，相關性不顯著，不能利用其進行土壤肥力分級。

圖1 紅壤中各養分含量與肥料處理的產量或相對產量的關系

2.2.2 以土壤有機質含量代表紅壤供氮能力

由于土壤有機質含量與堿解氮含量存在極顯著的相關性［17，18］，本研究借助有機質含量與不施氮處理相對產量進行擬合，探討以土壤有機質含量來間接代表土壤氮肥供給能力的可行性。

由圖1中C可知，不施氮處理相對產量與其對應土壤有機質含量成功擬合出對數關系，并且相關系數達到極顯著水平，因此可以利用其間接建立土壤氮肥含量分級指標，以土壤有機質含量間接代表土壤供氮能力。

解方程組可得0.6、0.75、0.9和0.95分別代表約15、30、55和72 g/kg的有機質含量。因此，將土壤有機質含量低于15、15～30、30～55、55～72 g/kg和高于等于72 g/kg對應設定為低、較低、中、較高和高5個肥力水平。

2.2.3 用有效磷含量代表紅壤供磷能力

由圖1中D和E可知，紅壤土壤有效磷含量與不施磷處理相對產量可以擬合出對數關系，但相關系數太小，相關性不顯著，不能用其進行土壤養分分級。土壤有效磷含量與不施磷處理產量可以擬合出對數關系，相關系數達到極顯著水平，可以進行土壤肥力分級評價。

由樣本數據分布情況和方程擬合結果，將8100 kg/hm2定為最高臨界點產量，計算不施磷處理產量達到最高臨界產量的60%、75%、90%和95%時對應的土壤有效磷含量。解方程可得，60%、75%、90%和95%的相對產量分別對應約1、6、39和72 mg/kg的有效磷含量。因此，可將土壤有效磷含量低于1、1～6、6～39、39～72和高于等于72 mg/kg分別對應劃分為低、較低、中、較高和高5個肥力水平。

2.2.4 用速效鉀含量代表紅壤供鉀能力

由圖1中F可知，土壤速效鉀含量與不施鉀處理相對產量擬合成功，相關系數達到極顯著水平，可以用來進行土壤肥力分級。解方程可得相對產量分別為0.6、0.75、0.9和0.95時對應的土壤速效鉀含量分別約為5、30、140和340 mg/kg。因此，可以將土壤速效鉀含量低于5、5～30、30～140、140～340和高于等于340 mg/kg分別對應劃分為低、較低、中、較高和高5個肥力水平。

2.3 水稻土土壤養分分級

2.3.1 用土壤堿解氮含量代表土壤供氮能力

由圖2中G和H可知，堿解氮含量與不施氮處理產量和不施氮處理相對產量均能擬合出對數關系，但相關系數較低，相關性不顯著，不能用于劃分土壤肥力等級。

2.3.2 用土壤有機質含量代表土壤供氮能力

由圖2中I可知，不施氮處理相對產量與其土壤有機質含量可以擬合出對數關系，且相關系數達到極顯著水平，可用其進行土壤肥力分級評價，間接代表土壤供氮能力。

解方程可得，相對產量為0.6、0.75、0.9和0.95時對應的有機質含量分別約為17、32、60和75 g/kg。因此，可將土壤有機質含量低于17、17～32、32～60、60～75 g/kg和高于等于75 g/kg分別對應劃分為低、較低、中、較高和高5個肥力水平。

2.3.3 用有效磷含量代表土壤供磷能力

由圖2中J可知，土壤有效磷含量和不施磷處理相對產量成功擬合出對數關系，且相關系數達到極顯著水平，可以進行土壤肥力分級。

解方程可得，相對產量為0.6、0.75、0.9和0.95時對應的土壤有效磷含量分別約為1.5、5、20、30 mg/kg。因此，可將土壤有效磷含量低于1.5、1.5～5、5～20、20～30和高于30 mg/kg的含量水平分別對應劃分為低、較低、中、較高和高5個肥力水平。

圖2 水稻土中各養分含量與肥料處理的產量或相對產量的關系

2.3.4 用速效鉀含量代表土壤供鉀能力

由圖2中K和L可知，土壤速效鉀含量與不施鉀處理相對產量可以擬合出對數方程，但相關系數太小，相關性不顯著，不能進行土壤肥力分級。速效鉀含量與不施鉀處理產量可以擬合出對數方程，且相關系數達到極顯著水平，可以進行土壤肥力分級。

根據樣本數據分布和方程模擬結果，將8250 kg/hm2確定為產量最高臨界點，分別計算產量達到最高臨界點60%、75%、90%和95%時對應的土壤速效鉀含量。解方程得，60%、75%、90%和95%的臨界點分別對應約35、82、197和264 mg/kg的速效鉀含量。因此，將土壤速效鉀含量低于35、35～82、82～197、197～264和高于等于264 mg/kg分別劃分為低、較低、中、較高和高5個肥力水平。

2.4 紅壤與水稻土肥力分級比較

由表3可知，在有機質含量分級中，紅壤和水稻土各等級范圍基本一致，說明有機質供氮能力在兩種土壤中基本一致。有效磷含量分級中，紅壤與水稻土差異主要表現在較高和高兩個等級中，水稻土的兩個等級中數值均遠小于紅壤，說明在磷含量為中低水平時，有效磷對產量貢獻基本一致，但隨著有效磷含量的增加，水稻土中有效磷對產量的貢獻高于紅壤。在速效鉀含量分級中，中低水平含量時，水稻土數據遠大于紅壤，而到較高和高水平時，水稻土的數據則逐漸低于紅壤，由此可知在速效鉀含量較低時，紅壤中速效鉀對產量貢獻大于水稻土，而隨著含量接近極限值，水稻土出現反超現象即水稻土的速效鉀在含量較高時其對產量的貢獻大于紅壤。

表3 紅壤與水稻土土壤肥力分級比較

以上數據也反映出不同類型養分在不同類型土壤中作用效果的復雜性，說明養分效果受土壤類型的影響較大，特別是有效磷和速效鉀受土壤類型的影響較為明顯。

2.5 土壤養分等級分布比較

根據以上土壤養分分級結果，對湖南省兩種土壤類型的試驗樣本數據中有機質、有效磷和速效鉀含量進行歸類，分別計算不同等級土壤樣本數占總樣本的百分比，結果如表4。

表4 湖南省紅壤與水稻土各養分等級占總土壤比例（%）

由表4可知，有機質等級分布方面，紅壤和水稻土表現基本一致，均集中在較低和中等水平范圍內；有效磷等級分布方面，紅壤和水稻土均多數集中在中等水平，在較低水平上紅壤分布多于水稻土，在較高和高水平上紅壤分布低于水稻土；在速效鉀等級分布方面，水稻土幾乎全部集中在較低和中等水平，紅壤則集中在中等和較高水平。

根據本研究結果，從整體上來看湖南省紅壤和水稻土對玉米的氮肥供應能力在中低水平，磷肥供應能力在中等水平，鉀肥則因土壤類型而異，紅壤供應能力處于中高水平，水稻土則為中低水平。由此可知，湖南玉米田應特別注意氮肥的充足供應，水稻土類型土壤要特別注重鉀肥的施用。

3 討論與結論

3.1 紅壤與水稻土對玉米養分供應能力分析

從本研究結果來看，紅壤與水稻土在養分含量上的差異主要表現在速效鉀上，紅壤速效鉀含量高于水稻土，有機質、堿解氮和有效磷以及土壤pH值則均無明顯差異；在養分含量分級方面兩者主要區別在于有效磷和速效鉀分級上，相同養分含量在兩種土壤中可能表現出不同的肥效，有效磷在水稻土中的肥效高于紅壤，速效鉀肥效則相反；養分等級分布方面兩者的差異，主要表現在紅壤中低等級有效磷分布高于水稻土，在較高和高水平上則低于水稻土，總體上看水稻土略微高于紅壤；速效鉀分布紅壤集中在中等和較高水平，水稻土集中在中等和較低水平，紅壤高于水稻土。因此，湖南省紅壤和水稻土對玉米的供氮能力處于中低水平，供磷能力處于中等水平，供鉀能力則因土壤類型而異，紅壤處于中高水平，水稻土處于中低水平。兩種土壤的玉米田施肥時應該各有側重點，紅壤型的土壤應該注重磷肥的施用，水稻土則應當注重鉀肥的充足供應。

3.2 部分數據擬合失敗原因分析

本研究中兩種類型土壤堿解氮含量與不施氮處理相對產量均擬合失敗，堿解氮含量未能直接反映土壤供氮能力。此種現象在譚海燕等［6］的研究中也同樣發生。土壤不施氮處理的相對產量與有機質含量可以擬合成功，可知有機質含量與土壤供氮能力有著直接關聯關系。而堿解氮與有機質有著極顯著的相關關系，有機質是土壤堿解氮的重要來源，但不是唯一來源。堿解氮除含有部分有機質中比較簡單的有機態氮外，還含有無機的礦物氮，是銨態氮、硝態氮、氨基酸、酰胺和易水解的蛋白質氮［17］，成分比較復雜。因此，可以推測土壤供氮能力可能受有機態氮的影響更大，并同時受其他因素影響，但這一推測需要進一步的試驗驗證。另外，堿解氮在土壤中的含量是隨著時間和空間而改變的，不同時間段含量很可能會發生改變，檢測結果可能不一致［20］，這也是導致分析結果出現異常的原因之一。

紅壤有效磷含量和水稻土速效鉀含量均與其對應的空白處理相對產量擬合失敗，而與空白處理產量擬合均成功，這似乎是一個矛盾的現象。究其原因，筆者認為一方面各試驗地點選取品種不一致，在經過肥料處理后，不同品種對肥料反應不一致可能導致肥料處理后，產量變化差異較大；另一方面，各試驗點生態條件的差異也可能是導致玉米對肥料反應產生差異的重要原因。

3.3 針對不同土壤類型開展肥力分級的必要性

對比本研究結果與前人研究結果［2～6］，土壤氮磷鉀肥力分級劃分標準多樣，分級類型有4～6級之多，沒有統一標準，試驗結果也各不相同。造成各地區的試驗結果差異的原因，除氣候條件、栽培措施、品種和地理位置差異外，筆者認為不同地區土壤類型的差異也是重要原因。不同類型的土壤在質地、有機質含量、微量元素含量、土壤物理和生化性質方面各不相同［21～24］，對土壤的肥料供給能力產生不同的作用，對作物的生長也能造成不同程度的影響，進而影響試驗結果。因此，如果不考慮土壤類型，而僅僅考慮土壤主要養分含量進行土壤肥力分級，勢必造成較大的誤差。本研究結果顯示，紅壤和水稻土在有效磷和速效鉀含量分級方面均表現出較大差異，相同的養分含量在兩種土壤中處于不同的供給水平，說明有效磷和速效鉀在不同土壤環境中的肥效差異較大，土壤環境對養分的釋放和吸收的影響是巨大的。

3.4 結論

本研究通過將土壤類型進行分類，重點研究湖南省分布面積最大的紅壤和水稻土兩種土壤類型，發現兩種類型土壤在平均有機質含量、有效磷含量和pH方面沒有明顯差異，紅壤的速效鉀含量明顯高于水稻土。利用兩者的有機質含量可以間接反映出土壤供氮能力，利用土壤有效磷和速效鉀的含量與肥料空白處理的產量數據成功進行擬合，并進行肥力等級劃分，說明按土壤類型進行土壤肥力等級劃分是可行的。

在土壤分級標準的劃分方面，兩種土壤表現出較大差異，說明不同類型的土壤肥料的供給能力有著明顯的差異，進而對土壤肥力等級劃分產生重大影響。兩種土壤在養分肥力等級分布方面，同樣表現出較大差異。土壤肥力等級分布的差異，可直接影響到對土壤供肥能力的評價和田間施肥方式，進而影響農業生產效益。因此，對不同類型的土壤單獨進行養分豐缺研究是十分必要的。本研究結果可在一定程度上反映出分土壤類型進行肥力分級的必要性和可行性，在今后的測土配方實施過程中，應將土壤類型差異對施肥效果的影響納入考慮范圍。

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Study on Soil Nutrient Rich-Lack Indexes of Spring Maize in Hunan Province

GUO Huan le1，CHEN Zhihui1，CAO Zhongyang1，TANG Bin1，WU Yuan fan2
（1 Crop Research Institute of Hunan Province，Changsha，Hunan 410125，China；2 Soil and FertilizerWorkstation of Hunan Province，Changsha，Hunan 410005，China）

The data of“3414”fertilizer test completed in Hunan province in recent yearswere analyzed，the fertilizer contents of red soil and paddy soil were compared，the relationship of the contents of NPK in soil and the corresponding yield of fertilizer treatmentswas analyzed，and classification by the contents of NPK in the 2 soil typeswas finished.The result showed that the fertilizer contentdifference between the 2 soil typeswas not significant，but the contents ofeffective potassium were significant different.The classification of available phosphorus and effective potassium were successful by data fitting content in soil and the yield or relative yield of fertilizer treatments.Supplying capacity of N can be classified by its content of organicmatter indirectly.The classification result shows that all soil nutrients of the 2 soil types can be divided into 5 levels，that is，low，lower，middle，higher and high level.The nitrogen supplying capacity of the 2 soil types were at the level ofmiddle to low，phosphorous supplying capacity of the 2 soil typeswere both at the level ofmiddle，and paddy soil was better than red soil.The potassium supplying capacity of red soil ass at the levelofmiddle to high，and thatof paddy soilwasmiddle to low.The resultof this study proved necessity and feasibility of soil fertility classification based on the type of soil，and can be a beneficial reference for rational fertilization of springmaize in Hunan province.

maize；soil；nutrient；fertility classification；Hunan

S513.062

A

1001-5280（2017）03-0239-07 DO I：10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2017.03.07

2016- 12- 08

郭歡樂（1985-），男，碩士，主要從事玉米育種與栽培研究，Email：guole469＠163.com。

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）。