我國紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標與推薦施磷量

孫洪仁 王顯國 卜耀軍 呂林有 趙 艷 高 凱 張玉霞 劉庭玉

(1.中國農業大學 草業科學與技術學院，北京 100193； 2.榆林學院 生命科學學院，陜西 榆林 719000； 3.遼寧省沙地治理與利用研究所，遼寧 阜新 123000； 4.內蒙古民族大學 農學院，內蒙古 通遼 028000)

牧草是草食家畜養殖業的物質基礎。紫花苜蓿是最重要的多年生豆科牧草，被譽為“牧草之王”。我國紫花苜蓿種植面積逾300萬公頃，主要分布于黃土高原、內蒙古高原、西北荒漠綠洲、東北平原、黃淮海平原，長江中下游平原、四川盆地、云貴高原和青藏高原亦有種植。施肥是包括牧草在內的各類作物獲得高產的前提保障。土壤養分豐缺指標法是作物測土推薦施肥的通用方法。

我國紫花苜蓿土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究始于21世紀初。最初，藺蕊等、謝勇等和邵光武等采用盆栽試驗法，先后對新疆昌吉榆樹溝、河北壩上地區和河北滄州黃驊紫花苜蓿土壤養分豐缺指標進行了初步探討；后來孫洪仁研究團隊創建了以零散實驗數據整合法和養分平衡-地力差減法新應用公式為核心的作物土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究新方法，并借以開展了東北平原、黃淮海平原、內蒙古高原、黃土高原和西北荒漠綠洲等五大自然區域的紫花苜蓿土壤有效磷和速效鉀豐缺指標推薦施肥系統研究。

我國現有紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標推薦施肥系統的研究存在三大問題：一是現有研究中建立土壤有效磷和缺磷處理相對產量回歸方程的樣本數量多在30以下，明顯偏少；二是青藏高原和包括長江中下游平原、四川盆地、云貴高原在內的南方地區尚未開展研究；三是覆蓋全國的紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標推薦施肥系統研究未見報道。已有研究表明，黃淮海平原、黃土高原、內蒙古高原和西北荒漠綠洲區等四大自然區域紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標研究結果較為接近。若能整合建立全國統一指標，則既可統一解決全國紫花苜蓿測土施磷問題，又能將我國紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標推薦施肥系統化繁為簡。

為建立我國紫花苜蓿測土推薦施肥系統，本研究擬以東北平原、黃淮海平原、黃土高原、內蒙古高原、西北荒漠綠洲、南方地區和青藏高原等自然區域和全國紫花苜蓿測土施磷系統為研究對象，采用作物土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究新方法，在較大樣本數量的基礎上，探究我國土壤有效磷豐缺指標和推薦施磷量，以期為我國紫花苜蓿測土施磷提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域范圍界定

研究區域范圍分別界定為：東北平原，包括黑龍江、吉林、遼寧3省和內蒙古大興安嶺以東部分；黃淮海平原，北至燕山、西至太行山和秦嶺、南至江淮分界線、東至黃海和渤海；黃土高原，包括山西全省、陜西秦嶺以北部分、寧夏南部、甘肅烏鞘嶺以東部分和青海日月山以東部分；內蒙古高原，包括內蒙古大興安嶺以西直至鄂爾多斯，以及河北省壩上地區；西北荒漠綠洲，包括新疆全境、甘肅河西走廊、內蒙古阿拉善盟和巴彥淖爾市，以及寧夏中北部；青藏高原，包括西藏全部，青海大部，四川西部，云南西北部和甘肅甘南州；南方地區，包括云貴高原、四川盆地和長江中下游平原及其以南地區，香港、澳門和臺灣位于該區。

1.2 土壤有效磷豐缺指標

依托中國知網等數據庫資源，以“苜蓿-施肥”和“苜蓿-磷”等為檢索詞，檢索我國2020年底以前發表的紫花苜蓿施磷研究文獻，從中提取土壤有效磷含量、施磷處理產草量和缺磷處理產草量數據。

施磷處理和缺磷處理原則上僅存在施磷與否之差異，其他養分施用量和栽培管理措施完全相同。缺磷處理相對產量計算公式如下：

R

=

Y

/Y

(1)

式中：

R

為缺磷處理相對產量；

Y

為缺磷處理產量；

Y

為施磷處理產量。

利用Excel軟件分別制作東北平原、黃淮海平原、黃土高原、內蒙古高原、西北荒漠綠洲、南方地區等六大自然區域和全國紫花苜蓿缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量散點圖，繪制趨勢線，建立回歸方程。剔除部分明顯不合理或明顯偏離群體的散點，剔除比例原則上控制在15%以內。

參考土壤養分豐缺分級改良方案，確定第1，2，…，11級缺磷處理相對產量下限依次為100%，90%，…，0。

若結合時間節點來看，中央蘇區各項事業蓬勃發展的新局面，正是在兩次“寧都會議”之間形成的。此間，毛澤東不計較個人得失，以自覺的歷史使命感和擔當意識，創造性地開展工作。全詞能盡掃抑郁情緒，而洋溢著樂觀、自信、豪邁的革命情懷，是因為他站在解放勞苦大眾、造福工農群眾的高度去看待個人際遇。詞中“裝點此關山，今朝更好看”一句，言在此意在彼。既描寫“彈洞”裝點蒼翠的關山，而別有一種美麗；又詩意地表達了自己的革命情懷，即以崇高的革命理想去“裝點”人民的事業。

將土壤養分豐缺分級方案中各個級別的缺素處理相對產量起點數值100%，90%，…， 0%，分別代入本研究建立的六大自然區域和全國紫花苜蓿缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量回歸方程，計算土壤有效磷含量，所得結果即為各個區域和全國紫花苜蓿相應級別土壤有效磷豐缺指標的起點。對于超出試驗范圍的外推數據，高端和低端各自至多允許保留1個。

1.3 推薦施磷量

推薦施肥量計算公式依據參考文獻[14]和[15]，具體如下：

F

=

A

×(1-

R

)

/E

(2)

式中：

F

為推薦施磷量；

A

為目標產量磷素移出量；

R

為缺磷處理相對產量；

E

為磷肥利用率。

紫花苜蓿干草單位經濟產量的磷素移出量(PO)確定為6 kg/t。我國紫花苜蓿干草單產為9～27 t/hm，因此設定9.0、10.5、12.0、13.5、15.0、16.5、18.0、19.5、21.0、22.5、24.0、25.5和27.0 t/hm等13個目標產量。13個紫花苜蓿干草目標產量的磷素移出量(PO)依次確定為54、63、72、81、90、99、108、117、126、135、144、153和162 kg/hm。我國紫花苜蓿磷肥利用率變異范圍較大，旱作地表撒施僅為10%左右，地下滴灌施肥高達30%以上，因此，本研究設置10%、20%和30%等3個磷肥利用率水平。

2 結果與分析

2.1 我國紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標

檢索中國知網等數據庫可知：東北平原、黃淮海平原、黃土高原、內蒙古高原、西北荒漠綠洲區、南方地區、青藏高原和全國范圍內開展的含有施磷處理產草量、缺磷處理產草量和土壤有效磷含量的紫花苜蓿施磷的研究文獻依次有16、24、37、14、28、11、0和128篇；從中提取出配套數據分別為71、94、220、65、68、29、0和547組；進一步獲得紫花苜蓿缺磷處理相對產量和土壤有效磷含量配套數據依次為71、94、220、65、68、29、0和547對。剔除少量明顯不合理或明顯偏離群體數據后，分別建立東北平原、黃淮海平原、黃土高原、內蒙古高原、西北荒漠綠洲和南方地區等六大自然區域和全國紫花苜蓿缺磷處理相對產量(

y

)與土壤有效磷含量(

x

)回歸方程如表1和圖1所示。

表1 我國紫花苜蓿缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量回歸方程
Table 1 Regression equation between the relative yield without P fertilizer treatment and soil available P in China

自然區域Natural region回歸方程Regression equation相關系數Correlationcoefficient樣本數量Samplesize土壤有效磷/(mg/kg)Soilavailable P相對產量/%Relative yield施磷量(P2O5)/(kg/hm2)P applicationrate東北平原 Northeast plainy=15.547 Lnx+43.7930.756 6**601.9～37.842.4～107.035～320黃淮海平原Huanghuaihai plainy=14.169 Lnx+48.5310.528 6**841.2～35.125.1～104.760～480黃土高原 Loess plateauy=14.072 Lnx+48.6010.748 1**1951.5～38.433.8～109.034～366內蒙古高原Inner Mongolia plateauy=17.337 Lnx+49.5720.886 3**590.2～26.411.2～104.120～248西北荒漠綠洲Northwest desert oasisy=0.7351 Lnx+67.0350.463 4**602.4～30.743.5～101.525～360南方地區 South regiony=24.149 Lnx+11.8760.745 9**265.2～57.931.5～143.230～300全國 Chinay=13.927 Lnx+48.5220.718 3**4740.2～38.411.2～109.020～480

注：**代表相關性極顯著(<0.01)。

Note: ** represents that the correlation is extremely significant.

×代表剔除散點。 × represents excluding scatters.圖1 我國紫花苜蓿缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量相關性Fig.1 Regression relation between the relative yield without P fertilizer treatment and soil available P in China

由表1可知，六大自然區域和全國紫花苜蓿缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量回歸方程全部達到了極顯著水平(

P

<0.01)，且相關系數較高，除黃淮海平原和西北荒漠綠洲略低外，余者皆為中等以上相關；土壤有效磷含量范圍為0.2～57.9 mg/kg，缺磷處理相對產量范圍為11.2%～143.2%；施磷量(PO)范圍為20～480 kg/hm。

由圖1可知，東北平原土壤有效磷含量15～35 mg/kg 的數據點存在明顯的單向偏離群體問題，幾乎所有數據點皆在趨勢線下方；黃淮海平原土壤有效磷含量≥25 mg/kg的數據點太少；黃土高原數據點的數量大、分布均衡；內蒙古高原土壤有效磷含量2～10 mg/kg的數據點于趨勢線上方單向偏離群體明顯，土壤有效磷≥20 mg/kg的數據點太少；西北荒漠綠洲紫花苜蓿缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量回歸方程為直線型，明顯不同于其他自然區域；南方地區數據點的數量小，土壤有效磷含量30～55 mg/kg缺乏數據點；全國和各自然區域皆存在數據點在趨勢線的上下波動較大問題。

利用上述紫花苜蓿缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量回歸方程，確定六大自然區域和全國紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標，結果見表2。

表2 我國紫花苜蓿土壤有效磷(Olsen-P)豐缺指標
Table 2 The abundance and deficiency index of soil available P (Olsen-P) for alfalfa in China mg/kg

級別(相對產量)Level(relative yield)東北平原Northeastplain黃淮海平原Huanghuaihaiplain黃土高原Loessplateau內蒙古高原Inner Mongoliaplateau西北荒漠綠洲Northwestdesert oasis南方地區Southregion全國China10 (<20%)<0.2<0.29 (20%～30%)0.2～0.40.2～0.38 (30%～40%)0.4～0.60.3～0.67 (40%～50%)<1.5<1.2<1.20.6～1.1<4.90.6～1.26 (50%～60%)1.5～2.91.2～2.31.2～2.31.1～1.94.9～7.41.2～2.35 (60%～70%)2.9～5.42.3～4.62.3～4.61.9～3.3<4.17.4～11.12.3～4.74 (70%～80%)5.4～10.34.6～9.34.6～9.43.3～5.84.1～17.711.1～16.84.7～9.63 (80%～90%)10.3～19.69.3～18.79.4～19.05.8～10.317.7～31.316.8～25.59.6～19.72 (90%～100%)19.6～37.218.7～37.919.0～38.610.3～18.4≥31.325.5～38.519.7～40.31(≥100%)≥37.2≥37.9≥38.6≥18.4≥38.5≥40.3

注：帶下劃線數值為外推數據。

Note: Extrapolated data is underlined.

2.2 我國紫花苜蓿推薦施磷量

當紫花苜蓿目標產量9～27 t/hm、磷肥利用率20%時，有效磷豐缺級別第1～10級土壤的推薦施磷量依次為0、27～81、54～162、81～243、108～324、135～405、162～486、189～567、216～648和243～729 kg/hm。

3 討 論

3.1 六大自然區域紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標的異同

本研究團隊早期的較小樣本研究結果表明黃淮海平原、黃土高原、內蒙古高原和西北荒漠綠洲區等四大自然區域紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標較為接近。本研究通過系統比較發現，東北平原、黃淮海平原和黃土高原等三大自然區域的紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標研究結果與之前研究結果差異不大；南方地區紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標明顯高于上述三大自然區域；西北荒漠綠洲區第1～3級指標亦明顯高于該三大自然區域；特別是內蒙古高原第1～3級指標則明顯低于該三大自然區域，且與已有結果存在較大差異。

表3 我國紫花苜蓿土壤有效磷不同豐缺級別土壤推薦施磷量
Table 3 Recommended P application rates for different abundance or deficiency level of soil available P for alfalfa in China kg/hm

目標產量/(t/hm2)Target yield磷肥利用率/%P fertilizeruse efficiency推薦施磷量(P2O5) Recommended P application rate10級9級8級7級6級5級4級3級2級1級9.030162144126108907254361802024321618916213510881542701048643237832427021616210854010.5301891681471261058463422102028425222118915812695633201056750444137831525218912663012.03021619216814412096724824020324288252216180144108723601064857650443236028821614472013.530243216189162135108815427020365324284243203162122814101072964856748640532424316281015.030270240210180150120906030020405360315270225180135904501081072063054045036027018090016.530297264231198165132996633020446396347297248198149995001089179269359449539629719899018.030324288252216180144108723602048643237832427021616210854010972864756648540432324216108019.530351312273234195156117783902052746841035129323417611759010105 3936819702585468351234117021.030378336294252210168126844202056750444137831525218912663010113 4100 8882756630504378252126022.530405361315270226180135914502060854047340533827020313568010121 5108 09458106755404052701350

表3(續)

目標產量/(t/hm2)Target yield磷肥利用率/%P fertilizeruse efficiency推薦施磷量(P2O5) Recommended P application rate10級9級8級7級6級5級4級3級2級1級24.030432385336288241192144974802064857650443236028821614472010129 6115 2100 8864720576432288144025.5304594093573062552041531035102068961253645938330623015377010137 7122 4107 1918765612459306153027.0304864333783242712161621095402072964856748640532424316281010145 8129 6113 49728106484863241620

注：項目欄10，9，…，1表示土壤有效磷豐缺級別。

Note: 10, 9, …, 1 in header represent the abundance and deficiency levels of soil available P.

Bell等的研究表明，降雨及單產水平對澳大利亞雨養冬小麥土壤氮素豐缺指標影響很大。我國南方地區雨量充沛，西北荒漠綠洲區具備灌溉條件，這兩大自然區域紫花苜蓿單產水平高，其他區域則存在大量降水不足的雨養草地，單產水平參差不齊，也許這是南方地區和西北荒漠綠洲區兩大自然區域紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標明顯高于其它自然區域的原因。

從樣本數量和數據點分布均衡性的角度，推斷不同自然區域紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標存在差異的可能原因如下：本研究發現黃土高原紫花苜蓿缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量回歸方程的樣本數量大、數據點分布均衡，遠優于其它區域，所得土壤有效磷豐缺指標研究結果最為可靠；部分自然區域紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標與黃土高原存在較大差異的原因，可能是樣本數量依然不足、數據點分布不夠均衡，所得回歸方程尚未達到相對穩定狀態所致。

3.2 我國紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標

全國紫花苜蓿土壤有效磷豐缺指標研究結果與本研究團隊針對黃淮海平原、黃土高原、內蒙古高原和西北荒漠綠洲區等四大自然區域的研究結果差異不大。由于本研究樣本數量更大(474個)，因此本研究結果應該較為可靠。

張福鎖等早期研究將我國糧棉油和蔬菜作物土壤有效磷的最高級別下限指標分別確定為20～45 mg/kg和45～150 mg/kg。本研究綜合分析得出紫花苜蓿為40 mg/kg，接近糧棉油作物下限指標，但是明顯低于蔬菜作物的下限指標。紫花苜蓿和糧棉油作物土壤有效磷的最高級別下限指標明顯低于蔬菜作物相應指標，可能是蔬菜作物的根系分布偏淺、養分吸收深度較淺所致。

3.3 紫花苜蓿推薦施磷量

我國紫花苜蓿施肥已有研究的推薦施磷量為20～480 kg/hm。美國愛達荷州南部灌溉苜蓿施肥指南的推薦施磷量上限為470 kg/hm。本研究發現，當磷肥利用率為20%時，有效磷豐缺級別第1～7級土壤推薦施磷量與我國已有研究和美國愛達荷州南部的推薦結果頗為接近。當前紫花苜蓿生產實踐中，土壤有效磷含量低至第8級及以下的情形極少出現。因此，本研究之紫花苜蓿推薦施磷量較為可靠。

4 結 論

我國紫花苜蓿土壤有效磷第1～10級指標依次為≥40.3、19.7～40.3、9.6～19.7、4.7～9.6、2.3～4.7、1.2～2.3、0.6～1.2、0.3～0.6、0.2～0.3和<0.2 mg/kg。當紫花苜蓿目標產量9～27 t/hm、磷肥利用率20%時，有效磷豐缺級別第1～10級土壤的推薦施磷量依次為0、27～81、54～162、81～243、108～324、135～405、162～486、189～567、216～648和243～729 kg/hm。該研究結果可為我國紫花苜蓿測土施磷提供科學依據。