中國籽實和飼草大麥種植土壤氮素豐缺指標(biāo)和推薦施氮量

楊小可悅，孫洪仁*，王顯國，張運龍，杜雪燕，李林霞，馮澤娟，陶潤志

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193；2.青海省飼草料技術(shù)推廣站，青海 西寧 810016；3.內(nèi)蒙古澤云牧草有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 150102）

大麥（Hordeum vulgareL.）是世界第四大禾谷類作物，栽培歷史悠久，耐干旱、耐瘠薄、耐鹽堿、適應(yīng)性強[1]。全球種植面積逾5 000 萬hm2，籽實產(chǎn)量超1.5 億t；我國大麥種植面積逾50 萬hm2，籽實產(chǎn)量超200 萬t[2]。人們主要利用大麥籽實作為畜禽飼料和釀酒原料，較少食用，亦利用其全株作為草食動物之飼草。據(jù)統(tǒng)計，我國飼草大麥種植面積為3 萬～5 萬hm2[3]。我國大麥種植區(qū)域約2/3 位于經(jīng)濟欠發(fā)達的農(nóng)牧交錯帶，大麥之變種青稞（Hordeum vulgareL.var.nudumHook.f.）也是青藏高原地區(qū)人們的傳統(tǒng)主糧。種好大麥對于提高農(nóng)牧民收入、促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、加速鄉(xiāng)村振興和鞏固民族地區(qū)穩(wěn)定等具有重要意義[4]。肥料是作物的“糧食”。合理施肥可以提高大麥產(chǎn)量和質(zhì)量。施肥不足或過量皆會導(dǎo)致產(chǎn)量和質(zhì)量下降，施肥過量還會引起耕地、水系和大氣生態(tài)系統(tǒng)惡化。因此，科學(xué)確定大麥?zhǔn)┓柿繉Υ篼溕a(chǎn)有著重要意義。

Bray 創(chuàng)建的土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)法[5]是測土推薦施肥的經(jīng)典和通用方法，世界各國廣泛應(yīng)用。20 世紀80 年代，我國開始進行作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究[6-7]，至今已經(jīng)建立了諸如玉米、小麥、水稻等一些作物的若干區(qū)域土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)[8-10]。但針對大麥的相關(guān)研究十分薄弱，至今尚未見報道。

作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究工程龐大，需要大量資金支持和專家投入，而對大麥等諸多小作物的科研投入強度較小，難以支撐大規(guī)模土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究。近年來，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)孫洪仁團隊創(chuàng)建了由“零散實驗數(shù)據(jù)整合法”“土壤養(yǎng)分豐缺分級改良方案”及“養(yǎng)分平衡- 地力差減法新應(yīng)用公式”構(gòu)成的作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究新方法，有效地克服了上述科研投入強度不足問題，并成功建立了我國燕麥[11]、甜菜[12]、甘蔗[13]、蘋果[14]、苜蓿[15]、谷子[16]和棉花[17]土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)。

本研究擬采用作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究的新方法，開展我國大麥土壤氮素豐缺指標(biāo)和推薦施氮量研究，旨在為我國大麥種植測土施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

搜集我國開展的籽實大麥、飼草大麥?zhǔn)┑囼炍墨I。選擇含有土壤氮素含量（堿解氮、全氮或有機質(zhì)）、施氮處理產(chǎn)量、缺氮處理產(chǎn)量（未施氮肥，其他養(yǎng)分施用量與施氮處理相同）的文獻，提取數(shù)據(jù)，用公式（1）計算籽實或飼草大麥缺氮處理相對產(chǎn)量。

式中：R-N為缺氮處理相對產(chǎn)量；Y-N為缺氮處理產(chǎn)量；YN為施氮處理產(chǎn)量。

利用Excel 2021 軟件，選擇適當(dāng)模型分別建立大麥缺氮處理相對產(chǎn)量與土壤堿解氮、全氮和有機質(zhì)含量回歸方程。利用所得回歸方程和土壤養(yǎng)分豐缺分級改良方案[18]，分別對土壤堿解氮、全氮和有機質(zhì)進行豐缺級別的劃分。

采用“養(yǎng)分平衡- 地力差減法新應(yīng)用公式（2）”[19-20]，計算推薦施氮量。

式中：FN為推薦施氮量；AN為目標(biāo)產(chǎn)量氮素吸收量；R-N為缺氮處理相對產(chǎn)量；EN為氮肥當(dāng)季利用率。

以文獻[21-28]為主要依據(jù)，確定籽實大麥、干草大麥和青貯大麥的單位經(jīng)濟產(chǎn)量氮素吸收量（N）依次為26、16、5.6 kg/t。

依據(jù)各地氣候條件、土壤狀況、大麥品種和栽培措施，結(jié)合相關(guān)文獻將我國大麥產(chǎn)區(qū)3 種形態(tài)經(jīng)濟產(chǎn)品的單位面積目標(biāo)產(chǎn)量分別設(shè)置7 個檔次：籽實大麥為3.00、3.75、4.50、5.25、6.00、6.75、7.50 t/hm2，干草大麥為6.0、7.5、9.0、10.5、12.0、13.5、15.0 t/hm2，青貯大麥為15、20、25、30、35、40、45 t/hm2；進而依次確定3 種形態(tài)經(jīng)濟產(chǎn)品的單位面積目標(biāo)產(chǎn)量下氮素吸收量（N）：籽實大麥為78.0、97.5、117.0、136.5、156.0、175.5、195.0 kg/hm2，干草大麥為96、120、144、168、192、216、240 kg/hm2，青貯大麥為84、112、140、168、196、224、252 kg/hm2。

選取各豐缺級別的缺素處理相對產(chǎn)量下限，用于該級別推薦施肥量計算。設(shè)置5 個氮肥當(dāng)季利用率，分別為30%、35%、40%、45%和50%。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國大麥?zhǔn)┑囼炍墨I及與土壤氮素豐缺指標(biāo)研究相關(guān)信息

搜集到在我國開展的含有土壤氮素含量（堿解氮、全氮或有機質(zhì)含量）和缺氮處理的大麥?zhǔn)┑囼炍墨I總計64 篇[27-90]，其中：1980—1989 年3 篇[29-31]，1990—1999 年8 篇[32-39]，2000—2009 年10 篇[40-49]、2010—2019 年38 篇[27-28,50-85]，2020—2022 年5 篇[86-90]；盆栽試驗1 篇[54]，其余均為田間試驗。上述研究涉及縣域40 余個、品種40 余個、土壤類型20 余個。從上述文獻中提取出土壤堿解氮含量、缺氮處理和施氮處理產(chǎn)量數(shù)據(jù)106 組，土壤全氮含量、缺氮處理和施氮處理產(chǎn)量數(shù)據(jù)80 組，土壤有機質(zhì)含量、缺氮處理和施氮處理產(chǎn)量數(shù)據(jù)118 組，進而分別得到土壤堿解氮、全氮、有機質(zhì)含量與缺氮處理相對產(chǎn)量配套數(shù)據(jù)106、80、118 對。將我國大麥?zhǔn)┑囼炍墨I中與土壤氮素豐缺指標(biāo)研究相關(guān)的信息列于表1。其中，土壤堿解氮、全氮和有機質(zhì)含量范圍依次為36.0～233.0 mg/kg、0.5～2.6 g/kg、2.1～51.6 g/kg，缺氮處理相對產(chǎn)量范圍為20.7%～111.1%，施氮處理施氮量范圍為30～563 kg/hm2。

表1 我國大麥?zhǔn)┑囼炍墨I中與氮素豐缺指標(biāo)研究相關(guān)信息

2.2 我國大麥土壤氮素含量與缺氮處理相對產(chǎn)量回歸方程

剔除部分明顯不合理的離散數(shù)據(jù)對后，建立我國大麥土壤堿解氮、全氮、有機質(zhì)含量與缺氮處理相對產(chǎn)量（缺氮處理/施氮處理）回歸方程如式（3）、式（4）、式（5）、圖1 所示。我國大麥缺氮處理相對產(chǎn)量與土壤堿解氮、全氮和有機質(zhì)含量均為直線相關(guān)；相對于回歸直線，數(shù)據(jù)點較為離散；決定系數(shù)為0.184 9 ～0.197 2，相關(guān)系數(shù)為0.430 0～0.444 1。

圖1 我國大麥缺氮處理相對產(chǎn)量與土壤氮素含量相關(guān)性

2.3 我國大麥土壤氮素豐缺指標(biāo)

借助式（3）至式（5）計算出缺氮處理相對產(chǎn)量100%、95%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%和10%對應(yīng)的土壤堿解氮含量依次為300.7、272.5、244.3、187.9、131.6、75.2、18.8、-37.6、-93.9、-150.3、-206.7 mg/kg，土壤全氮含量依次為3.76、3.40、3.04、2.32、1.60、0.88、0.16、-0.56、-1.27、-1.99、-2.71 g/kg，土壤有機質(zhì)含量依次為65.5、59.3、53.0、40.5、28.0、15.5、3.0、-9.5、-22.0、-34.5、-47.0 g/kg。舍棄明顯不合理的負值，得到我國大麥土壤堿解氮、全氮和有機質(zhì)豐缺指標(biāo)（表2）。其中：第1 級和第2 級豐缺指標(biāo)皆為外推數(shù)據(jù)，目前生產(chǎn)實踐中極少出現(xiàn)；第7 級亦較少出現(xiàn)。

表2 我國大麥土壤堿解氮、全氮和有機質(zhì)豐缺指標(biāo)

2.4 我國大麥推薦施氮量

我國籽實大麥、干草大麥、青貯大麥推薦施氮量分別列于表3 至表5。由表3 可知，當(dāng)?shù)十?dāng)季利用率為30%～50%時，目標(biāo)產(chǎn)量3.00～7.50 t/hm2籽實大麥第1～7 級土壤推薦施氮量分別為0、16～65、31～130、47～195、62～260、78～325、94～390 kg/hm2。由表4 可知，目標(biāo)產(chǎn)量6.0～15.0 t/hm2干草大麥第1～7 級土壤推薦施氮量依次為0、19～80、38～160、58～240、77～320、96～400、115～480 kg/hm2。由表5 可知，目標(biāo)產(chǎn)量15～45 t/hm2青貯大麥第1～7 級土壤推薦施氮量分別為0、17～84、34～168、50～252、67～336、84～420、101～504 kg/hm2。大麥推薦施氮量與土壤氮素豐缺級別線性負相關(guān)。對于豐缺級別而言，數(shù)字越小，級別越高。豐缺級別越高，推薦施氮量越低，直至為0。大麥推薦施氮量與目標(biāo)產(chǎn)量線性正相關(guān)，目標(biāo)產(chǎn)量越高，推薦施氮量越高。大麥推薦施氮量與氮肥當(dāng)季利用率線性負相關(guān)，氮肥當(dāng)季利用率越低，推薦施氮量越高。

表3 我國籽實大麥在不同目標(biāo)產(chǎn)量以及不同氮肥當(dāng)季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施氮量

表4 我國干草大麥在不同目標(biāo)產(chǎn)量以及不同氮肥當(dāng)季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施氮量

表5 我國青貯大麥在不同目標(biāo)產(chǎn)量以及不同氮肥當(dāng)季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施氮量

3 討論

3.1 我國大麥土壤氮素豐缺指標(biāo)

目前，有關(guān)大麥土壤氮素豐缺指標(biāo)的研究未見報道。我國玉米[8]、小麥[9]、水稻[10]、燕麥[11]、甜菜[12]和谷子[16]缺氮處理相對產(chǎn)量100%對應(yīng)的土壤堿解氮指標(biāo)范圍為150～600 mg/kg，本研究結(jié)果（301 mg/kg）在此范圍之內(nèi)。我國玉米[8]、小麥[9]、水稻[10]、燕麥[11]、甘蔗[13]、蘋果[14]和谷子[16]缺氮處理相對產(chǎn)量100%對應(yīng)的土壤全氮指標(biāo)范圍為1.8～5.0 g/kg，本研究結(jié)果（3.8 g/kg）在此范圍內(nèi)。我國玉米[8]、小麥[9]、水稻[10]和谷子[16]缺氮處理相對產(chǎn)量100%對應(yīng)的土壤有機質(zhì)指標(biāo)研究結(jié)果為30～80 g/kg，本研究結(jié)果（66 g/kg）在此范圍之內(nèi)。綜合考慮作物種類、自然區(qū)域、樣本數(shù)量等因素，可以確認本大麥土壤氮素豐缺指標(biāo)研究結(jié)果較為可信。

3.2 我國大麥推薦施氮量

本文引用大麥?zhǔn)┑獙嶒炍墨I的施氮量為30～563 kg/hm2（表1）。本研究針對籽實、干草和青貯大麥的推薦施氮量依次為0 ～390、0 ～480、0～504 kg/hm2；若排除生產(chǎn)實踐中極少出現(xiàn)的豐缺級別第1、2 級和第7 級，相應(yīng)推薦施氮量范圍則依次縮小為31～325、38～400、34～420 kg/hm2；當(dāng)?shù)世寐蕿?0%時，相應(yīng)推薦施氮量范圍則依次進一步縮小為20～244、24～300、21～360 kg/hm2；生產(chǎn)實踐中占比最高的豐缺級別為第5 級，在氮肥利用率40%情形下，相應(yīng)推薦施氮量精準(zhǔn)范圍依次為78～195、96～240、84～252 kg/hm2。與諸位學(xué)者的施氮量數(shù)據(jù)進行印證，可以認定本推薦施氮量研究結(jié)果較為可靠。

4 結(jié)論

本研究嘗試建立了我國大麥缺氮處理相對產(chǎn)量與土壤氮素含量回歸方程，初步確定了我國大麥土壤氮素豐缺指標(biāo)，給出了若干目標(biāo)產(chǎn)量和氮肥利用率情形下不同氮素豐缺級別土壤的籽實、干草和青貯大麥推薦施氮量范圍，依次為0～390、0～480、0～504 kg/hm2。