我國西瓜土壤有效磷豐缺指標和推薦施磷量研究

陳呂彥燁，孫洪仁*，張吉萍，王尚波，王志棟

（1.中國農業大學草業科學與技術學院，北京 100193；2.六凱新農（北京）科技有限公司，北京 100094；3.山東良土生物科技有限公司，山東 齊河 251100）

西瓜（Citrulluslanatus）是全球產量僅次于番茄的重要水果作物[1]。自1981年以來，我國西瓜種植面積和產量一直穩居世界第1位[1]。近年來，我國西瓜種植面積達到150萬hm2以上，全球占比近50%；產量6 200余萬t，全球占比逾60%。西瓜乃重要的經濟作物，種好西瓜對于提高農民收入、促進區域經濟發展、加速鄉村振興等具有重要意義。肥料是作物高產和優質的物質基礎。合理施肥可以提高西瓜產量和質量，施肥不足或過量皆會導致產量和品質下降，施肥過量還會引起耕地、水系和大氣生態系統惡化。因此，科學確定西瓜施肥量對西瓜生產意義重大。

Bray[2]創建的土壤養分豐缺指標法是測土推薦施肥的經典和通用方法，被世界各國廣泛應用。20世紀80年代，我國開始進行作物土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究[3-4]，至今已經建立了諸如玉米[5]、小麥[6-7]、水稻[8-9]、馬鈴薯[10]等作物的若干區域土壤養分豐缺指標推薦施肥系統。但針對西瓜的相關研究十分薄弱，至今尚未見到成功報道。

作物土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究工程龐大，需要大量資金支持和專家投入，而西瓜等諸多小作物的科研投入強度較小，難以支撐大規模土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究。近年來，中國農業大學孫洪仁團隊創建了由“零散實驗數據整合法”“土壤養分豐缺分級改良方案”及“養分平衡—地力差減法新應用公式”所構成的作物土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究新方法，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[12-13]、甘蔗[14]、蘋果[15]、棉花[16]、苜蓿[17]、谷子[18]、桃[19]、大麥[20-21]、玉米[22-23]和馬鈴薯[24-25]的土壤養分豐缺指標推薦施肥系統。

本研究擬采用作物土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究新方法，開展關于我國西瓜土壤有效磷豐缺指標和推薦施磷量的研究，旨在為我國西瓜測土施磷提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗數據獲取

利用中國知網（CNKI）數據庫，采用“西瓜” and “施肥”“西瓜” and “磷”等檢索式，搜集1915—2022年我國開展的所有西瓜施磷試驗文獻。選擇含有土壤有效磷含量、施磷處理產量、缺磷處理產量（未施磷肥，其他養分施用量與施磷處理相同）的文獻，提取相應數據進行分析。

1.2 土壤有效磷豐缺級別劃分

采用式（1）計算西瓜缺磷處理相對產量。

式中：R-P為缺磷處理相對產量，Y-P為缺磷處理產量，YP為施磷處理產量。

利用Excel軟件，選擇適當模型分別建立西瓜缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量回歸方程。利用所得回歸方程和土壤養分豐缺分級改良方案[26]劃分土壤有效磷豐缺級別。

1.3 推薦施磷量確定

采用“養分平衡—地力差減法新應用公式”[27-28]計算推薦施磷量。

式中：FP為推薦施磷量。AP為目標產量磷素（P2O5）吸收量。AP的確定以文獻[1,29-30]為主要依據。首先確定西瓜單位經濟產量磷素（P2O5）吸收量為0.9 kg/t；再將我國西瓜單位面積目標產量設置9個檔次，依次為30.0、37.5、45.0、52.5、60.0、67.5、75.0、82.5 t/hm2和90.0 t/hm2；進而利用單位經濟產量磷素吸收量和單位面積目標產量計算出我國西瓜單位面積目標產量磷素（P2O5）吸收量依次為27.00、33.75、40.50、47.25、54.00、60.75、67.50、74.25 kg/hm2和81.00 kg/hm2。

R-P為缺磷處理相對產量，選取各個豐缺級別的缺磷處理相對產量下限作為該級別的缺磷處理相對產量。EP為磷肥當季利用率，共設置5個磷肥當季利用率，分別為15%、20%、25%、30%和35%。

2 結果與分析

2.1 我國西瓜施磷試驗文獻及與土壤有效磷豐缺指標研究相關信息

如表1所示，搜集到在我國開展的含有土壤有效磷含量和缺磷處理的西瓜施磷試驗文獻共25篇，其中1991—1999年6篇[31-36]、2000—2009年2篇[37-38]、2010—2019年14篇[39-52]、2020—2022年3篇[53-55]；其中設施栽培試驗3篇[38,40,55]，其余均為露地栽培試驗。上述研究涉及縣域20余個、品種20余個、土壤類型10余個。從上述文獻中提取出土壤有效磷含量、缺磷處理產量和施磷處理產量數據52組，進而得到土壤有效磷含量與缺磷處理相對產量配套數據52對。其中，土壤有效磷含量范圍在1.8～67.3 mg/kg，缺磷處理相對產量范圍為42.8%～95.9%，施磷處理施磷量范圍為26～270 kg/hm2。

表1 我國西瓜施磷試驗文獻中與豐缺指標研究相關信息

2.2 我國西瓜土壤有效磷含量與缺磷處理相對產量回歸方程

剔除部分明顯不合理的離散數據對后，建立我國西瓜缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量回歸方程如式（4）和圖1所示。式中，缺磷處理相對產量（y）范圍為57.5%～95.5%，土壤有效磷含量（x）范圍為1.8～51.0 mg/kg。

圖1 我國西瓜缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量回歸關系

2.3 我國西瓜土壤有效磷豐缺級別劃分

利用式（4）計算缺磷處理相對產量100%、95%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%和10%時所對應的土壤有效磷含量依次為104.31、59.86、34.35、11.31、3.73、1.23、0.40、0.13、0.04、0.01 mg/kg和0.004 mg/kg。舍棄部分外推數據，得到我國西瓜土壤有效磷豐缺指標，劃分為6個級別，如表2所示。

表2 我國西瓜土壤有效磷豐缺指標

2.4 我國西瓜推薦施磷量

我國西瓜推薦施磷量列于表3。當磷肥當季利用率為15%～35%，目標產量30～90 t/hm2時，西瓜第1～6級土壤推薦施磷量分別為0、8～54、15～108、23～162、31～216和39～270 kg/hm2。西瓜推薦施磷量與土壤有效磷豐缺級別線性負相關，豐缺級別越高，推薦施磷量越低，直至為0。西瓜推薦施磷量與目標產量呈線性正相關，目標產量越高，推薦施磷量越高。西瓜推薦施磷量與磷肥當季利用率呈線性負相關，磷肥當季利用率越低，推薦施磷量越高。

表3 我國西瓜不同目標產量和不同磷肥當季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施磷量（FP）

3 結論與討論

3.1 我國西瓜缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量回歸關系

Bray[2]和國內權威專家[3-4,30]皆認為作物缺素處理相對產量與土壤養分含量回歸方程的樣本數量（n）應該大于20個。澳大利亞的規定為不少于9個[56]。本研究樣本數量為39個，滿足了基本要求。但鑒于我國幅員遼闊，氣候、土壤類型多樣，西瓜品種眾多，樣本數量還是偏少，推測可能達到100個以上較為理想。如果樣本數量足夠大，則可以考慮針對不同生產區域分別建立回歸方程。因此，建議業界人士努力開展西瓜施肥試驗研究。

關于數據取舍，澳大利亞的Dyson等[56]、Speirs等[57]、Watmuff等[58]的規定頗為詳盡，比如對試驗研究進行質量分級，低者較大概率予以棄用。本研究未對研究文獻進行篩選，只是在利用Excel表制作回歸關系圖的過程中，剔除少量明顯不合理的偏離群體數據。如此有利于保證樣本數量最大化。

3.2 我國西瓜土壤有效磷豐缺指標

有關西瓜土壤有效磷豐缺指標的研究尚未見報道。我國玉米[5]、小麥[6]、水稻[8]、馬鈴薯[10]、燕麥[11]、甜菜[13]、甘蔗[14]、蘋果[15]、棉花[16]、苜蓿[17]和谷子[18]缺磷處理相對產量100%對應的土壤有效磷指標集中于30～50 mg/kg，本研究結果（土壤有效磷一級指標105 mg/kg）明顯高于上述作物。這可能是作物種類所致，亦可能與數據外推存在一定關系。本研究缺磷處理相對產量80%對應的土壤有效磷指標（12 mg/kg）與上述作物較為接近。綜合考慮作物種類、樣本數量等因素，可以認為本研究中西瓜土壤有效磷豐缺指標的結果之非外推數據較為可信，該外推數據可供參考。

3.3 我國西瓜推薦施磷量

本研究引用西瓜施磷試驗文獻的施磷量范圍為26～270 kg/hm2（表1）。本研究的推薦施磷量范圍為0～270 kg/hm2；若排除生產實踐中很少出現的豐缺級別第1級，相應推薦施磷量范圍則縮小為8～270 kg/hm2；當磷肥利用率為中等水平25%時，相應推薦施磷量范圍則進一步縮小為11～162 kg/hm2。與諸位學者的施磷量數據進行印證，可以認定本研究推薦的施磷量結果較為可靠。

綜上所述，我國西瓜土壤有效磷第1～6級豐缺指標依次為≥105、35～105、12～35、4～12、2～4和＜2 mg/kg。我國西瓜土壤有效磷豐缺指標有待于進一步研究。當磷肥利用率為15%～35%、目標產量為30～90 t/hm2時，西瓜第1～6級土壤推薦施磷量分別為0、8～54、15～108、23～162、31～216和39～270 kg/hm2。