我國甜菜土壤有效磷豐缺指標與適宜施磷量研究

摘要： 【目的】甜菜是重要的糖料作物，土壤磷素供應和磷肥施用影響甜菜的產量和品質。為此，我們開展甜菜土壤有效磷豐缺指標與適宜施磷量研究。【方法】采用“零散實驗數據整合法”建立我國甜菜相對產量與土壤有效磷含量回歸方程。以“甜菜”“施肥”“磷”為主題詞，在中國知網檢索到相關論文44 篇，剔除低質量試驗數據后，共獲得104 組包含不施磷和施磷處理甜菜產量數據，及對應的土壤有效磷含量數據，建立不施磷甜菜相對產量與土壤有效磷含量之間的回歸方程。參考“土壤養分豐缺分級改良方案”將土壤有效磷含量分為7 級，將各節點不施磷甜菜相對產量帶入建立的回歸方程，計算出每個節點的土壤有效磷含量，作為甜菜土壤有效磷分級指標。采用“養分平衡—地力差減法新公式”，依據目標產量和磷肥利用率，計算了不同豐缺等級土壤的甜菜適宜施磷量。【結果】我國甜菜缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量回歸方程為：y=14.169 Ln（x）+46.679（R2=0.3242，n=104，Plt;0.01）。我國甜菜土壤有效磷由高到低分為7 個等級，對應的有效磷含量依次為≥44、22～44、11～22、6～11、3～6、1.5～3 和lt;1.5 mg/kg。當甜菜目標產量為30～90 t/hm2、磷肥利用率為15%～35% 時，有效磷第1～7 級土壤的適宜施磷量分別為0、13～90、26～180、39～270、51～360、64～450、77～540 kg/hm2。【結論】鑒于收集采用的數據樣本量大且來源于高質量試驗，本研究建立的我國甜菜缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量之間的回歸方程具有很好的可信度，依據該方程確定了土壤有效磷豐缺指標，進而若干目標產量和磷肥利用率下不同豐缺等級土壤的甜菜適宜施磷量得以推薦。

關鍵詞： 甜菜； 測土施肥； 土壤有效磷； 豐缺指標； 施磷量

甜菜是重要的糖料作物。近十年來，我國甜菜種植面積波動于14 萬hm2 至22 萬hm2，產量780 萬t～1200 萬t[1]。合理施肥是甜菜高產、優質、高效和可持續發展的基礎。施肥不足，難以實現甜菜生產目標；施肥過量，不僅徒增成本，還會降低甜菜產量、質量和效益，并且對土壤、大氣和水體等生態環境造成污染，進而危害人類身體健康。因此，需要科學確定甜菜施肥量。肥料效應函數法、養分平衡—地力差減法、養分平衡—土壤有效養分校正系數法和土壤養分豐缺指標法是確定施肥量的基本方法。Bray 創建的土壤養分豐缺指標法，因其擁有時間有效性長、地域有效性廣、簡便易行等三大優勢，故被全球廣泛采用[2?3]。我國土壤養分豐缺指標研究起步較晚[4?5]，始于20 世紀80 年代。截至目前，三大作物[6?8]和馬鈴薯[9]等的土壤養分豐缺指標推薦施肥系統已經建立起來[6?9]。然而，關于甜菜土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究，頗為薄弱。20 世紀80 年代初，戴慶林等[10]率先開展了內蒙古西部地區甜菜土壤水解氮和有效磷豐缺指標探索。時隔30 年后，梁靖[11]利用33 個“3414”施肥試驗，研究了內蒙古察哈爾右翼前旗甜菜土壤氮磷鉀豐缺指標。隨后，孫洪仁團隊研發了作物土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究新方法，并利用該方法對我國北方甜菜土壤氮磷鉀豐缺指標及氮磷鉀適宜施用量進行了初步研究[ 1 2 ? 1 4 ]。該新方法由“零散實驗數據整合法”、“土壤養分豐缺分級改良方案”和“養分平衡—地力差減法新應用公式”構成。本研究擬采用該新方法，開展全國甜菜土壤有效磷豐缺指標和適宜施磷量研究，旨在為全國甜菜測土施磷提供科學依據。

1 材料與方法

采用“零散實驗數據整合法”[15]建立我國甜菜缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量回歸方程。具體做法是利用中國知網數據庫資源，采用“甜菜”“施肥”“磷”為主題詞，檢索全國各地開展的甜菜磷肥試驗文獻，以試驗有缺磷處理并測定土壤有效磷含量為標準對文獻進行了篩選，提取文獻中的土壤有效磷含量、施磷處理和缺磷處理產量數據，對有若干施磷量處理之試驗，選取最高產量數據，首先按照公式（1） 計算甜菜缺磷處理相對產量，然后建立甜菜缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量的回歸方程。

RP = Y-P／YP （1）

式中，R?P 為缺磷處理相對產量（無量綱），Y?P、YP 分別為缺磷、施磷處理產量（t/hm2）。

參考“土壤養分豐缺分級改良方案”[15?16]將土壤有效磷含量分為7 級，將改良方案中各豐缺等級節點之缺素處理相對產量數值，代入甜菜缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量回歸方程，即可求出各個豐缺等級對應的土壤有效磷含量范圍。

采用“養分平衡—地力差減法新應用公式”計算不同目標產量、不同肥料利用率情形下不同豐缺等級土壤的甜菜適宜施磷量[15， 17]，新公式的核心變革是引入變量“缺素處理相對產量”與“土壤養分豐缺分級方案”聯系起來。計算公式如下：

FP=Yt × Pu ×（1-R-P）=EP （2）

式中，FP 為甜菜適宜施磷量（P2O5，kg/hm2），Yt 為目標產量（t/hm2），Pu 為單位經濟產量磷素吸收量（P2O5，kg/t），R?P 為缺磷處理相對產量（無量綱），EP 為磷肥利用率（無量綱）。

光、熱、溫、氣、水、土等自然條件對甜菜產量影響巨大。我國地域遼闊，自然條件迥異，甜菜的生產水平差異頗大。根據我國甜菜當前的生產實際狀況，確定9 個目標產量：30、37.5、45、52.5、60、67.5、75、82.5 和90 t/hm2。水肥管理模式對肥料利用率具有很大影響，如旱作雨養模式下，施肥次數很少，磷肥利用率一般在15% 以下；滴灌+水肥一體化模式下，水肥同步，施肥次數亦頗多，磷肥利用率可高達35% 以上。依據我國甜菜之水肥管理實踐，確定5 個磷肥利用率：15%、20%、25%、30% 和35%。依據前人的研究結果[11， 18?25]，確定我國甜菜單位經濟產量磷素吸收量（P2O5） 為1.5 kg/t。

2 結果與分析

2.1 我國甜菜施磷試驗文獻及與土壤有效磷豐缺指標研究相關信息

搜集到符合條件的甜菜施磷文獻44 篇[10， 18， 20， 22， 26?65]，其中1970—1979 年1 篇[18]、1980—1989 年8 篇[10， 20， 26?31]、1990—1999 年8 篇[22， 32?38]、2000—2009 年6 篇[39?44]、2010—2019 年16 篇[45?60]、2020—2023 年5 篇[61?65]。44 篇文獻除1 篇采用盆栽方法外[59]，余者均為田間試驗。土壤有效磷測定方法除1 篇采用ASI 法外[42]，其余均采用Olsen 法。文獻中共提取出甜菜缺磷處理產量、施磷處理產量和土壤有效磷含量數據119 組，進而得到缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量配套數據119 對，涉及品種近30 個，土壤類型20 余個，旗縣市區近40 個。依據上述文獻，我國甜菜土壤有效磷含量范圍為2～67 mg/kg，缺磷處理甜菜的相對產量范圍為27.36%～101.11%，磷肥施用量范圍為32～497 kg/hm2。

2.2 我國甜菜土壤有效磷豐缺指標

采用獲得的119 對數據，我國甜菜缺磷處理相對產量（y） 與土壤有效磷含量（x） 的關系見圖1，其回歸方程（圖1） y=14.169 Ln（x）+46.679 （n=104） 的相關系數高達0.5694，達到Plt;0.001 顯著水平。利用圖中的回歸公式計算，缺磷處理甜菜相對產量分別為100%、95%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10% 和0% 時，對應的土壤有效磷含量依次為4 3 . 0 9、3 0 . 2 8、2 1 . 2 7、10.50、5.19、2.56、1.26、0.62、0.31、0.15、0.08 和0.04 mg/kg。棄用大部分外推數據后，得到我國甜菜土壤有效磷豐缺指標如表1 所示。

2.3 我國甜菜適宜施磷量

甜菜適宜施磷量（P2O5） 與土壤有效磷等級呈線性負相關，等級越高，土壤有效磷含量越高，適宜施磷量越低，直至不需施磷。甜菜適宜施磷量與磷肥利用率線性負相關，磷肥利用率越高，適宜施磷量越低。甜菜適宜施磷量與目標產量線性正相關，目標產量越高，適宜施磷量越高。磷肥利用率15%～35%、目標產量30、37.5、45、52.5、60、67.5、75、82.5 和90 t/hm2 時，土壤有效磷含量從第1 到第7 級的適宜施磷量范圍分別為0、13～90、26～180、39～270、51～360、64～450 和77～540 kg/hm2（表2）。

3 討論

3.1 我國甜菜缺磷處理相對產量與土壤有效磷含量回歸方程的可靠性

采用“零散實驗數據整合法”建立作物缺素處理相對產量和土壤養分含量回歸方程，首先要解決的問題是如何進行文獻選取和數據剔除。關于文獻選取和數據處理，澳大利亞[66]對試驗質量的規定頗為詳盡：如試驗施磷量處理僅有1 個，不利于找到施磷處理的“最高產量”，偏離“最高產量”的風險較大；再如通過肥料效應方程推算的最高產量大大高于實測產量，而采用“20% 封頂原則”[Y模擬最大=Y實測最大+0.2×（Y模擬最大?Y缺素）] 進行調整時，這樣的試驗應該皆歸為低質量類。選擇試驗數據時首先摒棄試驗質量低的文獻。本研究在利用Excel 表制作回歸關系圖的過程中，剔除了少量嚴重偏離群體的數據，以最大限度保證回歸方程使用的數據來自合格的試驗。

用于進行回歸分析的散點圖，理論上土壤有效磷含量數據分布越均勻越好。建立土壤養分豐缺指標的通用做法是針對某種作物和養分，大量采集土壤樣品，測試養分含量之后，選擇土壤養分含量差異較大并拉開梯度的地塊數十個，統一設計施肥處理及施肥量，開展試驗獲得施肥和缺素處理產量數據，建立作物缺素處理相對產量和土壤養分含量回歸方程，進而計算出土壤養分豐缺指標[15， 24， 67]。與經典的通用做法相比較， 本研究采用的“零散實驗數據整合法”無法選擇和設計試驗地點，以檢索的數據繪制的散點圖土壤有效磷分布不夠均勻，土壤有效磷含量≥20 mg/kg 者占比頗低，對研究結果的精準性或多或少會造成一定影響。

土壤養分豐缺指標法創始人Bray[ 2 ? 3 ]和我國專家[4?5， 24， 67]一致認為，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宜在20 個以上，澳大利亞規定最小樣本數量不宜少于8 個[68]。采用“零散實驗數據整合法”建立作物缺素處理相對產量與土壤養分含量回歸方程時，樣本數量100 個以上較為合適，樣本數量越多，回歸方程越成熟穩定，反之則易發生劇烈波動[69]。之所以要求的數據這么多，可能與下列原因有關：1）“零散實驗數據整合法”所整合的諸多施肥試驗皆為獨立開展，無總體規劃，具體的試驗設計和操作方法沒有統一規范；2） 研究的時間跨度大，長達數十年之久；3） 我國幅員遼闊，氣候、土壤類型多樣，生產模式和水平眾多。如果樣本數量足夠大，則可依據自然區域、土壤類型、生產模式、生產水平及年代等進行分別研究[69?70]。本研究樣本數量在剔除15 個不合格的試驗數據后，保留了104 個，符合基本要求，我們建立的回歸方程的R2 值為0.3242，相對產量與土壤有效磷含量之間的相關性達到0.001 顯著水平，證實了方程的可信度。雖然如此，本研究所得回歸方程的相關系數和決定系數在田間試驗中仍屬于中等水平。若進一步提高回歸方程的相關水平，則需在較短的時間內，如3～5 年，投入較大的人力、物力和財力，在全國各地同時大量開展統一設計的含有缺磷處理的甜菜施磷試驗。

3.2 我國甜菜土壤有效磷豐缺指標推薦施肥系統應用的可行性

在我國進行了大量土壤磷素豐缺指標的研究，玉米[6]、水稻[7]、小麥[8]、馬鈴薯[9]、燕麥[71]、甘蔗[72]、蘋果[73]、棉花[74]、苜蓿[70]、谷子[75]、大麥[76]和西瓜[77]缺磷處理相對產量90% 對應的土壤有效磷指標集中于12～35 mg/kg。在甜菜上，孫洪仁等[12]提出我國北方甜菜獲得缺磷處理相對產量95%、90%、80%、70% 和60% 對應的土壤有效磷指標依次為43、30、15、7 和4 mg/kg，本研究對全國試驗數據的整合結果較低，分別為31、22、11、6 和3 mg/kg，與梁靖[11]提出的內蒙古察哈爾右翼前旗甜菜土壤有效磷指標較為接近。考慮到本研究采用的甜菜土壤有效磷豐缺指標的樣本數量約為孫洪仁等[12]研究的3 倍，可以認定本研究結果較為可靠。

根據本研究建立的回歸方程進行外推，結果表明，當土壤有效磷含量低至0.04 mg/kg 時，甜菜缺磷處理相對產量為0%。在我們之前的試驗中，推平流動沙丘新建的農田土壤基本測不到有效磷含量，在這樣的土壤上種植甜菜，不施磷肥幾乎沒有產量，與本回歸方程的外推結果一致。另外，土壤有效磷指標超過上限時，應該考慮生態環境閾值，一般認為不宜超過上限。本研究甜菜土壤最高豐缺級別土壤有效磷指標為44 mg/kg，與諸多大田作物相近，無超越生態環境閾值之虞[78]。

我國甜菜田間試驗[10?11， 18?20， 22?23， 26?65]中的施磷量為32～497 kg/hm2。本研究以磷肥利用率35%、30%、25%、20%、15% 為前提確定的施磷量范圍依次為0～231、0～270、0～324、0～405、0～540 kg/hm2，與科學家們在甜菜施磷試驗中采用的施磷量較為接近，可以認為比較可信。

4 結論

我國甜菜土壤有效磷豐缺指標由高到低可定為7 級，對應的有效磷含量（Olsen-P） 依次為≥44、22～44、11～22、6～11、3～6、1.5～3 和lt;1.5 mg/kg。依據當前我國甜菜生產水平，目標產量30～90 t/hm2、磷肥利用率15%～35% 時，第1～7 級土壤適宜施磷量分別為0、13～90、26～180、39～270、51～360、64～450、77～540 kg/hm2。

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基金項目：國家現代農業產業技術體系建設項目（CARS-34）。