坝上地区紫花苜蓿土壤有效磷、钾丰缺指标初探

谢 勇，孙洪仁，张新全，刘爱红，孙雅源，刘治波，丁 宁

(1.四川农业大学动物科技学院草业科学系，四川 雅安 625014； 2.中国农业大学草地研究所，北京 100193)

20世纪80年代初，我国在推广测土配方施肥过程中总结出3类共计6种方法用于确定作物施肥量，简称“三类六法”。其中地力分区(级)配方法、地力差减法和氮磷钾比例法属于较为粗放的方法，在测土配方施肥初期具有一定的应用价值，随后则被较为精准的养分平衡法、肥料效应函数法和土壤养分丰缺指标法所替代[1]。养分平衡法是以目标产量养分吸收量减去土壤养分供应量得到养分施用量。此法理论上可靠，但实践上存在缺陷，即土壤养分供应量很难准确确定，且较难估计年际变化。肥料效应函数法是利用施肥量与植物产量间的相关性，在田间施肥量试验的基础上，建立植物产量与施肥量之间的回归方程，计算出最高施肥量、最佳施肥量和最大利润施肥量。该法依据较为坚实，缺陷是试验田能够代表的农田区域较难确定，且土壤肥力的年际变化难以准确计算。土壤养分丰缺指标法是利用土壤速效养分含量与植物产量之间的相关性，在各种不同速效养分含量的土壤上进行田间缺素和全肥处理对比试验，建立缺素区植物相对产量与土壤速效养分含量间的回归方程，按人为制定的缺素区植物相对产量分级标准将土壤速效养分含量划分为若干丰缺等级，依据养分归还学说和可持续发展原则确定各等级的适宜施肥量，建立丰缺等级与适宜施肥量的检索表，测定地块土壤速效养分含量，对照检索表确定该地块的适宜施肥量。该法对氮素不适用，但对其他养分实践效果很好，且简便易行，应用最为广泛[2-4]。英国的ADAS系统、德国的LUFA系统都有数十年的历史，美国各州基本都有各自的土壤养分丰缺指标推荐施肥系统[5-6]。我国土壤养分丰缺指标体系建设与国外相比较为落后[1-2,4]，针对紫花苜蓿(Medicagosativa)的研究更是处于探索阶段[2,7-10]。本研究旨在对坝上地区紫花苜蓿土壤养分丰缺指标进行探讨，为下一步田间试验提供参考，进而为坝上地区紫花苜蓿施肥及土壤养分丰缺指标体系的建立提供依据及参考。

1 材料与方法

1.1试验区域自然概况 试验于2009年5-9月在中国农业大学“河北沽源草地生态系统国家野外科学观测站”之“塞北现代草地农业研究站”进行。该站位于河北省张家口市塞北管理区(115°48.159′ E， 41°52.281′ N)，海拔1 367 m。年均气温1.4 ℃，最热月(7月)平均气温17.6 ℃，最冷月(1月)平均气温-18.6 ℃，>0 ℃年积温2 370 ℃·d，无霜期100 d。年均降水量400 mm，集中于6-9月，约占全年80%；年均蒸发量1 800 mm。风多且大，春季尤甚，年均风速4.3 m/s。

1.2试验材料

1.2.1供试土壤 2008年9月于河北省沽源县、内蒙古多伦县、内蒙古正蓝旗、内蒙古太仆寺旗采集土壤样品计17个。在实验室内测定土壤样品养分含量。pH值采用电位法测定，有机质采用重铬酸钾容量法-稀释热法测定，土壤有效磷、有效钾采用Mehlich 3 (M3) 法测定[11-12]。从中选取综合肥力差异较大的5个地点的土壤用于试验。供试土壤性状见表1。

表1 供试土壤性状

1.2.2供试肥料 氮肥为尿素，含N 46.4%。磷肥为过磷酸钙， P2O5含量12.0%。钾肥为硫酸钾，含K2O 50.0%。

1.2.3供试牧草 供试牧草为盆栽阿尔冈金紫花苜蓿。试验用盆规格为：上口直径20 cm，下底直径15 cm，深30 cm。2009年5月15日播种，每盆均匀播种30粒。5月23日出苗，6月18日定苗，每盆10株。充足供水，随时拔除杂草。

1.3试验设计 每个地点的土壤设有全肥、缺磷、缺钾、不施肥4个处理，每个处理重复3次。每盆为1个试验单元，5个地点的土壤共计60盆。所有肥料均作基肥一次施入。每个地点土壤的试验方案见表2。

表2 单一土壤施肥处理方案 g/盆

1.4测定项目与方法

1.4.1鲜草产量 分别在2009年8月6日和9月26日于苜蓿初花期进行刈割。全盆刈割，留茬2 cm。采用电子秤(精度0.005 g)当场测定鲜草产量。

1.4.2干物质产量 将鲜草装入纸袋，置于烘箱中，105 ℃条件下烘干8 h，用前述电子秤测定干物质量。

1.5养分丰缺指标确定方法

1.5.1计算相对产量 分别计算5个不同地点土壤缺素处理产草量占全肥区产草量的百分数，即得缺素处理相对产量。本研究中产草量为干物质产量。1.5.2建立回归方程 利用缺素处理相对产量与对应土壤养分含量建立回归方程：

y=alnx+b

式中，y为缺素处理相对产量，x为供试土壤有效养分含量，a、b为常数。

1.5.3选取分级标准 选取被广泛采用的缺素处理相对产量分级标准作为本研究的分级标准，即相对产量小于55%为极低，55%～75%为低，75%～90%为中，90%～95%为高，大于95%为极高[4-5,13]。

1.5.4确定丰缺指标 将分级标准中相对产量的起讫点数值作为y值代入回归方程，计算出相应的x值，即为土壤养分丰缺分级的起讫点。

1.6数据处理方法 试验所测得的各项指标的数据采用Microsoft Excel软件进行处理，SPSS 15.0统计软件进行回归分析[14-15]。

2 结果与分析

2.1紫花苜蓿产草量 不同土壤、不同施肥处理和不同茬次紫花苜蓿干草产量见表3。

由表3可知，各地点土壤的全肥处理(处理1)产草量均明显高于不施肥处理(处理4)；除B2、D2和E4处理外，其他各地点土壤的各个处理第2茬干草产量均高于第1茬。E1处理(全肥)全年干草产量最高，约为11 650 kg/hm2，B2处理(缺磷)全年干草产量最低，约为879 kg/hm2。全年干草产量除C地点土壤处理2(缺磷)最高外，其余各地点土壤均为处理1(全肥)最高。A、C和E地点土壤处理4(不施肥)全年干草产量最低，但B和D地点土壤处理2(缺磷)全年干草产量最低。

2.2缺素处理相对产量 不同土壤和不同茬次缺素处理紫花苜蓿相对产量见表4。

表3 不同土壤、不同施肥处理和不同茬次紫花苜蓿干草产量 kg/hm2

表4 不同土壤和不同茬次缺素处理紫花苜蓿相对产量 %

由表4可知，缺磷处理全年相对产量除C地点土壤有超过100%外，其余各地点土壤皆在30%以下；缺钾处理各地点土壤各茬次相对产量均高于85%，全年相对产量除A地点土壤略低(87%)外，其余各地点土壤皆在90%以上。

2.3土壤养分含量与缺素处理相对产量回归方程

2.3.1土壤有效磷含量与缺磷处理相对产量回归方程 利用表1中不同土壤有效磷含量数据与表4中相应土壤缺磷处理相对产量数据进行回归分析，得出缺磷处理相对产量与土壤有效磷含量回归方程：

第1茬：y=0.193lnx+0.309，r=0.828*

(1)

第2茬：y=0.115lnx+0.269，r=0.705

(2)

全年：y=0.146lnx+0.276，r=0.764

(3)

式中，y为缺磷处理相对产量，x为供试土壤有效磷含量，r为相关系数。

查r显著数值表[16]可得出第1茬回归方程相关系数达到显著水平，第2茬和全年未达到显著水平。

2.3.2土壤有效钾含量与缺钾处理相对产量回归方程 利用表1中不同土壤有效钾含量数据与表4中相应土壤缺钾处理相对产量数据进行回归分析，得出缺钾处理相对产量与土壤有效钾含量回归方程：

第1茬：y=0.112lnx+0.444，r=0.779

(4)

第2茬：y=0.104lnx+0.465，r=0.755

(5)

全年：y=0.107lnx+0.456，r=0.959**

(6)

式中，y为缺钾处理相对产草量，x为供试土壤有效钾含量，r为相关系数。

全年回归方程达到极显著水平，第1茬和第2茬未达到显著水平。

2.4坝上地区紫花苜蓿土壤有效磷、有效钾丰缺指标 分别选用相关系数最高的式(1)和式(6)，结合缺素处理相对产量分级标准，计算土壤有效磷和有效钾含量的丰缺指标，结果见表5。

3 讨论与结论

3.1盆栽试验 盆栽试验一般用于预备试验或探索性研究[14]。廖志文[17]在土壤养分限制因子判定研究中指出，盆栽试验结果的有效性介于化学分析和田间试验之间。陈晓静等[18]指出盆栽试验对于阐明理论性问题颇具价值，通过田间试验进一步验证后可应用于生产。本研究通过盆栽试验得出坝上地区紫花苜蓿土壤磷钾养分丰缺指标，可为进一步的田间试验提供基本依据，同时对指导施肥实践具有一定的参考价值。

3.2数据外推 由于试验所用土壤份数偏少(5个不同地点)，且有效养分含量差距不够理想，导致所得丰缺指标存在不同程度的数据外推问题。将数据外推获得的指标用于指导实践显然存在风险。避免数据外推的方法是增加处理数量和扩大处理间距。

表5 坝上地区紫花苜蓿土壤有效磷、有效钾丰缺指标 mg/kg

3.3土壤有效养分测定方法 不同测定方法得到的土壤养分测定结果不同，自然会影响到养分丰缺指标。于群英和段立珍[19]、李建勇[20]、张敏[21]等的研究表明，用Mehlich 3法测得的土壤养分含量高、变幅宽，利于养分丰缺指标的划分与应用。宋建兰等[22]、黄明等[23]、王永欢等[24]、杨俐苹等[25]、熊桂云等[26]的研究表明Mehlich 3法与常规方法具有良好的相关性，但回归方程不尽相同。M3-P测定值为Olsen-P测定值的1.1～2.3倍，M3-K测定值为NH4OAc-K测定值的1.0～2.1倍[17,23-31]。不同测定方法建立的土壤养分丰缺指标之间的转换关系还需进一步探讨。

3.4苜蓿土壤有效磷丰缺指标 除蔺蕊等[8]的研究得出新疆紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标为0～18 mg/kg外，国内暂无关于紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标的研究。胡霭堂[3]、鲁剑巍[4]、沈善敏[32]和黄德明[33]等未区分地域和作物种类的总结结果多介于0～40 mg/kg。国外紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标为0～134 mg/kg，但大多介于0～31 mg/kg[2,34-41]。本研究确定的坝上地区紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标高于蔺蕊等[8]关于新疆地区的研究结果(常规方法)，但低于国外的研究结果(Mehlich 3法)。以中等范围为例，本研究为9.8～21.4 mg/kg，美国爱荷华州为31～40 mg/kg，肯塔基州为17.4～38.0 mg/kg，北卡莱罗拉州为34.2～67.2 mg/kg，阿肯色州为38.0～75.6 mg/kg[2,34-41]。

3.5苜蓿土壤有效钾丰缺指标 除蔺蕊等[8]的研究得出新疆紫花苜蓿土壤有效钾丰缺指标为0～338 mg/kg外，国内暂无关于紫花苜蓿土壤钾素丰缺指标的研究。胡霭堂[3]、鲁剑巍[4]、沈善敏[32]、黄德明[33]等未区分地域和作物种类的总结结果多介于0～250 mg/kg。国外紫花苜蓿土壤有效钾丰缺指标为0～281 mg/kg[2,34-41]。本研究确定的坝上地区紫花苜蓿土壤有效钾丰缺指标低于蔺蕊等[8]关于新疆地区的研究结果(常规方法)，亦比国外的许多研究结果(Mehlich 3法)低。以中等范围为例，本研究为15.6～63.4 mg/kg，美国爱荷华州为111～150 mg/kg，肯塔基州为128～186 mg/kg，北卡莱罗拉州为56.6～109.0 mg/kg，阿肯色州为94～188 mg/kg[2,34-41]。

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