基于“3414+1”模型的春玉米产量效应及推荐施肥量研究

基于“3414+1”模型的春玉米产量效应及推荐施肥量研究

潘进红1，王艳群2，刘建平1

(1.河北省蔚县农牧局，河北 蔚县 075700；2.河北农业大学资源环境学院，河北 保定 071000)

摘要：为确定春玉米生产中的合理施肥量，采用田间试验法，在蔚县选择不同肥力水平的10个点进行春玉米“3414+1”肥效试验。结果表明，不同肥力条件下的氮、磷、钾肥施用量与春玉米产量之间均有极显著的一元二次回归关系；春玉米最高产量和经济最佳产量时的氮、磷、钾肥施用量因土壤肥力不同而异。通过对试验结果分析，提出了蔚县不同肥力地块春玉米最高产量施肥量及经济最佳产量施肥量推荐范围；肥效利用率钾肥>氮肥>磷肥，且中高肥力土壤中钾养分对产量的限制较大，因此应适当增施钾肥，稳定氮磷肥，根据土壤养分供应能力进行分类指导、配方施肥。

关键词：春玉米；“3414+1”试验；产量效应；推荐施肥量；养分限制因素

中图分类号：S 143

DOI：10.3969/j.issn.1673-1492.2015.03.006

Spring Maize Production and Recommend Fertilizer Amount Based on Model of“3414+1”

PAN Jin-hong1,WANG Yan-qun2,LIU Jian-ping3

(1.Agriculture and Animal Husbandry Bureau of Yu County,Yuxian County,Hebei 075700，China;2.College of Resources and Environmental Sciences,Agricultural University of Hebei，Baoding,Hebei 071000，China)

Abstract:To realize the reasonable fertilizer amount of spring maize in Yu county,the field experiment of“3414+1”was carried out in ten sites,which had different fertilities,by using field experiment method.The result shows that there was a highly significant simple quadratic regression correlation between yield and the fertilizer amount of nitrogen,phosphorus and potassium.The fertilizer amount of max and optimum yield in different soil fertilities were different. The range of the reasonable fertilizer amount for the fertilizer amount of max and optimum yield was proposed in the field of the different fertilities by the experiment. The fertilizer utilization rate performed K>N>P.And the limit factor to yield of the potassium was higher than N and P.Therefore,K fertilizer should be properly increased,but the N and P should be stabled.Realizing reasonable fertilizer should accord to the soil capacity of supplying nutrient.

Key words:spring maize;“3414+1”fertilizer experiment;yield effect;recommend fertilizer amount;nutrient limit factor

春玉米是蔚县主要农作物，年种植2.6万hm2左右，约占粮食播种总面积的1/3。蔚县在第二次土壤普查后曾建立了春玉米施肥模型，极大地推动了玉米生产的发展。近年来，随着经济的发展，农村经营管理体制、农业耕作制度、种植结构、化肥施用水平、耕地状况等都发生了很大变化[1]。据统计，国内化肥用量增加了84%，而粮食只增产12%[2]。过量施肥可导致减产[3，4]、降低肥料利用率[5]、生态环境恶化[6]等，而合理施用氮、磷、钾肥料对提高作物产量[7,8]、保护生态环境有重要意义。

为增加作物产量，改善其品质，提高肥料利用率，根据农业部2005年测土配方施肥项目，蔚县于2009年启动了春玉米“3414+1”肥效试验研究。通过选取不同肥力水平的10个地块进行春玉米“3414”肥效试验，构建了产量与各种肥料施用量间的回归关系模型，确定了不同肥力的土壤经济最佳施肥量及其配比，揭示了不同类型土壤养分限制产量的顺序，提出合理的施肥建议，为春玉米生产中科学施肥提供理论依据。

1材料与方法

1.1　试验区概况

蔚县地处河北省西北部，位于北纬39°33″～40°12″，东经114°11″～115°04″，海拔835～2 882 m，属于冀西北山间盆地。大陆性季风气候，年平均温度7 ℃，年均降水量400 mm，年日照2 917 h，年>10 ℃积温2 946.6 ℃，无霜期130 d左右。地貌类型分为北部浅山区、南部深山区、中部河川区和南北坡丘陵区。

1.2　试验材料

1.2.1供试土壤

在蔚县春玉米主要种植区，选择具有代表性的不同肥力水平的10个点进行田间肥效试验。将这10个点分别按前3年种植作物的平均产量划分为高肥力3个点、中肥力4个点、低肥力3个点，供试土壤基础养分情况见表1。

表1　不同肥力水平的土壤基础养分

1.2.2供试玉米

供试春玉米品种为纪元1号。

1.2.3供试肥料

试验中用到的氮、磷、钾肥分别由尿素(含纯N 46%)、过磷酸钙(含P2O514%)和硫酸钾(含K2O 50%)组成，有机肥为农家肥牛粪。所有磷肥和钾肥作底肥一次性施入，氮肥底追比例为1∶2，追肥在大喇叭口期。

1.3　试验处理及方法

采用“3414”正交回归设计[3-5]，即氮、磷、钾3个因素，每个因素设置4个水平，14个处理[6]。不同肥料的4个施肥水平中，0水平为不施肥，2水平为调查的当地最佳施肥量，1水平为最佳施肥量的0.5倍，3水平为最佳施肥量的1.5倍。考虑到2水平最佳施肥量是调查的结果，而不是实际的最佳施肥量，实际最佳施肥量可以根据田间试验结果计算出来。在遵循试验设计合理的基础上，为了工作的便利，本试验中高、中、低肥力土壤选择的2水平肥料用量一致，以后根据具体试验结果进行不同肥力土壤的施肥措施分类指导。蔚县春玉米“3414”试验各处理的具体施肥量见表2。除此之外，增加1个有机肥处理，施用45 000 kg·hm-2的牛粪有机肥。小区面积8 m×5 m=40 m2，采用随机排列，不设重复，高肥区与无肥区不相邻。根据地块形状，各试验小区的田间排列采用多行式，小区之间用小畦分开。各小区自立进出水口，留观察走道，试验区四周设1 m的保护带。玉米生长期间除了施肥处理外的其余田间管理措施均根据当地农民习惯进行。

1.4　测定项目及方法

玉米成熟后，每小区玉米全部收获、晾晒、脱粒、计产，然后折算为籽粒含水量为14%的产量。根据各小区的玉米产量和施肥量进行回归方程的拟合，并推算出最高产量施肥量和经济最佳施肥量。

同时，选取其中的N0P2K2、N2P0K2、N2P2K2、N2P2K04个处理，用缺氮区、缺磷区、缺钾区产量分别占全肥区产量的百分比表示土壤养分对产量的限制[9]。

表2　蔚县春玉米肥效试验的施肥水平及其用量

肥料利用率指当季作物从所施肥料中吸收的养分数量占该肥料中养分总量的百分率，按照每形成100 kg玉米籽粒产量需要吸收N、P2O5、K2O分别为3.0、1.35和2.6 kg计算肥料利用率。

1.5　数据处理

采用Microsoft excel 2003进行数据分析，采用SAS 8.1软件进行统计分析。

2结果与分析

2.1　不同土壤肥力下的玉米产量

从表3可以看出，无论高、中、低肥力地块，各施肥处理玉米的平均产量均较空白区平均产量有不同程度的增加，说明施肥能增加春玉米产量。高肥力地块增产率为2.3%～23.1%，N2P2K2处理平均产量最高；中肥力地块增产率为1.2%～20.5%，N2P2K3处理平均产量最高；低肥力地块增产率为3.4%～39.4%，N2P2K3处理平均产量最高。

有机肥结果表明，不同肥力土壤有机肥增产效果不同。高肥力土壤施用有机肥春玉米平均增产1 857.0 kg·hm-2，提高19.0%；中肥力土壤平均增产639.0 kg·hm-2，提高7.2%；低肥力土壤平均增产2 284.5 kg·hm-2，提高32.2%。说明在蔚县春玉米生产中，无论土壤肥力高低，施用有机肥均对产量有提高作用。

表3　不同土壤肥力下的玉米平均产量及增产率

2.2　不同土壤肥力下的施肥量与玉米产量间回归分析

不同肥力土壤上各处理春玉米平均产量与施肥量之间用三元二次肥料效应模型进行拟合均不显著。但各肥料施用量与春玉米产量之间有极显著的一元二次回归关系，建立的回归关系模型见表4。

表4　春玉米产量与施肥量之间的回归分析

N、P、K 3种元素中，固定其中两种元素并以其2水平为基础，第三种养分的施用量与春玉米产量之间均呈极显著一元二次相关关系。但在中肥力水平下，虽然施钾量与玉米产量之间有极显著的一元二次相关关系，但是钾2、3水平下春玉米产量分别为10 741.5、10 743.0 kg·hm-2，产量接近，施肥量却增加了81.0 kg·hm-2，一元二次回归方程外推后得出的施肥量与生产实际不相符，所以该处理直接用试验数据进行分析。当施钾量为162.0 kg·hm-2时，玉米产量为10 741.5 kg hm-2，较0和1水平下的玉米产量分别提高了14.6%、12.6%，确定此施钾量为玉米最高产量施肥量，既经济又高产。

结合表4中的回归方程求得最高产量施肥量和经济最佳施肥量(表5)。实现蔚县春玉米高产，相应土壤肥力的N、P2O5、K2O施用量分别为：高肥力土壤227.7、152.7、126.2 kg·hm-2，中肥力土壤253.6、127.1、162.0 kg·hm-2，低肥力土壤272.6、182.1、54.4 kg·hm-2。相应的春玉米经济最佳产量N、P2O5、K2O施用量分别为：高肥力土壤196.8、111.8、109.5 kg·hm-2，中肥力土壤177.2、90.5、162.0 kg·hm-2，低肥力土壤189.3、143.3、102.2 kg·hm-2。

表5　不同土壤肥力下的肥料效应函数拟合结果

2.3　不同土壤肥力下的肥料利用率

根据春玉米3414田间试验产量及施肥状况得到的蔚县不同肥力地块春玉米肥料利用率(表6)表明，高肥力土壤N、P2O5、K2O利用率分别为20.18%、13.24%、38.95%；中肥力土壤肥料利用率分别为14.18%、8.48%、23.69%；低肥力土壤肥料利用率分别为20.22%、24.69%、36.11%。说明钾肥利用率>氮肥利用率>磷肥利用率，玉米生产中应该适当增施钾肥，稳定氮和磷肥。与高肥力相比，中肥力土壤的N、P2O5、K2O利用率分别减少6.0、4.76和15.26个百分点；低肥力土壤磷肥利用率提高了11.45个百分点，氮肥和钾肥的利用率基本相当。

表6　不同土壤肥力下的肥料利用率(%)

表7　玉米相对产量比较分析(%)

2.4　不同土壤肥力下的养分贡献率

表7表明，不同土壤肥力下土壤养分对产量的限制排顺不同，其中高肥力土壤养分限制顺序为N、K>P，中肥力土壤为K>N>P，低肥力土壤为P>N>K。说明中、高肥力玉米生产中应该适当增施钾肥，稳定氮、磷肥；低肥力土壤磷的基础含量较低，应该增施磷肥，稳定氮肥，适量施用钾肥。

3讨论与结论

目前国内氮、磷、钾肥当季利用率分别为30%～35%、10%～20%、35%～50%，低于发达国家15~20个百分点[10]。赵俊晔[11]研究表明，当施氮量为105～150 kg·hm2时，小麦氮素利用率较高，土壤氮素能维持基本平衡，若高出此范围，随施氮量增加土壤供氮能力持续增强，但小麦氮素利用率下降，土壤硝态氮淋洗损失会增大。近年全国试验示范结果[12]表明，通过测土配方施肥，水稻增产15.00%，小麦增产12.60%，玉米增产11.40%，大豆增产11.20%，蔬菜增产15.30%，水果增产16.20%。本文通过“3414+1”田间试验，表明蔚县不同肥力水平条件下春玉米产量和氮、磷、钾肥施用量间均呈极显著的一元二次回归关系，结合回归模型和具体试验结果确定了不同肥力条件下的春玉米最高产量施肥量和经济最佳施肥量，这对实现该县春玉米高产合理施肥有重要意义。但不同肥力土壤上的肥料利用率均不高，氮、磷、钾肥利用率分别为14.18%~20.22%、8.48%~24.69%、23.69%~38.95%。有资料报道，可以利用肥料转化率建立全量养分通用施肥模型和参数体系，以肥料培肥率为基础建立土壤培肥模型和参数体系，以建立生态平衡施肥指标体系[13]，关于该方面的研究有待于进一步深入。

有机肥在不同肥力条件下均有明显的增产作用，且在低肥力条件下玉米增产率较高、中肥力条件分别提高了13.2和25.0个百分点。有资料报道，无机肥配施有机肥显著提高春玉米产量，主要是因为有机肥能显著提高春玉米干物质最大积累速率和积累总量[13]，促使产量明显提高。且有机肥能明显降低土壤容重、提高土壤孔隙度和土壤酶活性[14]，为玉米生长提供良好的土壤环境。

土壤养分供应能力被认为是土壤肥力和生产力的一个实际的和综合的评估，是生产实践上进行科学施肥指导首先要考虑的一个重要指标[15]。据相关资料报道[16~18]水稻土、紫色土、黑土和潮土的养分供应能力，确定了土壤养分限制产量的因子，但这些地区土壤肥力均是中、低等水平。本试验是在不同肥力条件下进行的，各种土壤养分基础含量不同，对玉米产量贡献和限制养分顺序也不同。高肥力土壤养分限制顺序为N、K>P，中肥力土壤为K>N>P，低肥力土壤为P>N>K(表7)。考虑到玉米对氮、钾需求比磷高，不同肥力条件下的肥料利用率表现为钾肥>氮肥>磷肥。因此，为获得较高产量，中、高肥力土壤玉米生产中应该适当增施钾肥，稳定氮和磷肥；低肥力土壤基础速效磷含量较低，钾肥中等水平，应该增施磷肥，稳定氮肥，适量施用钾肥。

参考文献：

[1]黄德明.十年来我国测土施肥的进展[J].植物营养与肥料学报，2003,9(04):495-499.

[2]张丽光,仝少杰,李迎春,等.定州市土壤肥力演变规律与玉米推荐施肥量研究[J].河北农业大学学报,2013,36(01):32-36.

[3]张福锁,崔振岭,王激清,等.中国土壤和植物养分管理现状与改进策略[J].植物学报,2007,24(06):687-694.

[4]李玉影,刘双全,姬景红,等.玉米平衡施肥对产量、养分平衡系数及肥料利用率的影响[J].玉米科学，2013,21(03)：120-124，130.

[5]李秋梅,陈新平,张福锁,等.冬小麦-夏玉米轮作体系中磷钾平衡的研究[J].植物营养与肥料学报,2002,8(02):152-156.

[6]王艳群,彭正萍,薛世川，等.过量施肥对设施农田土壤生态环境的影响[J].农业环境科学学报,2005,24(增刊):81-84.

[7]贾改花,许进堂.不同氮磷钾用量对潮土中产田玉米产量和肥料利用的影响[J].河南农业科学,2012，(07):73-75.

[8]陈祥,同延安,杨倩.氮磷钾平衡施肥对夏玉米产量及养分吸收和累积的影响[J].中国土壤与肥料,2008，(06):73-75.

[9]王定勇,石孝均,毛如耘.长期水旱轮作条件下紫色土养分供应能力的研究[J].植物营养与肥料学报,2004,10(02):120-126.

[10]谷洁,高华.提高化肥利用率技术创新展望[J].农业工程学报,2000,16(02):17-20．

[11]赵俊晔.冬小麦植株—土壤氮素循环及产量与品质形成生理基础的研究[D].山东：山东农业大学，2004.

[12]中国农业技术推广协会肥料与监测委员会.中国肥料指南[M].北京：中国农业大学出版社，2006：137-142.

[13]吴迪,黄绍文,金继运.氮肥运筹、配施有机肥和坐水种对春玉米产量与养分吸收转运的影响[J].植物营养与肥料学报,2009,15(02):317-326.

[14]岑忠用,罗兴录,苏江,等.生物有机肥对木薯地土壤理化性状的影响[J].西南农业学报,2006,19(06):1092-1095.

[15]Cassman K G,Kropff M J,Gaunt J L,et al.Nitrogen use efficiency of rice reconsidered-what are the key constraints[J].Plant and Soil,1993,155/156:359-362.

[16]王建国,刘鸿翔.黑土农田养分供应能力和变化[J].土壤学报,1997,34(03):295-300.

[17]王宜伦,李潮海,何萍,等.超高产夏玉米养分限制因子及养分吸收积累规律研究[J].植物营养与肥料学报,2010,16(03):559-566.

[18]王慎强,李欣,徐富安,等.长期施用化肥与有机肥对潮土土壤物理性质的影响[J].中国生态农业学报,2001,9(02):77-78.

[责任编辑：刘守义英文编辑：刘彦哲]