三峡库区小流域紫色土玉米推荐施肥指标体系研究

唐晓东，陈燕霞*，张树全，王正银，屈　明

(1.重庆市长寿区农业委员会，重庆 401220；2.西南大学 资源环境学院，重庆 400716)



三峡库区小流域紫色土玉米推荐施肥指标体系研究

唐晓东1，陈燕霞1*，张树全1，王正银2，屈明2

(1.重庆市长寿区农业委员会，重庆 401220；2.西南大学 资源环境学院，重庆 400716)

以玉米为例，应用3414试验建立三峡库区小流域紫色土玉米氮、磷、钾施肥技术指标体系。通过肥料效应分析，氮、磷、钾肥的增产率为25.3%，农学效率为23.2%，化肥贡献率为98.6% ，土壤贡献率为58.9%。以缺素区相对产量50%、70% 、80%、90%和95%将碱解氮、有效磷、速效钾划分为较低、低、中、较高和高5个等级，采用一元二次和线性加平台模型对不同土壤养分分级范围内施肥量与产量关系进行模拟，计算最佳肥料用量。结果表明：当土壤碱解氮(AN)处于<60、60-90、90-120和>120 mg/kg时，氮肥(N)推荐用量为210-230、185-210、170-185和0-170 kg/hm2；当有效磷(AP)处于<30、30-50、50-70、70-90和>90 mg/kg时，磷肥(P2O5)推荐用量为110-130、90-110、80-90、75-80和0-75 mg/hm2；当速效钾(AN)处于<70、60-95、95-130和>130 mg/kg时，钾肥(K2O)推荐用量为105-125、90-125、80-90和0-90 mg/hm2，初步建立了三峡库区小流域紫色土玉米推荐施肥指标体系。

三峡库区；3414；小流域；施肥指标

玉米是世界上广泛栽培的农作物，因其产量高，用途广，在作为粮食、饲料、工业、医药原料等方面具有较高价值。施肥是玉米高产关键技术措施[1]，平衡施用氮磷钾肥可提高玉米产量，促进养分吸收，改善营养品质，提高经济效益[2-4]。氮磷钾缺乏和不均衡供给严重影响玉米高产稳产[5]，当前在玉米生产中普遍存在重氮轻磷钾的不合理施肥现象[1]，且随着玉米肥料投入增加，利用率逐渐下降[6]。研究表明施肥量受作物生理特性、地貌、土壤、气候等影响，而这些因素和地域性有关[7]。玉米是三峡库区仅次于水稻的第二大粮食作物，紫色土坡耕地是三峡库区重要耕地资源，也是库区旱粮作物重要生产基地[8]，由于库区地貌类型多样，土地结构复杂、垂直差异明显，小流域众多，长期以来，不合理施肥方式，导致肥料利用率降低，土壤养分失衡，过量施肥造成农业面源污染等环境问题，严重影响库区生态安全。目前尚无库区紫色土玉米施肥指标体系相关报道，因此，迫切需要制定一套行之有效的施肥指标体系，促进玉米节本增效，减轻生态环境压力。本文通过开展三峡库区小流域玉米“3414”肥效试验研究，重在探索库区小流域玉米推荐施肥用量，因地制宜科学指导施肥，为提高本地区玉米的综合效益，减少氮、磷、钾肥对环境影响提供科学依据。

1　材料与方法

1.1研究区域

桃花溪为三峡库区上游一级支流，全长63.1 km，流域面积36180 hm2，流经长寿区石堰、葛兰、新市、八颗、渡舟、凤城等6个街镇，该地区种植制度为一年两熟，流域地处四川盆地东部平行岭谷长-垫-梁向斜，两山夹一槽，多为浅丘平坝，因其耕作条件较好成为库区为数不多的重要粮油基地[9]。2007-2013年在桃花溪流域紫色土种植区共设置32个玉米“3414”试验，其中上游14个(石堰3个、葛兰11个)，中游13个(八颗6个，新市7个)，下游6个(渡舟3个、风城3个)。

1.2试验设计

试验采用“3414”技术方案，即氮、磷、钾3个因素，4个水平，14个处理(表1)。4个水平即：0水平(不施肥)，2水平(当地推荐施肥量)，1水平(指施肥不足)=2水平×0.5，3水平(过量施肥水平)=2水平×1.5。因各试验点肥力水平不同，在试验中各点具体氮、磷、钾肥推荐施用量存在差异，2水平氮、磷、钾用量为：N 60、75、90、105、120 kg/hm2；P2O545、60 kg/hm2；K2O 37.5和45 kg/hm2。供试肥料为尿素(N-46%)、过磷酸钙(P2O5-12%)和氯化钾(K2O-60%)，试验中40%氮肥和全部磷钾肥作基肥一次施入，20%和40%氮肥分别于拔节期和大喇叭口期追施。

表1　“3414”试验方案处理

1.3试验分析

1.3.1采样分析

试验播种前，选择合适的试验地块，每一试点取0-20 cm 耕作层的混合土样，风干磨细，测定pH(电位法)、有机质(重铬酸钾容量法)、全氮、全磷、全钾、碱解氮(扩散法)、有效磷(钼蓝比色法)和速效钾(火焰光度计法)含量。试验收获时去除边行，按小区单打单收，并按照“3414”技术规范测定1、2、4、6和8处理植株及籽粒氮、磷、钾养分含量。

1.3.2土壤养分分级

根据“3414”试验玉米相对产量和土壤速效养分测试结果建立土壤养分丰缺指标体系，通过相对产量和土壤速效养分的对数关系，计算出相对产量50%、70% 、80%、90%和95%相对应土壤养分含量，以此划分土壤养分分级指标。

1.3.3数据统计

分别用三元二次、一元二次和线性加平台模型模拟，根据散点趋势图以及氮磷钾拟合方程决定系数选择最适模型，通过边际效应确定每组试验最佳施用量。肥料价格以N、P2O5、K2O计算，分别为4.3、5.0、7.5元/kg，玉米平均市场价格为2.5元/kg。

2　结果与分析

2.1肥料效应分析

将不同玉米试验点1处理(N0P0K0)的产量按高、中、低分段，以氮磷钾2水平的6处理(N2P2K2)作为全肥区分别计算玉米增产率、农学效率、肥料贡献率和土壤贡献率(见表2)。

表2　紫色土玉米不同产量水平下肥料效率表

表2显示，在高产量水平的土壤上，氮、磷、钾肥的增产率平均为29.5%，农学效率平均28.6%，化肥贡献率为130.7%，土壤贡献率为51.7%。在中产量水平的土壤上，氮、磷、钾肥的增产率平均为13.5%，农学效率平均21.3%，化肥贡献率为77.3% ，土壤贡献率为64.4%。在低产量水平的土壤上，氮、磷、钾肥的增产率平均为23.0%，农学效率平均19.7%，化肥贡献率为87.8% ，土壤贡献率为60.7%。另外，随着产量水平的降低，氮磷钾肥的增产率、农学效率呈降低趋势。

2.1土壤养分丰缺指标分析

按照“3414”技术规范，三元二次方程二次项系数必须为负值，一次项系数必须为正值，三元二次方程拟合成功。对于33个试验样点进行三元二次拟合，F在<0.05之间的有13个样点，但13个样点中，氮磷钾一次项系数为负有3个样点，因此拟合成功只有10个样点，拟合成功率只有30%。

表3　试验方程拟合的成功率比较

对于拟合成功的三元二次方程，通常存在推荐施肥量偏高或某些试验点不需要施肥或某一养分不需要施肥等问题，采用一元肥料效应函数分别对氮、磷、钾进行拟合，计算推荐施肥量信息更加全面真实[11]。因此采用一元二次方程和线性加平台方程进行拟合，对所有方程拟合不成功且增产效果不明显的点，进行剔除处理(在较低土壤速效养分含量时最大产量施肥量为零或极低以及土壤速效养分含量极高时依旧得出较高施肥量)，不同土壤养分与最佳施肥量的拟合关系见表4。

表4　土壤速效养分与最佳施肥量拟合关系

图1　土壤碱解氮与玉米相对产量关系图(n=31)

图2　土壤有效磷与玉米相对产量关系图(n=31)

图3　土壤速效钾与玉米相对产量关系图(n=29)

表5　玉米相对产量与土壤速效养分含量

2.2肥料效应模型与施肥指标体系建立

2.2.1氮肥施肥指标体系的建立

33个试验中氮肥拟合成功31个，成功率94%，缺氮相对产量平均值73.1%，最大值96%，最小值41.7%，由于低于50%的样点只有1个，故以相对产量50%对应的土壤碱解氮为模型外推无实际意义，考虑到以60%作为最低值进行外推。当土壤碱解氮为低等级时(<60 mg/kg)，试验点个数为6个，平均氮肥推荐用量221±7 mg/hm2；碱解氮中等级范围(60-90 mg/kg)试验点8个，推荐用量196±12 mg/hm2；较高等级范围(90-120 mg/kg)试验点13个，推荐用量178±9 mg/kg；高等级范围(>120 mg/kg)试验点4个，推荐用量150±21 mg/hm2。基于实际操作方便，对推荐施肥量进行适当调整，等级为低、中、较高和高时，推荐施肥量为：210-230、185-210、170-185和0-170 mg/hm2。

表6　土壤碱解氮分级指标与氮肥推荐施肥量

2.2.2磷肥施肥指标体系的建立

33个试验中磷肥拟合成功31个，成功率94%，缺磷相对产量平均值86.9%，最大值98.2%，最小值61.2%，由于无低于50%样点，故以相对产量50%对应有效磷为模型外推无实际意义，考虑到以75%作为最低值外推。当土壤有效磷低等级时(<30 mg/kg)试验点3个，磷肥推荐用量121±9 mg/hm2；较低等级范围(30-50 mg/kg)试验点7个，推荐用量100±9 mg/hm2；中等级范围(50-70 mg/kg)试验点 5个，推荐用量84±4 mg/kg；较高等级范围(70-90 mg/kg)试验点9个，推荐用量81±4 mg/hm2；高等级范围(>90 mg/kg)试验点7个，推荐用量72±6 mg/hm2。基于实际操作方便，对推荐施肥量进行适当调整，等级为低、较低、中、较高和高时，推荐施肥量为：110-130、90-110、80-90、75-80和0-75 mg/hm2。

表7　土壤有效磷分级指标与磷肥推荐施肥量

2.2.2钾肥施肥指标体系的建立

33个试验中钾肥拟合成功29个，成功率88%，缺钾相对产量平均值90.6%，最大值102.1%，最小值77.9%，由于无低于50%样点，故以相对产量50%对应速效钾为模型外推无实际意义，考虑到以75%作为最低值外推。当土壤速效钾较低等级时(<70 mg/kg)试验点3个，钾肥推荐用量118±10 mg/hm2；中等级范围(70-95 mg/kg)试验点6个，推荐用量102±11 mg/hm2；较高级范围(95-130 mg/kg)试验点13个，推荐用量87±4 mg/kg；高等级范围(>130 mg/kg)试验点7个，推荐用量81±6 mg/hm2。基于实际操作方便，对推荐施肥量进行适当调整，等级为低、较低、中、较高和高时，推荐施肥量为：105-125、90-125、80-90和0-90 mg/hm2。

表8　土壤分级指标与钾肥推荐施肥量

3　结论与讨论

通过紫色土玉米不同产量水平下肥料效率分析，得出玉米氮、磷、钾肥的增产率、农学效率、化肥贡献率和土壤贡献率平均为25.3%、23.2%、98.6%和58.9%，随着产量水平的降低，氮磷钾肥的增产率、农学效率呈降低趋势。按相对产量50%、70%、80%、90%和95%计算土壤养分含量，划分土壤养分丰缺指标，将桃花溪小流域区域磷划分5个等级，将氮、钾划分4个等级，并计算最佳肥料用量，当土壤碱解氮(AN)处于<60、60-90、90-120和>120 mg/kg时，氮肥(N)推荐用量为210-230、185-210、170-185和0-170 kg/hm2；当有效磷(AP)处于<30、30-50、50-70、70-90和>90 mg/kg时，磷肥(P2O5)推荐用量为110-130、90-110、80-90、75-80和0-75 mg/hm2；当速效钾(AN)处于<70、70-95、95-130和>130 mg/kg时，钾肥(K2O)推荐用量为105-125、90-125、80-90和0-90 mg/hm2，本文确定了不同地力水平下玉米全生育期的施肥量，构建了三峡库区小流域玉米施肥推荐指标体系，对库区紫色土玉米生产具有指导意义。

划分土壤养分分级指标是建立施肥指标体系的重要环节，对于肥力指标的分级不同学者采取标准不一，基本上以50%、75%、90%和95%为标准，但也可根据不同情况进行调整，如陈新平[10]以50%、75%、95%为标准获取土壤养分丰缺指标，李文彪[7]以65%、75%、85%和95%划分5级玉米土壤养分丰缺指标，孙义祥[11]以50%、75%、90%和95%划分冬小麦土壤养分丰缺指标，本文是基于三峡库区小流域土壤及地貌特殊性，考虑实际生产实用性，结合农业部种植管理司和全国农技中心《测土配方施肥技术》分别以50%、70% 、80%、90%和95%计算土壤养分丰缺指标。

肥效试验是获得各种作物最佳施肥量、比例、时期的根本途径，也是建立施肥指标体系的基本环节，“3414”方案吸收了回归最优设计处理少、效率高的优点，是国内外应用较为广泛的田间试验方案[12]。但在具体实践操作中发现，试验拟合成功率较低，这与试验处理及重复较多，三峡库区地形地貌复杂多样，地块支离破碎，难以找到大面积肥力水平一致的地块布置试验有关，此外三峡库区水势涨落对小流域上下游水域面积和日夜温差的影响，以及受上一季种植制度，农技人员的管理水平等诸多因素限制也有关系。由于库区紫色土土层薄，蓄水保肥能力差，人为耕作频繁，扰动剧烈，水土流失严重[1]，故在实际生产过程中，施肥时期也是科学施肥的重要环节，针对由紫色砂岩、泥岩发育紫色土，因地制宜合理确定施肥时期和施肥量，是确保玉米各生育期养分供应，提高养分利用率，促进玉米节本增效关键，对于减少肥料流失和降低面源污染具有重要意义。

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[4]李青军，张炎，胡伟，等.滴灌施肥对玉米生长发育、养分吸收及产量的影响[J].土壤通报，2014，45(5):1195-1201.

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[12]高祥照，马常宝，杜森.测土配方施肥技术[M].北京:中国农业出版社，2005：8-9.

Study on Recommended Fertilization Index System in Purple Soil in the Small Watershed of Three Gorges Reservoir Area

TANG Xiao-dong1,CHEN Yan-xia1*,ZHANG Shu-quan1,WANG Zheng-yin2,QU Ming2

(1.Agricultural Committee of Changshou Dstrict in Chongqing,Chongqing 401220,China；2.College of Resources and Environmental Science,Southwest University,Chongqing 400716,China)

This study aimed to establishing maize fertilization index systems of nitrogen,phosphorus and potassium on purple soil of Three Gorges Reservoir area by applying 3414 test results.Fertilizer effect analysis showed that,production increased for 25.3% by applying nitrogen,phosphorus and potash.Agronomic efficiency was 23.2%,fertilizer contribution rate was 98.6%,and soil contribution rate was 58.9%.Alkaline hydrolysable nitrogen,available phosphorus and available potassium in the purple maize soil of deficiency area were divided into five degrees:very low,low,medium,high and very high,according to relative yield of 50%,70%,80%,90% and 95% respectively.Quadratic and Linear plus platform model were used to simulator the relationship between the application amount and yield within soil nutrient classification,and to calculate the optimum quantity of fertilizer.The results showed the recommend application amount of nitrogen was 210-230,185-210,170-185和0-170 kg/hm2at soil alkaline hydrolysable nitrogen (AN) levels of <60,60-90,90-120 and more than 120 mg/kg;the recommend phosphorus application (P2O5) were 110-130、90-110、80-90、75-80 and 0-75 mg/hm2for the soil available phosphorus (AP) levels of less than 30,30-50,50-70,70-90and more than 90 mg/kg;the recommend potassium application (K2O) were 105-125,90-125,80-90 and 0-90 mg/hm for the soil available potassium levels of less than 70,60-95,95-130 mg/kg and more than 130 mg/kg.The results initially established the purple soil of maize fertilizer recommendation system of Three Gorges Reservoir Area.

Three Gorges Reservoir area;3414;Small watershed;Fertilization Index

2016-04-27；

2016-05-19

农业部测土配方施肥项目资助(农农发[2007]4号)。

陈燕霞(1983-)，女，硕士研究生，农艺师，主要研究方向：植物营养研究；E-mail:550167708@qq.com。

S158.3

A

1008-0457(2016)04-0042-06国际

10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2016.04.008