我国紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标与推荐施磷量

孙洪仁 王显国 卜耀军 吕林有 赵 艳 高 凯 张玉霞 刘庭玉

(1.中国农业大学 草业科学与技术学院，北京 100193； 2.榆林学院 生命科学学院，陕西 榆林 719000； 3.辽宁省沙地治理与利用研究所，辽宁 阜新 123000； 4.内蒙古民族大学 农学院，内蒙古 通辽 028000)

牧草是草食家畜养殖业的物质基础。紫花苜蓿是最重要的多年生豆科牧草，被誉为“牧草之王”。我国紫花苜蓿种植面积逾300万公顷，主要分布于黄土高原、内蒙古高原、西北荒漠绿洲、东北平原、黄淮海平原，长江中下游平原、四川盆地、云贵高原和青藏高原亦有种植。施肥是包括牧草在内的各类作物获得高产的前提保障。土壤养分丰缺指标法是作物测土推荐施肥的通用方法。

我国紫花苜蓿土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究始于21世纪初。最初，蔺蕊等、谢勇等和邵光武等采用盆栽试验法，先后对新疆昌吉榆树沟、河北坝上地区和河北沧州黄骅紫花苜蓿土壤养分丰缺指标进行了初步探讨；后来孙洪仁研究团队创建了以零散实验数据整合法和养分平衡-地力差减法新应用公式为核心的作物土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究新方法，并借以开展了东北平原、黄淮海平原、内蒙古高原、黄土高原和西北荒漠绿洲等五大自然区域的紫花苜蓿土壤有效磷和速效钾丰缺指标推荐施肥系统研究。

我国现有紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标推荐施肥系统的研究存在三大问题：一是现有研究中建立土壤有效磷和缺磷处理相对产量回归方程的样本数量多在30以下，明显偏少；二是青藏高原和包括长江中下游平原、四川盆地、云贵高原在内的南方地区尚未开展研究；三是覆盖全国的紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标推荐施肥系统研究未见报道。已有研究表明，黄淮海平原、黄土高原、内蒙古高原和西北荒漠绿洲区等四大自然区域紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标研究结果较为接近。若能整合建立全国统一指标，则既可统一解决全国紫花苜蓿测土施磷问题，又能将我国紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标推荐施肥系统化繁为简。

为建立我国紫花苜蓿测土推荐施肥系统，本研究拟以东北平原、黄淮海平原、黄土高原、内蒙古高原、西北荒漠绿洲、南方地区和青藏高原等自然区域和全国紫花苜蓿测土施磷系统为研究对象，采用作物土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究新方法，在较大样本数量的基础上，探究我国土壤有效磷丰缺指标和推荐施磷量，以期为我国紫花苜蓿测土施磷提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域范围界定

研究区域范围分别界定为：东北平原，包括黑龙江、吉林、辽宁3省和内蒙古大兴安岭以东部分；黄淮海平原，北至燕山、西至太行山和秦岭、南至江淮分界线、东至黄海和渤海；黄土高原，包括山西全省、陕西秦岭以北部分、宁夏南部、甘肃乌鞘岭以东部分和青海日月山以东部分；内蒙古高原，包括内蒙古大兴安岭以西直至鄂尔多斯，以及河北省坝上地区；西北荒漠绿洲，包括新疆全境、甘肃河西走廊、内蒙古阿拉善盟和巴彦淖尔市，以及宁夏中北部；青藏高原，包括西藏全部，青海大部，四川西部，云南西北部和甘肃甘南州；南方地区，包括云贵高原、四川盆地和长江中下游平原及其以南地区，香港、澳门和台湾位于该区。

1.2 土壤有效磷丰缺指标

依托中国知网等数据库资源，以“苜蓿-施肥”和“苜蓿-磷”等为检索词，检索我国2020年底以前发表的紫花苜蓿施磷研究文献，从中提取土壤有效磷含量、施磷处理产草量和缺磷处理产草量数据。

施磷处理和缺磷处理原则上仅存在施磷与否之差异，其他养分施用量和栽培管理措施完全相同。缺磷处理相对产量计算公式如下：

R

=

Y

/Y

(1)

式中：

R

为缺磷处理相对产量；

Y

为缺磷处理产量；

Y

为施磷处理产量。

利用Excel软件分别制作东北平原、黄淮海平原、黄土高原、内蒙古高原、西北荒漠绿洲、南方地区等六大自然区域和全国紫花苜蓿缺磷处理相对产量与土壤有效磷含量散点图，绘制趋势线，建立回归方程。剔除部分明显不合理或明显偏离群体的散点，剔除比例原则上控制在15%以内。

参考土壤养分丰缺分级改良方案，确定第1，2，…，11级缺磷处理相对产量下限依次为100%，90%，…，0。

若结合时间节点来看，中央苏区各项事业蓬勃发展的新局面，正是在两次“宁都会议”之间形成的。此间，毛泽东不计较个人得失，以自觉的历史使命感和担当意识，创造性地开展工作。全词能尽扫抑郁情绪，而洋溢着乐观、自信、豪迈的革命情怀，是因为他站在解放劳苦大众、造福工农群众的高度去看待个人际遇。词中“装点此关山，今朝更好看”一句，言在此意在彼。既描写“弹洞”装点苍翠的关山，而别有一种美丽；又诗意地表达了自己的革命情怀，即以崇高的革命理想去“装点”人民的事业。

将土壤养分丰缺分级方案中各个级别的缺素处理相对产量起点数值100%，90%，…， 0%，分别代入本研究建立的六大自然区域和全国紫花苜蓿缺磷处理相对产量与土壤有效磷含量回归方程，计算土壤有效磷含量，所得结果即为各个区域和全国紫花苜蓿相应级别土壤有效磷丰缺指标的起点。对于超出试验范围的外推数据，高端和低端各自至多允许保留1个。

1.3 推荐施磷量

推荐施肥量计算公式依据参考文献[14]和[15]，具体如下：

F

=

A

×(1-

R

)

/E

(2)

式中：

F

为推荐施磷量；

A

为目标产量磷素移出量；

R

为缺磷处理相对产量；

E

为磷肥利用率。

紫花苜蓿干草单位经济产量的磷素移出量(PO)确定为6 kg/t。我国紫花苜蓿干草单产为9～27 t/hm，因此设定9.0、10.5、12.0、13.5、15.0、16.5、18.0、19.5、21.0、22.5、24.0、25.5和27.0 t/hm等13个目标产量。13个紫花苜蓿干草目标产量的磷素移出量(PO)依次确定为54、63、72、81、90、99、108、117、126、135、144、153和162 kg/hm。我国紫花苜蓿磷肥利用率变异范围较大，旱作地表撒施仅为10%左右，地下滴灌施肥高达30%以上，因此，本研究设置10%、20%和30%等3个磷肥利用率水平。

2 结果与分析

2.1 我国紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标

检索中国知网等数据库可知：东北平原、黄淮海平原、黄土高原、内蒙古高原、西北荒漠绿洲区、南方地区、青藏高原和全国范围内开展的含有施磷处理产草量、缺磷处理产草量和土壤有效磷含量的紫花苜蓿施磷的研究文献依次有16、24、37、14、28、11、0和128篇；从中提取出配套数据分别为71、94、220、65、68、29、0和547组；进一步获得紫花苜蓿缺磷处理相对产量和土壤有效磷含量配套数据依次为71、94、220、65、68、29、0和547对。剔除少量明显不合理或明显偏离群体数据后，分别建立东北平原、黄淮海平原、黄土高原、内蒙古高原、西北荒漠绿洲和南方地区等六大自然区域和全国紫花苜蓿缺磷处理相对产量(

y

)与土壤有效磷含量(

x

)回归方程如表1和图1所示。

表1 我国紫花苜蓿缺磷处理相对产量与土壤有效磷含量回归方程
Table 1 Regression equation between the relative yield without P fertilizer treatment and soil available P in China

自然区域Natural region回归方程Regression equation相关系数Correlationcoefficient样本数量Samplesize土壤有效磷/(mg/kg)Soilavailable P相对产量/%Relative yield施磷量(P2O5)/(kg/hm2)P applicationrate东北平原 Northeast plainy=15.547 Lnx+43.7930.756 6**601.9～37.842.4～107.035～320黄淮海平原Huanghuaihai plainy=14.169 Lnx+48.5310.528 6**841.2～35.125.1～104.760～480黄土高原 Loess plateauy=14.072 Lnx+48.6010.748 1**1951.5～38.433.8～109.034～366内蒙古高原Inner Mongolia plateauy=17.337 Lnx+49.5720.886 3**590.2～26.411.2～104.120～248西北荒漠绿洲Northwest desert oasisy=0.7351 Lnx+67.0350.463 4**602.4～30.743.5～101.525～360南方地区 South regiony=24.149 Lnx+11.8760.745 9**265.2～57.931.5～143.230～300全国 Chinay=13.927 Lnx+48.5220.718 3**4740.2～38.411.2～109.020～480

注：**代表相关性极显著(<0.01)。

Note: ** represents that the correlation is extremely significant.

×代表剔除散点。 × represents excluding scatters.图1 我国紫花苜蓿缺磷处理相对产量与土壤有效磷含量相关性Fig.1 Regression relation between the relative yield without P fertilizer treatment and soil available P in China

由表1可知，六大自然区域和全国紫花苜蓿缺磷处理相对产量与土壤有效磷含量回归方程全部达到了极显著水平(

P

<0.01)，且相关系数较高，除黄淮海平原和西北荒漠绿洲略低外，余者皆为中等以上相关；土壤有效磷含量范围为0.2～57.9 mg/kg，缺磷处理相对产量范围为11.2%～143.2%；施磷量(PO)范围为20～480 kg/hm。

由图1可知，东北平原土壤有效磷含量15～35 mg/kg 的数据点存在明显的单向偏离群体问题，几乎所有数据点皆在趋势线下方；黄淮海平原土壤有效磷含量≥25 mg/kg的数据点太少；黄土高原数据点的数量大、分布均衡；内蒙古高原土壤有效磷含量2～10 mg/kg的数据点于趋势线上方单向偏离群体明显，土壤有效磷≥20 mg/kg的数据点太少；西北荒漠绿洲紫花苜蓿缺磷处理相对产量与土壤有效磷含量回归方程为直线型，明显不同于其他自然区域；南方地区数据点的数量小，土壤有效磷含量30～55 mg/kg缺乏数据点；全国和各自然区域皆存在数据点在趋势线的上下波动较大问题。

利用上述紫花苜蓿缺磷处理相对产量与土壤有效磷含量回归方程，确定六大自然区域和全国紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标，结果见表2。

表2 我国紫花苜蓿土壤有效磷(Olsen-P)丰缺指标
Table 2 The abundance and deficiency index of soil available P (Olsen-P) for alfalfa in China mg/kg

级别(相对产量)Level(relative yield)东北平原Northeastplain黄淮海平原Huanghuaihaiplain黄土高原Loessplateau内蒙古高原Inner Mongoliaplateau西北荒漠绿洲Northwestdesert oasis南方地区Southregion全国China10 (<20%)<0.2<0.29 (20%～30%)0.2～0.40.2～0.38 (30%～40%)0.4～0.60.3～0.67 (40%～50%)<1.5<1.2<1.20.6～1.1<4.90.6～1.26 (50%～60%)1.5～2.91.2～2.31.2～2.31.1～1.94.9～7.41.2～2.35 (60%～70%)2.9～5.42.3～4.62.3～4.61.9～3.3<4.17.4～11.12.3～4.74 (70%～80%)5.4～10.34.6～9.34.6～9.43.3～5.84.1～17.711.1～16.84.7～9.63 (80%～90%)10.3～19.69.3～18.79.4～19.05.8～10.317.7～31.316.8～25.59.6～19.72 (90%～100%)19.6～37.218.7～37.919.0～38.610.3～18.4≥31.325.5～38.519.7～40.31(≥100%)≥37.2≥37.9≥38.6≥18.4≥38.5≥40.3

注：带下划线数值为外推数据。

Note: Extrapolated data is underlined.

2.2 我国紫花苜蓿推荐施磷量

当紫花苜蓿目标产量9～27 t/hm、磷肥利用率20%时，有效磷丰缺级别第1～10级土壤的推荐施磷量依次为0、27～81、54～162、81～243、108～324、135～405、162～486、189～567、216～648和243～729 kg/hm。

3 讨 论

3.1 六大自然区域紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标的异同

本研究团队早期的较小样本研究结果表明黄淮海平原、黄土高原、内蒙古高原和西北荒漠绿洲区等四大自然区域紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标较为接近。本研究通过系统比较发现，东北平原、黄淮海平原和黄土高原等三大自然区域的紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标研究结果与之前研究结果差异不大；南方地区紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标明显高于上述三大自然区域；西北荒漠绿洲区第1～3级指标亦明显高于该三大自然区域；特别是内蒙古高原第1～3级指标则明显低于该三大自然区域，且与已有结果存在较大差异。

表3 我国紫花苜蓿土壤有效磷不同丰缺级别土壤推荐施磷量
Table 3 Recommended P application rates for different abundance or deficiency level of soil available P for alfalfa in China kg/hm

目标产量/(t/hm2)Target yield磷肥利用率/%P fertilizeruse efficiency推荐施磷量(P2O5) Recommended P application rate10级9级8级7级6级5级4级3级2级1级9.030162144126108907254361802024321618916213510881542701048643237832427021616210854010.5301891681471261058463422102028425222118915812695633201056750444137831525218912663012.03021619216814412096724824020324288252216180144108723601064857650443236028821614472013.530243216189162135108815427020365324284243203162122814101072964856748640532424316281015.030270240210180150120906030020405360315270225180135904501081072063054045036027018090016.530297264231198165132996633020446396347297248198149995001089179269359449539629719899018.030324288252216180144108723602048643237832427021616210854010972864756648540432324216108019.530351312273234195156117783902052746841035129323417611759010105 3936819702585468351234117021.030378336294252210168126844202056750444137831525218912663010113 4100 8882756630504378252126022.530405361315270226180135914502060854047340533827020313568010121 5108 09458106755404052701350

表3(续)

目标产量/(t/hm2)Target yield磷肥利用率/%P fertilizeruse efficiency推荐施磷量(P2O5) Recommended P application rate10级9级8级7级6级5级4级3级2级1级24.030432385336288241192144974802064857650443236028821614472010129 6115 2100 8864720576432288144025.5304594093573062552041531035102068961253645938330623015377010137 7122 4107 1918765612459306153027.0304864333783242712161621095402072964856748640532424316281010145 8129 6113 49728106484863241620

注：项目栏10，9，…，1表示土壤有效磷丰缺级别。

Note: 10, 9, …, 1 in header represent the abundance and deficiency levels of soil available P.

Bell等的研究表明，降雨及单产水平对澳大利亚雨养冬小麦土壤氮素丰缺指标影响很大。我国南方地区雨量充沛，西北荒漠绿洲区具备灌溉条件，这两大自然区域紫花苜蓿单产水平高，其他区域则存在大量降水不足的雨养草地，单产水平参差不齐，也许这是南方地区和西北荒漠绿洲区两大自然区域紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标明显高于其它自然区域的原因。

从样本数量和数据点分布均衡性的角度，推断不同自然区域紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标存在差异的可能原因如下：本研究发现黄土高原紫花苜蓿缺磷处理相对产量与土壤有效磷含量回归方程的样本数量大、数据点分布均衡，远优于其它区域，所得土壤有效磷丰缺指标研究结果最为可靠；部分自然区域紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标与黄土高原存在较大差异的原因，可能是样本数量依然不足、数据点分布不够均衡，所得回归方程尚未达到相对稳定状态所致。

3.2 我国紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标

全国紫花苜蓿土壤有效磷丰缺指标研究结果与本研究团队针对黄淮海平原、黄土高原、内蒙古高原和西北荒漠绿洲区等四大自然区域的研究结果差异不大。由于本研究样本数量更大(474个)，因此本研究结果应该较为可靠。

张福锁等早期研究将我国粮棉油和蔬菜作物土壤有效磷的最高级别下限指标分别确定为20～45 mg/kg和45～150 mg/kg。本研究综合分析得出紫花苜蓿为40 mg/kg，接近粮棉油作物下限指标，但是明显低于蔬菜作物的下限指标。紫花苜蓿和粮棉油作物土壤有效磷的最高级别下限指标明显低于蔬菜作物相应指标，可能是蔬菜作物的根系分布偏浅、养分吸收深度较浅所致。

3.3 紫花苜蓿推荐施磷量

我国紫花苜蓿施肥已有研究的推荐施磷量为20～480 kg/hm。美国爱达荷州南部灌溉苜蓿施肥指南的推荐施磷量上限为470 kg/hm。本研究发现，当磷肥利用率为20%时，有效磷丰缺级别第1～7级土壤推荐施磷量与我国已有研究和美国爱达荷州南部的推荐结果颇为接近。当前紫花苜蓿生产实践中，土壤有效磷含量低至第8级及以下的情形极少出现。因此，本研究之紫花苜蓿推荐施磷量较为可靠。

4 结 论

我国紫花苜蓿土壤有效磷第1～10级指标依次为≥40.3、19.7～40.3、9.6～19.7、4.7～9.6、2.3～4.7、1.2～2.3、0.6～1.2、0.3～0.6、0.2～0.3和<0.2 mg/kg。当紫花苜蓿目标产量9～27 t/hm、磷肥利用率20%时，有效磷丰缺级别第1～10级土壤的推荐施磷量依次为0、27～81、54～162、81～243、108～324、135～405、162～486、189～567、216～648和243～729 kg/hm。该研究结果可为我国紫花苜蓿测土施磷提供科学依据。