潛江市幾種主要農作物肥料利用率的初步研究

摘要：利用“3414”肥料效應試驗，研究了湖北省潛江市中稻、棉花、油菜、小麥對土壤和肥料有效養(yǎng)分表觀利用率和作物對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收量。結果表明，氮、磷、鉀肥養(yǎng)分當季相對利用率中稻分別為36.1%、12.8%和58.7%，棉花分別為25.1%、18.5%和33.6%，小麥分別為20.1%、11.8%和39.4%，油菜分別為17.8%、4.9%和23.4%。在N、P、K配施的情況下，作物每千克經濟產量氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量中稻分別為27.9、4.4和30.7 g，棉花分別為53.7、10.6和45.5 g，小麥分別為26.4、3.9和25.0 g，油菜分別為40.7、9.6和37.3 g。

關鍵詞：農作物；“3414”肥料試驗；肥料利用效率；潛江市

中圖分類號：S143 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）13-3002-05

土壤是農業(yè)的基礎，肥料是作物的“糧食”?；首鳛檗r業(yè)持續(xù)發(fā)展的物質保障，是保障作物增產最快、最有效、最重要的物質[1]?？茖W合理施肥、提高養(yǎng)分利用率已成為發(fā)展農業(yè)生產、提高作物產量的重要技術路徑[2]。土壤與肥料利用率，即作物吸收利用土壤與肥料養(yǎng)分所占土壤有效養(yǎng)分和施用肥料養(yǎng)分總量的比例，是衡量肥料施用是否合理的一項重要指標，其受土壤肥力、養(yǎng)分間的協(xié)同作用、施肥技術與施肥量、作物及品種、土壤水分、氣候因子、栽培管理措施等諸多因素的影響，是反映作物、土壤、肥料之間關系的動態(tài)參數。

湖北省潛江市地處江漢平原腹地，是國家“十一五”重要商品糧、商品油生產基地，常年復種面積15萬hm2以上，其中水稻、棉花、油菜、小麥面積達12萬hm2，占種植面積的80%。由于在作物施肥管理上仍然存在著許多問題，諸如磷、鉀施用總量不足，氮、磷、鉀肥比例不平衡[3]，嚴重阻礙了作物產量的提高和品質的改善，探索作物土壤肥料養(yǎng)分利用率，改變施肥方法，建立不同的肥料運籌模式，提高土壤肥料養(yǎng)分利用率顯得尤為重要?！?414”肥料效應試驗是以氮、磷、鉀為3個養(yǎng)分因子，每個因子分4個梯度，共14處理，屬于無重復不完全大田試驗設計[4，5]。通過對水稻、棉花、油菜、小麥等作物進行“3414”肥料效應試驗，按“差減法”對試驗區(qū)域土壤和作物養(yǎng)分利用率進行了分析。初步了解了潛江市地區(qū)測土配方施肥土壤肥料養(yǎng)分利用率，為進一步規(guī)范測土配方施肥技術、優(yōu)化施肥結構、提高肥料養(yǎng)分利用率提供了科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤與作物

分別于2007年和2008年在湖北省潛江市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行了共16個肥料試驗，即2007年在潛江市龍灣、周磯、浩口、老新等地中稻作物（輪作方式為油菜/小麥-中稻）和竹根灘、浩口、高石碑、張金等地棉花作物（輪作方式為油菜-棉花）上各進行了4個“3414”試驗；2008年在周磯、浩口、楊市等地小麥作物（輪作方式為小麥-棉花）和積玉口、浩口、周磯、龍灣等地油菜作物（輪作方式為油菜-棉花）上各進行了4個“3414”試驗；供試土壤為水稻土和潮土。各試驗田塊于試驗前采集耕層土壤農化樣品測試土壤養(yǎng)分狀況[6]，測定結果見表1。

1.2 供試肥料

試驗所用氮、磷、鉀肥分別為尿素（含N 46%，中石化集團湖北化肥廠）、過磷酸鈣（含P2O5 12%，湖北洋豐股份有限公司）、氯化鉀（含K2O 60%，德國鉀鹽公司）、持力硼（含B 15%，美國硼砂集團）、大粒鋅（含Zn 25%，武漢高飛農業(yè)有限公司）。

1.3 試驗設計

各試驗均統(tǒng)一采用“3414”完全試驗方案設計，每個試驗3因素4水平，共14個小區(qū)，即N、P、K 3個因子、每個因子4個水平、共組合成14個處理：N0P0K0、N0P2K2、N1P2K2、N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2、N2P3K2、N2P2K0、N2P2K1、N2P2K3、N3P2K2、N1P1K2、N1P2K1、N2P1K1，其中下標表示施肥水平，“0水平”表示不施肥，“2水平”表示推薦施肥量，“1水平”施肥量為“2水平”的1/2，“3水平”施肥量為“2水平”的1.5倍。各試驗不設重復，以試驗點之間作為重復。氮、磷、鉀各因素“2水平”（即推薦施肥量）肥料施用量的確定依據各試驗田塊土壤有效養(yǎng)分測定值，對照該區(qū)已有的施肥推薦指標（土壤養(yǎng)分豐缺指標和各作物肥料養(yǎng)分施用指標）而進行。各作物各試驗田塊氮、磷、鉀養(yǎng)分“2水平”（推薦用量）施用量詳見表2。各試驗中水稻、小麥作物均施用適量鋅肥，棉花、油菜作物各處理均施用適量硼肥。各試驗均按田間試驗要求進行，所有試驗小區(qū)面積均為20 m2，按小區(qū)分別收獲子粒和秸稈產量。采集N0P0K0、N0P2K2、N2P0K2、N2P2K2、N2P2K0 5個常規(guī)處理子粒和莖葉植株樣品，以干重記錄產量和測試植株氮、磷、鉀養(yǎng)分含量。

1.4 測定指標及計算方法

1）作物氮、磷、鉀各養(yǎng)分吸收總量。作物某養(yǎng)分吸收總量（kg/hm2）=子粒產量（kg/hm2）×子粒該養(yǎng)分含量（%）+秸稈產量（kg/hm2）×秸稈該養(yǎng)分含量（%）。

2）作物經濟產量各養(yǎng)分吸收量。作物經濟產量某養(yǎng)分吸收量（g/kg）=作物該養(yǎng)分吸收總量/子粒產量。

3）土壤有效養(yǎng)分利用率。某土壤養(yǎng)分利用率=該養(yǎng)分吸收總量/土壤該有效養(yǎng)分總量×100%；土壤某有效養(yǎng)分總量（kg/hm2）=土壤該有效養(yǎng)分含量（mg/kg）×2 250 000[kg（土）/hm2]×10-6。

4）土壤有效養(yǎng)分協(xié)同利用率。某土壤養(yǎng)分協(xié)同利用率=僅不施某養(yǎng)分處理該養(yǎng)分吸收總量/土壤該有效養(yǎng)分總量×100%。

5）肥料養(yǎng)分相對利用率。某肥料養(yǎng)分相對利用率=（全施肥處理該養(yǎng)分吸收總量-僅不施該養(yǎng)分處理該養(yǎng)分吸收總量）/全施肥處理該肥料養(yǎng)分施用量×100%。

6）肥料養(yǎng)分協(xié)同利用率。某肥料養(yǎng)分協(xié)同利用率=（某施肥處理該養(yǎng)分吸收總量-均不施肥處理該養(yǎng)分吸收總量）/該肥料養(yǎng)分施用量×100%。

2 結果與分析

2.1 土壤有效養(yǎng)分利用率

應用各試驗氮、磷、鉀均不施處理（N0P0K0）結果測算土壤氮、磷、鉀各養(yǎng)分利用率，并應用各試驗僅不施氮（N0P2K2）、僅不施磷（N2P0K2）和僅不施鉀（N2P2K0）處理結果分別測算土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分協(xié)同利用率，結果見表3。由表3可知，不同作物、不同類型、不同肥力水平的土壤有效養(yǎng)分利用率各不相同，并不是一個固定不變的參數。土壤有效氮、磷、鉀養(yǎng)分利用率中稻分別為64.2%、49.6%和51.7%（應用各田塊平均產量等結果測算的平均利用率。下同），棉花分別為78.6%、60.5%和38.9%，小麥分別為32.7%、26.5%和23.5%，油菜分別為30.9%、40.8%和27.6%。土壤有效養(yǎng)分利用率在不同作物間表現差異也較大，氮表現為棉花>中稻>小麥>油菜，磷表現為棉花>中稻>油菜>小麥，而鉀則表現為中稻>棉花>油菜>小麥。總體上，中稻和棉花的養(yǎng)分利用率較高，油菜與小麥的則較低。

進一步分析土壤有效養(yǎng)分利用率與土壤基礎養(yǎng)分狀況之間的關系，結果表明土壤有效養(yǎng)分利用率與土壤有效養(yǎng)分含量呈負相關，即土壤有效養(yǎng)分含量越高，其有效養(yǎng)分利用率則越低。對土壤有效養(yǎng)分利用率與土壤有效養(yǎng)分含量的自然對數關系進行擬合，其相關性均有較高的決定系數（R2），具體見圖1和表4。

對土壤有效養(yǎng)分的協(xié)同利用率結果進行分析，結果見表3。由表3可知，土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分的協(xié)同利用率均明顯高于氮、磷、鉀養(yǎng)分均不施的土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分的利用率，且與土壤養(yǎng)分含量同樣呈負相關關系。土壤有效氮、磷、鉀養(yǎng)分協(xié)同利用率中稻分別為74.8%、61.2%和65.0%，棉花分別為97.2%、76.3%和47.1%，小麥分別為45.7%、39.5%和35.1%，油菜分別為44.8%、69.9%和42.5%。這是因為施用某兩種肥料養(yǎng)分促進了另一土壤養(yǎng)分的吸收利用，發(fā)揮了養(yǎng)分間的協(xié)同促進作用。說明施肥與不施肥、施用某一種或兩種或3種肥料養(yǎng)分，土壤有效養(yǎng)分利用率都處于變化之中。至于其中有極少量測算結果超過100%的，其與實際不符，原因可能有：一是養(yǎng)分間的協(xié)同促進作用；二是在作物生長活動期間，土壤中非有效養(yǎng)分轉化為有效養(yǎng)分；三是相關試驗測試誤差所致。這也是按“差減法”測算土壤有效養(yǎng)分利用率的局限所在。

2.2 肥料利用率

2.2.1 各肥料養(yǎng)分相對利用率 應用各作物各試驗全施肥處理（N2P2K2）產量等結果，分別相對不施氮處理（N0P2K2）、不施磷處理（N2P0K2）、不施鉀處理（N2P2K0）的結果測算各肥料養(yǎng)分當季相對利用率，結果見表5。由表5可知，不同作物、不同類型土壤和不同肥力水平的肥料養(yǎng)分相對利用率各不相同。氮、磷、鉀肥養(yǎng)分當季相對利用率中稻分別為36.1%、12.8%和58.7%，棉花分別為25.1%、18.5%和33.6%，小麥分別為20.1%、11.8%和39.4%，油菜分別為17.8%、4.9%和23.4%。中稻平均氮、鉀肥養(yǎng)分相對利用率較高，均在30.0%以上，磷肥養(yǎng)分相對利用率偏低；棉花氮肥相對利用率不到30.0%，磷肥相對利用率較高，接近一般磷肥養(yǎng)分當季利用率20.0%；小麥氮、磷肥養(yǎng)分相對利用率均偏低，油菜則更低。分析肥料養(yǎng)分當季相對利用率與施肥量的關系，表現為負相關關系，即施肥量越大，肥料養(yǎng)分相對利用率則越低；施肥量越小，肥料養(yǎng)分相對利用率則越高。因此，從肥料養(yǎng)分相對利用率角度進行測土配方施肥的肥料養(yǎng)分推薦用量有待于進一步優(yōu)化。少施或減施肥料，肥料養(yǎng)分相對利用率會較高，但勢必影響作物產量水平。

2.2.2 各肥料養(yǎng)分協(xié)同利用率 應用N0P2K2、 N2P0K2、N2P2K0、N2P2K2處理結果，均相對不施肥處理（N0P0K0）結果，分別測算各試驗施用肥料養(yǎng)分的平均協(xié)同利用率，結果見表6。由表6可知，各作物各試驗田塊氮、磷、鉀三要素配施的各肥料養(yǎng)分協(xié)同利用率比任何兩要素配施的肥料養(yǎng)分協(xié)同利用率均要高。中稻磷、鉀肥養(yǎng)分配施的平均協(xié)同利用率分別為5.5%和17.3%，氮、鉀肥養(yǎng)分配施的協(xié)同利用率分別為19.0%和52.7%，氮、磷肥養(yǎng)分配施的協(xié)同利用率分別為26.7%和8.7%，氮、磷、鉀肥養(yǎng)分配施的協(xié)同利用率分別為47.9%、20.2%和99.0%；棉花磷、鉀肥養(yǎng)分配施的平均協(xié)同利用率分別為8.9%和16.2%，氮、鉀肥養(yǎng)分配施的協(xié)同利用率分別為10.2%和10.0%，氮、磷肥養(yǎng)分配施的協(xié)同利用率分別為10.4%和6.7%，氮、磷、鉀肥養(yǎng)分配施的協(xié)同利用率分別為34.5%、27.8%和45.2%；小麥磷、鉀肥養(yǎng)分配施的平均協(xié)同利用率分別為7.1%和34.7%，氮、鉀肥養(yǎng)分配施的協(xié)同利用率分別為17.3%和35.5%，氮、磷肥養(yǎng)分配施的協(xié)同利用率分別為19.3%和8.1%，氮、磷、鉀肥養(yǎng)分配施的協(xié)同利用率分別為34.6%、19.7%和81.5%；油菜磷、鉀肥養(yǎng)分配施的平均協(xié)同利用率分別為10.5%和28.7%，氮、鉀肥養(yǎng)分配施的協(xié)同利用率分別為25.9%和65.6%，氮、磷肥養(yǎng)分配施的協(xié)同利用率分別為25.9%和13.9%，氮、磷、鉀肥養(yǎng)分配施的協(xié)同利用率分別為32.6%、19.4%和71.5%。雖然部分試驗田塊土壤養(yǎng)分含量較高，但是氮、磷、鉀肥養(yǎng)分三元配施的協(xié)同利用率仍是最高，說明在測土配方施肥三要素肥料養(yǎng)分推薦施用中，無論某要素再豐富，都不宜推薦“0”施肥量，應推薦一定的適宜用量，充分發(fā)揮三要素養(yǎng)分肥料間的協(xié)同增產效益，提高作物產量和養(yǎng)分利用效率。不施氮，僅磷、鉀配施的利用率均是最低，說明氮是區(qū)域和作物施肥的關鍵因素。

2.3 作物經濟產量氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量

分析參試各作物各試驗不同施肥處理的氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量，結果（表7）表明，各作物差異不是很大。一般情況下，不施肥處理的相對較低，說明在施肥情況下有利于促進作物對養(yǎng)分的吸收利用，提高農產品干物重。在氮、磷、鉀肥三要素配施（N2P2K2）的情況下，中稻平均每千克稻谷產量氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量分別為27.9、4.4和30.7 g；棉花平均每千克子棉產量氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量分別為53.7、10.6和45.5 g；小麥平均每千克小麥產量氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量分別為26.4、3.9和25.0 g；油菜平均每千克油菜子產量氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量分別為40.7、9.6和37.3 g。

3 小結與討論

1）應用“3414”試驗結果，按“差減法”測算土壤氮、磷、鉀有效養(yǎng)分利用率，不同作物、不同土壤、不同肥力水平、不同養(yǎng)分施用配比間的土壤有效養(yǎng)分利用率各不相同，并不是一個固定不變的參數。土壤有效養(yǎng)分利用率與土壤有效養(yǎng)分含量均呈較好的負相關。在氮、磷、鉀養(yǎng)分均不施的情況下，土壤有效氮、磷、鉀養(yǎng)分利用率以中稻、棉花較高，小麥、油菜較低。在施用氮、磷、鉀某兩種肥料養(yǎng)分時，土壤有效養(yǎng)分的協(xié)同利用率會明顯高于氮、磷、鉀肥料養(yǎng)分均不施用時的土壤有效氮、磷、鉀養(yǎng)分的利用率。

2）測算各作物氮、磷、鉀肥養(yǎng)分相對利用率，不同作物、不同土壤和不同肥力水平的肥料養(yǎng)分相對利用率也各不相同。且肥料養(yǎng)分當季相對利用率與施肥量表現為負相關。從本研究結果可知，中稻磷肥養(yǎng)分、棉花氮肥養(yǎng)分、小麥氮與磷肥養(yǎng)分、油菜氮、磷、鉀肥養(yǎng)分利用率均有所偏低，說明該區(qū)測土配方施肥肥料養(yǎng)分推薦用量還有待于進一步完善。測算各作物各試驗田塊氮、磷、鉀三要素配施的各肥料養(yǎng)分協(xié)同利用率比任何兩要素配施的所施肥料養(yǎng)分協(xié)同利用率均要高。

3）在氮、磷、鉀肥三要素配施的情況下，中稻平均每千克稻谷產量氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量分別為27.9、4.4和30.7 g；棉花平均每千克子棉產量氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量分別為53.7、10.6和45.5 g；小麥平均每千克小麥產量氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量分別為26.4、3.9和25.0 g；油菜平均每千克油菜子產量氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量分別為40.7、9.6和37.3 g。作物氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量均表現為棉花>油菜>中稻>小麥。

4）由于土壤和肥料養(yǎng)分利用率是兩個變化不定的參數，按養(yǎng)分平衡法[7]應用這兩個參數進行施肥可能并不是最為可行的方法。從本研究養(yǎng)分利用率分析來看，無論某養(yǎng)分再豐富，都不宜推薦為“0”施肥量，而應當均有所施用，以充分發(fā)揮三要素肥料養(yǎng)分間的協(xié)同增產效益，促進作物穩(wěn)產高產，同時也利于土壤養(yǎng)分平衡。如果片面追求較高的肥料養(yǎng)分利用率而少施或減施肥料，勢必會影響作物產量水平。

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