右江河谷水稻施肥指標(biāo)體系建立初報(bào)

于孟生　宋漢勇　文海環(huán)　李秋原　唐金菊

摘要：[目的]探討與土壤類型和養(yǎng)肥狀況相適宜的水稻施肥技術(shù)，為右江河谷地區(qū)科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。[方法]通過(guò)分析土壤磷鉀養(yǎng)分含量測(cè)定值和作物相對(duì)產(chǎn)量之間的線性相關(guān)關(guān)系，確定養(yǎng)分豐缺指標(biāo)參數(shù)；應(yīng)用方程擬合的方法，對(duì)所有“3414”試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別采用三元二次、一元二次和線性加平臺(tái)模型模擬計(jì)算得出最佳施肥量和最佳產(chǎn)量，然后根據(jù)散點(diǎn)圖趨勢(shì)和不同方程擬合的決定系數(shù)并結(jié)合專業(yè)背景知識(shí)得出產(chǎn)量、推薦施肥量和土壤測(cè)試值三者相關(guān)的檢索表。[內(nèi)容]對(duì)右江河谷地區(qū)水稻“3414”試驗(yàn)結(jié)果分析得到氮、磷、鉀推薦施肥指標(biāo)體系。[結(jié)果]土壤中氮、磷、鉀含量處于低水平時(shí)，氮、磷、鉀施用量分別為126kg/ha、75～90kg/ha、120～150kg/ha；氮、磷、鉀處于中級(jí)水平時(shí)，氮、磷、鉀（N、P₂O₅、K₂O）施用量分別為126～132kg/ha、60～75kg/ha、90～105kg/ha；氮、磷、鉀處于高級(jí)水平時(shí)，氮、磷、鉀（N、P₂O₅、K₂O）施用量分別為132～174kg/ha、45～60/ha、45～60kg/ha；氮、磷、鉀處于極高水平時(shí)，除氮肥施用174kg/ha外，磷、鉀肥均可少施或不施。[小結(jié)]通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析和計(jì)算，確立廣西右江河谷地區(qū)土壤磷、鉀養(yǎng)分含量豐缺指標(biāo)，初步建立了該區(qū)的水稻氮磷鉀施肥指標(biāo)體系。但是由于管理和測(cè)產(chǎn)中的一些誤差難免會(huì)對(duì)結(jié)果有一定的影響，今后還應(yīng)在實(shí)踐中進(jìn)一步驗(yàn)證和修訂推薦施肥參數(shù)，以獲得更加完善的水稻施肥指標(biāo)體系。

關(guān)鍵詞：3414試驗(yàn)；相對(duì)產(chǎn)量；施肥指標(biāo)；施肥量；水稻

中圖分類號(hào)：S511.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-4374（2016）03-0004-04

右江河谷地區(qū)位于我國(guó)西南部，廣西壯族自治區(qū)西部，屬珠江流域西江水系的右江上游，地處東經(jīng)106°7′-106°56′，北緯23°33′-24°18′之間，東西長(zhǎng)130km，南北寬20km，包括百色市的右江區(qū)和田陽(yáng)、田東、平果3個(gè)縣，土地總面積3713km²，耕地面積33600ha。該區(qū)全年氣候溫暖，熱量充足，雨量充沛，平均年降雨量1115mm，年平均氣溫在22.1℃左右，非常適宜水稻生長(zhǎng)。而長(zhǎng)期以來(lái)，該區(qū)水稻施肥以經(jīng)驗(yàn)為主，施肥結(jié)構(gòu)不合理現(xiàn)象嚴(yán)重，缺乏與當(dāng)?shù)赝寥李愋秃宛B(yǎng)肥狀況相適宜的施肥量。為使水稻施肥技術(shù)更趨于合理，文章通過(guò)對(duì)右江河谷地區(qū)水稻“3414”試驗(yàn)結(jié)果的分析，建立了與當(dāng)?shù)赝寥罈l件相適應(yīng)的施肥指標(biāo)體系，為右江河谷地區(qū)科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于廣西測(cè)土配方施肥項(xiàng)目2006～2008年田東、田陽(yáng)和平果3縣的水稻“3414”完全實(shí)施實(shí)驗(yàn)，共涉及平果縣的坡造、榜圩、太平、海城、鳳梧、四塘，田陽(yáng)縣的田州、那坡、五村、坡洪、百育、頭塘和田東縣的印茶、平馬、林逢、祥周、思林、義圩等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的69個(gè)田間試驗(yàn)。“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

1.2 分析方法

1.2.1 土壤磷鉀豐缺指標(biāo)的建立通過(guò)分析土壤磷鉀養(yǎng)分含量測(cè)定值和作物相對(duì)產(chǎn)量之間的線性相關(guān)關(guān)系，確定養(yǎng)分豐缺指標(biāo)參數(shù)，即將每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的土壤養(yǎng)分測(cè)定值設(shè)為x，相對(duì)產(chǎn)量設(shè)為y，擬合曲線y=a+b（lgx），將相對(duì)產(chǎn)量的50%、75%、90%、95%代入方程求出相應(yīng)相對(duì)產(chǎn)量y對(duì)應(yīng)的土壤含量x。根據(jù)相對(duì)產(chǎn)量將土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)分級(jí)：低于50%為極低，50%-75%為低，75%-90%為中，90%-95%為高，大于95%為極高。

1.2.2 推薦施肥量的計(jì)算對(duì)所有“3414”試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別采用三元二次、一元二次和線性加平臺(tái)模型模擬計(jì)算得出最佳施肥量和最佳產(chǎn)量，然后根據(jù)散點(diǎn)圖趨勢(shì)和不同方程擬合的決定系數(shù)并結(jié)合專業(yè)背景知識(shí)得出產(chǎn)量、推薦施肥量和土壤測(cè)試值三者相關(guān)的檢索表。

三元二次肥料效應(yīng)函數(shù)方程為：

Y=b₀+b₁x₁+b₂x₂+b₃x₃+b₄x₁x₂+b₅x₁x₃+b₆x₂x₃+6₇x₁₂+b₈x₂²+b₉x₃²

式中x₁、x₂、x₃物分別代表N、P₂O₅、K₂O肥料用量。如上述方程擬合成功（二次項(xiàng)系數(shù)全為負(fù)，一次項(xiàng)系數(shù)全為正，F(xiàn)檢驗(yàn)顯著），根據(jù)邊際收益等于邊際成本，dy/dx=px/py原則計(jì)算經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量，分別以x₁、x₂、x₃為變量，對(duì)方程兩邊求導(dǎo)，得到下列方程組：

式中，Px₁、Px₂、Px₃和Py分別代表N、P₂O₅、K₂O肥料用量和水稻的價(jià)格。將方程系數(shù)b₁、b₂、b₃、b₄、b₅、b₆、b₇、b₈、b₉的值和肥料價(jià)格分別代人上述方程組求解可得最佳N、P₂O₅、K₂O用量。

一元二次方程為：

Y=a+bx+cx²

式中Y為水稻產(chǎn)量（kg/ha），x為肥料用量（kg/ha），a為截距，b為回歸系數(shù)。選用處理2、3、6、11的產(chǎn)量結(jié)果來(lái)擬合計(jì)算氮肥的推薦用量，處理4、5、6、7的產(chǎn)量結(jié)果來(lái)擬合計(jì)算磷肥的推薦用量，處理6、8、9、10的產(chǎn)量結(jié)果來(lái)擬合計(jì)算鉀肥的推薦用量，根據(jù)邊際效益等于邊際成本原理來(lái)計(jì)算最佳施肥量。

線性加平臺(tái)的方程為：

式中Y為水稻產(chǎn)量（kg/ha）；x為肥料用量（kg/ha）；a為截距；b為回歸系數(shù)；c為直線與平臺(tái)的焦點(diǎn)橫坐標(biāo)值，即最佳施肥量；p為平臺(tái)產(chǎn)量（kg/ha），即最佳產(chǎn)量。

將特定土壤養(yǎng)分含量作為排序關(guān)鍵字將檢索表排序比對(duì)，按之前已建立的肥力分級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)匯總統(tǒng)計(jì)確定在特定養(yǎng)分分級(jí)下的最佳推薦施肥量的區(qū)間。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有效磷鉀豐缺指標(biāo)的確定

根據(jù)水稻缺磷處理（處理4）和全磷處理（處理6）算出的相對(duì)產(chǎn)量與土壤有效磷含量作散點(diǎn)回歸分析，得出回歸方程：

Y=22.7291nx+22.507（R²=0.6065*）

土壤有效磷含量與缺磷處理的水稻相對(duì)產(chǎn)量相關(guān)性達(dá)到顯著水平。將相對(duì)產(chǎn)量50%、75%、90%、95%分別代入方程，求得對(duì)應(yīng)土壤有效磷豐缺指標(biāo)區(qū)間分界值分別為3.91mg/kg、10.15mg/kg、20.33mg/kg和25.62mg/kg（見(jiàn)圖1）。

同理可得到土壤速效鉀回歸方程：

Y=16.32lnx+13.469（R²=0.675*）

根據(jù)方程計(jì)算得到缺鉀區(qū)水稻相對(duì)產(chǎn)量50%、75%、90%和95%對(duì)應(yīng)的土壤速效鉀含量分別為8.56mg/kg、41.46mg/kg、106.88mg/kg和146.54mg/kg（見(jiàn)圖2）。

由于水稻<50%的相對(duì)產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的土壤磷、鉀值沒(méi)有，函數(shù)計(jì)算值為方程外推值，誤差較大沒(méi)有實(shí)際指導(dǎo)意義。因此本研究將土壤有效磷的指標(biāo)分為4級(jí)，即水稻相對(duì)產(chǎn)量≤75%（有效磷≤10.15mg/kg），75%-90%（有效磷在10.15mg/kg-20.33mg/kg之間），90%至95%（有效磷在20.33mg/kg-25.62mg，kg之間），>95%（有效磷>25.62mg/kg）。鉀的分級(jí)指標(biāo)也分為4級(jí)，即水稻相對(duì)產(chǎn)量≤75%（速效鉀≤41.46mg，kg），75%-90%（速效鉀在41.46mg/kg～106.88mg/kg之間），90%至95%（速效鉀在106.88mg/kg-146.54mg/kg之間），>95%（速效鉀>146.54mg/kg）。

2.2 施肥指標(biāo)體系的建立

2.2.1 磷、鉀肥推薦施肥指標(biāo)的建立對(duì)廣西右江河谷地區(qū)所有“3414”試驗(yàn)點(diǎn)依次進(jìn)行三元二次、一元二次和線性加平臺(tái)方程擬合，統(tǒng)計(jì)方程擬合所得推薦施磷量數(shù)見(jiàn)表2。最后以磷肥當(dāng)季效應(yīng)為主，綜合考慮養(yǎng)分收支平衡和土壤磷肥的長(zhǎng)期影響和磷肥恒量監(jiān)控的思路，給出不同土壤有效磷等級(jí)下的磷肥推薦量。

同理可得鉀肥推薦施肥指標(biāo)（表3）。

2.2.2 氮肥推薦施肥指標(biāo)體系的建立 氮肥推薦施肥指標(biāo)采用目標(biāo)產(chǎn)量法計(jì)算。目標(biāo)產(chǎn)量的確定主要基于地力調(diào)查生產(chǎn)潛能評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)沒(méi)有地力調(diào)查結(jié)果的以前三年平均產(chǎn)量提高10%左右。根據(jù)近年來(lái)右江河谷地區(qū)氮肥試驗(yàn)結(jié)果，水稻目標(biāo)產(chǎn)量分別設(shè)定為>8250kg/ha，7500～8250kg/ha，6750～7500kg/ha、<6750kg/ha。

根據(jù)高、中、低不同肥力水平試驗(yàn)點(diǎn)產(chǎn)量數(shù)據(jù)確定不同肥力水平水稻無(wú)氮區(qū)基礎(chǔ)地力產(chǎn)量分別為6750kg/ha、6000kg/ha和5250kg/ha。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)植株化驗(yàn)得出對(duì)應(yīng)級(jí)別的吸氮量分別為1.8kg/100kg籽粒、1.7kg/100kg籽粒和1.6kg，100kg籽粒，對(duì)應(yīng)級(jí)別無(wú)氮區(qū)土壤吸氮量分別為121.5kg、102kg和84kg。全肥區(qū)的吸氮量分別為2.0kg/100kg籽粒、1.8kg/100kg籽粒、1.7kg/100kg，籽粒，對(duì)應(yīng)的需氮量分別為165kg、135kg和115.5kg。

計(jì)算得到右江河谷地區(qū)水稻氮肥利用率的25%～35%，考慮到實(shí)際推廣過(guò)程可能有一定的偏差，為提高推薦施肥的準(zhǔn)確度，將氮肥當(dāng)季利用率調(diào)整到可能實(shí)現(xiàn)的低限，即25%。

根據(jù)斯坦福公式：

作物需氮量=（目標(biāo)產(chǎn)量×施肥區(qū)百公斤吸氮量～無(wú)氮基礎(chǔ)地力產(chǎn)量×無(wú)氮區(qū)百公斤吸氮量）/氮肥當(dāng)季利用率

求得水稻單產(chǎn)8250kg/ha時(shí)需氮量為（165kg～121.5kg）/25%=174kg。同理可求得7500kg/ha和6750kg，ha時(shí)對(duì)應(yīng)的土壤總氮需要量分別為132kg和126kg。最后得到不同產(chǎn)量區(qū)間土壤氮肥的推薦施肥指標(biāo)（見(jiàn)表4）。

3 小結(jié)

本研究對(duì)當(dāng)前廣西右江河谷地區(qū)水稻試驗(yàn)點(diǎn)的土壤有效養(yǎng)分進(jìn)行了分析，大部分試驗(yàn)點(diǎn)土壤有效磷含量集中在10-30mg/kg，占總數(shù)的72%，含量大于30mg/kg的占28%，低于10mg/kg的點(diǎn)沒(méi)有；土壤速效鉀含量低于50mg，kg的試驗(yàn)點(diǎn)只占4%，在50～100mg/kg之間的占32%，大于100mg/kg的占64%。因此考慮到右江河谷地區(qū)土壤有效磷和速效鉀豐缺指標(biāo)劃分的實(shí)用性，應(yīng)該弱化極低等級(jí)的肥力水平劃分，將極低和低等級(jí)合二為一。

隨著作物品種不斷的增加，不同年代土壤的肥力指標(biāo)也發(fā)生變化。第二次土壤普查時(shí)，周清湘、黃紹富等同將廣西土壤有效磷劃分為4級(jí)，≤3.0mg，kg為低，3.1～5.0mg/kg為中級(jí)，5.1～10.0mg，kg為高級(jí)，>10.0mg/kg為極高；將廣西土壤速效鉀也劃分為4級(jí)，分別是≤30mg/kg為低，31～50mg/kg為中，51～100mg/kg為高，>100mg/kg為極高。與過(guò)去建立的舊指標(biāo)體系相比而言，現(xiàn)在建立的新指標(biāo)體系分級(jí)區(qū)間已經(jīng)大范圍的朝高含量方向偏移。造成這一現(xiàn)狀的主要原因有可能是當(dāng)前作物產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分含量大幅度提高導(dǎo)致作物磷素需求量增加。

文章通過(guò)田間施肥量調(diào)查、土壤養(yǎng)分測(cè)試和“3414”田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析和計(jì)算，確立廣西右江河谷地區(qū)土壤磷、鉀養(yǎng)分含量豐缺指標(biāo)，初步建立了右江河谷地區(qū)的水稻氮磷鉀施肥指標(biāo)體系。但是由于管理和測(cè)產(chǎn)中的一些誤差難免會(huì)對(duì)結(jié)果有一定的影響，為更好地指導(dǎo)農(nóng)民施肥，為其提供更科學(xué)合理的理論依據(jù)，今后還應(yīng)在實(shí)踐中進(jìn)一步驗(yàn)證和修訂推薦施肥參數(shù)，以獲得更加完善的水稻施肥指標(biāo)體系。