陈志辉，吴远帆，郭欢乐，曹钟洋

（1湖南省作物研究所，长沙410125；2湖南省土壤肥料工作站，长沙410005）



湖南省春玉米主产区最佳施肥量研究

陈志辉1，吴远帆2，郭欢乐1，曹钟洋1

（1湖南省作物研究所，长沙410125；2湖南省土壤肥料工作站，长沙410005）

摘 要：对湖南省最近几年开展的玉米“3414”肥料试验结果数据进行汇总，利用三元二次方程模型对不同肥力等级土壤中氮磷钾施用量与产量关系进行模拟分析，基于模型分析高、中、低土壤肥力条件下获得最高产量和最佳经济效益产量时分别对应的N，P2O5和K2O施肥量。结果表明：高肥力土壤获得最高产量和最佳经济效益产量对应的氮磷钾肥施用量分别为198. 645，84. 975，94. 74和168. 135，75. 15，80. 43 kg/ hm2；中等肥力土壤获得最高产量和最佳经济效益产量对应的施肥量分别为217. 74，86. 025，108. 495和189. 825，79. 965，91. 14 kg/ hm2；低肥力土壤获得最高产量和最佳经济效益产量对应的施肥量分别为217. 53，103. 98，135和198. 39，92. 31，128. 19 kg/ hm2。高中低3种类型土壤的最佳经济效益产量分别为7388. 7，7519. 5和7763. 7 kg/ hm2。

关键词：春玉米；施肥；产量；湖南

玉米是最重要的饲料作物。随着我国人们生活水平的不断提高，肉禽蛋的需求量猛增，玉米需求量也急剧增加。由于玉米适应性好、易于栽培等优势，近年来受到了越来越多的重视，种植面积增加迅猛，已经成为湖南省第二大、全国第一大粮食作物。

玉米是对肥料比较敏感的作物，尤其是对氮肥和磷肥十分敏感，施肥不当往往对玉米生产造成较大损失［1～3］。因此，研究玉米肥料效应，探讨本地区最佳施肥方式对促进湖南省玉米生产具有十分重要的现实意义。

我国测土配方施肥工作已经开展了10年，“3414”肥料试验已经成为全国农业技术推广中心进行技术推广的主要实验方案。我国的“3414”肥料试验是在国外“3411”肥料试验的基础上进行改进，增加了第13和14个肥料处理，该试验方案具有试验处理少，效率高，信息量大等优点［4］，不仅可以推算最高和最佳产量，还可以用来分析单肥料因素和多肥料因素的材料的影响，具有很高的实用价值，并且在全国很多作物中已经取得了大量研究成果［5～8］，为我国农业生产做出了较大贡献。

本研究依托湖南省多年多点春玉米“3414”肥料试验结果，通过分析施肥量与产量的关系，试图寻找适合本地区特点的最佳施肥量，为本地区玉米生产提供参考。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

试验所用玉米品种，均选择各试验地区栽培面积较大的品种（表1）。

1. 2 试验方法

（1）试验地点。2005至2011年，在湖南省不同生态区，选择玉米种植面积较大、有代表性的24个县（市、区）（表1），开展春玉米“3414”肥料试验，共获得110组数据。

表1 试验地点与品种

（2）试验设计。本试验参考“3414”肥料试验设计进行［4］，设氮磷钾3因素、4水平共14个处理。14个处理以及产量结果如表2所示。4个处理水平分为0、1、2和3，分别代表不施肥，施用2水平的0. 5倍，当地最佳施肥量和施用2水平的1. 5倍。试验采取随机区组排列，每个处理3次重复，小区面积为16. 5 m2。

田间管理与当地大田管理一致，收获考种后将产量折合成每公顷产量进行分析。试验开展前取试验点土样进行检测，检测内容包括全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾和有机质等以及土壤pH值。

1. 3 数据处理

（1）土壤肥力水平分级。参考北京市土壤养分评分规则和土壤养分等级划分标准优化后进行［9］。具体打分方式为：取打分标准中各养分含量与之相应打分分值进行方程模拟，选出最优方程，然后将实际测得养分含量数值代入方程中，计算出得分（超出100分的分值按100分计算）。最终综合有机质、碱解氮、有效磷和速效钾4个指标分值进行加权计算，根据最终计算结果将土壤肥力分为高中低3个水平。利用方差分析比较3种类型土壤在不施肥情况下的产量差异，根据分析结果来判断土壤肥力分类是否成功。

（2）施肥量与产量回归模拟分析。对“3414”试验数据中产量和施肥量进行三元二次模型拟合，分析产量与施肥量的关系。分别拟合所有土壤总体和分高、中、低3种土壤肥力类型中肥料施用量与产量的关系，并计算产量最高和效益最高时的施肥量。

用三元二次方程来拟合3种肥料用量与产量的关系，三元二次方程为：

式中：y为各处理的相对产量（由于各个试验点使用品种不一致，所以本试验用施肥后的产量（处理2至14的产量）与不施肥的产量（处理1的产量）的比值得出相对产量，根据相对产量进行分析），x1、x2和x3分别代表N、P2O5和K2O的用量（kg/ hm2）。根据肥料报酬递减律以及二次数学函数曲线的特点，如果F检验结果显著，并且符合肥料报酬递减规律即b1、b2、和b3均为正值且b7、b8和b9均为负值，则可认为三元二次方程拟合成功。

（3）经济效益计算。玉米价格按2. 4元/ kg，N、P2O5和K2O的价格分别按照近年水平4. 35元/ kg、4. 29元/ kg和6元/ kg计算。

（4）数据分析。数据处理中方差分析、方程拟合和图表制作利用Excel2010和DPS数据分析软件完成。

2 结果与分析

2. 1 土壤肥力水平分类结果

由上述计算公式，将所有110组数据对应的土壤划分为低肥力、中肥力和高肥力3种类型。

各土壤类型对应的处理1（不施肥）平均产量分别为3945、4215和4860 kg/ hm2，方差分析结果显示F =4. 04 > F0. 05= 3. 08，p = 0. 02，差异达到显著水平，说明土壤肥力水平分类成功。

2. 2 产量结果

土壤肥料处理方法和对应的不同土壤类型的产量结果见表2。

表2 “3414”肥料实验设计及相对产量

2. 3 肥料模型的拟合

将“3414”各处理的施肥量与产量进行三元二次肥料模型的拟合，方程中以氮磷钾施肥量为自变量，以产量为因变量得到三元二次肥料方程模型（x1、x2、x3分别代表N、P2O5和K2O的施用量（kg/ hm2））：

土壤肥料与产量综合三元二次方程：

解方程得：N、P2O5和K2O分别为213. 465，88. 65和112. 875 kg/ hm2时产量取得最大值1. 758；N、P2O5和K2O分别为189. 525，78. 345和96. 19 5 kg/ hm2时取得最佳产量1. 747。

低肥力土壤肥料数据与产量三元二次方程：

解方程得：N、P2O5和K2O分别为217. 53，103. 98和135 kg/ hm2时产量取得最大值1. 979；N、P2O5和K2O分别为：198. 39，92. 31和128. 19 kg/ hm2时取得最佳产量1. 968。

中肥力土壤肥料数据与产量三元二次方程：

解方程得：N、P2O5和K2O分别为217. 74， 86. 025和108. 495 kg/ hm2时产量取得最大值1. 796；N、P2O5和K2O分别为189. 825，79. 965和91. 14 kg/ hm2时取得最佳产量1. 784。

高肥力土壤肥料数据与产量三元二次方程：

解方程得：N、P2O5和K2O分别为198. 645，84. 975和94. 74 kg/ hm2时产量取得最大值1. 531；N、P2O5和K2O分别为168. 135，75. 15和80. 43 kg/ hm2时取得最佳产量1. 520。

以上F检验结果中F值均大于F0. 05临界值，说明产量与氮磷钾施用量具有显著的回归关系。方程中一次项系数均为正值，二次项系数均为负值，符合肥料报酬递减规律，说明以上方程均拟合成功。

2. 4 不同肥力土壤最高产量和最佳经济效益产量施肥量对比分析

各土壤类型最高产量和最佳经济效益产量的施肥量对比见表3。最高产量和最佳经济效益产量对应的施肥量总体符合低肥力>中肥力>高肥力的趋势，施肥量与土壤自身养分供应能力相吻合，说明试验结果可信。

由最高产量对应的施肥量可知，低肥力土壤获得最高产量时，需比中肥力和高肥力土壤施用更多的肥料，尤其是要加大磷肥和钾肥的比例；最高产量对应的施肥量均多于试验设计的2水平，说明在挖掘产量潜力时要注意保证充足的养分供应并适当加大肥料的投入。

表3 最高产量和最佳经济效益产量对应的施肥量

由最佳经济效益产量对应的施肥量可知，低肥力和中肥力土壤的施肥量均多于试验设计的2水平，高肥力土壤的氮肥和钾肥施肥量则低于试验设计的2水平，说明对于中低肥力土壤施肥量，应当在本地区的通常施肥量的基础上适当增加投入，以最大可能挖掘边际效益；高肥力土壤则应适当减少氮肥和钾肥投入，以最大可能发挥土壤自身潜力，来获得最佳经济效益。

3 结论与讨论

玉米“3414”肥料试验在我国各地已经开展多年，得出了许多有益的结果，取得了很好的社会效益。本研究通过汇总分析湖南省近年来开展的“3414”肥料试验结果，初步得出本地区高、中、低肥力土壤最高产量和最佳产量时的施肥量，可以为湖南省玉米生产中的肥料施用提供有益参考。

3. 1 与当地推荐施肥量比较

“3414”肥料试验设计，各因素2处理水平的用量为当地的通常施肥量，从本试验分析结果可知，与本研究推荐的最佳施肥量相比，在中、低肥力水平上要求适当增加施肥量，而在高肥力水平上要求适当降低施肥量。

3. 2 各因素肥料胁迫的反应

根据肥料试验处理结果（表2），比较处理2、4 和8（氮空白处理，磷空白处理和钾空白处理）的产量可知，在各土壤肥力条件下处理2产量均低于处理4和8。可见玉米缺氮对产量的影响要大于缺磷和缺钾，特别是低肥力土壤表现尤其明显，因此在施肥时应特别注意保证氮肥的充足供应。

比较3种类型土壤中处理2至14的产量平均增长率可知，产量增长比例为低肥力>中肥力>高肥力，低肥力土壤对于肥料处理最为敏感，处理之间相比产量差异比较明显，而高肥力土壤则相对平稳，因此低肥力土壤应保证充足的肥料用量并且重视肥料合理搭配，而高肥力土壤应当注意充分挖掘土壤养分供应的潜力，尽量避免肥料的过量施用而造成浪费。

比较处理2、3、6、11，4、5、6、7和6、8、9、10等3组数据（表2）可知，产量并不随着施肥量的增加而无限增长，任何一种肥料的过量使用都可能引起减产，这与肥料报酬递减规律相吻合。最佳经济效益也通常不在产量最高点，投入过多反而会造成经济损失，因此在施肥过程中不应当一味追求高产，应当把握好施肥的量，争取以最少的投入获得最大的经济效益。

值得注意的是，本试验计算得出的最高产量和最佳产量，3种肥力类型土壤差异不是很大，基本都在7500 kg/ hm2左右，并且低肥力土壤均略微高于高肥力土壤，说明低肥力土壤在合理施肥的前提下仍然具有较高的产量潜力，土壤肥力水平与产量水平可能没有必然的正相关关系，合理的田间管理措施可以弥补土壤在肥力上的劣势。

3. 3 关于最佳施肥量

从全国各地的试验结果来看，最佳施肥量差异较大［10～23］。究其原因，一方面各个试验点土壤情况和气候状况各不相同，田间栽培管理措施也不一致，以及品种自身的差异，导致肥料利用状况和玉米生长状况千差万别；另一方面肥料价格和玉米价格的年际波动导致计算参数变化较大，对试验结果经常造成较大影响。因此，各个地区的试验结果只能作为其他地区的参考，而不能照搬使用。

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Study on Optimal Fertilizer Rate for Main Spring Maize Production Area in Hunan Province

CHEN Zhihui1，WU Yuanfan2，GUO Huanle1，CAO Zhongyang1
（1 Crops Research Institute of Hunan Province，Changsha，Hunan 410125，China；2 Soil and Fertilizer Workstation of Hunan Province，Changsha，Hunan 410005，China）

Abstract：The experiment results of“3414”fertilizer test for maize finished in recent years in Hunan province were summarized，and the relationship between crop yield and N，P and K fertilizer rate under different soil fertility levels were analyzed by ternary quadratic equation model，and the fertilizer amount of highest yield and best economic benefit of corresponding soil were figured out. The results showed that the N，P and K fertilizer amount for highest yield and best economic benefit in soil with high fertility level were 198. 645，84. 975，94. 74 and 168. 135，75. 15，80. 43 kg/ hm2respectively，those in soil with middle fertility level were 217. 74，86. 025，108. 495 and 189. 825，79. 965，91. 14 kg/ hm2respectively，and those in soil with low fertility level were 217. 53，103. 98，135. 00 and 198. 39，92. 31，128. 19 kg/ hm2respectively. The economically optimum yields reached 7388. 7，7519. 5 and 7763. 7 kg/ hm2respectively.

Keywords：spring maize；fertilization；yield；Hunan

基金项目：国家产业体系（CARS -02）；国家科技支撑计划（2012BAD20B05 -01 -02）；湖南省农科院科技创新专项（2012hnnkycx18）。

作者简介：陈志辉（1964 -），男，博士，研究员，主要从事玉米育种与栽培研究，Email：czhui2008@163. com。

收稿日期：2015 07 25

文章编号：1001-5280（2016）01-0022-05

DOI：10. 16848/ j. cnki. issn. 1001-5280. 2016. 01. 007

中图分类号：S513. 062

文献标识码：A