赵慧渊，党科，冯佰利*

（1.西北农林科技大学农学院/旱区作物逆境生物学国家重点实验室，陕西 杨凌 712100；2.府谷县农业技术推广服务中心，陕西 府谷 719499）

不合理施肥不仅造成农业生产成本增加，还造成肥料浪费和面源污染[1]。随着施肥量的增大，作物产量趋于稳定水平甚至下降，表明产量并非与施肥量呈正比[2，3]。面对人增地减、肥料施用量大但利用率低等矛盾，寻求各区域不同作物合理的施肥水平对农业生产可持续发展具有重要意义。

测土配方施肥是中华人民共和国原农业部2005年起在全国范围内推广的一项重点技术[4]，旨在通过土壤养分测试和肥料田间试验，根据作物需肥规律、土壤供肥性能和肥料效应，提出氮磷钾及中量微量元素等肥料的施用品种、数量、时期和方法[5]，提高肥料利用率，减少化肥用量，从而解决我国化肥施用过程中长期存在的肥料利用率较低、肥料投入总成本过高、土壤酸化板结和水体富营养化等问题[6，7]。田间试验是测土配方施肥的基础，既是获得各种作物最佳施肥量、施肥比例、施肥时期、施肥方法的首要途径，也是筛选土壤养分测试方法、建立测土配方施肥指标体系的基本环节[8，9]。通过田间试验，可以掌握不同作物较优的施肥数量、基追肥分配比例以及肥料种类、施肥时期和施肥方法，确定土壤养分校正系数、土壤供肥能力、不同作物养分吸收量和肥料利用率等基本参数[10～12]。李红梅等[13]采用土壤养分丰缺指标法对重庆油菜“3414”完全实施试验数据进行统计分析，建立了重庆油菜施肥指标体系。刘建平等[14]通过田间试验法和函数模型，明确了冀西北春谷子不同肥力地块春谷子最高产量施肥量和经济最佳产量施肥量的范围。

府谷县位于长城沿线陕北黄土高原东北部和毛乌素沙漠的南缘，属温带半干旱大陆性季风气候，主要特点为春多风、夏干旱、秋阴雨、冬严寒，降水四季分布不均，生态环境脆弱，自然灾害频发，但光照充足、雨热同季、昼夜温差大，适宜多种农作物生长。为减少肥料浪费，提高肥料利用率，降低投入成本，实施测土配方施肥显得极为重要。“3414”方案设计吸收了回归最优设计处理少、效率高的优点，是目前应用较为广泛的肥料效应田间试验方案。在府谷县玉米、马铃薯、糜子3 个主要作物上开展“3414”肥效试验，通过田间试验构建作物施肥模型，旨为府谷县作物生产中氮磷钾施肥技术指标体系的建立提供参数。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验作物类型为玉米、马铃薯和糜子，品种分别为哲单7 号、紫花白、榆糜2 号，均为当地主栽品种。所施肥料为尿素（N 含量46%）、过磷酸钙（P2O5含量12%）和硫酸钾（K2O 含量33%）。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验于2010～2012 年在府谷县进行。试验地海拔780.0～1 426.5 m，土壤主要为黄绵土。全县共布置“3414”试验点25 个，其中玉米试点5 个、马铃薯试点10 个、糜子试点10 个，各试点作物播种前0～20 cm 耕层土壤的养分含量存在一定差异（表1）。

肥料效应田间试验采用“3414”完全实施设计方案（表2）。各试点因基础地力水平不同，所采用的氮磷钾施肥量也不一样。玉米、马铃薯和糜子“3414”肥料效应田间试验的2 水平施肥量均为当地该作物的最佳施肥量（表3）。玉米5 月上旬播种，行距30 cm，种植密度5.5 万株/hm2，9 月下旬收获；马铃薯4 月下旬播种，行距70 cm，种植密度4.7 万株/hm2，10 月初收获；糜子6 月上旬播种，行距30 cm，种植密度60.0 万株/hm2，9 月下旬收获。各作物小区面积均为667 m2，3 次重复。按照作物生长状况和当地栽培习惯进行浇水、除草等田间管理。

1.2.2 测定项目与方法 采用常规方法[11]测定土壤的主要理化性质指标。其中，有机质含量测定采用油浴加热-重铬酸钾氧化法；碱解氮含量测定采用碱解扩散法；速效磷含量测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；速效钾含量测定采用乙酸铵浸提-火焰光度法。收获时单收单打，分区计产。

1.2.3 数据处理

1.2.3.1 数学模型的建立。利用《测土配方施肥数据管理系统软件》系统工具进行“3414”试验数据分析。建立施肥数学模型，对回归方程中的回归系数进行检验，计算最高产量施肥量和最佳经济产量施肥量[15]。

表1 “3414”试验地点分布及其土壤基本养分状况Table 1 Distribution of ‘3414’ fertilizer experiment sites and soil basic nutrient characteristics

表2 “3414”试验完全实施方案的施肥水平Table 2 Fertilizer levels of complete implementation plan of ‘3414’ fertilizer experiment

1.2.3.2 氮磷钾推荐施肥量的确定。根据作物目标产量，确定各肥料的施用量（作物目标产量×每100 kg经济产量的养分吸收量/100）。根据相关研究结果，玉米每100 kg 产量的N、P2O5、K2O 养分吸收量分别为2.20、0.85 和 2.40 kg；马铃薯每 100 kg 产量的 N、P2O5、K2O 养分吸收量分别约为0.55、0.20 和1.06 kg；糜子每100 kg 产量的N、P2O5、K2O 养分吸收量分别约为 2.40、1.20 和 1.85 kg。

氮肥管理遵循总量控制、分期调控原则。

磷钾肥施用量根据磷钾养分恒量监控施肥原理确定。基本思路是根据土壤有效磷和速效钾测试结果及养分丰缺指标进行分级，当土壤有效磷、速效钾含量为较低和极低水平时，磷、钾肥管理的目标是通过增施磷、钾肥提高作物产量和培肥地力，磷、钾肥用量分别为作物带走量的1.3～2.0 倍；当土壤有效磷、速效钾含量为中等水平时，磷、钾肥管理的目标是维持现有土壤有效磷、速效钾水平，磷、钾肥用量为作物带走量；当土壤有效磷、速效钾含量为较高和极高水平时，磷、钾肥用量为作物带走量的50%～80%或完全不施，目的是减少大量施用肥料造成的经济浪费和农业环境污染。

表3 “3414”试验全素处理2 水平的施肥量Table 3 Fertilizer amount of all elements treatment 2 of ‘3414’ fertilizer experiment （kg/hm2）

1.2.3.3 数据统计分析。利用Excel 软件进行数据分析和表格绘制。

2 结果与分析

2.1 “3414”试验的作物产量

不同施肥处理的玉米、马铃薯和糜子产量分别为4 500～9 675、3 945～24 600 和 1 965～4 815 kg/hm2，均差异较大（表4～6）。与不施肥处理相比，各试点施肥处理的糜子产量均有所提高，但部分施肥处理的玉米和马铃薯产量有所降低。

2.2 “3414”试验作物产量与各肥料施用量的关系分析

利用三元二次肥料效应模型，对不同施肥处理的作物平均产量 （Y） 与 N （X1）、P2O5（X2）、K2O （X3）施肥量进行拟合，得到回归方程。根据回归方程，计算得到最高产量的N、P2O5、K2O 施肥量；依据当地作物实时价格，计算得到最佳经济产量的N、P2O5、K2O 施肥量。

2.2.1 玉米“3414”试验结果回归分析 根据各试验点未施肥时的玉米实际产量将试点归类，其中产量＞5 000 kg/hm2的试点为高产试点，产量＜5 000 kg/hm2的试点为中产试点。

高产试点玉米产量（Y）与施肥量（X）的回归方程为Y=514.79+15.988X1-0.152X12-10.83X2-1.483X22-46.56X3+7.341 5X32-0.026X1X2-5.239X1X3+12.536X2X3，R2=0.59。依据回归方程计算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分别为181.5、90.75、34.80 kg/hm2时产量达到最高，为7 870.7 kg/hm2；按照当地玉米实时价格1.90 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分别为 89.7、62.3、32.9 kg/hm2时经济效益最佳，此时产量为7 685.9 kg/hm2。

中产试点玉米产量（Y）与施肥量（X）的回归方程为Y=368.37+20.923X1-2.843X12+40.422X2-5.275X22+18.902X3-8.395X32+3.388 4X1X2+3.919 1X1X3-7.137X2X3，R2=0.76。依据回归方程计算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分别为112.4、90.3、4.7 kg/hm2时产量达到最高，为8 571.6 kg/hm2；按照当地玉米实时价格1.90 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分别为 97.2、83.9、-1.5 kg/hm2时经济效益最佳，此时产量为8 519.4 kg/hm2。

表4 “3414”试验的玉米产量Table 4 Maize yield of ‘3414’ fertilizer experiment （kg/hm2）

表5 “3414”试验的马铃薯产量Table 5 Potato yield of ‘3414’ fertilizer experiment （kg/hm2）

表6 “3414”试验的糜子产量Table 6 Proso millet yield of ‘3414’ fertilizer experiment （kg/hm2）

2.2.2 马铃薯“3414”试验结果回归分析 根据各试验点未施肥时的马铃薯实际产量将试点归类，其中，产量＞12000kg/hm2的试点为中产试点，产量＜12 000 kg/hm2的试点为低产试点。

中产试点马铃薯产量（Y）与施肥量（X）的回归方程为Y=826.44+69.508X1-3.314X12-43.09X2+1.508 5X22+76.997X3+2.223 2X32+2.479 7X1X2-9.163X1X3-1.028X2X3，R2=0.58。依据回归方程计算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分别为135.9、118.8、47.7 kg/hm2时产量达到最高，为16 394.1 kg/hm2；按照当地马铃薯实时价格2 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分别为 124.5、160.4、61.5 kg/hm2时经济效益最佳，此时产量为16 545.9 kg/hm2。

低产试点马铃薯产量（Y）与施肥量（X）的回归方程为Y=845.68+80.416X1-5.442X12-25.59X2+8.361 3X22-R2=0.96。据回归方程计算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分别为108.5、14.0、42.0 kg/hm2时产量达到最高，为12 216.6 kg/hm2；按照当地马铃薯实时价格2 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分别为 103.7、14.4、43.8 kg/hm2时经济效益最佳，此时产量为12 217.1 kg/hm2。

2.2.3 糜子“3414”试验结果回归分析 根据各试验点未施肥时的糜子实际产量将试点归类，其中，产量＞2 200 kg/hm2的试点为中产试点，产量＜2 200 kg/hm2的试点为低产试点。

中产试点糜子产量（Y）与施肥量（X）的回归方程为Y =163.87-0.53X1-0.81X12+29.767X2-0.743X22+23.452X3-23.98X32-0.802X1X2+12.49X1X3-5.854X2X3，R2=0.95。据回归方程计算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分别为104.0、128.0、25.8 kg/hm2时产量达到最高，为4 631.6 kg/hm2；按照当地糜子实时价格5 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分别为 122.7、100.5、25.5 kg/hm2时经济效益最佳，此时产量为4 576.2 kg/hm2。

低产试点糜子产量（Y）与施肥量（X）的回归方程为Y=142.53+10.446X1-0.851X12+9.0616X2-0.405X22+0.36X3-1.198X32-0.17X1X2+0.435 8X1X3-0.134X2X3，R2=0.76。据回归方程计算得到，N、P2O5、K2O 施肥量分别为79.2、150.0、8.3 kg/hm2时产量达到最高，为3 232.4 kg/hm2；按照当地糜子实时价格5 元/kg，N、P2O5、K2O 施肥量分别为 57.9、98.1、-23.6 kg/hm2时经济效益最佳，此时产量为3 046.1 kg/hm2。

2.3 氮磷钾推荐施肥指标的建立

2.3.1 玉米推荐施肥指标 春玉米施肥以基肥为主、追肥为辅。基肥以有机肥为主，一般施优质有机肥22 500 kg/hm2和锌肥15～30 kg/hm2。氮肥基、追施肥量比例推荐为4:6；磷钾肥全部作基肥一次性施用。不同土壤肥力和目标产量水平下，玉米氮、磷、钾肥的推荐施用量不同（表7～9）。

表7 不同目标产量下玉米氮肥（N）的推荐施用量Table 7 Recommended application rate of nitrogen fertilizer of maize under different target yields

表8 不同目标产量下玉米磷肥（P2O）5的推荐施用量Table 8 Recommended application rate of phosphate fertilizer of maize under different target yields

表9 不同目标产量下玉米钾肥（K2O）的推荐施用量Table 9 Recommended application rate of potash fertilizer of maize under different target yields

2.3.2 马铃薯推荐施肥指标 马铃薯施肥以基肥为主、追肥为辅。基肥以有机肥为主，一般施优质有机肥15 000 kg/hm2。追肥以现蕾前追施较好。氮肥总量的2/3 作基肥、1/3 作追肥，开花后不再追施氮肥。磷钾肥全部作基肥一次性施用。不同土壤肥力和目标产量水平下，马铃薯氮、磷、钾肥的推荐施用量不同（表 10～12）。

2.3.3 糜子推荐施肥指标 糜子施肥以基肥为主、追肥为辅。基肥以有机肥为主，一般施优质有机肥75 00 kg/hm2。氮肥总量的2/3 作基肥、1/3 作追肥，分枝期后追施氮肥。磷钾肥全部作基肥一次性施用。土壤中的钾素可以满足糜子生产需求，但考虑到养分总量稳定，每季钾素补充除有机肥中含有的钾素外，剩余钾素由化学肥料一次性作基肥来补充。不同土壤肥力和目标产量水平下，旱地糜子氮、磷、钾肥的推荐施用量不同（表13～15）。

表10 不同目标产量下马铃薯氮肥（N）的推荐施用量Table 10 Recommended application rate of nitrogen fertilizer of potato under different target yields

表11 不同目标产量下马铃薯磷肥（P2O5）的推荐施用量Table 11 Recommended application rate of phosphate fertilizer of potato under different target yields

表12 不同目标产量下马铃薯钾肥（K2O）的推荐施用量Table 12 Recommended application rate of potash fertilizer of potato under different target yields

表13 不同目标产量下糜子氮肥（N）的推荐施用量Table 13 Recommended application rate of nitrogen fertilizer of proso millet under different target yields

表14 不同目标产量下糜子磷肥（P2O5）的推荐施用量Table 14 Recommended application rate of phosphate fertilizer of proso millet under different target yields

表15 不同目标产量下糜子钾肥（K2O）的推荐施用量Table 15 Recommended application rate of potash fertilizer of proso millet under different target yields

3 结论与讨论

氮磷钾肥料配施能够显著促进作物生长发育，提高产量[16～18]。通过土壤养分测定和田间试验，确定氮磷钾肥的适配比例与施肥方式是合理利用肥料和提高产量的关键[19]。本试验结果表明，与不施肥处理相比，各试点施肥处理的糜子产量均有所提高，但部分施肥处理的玉米和马铃薯产量有所降低。施肥过多造成植株对养分过多吸收，地上部营养体徒长，玉米子粒灌浆不充分[20]，马铃薯则由于源库关系不协调导致块茎干物质积累和分配比例减少[3]，产量降低。因此，针对府谷县土壤养分状况以及当地栽培条件确定肥料品种和施肥比例是作物增产增效的关键，还可以针对作物生长发育周期实施不同的肥料配方，提高肥料的吸收利用率。

根据土壤养分基本状况分析，供试土壤地力为低中等水平，氮磷钾含量均比较匮乏，其中马铃薯地块土壤中磷钾有效养分丰缺程度基本表现为低或者极低水平。该地力水平下，玉米、马铃薯和糜子在N3P2K2、N2P2K3和N3P2K2处理下各试点平均产量最高，分别为7 773、18 546 和3 516 kg/hm2。根据回归分析建立的数学模型和作物当地时价得出3 种作物在高、中、低产点的最佳效益施肥量，基于作物产量、最佳效益施肥量、土壤养分状况和函数模型，拟定府谷县玉米的氮、磷、钾推荐施肥量分别为150～270、30～120 和120～240 kg/hm2，马铃薯的氮、磷、钾推荐施肥量分别为 45～120、30～75 和 75～180 kg/hm2，糜子的氮、磷、钾推荐施肥量分别为 75～120、60～120 和 0～45 kg/hm2。其中，氮肥按一定比例作为基肥和追肥分施，但以基肥为主，磷钾肥一般均作为基肥一次性施入。