河北平原夏玉米农田土壤磷、钾养分丰缺指标和培肥目标

贾良良 刘克桐 黄少辉 杨云马 杨军芳 张培 郝立岩 邢素丽

摘要：利用2005―2015年测土配方施肥数据分析了河北平原农田土壤有效磷、速效钾含量对夏玉米产量的影响，建立了磷钾养分丰缺指标，并利用边界线分析方法评价了土壤磷钾肥力对夏玉米产量差的影响。结果表明：河北平原农田土壤有效磷、速效钾养分对夏玉米产量的贡献率分别为85.4%和88.8%，建立的土壤磷、钾肥力丰缺指标的缺乏、低、中、高和极高含量分别为：土壤有效磷含量<12.0、12.0～16.0、16.1～22.0、22.1～30.0、>30.0 mg/kg，土壤速效钾含量<86、86～100、101～114、115～131、>131 mg/kg。河北平原区影响夏玉米产量的土壤有效磷含量临界值为 26.9 mg/kg，土壤速效钾含量临界值为112 mg/kg，在生产中要培肥土壤使土壤有效磷和速效钾含量高于此临界值，以减少土壤肥力对作物产量的影响。

关键词：磷;钾;丰缺指标;夏玉米;培肥;河北平原

中图分类号： S513.06文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）05-0075-04

我国在20世纪80年代通过第2次全国土壤普查，建立了适于当时农业生产实际的养分丰缺指标体系，对指导合理施肥起到了重要的作用。进入21世纪以来，河北省农田土壤肥力发生了巨大的变化，土壤有效磷含量升高明显，土壤速效钾含量有升有降[3]，作物产量水平也明显提高[4]，在20世纪农业生产基础上建立的养分丰缺指标已不能适应当前农业生产的需求。河北平原夏玉米常年播种面积在230×105 hm2以上，农田土壤磷钾肥力通常并不认为是影响夏玉米产量的关键因素，但是随着夏玉米产量水平的提高，农田土壤磷钾供应能力不足成为影响夏玉米产量水平发挥的重要因素[5]。因此，本研究通过对2005―2015年在河北省开展的测土配方施肥项目中的“3414”试验进行分析，对河北平原农田土壤磷钾肥力对夏玉米产量的影响进行评价，建立土壤磷钾丰缺指标体系，为指导夏玉米优化施肥提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 数据准备

数据来源于河北省2005—2015年开展的全省测土配方施肥项目的“3414”田间试验，为减少品种差异造成的影响，本研究只选取品种为郑单958的902组试验。为保证数据分析的可靠性，首先采用3倍方差法对异常数据进行筛除，然后对作物产量数据中不施用磷肥、钾肥但产量高于优化施肥的试验数据进行人工剔除，最终在本研究中用于构建夏玉米磷肥、钾肥丰缺指标的试验数据分别为780、881组。

1.2 田间试验

本研究中所选用的试验均在有代表性的农户地块上进行，种植方式为冬小麦与夏玉米轮作，其中夏玉米于6月10日前后播种，10月初收獲，小区面积>30 m2。配方施肥处理的氮、磷、钾肥料施用量按照当地测土配方施肥推荐施用，施用量如表1所示。其中，氮肥采用尿素（N，46%），磷肥采用过磷酸钙（P2O5，12%），钾肥采用氯化钾（K2O，60%），氮肥按照基追比1︰1分基肥和拔节期追肥2次施入，磷钾肥做基肥施入。

玉米播种前，各试验点均采用“S”形取样法采取0～20 cm土层样品，土壤样品风干处理后分别测定土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾的含量等土壤肥力指标。其中土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法、土壤全氮含量采用半微量凯氏法、有效磷含量采用NaHCO3浸提-钼锑抗分光光度法（Olsen法）、速效钾含量采用醋酸铵浸提-火焰光度法[6]。

1.3 数据处理

试验选用不施磷处理、不施钾处理和优化施肥处理，分别计算夏玉米不施用磷钾肥的相对产量，即土壤磷、钾肥力对夏玉米产量的贡献率，以及夏玉米对磷钾肥的产量反应。对夏玉米不施磷钾肥处理的相对产量与土壤有效养分进行回归分析以确定土壤磷钾养分分级指标，分级标准参考陈新平等的分级方法[7]，以相对产量≤65%为缺乏，>65%～75%为低，>75%～85%为中，>85%～95%为高，>95%为极高。另外，对冬小麦和夏玉米不施用磷钾肥处理的产量与土壤有效养分进行边界线分析，以确定土壤磷钾养分含量对优化施肥处理的夏玉米产量差的贡献率。

数据处理用Excel 2010，其中边界线分析拟合数据采用SAS 8.3的非线性回归模型NLIN计算土壤肥力指标与玉米产量边界点的二次型加平台模型。

2 结果与分析

2.1 河北平原土壤磷、钾肥力对夏玉米产量的贡献

从统计结果（表2）来看，河北平原农田土壤有效磷、速效钾含量平均值分别为19.9、117.6 mg/kg，变异系数分别为42.2%、34.7%，说明农田土壤磷、钾肥力存在一定的空间变异性。河北平原夏玉米不施用磷肥、钾肥的平均产量分别为7 105、 7 392 kg/hm2，而配方施肥的产量平均值为 8 320 kg/hm2，施用磷肥和钾肥的产量效应分别为 1 220、924 kg/hm2，土壤磷、钾基础肥力对夏玉米产量的贡献率分别为85.4%、88.8%。

2.2 河北平原夏玉米磷、钾相对产量分布

河北平原农田土壤不施磷处理夏玉米相对产量范围在37.8%～99.8%，其中相对产量在85%～95%的样本比例最高，占总样本数的41.6%，其次是75%～85%，占36.4%，约53.1%的样本相对产量>85%，11.5%的样本相对产量>95%。夏玉米土壤速效钾相对产量在60%～100%，以相对产量85%～95%样本比例最高为47.4%，约691%的样本相对产量>85%，21.7%的样本相对产量>95%（表3）。总体来看，随着土壤有效磷和速效钾含量的提高，夏玉米相对产量呈增加趋势。

2.3 河北平原夏玉米农田土壤磷、钾丰缺指标的确定

以土壤有效磷含量和速效钾含量分别与夏玉米不施用磷肥、钾肥处理的相对产量进行相关分析（图1）， 其决定系数r2均达到显著水平。以相对产量≤65%为缺乏、>65%～75%为低含量水平、>75%～85%为中含量水平、>85%～95%为高含量水平、>95% 为极高含量水平，对夏玉米农田土壤有效磷和速效钾的丰缺指标进行了划分，结果如表4所示。其中土壤有效磷含量的“高”和“极高”水平对应的有效磷含量分别为19.2～70.8 mg/kg和 >70.8 mg/kg，土壤速效钾含量的“高”和“极高”水平对应的速效钾含量分别为73.4～310.2 mg/kg和>310.2 mg/kg，养分丰缺指标划分出现了明显的数据外推，超出了本研究实际的数据范围，也与本地农业生产实际[10]不能匹配，不能用于指导河北平原区的磷钾养分管理。

造成上述问题的原因可能与河北平原相对面积较大、土壤和气候类型相对较多有关，较大尺度上的土壤肥力因素差异造成磷钾肥力因子对相对产量的反应并不完全一致。为解决这一问题，本研究以夏玉米相对产量5%为间隔，对相应范围内的相对产量与对应的土壤有效磷、速效钾含量分别取平均值，然后对取平均值的土壤有效磷、速效钾含量与夏玉米相对产量平均值进行回归分析。如图2所示，取平均值后土壤有效磷、速效钾平均含量与对应的夏玉米相对产量间都获得了较高的决定系数，可以用来对土壤有效磷与速效钾含量的丰缺水平进行划分，其土壤有效磷丰缺指标“极低、低、中、高、极高”水平分别是 < 12.0、12.0～16.0、16.1～22.0、22.1～30.0、>30.0 mg/kg，土壤速效钾含量分别是 < 86、86～100、101～114、115～131、>131 mg/kg。

根据上述丰缺指标划分，河北平原夏玉米农田土壤有效磷、速效钾属于缺乏水平的样本比例分别为8.8%和17.5%，属于低水平的样本比例分别为23.9%和15.5%，中水平的样本比例分别为29.2%和19.0%，高水平的样本比例分别为24.4%和180%，极高水平的样本比例分别为13.6%和300%（表5）。总体来看，河北省夏玉米农田土壤有效磷和速效钾样本中，高、极高含量样本所占比例分别为38.0%和48.1%，而“低”和“缺乏”含量所代表的缺磷和缺钾的样本所占比例分别为32.7%和330%，可见河北省平原区农田土壤磷钾肥力仍有很大的比例不能满足夏玉米高产的需求，需要继续对磷钾肥力进行培育。综合考慮本研究中土壤养分数据的分布范围，可以认为本研究结果适于河北省平原区土壤磷、钾养分丰缺评价。

2.4 河北平原土壤磷、钾肥力对夏玉米产量的贡献率

以边界线分析方法，分别对施肥处理的夏玉米产量边界点与土壤有效磷和速效钾含量进行拟合。如图3所示，土壤有效磷含量对可解释产量差的贡献率约为20.4%，当土壤有效磷含量>26.9 mg/kg时， 夏玉米平台产量为11 440 kg/hm2， 在此基础上

提高土壤有效磷含量并不能显著提高夏玉米的产量潜力。对土壤速效钾来说，土壤速效钾含量对可解释产量差的贡献率仅为8.6%，当速效钾含量>112 mg/kg时，夏玉米平台产量为11 120 kg/hm2，在此基础上提高土壤速效钾含量并不能显著提高夏玉米的产量潜力。由此可以认为，河北平原土壤有效磷含量影响夏玉米产量潜力的临界值为 26.9 mg/kg，土壤速效钾含量临界值为112.0 mg/kg（表6），在土壤培肥时应高于此临界值，以减少由于土壤磷肥力不足造成的产量损失。

3 结论与讨论

土壤养分丰缺指标通常都以黄德明确定的土壤测试值和作物相对产量的拟合关系确定，在生产中发挥了巨大的作用，对推动科学施肥起到了重要的贡献[11]。但本研究发现，传统的土壤测试结果与相对产量指数回归法可能并不能有效地确定丰缺指标，在大尺度、土壤肥力空间变异较大的情况下得到的丰缺指标与实际情况相比偏差较大。孙洪仁等总结的全国尺度上的磷、钾丰缺指标差异极大，高端和低端采用外推数据易造成严重偏差。本研究利用相隔5%的相对产量平均值与对应的养分含量平均值的指数回归方法，解决了外推数据不准确问题，确定河北平原区农田土壤有效磷缺乏、低、中、高和极高等级丰缺指标为<12.0、12.0～16.0、16.1～22.0、22.1～30.0、>30.0 mg/kg，土壤速效钾丰缺指标为<86、86～100、101～114、115～131、>131 mg/kg。其指标范围与周晓芬等的研究结果比较接近，符合华北平原农田土壤肥力生产实际[10]。

通过边界线分析方法确定了土壤有效磷和速效钾含量的临界值，为土壤培肥提供了参考指标。边界线分析方法确定河北平原区影响夏玉米产量的土壤有效磷含量临界值为26.9 mg/kg，土壤速效钾含量为112.0 mg/kg，在生产中要注意通过培肥使土壤有效磷和速效钾含量高于此临界值，以减少由于土壤磷、钾肥力差异对作物产量潜力发挥的影响。土壤有效磷含量对河北平原夏玉米可解释产量差的贡献率为20.4%，土壤速效钾含量对可解释产量差的贡献率仅为8.6%，表明提高土壤有效磷含量对缩小河北平原夏玉米产量差的效果更明显。

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