潜江市几种主要农作物肥料利用率的初步研究

摘要：利用“3414”肥料效应试验，研究了湖北省潜江市中稻、棉花、油菜、小麦对土壤和肥料有效养分表观利用率和作物对氮、磷、钾养分的吸收量。结果表明，氮、磷、钾肥养分当季相对利用率中稻分别为36.1%、12.8%和58.7%，棉花分别为25.1%、18.5%和33.6%，小麦分别为20.1%、11.8%和39.4%，油菜分别为17.8%、4.9%和23.4%。在N、P、K配施的情况下，作物每千克经济产量氮、磷、钾养分吸收量中稻分别为27.9、4.4和30.7 g，棉花分别为53.7、10.6和45.5 g，小麦分别为26.4、3.9和25.0 g，油菜分别为40.7、9.6和37.3 g。

关键词：农作物；“3414”肥料试验；肥料利用效率；潜江市

中图分类号：S143 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）13-3002-05

土壤是农业的基础，肥料是作物的“粮食”。化肥作为农业持续发展的物质保障，是保障作物增产最快、最有效、最重要的物质[1]。科学合理施肥、提高养分利用率已成为发展农业生产、提高作物产量的重要技术路径[2]。土壤与肥料利用率，即作物吸收利用土壤与肥料养分所占土壤有效养分和施用肥料养分总量的比例，是衡量肥料施用是否合理的一项重要指标，其受土壤肥力、养分间的协同作用、施肥技术与施肥量、作物及品种、土壤水分、气候因子、栽培管理措施等诸多因素的影响，是反映作物、土壤、肥料之间关系的动态参数。

湖北省潜江市地处江汉平原腹地，是国家“十一五”重要商品粮、商品油生产基地，常年复种面积15万hm2以上，其中水稻、棉花、油菜、小麦面积达12万hm2，占种植面积的80%。由于在作物施肥管理上仍然存在着许多问题，诸如磷、钾施用总量不足，氮、磷、钾肥比例不平衡[3]，严重阻碍了作物产量的提高和品质的改善，探索作物土壤肥料养分利用率，改变施肥方法，建立不同的肥料运筹模式，提高土壤肥料养分利用率显得尤为重要。“3414”肥料效应试验是以氮、磷、钾为3个养分因子，每个因子分4个梯度，共14处理，属于无重复不完全大田试验设计[4，5]。通过对水稻、棉花、油菜、小麦等作物进行“3414”肥料效应试验，按“差减法”对试验区域土壤和作物养分利用率进行了分析。初步了解了潜江市地区测土配方施肥土壤肥料养分利用率，为进一步规范测土配方施肥技术、优化施肥结构、提高肥料养分利用率提供了科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤与作物

分别于2007年和2008年在湖北省潜江市各乡镇进行了共16个肥料试验，即2007年在潜江市龙湾、周矶、浩口、老新等地中稻作物（轮作方式为油菜/小麦-中稻）和竹根滩、浩口、高石碑、张金等地棉花作物（轮作方式为油菜-棉花）上各进行了4个“3414”试验；2008年在周矶、浩口、杨市等地小麦作物（轮作方式为小麦-棉花）和积玉口、浩口、周矶、龙湾等地油菜作物（轮作方式为油菜-棉花）上各进行了4个“3414”试验；供试土壤为水稻土和潮土。各试验田块于试验前采集耕层土壤农化样品测试土壤养分状况[6]，测定结果见表1。

1.2 供试肥料

试验所用氮、磷、钾肥分别为尿素（含N 46%，中石化集团湖北化肥厂）、过磷酸钙（含P2O5 12%，湖北洋丰股份有限公司）、氯化钾（含K2O 60%，德国钾盐公司）、持力硼（含B 15%，美国硼砂集团）、大粒锌（含Zn 25%，武汉高飞农业有限公司）。

1.3 试验设计

各试验均统一采用“3414”完全试验方案设计，每个试验3因素4水平，共14个小区，即N、P、K 3个因子、每个因子4个水平、共组合成14个处理：N0P0K0、N0P2K2、N1P2K2、N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2、N2P3K2、N2P2K0、N2P2K1、N2P2K3、N3P2K2、N1P1K2、N1P2K1、N2P1K1，其中下标表示施肥水平，“0水平”表示不施肥，“2水平”表示推荐施肥量，“1水平”施肥量为“2水平”的1/2，“3水平”施肥量为“2水平”的1.5倍。各试验不设重复，以试验点之间作为重复。氮、磷、钾各因素“2水平”（即推荐施肥量）肥料施用量的确定依据各试验田块土壤有效养分测定值，对照该区已有的施肥推荐指标（土壤养分丰缺指标和各作物肥料养分施用指标）而进行。各作物各试验田块氮、磷、钾养分“2水平”（推荐用量）施用量详见表2。各试验中水稻、小麦作物均施用适量锌肥，棉花、油菜作物各处理均施用适量硼肥。各试验均按田间试验要求进行，所有试验小区面积均为20 m2，按小区分别收获子粒和秸秆产量。采集N0P0K0、N0P2K2、N2P0K2、N2P2K2、N2P2K0 5个常规处理子粒和茎叶植株样品，以干重记录产量和测试植株氮、磷、钾养分含量。

1.4 测定指标及计算方法

1）作物氮、磷、钾各养分吸收总量。作物某养分吸收总量（kg/hm2）=子粒产量（kg/hm2）×子粒该养分含量（%）+秸秆产量（kg/hm2）×秸秆该养分含量（%）。

2）作物经济产量各养分吸收量。作物经济产量某养分吸收量（g/kg）=作物该养分吸收总量/子粒产量。

3）土壤有效养分利用率。某土壤养分利用率=该养分吸收总量/土壤该有效养分总量×100%；土壤某有效养分总量（kg/hm2）=土壤该有效养分含量（mg/kg）×2 250 000[kg（土）/hm2]×10-6。

4）土壤有效养分协同利用率。某土壤养分协同利用率=仅不施某养分处理该养分吸收总量/土壤该有效养分总量×100%。

5）肥料养分相对利用率。某肥料养分相对利用率=（全施肥处理该养分吸收总量-仅不施该养分处理该养分吸收总量）/全施肥处理该肥料养分施用量×100%。

6）肥料养分协同利用率。某肥料养分协同利用率=（某施肥处理该养分吸收总量-均不施肥处理该养分吸收总量）/该肥料养分施用量×100%。

2 结果与分析

2.1 土壤有效养分利用率

应用各试验氮、磷、钾均不施处理（N0P0K0）结果测算土壤氮、磷、钾各养分利用率，并应用各试验仅不施氮（N0P2K2）、仅不施磷（N2P0K2）和仅不施钾（N2P2K0）处理结果分别测算土壤氮、磷、钾养分协同利用率，结果见表3。由表3可知，不同作物、不同类型、不同肥力水平的土壤有效养分利用率各不相同，并不是一个固定不变的参数。土壤有效氮、磷、钾养分利用率中稻分别为64.2%、49.6%和51.7%（应用各田块平均产量等结果测算的平均利用率。下同），棉花分别为78.6%、60.5%和38.9%，小麦分别为32.7%、26.5%和23.5%，油菜分别为30.9%、40.8%和27.6%。土壤有效养分利用率在不同作物间表现差异也较大，氮表现为棉花>中稻>小麦>油菜，磷表现为棉花>中稻>油菜>小麦，而钾则表现为中稻>棉花>油菜>小麦。总体上，中稻和棉花的养分利用率较高，油菜与小麦的则较低。

进一步分析土壤有效养分利用率与土壤基础养分状况之间的关系，结果表明土壤有效养分利用率与土壤有效养分含量呈负相关，即土壤有效养分含量越高，其有效养分利用率则越低。对土壤有效养分利用率与土壤有效养分含量的自然对数关系进行拟合，其相关性均有较高的决定系数（R2），具体见图1和表4。

对土壤有效养分的协同利用率结果进行分析，结果见表3。由表3可知，土壤氮、磷、钾养分的协同利用率均明显高于氮、磷、钾养分均不施的土壤氮、磷、钾养分的利用率，且与土壤养分含量同样呈负相关关系。土壤有效氮、磷、钾养分协同利用率中稻分别为74.8%、61.2%和65.0%，棉花分别为97.2%、76.3%和47.1%，小麦分别为45.7%、39.5%和35.1%，油菜分别为44.8%、69.9%和42.5%。这是因为施用某两种肥料养分促进了另一土壤养分的吸收利用，发挥了养分间的协同促进作用。说明施肥与不施肥、施用某一种或两种或3种肥料养分，土壤有效养分利用率都处于变化之中。至于其中有极少量测算结果超过100%的，其与实际不符，原因可能有：一是养分间的协同促进作用；二是在作物生长活动期间，土壤中非有效养分转化为有效养分；三是相关试验测试误差所致。这也是按“差减法”测算土壤有效养分利用率的局限所在。

2.2 肥料利用率

2.2.1 各肥料养分相对利用率 应用各作物各试验全施肥处理（N2P2K2）产量等结果，分别相对不施氮处理（N0P2K2）、不施磷处理（N2P0K2）、不施钾处理（N2P2K0）的结果测算各肥料养分当季相对利用率，结果见表5。由表5可知，不同作物、不同类型土壤和不同肥力水平的肥料养分相对利用率各不相同。氮、磷、钾肥养分当季相对利用率中稻分别为36.1%、12.8%和58.7%，棉花分别为25.1%、18.5%和33.6%，小麦分别为20.1%、11.8%和39.4%，油菜分别为17.8%、4.9%和23.4%。中稻平均氮、钾肥养分相对利用率较高，均在30.0%以上，磷肥养分相对利用率偏低；棉花氮肥相对利用率不到30.0%，磷肥相对利用率较高，接近一般磷肥养分当季利用率20.0%；小麦氮、磷肥养分相对利用率均偏低，油菜则更低。分析肥料养分当季相对利用率与施肥量的关系，表现为负相关关系，即施肥量越大，肥料养分相对利用率则越低；施肥量越小，肥料养分相对利用率则越高。因此，从肥料养分相对利用率角度进行测土配方施肥的肥料养分推荐用量有待于进一步优化。少施或减施肥料，肥料养分相对利用率会较高，但势必影响作物产量水平。

2.2.2 各肥料养分协同利用率 应用N0P2K2、 N2P0K2、N2P2K0、N2P2K2处理结果，均相对不施肥处理（N0P0K0）结果，分别测算各试验施用肥料养分的平均协同利用率，结果见表6。由表6可知，各作物各试验田块氮、磷、钾三要素配施的各肥料养分协同利用率比任何两要素配施的肥料养分协同利用率均要高。中稻磷、钾肥养分配施的平均协同利用率分别为5.5%和17.3%，氮、钾肥养分配施的协同利用率分别为19.0%和52.7%，氮、磷肥养分配施的协同利用率分别为26.7%和8.7%，氮、磷、钾肥养分配施的协同利用率分别为47.9%、20.2%和99.0%；棉花磷、钾肥养分配施的平均协同利用率分别为8.9%和16.2%，氮、钾肥养分配施的协同利用率分别为10.2%和10.0%，氮、磷肥养分配施的协同利用率分别为10.4%和6.7%，氮、磷、钾肥养分配施的协同利用率分别为34.5%、27.8%和45.2%；小麦磷、钾肥养分配施的平均协同利用率分别为7.1%和34.7%，氮、钾肥养分配施的协同利用率分别为17.3%和35.5%，氮、磷肥养分配施的协同利用率分别为19.3%和8.1%，氮、磷、钾肥养分配施的协同利用率分别为34.6%、19.7%和81.5%；油菜磷、钾肥养分配施的平均协同利用率分别为10.5%和28.7%，氮、钾肥养分配施的协同利用率分别为25.9%和65.6%，氮、磷肥养分配施的协同利用率分别为25.9%和13.9%，氮、磷、钾肥养分配施的协同利用率分别为32.6%、19.4%和71.5%。虽然部分试验田块土壤养分含量较高，但是氮、磷、钾肥养分三元配施的协同利用率仍是最高，说明在测土配方施肥三要素肥料养分推荐施用中，无论某要素再丰富，都不宜推荐“0”施肥量，应推荐一定的适宜用量，充分发挥三要素养分肥料间的协同增产效益，提高作物产量和养分利用效率。不施氮，仅磷、钾配施的利用率均是最低，说明氮是区域和作物施肥的关键因素。

2.3 作物经济产量氮、磷、钾养分吸收量

分析参试各作物各试验不同施肥处理的氮、磷、钾养分吸收量，结果（表7）表明，各作物差异不是很大。一般情况下，不施肥处理的相对较低，说明在施肥情况下有利于促进作物对养分的吸收利用，提高农产品干物重。在氮、磷、钾肥三要素配施（N2P2K2）的情况下，中稻平均每千克稻谷产量氮、磷、钾养分吸收量分别为27.9、4.4和30.7 g；棉花平均每千克子棉产量氮、磷、钾养分吸收量分别为53.7、10.6和45.5 g；小麦平均每千克小麦产量氮、磷、钾养分吸收量分别为26.4、3.9和25.0 g；油菜平均每千克油菜子产量氮、磷、钾养分吸收量分别为40.7、9.6和37.3 g。

3 小结与讨论

1）应用“3414”试验结果，按“差减法”测算土壤氮、磷、钾有效养分利用率，不同作物、不同土壤、不同肥力水平、不同养分施用配比间的土壤有效养分利用率各不相同，并不是一个固定不变的参数。土壤有效养分利用率与土壤有效养分含量均呈较好的负相关。在氮、磷、钾养分均不施的情况下，土壤有效氮、磷、钾养分利用率以中稻、棉花较高，小麦、油菜较低。在施用氮、磷、钾某两种肥料养分时，土壤有效养分的协同利用率会明显高于氮、磷、钾肥料养分均不施用时的土壤有效氮、磷、钾养分的利用率。

2）测算各作物氮、磷、钾肥养分相对利用率，不同作物、不同土壤和不同肥力水平的肥料养分相对利用率也各不相同。且肥料养分当季相对利用率与施肥量表现为负相关。从本研究结果可知，中稻磷肥养分、棉花氮肥养分、小麦氮与磷肥养分、油菜氮、磷、钾肥养分利用率均有所偏低，说明该区测土配方施肥肥料养分推荐用量还有待于进一步完善。测算各作物各试验田块氮、磷、钾三要素配施的各肥料养分协同利用率比任何两要素配施的所施肥料养分协同利用率均要高。

3）在氮、磷、钾肥三要素配施的情况下，中稻平均每千克稻谷产量氮、磷、钾养分吸收量分别为27.9、4.4和30.7 g；棉花平均每千克子棉产量氮、磷、钾养分吸收量分别为53.7、10.6和45.5 g；小麦平均每千克小麦产量氮、磷、钾养分吸收量分别为26.4、3.9和25.0 g；油菜平均每千克油菜子产量氮、磷、钾养分吸收量分别为40.7、9.6和37.3 g。作物氮、磷、钾养分吸收量均表现为棉花>油菜>中稻>小麦。

4）由于土壤和肥料养分利用率是两个变化不定的参数，按养分平衡法[7]应用这两个参数进行施肥可能并不是最为可行的方法。从本研究养分利用率分析来看，无论某养分再丰富，都不宜推荐为“0”施肥量，而应当均有所施用，以充分发挥三要素肥料养分间的协同增产效益，促进作物稳产高产，同时也利于土壤养分平衡。如果片面追求较高的肥料养分利用率而少施或减施肥料，势必会影响作物产量水平。

参考文献：

[1] 闫 湘，金继运，何 萍，等.提高肥料利用率技术研究进展[J].中国农业科学，2008，41（2）：450-459.

[2] 胥顺发，童 军，杨 利，等.江汉平原棉麦套种方式下小麦对养分的利用率[J].湖北农业科学，2012，51（14）：2938-2942.

[3] 徐华丽，鲁剑巍，李小坤，等.湖北省油菜施肥现状调查[J].中国油料作物学报，2010，32（3）：418-423.

[4] 陈新平，张福锁. 通过“3414”试验建立测土配方施肥技术指标体系[J].中国农技推广，2006，22（4）：36-39.

[5] 王兴仁，张福锁. 现代肥料试验设计[M].北京：中国农业出版社，1995.81-95.

[6] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000.

[7] 蔡信之.合理施肥实用技术[M].上海：上海科学技术出版社，1996.