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      我國籽實(shí)和飼草谷子土壤鉀素豐缺指標(biāo)及推薦施鉀量

      2022-03-27 03:41:52朱凱迪孫洪仁張吉萍冮麗華呂玉才王國軍魏登峰
      關(guān)鍵詞:缺鉀鉀量籽實(shí)

      朱凱迪,孫洪仁,張吉萍,冮麗華,呂玉才,王國軍,魏登峰

      (1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,北京 100193;2.北京理工大學(xué)外國語學(xué)院,北京 102401;3.北京六凱農(nóng)業(yè)科技有限公司,北京 100095;4.北京薯網(wǎng)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院北京 100043;5.深圳六園企業(yè)發(fā)展有限公司,廣東深圳 518038;6.敖漢旗惠隆雜糧種植農(nóng)民專業(yè)合作社,內(nèi)蒙古敖漢 024300)

      谷子[Setaria italic(L.)Beauv.]是起源于我國的古老農(nóng)作物,具有耗水少、抗旱耐瘠、營養(yǎng)豐富均衡、糧飼兼用等特征,是旱作生態(tài)農(nóng)業(yè)的主栽作物。目前我國谷子種植面積近80 萬hm2,產(chǎn)量近240 萬t[1]。肥料是作物的“糧食”??茖W(xué)施肥不僅可以提高谷子產(chǎn)量、質(zhì)量和效益,還能夠有效保護(hù)耕地、水系和大氣生態(tài)環(huán)境。因此,科學(xué)確定施肥量對谷子生產(chǎn)具有重要意義。

      BRAY 先生首創(chuàng)的土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)法是世界各國廣為應(yīng)用的測土推薦施肥經(jīng)典、標(biāo)準(zhǔn)的方法[2]。20世紀(jì)80年代,我國開始作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究[3~4],已經(jīng)建立了玉米、水稻、小麥等作物在多地域土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)[5~7]。但谷子土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究十分薄弱,相關(guān)文獻(xiàn)僅見2 篇。王紀(jì)澤等[8]對赤峰谷子土壤有效磷豐缺指標(biāo)進(jìn)行了初步研究。朱凱迪等[9]采用由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)孫洪仁研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究新方法,建立了我國籽實(shí)和飼草谷子土壤氮素豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)。

      中國農(nóng)業(yè)大學(xué)孫洪仁研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了由“零散實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整合法”“土壤養(yǎng)分豐缺分級改良方案”和“養(yǎng)分平衡-地力差減法新應(yīng)用公式”構(gòu)成的作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究新方法,有效地克服了作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究過程中存在的諸如工程龐大、投資強(qiáng)度大等難題。孫洪仁研究團(tuán)隊(duì)利用該法還成功建立了紫花苜蓿、燕麥、甜菜、甘蔗、蘋果、棉花等作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)[10-15]。本研究擬采用作物土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng)研究新方法,開展我國谷子土壤鉀素豐缺指標(biāo)和推薦施鉀量研究,旨在為我國谷子測土施肥提供科學(xué)依據(jù)。

      1 材料和方法

      搜集我國開展的籽實(shí)、飼草谷子施鉀的試驗(yàn)文獻(xiàn)。選擇含有土壤鉀素含量、施鉀處理產(chǎn)量及缺鉀處理產(chǎn)量(未施鉀肥,其他養(yǎng)分施用量與施鉀處理相同)的試驗(yàn)文獻(xiàn),并提取上述數(shù)據(jù)。采用谷子缺鉀處理相對產(chǎn)量公式

      式中,R-K為缺鉀處理相對產(chǎn)量;Y-K為缺鉀處理產(chǎn)量;YK為施鉀處理產(chǎn)量。

      利用Excel 軟件,選擇適當(dāng)模型分別建立谷子缺鉀處理相對產(chǎn)量與土壤速效鉀和全鉀含量回歸方程。利用所得回歸方程和土壤養(yǎng)分豐缺分級改良方案[16]分別對土壤速效鉀和全鉀豐缺進(jìn)行分級,高端和低端分別至多保留1 個(gè)外推數(shù)據(jù)。

      計(jì)算推薦施鉀量,采用“養(yǎng)分平衡-地力差減法新應(yīng)用公式”[17-18]

      式中,F(xiàn)K為推薦施鉀量;AK為目標(biāo)產(chǎn)量鉀素移出量;R-K為缺鉀處理相對產(chǎn)量;EK為養(yǎng)分當(dāng)季利用率。

      籽實(shí)谷子單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量鉀素(K2O)移出量確定為36 kg/t,干草谷子確定為18 kg/t,青貯谷子確定為6 kg/t[19-20]。籽實(shí)谷子目標(biāo)產(chǎn)量確定為3.00、3.75、4.50、5.25、6.00、6.75、7.50 t/hm2,目標(biāo)產(chǎn)量鉀素(K2O)移出量依次確定為108、135、162、189、216、243、270 kg/hm2;干草谷子目標(biāo)產(chǎn)量確定為6.0、7.5、9.0、10.5、12.0、13.5、15.0 t/hm2,目標(biāo)產(chǎn)量鉀素(K2O)移出量依次確定為108、135、162、189、216、243、270 kg/hm2;青貯谷子目標(biāo)產(chǎn)量確定為15、20、25、30、35、40、45 t/hm2,目標(biāo)產(chǎn)量鉀素(K2O)移出量依次確定為90、120、150、180、210、240、270 kg/hm2。

      選取各豐缺級別缺素處理相對產(chǎn)量下限作為該級別缺素處理相對產(chǎn)量。設(shè)置3 個(gè)鉀肥當(dāng)季利用率,分別為40%、50%、60%。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 我國谷子施鉀的試驗(yàn)文獻(xiàn)與土壤鉀素豐缺指標(biāo)相關(guān)信息

      搜集到我國開展的含有土壤速效鉀(或全鉀)含量和缺鉀處理的谷子施鉀的文獻(xiàn)共23 篇。其中,1980—1999年3 篇[21-23],2000—2009年4 篇[24~27]、2010—2020年16 篇[28~43]。另搜集到盆栽試驗(yàn)文獻(xiàn)1 篇[21]。上述研究涉及縣域21 個(gè),品種21 個(gè)左右,土壤類型約11 個(gè)。從上述文獻(xiàn)中提取出土壤速效鉀含量、缺鉀處理產(chǎn)量和施鉀處理產(chǎn)量數(shù)據(jù)46 組,土壤全鉀含量、缺鉀處理產(chǎn)量和施鉀處理產(chǎn)量數(shù)據(jù)5 組。進(jìn)而得到土壤速效鉀含量與缺鉀處理相對產(chǎn)量配套數(shù)據(jù)46 對,土壤全鉀含量與缺鉀處理相對產(chǎn)量配套數(shù)據(jù)5 對。我國谷子施鉀試驗(yàn)文獻(xiàn)中土壤鉀素豐缺指標(biāo)研究的相關(guān)信息見表1。

      表1 我國谷子施鉀的試驗(yàn)文獻(xiàn)中豐缺指標(biāo)研究相關(guān)信息

      2.2 我國谷子土壤鉀素含量與缺鉀處理相對產(chǎn)量回歸方程

      剔除少量明顯偏離群體數(shù)據(jù)對,建立我國谷子土壤速效鉀、全鉀含量與缺鉀處理相對產(chǎn)量回歸方程,見圖1、圖2 和公式(3)、(4)?;貧w方程分別達(dá)極顯著(P<0.01)和顯著水平(P<0.05)。

      圖1 我國谷子缺鉀處理相對產(chǎn)量與土壤速效鉀含量回歸關(guān)系

      圖2 我國谷子缺鉀處理相對產(chǎn)量與土壤全鉀含量回歸關(guān)系

      2.3 我國谷子土壤鉀素豐缺指標(biāo)

      利用公式(3)、(4)計(jì)算缺鉀處理相對產(chǎn)量100%、95%、90%、80%、70%……10%對應(yīng)的土壤速效鉀含量依次為256.8、189.1、139.3、75.5、41.0、22.2、12.1、6.5、3.5、1.9、1.0 mg/kg;土壤全鉀含量依次為23.97、18.42、14.15、8.36、4.93、2.91、1.72、1.02、0.60、0.35、0.21 g/kg,依據(jù)高端和低端分別至多保留1 個(gè)外推數(shù)據(jù)原則,舍棄超出限額的外推數(shù)據(jù),得到我國谷子土壤速效鉀和全鉀豐缺指標(biāo)(表2)。

      表2 我國谷子土壤速效鉀和全鉀豐缺指標(biāo)

      2.4 我國谷子推薦施鉀量

      谷子推薦施鉀量與土壤鉀素豐缺級別線性負(fù)相關(guān),豐缺級別越高,適宜施鉀量越低,直至為零。谷子推薦施鉀量與目標(biāo)產(chǎn)量線性正相關(guān),目標(biāo)產(chǎn)量越高,推薦施鉀量越高。谷子推薦施鉀量與鉀肥當(dāng)季利用率線性負(fù)相關(guān),鉀肥當(dāng)季利用率越高,推薦施鉀量越低。當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)量檔次、土壤養(yǎng)分豐缺級別和鉀肥當(dāng)季利用率一致時(shí),籽實(shí)谷子、干草谷子和青貯谷子的推薦施鉀量頗為接近。表3~5 為本研究得出的我國籽實(shí)谷子、干草谷子、青貯谷子不同目標(biāo)產(chǎn)量和不同鉀肥當(dāng)季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施鉀量。

      由表3~5 可知,當(dāng)鉀肥當(dāng)季利用率50%時(shí),籽實(shí)谷子目標(biāo)產(chǎn)量3.00~7.50 t/hm2第1~7 級土壤推薦施鉀量分別為0、22~54、43~108、65~162、86~216、108~270 和130~324 kg/hm2;干草谷子目標(biāo)產(chǎn)量6.0~15.0 t/hm2第1~7 級土壤推薦施鉀量分別為0、22~54、43~108、65~162、86~216、108~270 和130~324 kg/hm2;青貯谷子目標(biāo)產(chǎn)量15~45 t/hm2第1~7 級土壤推薦施鉀量分別為0、18~54、36~108、54~162、72~216、90~270 和108~324 kg/hm2。

      表3 我國籽實(shí)谷子不同目標(biāo)產(chǎn)量和不同鉀肥當(dāng)季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施鉀量

      3 討論

      3.1 我國谷子土壤鉀素豐缺指標(biāo)

      目前,我國谷子土壤速效鉀豐缺指標(biāo)研究尚未見報(bào)道。張福鎖等[20]將我國北方旱地谷子土壤速效鉀最高級別指標(biāo)下限設(shè)定為200 mg/kg。本研究結(jié)果(257 mg/kg)明顯高于該設(shè)定下限。我國玉米[5]、水稻[6]、小麥[7]、紫花苜蓿[10]和甜菜[12]缺鉀處理相對產(chǎn)量100%對應(yīng)的土壤速效鉀含量集中于150~300 mg/kg,本研究結(jié)果在該范圍之內(nèi)。

      作物土壤全鉀豐缺指標(biāo)研究也未見報(bào)道。黃德明[4]的研究表明,土壤全鉀含量在5.1~26.6 g/kg,全國各地小麥、玉米、水稻三大作物缺鉀處理相對產(chǎn)量為70.4%~101.2%,本研究結(jié)果與其十分接近。鑒于本研究的樣本數(shù)量過少,僅為5 個(gè),因而谷子土壤全鉀豐缺指標(biāo)研究有待于進(jìn)一步開展。

      表4 我國干草谷子不同目標(biāo)產(chǎn)量和不同鉀肥當(dāng)季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施鉀量

      3.2 我國谷子推薦施鉀量

      張福鎖等[20]研究表明,北方旱地籽實(shí)谷子目標(biāo)產(chǎn)量為3.00~6.00 t/hm2時(shí)的推薦施鉀量為0~90.0 kg/hm2。當(dāng)鉀肥當(dāng)季利用率為50%時(shí),本研究第1~3 級土壤的推薦施鉀量與其大體相當(dāng)。

      本研究引用谷子施鉀試驗(yàn)文獻(xiàn)[21-43]的推薦施鉀量為15.0~300.0 kg/hm2,除試驗(yàn)文獻(xiàn)[34,36]兩組數(shù)據(jù)為籽實(shí)加秸稈全株地上生物量外,余者皆為籽實(shí)產(chǎn)量,施鉀籽實(shí)谷子產(chǎn)量為3.00~9.00 t/hm2。我國谷子土壤鉀素豐缺級別大多為1~3 級,第7 級為外推而來。當(dāng)鉀肥當(dāng)季利用率為50%時(shí),本研究第1~6 級土壤的推薦施鉀量與其較為接近。

      目前,我國干草谷子和青貯谷子推薦施鉀量研究也未見報(bào)道。本研究表明,當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)量檔次、土壤養(yǎng)分豐缺級別和鉀肥當(dāng)季利用率一致時(shí),籽實(shí)谷子、干草谷子和青貯谷子的推薦施鉀量頗為接近。鑒于干草谷子和青貯谷子與籽實(shí)谷子生產(chǎn)對包括鉀素在內(nèi)的養(yǎng)分需求差別不是很大,可以認(rèn)定本研究中干草谷子和青貯谷子推薦施鉀量的結(jié)果較為可靠。

      4 結(jié)論

      當(dāng)鉀肥當(dāng)季利用率達(dá)50%時(shí),籽實(shí)谷子目標(biāo)產(chǎn)量3.00~7.50 t/hm2第1~7 級土壤推薦施鉀量分別為0、22~54、43~108、65~162、86~216、108~270 和130~324 kg/hm2;干草谷子目標(biāo)產(chǎn)量6.0~15.0 t/hm2第1~7 級土壤推薦施鉀量分別為0、22~54、43~108、65~162、86~216、108~270 和130~324 kg/hm2;青貯谷子目標(biāo)產(chǎn)量15~45 t/hm2第1~7 級土壤推薦施鉀量分別為0、18~54、36~108、54~162、72~216、90~270和108~324 kg/hm2。

      表5 我國青貯谷子不同目標(biāo)產(chǎn)量和不同鉀肥當(dāng)季利用率情形下不同豐缺級別土壤的推薦施鉀量

      本研究初步建立了我國籽實(shí)、飼草谷子土壤鉀素豐缺指標(biāo)推薦施肥系統(tǒng),為我國谷子測土施鉀奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

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