中国5个区域马铃薯土壤氮素丰缺指标与适宜施氮量

孙洪仁，冮丽华，张吉萍，吕玉才，王应海

（1.中国农业大学草地研究所，北京 100193；2.中国薯网·内蒙古金豆农业科技有限公司，内蒙古 呼和浩特 010020；3.凯风新农（北京）科技有限公司，北京 100095；4.北京东方润泽生态科技股份有限公司，北京 100086）

中国于20世纪80年代开始开展马铃薯土壤氮素丰缺指标与适宜施氮量研究[1]。30年来，许多研究文献见诸学术刊物[1-14]。由于缺乏系统总结，许多问题不能得以明确回答，如30年来马铃薯土壤氮素丰缺指标与适宜施氮量是否已经发生明显变化；不同区域的马铃薯土壤氮素丰缺指标差异有多大；哪些自然区域的马铃薯土壤氮素丰缺指标已经建立起来，是否存在空白区域；中国马铃薯土壤氮素丰缺级别分布状况如何；采用的丰缺指标分级方案各不相同，如何进行比较；不同丰缺级别的土壤马铃薯适宜施氮量范围等，不一而足。本研究拟对30年来的中国马铃薯土壤氮素丰缺指标与适宜施氮量研究进行系统总结，旨在对上述问题予以明确回答。

1 材料与方法

1.1 土壤养分丰缺指标

1.1.1 土壤养分含量与缺氮处理相对产量回归方程

利用中国知网等数据库资源，搜集中国各地开展的马铃薯土壤氮素丰缺指标研究文献，从中提取土壤碱解氮（或全氮、有机质）含量与缺氮处理相对产量回归方程，以及碱解氮（或全氮、有机质）含量和缺氮处理相对产量的范围。

1.1.2 选取土壤养分丰缺分级方案

参考测土施肥土壤有效养分丰缺分级改良方案[15]，均等化各丰缺级别的缺素处理相对产量跨度为10%，旨在保障推荐施肥精准度，使相邻级别之间的养分推荐施用量差距大体上控制在30～90 kg/hm2。做一点调整，将最高丰缺级别的缺素处理相对产量下限由95%调整为100%，旨在获得高产和高收益。由于缺素处理相对产量低于50%出现的比例很低，因此将＜50%者归并为一级，于是得到第1～7级的缺素处理相对产量范围依次为≥100%，90%～100%，80%～90%，70%～80%，60%～70%，50%～60%和＜50%。

1.1.3 确定有效养分丰缺指标

将土壤有效养分丰缺分级方案中，第1～7级的缺素处理相对产量的起讫点数值100%，90%，80%，70%，60%和50%，分别代入土壤氮素含量与缺氮处理相对产量回归方程，计算土壤氮素含量，所得数值即为第1～7级土壤氮素丰缺指标的起讫点。对于超出土壤氮素含量和缺氮处理相对产量试验范围的外推数据，高端和低端分别允许保留1个。

1.2 适宜施氮量

1.2.1 计算公式

采用“养分平衡—地力差减法”确定适宜施肥量的新应用公式[16]（式（1））和“土壤养分丰缺指标法”不同丰缺级别土壤适宜施肥量检索表[17]，确定不同丰缺级别土壤的适宜施氮量。

式（1）中F为适宜施用养分量，A为目标产量作物移出养分量，R为缺素处理相对产量，E为养分当季利用率。

1.2.2 确定缺氮处理相对产量

选取各个丰缺级别的缺氮处理相对产量下限作为该级别的缺氮处理相对产量，第1～7级依次确定为100%，90%，80%，70%，60%，50%和40%。

1.2.3 确定目标产量

将全肥处理产量作为马铃薯目标产量。全国各地马铃薯目标产量差异很大，雨养农田低者不足15 t/hm2，而灌溉农田高者可达60 t/hm2以上。根据生产实践需要，确定7个具体目标产量，分别为15.0，22.5，30.0，37.5，45.0，52.5和60.0t/hm2。

1.2.4 确定单位经济产量作物移出氮量

单位经济产量马铃薯移出氮量（N）存在差异，通常介于5～7kg/t，本研究确定为6kg/t[4,18-21]。

1.2.5 确定目标产量作物移出氮量

15.0，22.5，30.0，37.5，45.0，52.5和60.0 t/hm27个具体目标产量马铃薯移出氮量（N）依次为90，135，180，225，270，315和360kg/hm2。

1.2.6 确定氮肥当季利用率

中国马铃薯氮肥当季利用率差异较大，高者可达50%以上，低者不足30%。当前生产条件下，施肥制度相对合理时，氮肥当季利用率大体上在30%～50%。本研究设置30%，40%和50%3个氮肥当季利用率。

2 结果与分析

2.1 土壤氮素含量与缺氮处理相对产量回归方程

如表1所示，搜集提取出5个省、市、自治区马铃薯土壤碱解氮和全氮含量与缺氮处理相对产量回归方程的数量分别为9和6个，合计15个。

采用自然对数模型的回归方程13个，采用自然指数者2个。样本数量（试验点数）10～14，15～20，21～30，31～40，41～70，71～100，101～200个和原文献未注明的研究数量依次为3，0，5，1，0，3，1和2个。显著水平达到极显著（P＜0.01）、显著（P＜0.05）和原文献未注明的回归方程数量分别为13，0和2个。决定系数≥0.5，＜0.5和原文献未注明的回归方程数量分别为8，3和4个。

表1 中国5个区域马铃薯土壤氮素含量与缺氮处理相对产量回归方程Table 1 Regression equation between soil nitrogen content and relative yield of complete nutrients treatment except nitrogen for potato in five regions of China

碱解氮含量下限20～40，41～50，51～60，61～90mg/kg和原文献未注明的研究数量依次为2，2，1，2和2个；上限121～130，131～160，161～200，201～300 mg/kg和原文献未注明者依次为1，2，3，1和2个。

缺氮处理相对产量下限21%～29%，30%～39%，40%～49%，50%～59%，60%～69%和原文献未注明的研究数量依次为1，0，5，0，2和7个；上限80%～89%，90%～99%，≥100%和原文献未注明者分别为1，6，1和7个。

内蒙古、福建和重庆3个省、市、自治区的马铃薯土壤氮素含量与缺氮处理相对产量回归方程研究较多且系统，甘肃和陕西2省开展了一些市域和县域研究，其他地区皆为空白。

2.2 土壤碱解氮和全氮丰缺指标

如表2所示，建立中国5个区域马铃薯土壤氮素丰缺指标15套，其中碱解氮9套、全氮6套。注明土壤碱解氮（或全氮）含量或缺氮处理相对产量的9项研究皆含外推数据，其中一端含有者4套，两端含有者5套；低端不含者5套，高端不含者0套。不用外推数据，分级数量3，4，5和6个分别为1，2，2和4套，第1～7级划出比例依次为0%，67%，100%，100%，100%，78%和56%。

表2 中国5个区域马铃薯土壤碱解氮（mg/kg）[或全氮（g/kg）]丰缺指标Table 2 Abundance-deficiency indices of soil alkaline hydrolysis nitrogen(mg/kg)[or total nitrogen(g/kg)]for potato in five regions of China

采用外推数据，第1级碱解氮含量下限130～150，151～200，201～250，251～400 和 401～450 mg/kg的丰缺指标数量分别为2，2，2，2和1个，第7级碱解氮含量上限30～40，41～50，51～60，61～70 和71～80 mg/kg者分别为3，3，1，1和1个；第1级全氮含量下限1.6，2.0～2.5和2.6～3.5 g/kg的丰缺指标数量分别为3，2和1个，第7级全氮含量上限0.4，0.5和0.7g/kg分别为3，2和1个。

南方马铃薯土壤碱解氮高级别丰缺指标高于北方，福建冬种马铃薯尤高。20世纪80年代呼和浩特之灌溉农田土壤碱解氮高级别丰缺指标最低。马铃薯土壤全氮丰缺指标集中于内蒙古。阴山北麓雨养农田土壤全氮高级别丰缺指标明显高于其他地区，但地处阴山北麓之四子王旗和固阳的雨养农田土壤全氮高级别丰缺指标却最低。固阳灌溉农田土壤全氮丰缺指标略高于雨养农田。四子王旗和固阳的雨养农田土壤全氮最高级别丰缺指标与20世纪80年代呼和浩特之灌溉农田同为最低。

2.3 不同丰缺级别土壤适宜施氮量

中国马铃薯不同丰缺级别土壤适宜施氮量如表3所示。适宜施氮量与土壤氮素丰缺级别线性负相关。当目标产量和氮肥当季利用率一定时，土壤氮素丰缺级别越高，适宜施氮量越小；土壤氮素丰缺级别越低，适宜施氮量越大。以土壤氮素丰缺级别第2级之适宜施氮量为基数，每降低1个级别，适宜施氮量提高1倍，第3～7级的适宜施氮量依次是第2级的2～6倍。

适宜施氮量与目标产量线性正相关。当土壤氮素丰缺级别和氮肥当季利用率一定时，目标产量越大，适宜施氮量越大；目标产量越小，适宜施氮量越小。以目标产量15.0 t/hm2的适宜施氮量为基数，目标产量22.5，30.0，37.5，45.0，52.5和60.0 t/hm2的适宜施氮量依次为其1.5，2.0，2.5，3.0，3.5和4.0倍。

表3 中国马铃薯不同丰缺级别土壤适宜施氮量（N，kg/hm2）Table 3 Appropriate nitrogen application rate in soils with different abundance-deficiency levels for potato in China(N,kg/ha)

适宜施氮量与氮肥当季利用率线性负相关。当土壤氮素丰缺级别和目标产量一定时，氮肥当季利用率越高，适宜施氮量越小；氮肥当季利用率越低，适宜施氮量越大。以氮肥当季利用率30%之适宜施氮量为基数，氮肥当季利用率40%和50%之适宜施氮量分别为其75%和60%。

目标产量60.0 t/hm2、氮肥当季利用率30%、土壤氮素丰缺级别第7级的适宜施氮量最高，≥720kg/hm2；任意目标产量和氮肥当季利用率、土壤氮素丰缺级别第1级的适宜施氮量最低，为零。

当马铃薯目标产量15.0～60.0 t/hm2、氮肥当季利用率40%时，土壤氮素丰缺级别第1～7级的适宜施氮量范围依次为0～0，23～90，45～180，68～270，90～360，113～450和135～540kg/hm2。

3 讨 论

3.1 中国马铃薯土壤氮素丰缺指标的历史变化

无论是全氮还是碱解氮，20世纪80年代的马铃薯土壤氮素最高级别丰缺指标皆为最低。据此初步推断，自20世纪80年代至今，30年来中国马铃薯土壤氮素丰缺指标出现了上升趋势。

3.2 中国马铃薯土壤氮素丰缺指标的区域差异与空白区域

本研究表明，不同区域马铃薯土壤氮素丰缺指标差异很大。以缺氮处理相对产量90%的土壤氮素含量指标为例，全氮高者达2.2g/kg，低者仅1.2mg/kg；碱解氮高者超过260mg/kg，低者不足120mg/kg。

本研究亦表明，除内蒙古、福建和重庆三省、市、自治区外，中国马铃薯土壤氮素丰缺指标研究存在很多空白区域，如东北平原、黄淮海平原、长江中下游平原、云贵高原、青藏高原以及西北荒漠绿洲、黄土高原和四川盆地的主体区域等。

3.3 中国马铃薯土壤氮素丰缺级别的分布

本研究表明，在注明土壤碱解氮（或全氮）含量或缺氮处理相对产量的8项研究中，不用外推数据，第1级划出比例极低（0%）；第2、5和6级亦不高（56%～78%）；第3～5级极高（100%）。据此可以推断，中国马铃薯土壤普遍缺氮；土壤氮素丰缺级别集中于级别较低的第3～5级，缺氮处理相对产量大多介于60%～90%。

3.4 采用统一分级方案使土壤养分丰缺指标具有可比性

孙洪仁等[15]的研究指出，采用统一的土壤有效养分丰缺分级方案，可以让全国乃至世界范围的土壤有效养分丰缺指标研究结果具有可比性，不仅利于进一步开展科学研究，而且利于各土壤有效养分丰缺级别耕地面积的宏观统计、施肥的宏观指导和肥料生产和供应的宏观决策。本研究采用略做调整的测土施肥土壤有效养分丰缺分级改良方案[15]，对中国各地开展的马铃薯土壤氮素丰缺指标研究重新进行了统一的丰缺级别划分，使全国范围的马铃薯土壤氮素丰缺指标研究结果具有了可比性。

3.5 土壤养分丰缺指标研究中试验点数的要求

学者们一致认为，土壤养分丰缺指标研究试验点数需要20个以上[22-24]。假定每个丰缺级别拥有≥3个试验点较为理想，则划分出5～7个丰缺级别时，分别至少需要15，18和21个试验点。本研究搜集提取出的15个回归方程中，试验点数＜15个者至少3个，比例至少为20%。

3.6 土壤养分丰缺指标研究中外推数据的采用

一些学者认为，土壤养分丰缺指标研究不宜采用外推数据。本研究在丰缺级别的高端和低端分别允许保留1个外推数据，结果总体上可以采信。考虑到外推数据存在偏离实际的风险，采用时应予以注明。

3.7 中国马铃薯适宜施氮量

20世纪80年代，高炳德[1]对内蒙古呼和浩特平原灌溉农田马铃薯给出的推荐施氮量上限为172.5 kg/hm2。21世纪初，学者们对除内蒙古雨养农田[2,3,5,6]外全国各地马铃薯给出的推荐施氮量上限较其低者仅2例[4,9]，余者[7,8,10-14]皆较其为高，平均214.0 kg/hm2。据此推断，自20世纪80年代至今，30年来中国马铃薯适宜施氮量出现了上升趋势。

张福锁等[19]针对北方一作区目标产量22.5～37.5 t/hm2马铃薯的推荐施氮量为0～270kg/hm2。本研究涉及文献[1-14]的研究表明，全国各地目标产量15～45t/hm2马铃薯的推荐施氮量为0～318 kg/hm2。本研究相应目标产量之马铃薯适宜施氮量与上述推荐十分接近。

本研究表明，当马铃薯目标产量15.0～60.0 t/hm2、氮肥当季利用率40%时，土壤氮素丰缺级别第1～7级的适宜施氮量范围依次为 0～0，23～90，45～180，68～270，90～360，113～450和135～540kg/hm2。

3.8 采用“养分平衡—地力差减法”确定适宜施氮量

本研究采用“养分平衡—地力差减法”确定适宜施肥量的新应用公式[16]，利用马铃薯目标产量、单位经济产量马铃薯移出氮量、马铃薯氮肥当季利用率和马铃薯缺氮处理相对产量等参数，成功地确定了不同氮素丰缺级别马铃薯土壤的适宜施氮量，表明可以采用“养分平衡—地力差减法”确定适宜施肥量的新应用公式确定不同氮素丰缺级别马铃薯土壤的适宜施氮量。

3.9 土壤养分丰缺级别、目标产量、肥料利用率与适宜施氮量

孙洪仁等[17]的研究表明，适宜施肥量与土壤养分丰缺级别线性负相关，与目标产量线性正相关，与肥料当季利用率线性负相关。本研究结果与其一致。

3.10 土壤养分收支平衡点

孙洪仁等[17]的研究表明，土壤养分收支平衡点（养分施入量等于养分移出量）因肥料当季利用率而异。肥料当季利用率10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%和100%时的土壤养分收支平衡点依次为土壤养分丰缺级别之第2，3，4，5，6，7，8，9，10和11级。本研究结果与其一致，肥料当季利用率30%，40%和50%时的土壤养分收支平衡点依次为土壤养分丰缺级别之第4，5和6级。

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