基于“3414”试验的川中丘陵区水稻测土配方施肥指标体系构建
中国农业科学 2011,44(1):84-92
Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2011.01.010
基于“3414”试验的川中丘陵区水稻测土
配方施肥指标体系构建
戢 林，张锡洲，李廷轩
（四川农业大学资源环境学院，四川雅安 625014）
摘要：【目的】旨在建立土壤养分分级指标和不同分级范围推荐施肥量，为川中丘陵区合理施用化肥、减少资源浪费和提高经济效益提供参考依据。【方法】采用养分丰缺指标法，对川中丘陵区2006年水稻“3414”试验
数据进行整理与统计分析，以相对产量75%、80%、85%、90%和95%划分土壤养分分级指标，并分别以三元二次、
一元二次和线性加平台模型对各试验点施肥量与产量关系进行模拟，选择最优模型计算最佳施肥量。【结果】确定
了水稻测土配方施肥量：当川中丘陵区碱解氮（AN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）含量处于低等级（AN＜100 kg·hm-2、
AP＜5 mg·kg-1 、AK＜30 mg·kg-1）时，氮（N）、磷（P2O5）、钾肥（K2O）施用量分别为170—220 kg·hm-2、100—120
kg·hm-2、140—170 kg·hm-2；较低等级（AN 100—140 mg·kg-1、AP 5—10 mg·kg-1、AK 30—50 mg·kg-1）时，氮、磷、
钾肥用量分别为140—170 kg·hm-2、80—100 kg·hm-2、120—140 kg·hm-2；中等级（AN 140—180 mg·kg-1、AP 10—
20 mg·kg-1、AK 50—70 mg·kg-1）时，氮、磷和钾肥用量分别为110—140 kg·hm-2、60—80 kg·hm-2、100—120 kg·hm-2；
较高等级（AN 180—220 mg·kg-1、AP 20—30 mg·kg-1 、AK 70—90 mg·kg-1）时，氮、磷和钾肥用量分别为90—110
kg·hm-2、40—60 kg·hm-2、80—100 kg·hm-2；高等级（AN＞220 mg·kg-1、AP＞30 mg·kg-1、AK＞90 mg·kg-1）时，氮、
磷和钾肥用量分别为0—90 kg·hm-2、0—40 kg·hm-2、0—80 kg·hm-2。【结论】本研究建立的养分分级指标计算出的
推荐施肥量相对于原有体系呈现出减施氮肥，增施磷、钾肥（特别是钾肥）的特点，客观地反映了当前土壤养分
丰缺状况和区域内肥料投入特点。
关键词：“3414”试验；养分分级指标；相对产量；推荐施肥
Establishing Fertilization Recommendation Index of Paddy
Soil Based on the “3414” Field Experiments in the Middle
of Sichuan Hilly Regions
JI Lin, ZHANG Xi-zhou, LI Ting-xuan
(College of Resource and Environmental Science, Sichuan Agricultural University, Ya’an 65014, Sichuan)
Abstract:【Objective】 In order to provide reference for rational application of fertilizer, decreasing resource waste and
increasing economic benefit to paddy soil in the middle of Sichuan hilly regions, gradation index system of soil nutrition and
fertilization recommendation index were established. 【Method】Data analysis were based on the “3414” field experiments of paddy
soil in 2006. Taking plentiful-lack of soil nutrition as an index, soil available nitrogen (AN), available phosphorus (AP) and available
potassium (AK) were classified by relative yield of 75%, 80%, 85%, 90% and 95%. Fertilizer recommended rates were simulated by
the models of three-factor, one-factor, liner and platform for each “3414” field experiment. 【Result】Nitrogen fertilizer rates (N) are
170-220, 140-170, 110-140, 90-110, and 0-90 kg·hm-2 when soil fertilizer is classified by low, lower, medium, higher and the highest
收稿日期：2009-12-28；接受日期：2010-09-04
基金项目：国家自然科学基金（40901138）、四川省青年基金（06ZQ026-020）、四川省教育厅重点项目（07ZA059）、四川省教育厅青年基金项目（07ZB063）
联系方式：戢林，E-mail：2889074@https://www.wendangku.net/doc/3a1316089.html,。通信作者张锡洲，Tel：0835-*******，E-mail：zhangxzhou@https://www.wendangku.net/doc/3a1316089.html,
1期戢林等：基于“3414”试验的川中丘陵区水稻测土配方施肥指标体系构建 85
(AN＜100, 100-140, 140-180, 180-220 and ＞220 mg·kg-1 ), respectively, phosphorus fertilizer rates (P2O5) are 100-120, 80-100,
60-80, 40-60, 0-40 kg·hm-2 (AP＜5, 5-10, 10-20, 20-30 and ＞30 mg·kg-1), while potassium fertilizer rates (K2O) are 140-170,
120-140, 100-120, 80-100, 0-80 kg·hm-2 (AK＜30, 30-50, 50-70, 70-90 and ＞90 mg·kg-1). 【Conclusion】Compared with the
fertilization recommendation rate calculated by original system, the fertilization recommendation rate of this research suggested that
nitrogen fertilizer rates must be decreased, but phosphorus and potassium fertilizer rates must be increased, especially of K2O. It
objectively reflected the abundance or deficiency of nutrients and the characteristics of fertilizers input in this study area.
Key words: “3414” field experiments; nutrient classification index; relative yield; fertilization recommendation
0 引言
【研究意义】中国是世界最大的化肥生产国和消费国，目前化肥施用量接近世界总量的1/3 [1-2]。然而，近年来中国农业生产中存在着增肥不增产、土壤养分过量累积、化肥施用过量、养分利用效率下降和面源污染等严重问题[3]，严重地制约着中国农业的可持续发展。因此，当前的测土配方施肥目标已由单一地追求高产向实现作物高产、肥料高效、环境友好和农业可持续发展转变，而建立当前中国不同生态区作物土壤养分分级指标并确定作物相应的推荐施肥量是实现以上目标的关键[4]。20世纪80年代开展第二次土壤普查所建立的主要土壤类型和主要大田作物土壤养分分级指标[5-7]，极大程度地推动中国农业生产的发展，然而现阶段中国大田作物品种特性、产量水平、栽培制度、农民施肥方式和土壤肥力等要素均发生了很大变化[8-9]，原有的指标体系已不能适应当前的生产要求，迫切需要对现有施肥指标重新评价。此外，不同生态区内社会经济及自然条件差异较大，需要建立符合区域特点的作物施肥指标体系，不断提升区域内的农田养分管理水平。【前人研究进展】早在20世纪40年代，勃莱首先提出了土壤养分有效性和作物相对产量等概念，他认为土壤速效养分测试值与作物产量或养分吸收量之间具有很好的相关性，并能建立定量化的数学模型[8]。从此，国内外许多学者在土壤肥力学领域展开了大量研究，且开始采用不同的相对产量值划分土壤养分分级指标。孙义祥等[4]以相对产量75%、90%和95%为标准将山东省冬小麦土壤有效磷和速效钾划分为低、中、高和极高4级；Fageria等[10]以相对产量70%、95%和100%为标准将水稻田的土壤有效磷划分为极低、中低、中和高4级。建立土壤养分分级指标后，采用不同施肥模型获得的作物最高产量的施肥量存在较大差异[11-13]。研究表明，沿用传统的二次施肥模型获得的最佳氮肥施肥量会使施氮量偏高，而采用线性加平台或二次加平台模型能大幅度减少氮肥施肥量[11,14-15]。【本研究切入点】目前，国内许多学者应用“3414”田间试验数据分别建立了水稻、小麦、油菜、花生等作物不同生态区施肥指标体系[4,16-18]，但由于多数区域试验点较少，建立的施肥指标体系推广性不强。四川省自2001年开展测土配方施肥工作以来，到2006年累计示范推广测土配方施肥面积43×104 hm2[19]。川中丘陵区作为四川粮食主产区之一，其测土配方施肥推广面积在全省占较大比例，积累了大量的不同作物“3414”田间试验数据，为建立不同作物施肥指标体系提供了良好的基础。【拟解决的关键问题】本研究拟建立川中丘陵区水稻测土配方施肥指标体系，以指导该区域水稻合理施肥。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验数据来源于川中丘陵区8个测土配方施肥项目县（市）2006年水稻“3414”方案完全实施试验，包括江油市、梓潼县、犍为县、洪雅县、夹江县、仁寿县、蓬安县和荣县，共涉及试验点55个，“3414”完全实施试验按农业部《测土配方施肥技术规范》设计。
“3414”完全实施试验，即：氮、磷、钾3因素，每个因素4个水平，共14个处理的肥料试验设计方案。4个水平的含义：0水平指不施肥，2水平指当地最佳施肥量的近似值，1水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5（该水平为过量施肥水平）。14个处理分别为：①N0P0K0，②N0P2K2，③N1P2K2，④N2P0K2，⑤N2P1K2，⑥N2P2K2，⑦N2P3K2，⑧N2P2K0，⑨N2P2K1，⑩N2P2K3
，N3P2K2
，N1P1K2
，
N1P2K1，N2P1K1。各县（市）水稻“3414”完全实施试验2水平氮、磷、钾肥用量见表1。
1.2 数据处理及方法
1.2.1 土壤养分分级指标的建立 根据“3414”试验的水稻产量结果和土壤速效养分测试结果建立土壤养分丰缺指标体系，将缺素区产量与方案实施中最高产量区产量相比较以计算相对产量，以直线方程获得相对产量与对应土壤速效养分测试值之间的数学关系式。最后计算出相对产量75%、80%、85%、90%和
86 中国农业科学44卷
表1 川中丘陵区各县（市）水稻“3414”完全实施试验2水平施肥量
Table 1 The fertilizer rates of the second level on the “3414” field experiments in the middle of Sichuan hilly regions
县（市）Counties or cities
试验点数
Experimental numbers
氮肥
Nitrogen fertilizer
(N kg·hm-2)
磷肥
Phosphate fertilizer
(P2O5 kg·hm-2)
钾肥
Potassium fertilizer
(K2O kg·hm-2)
江油市Jiangyou
city
4
131 90 90 梓潼县Zitong county 4 135、150 45 75
犍为县 Qianwei county 13 111、120、135、150 45、81、90 90、120、150、180
洪雅县Hongya
county
6
165 83 83 夹江县 Jiajiang county 11 135、150 60、75、90 75、90、105
仁寿县 Renshou county 5 120、125、150 63、74 45、60、63
蓬安县Peng’an
county
4
143 75 45 荣县 Rong county 8 135、150、165 60、75、90 90、120、165
95%的土壤养分含量，以此划分土壤养分分级指标。
1.2.2 氮磷钾肥推荐施肥量的确定对川中丘陵区所有“3414”试验数据分别采用三元二次、一元二次和线性加平台模型进行模拟[20]，根据散点图趋势和不同方程拟合决定系数选择最优模型，最后通过边际效应分析确定每个试验点的最佳氮、磷、钾肥施肥量[21]。选择三元二次肥料效应模型进行拟合，所采用的方程为：y=b0+b1x1+b2x12+b3x2+b4x22+b5x3+b6x32+b7x1x2+
b8x1x3+ b9x2x3（1）（1）式中，y为籽粒产量，x1、x2和x3分别为N、P2O5和K2O用量。如果上述方程拟合成功（二次项前系数为负值，一次项前系数为正值，F检验显著），根据边际收益等于边际成本，即d y﹒y p=d x﹒x p的原则计算经济最佳产量施肥量，分别以x1、x2和x3为变量，对方程两边求导，得到方程组：
b1+2b2x1+b7x2+b8x3=x1p/y p（2）b3+2b4x2+b7x1+b9x3=x2p/y p（3）b5+2b6x3+b8x1+b9x2=x3p/y p（4）（2）—（4）式中，x1p、x2p、x3p和y p分别为N、P2O5、K2O和粮食价格，把三元二次方程系数b i值、肥料和粮食价格代入上述方程组，解方程组即可得到最佳氮、磷、钾肥用量。
选择一元二次肥料效应模型进行拟合，所采用的方程为：
y=a+bx +cx2（5）（5）式中，y为籽粒产量，x为肥料用量，a为截距，b为一次回归系数，c为二次回归系数，选用处理②、③、⑥、的产量结果模拟氮肥的推荐用量，选用处理④、⑤、⑥、⑦的产量结果模拟磷肥的推荐用量，选用处理⑥、⑧、⑨、⑩的产量结果模拟钾肥的推荐用量。如果上述方程模拟成功（F检验显著），根据边际收益等于边际成本，即d y﹒y p=d x﹒x p计算经济最佳施肥量，以x为变量，对方程两边求导，得到方程：b+2cx= x p/y p（6）（6）式中，x p为N、P2O5或K2O价格，y p为粮食价格，把一次回归系数b值、二次回归系数c值、肥料和粮食价格代入上述方程，解方程即可得到最佳氮、磷、钾肥用量。
选择线性加平台肥料效应模型进行拟合，所采用的方程为：
y= a+ bx (x≤C) （7）y= p (x＞C) （8）（7）和（8）式中，y为籽粒产量，x为肥料用量，a 为截距，b为回归系数，C为直线与平台的交点（即最佳施肥量），p为平台产量（即最高籽粒产量）。
计算时，N、P 、K 肥以N、P2O5和K2O计，价格分别为3.9、3.6和4.1元/kg，粮食价格为1.5元/kg （肥料价格和粮食价格以研究区市场价格均值计算）。最后将每个试验点土壤速效养分含量与对应的最佳施肥量建立“对数”模型，从而确定在不同的养分分级水平下适宜的推荐施肥量。所有方程的拟合、最佳施肥量的计算以及图表制作均采用Excel 2003软件。
2 结果
2.1 养分分级指标的建立
2.1.1 碱解氮分级指标在数据整理时发现，供试55个试验点中，有7个试验点仅测定了土壤铵态氮、
1期戢林等：基于“3414”试验的川中丘陵区水稻测土配方施肥指标体系构建 87
硝态氮或者是水解氮含量，有2个试验点土壤碱解氮含量＜50 mg·kg-1而相对产量达到95%，有3个试验点碱解氮含量＞240 mg·kg-1而相对产量＜75%。因而，本研究对以上12个试验点进行了剔除，选择剩余的43个试验点建立缺氮相对产量与土壤碱解氮含量关系模型，其拟合方程为y=0.1269x+61.787，相关系数为0.6943，达到极显著水平（图1）。分别将相对产量75%、80%、85%、90%和95%带入直线方程，求出对应的土壤碱解氮含量分别为104、144、183、222和262 mg·kg-1，即为土壤碱解氮分级指标值。
由于所有试验点土壤碱解氮含量为26—224 mg·kg-1，水稻相对产量的95%时对应的土壤碱解氮含量（262 mg·kg-1）为模型外推值，以相对产量95%划分分级指标没实际意义。因此，本研究将土壤碱解氮6级指标简化为5级，即水稻相对产量＜75%时，土壤碱解氮为低等级（＜104 mg·kg-1）；相对产量75%—80%，土壤碱解氮为较低等级（104—144 mg·kg-1）；相对产量80%—85%，土壤碱解氮为中等级（144—183 mg·kg-1）；相对产量85%—90%，土壤碱解氮为较高等级（183—222 mg·kg-1）；相对产量＞90%时，土壤碱解氮为高等级（＞222 mg·kg-1）。结合第二次土壤普查建立的四川土壤养分分级指标体系的值域范围[7]和当地经验，考虑到实际操作和值域划分的方便性，将土壤碱解氮分级指标值进一步简化，即土壤碱解氮含量＜100 mg·kg-1为低等级，100—140 mg·kg-1为较低等级，140—180 mg·kg-1为中等级，180—220 mg·kg-1为较高等级，＞220 mg·kg-1为高等级。
**表示P<0.01水平上差异极显著。下同
** Indicates significant level at P<0.01. The same as below
图1 水稻缺氮相对产量与土壤碱解氮含量关系（n=43）Fig. 1 The relationship between soil available nitrogen content and relative yield of rice 2.1.2 有效磷分级指标 供试55个试验点中，有3个试验点土壤有效磷含量＜5 mg·kg-1而相对产量达到90%，有5个试验点有效磷含量＞20 mg·kg-1而相对产量＜75%。因而，本研究剔除了以上实际与理论不符的8个试验点，选择剩余的47个试验点建立缺磷相对产量与土壤有效磷含量关系模型，其拟合方程为y = 0.7831x + 75.26，相关系数为0.7896，达到极显著水平（图2）。分别将相对产量75%、80%、85%、90%和95%带入直线方程，求出对应的土壤有效磷含量分别为0、6、12、19和25 mg·kg-1，即为土壤有效磷的分级指标值。
所有试验点土壤有效磷含量为1—38 mg·kg-1，水稻相对产量为75%时对应的土壤有效磷含量（0 mg·kg-1）为模型外推值，没实际意义。同样考虑到实际操作和值域划分的方便性，将川中丘陵区水稻土壤有效磷分级指标划分为5级，并做适当调整：土壤有效磷含量＜5 mg·kg-1为低等级，5—10 mg·kg-1为较低等级，10—20 mg·kg-1为中等级，20—30 mg·kg-1为较高等级，＞30 mg·kg-1为高等级。
图2 水稻缺磷相对产量与土壤有效磷含量关系（n=47）Fig. 2 The relationship between soil available phosphorus content and relative yield of rice
2.1.3 速效钾分级指标供试55个试验点中，有3个试验点土壤速效钾含量＜20 mg·kg-1而相对产量达到90%，有2个试验点速效钾含量＞100 mg·kg-1而相对产量＜75%。因而，本研究剔除了以上实际与理论不符的5个试验点，选择剩余的50个试验点建立缺钾相对产量与土壤速效钾含量关系模型，其拟合方程为y = 0.2485x + 7
3.452，相关系数为0.7647，达到极显著水平（图3）。分别将相对产量75%、80%、85%、90%和95%带入直线方程，求出对应的土壤速效钾含量分
88 中国农业科学44卷
图3 水稻缺钾相对产量与土壤速效钾含量关系（n=50）Fig. 3 The relationship between soil available potassium content and relative yield of rice
别为6、26、46、67和87 mg·kg-1，即为土壤速效钾的分级指标值。
所有试验点土壤速效钾含量为15—116 mg·kg-1，水稻相对产量为75%时对应的土壤速效钾含量（6 mg·kg-1）为模型外推值，没实际意义。也考虑到实际操作和值域划分的方便性，将川中丘陵区水稻土壤速效钾分级指标划分为5级，并做适当的整：土壤速效钾含量＜30 mg·kg-1为低等级，30—50 mg·kg-1为较低等级，50—70 mg·kg-1为中等级，70—90 mg·kg-1为较高等级，＞90 mg·kg-1为高等级。
2.2 氮磷钾推荐施肥量的确定
对川中丘陵区“3414”试验进行三元二次模型分析发现，拟合成功率＜10%，而氮、磷、钾分别用一元二次模型拟合的成功率为83%、78%和82%。本研究对三元二次回归模型拟合不成功的试验点采用一元二次模型和线性加平台模型进行拟合，最优的模型根据散点图的趋势和模型拟合决定系数进行选择。同时，将所有模型拟合均不成功且增产效果不明显的点的最佳施肥量设为0，对于推荐施肥量高于试验区最高施肥量的点，设试验区最高施肥量为最佳施肥量。
2.2.1 氮肥推荐施肥量根据试验区碱解氮含量与水稻氮肥最佳施肥量拟合方程（表2），计算出土壤碱解氮含量为100、140、180和220 mg·kg-1时最佳施肥量分别为167、135、111和92 kg·hm-2。同时，43个试验点氮肥最高施肥量为167—248 kg·hm-2，平均值为217 kg·hm-2，因而取217 kg·hm-2为低等级土壤推荐施肥量上限，从而建立不同分级范围氮肥推荐施肥量。考虑到实际操作的方便性，对推荐施肥量的值域划分进行了适当调整，从而确定了在不同碱解氮分级
表2 川中丘陵区水稻土壤速效养分含量与最佳施肥量拟合关系
Table 2 The fitting relationship between paddy soil available nutrients content and optimum amount of fertilization in the middle of Sichuan hilly regions
养分Nutrient 拟合方程
Fitting equation
决定系数
Determination coefficient
相关系数
Correlation coefficient
样本数
Sample numbers
碱解氮Available nitrogen y=-6.3405ln x＋40.309 0.3287 -0.5733**
43 有效磷Available phosphorus y=-1.8835ln x＋9.8593 0.6030 -0.7765**
47 速效钾Available potassium y=-3.2520ln x＋20.464 0.2688 -0.5185**
50 y表示最佳施肥量，x为对应的速效养分含量
y Indicates the optimum amount of fertilization and x indicates soil available nutrients content respectively
指标范围内氮肥推荐施肥量（表3）。
2.2.2 磷肥推荐施肥量根据试验区有效磷含量与水稻磷肥最佳施肥量拟合方程（表2），计算出土壤有效磷含量为5、10、20 和30 mg·kg-1时最佳施肥量分别为102、83、63和52 kg·hm-2。同时，47个试验点磷肥最高施肥量为68—135 kg·hm-2，平均值为119 kg·hm-2，因而取119 kg·hm-2为低等级土壤推荐施肥量上限，从而建立不同分级范围磷肥推荐施肥量。适当调整后的不同有效磷分级指标范围内磷肥推荐施肥量见表4。
2.2.3 钾肥推荐施肥量根据试验区速效钾含量与表3 土壤碱解氮分级指标和氮肥推荐施肥量
Table 3 The available nitrogen classification indexes and nitrogen fertilizer recommendation rates
等级
Grade
相对产量
Relative
yield (%)
碱解氮含量
Available
nitrogen (mg·kg-1)
氮肥推荐施肥量
Recommend nitrogen
rate (N kg·hm-2)
高Highest ＞90 ＞220 0—90 较高 Higher 85—90 180—220 90—110
中 Medium 80—85 140—180 110—140
较低 Lower 75—80 100—140 140—170
低 Lowest ＜75 ＜100 170—220
1期 戢 林等：基于“3414”试验的川中丘陵区水稻测土配方施肥指标体系构建 89
表4 土壤有效磷分级指标和磷肥推荐施肥量
Table 4 The available phosphorus classification indexes and
phosphorus fertilizer recommendation rates
等级 Grade 相对产量 Relative yield (%) 有效磷含量 Available phosphorus (mg·kg -1)
磷肥推荐施肥量 Recommend phosphorus
rate (P 2O 5 kg·hm -2)
高Highest ＞95 ＞30 0—40 较高 Higher 90—95 20—30 40—60 中 Medium 85—90 10—20 60—80 较低 Lower 80—85 5—10
80—100
低 Lowest
＜80
＜5 100—120
水稻钾肥最佳施肥量拟合方程（表2），计算出土壤速效钾含量为30、50、70和90 mg·kg -1
时最佳施肥量分别为141、116、100和87 kg·hm -2。同时，50个试验点钾肥最高施肥量为68—270 kg·hm -2，平均值为173 kg·hm -2，因而取173 kg·hm -2为低等级土壤推荐施肥量上限，从而建立不同分级范围钾肥推荐施肥量。适当调整后的不同速效钾分级指标范围内钾肥推荐施肥量见表5。
表5 土壤速效钾分级指标和钾肥推荐施肥量
Table 5 The available potassium classification indexes and
potassium fertilizer recommendation rates
等级 Grade 相对产量 Relative yield (%) 速效钾含量 Available potassium
(mg·kg -1
)
钾肥推荐施肥量 Recommend potassium rate (K 2O kg·hm -2
)
高Highest ＞95 ＞90 0—80 较高 Higher 90—95 70—90 80—100 中 Medium 85—90 50—70 100—120 较低 Lower 80—85 30—50
120—140
低 Lowest
＜80
＜30 140—170
3 讨论
3.1 土壤养分分级指标
建立合理的土壤养分分级指标是有效利用土壤养分测试值进行推荐施肥的基础，缺素区相对产量是制定土壤养分分级指标的重要参数[10]。本研究统计 结果表明，所有试验点水稻缺氮相对产量的平均值为81%，最大值为97%，最小值为63%，其中有35个试验点相对产量集中在75%—100%这个区域，占所有试验点的81%；缺磷相对产量的平均值为87%，最大值为100%，最小值为65%，其中有41个试验点相对产量集中在75%—100%这个区域，占所有试验点的
87%；缺钾相对产量的平均值为91%，最大值为100%，最小值为64%，其中有47个试验点相对产量集中在75%—100%这个区域，占所有试验点的94%。陈新平等[22]建议中国农田土壤大量元素养分的划分级别可以采用相对产量＜50%为极低、50%—75%为低、75%—95%为中、＞95%为高。农业部2008年3月制定的《测土配方施肥技术规范》建议把相对产量＜50%划分为极低、50%—60%为低、60%—70%为较低、70%—80%为中、80%—90%为较高、＞95%为高。由于本研究的土壤缺氮、磷、钾区相对产量主要集中在75%—100%这个区域，如果按照以上标准划分川中丘陵区水稻土壤养分分级指标并不合理，75%—100%这个区域应进一步细分。因而，本研究参照Fageria 等[10]以相对产量70%、95%和100%将水稻土壤有效磷划分为极低、低、中和高4级，以及孙义祥等[4]以相对产量75%、90%和95%将冬小麦土壤有效磷和速效钾划分为低、中、高和极高4级的标准，分别以相对产量为75%、80%、85%、90%和95%计算对应的土壤养分含量，以此划分川中丘陵区水稻土壤养分分级指标。最终，以相对产量＜75%将土壤碱解氮划分为低、75%—80%为较低、80%—85%为中、85%—90%为较高、＞90%为高；以相对产量＜80%将土壤有效磷和速效钾划分为低、80%—85%为较低、85%—90%为中、90%—95%为较高、＞95%为高。
第二次土壤普查建立的四川土壤养分分级指标体系[7]对全省农业生产起到了一定指导作用，然而，随着作物品种、产量水平、栽培方式和土壤肥力等要素发生了变化，土壤养分丰缺状况也会相应发生变化。据报道，经过20多年的化肥使用和土壤培肥，中国区域性耕地土壤全量养分稳步上升，速效养分明显增加，部分速效养分含量已表现为过量累积[3]。本试验通过对比2006年研究区各试验点速效养分平均含量与第二次土壤普查时区域内43个主要水稻土土种速效养分平均含量[7]的差异发现，土壤速效养分含量均有不同程度的变化，其中碱解氮和有效磷含量分别由90和5.6 mg·kg -1增加到147和15 mg·kg -1，
分别增加63%和168%，而速效钾含量由73 mg·kg -1降低到69 mg·kg -1，降低了5%。按以往分级标准，2006年研究区碱解氮、有效磷和速效钾含量分别处于丰富、中等和缺乏状态，与之前报道的现阶段区域内农田速效养分收支平衡状况相一致[23-26]。此外，本试验建立的新的分级指标与原有的6级分级指标相比，不仅取消了极低等级，其它等级范围内的速效养分含量也发生了
90 中国农业科学44卷
较大变化。每个等级碱解氮含量相对原有等级含量均大幅度提高，平均每个等级提高约50 mg·kg-1；低、较低和中等级有效磷含量相对原有等级含量变化幅度较小，而较高和高两等级有效磷含量降低约10 mg·kg-1；各等级速效钾含量相对原有等级均大幅度下降，低、较低和中等级速效钾含量降低约40 mg·kg-1，而较高和高等级降低约80 mg·kg-1。因此，原有的土壤养分分级指标体系已不适合当前水稻推荐施肥的要求。
由此可见，区域内土壤养分丰缺状况变化明显，原有的全省范围内的分级指标体系已不能满足区域内农业发展要求，迫切需要建立一套符合区域农业现状的土壤养分丰缺指标体系以指导作物合理施肥，推进农业可持续发展。
3.2 施肥模型的选择与推荐施肥
“3414”试验方案不仅可以作为一个完整的三因素试验建立三元二次肥料效应回归模型，还可以作为三个二因素或三个单因素试验建立二元或一元肥料效应回归模型[20]。已有研究表明，采用二次模型和一次模型并结合平台模型能更好地拟合作物产量与施肥量的关系[11,14]。本研究采用三元二次肥料效应模型拟合成功率＜10%，其中一个重要原因是相当多试验点土壤速效养分含量提高，氮、磷、钾三要素中一个或多个元素施肥不增产或增产不显著，因此，总体肥料效应不能按三元二次肥料效应回归模型拟合，与多数报道一致[16,20]。在采用一元二次肥料效应模型时，氮、磷、钾拟合成功率分别达到83%、78%和82%。因而，本研究对三元二次模型拟合不成功的试验点采用一元二次模型和线性加平台模型进行拟合，并根据散点图趋势和模型拟合决定系数选择最优模型。同时对所有模型计算出的推荐施肥量高于试验最高施肥量的点，设定试验最高施肥量为最佳施肥量，对于拟合均不成功且增产效果不明显的点，设定最佳施肥量为0或根据当地实际情况施肥。
由于本研究建立的养分分级指标中各等级速效养分含量与原有体系相比变化较大，同一等级按这两种养分分级指标计算的推荐施肥量也发生了相应变化。总体而言，本研究建立的分级指标确定的氮肥（N）推荐量各等级农田每公顷相对于原有体系平均降低40 kg；磷肥（P2O5）推荐量低、较低和中等级农田每公顷相对于原有体系基本没变，而较高和高等级平均增加10 kg；钾肥（K2O）推荐量各等级农田每公顷相对于原有体系平均增加40 kg。2006年四川省统计年鉴显示，四川省大田作物传统种植过程中重视氮肥施用，而少施磷、钾肥（特别是钾肥），全省常年氮肥平均施用量为1 300 kg·hm-2，磷肥为420 kg·hm-2，钾肥仅为80 kg·hm-2。这种长期不平衡的肥料投入，必将导致土壤中氮、磷、钾含量失衡[27]，并直接导致土壤养分分级指标和推荐施肥量发生较大变化。因此，以本研究建立的养分分级指标计算出的推荐施肥量相对于原有体系呈现出减施氮肥，增施磷、钾肥（特别是钾肥）的特点，客观地反映了当前区域内肥料投入特点和土壤养分丰缺状况。当然，在实际生产中，随着复合肥和有机肥的配施及秸秆还田的推广，理论上氮、磷、钾肥施用量还应适当减少。随着测土配方施肥工作的深入，2006年全省农田氮、磷、钾肥施用总量相对2001年减少了300 kg·hm-2，除2006年历史性的干旱造成水稻产量有所降低外，其余年份水稻仍表现出高产和稳产趋势。由此可见，测土配方施肥工作在减少肥料施用量、节约资源和保证粮食产量等方面作用明显。
随着测土配方施肥工作的不断深入，研究区内水稻“3414”试验数据将更加丰富，可进一步验证、补充和完善本研究建立的施肥指标体系，不断提升区域内的农田养分管理水平。
4 结论
川中丘陵区土壤养分丰缺状况变化明显，原有指标体系已不适合当前水稻推荐施肥要求。以相对产量75%—95%将川中丘陵区水稻土壤速效养分划分为低、较低、中、较高和高5级，并取消了极低等级。每个等级碱解氮含量相对原有等级含量均大幅度提高，有效磷有一定程度降低，速效钾下降幅度较大；相应每个等级推荐施肥量相对于原有体系呈现出减施氮肥，增施磷、钾肥（特别是钾肥）的趋势。其中氮肥推荐量各等级农田每公顷相对于原有体系平均降低40 kg；磷肥推荐量低、较低和中等级农田每公顷相对于原有体系基本没变，而较高和高等级平均增加10 kg；钾肥推荐量各等级农田每公顷相对于原有体系平均增加40 kg。
References
[1] 石元亮, 王玲莉, 刘世彬, 聂鸿光. 中国化学肥料发展及其对农业
的作用. 土壤学报, 2008, 45(5): 852-864.
Shi Y L, Wang L L, Liu S B, Nie H G.. Development of chemical fertilizer industry and its effect on agriculture of China. Acta
1期戢林等：基于“3414”试验的川中丘陵区水稻测土配方施肥指标体系构建 91
Pedologica Sinica, 2008, 45(5): 852-864. (in Chinese)
[2] 闫湘, 金继运, 何萍, 梁鸣早. 提高肥料利用率技术研究进展.
中国农业科学, 2008, 41(2): 450-459.
Yan X, Jin J Y, He P, Liang M Z. Recent advances in technology of increasing fertilizer use efficiency. Scientia Agricultura Sinica, 2008, 41(2): 450-459. (in Chinese)
[3] 张福锁, 崔振岭, 王激清, 李春俭, 陈新平. 中国土壤和植物养分
管理现状与改进策略. 植物学报, 2007, 24(6): 687-694.
Zhang F S, Cui Z L, Wang J Q, Li C J, Chen X P. Current status of soil and plant nutrient management in China and improvement strategies.
Chinese Bulletin of Botany, 2007, 24(6): 687-694. (in Chinese)
[4] 孙义祥, 郭跃升, 于舜章, 蒋庆功, 程琳琳, 崔振岭, 陈新平, 江荣
风, 张福锁. 应用“3414”试验建立冬小麦测土配方施肥指标体系.
植物营养与肥料学报, 2009, 15(1): 197-203.
Sun Y X, Guo X P, Yu S Z, Jiang Q G, Cheng L L, Cui Z L, Chen X P, Jiang R F, Zhang F S. Establishing phosphorus and potassium fertilization recommendation index based on the “3414” field experiment. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15(1): 197-203. (in Chinese)
[5] 黄德明. 我国农田土壤养分肥力状况及分级指标. 华北农学报,
1988, 3(2): 46-53.
Huang Deming. Soil fertility and fertility index for cropland soils in China. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 1988, 3(2): 46-53. (in Chinese )
[6] 周广业, 丁宁平, 黄世伟. 用肥料田间试验与测土指导作为指导合
理施肥的探讨. 土壤通报, 1985, 16(1): 38-41.
Zhou G Y, Ding N P, Huang S W. Discussion on reasonable fertilizer recommendation based on the soil testing index and field experiments.
Chinese Journal of Soil Science, 1985, 16(1): 38-41. (in Chinese ) [7] 陈协蓉. 四川土种志. 成都: 四川科技出版社, 1994: 523-752, 758.
Chen X R. Sichuan Soil Species Records. Chengdu: Sichuan Science and Technology Press, 1994: 523-752, 758. (in Chinese)
[8] 黄德明. 十年来我国测土施肥的进展. 植物营养与肥料学报, 2003,
9(4): 495-499.
Huang D M. Soil testing and fertilizer recommendations in China during the past decade. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2003, 9(4): 495-499. (in Chinese)
[9] 甑兰, 崔振岭, 陈新平, 张福锁, 寇长林, 巨晓棠, 康存水, 王卫
东, 王月琴, 朱同贵. 25年来种植业结构调整驱动的县域养分平衡状况的变化. 植物营养与肥料学报, 2007, 13(2): 213-222.
Zeng L, Cui Z L, Chen X P, Zhang F S, Kou C L, Ju X T, Kang C S, Wang W D, Wang Y Q, Zhu T G. The changes of nutrient balances driven by adjusting crop structure at county level during 25 years-A
case study in Huimin County, Shandong Province. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2007, 13(2): 213-222. (in Chinese)
[10] Fageria N K, Baligar V C, Jones C A. Growth and mineral nutrition of
field crops. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997, 83-134.
[11] Zarth B J, Paul J W, Younie M, Bittman S. Fertilizer nitrogen
recommendations for silage corn in high-fertility environment based on pre-sidedress soil nitrate test. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2001, 32(17, 18): 2721-2739.
[12] Olfs H W, Blankenau K, Brentrup F, Jasper J, Lammel J. Soil and
plant-based nitrogen-fertilizer recommendations in arable farming.
Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2005, 168(4): 414-431. [13] 王兴仁, 陈新平, 张福锁, 毛达如. 施肥模型在我国推荐施肥中的
应用. 植物营养与肥料学报, 1998, 4 (1): 67-74.
Wang X R, Chen X P, Zhang F S, Mao D R. Application of fertilization model for fertilizer recommendation in China. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 1998, 4 (1): 67-74. (in Chinese) [14] 杨莉琳, 贾良良, 胡春胜, 张福锁, 毛任钊. 太行山山前平原冬小
麦—夏玉米推荐施肥指标的修正. 农业工程学报, 2007, 11(23): 89-94.
Yang L L, Jia L L, Hu C S, Zhang F S, Mao R Z. Revision of fertilizer recommendation for wheat and maize rotation in Taihang piedmont of North China. Journal of Chinese Society of Agricultural Engineering, 2007, 11(23): 89-94. (in Chinese )
[15] 陈新平, 周金池, 王兴仁, 张福锁. 小麦-玉米轮作制中氮肥效应
模型的选择-经济和环境效应分析. 土壤学报, 2000, 37(3): 346-354.
Chen X P, Zhou J C, Wang X R, Zhang F S. Economic and environment evaluation on models for describing crop yield response to nitrogen fertilizers at winter-wheat and summer-corn rotation system. Acta Pedology Sinica, 2000, 37(3): 346-354. (in Chinese ) [16] 娄春荣, 董环, 王秀娟, 姜娟. 辽宁省花生“3414”肥料试验施
肥模型探讨. 土壤通报, 2008, 39(4): 892-895.
Lou C R, Dong H, Wang X J, Jiang J. A study on peanut simulation of “3414” fertilizer experiments in Liaoning. Chinese Journal of Soil Science, 2008, 39(4): 892-895. (in Chinese)
[17] 成金华, 张翠娥, 郑亮. 江苏省灌南县水稻“3414”肥料效应试
验. 河北农业科学, 2009, 13(3): 59-59.
Cheng J H, Zhang C E, Zheng L. “3414”experiment on effect of rice fertilizer in Guannan, Jiangsu Provence. Journal of Hubei Agricultural Science,2009, 13(3): 59-59. (in Chinese)
[18] 朱克保, 吴传洲, 陶光兵, 崔小兵, 孙义祥. 沿江地区油菜肥料效
应研究. 安徽农业科学, 2007, 35(4): 1070-1071, 1129.
Zhu K B, Wu C Z, Tao G B, Cui X B, Sun Y X. Effects of fertilizer on
92 中国农业科学44卷
rape production along Yangzi river. Journal of Anhui Agricultural Science,2007, 35(4): 1070-1071, 1129. (in Chinese)
[19] 符金陵. 大力推广测土配方施肥技术, 积极引导农民科学施肥. 农
村财政与财务, 2005(6): 27-28.
Fu J L. Vigorously generalize soil test formula fertilization technology and guide farmer scientific fertilization positively. Rural Financial Affairs, 2005(6): 27-28. (in Chinese)
[20] 王圣瑞, 陈新平, 高祥照, 毛达如, 张福锁. “3414”肥料试验模型
拟合的探讨. 植物营养与肥料学报, 2002, 8(4): 409-413.
Wang S R , Chen X P, Gao X Z, Mao D R, Zhang F S. Study on simulation of “3414” fertilizer experiments. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2002, 8(4): 409-413. (in Chinese)
[21] Cerrato M E, Blackmer A M. Comparison of models for describing
corn yield response to nitrogen fertilizer. Agronomy Journal, 1990, 82:138-143.
[22] 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. 中国农技推广, 2006, 4(22): 36-39.
Chen X P, Zhang F S. Establishing fertilization recommendation index based on the “3414” field experiments. China Agricultural Technology Extension, 2006, 4(22): 36-39. (in Chinese )
[23] 陈明昌, 张强, 程滨, 杨治平, 焦晓燕, 周怀平. 山西省主要
农田施肥状况及典型县域农田养分平衡研究. 水土保持学报, 2005, 19(4): 1-5.
Chen M C, Zhang Q, Cheng B, Yang Z P, Jiao X Y, Zhou H P.
Fertilizer application survey and farmland nutrient balance of representative counties in Shanxi province. Journal of Soil and Water
Conservation, 2005, 19(4): 1-5. (in Chinese)
[24] 曲日涛, 周长青, 宋海燕, 叶优良. 小麦玉米高产区肥料施用状况
与养分平衡研究. 中国农学通报, 2005, 21(12): 225-229.
Qu R T, Zhou C Q, Song H Y, Ye Y L. Fertilizer application and nutrient balance on wheat and maize in high output area. Chinese Agricultural Science Bulletion, 2005, 21(12): 225-229. (in Chinese) [25] 高超, 张桃磷, 孙波, 吴蔚东, 鲁如坤. 1980年以来我国农业
氮素管理的现状与问题. 南京大学学报:自然科学, 2002, 38(5): 716-721.
Gao C, Zhang T L, Sun B, Wu W D, Lu R K. Nitrogen management in Chinese agriculture since early 1980s: status and problems. Journal of Nanjing University: Natural Sciences, 2002, 38(5): 716-721. (in Chinese)
[26] 鲁如坤, 时正元, 施建平. 我国南方6 省农田养分平衡现状评价
和动态变化研究. 中国农业科学, 2000, 33(2): 63-67.
Lu R K, Shi Z Y, Shi J P. Nutrient balance of agroecosystem in six provinces in southern China. Scientia Agricultura Sinica, 2000, 33(2): 63-67. (in Chinese)
[27] 李秋梅, 陈新平, 张福锁, R?mheld V. 冬小麦-夏玉米轮作体系中
磷钾平衡的研究. 植物营养与肥料学报, 2002, 8(2): 152-156.
Li Q M, Chen X P, Zhang F S, R?mheld V. Study on balance of phosphorus and potassium in winter wheat and summer maize rotation system. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2002, 8(2): 152-156.
(in Chinese)
（责任编辑李云霞）