中加合作實(shí)驗(yàn)室在北方平衡施肥中的作用

1、中加合作實(shí)驗(yàn)室在北方平衡施肥中的作用 作者：吳榮貴 程明芳 楊俐萍 金繼運(yùn)-中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所 內(nèi)容提要：本文描述了土壤養(yǎng)分狀況系統(tǒng)測(cè)定法在平衡施肥中的應(yīng)用。該法采用容量稱量法，其取樣速度數(shù)倍于甚至十幾倍于重量稱量法。容量稱量法的另一個(gè)長(zhǎng)處是不涉及在重量稱量法中需要的用容重來(lái)?yè)Q算土壤體積。此法能直接使不同土壤在同一耕層深度中的養(yǎng)分含量有可比性，并且得知單位面積的肥料用量。通過(guò)用土壤養(yǎng)分狀況系統(tǒng)測(cè)定法對(duì)中國(guó)北方黑龍江、吉林、遼寧、天津、山東、河南、陜西七省市土壤的試驗(yàn)，找出主要限制產(chǎn)量因子，針鋒相對(duì)地提出適宜的施肥方案，使農(nóng)民的產(chǎn)量提高、生產(chǎn)成本降低，而且提高農(nóng)作物品質(zhì)、防止環(huán)境污染。

2、 1.引言在加拿大鉀磷研究所中國(guó)項(xiàng)目部和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所共同支持下，我們于1990年在北京成功地建立了"中-加合作土壤植物測(cè)試實(shí)驗(yàn)室"。實(shí)驗(yàn)室中的全套設(shè)備和技術(shù)由美國(guó)國(guó)際農(nóng)化服務(wù)中心（ASI）引進(jìn)。中-加合作實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)：土壤和植株樣品均采用批處理，明顯提高了工作效率，分析速度快，用工少（整個(gè)實(shí)驗(yàn)室只需12位操作人員即可），管理系統(tǒng)化。樣品的前處理及分析的快速性在國(guó)內(nèi)均屬一流。中-加合作實(shí)驗(yàn)室的主要宗旨：為科技、教育、推廣、生產(chǎn)等部門提供高效、快速、準(zhǔn)確的服務(wù)。眾所周知：植物生長(zhǎng)所必需的主要元素除來(lái)自大氣或水中的碳、氫、氧外，還有來(lái)自土壤中的大量元素氮、磷、鉀，

3、中量元素鈣、鎂、硫及微量元素硼、鐵、銅、錳、鋅、鉬等。土壤中這些元素的多寡，直接影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，中-加合作實(shí)驗(yàn)室就是對(duì)上述土壤中的諸元素進(jìn)行快速分析并對(duì)其中的某些與肥效密切相關(guān)的元素進(jìn)行吸附研究，在較短的時(shí)間內(nèi)為研究人員提供大量分析數(shù)據(jù)，并給出施肥建議。為使土壤分析結(jié)果與大田試驗(yàn)結(jié)果相吻合，首先最重要的一步即被測(cè)土壤能真正代表所取樣品地塊的肥力水平，這就要求取土人員具有一定的技術(shù)和知識(shí)，盡量避免在取土過(guò)程中可能造成的誤差，這包括：取土點(diǎn)選擇不當(dāng)，采土方法不合理，樣品混合不勻，取土工具、土袋等對(duì)某些元素的污染，土壤樣品運(yùn)輸過(guò)程中造成的污染或樣品前處理過(guò)程中造成的污染等都可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的分析結(jié)果

4、。另外，所取的土壤樣品不但能代表所取的地塊而且還應(yīng)在當(dāng)?shù)赜幸欢ǖ拇硇曰蚰艽硪欢ǖ耐寥烂娣e。這樣，室內(nèi)分析和大田試驗(yàn)才有真正的代表價(jià)值，從而能進(jìn)行更深入的研究。如何在稱量土壤樣品中體現(xiàn)快速呢？雖然傳統(tǒng)的重量稱量方法在純化學(xué)研究、土壤某些養(yǎng)分的全量分析（因所用樣品少）等研究中是目前不可取代的稱樣方法，但對(duì)土壤有效養(yǎng)分的分析和推薦施肥而言，重量稱量方法顯得過(guò)于"謹(jǐn)慎"不能滿足快速分析的要求，因此中-加合作實(shí)驗(yàn)室采用北美流行的容量稱量方法，該方法以容量為基礎(chǔ)進(jìn)行土壤養(yǎng)分的測(cè)定，其量取速度比重量方法快幾倍甚至十幾倍。傳統(tǒng)的計(jì)算土壤耕層中某養(yǎng)分總量是按每畝地15萬(wàn)公斤土壤（容重1.

5、125克/毫升，耕層深度20厘米）進(jìn)行換算而得出的，其實(shí)，土壤容重不同，在同一耕層深度內(nèi)單位面積的土壤重量是不同的，或單位面積的土壤在不同容重時(shí)所代表的耕層深度是不同的，這樣單位面積的肥料用量，在不同容重的土壤上其含意是不同的。若改用容量方法測(cè)定土壤中有效養(yǎng)分的含量，即以每毫升土壤中某元素的微克數(shù)或每升土壤中某元素的毫克數(shù)表示，則可消除土壤容重不同的差別，即同一測(cè)定值時(shí)，單位面積同一耕層深度中所含養(yǎng)分的數(shù)量是相同的。2.土壤有效養(yǎng)分的測(cè)定方法中-加合作實(shí)驗(yàn)室對(duì)土壤的測(cè)定包括兩部分：土壤基本肥力的測(cè)定及對(duì)某些元素吸附固定能力的研究。土壤基本肥力的測(cè)定項(xiàng)目包括：土壤有機(jī)質(zhì)含量（%），土壤pH，土壤

6、活性酸，有效養(yǎng)分氮（N）、磷（P）、鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、硫（S）、硼（B）、銅（Cu）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鋅（Zn）；吸附研究的元素包括：磷（P）、鉀（K）、硫（S）、硼（B）、銅（Cu）、錳（Mn）、鋅（Zn）?，F(xiàn)分述如下：2.1.土壤基本肥力的測(cè)定方法如何選用同一種浸提劑，可同時(shí)浸提出多種有效養(yǎng)分，而且浸提量又與植物生長(zhǎng)具有很好的相關(guān)性呢？美國(guó)國(guó)際農(nóng)化服務(wù)中心的Hunter博士發(fā)現(xiàn)，用0.25M NaHCO30.01M EDTA0.01M NH4F可同時(shí)浸提土壤中的磷、鉀、銅、鐵、錳、鋅，其浸出量與植物反應(yīng)具有很好的相關(guān)性，該方法適用范圍較廣，既適用于酸性土壤，又適用于

7、石灰性土壤。而且測(cè)定方法簡(jiǎn)單，浸出的磷用鉬藍(lán)比色法測(cè)定。在鉬藍(lán)顯色的同時(shí)用原子吸收測(cè)定同一顯色液中的鉀含量，直接用原子吸收測(cè)定浸提濾液中的銅、鐵、錳、鋅含量。土壤中的活性酸，代換性銨態(tài)氮、鈣、鎂或鈉可用1M KCl浸提劑同時(shí)浸提，浸出的活性酸用NaOH進(jìn)行中和滴定，浸出的銨態(tài)氮用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，浸出的鈣、鎂或鈉直接用原子吸收測(cè)定即可。用0.08M CaH4(PO4)2·H2O可同時(shí)浸提出土壤中的硫和硼，浸出的硫用硫酸鋇比濁法測(cè)定，而硼用姜黃素比色法測(cè)定。土壤有機(jī)質(zhì)用0.2M NaOH0.0lM EDTA+2%甲醇浸提，比色法測(cè)定。土壤pH用pH計(jì)測(cè)定，水土比為2.5:1。由于采用聯(lián)

8、合浸提劑和相應(yīng)的批量處理，使工作效率明顯提高，僅利用現(xiàn)有設(shè)備，每位操作人員每天可進(jìn)行700項(xiàng)次（50個(gè)土壤樣品）的基本測(cè)定。包括取樣、浸提、測(cè)定和洗滌等。2.2.吸附研究進(jìn)行吸附研究的目的在于了解施入土壤中的植物營(yíng)養(yǎng)元素被土壤吸附固定的數(shù)量，從而更合理地進(jìn)行推薦施肥。吸附研究的實(shí)施是在室內(nèi)模擬大田施入不同數(shù)量植物養(yǎng)分，使其充分與土壤混合，再經(jīng)過(guò)自然干燥過(guò)程，然后測(cè)定未被土壤吸附固定的該植物養(yǎng)分的數(shù)量，再以該養(yǎng)分的不同加入量對(duì)相應(yīng)的浸提量作吸附曲線，以了解植物養(yǎng)分施入不同土壤后的動(dòng)態(tài)變化。下面以我們分析的三種土壤為例進(jìn)一步說(shuō)明。見(jiàn)（圖1）三種不同土壤對(duì)磷的吸附固定曲線從圖1不難看出，河南淮陽(yáng)的潮

9、土比遼寧遼陽(yáng)的水稻土對(duì)磷的吸附固定能力相對(duì)較弱，雖然兩種原始土壤中可浸提的有效磷相同，但在加入同樣數(shù)量的磷后，其浸出量河南的潮土明顯高于遼寧的水稻土，隨著加入量的增加，兩種土的差別越來(lái)越明顯。天津潮土的變化趨勢(shì)與河南潮土相似。由圖可知這三種土壤施入同樣數(shù)量的磷后（比如：加入的磷為80毫克P/升時(shí)），其在土壤中呈有效態(tài)的磷或可被植物吸收的數(shù)量截然不同，天津潮土浸出的磷為22毫克P/升，而河南準(zhǔn)陽(yáng)的潮土則高達(dá)58毫克P/升土壤。所以正確地了解土壤對(duì)植物養(yǎng)分的吸咐固定能力對(duì)指導(dǎo)施肥具有實(shí)際意義。3.土壤養(yǎng)分的綜合測(cè)定在平衡施肥中的作用3.1.找出土壤養(yǎng)分中的主要限制因子根據(jù)土壤基本肥力的測(cè)定和吸附固

10、定研究的結(jié)果，再結(jié)合不同養(yǎng)分的豐缺指標(biāo)可制訂出盆栽或大田中需施養(yǎng)分的數(shù)量及比例（具體制訂方法見(jiàn)中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社1992年出版的土壤養(yǎng)分狀況系統(tǒng)研究法）。通過(guò)盆栽苗期試驗(yàn)結(jié)果，可初步了解供試土壤中養(yǎng)分供應(yīng)情況及限制植物生長(zhǎng)的主要營(yíng)養(yǎng)元素。在過(guò)去幾年中，根據(jù)我們的室內(nèi)分析和推薦，共進(jìn)行了幾百個(gè)盆栽試驗(yàn)，已取得了比較滿意的結(jié)果，并用于指導(dǎo)大田試驗(yàn)或推薦施肥，也有部分盆栽，由于管理、氣候條件等因素的影響而不盡人意?，F(xiàn)將北方七省市（黑龍江、吉林、遼寧、天津、山東、河南、陜西）共71個(gè)盆栽試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)缦拢海ū?） 表1 北方七省市71個(gè)盆栽試驗(yàn)結(jié)果（1991-1993）處理缺素處理減產(chǎn)的土壤數(shù)相對(duì)產(chǎn)量

11、范圍（%）平均相對(duì)產(chǎn)量（%）代表地區(qū)-N707. 3 - 9939.10所有供試省市-P669. 7 - 9840.90所有供試省市-K6437 - 9979.70所有供試省市-Zn5644 - 9976.30除遼寧外-S5343 - 9273.00除天津外-Cu3849 - 9779.80除天津、遼寧-Fe2964 - 9882.60除河南、山東-B2965 - 95. 883.20除天津、河南-Mo2274 - 9984.90-Mg1269 - 9885.70-Mn5155 - 99. 985.80以最佳處理（OPT）的產(chǎn)量為100%計(jì)算中的數(shù)據(jù)表明：在大部分供試土壤中氮和磷仍然是限制植物

12、生長(zhǎng)的最主要的因子。將供試作物在最佳處理中的干物重作為100%，而減氮和減磷處理的相對(duì)產(chǎn)量分別只有39.1%和40.9%。表中數(shù)據(jù)還說(shuō)明在總共調(diào)查的71個(gè)土壤中有64個(gè)土壤表現(xiàn)出不施鉀（即-K）有產(chǎn)量降低的趨勢(shì)。其-K處理的相對(duì)產(chǎn)量平均只有最佳處理產(chǎn)量的79.7%，這一結(jié)果使我們對(duì)過(guò)去一直認(rèn)為"北方土壤施鉀肥無(wú)效"的觀點(diǎn)，應(yīng)該有一個(gè)新的評(píng)價(jià)。見(jiàn)表1 北方七省市71個(gè)盆栽試驗(yàn)結(jié)果（1991-1993）根據(jù)盆栽試驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)其它限制或可能限制植物生長(zhǎng)的元素有錳（天津），硫（吉林），鋅（河北），盆栽試驗(yàn)的結(jié)果也分別在大田中得到了驗(yàn)證（表2） 表2 錳肥對(duì)西紅柿產(chǎn)量的影響處理CK

13、INNPNKNPKNPKMN 平均產(chǎn)量 (T/ha)97101111108110117增產(chǎn)（%）一212.119.1011.1018.20蘭耀龍等，天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所 1994，3，4）。表2中的數(shù)據(jù)表明，天津土肥所在氮磷鉀肥基礎(chǔ)上增施錳肥，西紅柿產(chǎn)量從每公頃110噸增至117噸，增產(chǎn)6.4%。吉林水稻試驗(yàn)（表3） 表3 硫肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響處理對(duì)照硫肥普鈣硫磺石膏平均產(chǎn)量（T/ha）5.706.506.205.806.20增產(chǎn)（%）一12.207.500.537.10張寬等，吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所 1993），施入不同的有效硫肥后，產(chǎn)量明顯增加，增產(chǎn)幅度為7.112.2%

14、，而河北玉田玉米試驗(yàn)中（表4） 表4 鋅肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響 河北省玉田（1992）處理OPT- p- K- Mn- Zn平均產(chǎn)量（T/ha)4.952.684.584.074.20相對(duì)產(chǎn)量（%）10054.1092.5082.2084.80OPT：為最佳處理）不施鋅肥其玉米產(chǎn)量比施鋅的最佳處理（OPT）減產(chǎn)15.2%。所以在制訂施肥計(jì)劃時(shí)若在某些地區(qū)或某種作物上（天津的西紅柿，吉林的水稻，河北的玉米）不補(bǔ)足植物可能缺乏的元素（分別為錳、硫、鋅），就不可能達(dá)到最高產(chǎn)量，也不可能達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。長(zhǎng)期不重視對(duì)這些元素的補(bǔ)充，隨著生產(chǎn)水平的提高，肯定會(huì)逐漸成為限制該地區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量的主要因子。通過(guò)

15、室內(nèi)分析和盆栽試驗(yàn)結(jié)果還表明，其它元素如鐵、銅、硼、鉬、鎂、鈣在北方現(xiàn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可能不會(huì)構(gòu)成限制作物產(chǎn)量的主要因素，當(dāng)然具體到某一地塊或某一作物，也可能會(huì)出現(xiàn)缺素癥或抑制作物生長(zhǎng)。見(jiàn)表2 錳肥對(duì)西紅柿產(chǎn)量的影響見(jiàn)表3 硫肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響見(jiàn)表4 鋅肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響根據(jù)河南省農(nóng)科院上肥所張桂蘭等報(bào)道，她們采用中-加合作土壤植物測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的分析結(jié)果和盆栽中推薦的肥料用量，不僅在盆栽試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)植株明顯缺鉀，而且在大田試驗(yàn)中也得到了證實(shí)。小麥每公頃施K2O 113公斤，產(chǎn)量從每公頃4.74噸增至5.45噸，增產(chǎn)15%，玉米、蘿卜、花生、大豆也分別增產(chǎn)13.6%，16.7%，11.7%和29%。3

16、.2 .土壤養(yǎng)分綜合測(cè)定在平衡施肥中的作用為了將室內(nèi)分析的結(jié)果更好地在平衡施肥中得到應(yīng)用，我們選擇河北省玉田縣作為示范地區(qū)，1992年和1993年分別選擇了40個(gè)和107個(gè)示范戶。根據(jù)土壤分析結(jié)果，了解到土壤中被測(cè)的11種元素的豐缺狀況，然后為每戶農(nóng)民制訂施肥計(jì)劃，比如調(diào)整氮磷鉀比例，增施鋅、錳、硫等微量或中量元素，然后與農(nóng)民的習(xí)慣施肥相比較。農(nóng)民習(xí)慣施肥中，氮肥用量一般較高，而磷、鉀肥用量相對(duì)較低，微量元素肥料農(nóng)民也很少施用。1993年全縣示范結(jié)果列于（表5） 表5 河北省玉田縣平衡施肥示范結(jié)果（1993）作物示范數(shù)增產(chǎn)（千克/公頃）增產(chǎn)（%）純收入（元/公頃）玉米882624.52244小

17、麥1155018.30256西瓜412171.801062芹菜3-2140-2.23917水稻14896.58203玉米18個(gè)減產(chǎn)。2個(gè)平產(chǎn)，西瓜2個(gè)減產(chǎn)，芹菜2個(gè)減產(chǎn)，其他示范增產(chǎn)，表中數(shù)據(jù)表明，5種作物107個(gè)示范，單位面積的純收入都有不同程度的增加。88個(gè)玉米示范中，68個(gè)示范田的產(chǎn)量比農(nóng)民習(xí)慣施肥的產(chǎn)量高。而18個(gè)減產(chǎn)，2個(gè)平產(chǎn)，造成減產(chǎn)的主要原因是農(nóng)民肥料的用量太高，但做經(jīng)濟(jì)學(xué)分析后，發(fā)現(xiàn)農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益非常低，增產(chǎn)不增收。盡管這18個(gè)示范田的產(chǎn)量低于農(nóng)民習(xí)慣施肥的產(chǎn)量，但是，單位面積的純收入仍然高于農(nóng)民習(xí)慣施肥。另有一農(nóng)戶（趙紅?。N西瓜的氮肥用量高達(dá)985公斤N/公頃，而鉀肥用量?jī)H56公斤K2O/公頃，在我們的推薦用量中，將其氮肥用量降至254公斤N/公頃，鉀肥用量增至180公斤K2O/公頃，而示范田每公頃增產(chǎn)西瓜10,350公斤，西瓜品質(zhì)也好。這樣不僅降低了成本，而且還增加了產(chǎn)量。由于降低了氮肥用量，調(diào)整了氮磷鉀比例，所以也降低了過(guò)量氮肥淋失到地下水的可能性，減少了環(huán)境污染。因此，通過(guò)測(cè)土施肥使我們農(nóng)業(yè)工作者更加合理地制訂出平衡施肥計(jì)劃，提高農(nóng)作物品質(zhì)，防止環(huán)境污染。見(jiàn)表5 河北省玉田縣平衡