中加合作實驗室在北方平衡施肥中的作用

1、中加合作實驗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-中國農(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長處是不涉及在重量稱量法中需要的用容重來換算土壤體積。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。通過用土壤養(yǎng)分狀況系統(tǒng)測定法對中國北方黑龍江、吉林、遼寧、天津、山東、河南、陜西七省市土壤的試驗，找出主要限制產(chǎn)量因子，針鋒相對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項目部和中國農(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-加合作土壤植物測試實驗室"。實驗室中的全套設(shè)備和技術(shù)由美國國際農(nóng)化服務(wù)中心（ASI）引進。中-加合作實驗室的特點：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（整個實驗室只需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內(nèi)均屬一流。中-加合作實驗室的主要宗旨：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：植物生長所必需的主要元素除來自大氣或水中的碳、氫、氧外，還有來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發(fā)育，中-加合作實驗室就是對上述土壤中的諸元素進行快速分析并對其中的某些與肥效密切相關(guān)的元素進行吸附研究，在較短的時間內(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)果與大田試驗結(jié)果相吻合，首先最重要的一步即被測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，盡量避免在取土過程中可能造成的誤差，這包括：取土點選擇不當(dāng)，采土方法不合理，樣品混合不勻，取土工具、土袋等對某些元素的污染，土壤樣品運輸過程中造成的污染或樣品前處理過程中造成的污染等都可能產(chǎn)生錯誤的分析結(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)分析和大田試驗才有真正的代表價值，從而能進行更深入的研究。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于"謹(jǐn)慎"不能滿足快速分析的要求，因此中-加合作實驗室采用北美流行的容量稱量方法，該方法以容量為基礎(chǔ)進行土壤養(yǎng)分的測定，其量取速度比重量方法快幾倍甚至十幾倍。傳統(tǒng)的計算土壤耕層中某養(yǎng)分總量是按每畝地15萬公斤土壤（容重1.

5、125克/毫升，耕層深度20厘米）進行換算而得出的，其實，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，即同一測定值時，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)分的測定方法中-加合作實驗室對土壤的測定包括兩部分：土壤基本肥力的測定及對某些元素吸附固定能力的研究。土壤基本肥力的測定項目包括：土壤有機質(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）。現(xiàn)分述如下：2.1.土壤基本肥力的測定方法如何選用同一種浸提劑，可同時浸提出多種有效養(yǎng)分，而且浸提量又與植物生長具有很好的相關(guān)性呢？美國國際農(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。而且測定方法簡單，浸出的磷用鉬藍比色法測定。在鉬藍顯色的同時用原子吸收測定同一顯色液中的鉀含量，直接用原子吸收測定浸提濾液中的銅、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浸提劑同時浸提，浸出的活性酸用NaOH進行中和滴定，浸出的銨態(tài)氮用靛酚藍比色法測定，浸出的鈣、鎂或鈉直接用原子吸收測定即可。用0.08M CaH4(PO4)2·H2O可同時浸提出土壤中的硫和硼，浸出的硫用硫酸鋇比濁法測定，而硼用姜黃素比色法測定。土壤有機質(zhì)用0.2M NaOH0.0lM EDTA+2%甲醇浸提，比色法測定。土壤pH用pH計測定，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行700項次（50個土壤樣品）的基本測定。包括取樣、浸提、測定和洗滌等。2.2.吸附研究進行吸附研究的目的在于了解施入土壤中的植物營養(yǎng)元素被土壤吸附固定的數(shù)量，從而更合理地進行推薦施肥。吸附研究的實施是在室內(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)過自然干燥過程，然后測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態(tài)變化。下面以我們分析的三種土壤為例進一步說明。見（圖1）三種不同土壤對磷的吸附固定曲線從圖1不難看出，河南淮陽的潮

9、土比遼寧遼陽的水稻土對磷的吸附固定能力相對較弱，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，兩種土的差別越來越明顯。天津潮土的變化趨勢與河南潮土相似。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），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)陽的潮土則高達58毫克P/升土壤。所以正確地了解土壤對植物養(yǎng)分的吸咐固定能力對指導(dǎo)施肥具有實際意義。3.土壤養(yǎng)分的綜合測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（具體制訂方法見中國農(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）。通過盆栽苗期試驗結(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的主要營養(yǎng)元素。在過去幾年中，根據(jù)我們的室內(nèi)分析和推薦，共進行了幾百個盆栽試驗，已取得了比較滿意的結(jié)果，并用于指導(dǎo)大田試驗或推薦施肥，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個盆栽試驗結(jié)果匯總?cè)缦拢海ū?） 表1 北方七省市71個盆栽試驗結(jié)果（1991-1993）處理缺素處理減產(chǎn)的土壤數(shù)相對產(chǎn)量

11、范圍（%）平均相對產(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產(chǎn)量分別只有39.1%和40.9%。表中數(shù)據(jù)還說明在總共調(diào)查的71個土壤中有64個土壤表現(xiàn)出不施鉀（即-K）有產(chǎn)量降低的趨勢。其-K處理的相對產(chǎn)量平均只有最佳處理產(chǎn)量的79.7%，這一結(jié)果使我們對過去一直認(rèn)為"北方土壤施鉀肥無效"的觀點，應(yīng)該有一個新的評價。見表1 北方七省市71個盆栽試驗結(jié)果（1991-1993）根據(jù)盆栽試驗結(jié)果還發(fā)現(xiàn)其它限制或可能限制植物生長的元素有錳（天津），硫（吉林），鋅（河北），盆栽試驗的結(jié)果也分別在大田中得到了驗證（表2） 表2 錳肥對西紅柿產(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（表3） 表3 硫肥對水稻產(chǎn)量的影響處理對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中（表4） 表4 鋅肥對冬小麥產(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%。所以在制訂施肥計劃時若在某些地區(qū)或某種作物上（天津的西紅柿，吉林的水稻，河北的玉米）不補足植物可能缺乏的元素（分別為錳、硫、鋅），就不可能達到最高產(chǎn)量，也不可能達到最佳的經(jīng)濟效益。長期不重視對這些元素的補充，隨著生產(chǎn)水平的提高，肯定會逐漸成為限制該地區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量的主要因子。通過

15、室內(nèi)分析和盆栽試驗結(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，也可能會出現(xiàn)缺素癥或抑制作物生長。見表2 錳肥對西紅柿產(chǎn)量的影響見表3 硫肥對水稻產(chǎn)量的影響見表4 鋅肥對冬小麥產(chǎn)量的影響根據(jù)河南省農(nóng)科院上肥所張桂蘭等報道，她們采用中-加合作土壤植物測試實驗室的分析結(jié)果和盆栽中推薦的肥料用量，不僅在盆栽試驗中發(fā)現(xiàn)植株明顯缺鉀，而且在大田試驗中也得到了證實。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個和107個示范戶。根據(jù)土壤分析結(jié)果，了解到土壤中被測的11種元素的豐缺狀況，然后為每戶農(nóng)民制訂施肥計劃，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個減產(chǎn)。2個平產(chǎn)，西瓜2個減產(chǎn)，芹菜2個減產(chǎn)，其他示范增產(chǎn)，表中數(shù)據(jù)表明，5種作物107個示范，單位面積的純收入都有不同程度的增加。88個玉米示范中，68個示范田的產(chǎn)量比農(nóng)民習(xí)慣施肥的產(chǎn)量高。而18個減產(chǎn)，2個平產(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)濟學(xué)分析后，發(fā)現(xiàn)農(nóng)民的經(jīng)濟效益非常低，增產(chǎn)不增收。盡管這18個示范田的產(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?。?，種西瓜的氮肥用量高達985公斤N/公頃，而鉀肥用量僅56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，通過測土施肥使我們農(nóng)業(yè)工作者更加合理地制訂出平衡施肥計劃，提高農(nóng)作物品質(zhì)，防止環(huán)境污染。見表5 河北省玉田縣平衡