黃淮海平原區高產糧田秸稈全量還田小麥優化施肥

張曉冬， 李 湛， 王 猛， 王 勇， 隋學艷*

(1.山東省農作物種質資源中心，山東濟南 250100； 2.山東省農業可持續發展研究所，山東濟南 250100)

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黃淮海平原區高產糧田秸稈全量還田小麥優化施肥

張曉冬1， 李 湛1， 王 猛2， 王 勇2， 隋學艷2*

(1.山東省農作物種質資源中心，山東濟南 250100； 2.山東省農業可持續發展研究所，山東濟南 250100)

[目的]針對黃淮海平原區小麥施肥措施與秸稈全量還田耕作環境不相適應的問題，優化最佳施肥方案。[方法]采用“3414”試驗設計，研究施肥量與產量之間的關系，建立了最高產量施肥方案和最經濟施肥方案。[結果]小麥的最經濟產量雖然較最高產量降低了140.13 kg/hm2，但是純收益增加了490.92元/hm2。與農民習慣施肥方案相比，小麥在最經濟施肥方案下，產量增加684.54 kg/hm2，增幅8.65%，純收益增加1 109.72元/hm2，增幅6.70%。[結論]小麥最經濟施肥方案總體效益最優，環境效益顯著。

黃淮海；秸稈全量還田；小麥；優化施肥

黃淮海平原區包括北京市、天津市、河北省、山東省、河南省3個行政省和2個直轄市，是我國重要的糧食主產區，占全國糧食播種面積的33%，糧食總產量占全國總產量的35%[1]。2004年國家啟動了“糧食豐產科技工程”項目[2]，該項目主要為了確保國家糧食安全和農業增產，已取得了顯著成效，高產田、超高產田不斷涌現[3-8]。小麥-玉米一年兩作是黃淮海平原區重要的耕作模式[9-12]，小麥、玉米的草谷比分別為1.20、1.34[13-14]，即糧食高產的同時，秸稈產量也相應提高，秸稈的處理方式由就地燃燒逐漸過渡到作為食用菌基質、青貯飼料、顆粒燃料等，農業產業鏈延伸，農業產值提高。但秸稈的市場消化能力有限，大部分秸稈只能被全量直接還田[15-18]。如何減少大量秸稈還田對農作物生產的影響，提高農業生產效率，是秸稈全量還田面臨的重大問題。張維理等研究表明，秸稈還田后，農民或是沿用秸稈未還田情況下的施肥方式，或是為了追求產量而過量施肥，不合理的施肥方式造成了肥料的浪費、環境的污染，整體生態效益、經濟效益不高[19-23]。王旭等研究表明，在全國范圍內，黃淮海平原區的肥料施用量最高，而肥料利用率卻最低[24-25]。目前，糧食價格持續低迷，環境不斷惡化，因此，亟需制訂合理的施肥方案，以獲得最佳的經濟效益[26]。目前，大多數研究將氮素作為主要研究對象，探討其運籌技術，而未考慮磷、鉀或是未綜合分析氮、磷、鉀互作情況下的肥料運籌技術[27-32]。為此，筆者研究了高產田玉米秸稈全量直接還田小麥的優化施肥方法，以期建立最經濟的施肥方案。

1　材料與方法

1.1試驗地概況試驗于2012～2014年在山東省德州市張華鎮進行。供試土壤為砂質壤土，基礎地力為有機質16.2 g/kg，堿解氮56.6 mg/kg，速效磷29.4 mg/kg，速效鉀55.3 mg/kg。

1.2試驗材料供試品種為濟麥22。供試肥料為尿素(46-0-0)、過磷酸鈣(0-12-0)和硫酸鉀(0-0-51)。

1.3試驗設計采用“3414”回歸設計模型進行小麥營養元素配比試驗，試驗設計見表1。肥料水平采用國家科技支撐計劃(2007BAD89B09)最經濟施肥量試驗結果。小區面積40 m2(5 m×8 m)，隨機區組排列，2次重復。

表1　“3414”試驗設計方案

1.4田間管理小麥試驗尿素50%底施，50%拔節期追施，過磷酸鈣和硫酸鉀全部做底肥。前茬玉米收獲后，秸稈粉碎還田，旋耕2遍，底肥混勻后放置播種機內，隨播種施于土壤。南北行向等行距播種，播種量187.5 kg/hm2，精細機播，行距10～12 cm，播深3～5 cm，播后鎮壓、灌溉。以農民常規施肥為對照(CK)，底肥為復合肥(25-7-8)750 kg/hm2，返青期追施尿素(46-0-0)225 kg/hm2。

1.5測定項目與方法小麥產值=小麥產量×小麥單價。純收益=產值-肥料用費-田間雜費。

1.6數據統計數據的處理采用Microsoft Office Excel 2003、DPS統計軟件。

2　結果與分析

2.1施肥對小麥產量和經濟效益的影響由表2可知，合理配施氮、磷、鉀肥能夠增加小麥產量，增產幅度為949.2～2 190.8 kg/hm2，增產率為16.8%～39.6%。在P2K2的基礎上，小麥產量隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，符合報酬遞減規律，施純氮205.5 kg/hm2增產率達39.6%，而施純氮308.3 kg/hm2增產率反而下降到33.4%。磷、鉀肥對小麥產量的影響在趨勢上與施氮肥基本相同。因此，N2P2K2處理的增產率和利潤最高。

表2　施肥對小麥產量和經濟效益的影響

注：小麥價格2.52元/kg，N價格3.61元/kg，P2O5價格5.25元/kg，K2O價格4.35元/kg，田間雜費1 740元/hm2。

Note: Wheat.2.52 yuan/kg, N.3.61 yuan/kg, P2O5.5.25 yuan/kg, K2O.4.35 yuan/kg, incidental expenses 1 740 yuan /hm2.

2.2小麥產量與施肥量的關系由表3可知，N、P2O5、K2O施肥量與小麥產量之間呈極顯著相關性，表明在P2K2(N2K2或N2P2)的基礎上施用氮肥(磷肥或鉀肥)能促進小麥生長，在增產作用方面施用氮、磷、鉀肥的效果基本相同；在氮、磷、鉀互作的條件下，施肥量與產量之間具有極顯著的相關性，且當N、P2O5、K2O的施用量分別為267.86、162.42、174.58 kg/hm2時，小麥最高產量為8 741.91 kg/hm2。

表3　施肥量與小麥產量之間的回歸分析

注：n=4，r0.05=0.811，r0.01=0.917；n=14，r0.05=0.646，r0.01=0.737。

Note:n=4，r0.05=0.811，r0.01=0.917；n=14，r0.05=0.646，r0.01=0.737.

2.3小麥最經濟施肥量的計算將小麥價格Py和各肥料價格Px代入?Y/?X=(R+1)Px/Py(R=0)，解方程組可得最佳施肥量，即N、P2O5、K2O的施用量分別為204.08、123.21、134.56 kg/hm2時，得出小麥產量為8 601.78 kg/hm2。

通過對最高產量施肥方案與最經濟施肥方案的對比可以看出(表4)，最經濟施肥方案中少施N 63.77 kg/hm2，P2O539.21 kg/hm2，K2O 40.02 kg/hm2，小麥產量雖然降低了140.13 kg/hm2，但是純收益增加了490.92元/hm2。

表4　小麥最高產量施肥方案與最經濟施肥方案對比

注：差值=最經濟施肥方案-最高產量施肥方案。

Note: D-value=most economic fertilization scheme-farmers’ conventional fertilization scheme.

2.4最經濟施肥方案與農民習慣施肥方案的比較由表5可知，與農民習慣施肥方案相比，小麥在最經濟施肥方案條件下，產量增加684.54 kg/hm2，增幅8.65%，純收益增加1 109.72元/hm2，增幅6.70%。這說明與農民習慣施肥方案相比，小麥最經濟施肥方案均可增產增收。

表5小麥農民習慣施肥方案與最經濟施肥方案對比

Table 5Comparison of farmers’ conventional fertilization scheme and most economic fertilization scheme

施肥方案Fertilizationscheme小麥產量Wheatyieldkg/hm2小麥產值Wheatoutputvalue元/hm2小麥純收益Wheatnetreturn元/hm2最經濟施肥方案Mosteco-nomicfertilizationscheme8601.7821676.4917734.02農民習慣施肥方案Conven-tionalfertilizationscheme7917.2419951.4416624.31差值D-value684.541725.051109.72

注：差值=最經濟施肥方案-農民習慣施肥方案。

Note: D-value=most economic fertilization scheme-farmers’ conventional fertilization scheme.

3　結論

(1)該研究結果表明，合理配施N、P2O5、K2O可以顯著提高小麥產量。通過小麥的“3414”試驗結果可以得出，在13個施肥處理中，T6(N2P2K2)處理的小麥產量最高，同時純收益最高；通過N、P2O5、K2O施肥量與小麥產量之間的回歸方程可以看出，在N、P2O5、K2O互作的條件下，施肥量與小麥的產量之間具有極顯著的相關性，且當N、P2O5、K2O的施用量分別為267.86、162.42、174.58 kg/hm2時，小麥最高產量為8 741.91 kg/hm2；當N、P2O5、K2O的施用量分別為204.08、123.21、134.56 kg/hm2時，小麥最經濟產量為8 601.78 kg/hm2；小麥的最經濟產量雖然較最高產量降低了140.13 kg/hm2，但是純收益增加了490.92元/hm2；與農民習慣施肥方案相比，小麥在最經濟施肥方案下，產量增加684.54 kg/hm2，增幅8.65%，純收益增加1 109.72元/hm2，增幅6.70%。

(2)與最高產量施肥方案和農民常規施肥相比，小麥最經濟施肥方案化肥總用量降低，減少了生產化肥對能源的消耗，減少了勞動投入，同時降低了對農田的面源污染，總體經濟效益最優，環境效益顯著。

[1] 王凌河，趙志軒，黃站峰，等.黃淮海地區農業水問題及保障性對策[J].生態學雜志，2009，28(10)：2094-2101.

[2] 科技部農業部財政部國家糧食局：糧食豐產科技工程[J].中國三農，2004(7)：21-23.

[3] 龍紀文.黃淮海“玉米噸糧田”大面積實現有望[N].中國農機化導報,2014-10-09.

[4] 邱貴生.夏玉米單季噸糧田高產栽培技術[J].河北農業,2014(9):8-9.

[5] 韓萍,張玉欣,郭長貴,等.玉米噸糧田的發展概況及技術措施[J].玉米科學,2000(4):87-91，94.

[6] 楊平華,王維利.噸糧田土壤養分變化趨勢研究與對策[J].河南農業,2010(15):29.

[7] 劉霈珈,吳克寧,趙華甫.河南省溫縣噸糧田高標準基本農田選址研究[J].中國農業資源與區劃,2015(3):10-17.

[8] 安桂英.噸糧田建設對維護國家安全的意義[J].中國農業信息,2015(16):141-142.

[9] 劉建剛.黃淮海農作區冬小麥-夏玉米產量差及其限制因素解析[D].北京：中國農業大學,2015：1-11.

[10] 付偉.近20年內黃淮海地區氣候變暖對冬小麥夏玉米生育進程及產量的影響[D].北京：南京農業大學,2013：5-6.

[11] 李霞.小麥-玉米周年生產體系中播前耕作對夏玉米產量及生理特性的影響[D].泰安：山東農業大學,2014：10-12.

[12] 王海霞.黃淮海北部平原區資源節約型種植制度研究[D].北京：中國農業科學院,2011：1-7.

[13] 張寶悅,王激清.區域農業廢棄物資源量估算及利用技術分析[J].農機化研究,2014(11):227-230.

[14] 畢于運.秸稈資源評價與利用研究[D].北京：中國農業科學院,2010：66-67.

[15] 馮偉,張利群,何龍娟,等.基于循環農業的農作物秸稈資源化利用模式研究[J].安徽農業科學,2012(2):921-923，973.

[16] 何勛,張志鵬,史景釗,等.秸稈綜合利用模式效益分析[J].中國農機化學報,2014(4):180-183.

[17] 于清東,李彩霞.山東省農作物秸稈綜合利用模式的研究[J].農業機械,2007(12):58-59.

[18] 李歡,楊仁斌,陳亮.秸稈能源利用模式分析及進展[J].農業環境科學學報,2007(S2):628-631.

[19] 張維理,武淑霞,冀宏杰,等.中國農業面源污染形勢估計及控制對策 I.21世紀初期中國農業面源污染的形勢估計[J].中國農業科學,2004(7):1008-1017.

[20] 張維理,冀宏杰,KOLBE H,等.中國農業面源污染形勢估計及控制對策 Ⅱ.歐美國家農業面源污染狀況及控制[J].中國農業科學,2004(7):1018-1025.

[21] 張維理,徐愛國,冀宏杰,等.中國農業面源污染形勢估計及控制對策 Ⅲ.中國農業面源污染控制中存在問題分析[J].中國農業科學,2004(7):1026-1033.

[22] 黃東風,王果,陳超.農業面源污染研究概況及發展趨勢[J].中國農村小康科技,2006(11):39-45,52.

[23] 劉燁,劉瑋晶,趙言文.江蘇省農業過剩氮與農村居民消費關系擬合分析[J].水土保持通報,2012(5):82-86,92.

[24] 王旭,李貞宇,馬文奇,等.中國主要生態區小麥施肥增產效應分析[J].中國農業科學,2010(12):2469-2476.

[25] 武蘭芳,陳阜,歐陽竹,等.黃淮海平原麥玉兩熟區糧食產量與化肥投入關系的研究[J].植物營養與肥料學報,2003(3):257-263.

[26] 李玉倫,吳建軍,王法宏.山東省小麥生產效益低的成因及其技術對策[J].山東農業科學,2014(9):131-134.

[27] 徐鈺,劉兆輝,江麗華,等.不同氮肥運籌對冬小麥氮肥利用率和土壤硝態氮含量的影響[J].水土保持學報,2010(4):90-93，98.

[28] 王法宏,司紀升,李升東,等.小麥氮肥高效利用技術研究[J].麥類作物學報,2008(5):846-850.

[29] 李升東,張衛峰,王法宏,等.施氮量對小麥氮素利用的影響[J].麥類作物學報,2016(2):223-230.

[30] 閆翠萍,裴雪霞,王姣愛,等.秸稈還田與施氮對冬小麥生長發育及水肥利用率的影響[J].中國生態農業學報,2011(2):271-275.

[31] 李瑋,喬玉強,陳歡,等.玉米秸稈還田配施氮肥對冬小麥土壤氮素表觀盈虧及產量的影響[J].植物營養與肥料學報,2015(3):561-570.

[32] 吳大付,陳紅衛,王小龍.黃淮海平原水氮耦合對小麥產量和蛋白質含量的影響[J].安徽農業科學,2007(3):693-694.

Wheat Optimized Fertilization of High Yield Field with Returning Whole Stalks into the Soil in Huang-Huai-Hai Plain

ZHANG Xiao-dong1, LI Zhan1, WANG Meng2, SUI Xue-yan2*et al

(1.Shandong Center of Crop Germplasm Resources, Jinan Shandong 250100; 2.Shandong Institute of Agriculture Sustainable Development, Jinan, Shandong 250100)

[Objective] Aiming at disharmony between wheat fertilization plan and returning whole stalks into the soil in Huang-Huai-Hai Plain, the optimal fertilization scheme was optimized.[Method] Using “3414” experimental design, the relationship between fertilization quantity and yield was studied, the highest yield fertilization scheme and most economic fertilization scheme was established.[Result] The most economic yield of wheat decreased 140.13 kg/hm2compared with highest yield, net profit increased 490.92 yuan/hm2.Compared with conventional fertilization scheme, under the most economic fertilization scheme, yield increased 684.54 kg/hm2with range of 8.65%, net profit increased 1 109.72 yuan/hm2with range of 6.70%.[Conclusion] Most economical fertilization scheme of wheat has the best overall benefit and the environmental benefit is significant.

Huang-Huai-Hai Plain; Returning whole stalks into field; Wheat; Optimized fertilization

國家科技支撐計劃項目(2012BAD14B07)。

張曉冬(1981- )，男，山東壽光人，副研究員，碩士，從事作物種質資源及農業信息化研究。*通訊作者，副研究員，碩士，從事作物栽培與農業信息化應用研究。

2016-06-13

S 141.4

A

0517-6611(2016)21-079-03