豫北平原典型小麥-玉米輪作高產區節肥潛力分析

李青松，韓燕來，鄧素君，李光輝,2，張中媛

(1.河南農業大學資源與環境學院，河南鄭州 450002； 2.登封市農業農村工作委員會，河南鄭州452470)

化肥在保障糧食安全方面有重要作用。聯合國糧農組織(FAO)的資料顯示，肥料對糧食增產的貢獻率達40%～60%[1]。但農業生產中農業化學品的不合理使用不僅造成資源浪費，而且危害生態環境[2-4]，尤其是過量施用化肥已成為當前造成農業面源污染的第一要素[5]，且化肥污染對糧食生產過程存在顯著的“環境懲罰”效應[3]。提高土地產出率和資源利用率，追求農業綠色生態可持續發展是目前中國政府和廣大科研工作者迫切需要解決的問題[6]。2015年，“中央1號”文件對農業發展作出了“轉方式、調結構”的戰略部署，提出農業生產要(化肥、農藥)減施增效，同年農業部又下發了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》[7]。農業部科技教育司牽頭國內科教部門劃撥專項經費開展公益性行業(農業)科研，對我國農業領域農用物質減施增效進行研究。而摸清農業生產中的肥料使用狀況，并對節肥潛力進行科學準確估算，是推進節肥、增產、增效、節約資源、保護農業生態環境和促進農業可持續發展的基礎。

目前，農業生產中，有關作物類型、品種、肥料類型、栽培措施和農業機械等方面的研究較多，但基于大量現實生產(農戶調查)數據進行節肥潛力的研究尚不多見。Wang等[8]和孟遠奪等[9]、鄔剛等[10]和王永亮等[11]分別從全國范圍和地域范圍對節肥潛力進行了有益探索。豫北平原是中國主要的糧食高產區，也是全國糧食超高產的主要產區，在生產過程中肥料超施嚴重[12]。同等施肥量條件下，豫北高產田肥料利用率較中、低產田更低[13]。因此，開展豫北典型小麥-玉米輪作高產區農業施肥狀況調查，并對其節肥潛力進行分析，是該區域實施節肥增效的基礎性工作，對降低農業生產成本，促進農業生態安全和農產品質量安全都具有重要意義。

1 數據來源與分析

1.1 數據來源

于2016年7-9月，采用面訪式問卷調查，主要選取豫北平原小麥-玉米輪作糧食高產區的安陽、鶴壁、新鄉和焦作4市為研究區域。根據各市所轄鄉鎮的數量，按30%的比例抽取有代表性的鄉鎮共81個，具體為安陽市28個、鶴壁市7個、新鄉市29個、焦作市17個。按抽樣原則，選代表性農戶，對其小麥、玉米生產過程中的施肥狀況進行調查。分別發放小麥、玉米調查問卷各408份，收回小麥有效問卷405份、玉米有效問卷407份。

1.2 數據處理與分析

以河南省測土配方(“3414”田間試驗)推薦施肥量[14]為參照，進行小麥、玉米生產節肥潛力分析。小麥、玉米產量按照加權平均法進行計算。氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)及總養分量(N+P2O5+K2O)以農戶肥料施用量為依據，并根據對應的肥料養分標識量進行折純后參與計算。為避免調查人員和農戶主觀意向對數據質量的影響，刪除PFP(肥料偏生產力，指施用某一特定肥料下的作物產量與施肥量的比值)<1的數據，對挑選出的有效基礎數據進行計算和分析。

節肥潛力指農戶實際施肥量超出當地推薦施肥量的百分比，計算公式：

節肥潛力=(實際施肥量-推薦施肥量)/實際施肥量×100%

式中，節肥潛力值為正，說明實際施肥量高于推薦施肥量，肥料投入過多，有節肥空間，需減少肥料投入；節肥潛力值為負，說明實際施肥量低于推薦施肥量，肥料投入不足，無節肥空間，需增加肥料投入。

2 結果與分析

2.1 小麥、玉米產量狀況

由表1可知，調查農戶種植小麥的產量為5 250～11 250 kg·hm-2，平均產量為8 353 kg·hm-2；玉米產量為5 250～12 000 kg·hm-2，平均為9 064 kg·hm-2；玉米的平均產量高于小麥，符合生產實際。同時玉米產量的變異系數為9.60%，略低于小麥(10.43%)，說明在生產中，玉米產量的差異性小于小麥。

由表1還可以看出，小麥的產量主要集中在6 750～9 750 kg·hm-2，其涉及的農戶數占調查農戶總數的94.82%，其中30.62%農戶的小麥產量集中在7 500～8 250 kg·hm-2，28.40%農戶的小麥產量集中在8 250～9 000 kg·hm-2，二者占調查農戶總數的59.02%；玉米的產量主要集中在7 500～9 750 kg·hm-2，其涉及的農戶數占調查農戶總數的82.8%，其中43.98%農戶的玉米產量集中在8 250～9 000 kg·hm-2，28.01%農戶的玉米產量集中在9 000～9 750 kg·hm-2，二者占調查農戶總數的71.99%。

表1 農戶種植的小麥和玉米的產量分布Table 1 The yield distribution of wheat and maize

2.2 小麥、玉米施肥狀況

由表2可知，小麥、玉米生產中氮肥施用量均最大，磷肥次之，鉀肥最少；玉米的施氮量比小麥高25.5 kg·hm-2，而小麥的施磷量較玉米高99.45 kg·hm-2，二者的施鉀量相當，所以在總施肥量(N+P2O5+K2O)上表現為小麥高于玉米；小麥和玉米施肥量的變異系數均為氮最小、磷次之、鉀最大，說明在生產中農戶對氮、磷、鉀肥的使用極其不均衡。小麥生產中不施磷肥的農戶有9戶，不施鉀肥的有84戶，分別占調查農戶總數的2.22%和20.74%。玉米生產中不施磷肥的農戶有7戶，不施鉀肥的有26戶，分別占調查農戶總數的1.72%和6.39%。

2.3 施肥對小麥、玉米產量的影響

由于樣本數量較大(小麥的有效問卷405份，玉米的有效問卷407份)，為了不使信息失真和遺漏，特作出施肥量與產量數據間的散點圖(圖1和圖2)。

表2 調查農戶的小麥和玉米田的施肥情況Table 2 Fertilization status of surveyed wheat and maize field

由圖1和圖2可知，小麥和玉米的產量與施肥量間都不存在簡單的線性關系，即隨氮、磷、鉀肥料用量和總施肥量的增加，產量并未呈現出增加的趨勢。說明在一定的施肥基數下就可以獲得較高的產量，過多的施肥并不能起到增產的作用，意味著在實際生產中小麥和玉米均有節肥的可能和潛力。

2.4 小麥、玉米節肥潛力分析

參照Wang等[8]、孟遠奪等[9]、鄔 剛等[10]和王永亮等[11]施肥推薦量的選取方法，結合國家測土配方施肥豫北平原典型小麥-玉米輪作高產區小麥、玉米的最高產量施肥推薦量和經濟最佳施肥推薦量[14]，按“1.2”中的節肥潛力計算公式分別計算小麥和玉米的節肥潛力(表3)。

由表3可知，在小麥生產中，總養分的最高產量時的節肥潛力和經濟效益最佳時的節肥潛力分別為29.07%和38.75%，說明小麥生產中總用肥量過大，有節肥潛力。具體而言，N的節肥潛力最高，為40.76%～53.03%；P2O5次之，為38.43%～44.94%；K2O的節肥潛力，為-65.23%～-59.46%。說明在小麥生產中氮、磷肥超施嚴重，鉀肥用量不足，尚需補充。在玉米生產中，總養分、N、P2O5、K2O的節肥潛力與小麥有相同的趨勢。相對而言，玉米的節肥潛力低于小麥，玉米需要補充的K2O肥用量也低于小麥。

圖1 不同施肥量下的小麥產量Fig.1 Wheat yield under different fertilizer application

圖2 不同施肥量下的玉米產量Fig.2 Maize yield under different fertilizer application表3 小麥、玉米節肥潛力分析Table 3 Analysis of fertilizer saving potential in wheat and maize.

作物類型Agrotype養分類別Nutrient category實際施肥量Actual application/(kg·hm-2)推薦施肥量Recommended application/(kg·hm-2)最高產量時Maximum yield經濟效益最佳時Economic optimum節肥潛力Saving potential/%最高產量時Maximum yield經濟效益最佳時Economic optimum小麥 WheatN285.3016913440.7653.03P2O5168.901049338.4344.94K2O52.058683-65.23-59.46總養分Total nutrients5 06.1035931029.0738.75玉米 MaizeN310.8021316731.4746.27P2O569.4568612.0912.17K2O51.157768-50.54-32.94總養分 Total nutrients432.4535829617.2231.55

從氮、磷、鉀的投入比例來看(表3)，小麥的實際施肥量比例為1∶0.59∶0.18，而推薦最高產量時和經濟效益最佳時的施肥量比例分別為1∶0.62∶0.51和1∶0.69∶0.62；玉米的實際施肥量比例為1∶0.22∶0.16，而推薦最高產量時和經濟效益最佳時的施肥量比例分別為0.32∶0.36和1∶0.37∶0.41。可見，小麥和玉米氮、磷、鉀肥的投入比例均不合理，氮肥投入較多，磷肥略顯不足，鉀肥嚴重虧缺。因此，該地區糧食生產中應該采取減氮、控磷、穩鉀的施肥原則。

3 討 論

3.1 產量數據的準確性

對豫北平原小麥-玉米輪作糧食高產區的農戶進行問卷調查，統計得出該區域小麥和玉米的平均產量分別為8 352.75和9 063.6 kg·hm-2，低于河南省超高產攻關田小麥(10 437 kg·hm-2)和玉米(15 972 kg·hm-2)的高產紀錄[15]。實際生產田作物產量低于科學試驗田，這是符合客觀情況的。

調查數據顯示，所調查農戶的小麥產量主要集中在6 750～9 750 kg·hm-2，其涉及農戶數占調查農戶總數的94.82%；經計算，小麥的平均產量為8 353 kg·hm-2，這個數值并不是小麥產量所有數據的算術平均值，玉米產量也表現出相同的狀況。這主要是在進行數據分析時，考慮到近年來的土地流轉使農戶持有農田面積均勻程度降低，不能簡單地對調查數據進行算術平均作為區域得平均產量值，而應在考慮農戶持有土地面積的基礎上進行加權平均。

3.2 節肥潛力與平衡施肥技術推廣

本研究顯示，豫北平原小麥-玉米輪作糧食高產區仍存在不施用磷、鉀肥的現象，其中小麥生產中不施磷、鉀肥的農戶分別占調查農戶總數的2.22%和20.74%，玉米生產中不施磷、鉀肥的農戶分別占調查農戶總數的1.72%和6.39%；另外，高施肥量與高產之間并不在正相關關系，即高施肥量并不一定高產。小麥和玉米生產中，在產量不降低的前提下有節肥的可能和潛力。與當地的推薦施肥量[14]相比，小麥氮素的節肥潛力最大，為40.6%～53.03%；磷素次之，為38.43%～44.94%；鉀素施用不足，節肥潛力為-65.23%～-59.46%；玉米在肥料投入上與小麥相似，氮、磷、鉀的節肥潛力分別為31.47%～46.27%、2.09%～12.17%、-50.54%～-32.94%；另外，小麥和玉米氮、磷、鉀肥的投入比例均不合理，表現為氮肥投入較多、磷肥略顯不足、鉀肥嚴重虧缺。說明迫切需要在農戶中普及和推廣平衡施肥技術。

3.3 農藥、灌溉與節肥

肥料肥效的大小最終表現為農作物產量和肥料利用率的高低，肥料是影響農作物產量形成的最直接因素之一。但產量的形成同時還受綜合因素的影響，當植物保護(農藥施用等)、水分供給(灌溉等)、作物品種和栽培等措施協同作用才能發揮最佳的增產作用。另外，年度氣候條件與肥料肥效高低也有緊密聯系，2016年豫北平原區溫度、降水、光照、風力等氣象條件均為本區域正常水平，因此，本研究結果具有一定的代表性，對指導當地小麥、玉米節肥增產有一定的參考價值。