華北平原小麥生長季氮肥減施依據(jù)與基準簡析

聶勝委，張巧萍，張玉亭，許紀東，何 寧

（1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州450002；2.遂平縣農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗站，河南遂平463100）

華北平原是我國重要的糧食生產(chǎn)基地，在保障國家糧食安全方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。糧食的持續(xù)性增產(chǎn)與化學(xué)肥料大量、過量投入密切相關(guān)。國家統(tǒng)計資料顯示，我國農(nóng)田化肥施用量由2000年的4 146.4萬t持續(xù)增加到2015年的6 022.6萬t，以年均3%的速度遞增。過量的肥料投入在獲得較高糧食產(chǎn)量的同時，帶來了更多的負面效應(yīng)，如氮淋失、地下水污染、土壤板結(jié)、酸化以及生態(tài)環(huán)境惡化和可持續(xù)生產(chǎn)能力下降等[1-2]。2015年，農(nóng)業(yè)部發(fā)布了《關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》，提出了“一控、兩減、三基本”的目標(biāo)，到2020年實現(xiàn)化肥零增長?？蒲蓄I(lǐng)域中，國家重點研發(fā)專項計劃相繼啟動了化肥農(nóng)藥減量施用的相關(guān)研究。小麥是華北平原主要的糧食作物，研究小麥需肥特點和規(guī)律[3-6]、施肥技術(shù)與建議[7-24]、新型耕作技術(shù)[25-27]等方面的報道較多。在化肥農(nóng)藥減量施用的基準值方面，由于研究受到地域（尺度）、時間、人員等因素的影響，不同地域之間、同一地域的不同年限之間小麥季氮肥投入量存在較大差異，如調(diào)查氮肥投入量顯示，山東2004年為424 kg/hm2[9]，2009年山東棗莊為 208.9 kg/hm2[14]；河南 2012 年為 195.9 kg/hm2[8]，2013年河南新鄉(xiāng)為526.5kg/hm2[20]，2016年河南平輿縣為328.5kg/hm2[13]；化肥減量施用的基準值目前尚沒有一個相對科學(xué)、合理和統(tǒng)一的依據(jù)。因此，國家十三五重點研發(fā)專項啟動了有關(guān)化肥農(nóng)藥減施增效的相關(guān)專題，其中糧食作物的肥藥雙減研究是其中之一。

本研究從不同尺度層面分析研究小麥季化肥（氮肥）減量施用的依據(jù)和基準，旨在實現(xiàn)氮肥科學(xué)合理減量施用，為資源節(jié)約和高效利用提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況

華北平原（N32°～40°，E114°～121°）跨越京、津、冀、魯、豫、皖、蘇7省市，面積達30萬km2。中、北部屬暖溫帶季風(fēng)氣候，四季變化明顯，南部淮河流域處于向亞熱帶過渡地區(qū)，冬季寒冷干燥，年均溫14～15℃，≥0℃積溫為4100～5400℃，≥10℃積溫為3 700～4 700℃，年降水量500～1 000 mm，年日照時數(shù)為2 800 h，7—8月光、熱、水同季，作物增產(chǎn)潛力大。

1.2 資料來源

區(qū)域數(shù)據(jù)資料來源于中國統(tǒng)計局統(tǒng)計年鑒[28]“農(nóng)業(yè)”章節(jié)中農(nóng)作物生產(chǎn)條件與播種面積、耕地灌溉面積和農(nóng)用化肥施用量、農(nóng)作物播種面積、主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、主要農(nóng)產(chǎn)品單位面積產(chǎn)量等小節(jié)。

華北平原區(qū)小麥季氮肥施用量在小麥/玉米一年兩熟區(qū)按照氮肥施用量各占比1/2折算；復(fù)合肥中氮含量按照25%N含量進行折算。

文獻調(diào)查資料來源于中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中期刊論文部分。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel，SPSS軟件進行分析整理。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國單位面積耕地氮肥施用量及產(chǎn)量的變化分析

從圖1可以看出，我國單位面積耕地中氮肥用量從1980年的209.6 kg/hm2持續(xù)增長到2007年的472.9 kg/hm2，年均增長率為7.4%，有力地保障了國家的糧食安全；2008—2012年，單位耕地面積氮肥施用量維持在460 kg/hm2的水平；近年來，單位耕地面積氮肥平均施用量有所下降，由2013年的458.2 kg/hm2下降到2016年的426.3 kg/hm2。

從圖2可以看出，小麥單產(chǎn)自1980年以來總體呈增加的趨勢，由1980年的1 913.9 kg/hm2增加到2016年的5 327.0 kg/hm2，其一方面得益于品種、耕作栽培技術(shù)以及田間管理等科技的應(yīng)用和推廣；另一方面，與我國化學(xué)肥料的大量持續(xù)投入密切相關(guān)。此外，小麥單產(chǎn)的增量則表現(xiàn)出“階梯式”下降特點，第1階段（1980—2006年），在這一階段中，小麥單產(chǎn)隨著化肥用量的增加增產(chǎn)幅度較大，增幅較為穩(wěn)定，平均增幅在393.1 kg/hm2，從側(cè)面反映出氮肥的投入與小麥產(chǎn)量的增加呈正相關(guān)；第2階段（2007—2016年），小麥單產(chǎn)開始出現(xiàn)大的波動，其中，在2009，2016年增產(chǎn)幅度為負值，分別增產(chǎn)-23.0，-65.7 kg/hm2，在 2007，2010，2011，2013 年增產(chǎn)幅度小于100 kg/hm2，相當(dāng)于平產(chǎn)水平，氮肥持續(xù)性過量投入對小麥產(chǎn)量的增加并沒有促進作用，說明氮肥的投入接近小麥季生長的實際需求量。

2.2 華北平原區(qū)單位耕地面積氮肥施用量及產(chǎn)量的變化分析

從圖3可以看出，華北平原區(qū)2010年單位耕地面積平均氮肥用量為450.8 kg/hm2，河南、江蘇分別高達 594.0，530.9 kg/hm2，山東、安徽次之，分別為437.3，417.0 kg/hm2，河北、天津、北京則較低；2016 年華北平原區(qū)單位耕地面積平均氮肥用量為417.6 kg/hm2，較2010年有所減少，其中，河南、江蘇2省施用量依然較高，分別為583.1，448.6 kg/hm2，其他省市則整體相對較低。

華北平原區(qū)是我國傳統(tǒng)的小麥優(yōu)勢主產(chǎn)區(qū)。從圖4可知，2010年該區(qū)小麥平均單產(chǎn)為5149.1kg/hm2，僅河南、山東超過平均水平，分別為5837.5，5779.5kg/hm2；2016年該區(qū)小麥平均單產(chǎn)為5 753.0 kg/hm2，較2010年的平均單產(chǎn)水平有所增加，其中，河南、山東、河北、安徽4省份平均單產(chǎn)接近或超過平均水平。而由圖3可知，山東、河北、安徽的氮肥用量較低，表明在當(dāng)前的生產(chǎn)條件下，氮肥的施用量減少并不會影響小麥的單產(chǎn)水平。

2.3 有關(guān)文獻調(diào)查報道華北平原小麥季施肥量的分析

表1 中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中發(fā)表的有關(guān)農(nóng)戶水平的小麥氮肥施用量文獻

以中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫資源（1955—2018年），以“小麥施肥”為篇名檢索詞，檢索到有關(guān)小麥施肥的文獻有160篇，經(jīng)過對文獻研究的所在區(qū)域、研究的內(nèi)容進行甄別，篩選到有關(guān)小麥季施肥入戶調(diào)查研究的有效文獻7篇（表1），通過分析可以看出，小麥季氮肥施肥量在不同的文獻中存在較大差異，其中，小麥季施肥量最高為526.5 kg/hm2，最低為195.6 kg/hm2，平均氮肥施用量為328.2 kg/hm2。小麥季全國施肥水平是295.9 kg/hm2。此外，文獻的時間跨度較長，從2003年已有學(xué)者開始研究報道，直到2018年，時間跨度長達15 a，說明小麥季氮肥的施用縱向上是穩(wěn)中有升，而且氮肥過量施用所占比例較大。

2.4 華北平原小麥季氮肥減量施用的基準分析

從全國大范圍來看，統(tǒng)計資料分析顯示，2005—2014年間，單位耕地面積氮肥投入量超過450 kg/hm2的水平，小麥單產(chǎn)在持續(xù)增加，但是小麥單產(chǎn)增加量在2007年以后增加幅度則收窄，在有些年份甚至是負增長，說明此時氮肥的投入已經(jīng)接近單位面積投入量上限。

從華北平原區(qū)域來看，2010年單位耕地面積平均氮肥用量為450.8 kg/hm2，2016年為417.6 kg/hm2，小麥生長季按照1/2計算，小麥季氮肥年平均投入量為217.1kg/hm2。從估算結(jié)果來看，小麥季平均氮肥施用量尚處于合理范圍之內(nèi)，但是在糧食主產(chǎn)省份中，氮肥施用量，2010年河南、江蘇分別高達594.0，530.9kg/hm2，2016 年河南、江蘇分別為 583.1，448.6kg/hm2；小麥生長季氮肥投入量按照1/2計算，河南、江蘇 2010 年分別為 297.0，265.5 kg/hm2，2016 年分別為 291.6，224.3 kg/hm2。

從已有的文獻報道可以發(fā)現(xiàn)，2003年文獻農(nóng)戶調(diào)查的結(jié)果為295.9 kg/hm2水平[24]，多地多年文獻調(diào)查（農(nóng)戶）總的平均投入量為328.2 kg/hm2。綜合考慮華北平原區(qū)的生產(chǎn)水平等各種因素，華北平原區(qū)小麥季氮肥施用量水平為（300±30）kg/hm2，在此基礎(chǔ)上進行減量施肥技術(shù)研究比較符合區(qū)域客觀實際情況。

3 結(jié)論

基于統(tǒng)計資料和農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)資料分析得出，華北平原區(qū)小麥生長季氮肥減量施用基準參考值應(yīng)為（300±30）kg/hm2，在此基礎(chǔ)上進行氮肥的減量、替代技術(shù)研究，具有較強的實用價值。

由于研究受到所采用資料在計算時存在折算和時效差異以及文獻中農(nóng)戶調(diào)查的覆蓋面不大等多種因素的影響，所得結(jié)論還有待于進一步驗證。