河北省冬小麥施肥效果與肥料利用率現狀

孫彥銘 黃少輝 劉克桐

摘要：為明確河北省冬小麥施肥效果和肥料利用率現狀，通過對河北省2005—2014年測土配方施肥項目中的 2 794 個冬小麥“3414”田間試驗進行分析，明確了氮肥、磷肥、鉀肥對河北省冬小麥產量的影響，測算了氮肥、磷肥、鉀肥的利用效率。結果表明，在當前生產條件下，河北省冬小麥不施化肥時產量為4.16 t/hm2，配方施肥顯著提升產量至 6.83 t/hm2，在其他肥料施用的基礎上，氮肥、磷肥、鉀肥分別使小麥增產1.77、1.31、0.90 t/hm2。肥料對河北省冬小麥產量的平均貢獻率為39.3%，其中氮肥、磷肥、鉀肥的平均貢獻率分別為25.7%、18.8%、13.1%;河北省冬小麥肥料偏生產力平均值為15.0 kg/kg，氮肥、磷肥、鉀肥偏生產力平均值分別為36.1、50.9、60.2 kg/kg;冬小麥肥料農學效率平均值為 5.9 kg/kg，氮肥、磷肥、鉀肥農學效率分別為9.2、9.5、7.7 kg/kg。河北省冬小麥肥料利用效率總體處于中等偏低水平，需要進一步推進土壤培肥、平衡施肥技術的應用，提高養分資源管理水平，實現小麥產量與養分效率的同步提升。

關鍵詞：冬小麥;肥料利用率;肥料效果;測土配方施肥;河北省

河北省是我國重要的冬小麥主產區，年播種面積超過240萬hm2，占全國總播種面積的9.7%[1]。施肥是提高小麥產量的重要手段，在保證糧食安全中發揮了重大的作用。據聯合國糧食及農業組織（FAO）統計，在世界范圍內，化肥對糧食作物產量的貢獻率均占到30%～50%[2]，全國化肥試驗網統計的20世紀80年代的研究結果也表明，化肥對我國糧食產量的貢獻率為40.8%[3]。隨著社會的發展，我國化肥投入量與20世紀80年代相比已經有了明顯的增加[4]。與此同時，我國糧食增長率在2000—2003年間已下降到-4%[5]，化肥效率下降引起了國內外廣泛關注。因此，明確當前農業生產中化學肥料對產量的貢獻率、化肥利用率等對當前正在開展的化學肥料減施增效等具有十分重要的意義。

自2005年，國家在全國范圍內開展測土配方施肥項目，以推動糧食增產、農民增收和生態環境保護。眾多學者對測土配方數據進行研究，獲得了許多成果，單燕等通過對陜西省測土配方施肥項目數據的分析，評價了陜西省玉米施肥效果[6]。王寅等通過對吉林省測土配方數據的總結，得出吉林省春玉米肥料貢獻率為34%，相比全國水平較高[7]。武金果利用河南省“3414”試驗數據分析了河南省小麥施肥狀況和肥料貢獻率[8]。劉芬等通過總結測土配方肥料試驗，研究了關中地區冬小麥施用氮肥、磷肥、鉀肥的增產效果以及肥料利用效率現狀[9]。張文婧等基于測土配方肥料試驗，對四川省主要作物的施肥現狀和養分效率進行了分析[10]。本研究通過整理河北省測土配方施肥項目，在河北省布置大量“3414”田間試驗，對河北省當前生產條件下的肥料增產效果、肥料利用率進行分析，以期明確河北省冬小麥施肥效果與肥料利用率的現狀，為河北省冬小麥科學施肥管理提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

本研究選取2005—2014年國家測土配方施肥項目在河北省小麥主產區布置的冬小麥“3414”田間試驗，共計2 794個。研究區域涵蓋河北省冬小麥主產區的邯鄲市、邢臺市、石家莊市、衡水市、滄州市、保定市、廊坊市、唐山市部分地區等，主要土壤類型包括褐土、潮土等，生態類型區包括濱海平原區、海河沖積平原區、山前平原區、太行山山地丘陵區、燕山山地丘陵區等。試驗區耕層土壤pH值為6.4～9.3，平均值為7.9±0.4;土壤有機質含量為（2.3～41.6） g/kg，平均值為（15.6±4.8） g/kg;全氮含量為（0.21～2.56） g/kg，平均值為（0.9±0.3） g/kg;有效磷含量為（1.60～165.0） mg/kg，平均值為（22.5±15.5） mg/kg;速效鉀含量為（16～480） mg/kg，平均值為（114.4±43.1） mg/kg。供試小麥品種主要包括石新733、石新828、衡觀35、邯6172、濟麥22、京冬8號、良星99、石麥15等代表性品種。

本研究中所含試驗處理包括“3414”田間試驗中的處理1（N0P0K0，CK）、處理2（N0P2K2，-N）、處理4（N2P0K2，-P）、處理6（N2P2K2，NPK）、處理8（N2P2K0，-K）。其中，N2P2K2施肥量是由當地農業技術專家或農技推廣人員根據目標產量水平、作物養分需求、田塊土壤肥力狀況以及當地施肥習慣等進行綜合確定，代表當地的最佳施肥水平[11]。本研究所采用的數據集中，氮肥施用量在36～375 kg/hm2之間，平均值為（201±37） kg/hm2;磷肥施用量在30～225 kg/hm2之間，平均值為（141±26） kg/hm2;鉀肥施用量在21～240 kg/hm2之間，平均值為（124±28） kg/hm2。所有缺素處理均不施用相應肥料，其余施肥量與NPK處理相同。試驗所用肥料為尿素（N，46%）、過磷酸鈣（P2O5，16%）、氯化鉀（K2O，60%）等。50%氮肥和全部磷鉀肥作為基肥在小麥播種前施入，50%氮肥在拔節期追肥施入，其他管理措施與當地習慣一致。

1.2 樣品采集與分析

小麥播種前，各試驗點取0～20 cm土壤樣品測定基本化學性質，其中有機質含量測定采用重鉻酸鉀容量法;有效磷含量測定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀含量測定采用 1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法[12]。

小麥成熟后，對各試驗點所有小區去掉邊行后進行實打實收測產。

1.3 數據分析與處理

所有數據導入Excel 2010進行計算與數據分析，采用SPSS 17.5進行顯著性統計檢驗，采用Sigmaplot 10.0進行制圖。

2 結果與分析

2.1 施肥對河北省小麥產量的影響

由圖1可知，在不施肥條件下，河北省冬小麥平均產量為4.16 t/hm2（0.52～9.18 t/hm2），配方施肥顯著提高了小麥產量，NPK處理的冬小麥平均產量達到6.83 t/hm2（1.24～11.25 t/hm2），較對照不施肥處理平均增產2.67 t/hm2，增產幅度達到64.2%。在缺素處理中，-N處理的冬小麥平均產量為5.06 t/hm2（0.23～9.73 t/hm2），-P處理的冬小麥平均產量5.52 t/hm2（0.76～9.93 t/hm2），-K處理的小麥平均產量為5.93 t/hm2（1.18～10.58 t/hm2）。在保證施用另外2種元素肥料施用的前提下，施用氮肥、磷肥、鉀肥小麥平均增產1.77、1.31、0.90 t/hm2，氮肥的增產效應最為明顯，其次是磷肥，鉀肥增產效應最小。

分析河北省冬小麥施肥增產量和增產率分布情況（圖2）可知，河北省施用氮肥、磷肥、鉀肥分別有99.9%、99.6%、99.0% 的樣點表現出增產。所有增產樣點中，增產率超過5%的樣點比例分別為96.0%、91.7%、82.4%。

施氮后平均增產量為1.77 t/hm2，其中81.0%的試驗點增產量在0.5～3.0 t/hm2之間，甚至有11.5%的試驗點增產超過 3.0 t/hm2，只有7.6%的試驗點增產小于0.5 t/hm2。施氮小麥平均增產率為41.7%，增產率分布在5%～55%之間的樣點占 76.4%，有19.6%的試驗點增產率超過55%。

施磷后較對照平均增產1.30 t/hm2，其中76.5%的試驗點增產量在0.5～3.0 t/hm2之間，有6.1%的樣點增產超過 3.0 t/hm2，但是有17.5%的樣點增產量小于0.5 t/hm2。施磷平均增產率為27.7%，增產率在5%～55%之間的樣點占 81.7%，有8.3%的樣點施磷增產率小于5%，但是有10.0%的樣點施磷增產率超過55%。

施鉀較對照平均增產0.90 t/hm2，其中增產范圍在0.3～1.5 t/hm2之間的樣點占67.1%，有16.4%的樣點施鉀增產量超過1.5 t/hm2;施鉀增產率平均值為16.7%，主要分布在5%～35%之間，占樣點數的73.7%，8.7%的樣點增產率超過35%，而增產率小于5%的樣點占17.5%。

2.2 河北省冬小麥肥料利用率現狀

2.2.1 肥料農學效率 從圖3可以看出，河北省冬小麥化肥（NPK）平均農學效率為5.9 kg/kg（0～21.3 kg/kg），其中氮磷鉀肥農學效率<5 kg/kg的樣點占42.3%，在5.0～10.0 kg/kg 之間的樣點占47.3%，>10.0 kg/kg的樣點僅占8.4%。冬小麥氮肥農學效率平均值為9.2 kg/kg（0～63.8 kg/kg），氮肥農學效率>15.0 kg/kg的試驗點占總試驗點的12.5%，氮肥農學效率<7.5 kg/kg的試驗點數占總樣點數的43.9%。冬小麥磷肥農學效率平均值為9.5 kg/kg（0～63.1 kg/kg），其中磷肥農學效率>10.0 kg/kg的樣點占總試驗點數的36.6%，而低于5.0 kg/kg的樣點占28.3%，磷肥農學效率在高、中、低水平上各約占1/3。小麥鉀肥農學效率平均值為 7.7 kg/kg（0～56.1 kg/kg），其中鉀肥農學效率低于10.0 kg/kg 的樣點占總樣點數的79.8%，表明河北省冬小麥鉀肥的農學效率總體處于較低的水平。

2.2.2 肥料偏生產力 從圖4可以看出，河北省冬小麥化肥（NPK）偏生產力平均值為15.0 kg/kg（3.9～44.5 kg/kg），其中<12.5 kg/kg的樣點占總樣點數的19.6%，12.5～17.5 kg/kg 的樣點占64.9%，>17.5 kg/kg的樣點占15.4%。氮肥偏生產力平均值為36.1 kg/kg（0～210.9 kg/kg），氮肥偏生產力<30 kg/kg的試驗點占總試驗點的25.2%，在30～40 kg/kg之間的樣點占總樣點數的58.6%，而氮肥偏生產力>40 kg/kg的樣點占總樣點數的16.1%。磷肥偏生產力平均值為50.9 kg/kg（5.1～253.5 kg/kg），<40 kg/kg 的樣點占總樣點數的20.8%，磷肥偏生產力在40～60 kg/kg之間的樣點占總樣點的64.4%，而磷肥偏生產力>60 kg/kg的樣點占總樣點數14.8%。鉀肥偏生產力平均值為60.2 kg/kg（11.1～361.5 kg/kg），<40 kg/kg 的樣點占總樣本的7.7%，在40～60 kg/kg之間的樣點占總樣點的62.0%，>60 kg/kg的樣點占總樣點的30.3%。

2.3 河北省冬小麥肥料貢獻率現狀

從圖5可以看出，河北省冬小麥肥料（NPK）平均貢獻率為39.3%（0～90.3%），其中貢獻率<30%的樣點占28.7%，貢獻率在30%～50%之間的樣點占46.6%，貢獻率>50%的樣點占26.6%。河北省小麥氮肥平均貢獻率為25.7%（0～80.5%），其中<15%的樣點占 22.5%，在15%～35%之間的樣點占57.0%，>35%的樣點占 20.6%。磷肥平均貢獻率為18.8%（0～67.7%），其中<10%的樣點占26.1%，在10%～30%之間的樣點占57.6%，>30%的樣點占16.4%。鉀肥平均貢獻率為13.1%（0～60.3%），其中<10%的樣點占43.2%，在10%～20%之間的樣點占35.2%，>20%的樣點占16.4%。

2.4 河北省冬小麥肥料貢獻率與基礎產量的關系

從圖6可以看出，不施肥基礎產量是反映土壤基礎貢獻力的重要指標，缺素處理可以反映土壤對某一種元素的供應能力，本研究中缺素處理與相應養分貢獻率之間的關系均呈現極顯著的指數關系，其中不施氮處理的產量與氮肥貢獻率的決定系數最高（r2=0.503），其次是磷（r2=0.419），最后是鉀（r2=0.237）。另外從下降的斜率來看，也以氮肥的下降斜率最大，磷肥其次，鉀肥最小。表明河北省冬小麥生產中，氮肥對產量的影響最大，磷肥次之，鉀肥影響最小。在生產上要針對土壤基礎肥力狀況來確定作物相應的肥料施用量，并針對性地對農田土壤進行培肥能夠減少對外源肥料的投入。

3 討論與結論

從產量水平來看，河北省冬小麥不施肥處理的產量僅為 4.16 t/hm2，與全國平均產量（5.36 t/hm2）相比明顯偏低，配方施肥處理的產量為6.83 t/hm2，這與全國平均施肥產量水平 （6.83 t/hm2） 非常接近[16]。表明河北省農田基礎生產能力與全國平均水平相比有一定差距，施肥具有明顯的增產效果。盡管配方施肥平均產量達到了6.83 t/hm2，但與本研究中的最高產量（9.18 t/hm2）相比仍有較大的差距，因此河北省冬小麥生產中，進一步加強耕作栽培與測土施肥技術相結合對提高產量具有十分重要的意義。配方施肥處理較-N、-P、-K處理分別增產1.77、1.31、0.90 t/hm2，氮肥、磷肥、鉀肥的增產率分別為41.7%、27.7%、16.7%，表明氮肥對河北省冬小麥的增產效果最為明顯，其次是磷肥，鉀肥增產效應最小。

肥料在糧食作物增產中起到了重要的作用，全國化肥試驗網在20世紀80年代統計的化肥對糧食的貢獻率為 40.8%[3]，彭琳研究認為，我國化肥對小麥產量的貢獻率達57.3%[17]，王偉妮等研究發現，湖北省化肥對小麥產量的貢獻率為48.6%[18]，胡雨彤等利用長期定位試驗得到的旱地小麥化肥對產量的貢獻率為61.5%[19]，易玉林利用測土配方施肥數據得到河南省化肥對小麥產量的貢獻率為 34.4%[20]。本研究發現，化肥對河北省冬小麥產量的貢獻率平均值為39.3%，高于河南省分析結果，但與國內上述其他研究比較明顯偏低。化肥對產量的貢獻率與農田土壤基礎肥力水平和小麥的施肥產量水平相關，較高的土壤肥力會導致外源肥料的貢獻力下降，但河北省小麥不施肥處理的產量與全國水平相比明顯偏低，因此河北省小麥施肥處理的產量較低是造成河北省小麥化肥貢獻率較低的主要原因。河北省小麥氮肥、磷肥、鉀肥貢獻率分別為25.7%、18.8%、13.1%，其中氮肥貢獻率與河南省（22.4%～29.5%）[8]、湖北省（29.6%）[18]的非常接近，而磷肥、鉀肥對產量的貢獻率略高于河南省的（14.4%、9.9%）[20]和全國小麥平均水平（14.2%、10.0%）[21]。

河北省冬小麥化肥偏生產力平均值為15.0 kg/kg，與全國小麥平均水平（15.7 kg/kg）十分接近[22]。河北省冬小麥氮肥、磷肥、鉀肥偏生產力平均值分別為36.1、50.9、60.2 kg/kg，明顯低于2001—2005年我國小麥平均水平（43.0、63.7、72.2 kg/kg）[23]，其中氮肥偏生產力與2005—2008年黃淮海的氮肥偏生產力平均水平（33.9 kg/kg）相比略高，而磷肥、鉀肥偏生產力則明顯低于2005—2008年黃淮海平均水平（62.5、85.5 kg/kg）[24]。河北省冬小麥氮肥、磷肥、鉀肥的農學效率分別為9.2、9.5、7.5 kg/kg，高于2001—2005全國平均水平（8.0、7.3、5.3 kg/kg），其中氮肥農學效率與于飛等報道的近10年全國小麥平均氮肥農學效率（9.2 kg/kg）[16]一致，磷肥農學效率明顯高于王旭等報道的黃淮海平均水平（4.2 kg/kg）[24]，略高于全國平均水平（8.8 kg/kg），而鉀肥農學效率與全國平均水平 （7.2 kg/kg） 相比非常接近[21]。總體來看，河北省小麥氮磷鉀肥利用率與全國水平相比處于中等偏下水平，尤其表現在氮素管理方面差距較大。

冬小麥施肥對產量的貢獻率隨著土壤基礎生產能力的提高呈對數關系顯著下降，且以氮肥的下降趨勢最為明顯。總體來看，化肥對河北省小麥增產起著重要的作用，提高農田基礎生產能力和冬小麥栽培管理水平、合理平衡施肥以提高養分效率是河北省小麥實現產量、效率同步提升的關鍵。

參考文獻：

[1]盧 布，丁 斌，呂修濤，等. 中國小麥優勢區域布局規劃研究[J]. 中國農業資源與區劃，2010，31（2）：6-12，61.

[2]Stewart W M. 肥料對作物產量的貢獻[J]. 謝 玲，譯. 農資科技，1994（3）：31-33.

[3]中國農業科學院土壤肥料研究所. 中國化肥區劃[M]. 北京：中國農業科技出版社，1986：115-281.

[4]石元亮，王玲莉，劉世彬，等. 中國化學肥料發展及其對農業的作用[J]. 土壤學報，2008，45（5）：852-864.

[5]中國人民共和國國家統計局. 2008中國統計年鑒[M]. 北京：中國統計出版社，2009.

[6]單 燕，李水利，李 茹，等. 陜西省玉米土壤肥力與施肥效應評估[J]. 土壤學報，2015，52（6）：1430-1437.

[7]王 寅，馮國忠，焉 莉，等. 吉林省玉米施肥效果與肥料利用效率現狀研究[J]. 植物營養與肥料學報，2016，22（6）：1441-1448.

[8]武金果. 河南省不同區域小麥氮肥應用效果及適宜施氮量研究[J]. 河南科學，2013，31（11）：1891-1896.

[9]劉 芬，同延安，王小英，等. 陜西關中灌區冬小麥施肥指標研究[J]. 土壤學報，2013，50（3）：556-563.

[10]張文婧，王昌全，袁大剛，等. 四川省主要作物施肥現狀、問題與對策[J]. 土壤通報，2014，45（3）：697-703.

[11]陳新平，張福鎖. 通過“3414”試驗建立測土配方施肥技術指標體系[J]. 中國農技推廣，2006，22（4）：36-39.

[12]鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 3版. 北京：中國農業出版社，2000.

[13]Cassman K G，Peng S，Olk D C，et al. Opportunities for increased nitrogen-use efficiency from improved resource management in irrigated rice systems[J]. Field Crops Research，1998，56（1/2）：7-39.

[14]彭少兵，黃見良，鐘旭華，等. 提高中國稻田氮肥利用率的研究策略[J]. 中國農業科學，2002，35（9）：1095-1103.

[15]宇萬太，趙 鑫，張 璐，等. 長期施肥對作物產量的貢獻[J]. 生態學雜志，2007，26（12）：2040-2044.

[16]于 飛，施衛明. 近10年中國大陸主要糧食作物氮肥利用率分析[J]. 土壤學報，2015，52（6）：1311-1324.

[17]彭 琳. 中國化肥施用與糧食生產的進程、前景與布局[J]. 農業現代化研究，2000，21（1）：14-18.

[18]王偉妮，魯劍巍，李銀水，等. 當前生產條件下不同作物施肥效果和肥料貢獻率研究[J]. 中國農業科學，2010，43（19）：3997-4007.

[19]胡雨彤，郝明德，王 哲，等. 不同降水年型下長期施肥旱地小麥產量效應[J]. 應用生態學報，2017，28（1）：135-141.

[20]易玉林. 氮、磷、鉀肥在河南省小麥上的應用效果及推薦用量研究[J]. 河南農業科學，2012，41（7）：69-72.

[21]吳良泉. 基于“大配方、小調整”的中國三大糧食作物區域配肥技術研究[D]. 北京：中國農業大學，2014.

[22]李紅莉，張衛峰，張福鎖，等. 中國主要糧食作物化肥施用量與效率變化分析[J]. 植物營養與肥料學報，2010，16（5）：1136-1143.

[23]張福鎖，王激清，張衛峰，等. 中國主要糧食作物肥料利用率現狀與提高途徑[J]. 土壤學報，2008，45（5）：915-924.

[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，2010，43（12）：2469-2476.李春喜，韓 蕊，邵 云，等. 小麥開花期旗葉光合特性與地上部干物質量的相關和通徑分析[J]. 江蘇農業科學，2019，47（6）：66-70.