河北省冬小麥?zhǔn)┓市Чc肥料利用率現(xiàn)狀

孫彥銘 黃少輝 劉克桐

摘要：為明確河北省冬小麥?zhǔn)┓市Ч头柿侠寐尸F(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)河北省2005—2014年測(cè)土配方施肥項(xiàng)目中的 2 794 個(gè)冬小麥“3414”田間試驗(yàn)進(jìn)行分析，明確了氮肥、磷肥、鉀肥對(duì)河北省冬小麥產(chǎn)量的影響，測(cè)算了氮肥、磷肥、鉀肥的利用效率。結(jié)果表明，在當(dāng)前生產(chǎn)條件下，河北省冬小麥不施化肥時(shí)產(chǎn)量為4.16 t/hm2，配方施肥顯著提升產(chǎn)量至 6.83 t/hm2，在其他肥料施用的基礎(chǔ)上，氮肥、磷肥、鉀肥分別使小麥增產(chǎn)1.77、1.31、0.90 t/hm2。肥料對(duì)河北省冬小麥產(chǎn)量的平均貢獻(xiàn)率為39.3%，其中氮肥、磷肥、鉀肥的平均貢獻(xiàn)率分別為25.7%、18.8%、13.1%;河北省冬小麥肥料偏生產(chǎn)力平均值為15.0 kg/kg，氮肥、磷肥、鉀肥偏生產(chǎn)力平均值分別為36.1、50.9、60.2 kg/kg;冬小麥肥料農(nóng)學(xué)效率平均值為 5.9 kg/kg，氮肥、磷肥、鉀肥農(nóng)學(xué)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(jìn)一步推進(jìn)土壤培肥、平衡施肥技術(shù)的應(yīng)用，提高養(yǎng)分資源管理水平，實(shí)現(xiàn)小麥產(chǎn)量與養(yǎng)分效率的同步提升。

關(guān)鍵詞：冬小麥;肥料利用率;肥料效果;測(cè)土配方施肥;河北省

河北省是我國(guó)重要的冬小麥主產(chǎn)區(qū)，年播種面積超過(guò)240萬(wàn)hm2，占全國(guó)總播種面積的9.7%[1]。施肥是提高小麥產(chǎn)量的重要手段，在保證糧食安全中發(fā)揮了重大的作用。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，在世界范圍內(nèi)，化肥對(duì)糧食作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率均占到30%～50%[2]，全國(guó)化肥試驗(yàn)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)的20世紀(jì)80年代的研究結(jié)果也表明，化肥對(duì)我國(guó)糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為40.8%[3]。隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)化肥投入量與20世紀(jì)80年代相比已經(jīng)有了明顯的增加[4]。與此同時(shí)，我國(guó)糧食增長(zhǎng)率在2000—2003年間已下降到-4%[5]，化肥效率下降引起了國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。因此，明確當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)肥料對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率、化肥利用率等對(duì)當(dāng)前正在開(kāi)展的化學(xué)肥料減施增效等具有十分重要的意義。

自2005年，國(guó)家在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展測(cè)土配方施肥項(xiàng)目，以推動(dòng)糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增收和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。眾多學(xué)者對(duì)測(cè)土配方數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，獲得了許多成果，單燕等通過(guò)對(duì)陜西省測(cè)土配方施肥項(xiàng)目數(shù)據(jù)的分析，評(píng)價(jià)了陜西省玉米施肥效果[6]。王寅等通過(guò)對(duì)吉林省測(cè)土配方數(shù)據(jù)的總結(jié)，得出吉林省春玉米肥料貢獻(xiàn)率為34%，相比全國(guó)水平較高[7]。武金果利用河南省“3414”試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了河南省小麥?zhǔn)┓薁顩r和肥料貢獻(xiàn)率[8]。劉芬等通過(guò)總結(jié)測(cè)土配方肥料試驗(yàn)，研究了關(guān)中地區(qū)冬小麥?zhǔn)┯玫省⒘追省⑩浄实脑霎a(chǎn)效果以及肥料利用效率現(xiàn)狀[9]。張文婧等基于測(cè)土配方肥料試驗(yàn)，對(duì)四川省主要作物的施肥現(xiàn)狀和養(yǎng)分效率進(jìn)行了分析[10]。本研究通過(guò)整理河北省測(cè)土配方施肥項(xiàng)目，在河北省布置大量“3414”田間試驗(yàn)，對(duì)河北省當(dāng)前生產(chǎn)條件下的肥料增產(chǎn)效果、肥料利用率進(jìn)行分析，以期明確河北省冬小麥?zhǔn)┓市Чc肥料利用率的現(xiàn)狀，為河北省冬小麥科學(xué)施肥管理提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究選取2005—2014年國(guó)家測(cè)土配方施肥項(xiàng)目在河北省小麥主產(chǎn)區(qū)布置的冬小麥“3414”田間試驗(yàn)，共計(jì)2 794個(gè)。研究區(qū)域涵蓋河北省冬小麥主產(chǎn)區(qū)的邯鄲市、邢臺(tái)市、石家莊市、衡水市、滄州市、保定市、廊坊市、唐山市部分地區(qū)等，主要土壤類型包括褐土、潮土等，生態(tài)類型區(qū)包括濱海平原區(qū)、海河沖積平原區(qū)、山前平原區(qū)、太行山山地丘陵區(qū)、燕山山地丘陵區(qū)等。試驗(yàn)區(qū)耕層土壤pH值為6.4～9.3，平均值為7.9±0.4;土壤有機(jī)質(zhì)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(jì)麥22、京冬8號(hào)、良星99、石麥15等代表性品種。

本研究中所含試驗(yàn)處理包括“3414”田間試驗(yàn)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(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)專家或農(nóng)技推廣人員根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量水平、作物養(yǎng)分需求、田塊土壤肥力狀況以及當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣等進(jìn)行綜合確定，代表當(dāng)?shù)氐淖罴咽┓仕絒11]。本研究所采用的數(shù)據(jù)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(yīng)肥料，其余施肥量與NPK處理相同。試驗(yàn)所用肥料為尿素（N，46%）、過(guò)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(jié)期追肥施入，其他管理措施與當(dāng)?shù)亓?xí)慣一致。

1.2 樣品采集與分析

小麥播種前，各試驗(yàn)點(diǎn)取0～20 cm土壤樣品測(cè)定基本化學(xué)性質(zhì)，其中有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法;有效磷含量測(cè)定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀含量測(cè)定采用 1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法[12]。

小麥成熟后，對(duì)各試驗(yàn)點(diǎn)所有小區(qū)去掉邊行后進(jìn)行實(shí)打?qū)嵤諟y(cè)產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

所有數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel 2010進(jìn)行計(jì)算與數(shù)據(jù)分析，采用SPSS 17.5進(jìn)行顯著性統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，采用Sigmaplot 10.0進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對(duì)河北省小麥產(chǎn)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(chǎn)量為4.16 t/hm2（0.52～9.18 t/hm2），配方施肥顯著提高了小麥產(chǎn)量，NPK處理的冬小麥平均產(chǎn)量達(dá)到6.83 t/hm2（1.24～11.25 t/hm2），較對(duì)照不施肥處理平均增產(chǎn)2.67 t/hm2，增產(chǎn)幅度達(dá)到64.2%。在缺素處理中，-N處理的冬小麥平均產(chǎn)量為5.06 t/hm2（0.23～9.73 t/hm2），-P處理的冬小麥平均產(chǎn)量5.52 t/hm2（0.76～9.93 t/hm2），-K處理的小麥平均產(chǎn)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(chǎn)1.77、1.31、0.90 t/hm2，氮肥的增產(chǎn)效應(yīng)最為明顯，其次是磷肥，鉀肥增產(chǎn)效應(yīng)最小。

分析河北省冬小麥?zhǔn)┓试霎a(chǎn)量和增產(chǎn)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(diǎn)表現(xiàn)出增產(chǎn)。所有增產(chǎn)樣點(diǎn)中，增產(chǎn)率超過(guò)5%的樣點(diǎn)比例分別為96.0%、91.7%、82.4%。

施氮后平均增產(chǎn)量為1.77 t/hm2，其中81.0%的試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)量在0.5～3.0 t/hm2之間，甚至有11.5%的試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)超過(guò) 3.0 t/hm2，只有7.6%的試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)小于0.5 t/hm2。施氮小麥平均增產(chǎn)率為41.7%，增產(chǎn)率分布在5%～55%之間的樣點(diǎn)占 76.4%，有19.6%的試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)率超過(guò)55%。

施磷后較對(duì)照平均增產(chǎn)1.30 t/hm2，其中76.5%的試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)量在0.5～3.0 t/hm2之間，有6.1%的樣點(diǎn)增產(chǎn)超過(guò) 3.0 t/hm2，但是有17.5%的樣點(diǎn)增產(chǎn)量小于0.5 t/hm2。施磷平均增產(chǎn)率為27.7%，增產(chǎn)率在5%～55%之間的樣點(diǎn)占 81.7%，有8.3%的樣點(diǎn)施磷增產(chǎn)率小于5%，但是有10.0%的樣點(diǎn)施磷增產(chǎn)率超過(guò)55%。

施鉀較對(duì)照平均增產(chǎn)0.90 t/hm2，其中增產(chǎn)范圍在0.3～1.5 t/hm2之間的樣點(diǎn)占67.1%，有16.4%的樣點(diǎn)施鉀增產(chǎn)量超過(guò)1.5 t/hm2;施鉀增產(chǎn)率平均值為16.7%，主要分布在5%～35%之間，占樣點(diǎn)數(shù)的73.7%，8.7%的樣點(diǎn)增產(chǎn)率超過(guò)35%，而增產(chǎn)率小于5%的樣點(diǎn)占17.5%。

2.2 河北省冬小麥肥料利用率現(xiàn)狀

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

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

2.3 河北省冬小麥肥料貢獻(xiàn)率現(xiàn)狀

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

2.4 河北省冬小麥肥料貢獻(xiàn)率與基礎(chǔ)產(chǎn)量的關(guān)系

從圖6可以看出，不施肥基礎(chǔ)產(chǎn)量是反映土壤基礎(chǔ)貢獻(xiàn)力的重要指標(biāo)，缺素處理可以反映土壤對(duì)某一種元素的供應(yīng)能力，本研究中缺素處理與相應(yīng)養(yǎng)分貢獻(xiàn)率之間的關(guān)系均呈現(xiàn)極顯著的指數(shù)關(guān)系，其中不施氮處理的產(chǎn)量與氮肥貢獻(xiàn)率的決定系數(shù)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(lái)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(chǎn)中，氮肥對(duì)產(chǎn)量的影響最大，磷肥次之，鉀肥影響最小。在生產(chǎn)上要針對(duì)土壤基礎(chǔ)肥力狀況來(lái)確定作物相應(yīng)的肥料施用量，并針對(duì)性地對(duì)農(nóng)田土壤進(jìn)行培肥能夠減少對(duì)外源肥料的投入。

3 討論與結(jié)論

從產(chǎn)量水平來(lái)看，河北省冬小麥不施肥處理的產(chǎn)量?jī)H為 4.16 t/hm2，與全國(guó)平均產(chǎn)量（5.36 t/hm2）相比明顯偏低，配方施肥處理的產(chǎn)量為6.83 t/hm2，這與全國(guó)平均施肥產(chǎn)量水平 （6.83 t/hm2） 非常接近[16]。表明河北省農(nóng)田基礎(chǔ)生產(chǎn)能力與全國(guó)平均水平相比有一定差距，施肥具有明顯的增產(chǎn)效果。盡管配方施肥平均產(chǎn)量達(dá)到了6.83 t/hm2，但與本研究中的最高產(chǎn)量（9.18 t/hm2）相比仍有較大的差距，因此河北省冬小麥生產(chǎn)中，進(jìn)一步加強(qiáng)耕作栽培與測(cè)土施肥技術(shù)相結(jié)合對(duì)提高產(chǎn)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(chǎn)1.77、1.31、0.90 t/hm2，氮肥、磷肥、鉀肥的增產(chǎn)率分別為41.7%、27.7%、16.7%，表明氮肥對(duì)河北省冬小麥的增產(chǎn)效果最為明顯，其次是磷肥，鉀肥增產(chǎn)效應(yīng)最小。

肥料在糧食作物增產(chǎn)中起到了重要的作用，全國(guó)化肥試驗(yàn)網(wǎng)在20世紀(jì)80年代統(tǒng)計(jì)的化肥對(duì)糧食的貢獻(xiàn)率為 40.8%[3]，彭琳研究認(rèn)為，我國(guó)化肥對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率達(dá)57.3%[17]，王偉妮等研究發(fā)現(xiàn)，湖北省化肥對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為48.6%[18]，胡雨彤等利用長(zhǎng)期定位試驗(yàn)得到的旱地小麥化肥對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為61.5%[19]，易玉林利用測(cè)土配方施肥數(shù)據(jù)得到河南省化肥對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為 34.4%[20]。本研究發(fā)現(xiàn)，化肥對(duì)河北省冬小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率平均值為39.3%，高于河南省分析結(jié)果，但與國(guó)內(nèi)上述其他研究比較明顯偏低。化肥對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率與農(nóng)田土壤基礎(chǔ)肥力水平和小麥的施肥產(chǎn)量水平相關(guān)，較高的土壤肥力會(huì)導(dǎo)致外源肥料的貢獻(xiàn)力下降，但河北省小麥不施肥處理的產(chǎn)量與全國(guó)水平相比明顯偏低，因此河北省小麥?zhǔn)┓侍幚淼漠a(chǎn)量較低是造成河北省小麥化肥貢獻(xiàn)率較低的主要原因。河北省小麥氮肥、磷肥、鉀肥貢獻(xiàn)率分別為25.7%、18.8%、13.1%，其中氮肥貢獻(xiàn)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(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率略高于河南省的（14.4%、9.9%）[20]和全國(guó)小麥平均水平（14.2%、10.0%）[21]。

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

冬小麥?zhǔn)┓蕦?duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率隨著土壤基礎(chǔ)生產(chǎn)能力的提高呈對(duì)數(shù)關(guān)系顯著下降，且以氮肥的下降趨勢(shì)最為明顯。總體來(lái)看，化肥對(duì)河北省小麥增產(chǎn)起著重要的作用，提高農(nóng)田基礎(chǔ)生產(chǎn)能力和冬小麥栽培管理水平、合理平衡施肥以提高養(yǎng)分效率是河北省小麥實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量、效率同步提升的關(guān)鍵。

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