河北省夏玉米施肥效果與肥料利用率現狀

孫彥銘 黃少輝 楊云馬 劉克桐 楊振立 賈良良

摘要：為了解河北省夏玉米施肥效果和肥料利用率現狀，對河北省2005—2013年測土配方施肥項目中的 2 794 個“3414”夏玉米試驗進行分析，明確氮、磷、鉀肥對河北省夏玉米產量的貢獻率，測算氮、磷、鉀肥的利用效率。結果表明，在當前生產條件下，河北省夏玉米不施化肥產量為5.65 t/hm2，配方施肥提升產量至8.46 t/hm2，在其他肥料施用的基礎上，氮、磷、鉀肥分別增產1.81（29.2%）、1.17（17.5%）、0.99 t/hm2（14.4%）。施肥對河北省夏玉米產量的平均貢獻率為39.3%，氮、磷、鉀肥的貢獻率分別為21.2%、14.0%、11.8%。河北省夏玉米化肥的農學效率平均為75 kg/kg，氮、磷、鉀肥農學效率分別為9.6、17.4、9.3 kg/kg。河北省夏玉米化肥偏生產力平均為22.6 kg/kg，氮、磷、鉀肥偏生產力分別為45.6、125.0、81.4 kg/kg。河北省夏玉米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，實現玉米產量與養分效率的同步提升。

關鍵詞：夏玉米;肥料效率;施肥效果;測土配方施肥;河北省

中圖分類號： S147.5;S513.06

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）15-0301-06

河北省是我國重要的夏玉米產區，年播種面積超過300萬hm2，占全國總播種面積的9.5%[1]。施肥是提高玉米產量的重要手段，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為30%～50%左右[2]，全國化肥試驗網統計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]，由此帶來的化肥效率下降引起了國內外廣泛關注[5]。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年起，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、農民增收和保護生態環境。許多學者對測土配方數據進行研究，得到了許多成果，如單燕等利用陜西省測土配方施肥數據解析了陜西省玉米施肥效果[6];王寅等總結了吉林省測土配方數據，分析了春玉米的肥料貢獻率分布[7];劉芬等通過總結測土配方肥料試驗數據，研究了關中地區夏玉米施用氮、磷、鉀肥的增產效果以及肥料利用效率現狀[8];王偉妮等對湖北省小麥、水稻、油菜等作物當前的肥料效果與貢獻率進行了評價[9];張文婧等對四川省測土配方肥料試驗的作物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的大量“3414”肥料試驗，對河北省當前生產條件下的肥料對夏玉米的增產效果、肥料利用率等進行分析，以明確河北省夏玉米施肥效果與肥料利用率現狀，為河北省夏玉米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—2013年國家“測土配方施肥”項目在河北省夏玉米主產區布置的夏玉米“3414”田間試驗，共計 2 794個。研究區域涵蓋河北省夏玉米主產區的邯鄲、邢臺、石家莊、衡水、滄州、保定、廊坊和唐山部分地區，主要土壤類型包括褐土、潮土等，氣候為典型的溫帶大陸性季風氣候，試驗區耕層土壤pH值為4.9～9.3（平均7.9±0.5）、土壤有機質含量為2.0～71.4 g/kg（平均15.5±6.4 g/kg）、有效磷含量為1.8～149.0 mg/kg（平均22.6±16.1 mg/kg）、速效鉀含量為16.0～755.0 mg/kg（平均116.8±46.0 mg/kg）。供試玉米品種主要包括鄭單958、先玉335、浚單20、中單11、農大364等代表性品種。

本研究中所含試驗處理包括“3414”試驗中的處理1（N0P0K0，CK）、處理2（N0P2K2，-N）、處理4（N2P0K2，-P）、處理6（N2P2K2，NPK）和處理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27～375 kg/hm2，平均為196±40 kg/hm2，磷肥施用量在0～360 kg/hm2，平均為79±48 kg/hm2，鉀肥施用量在0～225 kg/hm2，平均為116±32 kg/hm2。所有缺素處理均不施用相應肥料，其他施肥量與同一試驗NPK處理相同。試驗所用肥料為尿素（N，46%）、過磷酸鈣（P2O5，16%）和氯化鉀（K2O，60%）。50%氮肥和全部磷鉀肥作為基肥在玉米播種前施入，50%氮肥在拔節期追肥施入，其他管理措施與農民習慣一致。

1.2 樣品采集與分析

在夏玉米播種前，各試驗點取0～20 cm土壤樣品測定基本化學性質，其中有機質測定用重鉻酸鉀容量法;有效磷含量測定用0.5 mol/L NaHCO3浸提―鉬銻抗比色法;速效鉀含量測定用 1 mol/L NH4OAc浸提―火焰光度法[12]。在夏玉米成熟期，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 2013進行計算與數據分析，采用Sigmaplot 10.0進行制圖。

采用以下公式計算相關參數[13-16]：肥料農學效率（kg/kg，agronomic efficiency，簡稱AE），指單位施肥量所增加的夏玉米產量，即AE=（Y-Y0）/F，式中：Y為施肥區產量，Y0為無肥區產量，F為施肥量。肥料偏生產力（kg/kg，partial factor productivity，簡稱PFP）指投入單位肥料所生產的玉米產量，即PFP=Y/F。肥料貢獻率（%，fertilizer contribution rate，簡稱FCR），指施用肥料增加的玉米產量占總產量的百分比，即FCR=（施肥區產量-無肥區產量）/施肥區產量×100%。肥料增產率（%，yield increasing rate by fertilizer，簡稱YIR），指施用肥料產量較對照不施肥產量增加的比例，即YIR=（施肥區產量-無肥區產量）/無肥區產量×100%。

2 結果與分析

2.1 施肥對河北省夏玉米產量的影響

由圖1可知，在不施肥條件下，河北省夏玉米平均產量為5.65 t/hm2（1.45～11.19 t/hm2），配方施肥能顯著提高夏玉米產量，NPK處理的夏玉米平均產量達到8.46 t/hm2（3.08～16.86 t/hm2），較不施肥平均增產2.81 t/hm2，增產幅度為49.7%。在缺素處理中，-N處理的夏玉米平均產量為 6.66 t/hm2（2.18～14.19 t/hm2），-P處理的夏玉米平均產量7.29 t/hm2（2.38～15.18 t/hm2），-K處理的夏玉米平均產量為7.47 t/hm2（2.79～15.39 t/hm2）。

由圖2可知，在保證磷、鉀肥施用充足的情況下，施氮平均增產1.81 t/hm2玉米，其中11.9%的試驗點增產量超過 3.0 t/hm2，68.2%的樣點增產率在1.0～3.0 t/hm2，有199%的樣點增產率小于等于1.0 t/hm2。施氮平均增產率為29.2%，增產率<10%的樣點僅占總樣點數的11.5%，增產率為11%～30%的樣點占47.9%，增產率為31%～60%的樣點占34.8%，有5.8%的試驗點增產率超過60%。

在保證氮、鉀肥施用充足的情況下，施磷平均增產 1.17 t/hm2 玉米，其中有18.6%的試驗點增產量 ≤0.5 t/hm2，有54.3%的樣點增產量在0.6～1.5 t/hm2之間，有27.1%的樣點施磷增產量超過1.5 t/hm2。施磷增產率平均為17.5%，增產率≤5%的樣點占12.7%，增產率6%～30%之間的樣點占73.9%，有13.4%的樣點增產率超過30%。

在保證氮、磷肥施用充足的情況下，施鉀平均增產 0.99 t/hm2 玉米，其中28.7%樣點施鉀增產量小于等于0.5 t/hm2，有70.0%的樣點施鉀增產量在0.6～3.0 t/hm2，有1.3%的樣點增產量超過3.0 t/hm2。施鉀增產率平均為 14.4%，增產率≤5%的樣點占22.1%，增產率在6%～30%之間的樣點占68.6%，有9.3%的樣點增產率超過30%，說明河北省部分地區夏玉米對鉀肥有明顯的需求。

2.2 河北省夏玉米肥料利用率現狀

由圖3可知，河北省夏玉米化肥（NPK）平均農學效率為7.5 kg/kg（0.2～59.3 kg/kg），其中農學效率≤5.0 kg/kg的樣點占 24.4%，5.1～15.0 kg/kg的樣點占72.7%，>15.0 kg/kg 的樣點僅占2.9%。夏玉米氮肥農學效率平均為9.6 kg/kg（0～69.9 kg/kg），≤5.0 kg/kg的試驗點占總試驗點的18.4%，5.1～15.0 kg/kg的樣點占67.4%，>15.0 kg/kg 的樣點占14.2%。夏玉米磷肥農學效率平均為17.4 kg/kg（0～126.7 kg/kg），其中磷肥農學效率≤5 kg/kg的樣本占總試驗點數的12.2%，6～30 kg/kg的樣本點占74.4%，>30 kg/kg的樣本占 13.4%;玉米鉀肥農學效率平均為9.3 kg/kg（0～59.1 kg/kg），其中鉀肥農學效率≤10 kg/kg的樣本占總樣本數的62.7%，11～20 kg/kg的樣本占29.7，>20 kg/kg的樣本僅占7.6%，表明河北省夏玉米鉀肥的農學效率總體處于較低的水平。

由圖4可知， 河北省夏玉米化肥（NPK）偏生產力平均為

22.6 kg/kg（5.1～117.4 kg/kg），其中≤15 kg/kg的樣點占總樣本數的4.1%，16～30 kg/kg的樣本占89.0%，>30 kg/kg的樣本僅占6.9%。氮肥偏生產力平均為45.6 kg/kg（16.0～298.3 kg/kg），氮肥偏生產力≤30 kg/kg的試驗點僅占總試驗點的3.8%，氮肥偏生產力在31～60 kg/kg的樣本占總樣本數的89.0%，而氮肥偏生產力>60 kg/kg的樣本占總樣本數的7.2%。磷肥偏生產力平均值為125.0 kg/kg（66～485.8 kg/kg），≤90 kg/kg的樣本占總樣本數的195%，91～180 kg/kg的樣本占總樣本的74.3%，而磷肥偏生產力大于180 kg/kg的樣本占總樣本數5.2%。鉀肥偏生產力平均值為81.4 kg/kg（25.7～553.0 kg/kg），≤50 kg/kg的樣本占總樣本的4.1%，51～90 kg/kg的樣本占總樣本的72.1%，>90 kg/kg 的樣本占總樣本的23.8%。

2.3 河北省夏玉米肥料貢獻率現狀

河北省夏玉米肥料貢獻率為39.3%（0.9%～80.6%），其中貢獻率≤25%的樣點占25.1%，貢獻率26%～45%的樣點占59.2%，貢獻率>45%的樣點占15.7%。河北省夏玉米氮肥平均貢獻率為21.2%（0～68.6%），其中≤10%的樣點占13.5%，11%～30%的樣點占69.0%，>30%的樣點占 17.5%。磷肥平均貢獻率為14.0%（0～65.3%），其中≤5%的樣點占13.7%，6%～20%的樣點占64.5%，>21%的樣點占21.8%。鉀肥平均貢獻率為11.8%（0～58.8%），其中≤5%的樣點占23.7%，6%～20%的樣點占60.4%，>21% 的樣點占15.9%。

2.4 河北省夏玉米基礎產量對肥料貢獻率的影響

不施肥基礎產量是反映土壤基礎生產能力的重要指標，而缺素處理也可以反映土壤對某一種元素的供應能力。本研究中不同基礎產量水平下氮、磷、鉀肥和NPK化肥貢獻率分布如圖6所示。隨著農田基礎產量水平的提高，氮、磷、鉀肥對產量的貢獻率均呈下降的趨勢，其中氮肥的下降幅度最為明顯，從基礎產量≤3.0 t/hm2時的33.4%下降到基礎產量>7.5 t/hm2時的14.2%，而磷肥則相應的從23.5%下降到 10.0%，鉀肥從17.2%下降到9.0%。另外，氮磷鉀肥配施的肥料貢獻率從60.8%下降到21.1%。可見，缺氮對河北省玉米產量的影響最明顯，其次是磷，鉀肥影響最小，而氮磷鉀肥配合施用對作物產量的肥料貢獻率最大。因此， 在生產上要針對土壤基礎肥力狀況進行養分調控，氮磷鉀肥配合施用以獲得最大的經濟與生態效益，并針對不同土壤基礎肥力水平的農田進行定向培育，提高基礎生產能力。

3 結論與討論

從產量水平來看，河北省夏玉米不施肥產量為 5.65 t/hm2，與黃淮海不施肥平均產量5.79 t/hm2相比非常接近，而配方施肥產量8.46 t/hm2水平則高于黃淮海施肥平均產量7.45 t/hm2，但低于2005—2008年全國平均施肥產量水平8.40 t/hm2[17]。在保證另外2種養分的情況下，河北省夏玉米施用氮肥平均增產1.81 t/hm2，增產率為29.2%;施用磷肥平均增產1.17 t/hm2，增產率為17.5%，高于吳良泉總結的華北平原施磷平均增產量0.8 t/hm2，平均增產率 12.7%[17];施用鉀肥平均增產0.99 t/hm2，增產率為14.4%，與吳良泉總結華北區施鉀肥增產率為14.7%[17]非常接近。

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]。本研究中發現，化肥對河北省夏玉米產量的貢獻率平均為39.3%，略高于吉林省夏玉米的34.7%，但明顯低于全國平均水平46.2%[18-19]。河北省夏玉米氮、磷、鉀肥貢獻率分別為21.2%、14.0%、11.8%，均高于劉芬等在渭北旱塬的研究結果[8]和王寅等在吉林春玉米區的研究結果[7]。這可能是因為河北省農田基礎肥力較低，因此肥料對河北省玉米產量的貢獻相對較高。另外發現，氮、磷、鉀肥的肥料貢獻率隨著基礎產量的提高而降低，且氮磷鉀肥配施條件下的肥料貢獻率降低的幅度更為明顯，說明通過提高土壤基礎肥力能夠減少對外源肥料的需求。

河北省夏玉米氮肥農學效率為9.6 kg/kg，與楊小梅等統計的2000年全國平均水平9.5 kg/kg[19]和張福鎖等報道的2001—2005年全國平均水平9.8 kg/kg[5]比較接近，略高于河南省平均的8.6 kg/kg[20]，但低于于飛等總結的近10年全國平均11.1 kg/kg[21]。河北省磷、鉀肥農學效率分別為17.4、9.3 kg/kg，高于2001—2005全國平均水平 7.5、5.7 kg/kg[5]和河南省平均水平10.6、7.8 kg/kg[21]，說明磷肥對河北省夏玉米生產具有較明顯的增產效應。河北省夏玉米氮肥偏生產力為45.6 kg/kg，低于張福鎖等報道的2001—2005全國玉米平均氮肥偏生產力51.6 kg/kg[5]和于飛等總結的近10年全國玉米氮肥偏生產力54.5 kg/kg[21]，但高于王旭總結的2005—2008年黃淮海區域夏玉米平均氮肥偏生產力 40.3 kg/kg[16]。河北省夏玉米磷肥偏生產力為125.0 kg/kg，明顯高于2001—2005全國平均水平 72.4 kg/kg[5]和黃淮海區平均水平115 kg/kg[17]。而鉀肥偏生產力為81.4 kg/kg，高于全國平均水平64.7 kg/kg，但與黃淮海平均水平 140 kg/kg[17] 相比有明顯差距。總體來看，河北省夏玉米氮、磷、鉀肥農學利用率接近或略高于同期全國水平，但氮肥偏生產力明顯低于周邊省份和全國平均水平，磷、鉀肥偏生產力則高于全國平均水平。化肥對河北省夏玉米增產起著重要的作用，提高農田基礎生產能力和夏玉米栽培管理水平、合理平衡施肥以提高養分效率是河北省夏玉米實現產量、效率同步提升的關鍵。

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