我國主要麥區農戶施肥評價及減肥潛力分析

黃倩楠，黨海燕，黃婷苗，侯賽賓，王朝輝,2

我國主要麥區農戶施肥評價及減肥潛力分析

黃倩楠1，黨海燕1，黃婷苗1，侯賽賓1，王朝輝1,2

（1西北農林科技大學資源環境學院/農業農村部西北植物營養與農業環境重點實驗室，陜西楊凌 712100；2西北農林科技大學/旱區作物逆境生物學國家重點實驗室，陜西楊凌 712100）

【】明確我國主要麥區農戶小麥施肥存在的問題及減肥潛力，為科學施肥、合理減肥提供依據。連續3年對我國主要麥區的小麥種植戶進行施肥調研和取樣，基于農戶產量、養分需求量和土壤養分供應水平對其施肥狀況和減肥潛力進行評價和分析。我國主要麥區農戶小麥產量和生物量平均為6.0和13.2 t·hm-2，二者極顯著線性相關。小麥產量與施肥量和土壤養分無顯著相關。我國小麥氮（N）、磷（P2O5）和鉀（K2O）肥用量平均分別為191.1、112.8和53.4 kg·hm-2，春麥區農戶氮、磷和鉀肥用量平均分別為171.7、108.9和10.6 kg·hm-2，旱作區分別為154.3、111.8和32.6 kg·hm-2，麥玉區分別為236.4、128.1和74.0 kg·hm-2，稻麥區分別為177.5、77.0和71.8 kg·hm-2。就施氮量而言，春麥區過量施氮的農戶較少，為34%，其次是麥玉區、稻麥區和旱作區，分別為42%、55%和63%；產量較低的農戶是氮肥減施的重點，減氮潛力最高達43.6%，平均需減氮2.3—135.5 kg·hm-2。過量施磷問題比較突出，各麥區施磷過量的農戶分別占63%、87%、68%和57%，即使小麥高產時，仍有超過50%的農戶施磷過量；各麥區不同產量等級的農戶均需減施磷肥，減磷量平均為3.8—91.1 kg·hm-2，旱作區減磷潛力最大，達55.6%。施鉀狀況因麥區而異，在春麥區，主要問題是施鉀不足，占84%，平均需增施鉀肥22.8 kg·hm-2；旱作、麥玉和稻麥區，減鉀潛力分別達43.2%、25.7%和56.0%；產量較低的農戶是減鉀的重點，平均需減鉀31.7—45.9 kg·hm-2。我國農戶施肥狀況和減肥潛力因農戶產量和麥區不同存在差異，中低產農戶過量施肥問題較為嚴重，應注意根據產量適量減少施用氮、鉀肥，所有農戶均需警惕磷肥過量投入問題，其中旱作區氮、磷肥減施潛力最高，稻麥區減鉀潛力最高。

小麥；產量；氮肥；磷肥；鉀肥；化肥減施；減肥潛力

0 引言

【研究意義】施肥是保障作物高產穩產的關鍵措施之一，其對作物產量的貢獻率達30%—50%，但不合理施肥則會影響作物產量與品質[1-2]。據統計，從1970年到2018年，我國化肥用量增長率是糧食產量增長率的8.7倍[3]。化肥不合理施用現象較為嚴重[4-10]，施肥過量和不足現象普遍存在[11-16]。2015年，我國農業部提出“到2020年實現化肥農藥零增長”。小麥作為我國主要糧食作物之一，種植面積占全國糧食作物播種面積的20.7%[3]，其中44.8%的小麥播種面積對應的施氮量達250—300 kg·hm-2，而處于此施肥范圍的水稻和玉米面積分別占相應播種面積的9.6%和12.1%[17]。因此，實現小麥化肥的科學減施至關重要，而要達到此目標必須全面了解我國農戶的小麥施肥現狀，明確其減肥潛力。【前人研究進展】2003年，覆蓋我國17省、1萬多個農戶的施肥調研發現，75%的小麥種植戶施肥過量[15]。華北平原小麥平均施氮325 kg·hm-2，遠超過其平均產量5.7 t·hm-2對應的160 kg·hm-2的需氮量，其中河北曲周分別有91.5%、93.8%和41.8%的農戶氮、磷、鉀肥施用過量，河南全省小麥減氮潛力在16.4%— 36.7%[18-20]。江蘇農戶小麥平均施氮量323 kg·hm-2，超過50%的農戶過量施氮[16]。黑龍江水稻生產中有約70%的農戶施肥不合理，節肥潛力在20%以上[21]。這些研究多針對我國某一省份或某一區域，從大尺度上對我國主要麥區農戶的施肥評價與減肥潛力的研究相對較少。張燦強等[22]的研究表明我國小麥的化肥使用量可削減36.9%，但是其在計算減肥潛力時是以省份為單位進行計算的，并未充分考慮由于種植制度、氣候等原因造成的同一省份麥區不同的情況。目前對于如何確定肥料合理用量有大量研究，如豐缺指標法[23-25]、目標產量法[26]、衡量監控法[27]、養分專家系統[28-29]等。但是已有研究在進行區域施肥評價與減肥潛力計算時，多以區域合理施肥量來進行評價和計算，而不同學者制定的區域合理施肥量不同，如在黃土高原旱地，劉芬等[30]提出小麥氮、磷、鉀肥施用量應分別介于75—105、60—90和45— 75 kg·hm-2，趙護兵等[8]認為適宜氮肥用量為120— 160 kg·hm-2、磷肥100—140 kg·hm-2、鉀肥80—100 kg·hm-2。這些區域評價方法多使用某一固定范圍進行評價，忽略了因光溫水、土壤肥力、品種和栽培管理等差異造成的農戶或田塊的小麥產量水平和養分需求差異。【本研究切入點】本文通過連續3年對我國主要麥區農戶施肥情況進行調研，提出了基于不同農戶田塊小麥產量、養分需求量和土壤養分的施肥量推薦方法，并使用該方法計算出各個農戶的推薦施肥量，以該推薦施肥量來評價農戶的施肥狀況及減肥潛力，最終得到我國主要麥區農戶的施肥狀況及減肥潛力。【擬解決的關鍵問題】通過明確我國不同麥區農戶的施肥現狀、存在問題和減肥潛力，為實現我國小麥生產科學合理減肥提供理論基礎和依據。

1 材料與方法

1.1 采樣點及分布

2015—2017年，依托于國家小麥產業技術體系分布在全國主要麥區的50個綜合試驗站，由當地各個示范縣協助進行典型農戶的調研與采樣。通過3年調研共得到1 030個農戶的小麥播種、產量、施肥等信息，同時在調研農戶的田塊中采集了小麥植株樣品和0—20 cm土層土樣，其中春麥區66戶、旱作區406戶、麥玉區402戶、稻麥區156戶。各麥區降雨量和麥田0—20 cm土層土壤理化性狀見表1，其中麥區具體劃分參見文獻[31]，降雨數據來自中國氣象數據網（http://data.cma.cn/）。

表1 我國主要麥區降雨量及調研農戶麥田0—20 cm土層土壤理化性狀

表中數據為平均值±標準差。SW：春麥區；DW：旱作區；WM：麥玉區；RW：稻麥區

Data in the table are average ± standard deviation. SW: spring wheat region; DW: dryland wheat region; WM: wheat-maize region; RW: rice-wheat region. The same as below

1.2 樣品采集與測定

1.2.1 植物樣品采集與測定 于小麥收獲前5 d左右，在農戶田塊小麥長勢均勻的區域確定一塊5 m×10 m的樣區。在樣區內隨機選取3個位置，分別數相鄰2行小麥的1 m穗數，并測量這2行小麥間的距離，以確定穗數和行距。隨后采用“盲抽法”在樣區內隨機采集包含100穗的小麥全株[32]，在根莖結合處剪除小麥根部，風干后將地上部分為莖葉和穗，分別稱重，手工脫粒后稱量風干籽粒重。取籽粒和剪碎混勻的莖葉各50 g、穎殼30 g，分別用自來水和蒸餾水快速漂洗3次，裝入標記好的信封，65℃烘干至恒重，測定風干莖葉、穎殼、籽粒的含水量。

烘干的籽粒、莖葉、穎殼用組織混合研磨儀（MM400，德國萊馳，氧化鋯研磨罐和研磨球）磨細，作為化學分析樣。準確稱取粉碎后的樣品0.2000— 0.2500 g，用濃H2SO4-H2O2法紅外消解，連續流動分析儀（AA3，德國）測定消解液中的氮和磷含量，火焰光度計（M410，英國Sherwood）測定消解液中的鉀含量。千粒重采用數粒板法測定。千粒重和氮磷鉀含量均以烘干重表示。

1.2.2 土壤樣品的采集與測定 在樣區內小麥行間均勻選取3個點，采集0—20 cm土層樣品，混勻后取500 g裝入樣品袋，作為1個分析樣品。

土壤樣品風干后分別過1 mm和0.15 mm篩。過1 mm篩的土樣用于測定pH、硝銨態氮、速效磷、速效鉀。用pH計測定土壤酸堿度。硝銨態氮用1 mol·L-1的KCl浸提，速效磷用0.5 mol·L-1的NaHCO3浸提，浸提液中的氮、磷含量分別用連續流動分析儀（AA3，德國）測定。有效鉀用1 mol·L-1的NH4OAc浸提，火焰光度計測定[33]。過0.15 mm篩的土樣用來測定有機質和全氮含量，有機質用重鉻酸鉀外加熱法測定，全氮用濃硫酸加混合催化劑（K2SO4﹕CuSO4=10﹕1）消煮、連續流動分析儀（AA3，德國）測定。

1.3 數據計算與統計分析

1.3.1 產量計算及等級劃分 農戶小麥的產量（取樣測定產量）由公頃穗數、穗粒數和千粒重求得。收獲指數由其籽粒和地上部生物量計算求得。測定產量除以收獲指數計算出農戶小麥生物量。產量、生物量均以烘干重表示。

對調研獲得的農戶小麥產量和取樣所得的測定產量按麥區進行方差分析（SPSS 17，＜0.05），若兩者差異不顯著，文中產量數據采用取樣測定產量，否則，以各地調研所得產量為基準矯正取樣測定的產量（式1），并用矯正后產量進行相關計算分析。

矯正產量=取樣測定的農戶產量×（該麥區農戶調研產量均值/該麥區取樣測定產量均值） （1）

式（1）中，產量單位均為t·hm-2。

由于麥區間產量差異較大，對各麥區產量等級的劃分也因地而異，劃分標準為：以該麥區的平均產量為中心，分別上下浮動10%、30%，形成高產、偏高產、中產、偏低產、低產5級[31]，在本文中，產量較高包含高產和偏高產，產量較低包含低產和偏低產。

1.3.2 推薦施肥量計算 施肥不僅是為了滿足作物生產的養分需求，以維持或提高產量，也是培肥土壤的關鍵措施，即通過肥料投入調控和提高土壤供應養分的能力。因此，確定不同產量水平的農戶合理施肥量，應在考慮作物產量形成對養分需求的基礎上，結合維持農田土壤養分平衡和肥力提升的需求。因此，小麥的推薦施肥量應為：

推薦施肥量=目標產量養分需求量×施肥系數（2）

式（2）中，目標產量養分需求量為農戶產量（見1.3.1）、1 000 kg籽粒養分需求量和養分轉換系數（N為1；P轉換為P2O5系數為2.29；K轉換為K2O系數為1.2）三者的乘積。小麥的1 000 kg籽粒產量的養分需求量隨產量、施肥量、品種、區域環境而變化[34-40]，本文中采用的小麥1 000 kg籽粒產量養分需求量為農戶產量在相應麥區所處產量等級養分需求量的均值[31]。施肥系數根據各麥區土壤養分供應能力確定。

推薦施氮量（kg N·hm-2）=目標產量需氮量（kg N·hm-2）×施氮系數 （3）

研究表明，小麥收獲后殘留在土壤中的肥料氮會以硝態氮的形式累積，殘留量較高時，將威脅環境安全[18,41]。在我國西北旱地的研究表明，小麥收獲期0—100 cm土層硝態氮殘留應小于55 kg·hm-2[42]。對于我國華北平原小麥玉米輪作體系，不同學者研究認為作物收獲后0—90 cm土層硝態氮殘留應控制在150 kg·hm-2以內[43-44]。歐盟提出，作物收獲后土壤耕層的硝態氮含量控制在30—50 kg·hm-2，才能避免發生硝態氮淋溶[45-46]。因此，考慮環境安全和土壤氮素平衡，本文結合各個麥區表層土壤硝態含量，提出了土壤硝態氮含量分級標準，并給出了相應的施氮系數。考慮到目前我國的小麥生產中，農戶氮肥投入普遍過量，且殘留在土壤中的氮素易隨水向深層淋溶，造成損失，因此，當0—20 cm土層硝態氮處于中等水平時，施氮系數為1，即氮肥投入量只需補充作物帶走的氮素即可[47]，土壤硝態氮處于較高水平時，需減施氮肥，反之增加。

推薦施磷量（kg P2O5·hm-2）=目標產量需磷量（kg P2O5·hm-2）×施磷系數 （4）

在一定的氣候下，土壤有效磷達到一定的臨界值后，增施磷肥不再增加作物產量[48]。在我國黃淮地區，小麥收獲后土壤速效磷為13.1 mg·kg-1時，產量可達最大產量的95%[49]。位于我國北方的多點長期定位試驗表明，小麥響應的土壤有效磷含量臨界值平均為16.3 mg·kg-1[50]。位于楊凌、重慶的試驗表明，小麥的土壤有效磷閾值分別為14.6、11.1 mg·kg-1[51]。因此，基于磷的恒量監控施肥原則[52-53]，提出了我國主要麥區的土壤有效磷分級標準及相應的施磷系數。由于磷在土壤中移動性較差，且容易被固定[54]，當土壤中的有效磷處于中等水平時，本文的推薦施磷量為目標產量需磷量的1.3倍。

推薦施鉀量（kg K2O·hm-2）=目標產量需鉀量（kg K2O·hm-2）×施鉀系數 （5）

對各麥區0—20 cm土層有效鉀含量分析發現，我國農田表層土壤速效鉀量平均高達151.7 mg·kg-1（表1），且多數地區有逐年增加的趨勢，原因在于農戶鉀肥投入量逐步提高[33]，再者，目前小麥收獲后秸稈普遍還田，而作物吸收的鉀素70%以上累積在秸稈[23,42]。因此，施用鉀肥僅需補充作物籽粒攜出的鉀素。本文結合各麥區土壤有效鉀水平，參考《測土配方施肥技術》制定的土壤鉀素豐缺指標[53]，基于鉀恒量監控施肥原則[52-53]，提出了我國各麥區土壤有效鉀分級標準與對應的施鉀系數，土壤供鉀水平中等時，推薦施鉀量僅為目標產量需鉀量的0.3倍。

1.3.3 農戶小麥施肥評價方法 考慮到各個麥區不同農戶的產量水平不同，因而目標產量的養分需求存在差異，參考基于產量的農戶施肥評價方法[47]，在研究中以每個農戶的推薦施肥量（1.3.2）為中心，分別上下浮動10%和30%，分為很高、偏高、適中、偏低和很低5個施肥量評價等級，對農戶施肥情況進行評價（圖1），下文中施肥過量指很高和偏高，施肥不足指很低和偏低。

數據處理方法：用 Microsoft Excel 2013 整理數據，SigmaPlot 12.5作圖，SPSS Statistics 17.0 統計分析。

Rec為推薦施肥量Rec: recommended fertilizer application rate

2 結果

2.1 我國不同麥區農戶小麥產量與生物量的關系

我國各主要麥區，農戶產量均與生物量呈極顯著的線性關系（圖2）。全國小麥產量介于1.1—13.9 t·hm-2，均值6.0 t·hm-2，生物量介于3.1—28.4 t·hm-2，平均為13.2 t·hm-2。春麥區，小麥產量和生物量平均分別為6.1和13.4 t·hm-2，生物量每增加1 t，產量增加0.44 t；在低產、偏低、中產、偏高和高產5個產量等級的農戶分別占16%、18%、43%、18%和15%。旱作區，產量和生物量均值分別為4.4和10.3 t·hm-2，生物量每增加1 t，產量增加0.43 t；5個產量等級的農戶分別為22%、17%、23%、18%和21%。麥玉區，產量和生物量平均分別為7.8和16.6 t·hm-2，生物量增加1 t，產量增加0.47 t；產量在各等級的占比分別為11%、23%、32%、23%和12%。稻麥區，產量和生物量均值分別為5.5和11.5 t·hm-2，生物量每增加1 t，產量增加0.51 t；產量在各等級分別占17%、16%、32%、20%和14%。

VL為低產，L為偏低，M為中產，H為偏高，VH為高產

可見，我國不同麥區小麥產量波動范圍較大，但整體上看，各麥區較高產量的農戶基本上占1/3左右，生物量高低是決定小麥產量的一個主要因素。

2.2 我國不同麥區農戶小麥產量與施肥量的關系

對我國主要麥區1 030個農戶分析發現（圖3），小麥產量與氮、磷、鉀肥用量沒有顯著的相關關系。全國小麥氮、磷、鉀肥用量分別介于0—591.0、0—517.5和0—315.0 kg·hm-2，平均分別為191.1、112.8和53.4 kg·hm-2。春麥區，農戶氮、磷、鉀肥用量平均分別為171.7、108.9和10.6 kg·hm-2，在低于平均施肥量的農戶中有11%—21%的產量達到較高水平，高于平均施肥量的農戶中有8%—9%的產量處于較低水平。旱作區，氮、磷、鉀平均施肥量分別為154.3、111.8和32.6 kg·hm-2，施肥量低于平均值時，有21%—22% 的農戶產量達較高水平，高于平均值時，有11%—26%的農戶產量為較低水平。麥玉區，3種肥料用量均值分別為236.4、128.1、74.0 kg·hm-2，施肥量低于均值的農戶中有18%的農戶產量處于較高水平，高于平均值時，有9%—18%的農戶產量較低。稻麥區，三種肥料平均用量分別為177.5、77.0、71.8 kg·hm-2，施肥量低于平均時，有12%—17%的農戶產量處于較高水平，高于平均時，有15%—17%的農戶產量處于較低水平。

圖中實線代表平均產量，虛線代表平均施肥量

可見，在我國各麥區，農戶小麥產量高低與施肥量多少與并無顯著關系，施肥量低時，小麥產量依然可達較高水平，施肥量高時也存在產量較低的情況。

2.3 我國不同麥區農戶小麥產量與土壤養分的關系

對土壤養分的分析發現，不同麥區小麥產量與0—20 cm土層硝態氮、礦質態氮、速效磷、速效鉀含量均無顯著相關關系（圖4）。不同麥區0—20 cm土層的硝態氮、礦質態氮、有效磷、有效鉀含量分別介于0—253.5、0—256.8、1.0—166.1和27.0—695.9 mg·kg-1，平均分別為19.1、23.3、23.1和151.1 mg·kg-1。春麥區，0—20 cm土層硝態氮、礦質態氮、有效磷、有效鉀含量平均分別為23.6、27.9、34.2和191.4 mg·kg-1，當土壤養分含量低于平均值時，有18%—29%的農戶可達較高產量，高于均值時，有5%—15%的農戶產量較低。旱作區，土壤養分含量平均分別為14.1、16.5、13.7和133.4 mg·kg-1，土壤養分低于均值時，有20%—25%的農戶產量達較高水平，高于均值時，有2%—16%的農戶產量為較低水平。麥玉區，土壤養分含量均值分別為25.6、30.3、31.3和171.9 mg·kg-1，土壤養分含量低于均值時，有17%—26%的農戶產量處于較高水平，高于均值時，有10%—13%的農戶為較低產量。稻麥區，土壤養分含量平均分別為12.9、20.6、22.6和130.5 mg·kg-1，當土壤養分含量低于平均水平時，有18%—23%的農戶產量較高，高于平均水平時，有9%—11%的農戶產量處于較低水平。

圖中實線代表平均產量，虛線代表養分平均含量

說明，在我國各麥區，目前農戶小麥產量高低與0—20 cm土層的土壤硝態氮、礦質態氮、有效磷、有效鉀含量多少并無顯著關系，土壤養分含量低時，小麥并非絕對低產，土壤養分含量高時，也未必能獲得高產。

2.4 我國不同麥區農戶小麥施氮量評價及減肥潛力分析

2.4.1 農戶小麥施氮量評價 對不同小麥產量水平農戶的施氮量分析表明（圖5），隨著產量增加，各麥區過量施氮的農戶比例逐漸減少，施氮不足的比例逐漸增加。春麥區，當產量由低產至高產變化時，過量施氮的農戶由50%降至33%，施氮不足的由50%增至56%，施氮量很低、偏低、適中、偏高和很高的農戶平均分別占35%、19%、11%、10%和24%。旱作區，產量由低產增至高產時，過量施氮的農戶由93%降至35%，施氮不足的由5%增至45%，各施氮等級的農戶平均分別占9%、9%、20%、21%和42%。麥玉區，產量水平由低到高時，過量施氮的農戶由85%降到17%，施氮不足的由7%增至74%，各施氮等級的農戶平均分別占21%、22%、16%、14%和28%。稻麥區，產量由低產增至高產水平時，過量施氮的農戶由81%降至32%，施氮不足的由15%增至59%，各施氮等級的農戶比例平均分別為16%、14%、15%、8%和47%。

圖中顏色由深至淺表示施肥量由高至低。下同

在我國春麥區，過量施氮的農戶較少，為34%，在旱作、麥玉和稻麥區過量施氮的農戶較多，分別為63%、42%和55%，處于中低產水平的農戶過量施氮問題更為嚴重，產量較高的農戶應重視施氮不足的問題，特別是在麥玉區和稻麥區。

2.4.2 農戶氮肥減施潛力 基于0—20 cm土層的硝態氮和礦質態氮含量，確定施氮系數，并分別計算出推薦施氮量。由于0—20 cm土層中銨態氮含量較低（表1），基于兩個指標計算得出的推薦施氮量無顯著差異（≤5%）。考慮到實際應用方便，選擇基于硝態氮含量的推薦施氮量，通過比較農戶的施氮量與推薦施氮量發現（表2），氮肥減施潛力因麥區和農戶產量水平而異。產量較低的農戶減氮數量多、潛力大，產量較高的農戶減氮數量相對較少，甚至還需要增施一定數量的氮肥。春麥區，低產和偏低水平的農戶平均減氮2.3—20.8 kg·hm-2，中產至高產水平的農戶需增氮10.5—37.7 kg·hm-2，其中低產水平農戶減肥潛力最大，為25.8%，整體來說，需增肥17.7%。旱作區，產量由低產至高產變化時，農戶平均需減氮3.5—59.1 kg·hm-2，隨產量增加，減氮量逐漸減小，各產量水平農戶均有較大減肥潛力，平均減肥潛力為12.8%。麥玉區，產量由低產至中產時，農戶平均減氮量由135.5降至2.1 kg·hm-2，其中低產農戶減肥潛力為43.6%，產量為偏高和高產水平時，農戶分別需增施氮肥29.7和70.5 kg·hm-2。稻麥區，由低產至偏高產量水平時，農戶平均減氮量由87.1 kg·hm-2降至26.4 kg·hm-2，減肥潛力由39.4%降至4.8%，高產農戶則平均需增氮25.0 kg·hm-2。

表2 我國主要麥區不同產量水平的農戶施氮量和推薦施氮量

FP指農戶施肥量；Rec為推薦施肥量；減肥量為推薦施肥量減去農戶施肥量；減肥潛力為減肥量/農戶施肥量×100。表3、表4同

FP: Famers’ fertilizer rates ; Rec: Recommend rates; Reduction: Recminus FP; Reduction potential = Reduction/ Famers’ fertilizer application rates×100. The same as Table 3 and Table 4

可見，產量處于中低產水平的農戶減氮潛力較大，尤其是麥玉和稻麥區的低產農戶，而高產和偏高產的農戶則需增施適量氮肥。

2.5 我國不同麥區農戶小麥施磷量評價及減肥潛力分析

2.5.1 農戶小麥施磷量評價 分析各產量水平的施磷量發現（圖6），各麥區過量施磷的農戶較多。春麥區，產量由偏低至偏高時，過量施磷的農戶由91%降至45%，施磷不足的由9%增至45%，總體來看，施磷量很低、偏低、適中、偏高和很高的農戶平均分別占18%、3%、16%、8%和55%。旱作區，產量由低產增至高產時，過量施磷的農戶由92%降至80%，施磷不足的農戶占10%左右，各施磷等級的農戶平均分別占7%、2%、5%、6%和81%。麥玉區，產量水平由低到高時，過量施磷的農戶由80%降到64%，施磷不足的由12%增至28%，各施磷等級的農戶平均分別占15%、9%、8%、7%和61%。稻麥區，產量由低產增至高產水平時，過量施磷的農戶由69%降至50%，而施磷不足的由31%增至41%，各施磷等級的農戶比例平均分別為22%、11%、11%、8%和49%。

圖6 我國不同麥區農戶施磷量在各產量等級的分布

因此，我國主要麥區農戶過量施磷情況較為嚴重，4個麥區過量施磷農戶分別為63%、87%、68%和57%，且產量處于較高水平時，各麥區過量施磷的農戶仍占50%—80%，表明即使是產量較高的農戶也依然存在過量施磷的現象。因此，各產量等級的農戶均需減施磷肥。

2.5.2 農戶小麥磷肥減施潛力分析 比較農戶施磷量與推薦施磷量發現（表3），各麥區磷肥減施潛力因產量水平而異，且減磷量隨產量增加呈降低趨勢。春麥區，低產農戶磷肥減施潛力最大，為46.9%，產量由低產至高產時，平均減磷量由45.6 kg·hm-2降至36.4 kg·hm-2。旱作區，產量由低產至高產水平時，平均減磷量由76.6 kg·hm-2減至67.0 kg·hm-2，整體減磷潛力高達55.6%。麥玉區，產量從低產增至高產時，平均減磷量由59.0 kg·hm-2降至29.7 kg·hm-2，其中低產農戶減磷潛力為46.3%。稻麥區，由低產至高產時，平均減磷量由23.6 kg·hm-2減至4.3 kg·hm-2，減磷潛力逐漸減小。

總體來看，不同麥區各產量水平的農戶均需減施磷肥，旱作區農戶減磷潛力最大，為55.6%，平均減磷量達70.5 kg·hm-2，其次為麥玉區、春麥區和稻麥區，平均減磷量分別為39.2、35.1和14.2 kg·hm-2。

表3 我國主要麥區不同產量水平農戶平均施磷量和推薦的平均施磷量

2.6 我國不同麥區農戶小麥施鉀量評價及減肥潛力分析

2.6.1 農戶小麥施鉀量評價 對各麥區農戶的施鉀量分析發現（圖7），施鉀情況因麥區和產量等級而異。春麥區，以施鉀不足為主，產量由低產至高產時，施鉀不足的農戶介于64%—90%，各產量等級過量施鉀的農戶僅10%左右，不同產量水平下施鉀很低、偏低、適中、偏高和很高的農戶比例分別為81%、3%、6%、6%和3%。旱作區，產量由低產增至高產時，施鉀過量的農戶由85%降至33%，不足的由15%增至56%，各施鉀等級的農戶分別占33%、3%、5%、4%和55%。麥玉區，產量水平由低到高時，施鉀過量的農戶由80%降到55%，不足的由20%增至38%，各施鉀等級的農戶分別占25%、4%、5%、8%和57%。稻麥區，不同產量等級施鉀過量的農戶介于77%—94%，不足的農戶介于6%—19%，各施鉀等級的農戶比例分別為13%、3%、3%、5%和76%。

說明，春麥區農戶施肥的主要問題是鉀肥投入不足，旱作、麥玉和稻麥區施鉀過量的農戶較多，分別占59%、65%和81%，且大多為中低產水平的農戶，因此，春麥區農戶應適當的增施鉀肥，其他麥區鉀肥減施的重點是中低產水平的農戶。

圖7 我國不同麥區農戶施鉀量在各產量等級的分布

2.6.2 農戶小麥鉀肥減肥潛力分析 對比農戶施鉀量與推薦施鉀量發現（表4），各麥區不同產量水平的農戶鉀肥減肥潛力存在差異，春麥區需增施鉀肥，且增肥量隨產量提高而增加，其他3個麥區均需減施鉀肥，且減鉀量隨產量增加而降低。春麥區，產量由低產至高產水平時，平均增施鉀肥量由17.7 kg·hm-2增至38.5 kg·hm-2。旱作區，低產水平農戶減鉀潛力可達72.3%，產量由低產至中產水平時，平均減鉀量由32.2 kg·hm-2減至1.3 kg·hm-2，當產量處于偏高和高產時，平均需增鉀2.3和6.7 kg·hm-2。麥玉區，產量從低產增至高產時，平均減鉀量由44.1 kg·hm-2降至14.5 kg·hm-2，整體減鉀潛力25.7%。稻麥區，當農戶產量由低產升至偏高產時，平均減鉀量由45.9 kg·hm-2降至41.6 kg·hm-2，高產農戶平均需減鉀49.2 kg·hm-2，不同產量水平的農戶平均減鉀潛力均超過49.0%。

可見，春麥區需增施鉀肥，平均需增鉀22.8 kg·hm-2，旱作、麥玉和稻麥區均需減施鉀肥，平均分別需減鉀11.2、26.0和44.2 kg·hm-2，稻麥區減鉀潛力最高可達56.0%。

表4 我國主要麥區不同產量水平農戶平均施鉀量和推薦的平均施鉀量

3 討論

3.1 我國主要麥區小麥產量與施肥及土壤養分的關系

對我國主要麥區小麥產量和生物量的分析表明，各麥區小麥產量波動大，33%—39%農戶的小麥產量達到較高水平，小麥產量平均為6.0 t·hm-2、生物量平均為13.2 t·hm-2，兩者呈極顯著正相關，生物量每增加1 t，小麥產量增加0.43—0.51 t。與本研究結果相似，陜西、山西和甘肅三省的農戶調研發現，生物量每增加1 t，產量增加0.4 t[32]。華北平原的田間試驗發現，拔節期灌水后小麥生物量增加114%，相應的籽粒產量增加225%[54]。渭北旱塬的田間試驗表明，優化施肥時期及栽培模式的小麥產量較農戶施肥模式提高了6%—17%，生物量相應的增加8%—29%[55]。但在20世紀80年代，籽粒產量增加時，生物量基本維持在一定水平[56]，或者略微增加[57]，甚至是降低[58]。與之相比，近年來產量和生物量的增加主要得益于優質小麥品種的選育及施肥與田間管理技術的改善。在目前品種產量潛力普遍提高的情況下，小麥產量的進一步提高主要取決于生物量增加[59-62]。因此，優化水肥與栽培管理，提高小麥生物量，是進一步提高小麥產量的關鍵。

研究表明，我國各麥區農戶小麥產量與氮磷鉀肥施用量、土壤硝態氮、礦質態氮、有效磷、有效鉀均無顯著相關關系。在同一麥區，土壤養分條件接近的情況下，農戶施肥量處于很低或偏低水平時，小麥產量仍可達到高產水平，當農戶施肥量較高時，也有許多農戶產量處于低產水平。如在旱作區，當農戶施肥量低于平均水平時，有超過20%的農戶產量高于5.7 t·hm-2，在春麥區，有些農戶不施肥，小麥產量仍可達7.0 t·hm-2以上。可能的原因是土壤本身肥力水平較高，或長期過量施肥導致土壤養分大量累積，即使少施或不施肥的情況下，也可滿足養分需求，使作物產量達到高產。不少研究表明，作物產量與施肥量呈二次拋物線或線性加平臺的模型關系[63-64]，當作物產量達到最大值時，繼續增施肥料，產量將不再增加甚至降低，說明過量施肥會影響作物正常生長，降低產量和品質[65]。土壤肥力是影響作物產量的關鍵因素[66]。本研究表明，在各麥區，當土壤養分含量低于平均水平時，仍有17%—29%的農戶產量處于高產水平。其原因主要是目前我國農田土壤養分含量普遍偏高（表1，表3—5）。大量研究也表明，近年來我國農田土壤氮素盈余量逐年增加[67-69]，有效磷含量也有大幅提升[30]。對于鉀肥而言，盡管目前復合肥的普及使得鉀肥投入逐漸增加，但過去農戶大多持有土壤鉀素較豐富的觀點，長期忽視鉀肥投入，導致一些地區土壤鉀一直處于消耗狀態，如春麥區。土壤養分供應不平衡時，化肥盲目投入會加重小麥減產的風險。因此，農戶施肥時，應結合土壤養分測試結果，在明確土壤養分供應能力的前提了，優化肥料養分投入，避免過量施肥。

3.2 我國主要麥區農戶小麥施肥問題及減肥潛力

研究表明，我國主要麥區小麥施氮不合理現象普遍存在，其中春麥區過量施氮的農戶相對較少，為34%，其次麥玉區為42%，稻麥區為55%，旱作區過量施肥農戶最多，為63%，且產量越低，農戶過量施氮情況越嚴重，如在旱作區，低產中有93%的農戶過量施氮，而在產量較高的麥玉區，處于高產水平時，有74%的農戶施氮不足。渭北旱塬的調研表明，旱作區有64%—69%的農戶小麥施氮過量[8,47]，與本研究結果一致。也有研究發現，旱作區89%的農戶小麥施氮過量[30]，較本研究結果偏高。原因主要是評價標準不一致，本文采用了曹寒冰等的方法，基于農戶的產量水平高低對其施肥情況進行評價，反映了不同產量水平對養分需求的差異，較為客觀。如果以一個固定的標準，如趙護兵等以120—160 kg·hm-2、劉芬等以75—105 kg·hm-2作為合適施氮量的標準[8,30]，來評價不同農戶的施肥情況，忽略了農戶產量不同、對養分的需求數量高低也會有差異這一問題，可能會導致對高產農戶養分需求的低估，使評價結果中過量施肥的農戶比例升高。我國農戶過量施磷問題也比較突出，各麥區過量的農戶分別占63%、87%、68%和57%，且即使產量處于高產時，仍有50%—80%的農戶施磷過量。據統計，目前我國磷肥年消耗量高達729萬噸，1980—2018年磷肥用量增加了167%，同期糧食產量僅增加105%[3]。不少研究表明，施磷過量會導致小麥減產[70]，這一問題應引起更多重視。我國小麥施鉀情況因麥區而異，春麥區主要問題是農戶施鉀不足，占84%，旱作、麥玉和稻麥區過量施鉀的農戶較多，分別為59%、65%和81%，且大多為中低產水平的農戶。春麥區施鉀不足，可能與該區土壤鉀較為豐富（表1），且長期受土壤不缺鉀觀念的影響，忽視了鉀肥施用。渭北旱塬的農戶調研表明，該區域有70%的農戶施鉀不足[47]，較本研究中41%的農戶施鉀不足的結果偏高，主要原因可能是近年來越來越多的農戶開始施用復合肥，從而增加了鉀的投入量。雖然鉀肥對作物抗逆增產有著重要作用，但我國鉀肥資源不足，有61.0%需要通過從國際市場進口來滿足[71]，2018年我國僅氯化鉀進口量即達746萬噸，且鉀肥（K2O）價格較高，目前均價為2.6元/kg，平均比氮肥（N）和磷肥（P2O5）高52%和14%[72-74]，過量施鉀不僅增加作物生產成本，同時也會增加國家和社會的經濟壓力。

本文針對各麥區不同田塊的產量水平、養分需求和土壤養分狀況，分析評價了農戶小麥的氮、磷和鉀施肥問題，發現施肥過量和不足的問題因農戶的產量水平高低而異。氮肥減施的重點是產量水平較低的農戶，春麥區需減氮2.3—20.8 kg·hm-2，旱作區需減氮3.5—59.1 kg·hm-2，麥玉區需減氮2.1—135.5 kg·hm-2，稻麥區需減氮26.4—87.1 kg·hm-2；同時產量較高農戶的施氮不足問題，也需引起重視，春麥區需增氮10.5—35.6 kg·hm-2，麥玉區需增氮29.7—70.5 kg·hm-2，稻麥區需增氮25.0 kg·hm-2。不同麥區各產量等級的農戶均需減施磷肥，春麥區、旱作區、麥玉區、稻麥區平均減磷潛力分別達31.0%、55.6%、25.0%、11.6%。鉀肥的問題因麥區而異，春麥區主要是施鉀不足，農戶平均需增施鉀肥22.8 kg·hm-2，旱作、麥玉和稻麥區減鉀潛力平均分別為43.2%、25.7%和56.0%，其中中低產水平農戶是鉀肥減施的重點。對江蘇水稻的研究表明，通過優化管理等方法可將氮肥減量31%，同時實現水稻高產高效[75]，與本文研究結果類似。豫北平原小麥-玉米輪作高產區，小麥的減氮潛力高于40%，減磷潛力約40%，需增加60%左右的鉀肥[76]，其鉀肥潛力與本文有出入，原因可能與該文計算推薦施鉀量的方法未考慮土壤供鉀能力和秸稈還田帶入的鉀有關，故推薦鉀肥用量偏高。

4 結論

不同區域連續3年的調研表明，我國主要麥區小麥平均產量6.0 t·hm-2，生物量13.2 t·hm-2，二者極顯著正相關，生物量每增加1 t，小麥產量增加0.43—0.51 t，氮、磷、鉀肥平均施用量分別為191.1、112.8和53.4 kg·hm-2，小麥產量與農戶施肥量和表層土壤速效氮磷鉀養分無顯著相關關系。農戶施肥狀況和減肥潛力因麥區而異。總體來看，中低產農戶過量施肥問題較為嚴重，應注意根據產量適量減少施用氮、鉀肥，所有農戶均需警惕磷肥過量投入問題。相對而言，春麥區過量施肥問題較輕，平均需增施氮、鉀肥11.6和22.8 kg·hm-2，減施磷肥35.1 kg·hm-2；旱作區過量施氮農戶高達63%，氮、磷、鉀肥減施潛力分別為12.8%、55.6%和43.2%；麥玉區小麥整體產量高于其他麥區，施肥量整體也較高，低產農戶氮、磷、鉀肥減施潛力分別為43.6%、46.3%和57.3%，高產農戶平均應增施氮肥70.5 kg·hm-2；稻麥區過量施鉀問題最為嚴重，減鉀潛力為56.0%，氮磷肥過量施用問題主要集中在中低產農田。農戶應根據具體田塊常年產量確定適宜的施肥量。

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Evaluation of Farmers’ Fertilizer Application and Fertilizer Reduction Potentials in Major Wheat Production Regions of China

HUANG QianNan1, DANG HaiYan1, HUANG TingMiao1, HOU SaiBin1, WANG ZhaoHui1, 2

(1College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-environment in Northwest China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangling 712100, Shaanxi;2Northwest A&F University/State Key Laboratory of Crop Stress Biology in Arid Areas, Yangling 712100, Shaanxi)

【】It is of great significance to understand problems in farmers’ fertilizer application and the potential to reduce the fertilizer rates, with the purpose to realize scientific fertilizer recommendation and reasonable reduction of fertilizer input in major wheat production regions of China.【】A three-year long in-farm fertilization survey and collection of soil and plant samples were carried out to analyze and evaluate the fertilization status and fertilizer reduction potentials based on the wheat yield levels, nutrient requirement and soil nutrient supply capacities in major wheat production regions of China.【】The average wheat grain yields were significantly and linearly correlated with their biomass, with the average to be 6.0 and 13.2 t·hm-2for farmers over all the major wheat regions in China, respectively. However, the yields showed no significant correlation with the fertilizer application rates and soil nutrients, and the average application rates for nitrogen (N), phosphorus (P2O5) and potassium (K2O) were 191.1, 112.8 and 53.4 kg·hm-2, respectively. In the spring wheat region, the averages were correspondingly 171.7, 108.9 and 10.6 kg·hm-2, 154.3, 111.8 and 32.6 kg·hm-2in dryland wheat region, 236.4, 128.1 and 74.0 kg·hm-2in wheat-maize region, and 177.5, 77.0 and 71.8 kg·hm-2in rice-wheat region, respectively. For the N, there were less farmers, only 34% over applied fertilizers in the spring wheat region, and then it was 42% in wheat-maize region, 55% in rice-wheat region, and 63% in dryland wheat region, with the low-yielding farmers to be the focus of N fertilizer reduction, the reduction potential to be 43.6%, and the average N reduction of 2.3-135.5 kg·hm-2. The problems for over P fertilizer application were more obvious, with 63%, 87%, 68% and 57% of farmers to apply excessive P fertilizer respectively in the four regions. Even at the high-yielding levels, there were still more than 50% of farmers apply excessive P fertilizer, and all the farmers need to reduce their P fertilizer, with the average reduction to be 3.8-91.1 kg P2O5·hm-2, and dryland wheat region of the largest reduction potential, which was 55.6% of their current P rates. Situation for K application was variable with regions. In spring wheat region, 84% of famers applied insufficient K fertilizers, with an average of 22.8 kg·hm-2extra K2O needed to be applied. While, in dryland wheat, wheat maize and rice wheat regions, 43.2%, 25.7% and 56.0% of their current K fertilizer application should be reduced, with the low yielding farmers to be the key in K fertilizer reduction and the average reduction of 31.7-45.9 kg K2O·hm-2.【】Fertilizer application and its reduction potential were found to vary with the yields and regions for wheat farmers in China. Situation of excessive fertilization was more serious for low- and medium-yielding farmers. Application of N and K fertilizers should be reduced according to the wheat yield levels, and all farmers should pay special attention to their over P fertilizer application, and reduce the P application rates to reasonable levels. Fertilizer reduction potential was the highest in the dryland wheat region for N and P fertilizers, and in rice wheat region for K fertilizer.

wheat; yield; nitrogen fertilizer; phosphate fertilizer; potassium fertilizer; fertilizer reduction; fertilizer reduction potential

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.23.009

2020-05-30；

2020-07-31

國家現代農業產業技術體系建設專項（CARS-3）、國家重點研發計劃（2018YFD0200400）

黃倩楠，E-mail：qiannan9325@163.com。黨海燕，E-mail：haiyan-d@nwsuaf.edu.cn。黃倩楠與黨海燕為同等貢獻作者。通信作者王朝輝，E-mail：w-zhaohui@263.net

（責任編輯 李云霞）