陜西省小農戶作物生產的減肥潛力及經濟效益評價

米曉田，石磊，何剛，王朝輝

陜西省小農戶作物生產的減肥潛力及經濟效益評價

米曉田1，石磊2，何剛1*，王朝輝1*

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陜西省耕地質量與農業環境保護工作站，西安 710003

【目的】小農戶在農業生產中投入的生產資料普遍過高，隨種植業結構演變，肥料投入也勢必會發生變化。明確小農戶經營模式下糧食、油料和經濟作物的施肥現狀和經濟效益，能為小農戶作物生產的養分管理、肥料減施和經濟效益提高提供參考。【方法】2018年對陜西省的主要農作物生產情況進行問卷調查，以糧食（小麥、玉米、水稻、谷子、馬鈴薯）、油料（油菜、大豆）、經濟（蘋果、西紅柿、烤煙）作物為研究對象，共獲得1 709份調研問卷。基于此調研結果，以產量水平為分類依據，分析小農戶的施肥現狀、減肥潛力和經濟效益。【結果】小麥、玉米、水稻、谷子和馬鈴薯的平均產量分別為4.6、7.3、8.3、3.7和19.8 t·hm-2，氮肥用量分別為177、247、186、255和209 kg N·hm-2，磷肥用量分別為102、103、88、142和125 kg P2O5·hm-2，鉀肥用量分別為37、47、64、53和110 kg K2O·hm-2。油菜和大豆的平均產量分別為2.4和2.7 t·hm-2，氮肥用量分別為156和99 kg N·hm-2，磷肥用量分別為80和63 kg P2O5·hm-2，鉀肥用量分別為56和26 kg K2O·hm-2。蘋果、西紅柿和烤煙的平均產量分別為23.8、93.5和2.7 t·hm-2，氮肥用量分別為731、471和108 kg N·hm-2，磷肥用量分別為482、387和118 kg P2O5·hm-2，鉀肥用量分別為535、447和132 kg K2O·hm-2。對大多數作物，氮磷肥普遍過量施用、鉀肥施用過量與不足并存。糧食作物氮磷鉀減肥潛力分別為28%—60%、52%—66%和11%—51%。油料作物油菜可減少氮磷鉀肥料用量33%、37%和46%，然而大豆需增加磷鉀肥用量11%、28%。蘋果和西紅柿等高產經濟作物的氮磷鉀減肥潛力分別為41%—67%、65%—70%和49%—64%。烤煙生產需減少磷肥53%，然而中、高產農戶氮肥施用不足，分別需增施22%、11%。復合肥和單質肥是作物氮素的主要來源，復合肥是作物磷鉀的主要來源。氮以基施為主、追施為輔，磷鉀肥幾乎全部作為基肥一次施用，鮮有追施。糧食、油料和經濟作物的平均凈經濟效益分別0.44×104—1.63×104、0.75×104—0.84×104和4.19×104—15.05×104元/hm2，肥料占總投入比例分別為31%—52%、57%—59%和48%—65%。蘋果、西紅柿等高產經濟作物的凈經濟效益遠高于糧食和油料作物，成為小農戶經營者的首選。然而，在經濟作物生產中過量的肥料施用產生了巨大的環境風險。【結論】低中產組小農戶是化肥減量和收益提升的主要對象，蘋果、西紅柿等經濟作物的凈經濟效益高，但單位面積施肥量大、減肥潛力大。值得注意的是，農作物生產中也存在施肥不足的現象，例如大豆和烤煙。由此可見，小農戶作物生產的肥料管理變異大，提高小農戶的肥料管理水平有利于增加作物產量和經濟效益、助力農業可持續發展。

農戶行為；作物類型；養分管理；產量；經濟效益；陜西省

0 引言

【研究意義】化肥在增加作物產量、保障糧食安全中起著不可替代的作用[1]。施肥不足、難以滿足作物需求，施肥過量會引起一系列環境問題并造成經濟損失[2]。1978—2018年期間，糧食、油料和經濟作物的種植面積增加了1.6×107hm2，然而化肥用量增加了5 136 萬t[3]，施肥不合理現象普遍存在。小農戶是農業生產最基本的活動單元，是養分管理的決策者。調研小農戶施肥現狀是理解小農戶生產行為的基礎，是提高肥料利用效率、保護生態環境、增加經濟收益的關鍵環節之一。【前人研究進展】1978—2018年期間，我國農作物化肥施用折純量從884萬t增加至6 020 萬t[3]。隨著化肥用量增加，主要農作物的化肥用量已超過經濟意義上的最優施用量，出現了報酬遞減現象[4-5]。我國是典型的小農戶主導型農業生產經營模式，長期以來小農戶依賴經驗施肥，肥料用量及其養分配比不合理，造成肥料利用效率降低，不僅浪費資源，也導致了土壤酸化、大氣氮沉降、水質下降等環境問題[2,6]。國家測土配方施肥項目在2005—2009年期間的施肥調查表明，陜西省各區域主要農作物生產氮、磷均處于盈余狀態，但鉀素處于虧缺狀態，其中蘋果園的氮、磷盈余量最高，分別達477 kg N·hm-2、285 kg P2O5·hm2[7]。2006—2011年陜西省小麥、玉米和蘋果生產的調查數據表明，氮肥過量施用比例分別達68%、63%和72%，磷肥過量施用比例分別達41%、31%和50%，全省60%農戶的鉀肥施用不足[8]。另外，有機肥（如畜禽糞便和植物材料）用量普遍較低，在河南、山東和山西僅25%的小農戶施用有機肥，在江蘇和安徽施用有機肥的小農戶僅3%和6%[9]。因此，提高農戶的經營管理水平，依據作物養分需求特點，合理施用氮磷鉀肥是作物增產、肥料增效的關鍵途徑之一。農作物生產的成本收益直接關乎農戶生計、關系當地農業經濟發展。相對于糧食和油料作物，經濟作物屬于高投入高產出類型。以蘋果為例，2018年蘋果生產的肥料費用達0.99×104元/hm2，占總成本的44%，凈經濟效益為7.4×104元/hm2，而小麥、玉米和水稻生產的肥料費用分別為0.26×104、0.23×104和0.30×104元/hm2，分別占總成本的39%、39%和42%，占蘋果肥料費用的26%、23%和30%，凈經濟效益分別為0.54×104、0.67×104和1.18×104元/hm2[10]。2003年的調研結果表明，果蔬類單位面積肥料投入量是傳統小麥-玉米生產體系的1.4—5.8倍，而土壤中氮素盈余是小麥-玉米生產體系的4.3—9.2倍[11]。可見，經濟作物具有更高的經濟價值，農民的化肥投入量、減肥潛力更高。因此，了解農作物化肥施用現狀，制定易實現、易被農戶接受的減肥方案，有利于提高作物產量、增加經濟收益、改善農業生產造成的環境污染，實現農業可持續發展。【本研究切入點】目前關于小農戶化肥施用現狀的研究對象多為特定區域的特定作物，而較少對省域尺度的糧食、油料和經濟作物展開系統調研。近年來，隨著種植業結構調整，油料和經濟作物的種植面積快速增長。同糧食作物相比，經濟作物的單位面積施肥量更大。因此，系統調研糧食作物、油料作物和經濟作物的化肥施用現狀對評估不同類型作物減肥潛力有重要意義。【擬解決的關鍵問題】本研究基于2018年在陜西省組織的實地調研，通過對現階段小農戶各類農作物生產的產量與施肥狀況、減肥潛力經濟效益評估，以期客觀認識小農戶農作物施肥現狀，明確小農戶養分管理存在的問題和減肥潛力，為該區域農作物科學施肥、農業可持續生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 調研區概況

陜西省地處我國西北內陸腹地，位于東經105°29′ —111°15′，北緯31°42′—39°15′之間，南北長880 km、東西寬160—490 km，全省總面積2.06×105km2，耕地面積4.01×106hm2。整體屬大陸季風性氣候，自北向南漸次過渡為溫帶、暖溫帶和亞熱帶3個氣候帶及半干旱、半濕潤和濕潤3個水分區。年平均氣溫8—16 ℃，自北向南漸高；年平均降水量325—1 274 mm，自北向南漸多；無霜期140—316 d，自北向南漸長。

1.2 調研方法及內容

調研時間為2018年10—12月，調研地點為陜西省各縣（市、區），調研對象為種植面積666.7 hm2以上的作物，每縣每種作物調查10個以上典型農戶，一戶一表，調研內容為2018年所收獲作物的產量及肥料類型、肥料用量、施肥時期等。本研究選取的農作物（樣本數）如下。糧食作物：小麥（312）、玉米（514）、水稻（150）、谷子（51）、馬鈴薯（239）；油料作物：大豆（42）、油菜（172）；經濟作物：蘋果（163）、西紅柿（26）、烤煙（30）。

1.3 產量分級標準

調研農戶小麥的產量介于1.8—7.5 t·hm-2，90%的農戶產量集中在2.7—6.4 t·hm-2。以產量的第5%分位數（2.7 t·hm-2）和95%分位數（6.4 t·hm-2）為最低和最高限求極差（3.8 t·hm-2），然后以等產量間距（1.2 t·hm-2）分成低產、中產和高產3個范圍。小麥產量水平從低到高依次為<4.0 t·hm-2（低產），4.0—5.2 t·hm-2（中產），>5.2 t·hm-2（高產）。類似方法劃分其他作物產量水平，其等級范圍見表3。

1.4 合理施肥標準及農戶施肥等級評價方法

確定合理施肥量是獲得較高產量、維持土壤肥力和降低施肥引起環境污染的關鍵。因而，在維持農田土壤養分平衡和肥力水平提升的基礎上，考慮作物產量對養分的需求確定不同產量等級的合理施肥量[12]。

合理施肥量（Rec）=產量×養分需求量×調整系數

式中，產量為調研的小農戶作物產量，養分需求量指作物100 kg產量養分需求量，各作物的養分需求量見表1。調整系數指根據研究區域土壤養分供應能力和農田養分平衡確定的調整施肥數量高低的參數。對于糧食作物、油菜、西紅柿和烤煙，考慮當地作物生產中普遍存在氮素投入過量，土壤氮素殘留過多，易受降水影響向深層淋溶損失，施用氮肥時只需補足作物帶走的氮素數量即可，故施氮調整系數設定為1[12]。對于大豆，考慮大豆根瘤固氮作用，施氮量僅為需氮量的0.5倍，故施氮調整系數設定為0.5[13]。由于旱地農田土壤速效磷易被固定，因此施用磷肥量設為作物地上部吸磷量的1.5倍，故糧食、油料作物、西紅柿和烤煙施磷系數設定為1.5[12]。西北地區農田速效鉀含量可高達160 mg·kg-1，只需補足作物帶走的鉀素即可。由于糧食、油料作物生產中秸稈通常被還田，施鉀量僅為作物需鉀量的0.3倍，故施鉀調整系數設定為0.3[14]。而馬鈴薯秸稈中鉀累積量低于其他糧食作物，施鉀量僅為作物需鉀量的0.6倍，故施鉀調整系數設定為0.6[15]。對于西紅柿、烤煙，僅補充作物所帶走養分即可，故施鉀調整系數設定為1。不同于大多數作物，蘋果為多年生作物，維持果樹生長是必要的，因此不能僅考慮養分攜出。結合蘋果推薦施肥方法[16-18]，本研究將蘋果氮、磷、鉀的調整系數分別設定為2、3、2。

1.5 經濟效益的估算

投入（元/hm2）= 種子費+農藥費+排灌費+機械費+肥料費+雇傭成本；

產出（元/hm2）= 銷售價格（元/kg）×產量（kg·hm-2）；

式中，投入肥料按種類分為單質肥、復合肥和有機肥，單質肥中純氮磷鉀肥單價分別為3.8、4.5、5.8元/kg，復合肥單價為3.0元/kg，商品有機肥為1.36元/kg，農家肥為0.3元/kg[10]；式中其余指標見表2。

表1 作物100 kg經濟產量需肥量

表2 作物生產成本及2018年銷售價格[10]

1.6 數據處理與統計分析

數據采用Microsoft Excel 2016進行匯總、計算、整理；采用IBM SPSS Statistics 20.0進行單因素統計分析。

2 結果

2.1 作物產量與施肥現狀

表3列出陜西省小農戶生產產量水平及施肥情況。陜西省小農戶生產的小麥、玉米、水稻、谷子和馬鈴薯平均產量分別為4.6、7.3、8.3、3.7、19.8 t·hm-2，高、中、低產組間差異顯著。小麥氮磷鉀肥施用比例分別為1（177 kg N·hm-2）﹕0.58（102 kg P2O5·hm-2）﹕0.21（37 kg K2O·hm-2）。中、高產組的氮肥用量無顯著差異，比低產組分別增加20%和27%，高、中、低產組間的磷鉀肥用量無顯著差異。玉米氮磷鉀肥施用比例分別為1（247 kg N·hm-2）：0.42（103 kg P2O5·hm-2）﹕0.19（47 kg K2O·hm-2），高產組的磷、鉀肥用量比中產組分別增加23%和49%，比低產組分別增加55%和52%，高、中、低產組間氮肥用量無顯著差異。水稻氮磷鉀肥施用比例分別為1（186 kg N·hm-2）﹕0.47（88 kg P2O5·hm-2）﹕0.34（64 kg K2O·hm-2），中、高產組氮肥用量無顯著差異，比低產組分別減少18%和17%，中、高產組磷肥用量無顯著差異，高、中、低產組間鉀肥用量無顯著差異。谷子氮磷鉀施用比例分別為1（255 kg N·hm-2）﹕0.56（142 kg P2O5·hm-2）﹕0.21（53 kg K2O·hm-2），中、高產組氮肥用量無顯著差異，比低產組分別減少29%和24%，中、高產組鉀肥用量無顯著差異，比低產組分別減少63%和35%，高、中、低產組間磷肥用量無顯著差異。馬鈴薯氮磷鉀肥施用比例分別為1（209 kg N·hm-2）﹕0.60（125 kg P2O5·hm-2）﹕0.53（110 kg K2O·hm-2），高、中、低產組間氮磷鉀肥用量無顯著差異。由此可見，糧食作物氮磷鉀施用比例為1﹕0.42—0.58﹕0.19—0.53，其中小麥中、高產組的氮肥投入較高，玉米高產組的磷肥投入較高，水稻、谷子和馬鈴薯高產組未增加化肥投入。

油菜和大豆的平均產量分別為2.4和2.7 t·hm-2，高、中、低產組間差異顯著。油菜的氮磷鉀肥施用比例分別為1（156 kg N·hm-2）﹕0.51（80 kg P2O5·hm-2）﹕0.36（56 kg K2O·hm-2），高產組的氮肥用量比中、低產組分別增加24%和26%，中、高產組鉀肥用量無顯著差異，比低產組分別增加73%和82%，高、中、低產組間磷肥用量無顯著差異。大豆的氮磷鉀肥施用比例分別為1（99 kg N·hm-2）﹕0.63（63 kg P2O5·hm-2）﹕0.26（26 kg K2O·hm-2），高產組鉀肥用量比低、中產組分別增加83%和193%，高、中、低產組間氮磷肥用量無顯著差異。由此可見，油料作物氮磷鉀肥施用比例為1﹕0.51—0.63﹕0.26—0.36，高產組增加了鉀肥投入、未增加磷肥用量，僅油菜的高產組增加了氮肥用量。

經濟作物蘋果、西紅柿、烤煙的平均產量分別為23.8、93.5、2.7 t·hm-2，高、中、低產組間差異顯著。蘋果的氮磷鉀肥施用比例分別為1（731 kg N·hm-2）﹕0.66（482 kg P2O5·hm-2）﹕0.73（535 kg K2O·hm-2），高產組的氮磷鉀肥用量比中產組分別增加22%、32%、30%，比低產組分別增加51%、54%、60%。西紅柿的氮磷鉀肥施用比例分別為1（471 kg N·hm-2）﹕0.82（387 kg P2O5·hm-2）﹕0.95（447 kg K2O·hm-2），高產組的氮磷鉀肥用量比中產組分別增加161%、252%、150%，比低產組分別增加85%、133%、131%。烤煙的氮磷鉀肥施用比例分別為1（108 kg N·hm-2）﹕1.09（118 kg P2O5·hm-2）﹕1.22（132 kg K2O·hm-2），高產組的氮磷鉀肥用量比中產組分別增加36%、35%、36%，比低產組分別增加27%、39%、128%。由此可見，經濟作物氮磷鉀肥施用比例為1﹕0.66—1.09﹕0.73—1.22，且高產組均增加了肥料投入。相對于糧食、油料作物而言，經濟作物施肥量較高。

糧食作物施用氮肥以單質肥和復合肥為主，磷肥以復合肥為主，鉀肥以復合肥和有機肥為主（表4）。對于小麥、玉米、水稻、谷子和馬鈴薯，單質肥和復合肥分別占氮肥總投入的92%、90%、87%、78%和62%；復合肥分別占磷肥總投入的67%、64%、57%、43%和54%，復合肥和有機肥占鉀肥總投入的92%、98%、95%、100%和94%。糧食作物的施肥方式表現為，氮肥以基施為主，小麥、玉米、水稻、谷子和馬鈴薯施用氮肥的基追比為1﹕0.1、1﹕0.7、1﹕0.4、1﹕0.6和1﹕0.1，磷鉀肥多為一次性基施。

油菜施用氮肥以單質肥和復合肥為主，占氮肥總投入的89%，磷鉀肥以復合肥為主，分別占磷肥和鉀肥總投入的67%和70%。大豆施用氮肥以單質肥和有機肥為主，占氮肥總投入的95%，磷鉀肥以有機肥為主，分別占磷肥和鉀肥總投入的43%和96%。總的來看，油料作物的施肥方式表現為，氮肥以基施為主，油菜、大豆施用氮肥的基追比分別為1﹕0.5、1﹕0.2；磷鉀肥多為一次性基施。

表中產量、施氮磷鉀量為平均值，同欄目的同列數據后不同字母表示不同作物不同產量水平間差異達5%的顯著水平。N指氮肥，P指磷肥，K指鉀肥。下同

Data of yield, NPK rates are average.In same column of a region, different lowercase letters indicate significant differences between means of different yield levels at＜5%.N: Nitrogen fertilizer; P: Phosphorus fertilizer; K: Potassium fertilizer.The same as below

蘋果、西紅柿、烤煙施用氮磷鉀肥以復合肥為主，分別占氮肥總投入的72%、48%和92%，占磷肥總投入的40%、51%和97%，占鉀肥總投入的77%、69%和98%。蘋果施用氮肥基追比為1﹕0.5，磷鉀肥多為一次性基施；西紅柿施用氮、磷和鉀肥基追比分別為1﹕0.4、1﹕0.3和1﹕0.9；烤煙施用氮磷鉀肥均為一次性基施。總的來看，復合肥和單質肥是作物氮素的主要來源，復合肥是作物磷鉀的主要來源；氮肥以基施為主，少部分單質氮肥通過追肥的形式施入，磷鉀肥施用多以一次性基施為主。

表4 肥料種類、用量及其基追比

ECF: Elemental chemical fertilizer; CF: Compound fertilizer; OM: Organic manure.表6同 The same as Fig.6

2.2 作物的減肥潛力

比較農戶實際施肥量與合理施肥量發現，減少肥料投入的潛力因作物種類和產量水平而異（表5）。對于小麥，氮、磷和鉀肥用量可分別減少28%（49 kg N·hm-2）、53%（54 kg P2O5·hm-2）和11%（4 kg K2O·hm-2）。其中，減肥主要對象在低、中產農戶。低產農戶的氮、磷和鉀肥減幅分別為41%、70%和34%，中產農戶的減幅分別為31%、49%和6%。對于玉米，氮、磷和鉀肥用量可分別減少49%（120 kg N·hm-2）、66%（68 kg P2O5·hm-2）和28%（7 kg K2O·hm-2）。減肥主要對象為低產水平農戶，氮、磷和鉀肥減幅分別為61%、69%和43%。對于水稻，氮、磷和鉀肥用量可分別減少23%（43 kg N·hm-2）、51%（45 kg P2O5·hm-2）和28%（18 kg K2O·hm-2）。減肥對象主要為低產農戶，氮、磷和鉀肥減幅分別為50%、48%和39%。對于谷子，氮、磷和鉀肥用量可分別減少60%（144 kg N·hm-2）、62%（87 kg P2O5·hm-2）和51%（27 kg K2O·hm-2）。減肥對象主要為低產水平農戶，氮、磷和鉀肥減幅分別為93%、89%和94%。對于馬鈴薯，氮、磷肥用量可分別減少48%（110 kg N·hm-2）和52%（66 kg P2O5·hm-2）。減肥主要對象為低、中產農戶，低產農戶氮、磷肥減幅分別為72%和74%，中產農戶氮、磷肥減幅分別為52%和52%。而高產農戶鉀肥施用不足，需增加55%（64 kg K2O·hm-2）。由此可見，糧食作物減肥的主要對象為低產農戶，氮、磷肥減施潛力較大，而馬鈴薯高產農戶鉀肥施用不足。

對于油料作物油菜，氮、磷和鉀肥可分別減少33%（52 kg N·hm-2）、37%（20 kg P2O5·hm-2）和26%（46 kg K2O·hm-2）。其中，減肥對象主要為低、中產農戶。氮、磷和鉀肥在低產農戶的減幅分別為47%、45%和37%，在中產農戶的減幅分別為30%、44%和51%。對于大豆，磷鉀肥用量不足，應分別增施11%（7 kg N·hm-2）和28%（7 kg P2O5·hm-2）。其中，氮、磷和鉀肥在高產農戶施用嚴重不足，增幅分別為128%、119%和55%，磷、鉀肥在中產農戶施用也不足，增幅分別為83%和143%。由此可見，油菜生產的主要減肥對象為低中產農戶，而大豆生產的中高產農戶施肥不足。

對于經濟作物蘋果，氮、磷和鉀肥用量可分別減少67%（493 kg N·hm-2）、70%（339 kg P2O5·hm-2）和64%（345 kg K2O·hm-2）。對于西紅柿，氮、磷和鉀肥用量可分別減少41%（180 kg N·hm-2）、65%（222 kg P2O5·hm-2）和49%（196 kg K2O·hm-2）。對于烤煙，氮、磷肥用量可分別減少11%（11 kg N·hm-2）、53%（62 kg K2O·hm-2），氮肥減施主要發生在低產農戶，而中、高產農戶的氮肥施用不足，過量施用磷肥發生在所有農戶，鉀肥施用基本合理。由此可見，經濟作物蘋果、西紅柿各產量水平減肥潛力均較大，而烤煙的氮肥用量較低，需要補充。相對于糧食和油料作物，蘋果、西紅柿等高產經濟作物的減肥潛力更大。

2.3 作物的經濟效益

作物生產的經濟效益因作物種類和產量水平而異（表6）。糧食作物生產的總投入為0.51×104—0.97×104元/hm2，其中肥料投入占總投入的31%—52%，總產出為1.07×104—2.15×104元/hm2。凈經濟效益為0.44×104—1.63×104元/hm2，以馬鈴薯為最佳，以玉米為最差。與低產組相比，小麥、玉米、水稻和馬鈴薯高產組的總投入分別增加了6%、16%、5%和3%，總產出分別增加81%、101%、45%和596%，凈經濟效益分別增加332%、207%、62%和1382%。谷子高產組投入減少了19%，總產出增加了154%，凈經濟效益增加248%，生產水平差異很大，大多數農戶管理谷子的水平欠佳。

油菜和大豆生產總投入分別為0.41×104和0.43×104元/hm2，肥料投入分別占總投入的57%和59%。總產出分別為1.24×104和1.18×104元/hm2，凈經濟效益分別為0.84×104和0.75×104元/hm2。與低產組相比，大豆和油菜高產組的總投入分別增加了110%和22%，總產出分別增加236%和66%，凈經濟效益分別增加378%和94%。

蘋果、西紅柿和烤煙生產中，總投入分別為2.67×104、5.56×104和2.32×104元/hm2，肥料投入分別占總投入的48%、65%和57%。總產出分別為13.76×104、20.61×104和5.92×104元/hm2。凈經濟效益分別為11.09×104、15.05×104和4.19×104元/hm2。與低產組相比，蘋果、烤煙高產組的總投入分別增加了11%和53%，總產出分別增加287%和66%，凈經濟效益分別增加375%和72%。西紅柿高產組總投入減少了62%，總產出增加了97%，凈經濟效益增加了323%。可見，隨著產量水平的增加，總投入有增有減，但經濟效益增長量遠高于總投入增長量。且經濟作物經濟效益、肥料投入量均遠高于糧食和油料作物。

表5 作物的減肥潛力

FP指農戶施肥量；Rec指合理施肥量；%指減少施肥量潛力

FP: Fertilizer rate used by farmer practice; Rec: Recommended fertilizer rate; %: Potential of reduce fertilizer rate

3 討論

3.1 農戶產量與施肥

本研究調研的1 709份數據顯示（表3），陜西省農作物小麥、玉米、水稻、谷子、馬鈴薯、油菜、大豆、蘋果、西紅柿和烤煙平均產量分別為4.6、7.3、8.3、3.7、19.8、2.4、2.7、23.8、93.5和2.7 t·hm-2。總的來看，與過去在陜西省的調研結果相比，作物產量普遍有所提升[27]。具體表現為，小麥產量高于2009—2013年在陜西關中平原（3.5 t·hm-2）的研究結果[28]，玉米產量高于2013—2016年在陜西渭北旱塬（6.0 t·hm-2）的調研結果[29]，水稻、油菜產量高于2005— 2009年在陜西省的調研結果（7.8、2.3 t·hm-2）[30]；大豆產量高于2010—2011年在陜西省科技示范縣的調查結果（2.1 kg·hm-2）[31]；蘋果產量高于2007—2011年在陜西省的調研結果（30.1 t·hm-2）[32]；西紅柿產量高于2003年在陜西省的調研結果（64.5 t·hm-2）[33]。然而，農戶間產量差異較大，區域農作物產量仍有較大提升空間。

表6 作物的經濟效益

分析施肥量可知（表3），糧食和油料作物生產均表現為氮肥用量最高（99—255 kg N·hm-2），磷肥次之（63—142 kg P2O5·hm-2），鉀肥最少（26—110 kg K2O·hm-2）。2006—2009年在陜西省對水稻、馬鈴薯和油菜的調研結果表明施肥亦表現為高氮（159—227 kg N·hm-2）、中磷（62—131 kg P2O5·hm-2）、低鉀（13—54 kg K2O·hm-2）[8,34-35]。西北地區土壤富鉀現象明顯，土壤有效鉀含量介于100—170 mg·kg-1，基本能滿足糧食和油料作物對鉀素的需求。此外，較高的價格也是限制小農戶在經濟效益較低的糧食和油料作物施用鉀肥的重要因素之一。蘋果、西紅柿和烤煙氮肥用量分別為731、471和108 kg N·hm-2，磷肥用量分別為482、387和118 kg P2O5·hm-2，鉀肥用量分別為535、447和132 kg K2O·hm-2。相對于糧食和油料作物而言，經濟作物肥料用量較高。就經濟作物之間來看，產量水平較高的蘋果和西紅柿的肥料用量遠高于烤煙。2006—2011年期間在陜西省的調研結果也表明，小麥、玉米、水稻、馬鈴薯和油菜氮磷鉀平均施用量分別為145—230 kg N·hm-2、62— 110 kg P2O5·hm-2、13—45 kg K2O·hm-2，而蘋果氮磷鉀施用量分別為558 kg N·hm-2、358 kg P2O5·hm-2、208 kg K2O·hm-2[8]，與本研究結果類似。通常來講，經濟效益是決定肥料用量最重要的驅動力。相對于糧食和油料作物，經濟作物的經濟效益更高，更能激發小農戶增加肥料投入的積極性。高經濟效益、高肥料投入的經濟作物必然會帶來更大的環境風險。因此，需加強對小農戶施肥技術培訓，增強小農戶的環保意識，特別是經濟作物生產者。

分析養分來源和施肥方式可知（表4），對于糧食作物，34%—65%的氮肥來自單質氮肥，43%—67%的磷肥和25%—70%的鉀肥來自復合肥。對于油料作物的油菜，89%的氮肥來自單質肥和復合肥，67%和70%磷肥和鉀肥來自復合肥。對于經濟作物，48%—98%的氮磷鉀肥均來自復合肥。這表明農戶生產中大多作物重化肥、輕有機肥。小麥、玉米、水稻、谷子、馬鈴薯、油菜、大豆、蘋果、西紅柿和烤煙氮肥基追比分別為1﹕0.1、1﹕0.7、1﹕0.4、1﹕0.6、1﹕0.1、1﹕0.5、1﹕0.2、1﹕0.5、1﹕0.4和1﹕0，西紅柿磷肥和鉀肥基追比分別為1﹕0.3和1﹕0.9，其余作物磷鉀肥多為一次性基施。通常認為，小麥氮肥基追比為1﹕0.5，玉米和水稻為1﹕1.5，谷子、馬鈴薯和油菜為1﹕0.7，大豆1﹕1較合理。蘋果氮磷鉀基追比分別為1﹕1.5、1﹕0.67、1﹕4，西紅柿氮磷鉀基追比分別為1﹕2、1﹕0.25、1﹕0.67，烤煙氮肥基追比1﹕0.4較合理[13,36-37]。本研究表明生產中基追比不合理現象普遍存在。總體看來，相對于合理推薦基追比，農戶普遍施用基肥比例偏高、追肥偏低，究其關鍵原因與西北地區降水少、灌溉缺乏、追肥不易有關[38]。其中，西紅柿鉀肥追肥比例較高，主要是因為西紅柿需水量大，從而增加了追肥次數，且中后期施鉀可以使果實著色均勻，使小農戶偏好施用高鉀肥料。而鉀肥過多追施可能會影響鈣鎂鐵等中微量元素的吸收，影響產量和品質。針對上述問題，為實現養分資源綜合管理，提高養分資源利用效率。優化肥料用量和施用方法、應用有機無機肥配施、調整復合肥氮磷鉀比例等措施利于改善此類施肥不合理現象。此外，加強科學技術的推廣應用，有利于提高農民的種植管理水平，提高農戶的農業知識素養以及科技應用，實現農業可持續發展。

3.2 作物減肥潛力及經濟效益分析

化肥施用對提高農作物產量起到十分重要的作用，過量施用化肥將造成嚴重的環境污染問題[39]。全國農田養分盈余量在1980—2016年期間大幅增長，其中2016年氮、磷、鉀盈余量分別為129 kg N·hm-2、123 kg P2O5·hm-2、64 kg K2O·hm-2，比1980年增長了198%、423%、151%，西北地區氮磷養分盈余現象明顯[40]。因此，評估現階段的減肥潛力對農作物生產和環境安全有重要意義。本研究表明（表5）糧食作物氮磷鉀減肥潛力分別為28%—60%（49—154 kg N·hm-2）、52%—66%（54—87 kg P2O5·hm-2）、11%— 51%（4—51 kg K2O·hm-2）；油料作物油菜氮磷鉀減肥潛力為33%（52 kg N·hm-2）、37%（20 kg P2O5·hm-2）、46%（26 kg K2O·hm-2）；經濟作物蘋果和西紅柿的氮磷鉀減肥潛力分別介于41%—77%（180—490 kg N·hm-2）、65%—89%（222—339 kg P2O5·hm-2）、49%—82%（196—345 kg K2O·hm-2）。蘋果、西紅柿等高產經濟作物減肥潛力高于糧食和油料作物。不同產量水平的農戶減肥潛力存在顯著差異，糧食作物減肥的主要對象為低產農戶，氮、磷肥減施潛力較大。油菜生產的主要減肥對象為低中產農戶，經濟作物蘋果、西紅柿各產量水平減肥潛力均較大。總的來看，農作物減肥重點在中低產組的農戶。受“多投入多產出”的傳統觀念影響[39]，加之化肥補貼和市場競爭導致其價格偏低，是過量施肥的重要原因。另外，大豆、烤煙存在施肥不足的現象。大豆高產農戶氮磷鉀肥用量分別需增加128%（114 kg N·hm-2）、119%（77 kg P2O5·hm-2）和55%（24 kg K2O·hm-2），烤煙中、高產農戶的氮肥需分別增施22%（21 kg N·hm-2）、11%（14 kg N·hm-2）。小農戶生產中未意識到大豆的根瘤固氮作用并不能滿足作物對肥料的需求，高產田塊對于肥料的需求量更高，忽略了肥料的施用。而烤煙對鉀肥需求量較高，過分強調鉀肥提高烤煙品質的作用，使得農戶施肥時忽略了對氮肥的投入。由此可見，發揮當地農業技術人員的作用，鼓勵農業科研人員到農業生產一線，促進傳統小農戶向現代小農戶轉變，以提高小農戶種植管理水平是必要的。

經濟收益關乎農民生活水平的提高，制約農村經濟的發展。本研究表明（表6）不同作物類型和產量組間經濟效益差異顯著。糧食、油料和經濟作物的平均凈經濟效益分別為0.44×104—1.63×104、0.75×104—0.84×104、0.49×104—1.56×104元/hm2，肥料占總投入比例分別為31%—52%、57%—59%、73%— 82%。經濟作物的凈經濟效益和肥料投入遠高于糧食和油料作物。根據2018年的統計數據，三大主糧和大豆、油菜的總成本介于1.00×104—1.85×104元/hm2，凈經濟效益介于0.36×104—1.18×104元/hm2，西紅柿和蘋果總成本介于7.36×104—13.65×104元/hm2，凈經濟效益介于5.81×104—7.35×104元/hm2[3]。在高成本時代背景下，高收入和高回報的經濟作物成為生產者經營決策的首選[10]。2000—2018年間，陜西省三大糧食作物面積減少了82×104hm2，蘋果種植面積增加了20×104hm2[3]。糧食作物應給予適當的補貼，以提高糧農的生產積極性，從而為堅守糧食播種面積306.7×104hm2的紅線、保障口糧絕對安全提供支持力[41]。另外，經濟作物種植面積增加使得化肥施用量增長而帶來嚴重的環境問題。以山東為例，由于大面積改種大棚蔬菜，0—40 cm土層的氮盈余可達到3 327 kg N·hm-2，為傳統小麥-玉米輪作體系的9.5倍[11]。在生產中，大部分小農戶將農產品產量和經濟效益放在首位，忽略了環境代價。有必要定量化分析作物生產的環境代價，制定相應的獎罰制度，給予環境友好型農戶獎勵，以提高肥料資源利用效率、促進農業可持續發展。

4 結論

本研究基于陜西省2018年1 709份調研數據，系統分析了糧食、油料和經濟作物生產的產量、施肥現狀、減肥潛力及經濟效益。結果表明農作物產量較之前年份的調研結果有所提升，但農戶間差異仍較大。不同作物間的施肥量、減肥潛力和經濟效益差異較大。其中，蘋果、西紅柿單位面積施肥量、減肥潛力、經濟效益最高，糧食作物次之，油料作物最少。大豆、烤煙存在施肥不足的現象。糧食作物氮、磷和鉀減肥潛力分別介于28%—60%、52%—66%和115—51%。油料作物油菜氮、磷和鉀減肥潛力分別為33%、37%和46%，而大豆的磷、鉀肥用量分別需增加11%、28%。蘋果、西紅柿等經濟作物的氮、磷和鉀減肥潛力分別為41%—67%、65%—70%和49%—64%，烤煙的磷肥減施潛力為53%，而中、高產農戶的氮肥需分別增施22%、11%。糧食、油料和經濟作物平均凈經濟效益分別為0.44×104—1.63×104、0.75×104—0.84×104、4.19×104—15.05×104元/hm2，肥料占總投入比例分別為31%—52%、57%—59%和48%—65%。蘋果、西紅柿等高產經濟作物的經濟效益遠高于糧食和油料作物，其肥料投入量大、減肥潛力大，而產量較低的經濟作物煙草的氮肥用量較低，甚至需要補充。

[1] 朱兆良, 金繼運.保障我國糧食安全的肥料問題.植物營養與肥料學報, 2013, 19(2): 259-273.doi:10.11674/zwyf.2013.0201.

ZHU Z L, JIN J Y.Fertilizer use and food security in China.Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2013, 19(2): 259-273.doi:10.11674/ zwyf.2013.0201.(in Chinese)

[2] VITOUSEK P M, NAYLOR R, CREWS T, DAVID M B, DRINKWATERL E, HOLLAND E, JOHNES P J, KATZENBERGER J, MARTINELLI L A, MATSON P A, NZIGUHEBA G, OJIMA D, PALM C A, ROBERTSON G P, SANCHEZ P A, TOWNSEND A R, ZHANG F S.Nutrient imbalances in agricultural development.Science, 2009, 324(5934): 1519-1520.doi:10.1126/science.1170261.

[3] 陜西省統計局.陜西統計年鑒.西安: 中國統計出版社, 2010-2018.

Shaanxi Provincial Bureau Of Statistics.Shaanxi Statistical Yearbook.Xi’an: China Statistics Press, 2010-2018.(in Chinese)

[4] 侯萌瑤, 張麗, 王知文, 楊殿林, 王麗麗, 修偉明, 趙建寧.中國主要農作物化肥用量估算.農業資源與環境學報, 2017, 34(4): 360-367.doi:10.13254/j.jare.2017.0061.

HOU M Y, ZHANG L, WANG Z W, YANG D L, WANG L L, XIU W M, ZHAO J N.Estimation of fertilizer usage from main crops in China.Journal of Agricultural Resources and Environment, 2017, 34(4): 360-367.doi:10.13254/j.jare.2017.0061.(in Chinese)

[5] 史常亮, 朱俊峰.我國糧食生產中化肥投入的經濟評價和分析.干旱區資源與環境, 2016, 30(9): 57-63.doi:10.13448/j.cnki.jalre.2016.283.

SHI C L, ZHU J F.Economic evaluation and analysis of chemical fertilizer inputs in Chinese grain production.Journal of Arid Land Resources and Environment, 2016, 30(9): 57-63.doi:10.13448/j.cnki.jalre.2016.283.(in Chinese)

[6] GUO J H, LIU X J, ZHANG Y, SHEN J L, HAN W X, ZHANG W F, CHRISTIE P, GOULDING K W T, VITOUSEK P M, ZHANG F S.Significant acidification in major Chinese croplands.Science, 2010, 327(5968): 1008-1010.doi:10.1126/science.1182570.

[7] 劉芬.陜西省土壤養分與肥料資源利用研究[D].楊凌: 西北農林科技大學, 2015.

LIU F.Study on soil nutrient and fertilizer resource utilization in Shaanxi Province[D].Yangling: Northwest A & F University, 2015.(in Chinese)

[8] 王小英, 陳占飛, 胡凡, 同延安.陜西省農田化肥投入過量與不足的研究.干旱地區農業研究, 2017, 35(6): 159-165.doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2017.06.24.

WANG X Y, CHEN Z F, HU F, TONG Y A.Study on the excessive and insufficient of chemical fertilizer inputs on farmland in Shaanxi Province.Agricultural Research in the Arid Areas, 2017, 35(6): 159-165.doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2017.06.24.(in Chinese)

[9] YANG X Y, FANG S B.Practices, perceptions, and implications of fertilizer use in East-Central China.Ambio, 2015, 44(7): 647-652.doi:10.1007/s13280-015-0639-7.

[10] 國家發展和改革委員會價格司.全國農產品成本收益資料匯編.北京: 中國統計出版社, 2011.

NATIONAL BUREAU OF STATISTICS.Compilation of National Agricultural Products Cost-benefit Data.Beijing: China Statistics Press, 2011.(in Chinese)

[11] JU X T, KOU C L, ZHANG F S, CHRISTIE P.Nitrogen balance and groundwater nitrate contamination: comparison among three intensive cropping systems on the North China Plain.Environmental Pollution, 2006, 143(1): 117-125.doi:10.1016/j.envpol.2005.11.005.

[12] 曹寒冰, 王朝輝, 趙護兵, 馬小龍, 佘旭, 張璐, 蒲岳建, 楊珍珍, 呂輝, 師淵超, 杜明葉.基于產量的渭北旱地小麥施肥評價及減肥潛力分析.中國農業科學, 2017, 50(14):2758-2768.

CAO H B, WANG Z H, ZHAO H B, MA X L, SHE X, ZHANG L, PU Y J, YANG Z Z, Lü H, SHI Y C, DU M Y.Yield based evaluation on fertilizer application and analysis of its reduction potential in Weibei dryland wheat production.Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(14):2758-2768.(in Chinese)

[13] 張福鎖, 陳新平, 陳清.中國主要作物施肥指南.北京: 中國農業大學出版社, 2009: 28-33.

ZHANG F S, CHEN X P, CHEN Q.Fertilization Guide On Major Crops of China.Beijing: China Agricultural University Press, 2009: 28-33.(in Chinese)

[14] 戴志剛, 魯劍巍, 李小坤, 魯明星, 楊文兵, 高祥照.不同作物還田秸稈的養分釋放特征試驗.農業工程學報, 2010, 26(6): 272-276.doi:10.3969/j.issn.1002-6819.2010.06.047.

DAI Z G, LU J W, LI X K, LU M X, YANG W B, GAO X Z.Nutrient release characteristic of different crop straws manure.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2010, 26(6): 272-276.doi:10.3969/j.issn.1002-6819.2010.06.047.(in Chinese)

[15] 宋大利, 侯勝鵬, 王秀斌, 梁國慶, 周衛.中國秸稈養分資源數量及替代化肥潛力.植物營養與肥料學報, 2018, 24(1): 1-21.

SONG D L, HOU S P, WANG X B, LIANG G Q, ZHOU W.Nutrient resource quantity of crop straw and its potential of substituting.Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(1): 1-21.(in Chinese)

[16] 樊紅柱.蘋果樹體生長發育、養分吸收利用與累積規律[D].楊凌: 西北農林科技大學, 2006.

FAN H Z.The growth, nutrients uptake, utilization and accumulation in apple tree[D].Yangling: Northwest A & F University, 2006.(in Chinese)

[17] 姜遠茂, 葛順峰, 毛志泉, 陳學森.我國蘋果產業節本增效關鍵技術Ⅳ: 蘋果高效平衡施肥技術.中國果樹, 2017(4): 1-4, 13.doi:10.16626/j.cnki.issn1000-8047.2017.04.001.

JIANG Y M, GE S F, MAO Z Q, CHEN X S.Balanced fertilization technology of apple.China Fruits, 2017(4): 1-4, 13.doi:10.16626/ j.cnki.issn1000-8047.2017.04.001.(in Chinese)

[18] 彭福田, 姜遠茂, 顧曼如, 束懷瑞.落葉果樹氮素營養研究進展.果樹學報, 2003, 20(1): 54-58.doi:10.3969/j.issn.1009-9980.2003.01.013.

PENG F T, JIANG Y M, GU M R, SHU H R.Advances in research on nitrogen nutrition of deciduous fruit crops.Journal of Fruit Science, 2003, 20(1): 54-58.doi:10.3969/j.issn.1009-9980.2003.01.013.(in Chinese)

[19] WU L Q, CUI Z L, CHEN X P, YUE S C, SUN Y X, ZHAO R F, DENG Y, ZHANG W, CHEN K R.Change in phosphorus requirement with increasing grain yield for Chinese maize production.Field Crops Research, 2015, 180: 216-220.doi:10.1016/j.fcr.2015.06.001.

[20] HOU P, GAO Q, XIE R Z, LI S K, MENG Q F, KIRKBY E A, R?MHELD V, MüLLER T, ZHANG F S, CUI Z L, CHEN X P.Grain yields in relation to N requirement: Optimizing nitrogen management for spring maize grown in China.Field Crops Research, 2012, 129: 1-6.doi:10.1016/j.fcr.2012.01.006.

[21] XU X P, HE P, PAMPOLINO M F, CHUAN L M, JOHNSTON A M, QIU S J, ZHAO S C, ZHOU W.Nutrient requirements for maize in China based on QUEFTS analysis.Field Crops Research, 2013, 150: 115-125.doi:10.1016/j.fcr.2013.06.006.

[22] XU X P, XIE J G, HOU Y P, HE P, PAMPOLINO M F, ZHAO S C, QIU S J, JOHNSTON A M, ZHOU W.Estimating nutrient uptake requirements for rice in China.Field Crops Research, 2015, 180: 37-45.doi:10.1016/j.fcr.2015.05.008.

[23] 金耀青, 張中原.配方施肥方法及其應用.沈陽: 遼寧科學技術出版社, 1993: 19-20.

JIN Y Q, ZHANG Z Y.Formula Fertilization Method And Its Application.Shenyang: Liaoning Science and Technology Press, 1993: 19-20.(in Chinese)

[24] 黃德明, 白綱義, 樊淑文.蔬菜配方施肥.北京: 中國農業出版社, 2001: 82-85.

HUANG D M, BAI G Y, FAN S W.Vegetable Formula Fertilization.Beijing: China Agriculture Press, 2001: 82-85.(in Chinese)

[25] 黃紹文, 唐繼偉, 李春花, 張懷志, 袁碩.我國蔬菜化肥減施潛力與科學施用對策.植物營養與肥料學報, 2017, 23(6): 1480-1493.doi:10.11674/zwyf.17366.

HUANG S W, TANG J W, LI C H, ZHANG H Z, YUAN S.Reducing potential of chemical fertilizers and scientific fertilization countermeasure in vegetable production in China.Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2017, 23(6): 1480-1493.doi:10.11674/zwyf.17366.(in Chinese)

[26] 陳曉輝.中國種植業結構演變及其資源環境代價研究[D].北京: 中國農業大學, 2018.

CHEN X H.Resource and environmental costs of cropping structure change in China[D].Beijing: China Agricultural University, 2018.(in Chinese)

[27] LI S X, WANG Z H, MALHI S S, LI S Q, GAO Y J, TIAN X H.Chapter 7 nutrient and water management effects on crop production, and nutrient and water use efficiency in dryland areas of China.Advances in Agronomy.Amsterdam: Elsevier, 2009: 223-265.doi:10.1016/s0065-2113(09)01007-4.

[28] 趙護兵, 王朝輝, 高亞軍, 張衛峰.陜西省農戶小麥施肥調研評價.植物營養與肥料學報, 2016, 22(1): 245-253.doi:10.11674/zwyf.14243.

ZHAO H B, WANG Z H, GAO Y J, ZHANG W F.Investigation and evaluation of household wheat fertilizer application in Shaanxi Province.Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2016, 22(1): 245-253.doi:10.11674/zwyf.14243.(in Chinese)

[29] 王浩, 董朝陽, 王淑蘭, 張玉嬌, 師祖姣, 張元紅, 王瑞, 李軍.基于春玉米籽粒產量的渭北旱塬區農戶施肥現狀評價.植物營養與肥料學報, 2018, 24(3): 590-598.doi:10.11674/zwyf.18022.

WANG H, DONG Z Y, WANG S L, ZHANG Y J, SHI Z J, ZHANG Y H, WANGRUI, LI J.Evaluation on fertilization of farmer practice based on grain yield of spring maize in Weibei dryland.Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2018, 24(3): 590-598.doi:10.11674/ zwyf.18022.(in Chinese)

[30] 王小英.陜西省養分資源利用時空變化特征研究[D].楊凌: 西北農林科技大學, 2015.

WANG X Y.Study on characteristics of the temporal and spatial variation of nutrient resource utilization in Shaanxi Province[D].Yangling: Northwest A & F University, 2015.(in Chinese)

[31] 楊如萍, 宋雯雯, 孫石, 吳存祥, 王化俊, 韓天富.中國不同地區科技示范縣大豆單產及產量相關性狀的比較.大豆科學, 2012, 31(4): 557-567.doi:10.3969/j.issn.1000-9841.2012.04.010.

YANG R P, SONG W W, SUN S, WU C X, WANG H J, HAN T F.Comparison of soybean yield and yield-related traits of agri- technology demonstration counties in different regions of China.Soybean Science, 2012, 31(4): 557-567.doi:10.3969/j.issn.1000- 9841.2012.04.010.(in Chinese)

[32] 劉芬, 李獻軍, 王小英, 趙佐平, 同延安.陜西省主要農作物測土施肥效益分析.干旱地區農業研究, 2016, 34(2): 136-140, 217.doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.22.

LIU F, LI X J, WANG X Y, ZHAO Z P, TONG Y N.Benefit analysis of formulated fertilization on main crops in Shaanxi Province.Agricultural Research in the Arid Areas, 2016, 34(2): 136-140, 217.doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.22.(in Chinese)

[33] 黎青慧.陜西省黃瓜西紅柿施肥調查.西北農林科技大學學報(自然科學版), 2003(S1): 73-78.

LI Q H.Investigation on fertilization of cucumber and tomato in Shaanxi Province.Journal of Northwest A $ F University (Natural Science Edition), 2003(S1): 73-78.(in Chinese)

[34] 王小英, 劉芬, 同延安, 趙佐平.陜南秦巴山區油菜施肥現狀評價.中國油料作物學報, 2013, 35(2): 190-195.doi:10.7505/j.issn.1007- 9084.2013.02.013.

WANG X Y, LIU F, TONG Y N, ZHAO Z P.Fertilization evaluation of rapeseed in Qin-Ba Mountain area of southern Shaanxi Province.Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2013, 35(2): 190-195.doi:10.7505/j.issn.1007-9084.2013.02.013.(in Chinese)

[35] 王小英, 劉芬, 同延安, 趙佐平.陜南秦巴山區水稻施肥現狀評價.應用生態學報, 2013, 24(11): 3106-3112.doi:10.13287/j.1001-9332.2013.0534.

WANG X Y, LIU F, TONG Y N, ZHAO Z P.Present situation of rice fertilization in Qin-Ba mountainous area of southern Shaanxi, China.Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(11): 3106-3112.doi:10.13287/j.1001-9332.2013.0534.(in Chinese)

[36] 李嘉, 呂慎強, 楊澤宇, 李惠通, 王呂, 陽婷, 王筱斐, 王林權.氮肥運籌對黃土塬區春玉米產量、效益和氮肥利用率的綜合效應.植物營養與肥料學報, 2020, 26(1): 32-41.doi:10.11674/zwyf.19045.

LI J, Lü S Q, YANG Z Y, LI H T, WANG L, YANG T, WANG X F, WANG L Q.Comprehensive effects of nitrogen fertilizer management on yield, economic performance and nitrogen use efficiency of spring maize in Loess Plateau, China.Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2020, 26(1): 32-41.doi:10.11674/zwyf.19045.(in Chinese)

[37] 余小芬, 解燕, 楊樹明, 鄒炳禮, 劉加紅, 張瑞勤, 呂亞瓊, 蔡永占, 張素華, 邱學禮.減施氮磷鉀肥和氮肥基追比對云南曲靖烤煙產質量及養分利用的影響.西南農業學報, 2020, 33(4): 848-854.doi:10.16213/j.cnki.scjas.2020.4.025.

YU X F, XIE Y, YANG S M, ZOU B L, LIU J H, ZHANG R Q, LV Y Q, CAI Y Z, ZHANG S H, QIU X L.Effects of reduced nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer combined with nitrogen dressing ratios on yield, quality and nutrient use efficiency of flue-cured tobacco in Qujing city, Yunnan Province.Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2020, 33(4): 848-854.doi:10.16213/j.cnki.scjas.2020.4.025.(in Chinese)

[38] 王藝穎, 劉春力.陜西省主要糧食作物生產成本收益研究? : 以小麥、玉米為例.中國農業資源與區劃, 2016, 37(6): 143-148.doi:10.7621/cjarrp.1005-9121.20160623.

WANG Y Y, LIU C L.The cost-benefit analysis of the main grain crops in Shaanxi Province.Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2016, 37(6): 143-148.doi:10.7621/cjarrp.1005-9121.20160623.(in Chinese)

[39] 任世鑫, 李二玲, 鄧晴晴, 崔之珍.中國三大糧食作物化肥施用特征及環境風險評價長江流域資源與環境, 2019, 28(12): 2936-2947.DOI: CNKI:SUN:CJLY.0.2019-12-014.

REN S X, LI E L, DENG Q Q,CUI Z Z.Characteristics of fertilizer application and environmental risk assessment of three major grain crops in China.Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2019, 28(12): 2936-2947.DOI: CNKI:SUN:CJLY.0.2019-12-014.(in Chinese)

[40] 劉曉永.中國農業生產中的養分平衡與需求研究[D].北京: 中國農業科學院, 2018.

LIU X Y.Study on nutrients balance and requirement in agricultural production in China[D].Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2018.(in Chinese)

[41] 王衛東, 曹旭.陜西省主要糧食作物種植結構時空變化特征分析.中國農業資源與區劃, 2020, 41(9): 155-162.doi:10.7621/cjarrp.1005-9121.20200919.

WANG W D, CAO X.Temporal and spatial variation characteristics of main grain crop planting structures in Shaanxi Province.Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2020, 41(9): 155-162.doi:10.7621/cjarrp.1005-9121.20200919.(in Chinese)

Fertilizer Reduction Potential and Economic Benefits of Crop Production for Smallholder Farmers in Shaanxi Province

MI XiaoTian1, SHI Lei2, HE Gang1*, WANG ZhaoHui1*

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;2Department of Agriculture and Rural Affairs of Shaanxi Province/Cultivated Land Quality and Agricultural Environmental Protection Station in Shaanxi Province, Xi’an 710003

【Objective】The material input of agriculture production is generally high for smallholder farmers, and the application rate of chemical fertilizers will change with the evolution of crop structure.Understanding the situation of nutrient input and economic benefits of smallholder to cereal crop, oil crop and cash crop could helpguide scientific fertilization and improve economic benefits.【Method】In 2018, a questionnaire survey was conducted on the production of major crops in ShaanxiProvince.The cereal crop (wheat, maize, rice, millet, and potato), oil crop (canola and soybean), and cash crop (apple, tomato, and flue-cured tobacco) were considered as targeted crops, and a total of 1 709 questionnaires were obtained.Further, the fertilization status of smallholder, the potential of fertilizer reduction, and economic benefits according to yield level of different crops were evaluated.【Result】For the production of wheat, maize, rice, millet, and potato, the mean yield was 4.6, 7.3, 8.3, 3.7, and 19.8 t·hm-2, respectively; the mean nitrogen (N) fertilizer rate was 177, 247, 186, 255, and 209 kg N·hm-2, respectively; the mean phosphate (P) fertilizer rate was 102, 103, 88, 142, and 125 kg P2O5·hm-2; mean potassium (K) fertilizer rate was 37, 47, 64, 53, and 110 kg K2O·hm-2, respectively.For canola and soybean production, the mean yield was 2.4and 2.7 t·hm-2, N fertilizer rate was 156and 99 kg N·hm-2, P fertilizer rate was 80and 63 kg P2O5·hm-2, K fertilizer rate was 56 and 26 kg K2O·hm-2, respectively.For the production of apple, tomato, and tobacco, the mean yield was 23.8, 93.5, and 2.7 t·hm-2, respectively; N fertilizer rate was 731, 471, and 118 kg N·hm-2, P fertilizer rate was 482, 387, and 118 kg P2O5·hm-2, K fertilizer rate was 535, 447, and 132 kg K2O·hm-2, respectively.N and P fertilizers were usually over-applied, while both over-application and under-application of K fertilizer coexisted.The potential of N, P, K fertilizer reduction ranges from 28% to 60%, 52% to 66%, and 11% to 51% for cereal crop, 33%, 37% and 46% for canola, respectively.However, the application rate of P and K fertilizer needed to increase by 11% and 28% for soybean production, respectively.The potential of N, P, and K fertilizer reduction ranged from 41% to 67%, 65% to 70%, and 49% to 64% for apple and tomato production, respectively.For tobacco production, the application rate of P fertilizer could decrease by 53%, while the application rate of N fertilizer needed to increase by 22% and 11% for farmers with medium and high-yielding, respectively.The source of N was mainly compound fertilizers and urea, and the sources of P and K were mainly compound fertilizers.For the way of chemical fertilizer application, most of N fertilizer was applied as basal fertilizer, and a small part was supplemented by topdressing, while almost all P and K fertilizers were applied as basal fertilizer.For cereal crop, oil crop, and cash crop, the cost of fertilizer application accounted for 31%-52%, 57%-59% and 48%-65% of total input, respectively, and the net economic benefit ranged from 0.44×104to 1.63×104, 0.75×104to 0.84×104, and 4.19×104to 15.05×104yuan/hm2, respectively.Because the net economic benefit of high-yielding in cash crop, e.g., apple and tomato, was higher than that of cereal crop and oil crop, smallholder farmers were more inclined to grow them.However, the substantial application of chemical fertilizer in cash crop production brought great environmental risks.【Conclusion】The main target of fertilizer reduction and benefit improvement was smallholder with low and middle-yielding level.Compared with cereal crop and oil crop, the economic benefit of cash crop, especially for apple and tomato, was higher, while their potential of fertilizer reduction was also higher due to substantial application of chemical fertilizer.Notably, the result of the study also demonstrated that there was also insufficient application of fertilizer in crop production, e.g., soybean and tobacco.In conclusion, the fertilizer management of smallholder varied greatly.Improving the level of fertilizer management for smallholder was conducive to increasing both yield and economic benefits, and thus contributing to sustainable crop production.

household behavior; crop classification; nutrients management; yield; economic benefit; Shaanxi province

2020-11-23；

2021-02-09

國家自然科學基金（31902120）、國家重點研發計劃（2018YFD0200408）、青海省重大科技專項（2019-NK-A11-02）、西北農林科技大學科研啟動項目（2452018110）

米曉田，E-mail：mixiaotian1203@163.com。通信作者何剛，E-mail：hegang029@nwafu.edu.cn。通信作者王朝輝，E-mail：w-zhaohui@263.net

（責任編輯 李云霞）