西北地區(qū)小麥減肥潛力分析

摘 要 為揭示西北地區(qū)小麥減肥潛力，推進西北地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，利用2011—2021年《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益匯編》中小麥氮磷鉀肥的使用量及產(chǎn)量，采用小麥養(yǎng)分吸收系數(shù)計算西北地區(qū)小麥的推薦施肥量及減肥潛力。結果表明：1）西北地區(qū)小麥平均產(chǎn)量約5 467 kg·hm-2，低產(chǎn)農(nóng)戶占40%。2）西北地區(qū)小麥氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）肥使用量分別為192～237、86～129、8～16 kg·hm-2，氮磷肥過量，鉀肥投入不足。3）各產(chǎn)量水平中，氮肥在高與很高施肥水平減肥潛力較大，減施量分別為33、66 kg·hm-2，減少比例分別為20%、44%；磷肥在很高施肥水平減肥潛力較大，減施量為49 kg·hm-2，減少比例為86%；鉀肥投入量較少，在很低鉀肥投入水平中，應增施鉀肥28 kg·hm-2，增施比例為72%。因此西北地區(qū)小麥氮肥減施潛力介于24～75 kg·hm-2、磷肥減施潛力介于36～63 kg·hm-2，鉀肥增施潛力介于24～35 kg·hm-2。

關鍵詞 小麥；氮肥；磷肥；鉀肥；減施潛力

中圖分類號：S126 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.17.005

西北地區(qū)小麥產(chǎn)量占我國小麥總產(chǎn)量的10%，是我國小麥的重要生產(chǎn)基地[1]。西北地區(qū)小麥種植戶施肥方式以經(jīng)驗論為主，存在“多投入多產(chǎn)出”的觀點[2-3]，導致化肥投入量超作物需求量[4-5]，因此，明確西北地區(qū)小麥養(yǎng)分投入，分析減肥潛力，對西北地區(qū)小麥減肥增效具有重要意義。趙護兵等從河北曲周小麥施肥狀況研究中發(fā)現(xiàn)，小麥平均施氮量和施磷量分別為262 kg·hm-2和188 kg·hm-2，超過適宜施氮量（150～180 kg·hm-2）46%～75%和適宜施磷量（60～90 kg·hm-2）1～2倍[6]。張欣欣等在陜西省化肥施用調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，陜西省小麥平均施氮量為218 kg·hm-2，超過其適宜施氮量（128 kg·hm-2）的41%，平均施磷量116 kg·hm-2，超過適宜施磷量（48 kg·hm-2）的59%，平均施鉀量81 kg·hm-2，超過適宜施鉀量（33 kg·hm-2）的59%[7]。牛新勝等發(fā)現(xiàn)陜西關中小麥氮肥平均施用量288 kg·hm-2，55%的種植戶使用化肥過量[8]?；蔬^量會引起一系列的環(huán)境污染，因此為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，明確化肥減肥潛力成為農(nóng)業(yè)領域研究的熱點問題之一。國內(nèi)采用差值分析法[9]、生命周期法[10]、能值轉(zhuǎn)換法[11]等對化肥引起的減肥潛力進行解析和核算，結果發(fā)現(xiàn)我國西北地區(qū)及長江中下游地區(qū)受化肥污染嚴重。以上方法并未考慮到肥料用量還受目標產(chǎn)量的影響，目標產(chǎn)量越高，養(yǎng)分需求越大[12]。以不變的施肥標準規(guī)定不同產(chǎn)量農(nóng)戶的施肥量，會導致高產(chǎn)農(nóng)戶施肥不足，低產(chǎn)農(nóng)戶施肥過量。采用建立在產(chǎn)量等級之上的施肥量，能夠準確把握不同產(chǎn)量下的化肥標準施用量，農(nóng)戶能夠按照農(nóng)田具體產(chǎn)量來減少或提高化肥的用量，從而提高肥料利用效率，保證糧食安全。目前應用產(chǎn)量分級法評估作物減肥潛力及減肥后的環(huán)境效益的相關研究大多集中在省域及縣域地區(qū)，對整個西北區(qū)域的減肥潛力及減肥后的環(huán)境效益評價的相關研究較少。本文以西北地區(qū)為例，利用2011—2021年《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益匯編》相關數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析西北地區(qū)小麥的施肥狀況，進一步評估西北地區(qū)小麥的減肥潛力，以期為西北地區(qū)小麥減肥增效和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1" 材料與方法

1.1" 區(qū)域概況

我國西北地區(qū)主要包括陜西省、甘肅省、青海省、寧夏回族自治區(qū)及新疆維吾爾自治區(qū)，總面積約為308萬km2，耕地面積38萬km2。氣候干旱，大部分屬于溫帶和溫帶大陸性氣候，部分屬于高寒氣候；氣溫的日較差和年較差很大，冬季氣溫在0 ℃以下，年均降水量400 mm，夏季平均氣溫在16～24 ℃。

1.2" 研究方法及數(shù)據(jù)來源

本文所有數(shù)據(jù)均來源于《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益匯編》中2011—2021年中國西北地區(qū)小麥的每667 m2產(chǎn)量、每667 m2氮磷鉀單質(zhì)肥施用量、復混肥施用量。

1.3" 指標計算方法

1.3.1" 產(chǎn)量分級標準

西北地區(qū)2011—2021年小麥籽粒產(chǎn)量介于4 114～6 583 kg·hm-2，將最高產(chǎn)量與最低產(chǎn)量作極差，并將得到的極差劃分為7個等產(chǎn)量區(qū)間，得到的等產(chǎn)量間距為332 kg·hm-2，取整300 kg·hm-2；然后以西北地區(qū)小麥平均產(chǎn)量5 473 kg·hm-2，取整5 400 kg·hm-2作為西北地區(qū)小麥適中指標；以上下浮動150 kg·hm-2為小麥的等產(chǎn)量區(qū)間，以等產(chǎn)量間距300 kg·hm-2為變幅定出7個小麥產(chǎn)量等級，獲得產(chǎn)量從低到高分級標準，見表1。

1.3.2" 實際施肥量計算方法

復合肥和其他肥料中的氮磷鉀質(zhì)量比按照1∶1∶1計算；二銨中主要含磷鉀（磷鉀比為32∶9），因此單位面積氮磷鉀養(yǎng)分投入計算如下：

氮肥投入量=單質(zhì)氮肥+復混肥中的氮肥含量" " " " "（1）

磷肥投入量=單質(zhì)磷肥+復混肥中的磷肥含量+二銨中的磷肥含量 （2）

鉀肥投入量=單質(zhì)鉀肥+復混肥中的鉀肥含量+二銨中的鉀肥含量 （3）

1.3.3" 推薦施肥量評定方法

西北地區(qū)氣候條件惡劣，在土地合理施肥時，必須維持和提高土壤保肥和供肥能力，并同時考慮作物產(chǎn)量，應采用CUI提出的基于投入輸出平衡的推薦方法來確定其合理施肥量[13]。

Rf=F×R×a" （4）

式中：Rf為推薦施肥量，F(xiàn)為產(chǎn)量，R為養(yǎng)分需求量，A為養(yǎng)分校正系數(shù)。

其中，氮磷鉀養(yǎng)分需求量（小麥100 kg籽粒養(yǎng)分需求量）分別為2.8、0.7、2.4 kg·hm-2[14]；氮、磷和鉀的養(yǎng)分調(diào)整系數(shù)分別為1.0、1.5、0.32[12]。以小麥各個產(chǎn)量等級對應的推薦施肥量，以20%變幅作為養(yǎng)分投入的適中水平，分5級進行評價，見表2。

1.3.4" 減肥潛力計算

RF=FF-RN" "（5）

LP=（FF-RN）/FF" （6）

式中：RF為減肥量，LP為減肥潛力，RN為推薦施肥量，F(xiàn)F為實際施肥量。

1.5" 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Excel 2010對數(shù)據(jù)進行匯總、計算并繪圖。

2" 結果與分析

2.1" 小麥產(chǎn)量

由圖1可知，西北地區(qū)小麥從低到高7個產(chǎn)量等級的平均產(chǎn)量分別為4 422、4 789、5 092、5 696、6 004、6 303 kg·hm-2，各產(chǎn)量等級分布比例分別占17.5%、12.5%、10.0%、22.5%、20.0%、17.5%，低產(chǎn)比例總共為40%。由此可知，西北地區(qū)小麥低產(chǎn)量水平占比較大。

2.2" 小麥養(yǎng)分投入

由表3可知，西北地區(qū)小麥施氮量介于192～237 kg·hm-2，施磷量介于86～129 kg·hm-2，施鉀量介于8～16 kg·hm-2。各個產(chǎn)量等級氮肥與磷肥施用量全都遠超標準，氮肥平均超64 kg·hm-2，磷肥平均超48 kg·hm-2，鉀肥施用量嚴重不足，因此，有必要明確西北地區(qū)小麥不同產(chǎn)量等級養(yǎng)分投入是否合理。

2.3" 基于不同產(chǎn)量等級減肥潛力計算

2.3.1" 減氮（N）潛力計算

由表4可知，總體來看，高施氮水平的推薦施氮量是165 kg·hm-2，與實際施肥量（198 kg·hm-2）相比，可減少33 kg·hm-2，減施潛力為20%；很高施氮量水平的推薦施氮量為150 kg·hm-2，與實際施肥量（216 kg·hm-2）相比，可減少66 kg·hm-2的氮肥，減施潛力為44%。

此外，不同產(chǎn)量水平減肥潛力存在差異，在低產(chǎn)（＜5 250 kg·hm-2）條件下，高施氮水平的減肥潛力為24%，很高施氮水平的減肥潛力介于49%～55%，高施氮量水平減氮量為32 kg·hm-2，很高施氮量水平減氮量介于68～73 kg·hm-2；而在高產(chǎn)（＞5 550 kg·hm-2）條件下，高施氮量水平與很高施氮量水平的減氮潛力分別介于16%～24%、41%～45%，減氮量分別介于24～41 kg·hm-2，71～75 kg·hm-2，氮肥過量現(xiàn)象嚴重。

2.3.2" 減磷（P2O5）量計算

由表5可知，總體來看，很高施磷量水平的平均推薦施肥量為57 kg·hm-2，可減少49 kg·hm-2的磷投入，約86%。此外，不同產(chǎn)量水平下的減磷潛力也各不相同，在低產(chǎn)（＜5 250 kg·hm-2）條件下，磷肥投入全部處于很高水平，減磷潛力介于72%～96%；在高產(chǎn)（＞5 550 kg·hm-2）條件下，磷肥投入水平也很高，減磷潛力平均介于73%～95%，減磷量介于44～63 kg·hm-2。這表明，西北地區(qū)小麥種植具有很高的減磷潛力，減磷是重點。

2.3.3" 施鉀（K2O）量計算

由表6可知，施鉀低水平推薦施肥量為41 kg ·hm-2，較其當前平均施鉀量32 g·hm-2，可增加9 kg·hm-2的（22%）鉀肥；施鉀量很低水平的平均推薦施肥量為39 kg·hm-2，可增施28 kg·hm-2（72%）的鉀肥。

按照產(chǎn)量投入水平和鉀肥投入分級來看，各個產(chǎn)量等級的施鉀量均低于標準水平且施肥量極少，在低產(chǎn)（＜5 250 kg·hm-2）條件下，增鉀潛力介于59%～75%，增鉀量為26 kg·hm-2；在高產(chǎn)（＞5 550 kg·hm-2）水平下，施鉀很低水平的增鉀潛力介于63%～79%，增鉀量介于26～35 kg·hm-2，低水平的增鉀潛力為22%，需增加鉀肥9 kg·hm-2。

與氮磷相比，西北地區(qū)小麥實際的氮磷量使用量過多，需減施，施鉀量卻不足，需增施。

3" 討論與結論

3.1" 小麥產(chǎn)量與養(yǎng)分投入分析

計算區(qū)域減肥潛力，首先需要明確區(qū)域的養(yǎng)分投入量。分析2011—2021年西北地區(qū)小麥產(chǎn)量及氮磷鉀養(yǎng)分投入可知，西北地區(qū)小麥在10年內(nèi)的產(chǎn)量介于4 422～6 303 kg·hm-2，平均產(chǎn)量為5 467 kg·hm-2，稍高于曹寒冰2013年在渭北旱塬調(diào)查的結果（4 243 kg·hm-2）[12]及米曉田等2018年在陜西的調(diào)查結果（4 600 kg·hm-2）[15]，說明國家在發(fā)動化肥減肥增效后，各地區(qū)化肥施用量減少，肥料投入趨向合理，產(chǎn)量也隨之上升，是一種積極效應。西北地區(qū)小麥氮磷鉀投入分別介于192～237、86～129、8～16 kg·hm-2，其中氮磷肥投入遠高于環(huán)境安全閾值，而鉀肥投入嚴重不足，西北地區(qū)小麥化肥投入不合理。研究結果低于馬紅梅等在晉南黃土旱塬的養(yǎng)分調(diào)查結果（氮投入292.3 kg·hm-2、磷投入159.8 kg·hm-2、鉀投入92.0 kg·hm-2）[16]，但與趙護兵等在山西農(nóng)戶的養(yǎng)分調(diào)查結果（氮投入197.6 kg·hm-2、磷投入123.4 kg·hm-2、鉀投入32.9 kg·hm-2）[6]和黃倩楠等在我國主要麥區(qū)的施肥量的調(diào)查結果（氮投入191 kg·hm-2、磷投入113 kg·hm-2、鉀投入53 kg·hm-2）[17]類似。從以上結果來看，我國化肥使用不合理現(xiàn)象依然普遍存在，其中氮磷肥過量主要原因之一是農(nóng)戶為獲得糧食高產(chǎn)，把糧食產(chǎn)量不提高的原因歸結在缺肥問題上，盲目使用氮肥和磷肥。2004年起，我國開始實施農(nóng)業(yè)稅減免政策，同時向農(nóng)民提供“種糧直接補貼”“農(nóng)機具購置補貼”等4種財政補貼[18]；2006年起，我國先后對化肥行業(yè)出臺電價補貼、運輸補貼、價格補貼及退還和減免增值稅等[19]，這些在一定程度上助長了過量施肥。

3.2" 基于不同產(chǎn)量水平小麥種植的減肥潛力分析

以不變的施肥量標準來評價不同產(chǎn)量水平的施肥情況，不僅會忽視低產(chǎn)農(nóng)戶施肥過量的嚴重性，還會導致高產(chǎn)農(nóng)戶施肥的不足[13]，因此，應根據(jù)產(chǎn)量水平差異準確把握減肥潛力。本研究中西北地區(qū)小麥氮肥施用量在所有產(chǎn)量水平中均屬于高或很高水平，磷肥施用量均處于很高水平，鉀肥施用量均處于低或很低水平，且不同產(chǎn)量水平氮磷養(yǎng)分超出量各有差異，鉀肥需求量也各有差異。針對小麥氮磷鉀在各產(chǎn)量水平存在差異，就氮肥而言，對于很低、低、較低產(chǎn)的小麥種植戶中，減幅在32～73 kg·hm-2，24%～55%；在適中、較高、高、很高產(chǎn)的種植戶中，減幅在24～75 kg·hm-2，16%～45%。就磷肥而言，對于很低、低、較低產(chǎn)的小麥種植戶中，減幅在36～51 kg·hm-2，72%～96%；在適中、較高、高、很高產(chǎn)的種植戶中，減幅在44～63 kg·hm-2，73%～95%。就鉀肥而言，對于很低、低、較低產(chǎn)的種植戶中，應增施鉀肥24 kg·hm-2，59%～75%；在適中、較高、高及很高產(chǎn)的種植戶中，應增施鉀肥9～35 kg·hm-2，22%～79%。與米曉田等小麥調(diào)查數(shù)據(jù)（減氮177 kg·hm-2，41%；減磷102 kg·hm-2，59%；增鉀37 kg·hm-2，59%）[15]相比，結果相差不大。

本研究基于2011—2021年《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益匯編》中氮磷鉀施肥量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了西北地區(qū)小麥的產(chǎn)量、施肥現(xiàn)狀、減肥潛力，發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)小麥低產(chǎn)量達40%，氮磷肥投入過量程度分別介于24～75 kg·hm-2、36～63 kg·hm-2，減肥潛力介于16%～55%、72%～96%，減肥潛力很大，鉀肥投入不足，應增施鉀肥24～35 kg·hm-2，增施潛力介于22%～79%。

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（責任編輯：易" 婧）

基金項目：產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與創(chuàng)新研究中心科研項目（CZ21A02）；上游航運物流協(xié)同創(chuàng)新中心一般項目（XTCX2023B04）。

作者簡介：唐燕（1997—），在讀碩士，主要從事農(nóng)業(yè)減氮增效研究。E-mail：19915499056@qq.com。

*為通信作者，E-mail：guoxiao2021@suse.edu.cn。