黃淮海平原區(qū)高產(chǎn)糧田秸稈全量還田小麥優(yōu)化施肥

張曉冬， 李 湛， 王 猛， 王 勇， 隋學(xué)艷*

(1.山東省農(nóng)作物種質(zhì)資源中心，山東濟(jì)南 250100； 2.山東省農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究所，山東濟(jì)南 250100)

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黃淮海平原區(qū)高產(chǎn)糧田秸稈全量還田小麥優(yōu)化施肥

張曉冬1， 李 湛1， 王 猛2， 王 勇2， 隋學(xué)艷2*

(1.山東省農(nóng)作物種質(zhì)資源中心，山東濟(jì)南 250100； 2.山東省農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究所，山東濟(jì)南 250100)

[目的]針對黃淮海平原區(qū)小麥?zhǔn)┓蚀胧┡c秸稈全量還田耕作環(huán)境不相適應(yīng)的問題，優(yōu)化最佳施肥方案。[方法]采用“3414”試驗(yàn)設(shè)計，研究施肥量與產(chǎn)量之間的關(guān)系，建立了最高產(chǎn)量施肥方案和最經(jīng)濟(jì)施肥方案。[結(jié)果]小麥的最經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量雖然較最高產(chǎn)量降低了140.13 kg/hm2，但是純收益增加了490.92元/hm2。與農(nóng)民習(xí)慣施肥方案相比，小麥在最經(jīng)濟(jì)施肥方案下，產(chǎn)量增加684.54 kg/hm2，增幅8.65%，純收益增加1 109.72元/hm2，增幅6.70%。[結(jié)論]小麥最經(jīng)濟(jì)施肥方案總體效益最優(yōu)，環(huán)境效益顯著。

黃淮海；秸稈全量還田；小麥；優(yōu)化施肥

黃淮海平原區(qū)包括北京市、天津市、河北省、山東省、河南省3個行政省和2個直轄市，是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，占全國糧食播種面積的33%，糧食總產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的35%[1]。2004年國家啟動了“糧食豐產(chǎn)科技工程”項(xiàng)目[2]，該項(xiàng)目主要為了確保國家糧食安全和農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，已取得了顯著成效，高產(chǎn)田、超高產(chǎn)田不斷涌現(xiàn)[3-8]。小麥-玉米一年兩作是黃淮海平原區(qū)重要的耕作模式[9-12]，小麥、玉米的草谷比分別為1.20、1.34[13-14]，即糧食高產(chǎn)的同時，秸稈產(chǎn)量也相應(yīng)提高，秸稈的處理方式由就地燃燒逐漸過渡到作為食用菌基質(zhì)、青貯飼料、顆粒燃料等，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈延伸，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值提高。但秸稈的市場消化能力有限，大部分秸稈只能被全量直接還田[15-18]。如何減少大量秸稈還田對農(nóng)作物生產(chǎn)的影響，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，是秸稈全量還田面臨的重大問題。張維理等研究表明，秸稈還田后，農(nóng)民或是沿用秸稈未還田情況下的施肥方式，或是為了追求產(chǎn)量而過量施肥，不合理的施肥方式造成了肥料的浪費(fèi)、環(huán)境的污染，整體生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益不高[19-23]。王旭等研究表明，在全國范圍內(nèi)，黃淮海平原區(qū)的肥料施用量最高，而肥料利用率卻最低[24-25]。目前，糧食價格持續(xù)低迷，環(huán)境不斷惡化，因此，亟需制訂合理的施肥方案，以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益[26]。目前，大多數(shù)研究將氮素作為主要研究對象，探討其運(yùn)籌技術(shù)，而未考慮磷、鉀或是未綜合分析氮、磷、鉀互作情況下的肥料運(yùn)籌技術(shù)[27-32]。為此，筆者研究了高產(chǎn)田玉米秸稈全量直接還田小麥的優(yōu)化施肥方法，以期建立最經(jīng)濟(jì)的施肥方案。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況試驗(yàn)于2012～2014年在山東省德州市張華鎮(zhèn)進(jìn)行。供試土壤為砂質(zhì)壤土，基礎(chǔ)地力為有機(jī)質(zhì)16.2 g/kg，堿解氮56.6 mg/kg，速效磷29.4 mg/kg，速效鉀55.3 mg/kg。

1.2試驗(yàn)材料供試品種為濟(jì)麥22。供試肥料為尿素(46-0-0)、過磷酸鈣(0-12-0)和硫酸鉀(0-0-51)。

1.3試驗(yàn)設(shè)計采用“3414”回歸設(shè)計模型進(jìn)行小麥營養(yǎng)元素配比試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計見表1。肥料水平采用國家科技支撐計劃(2007BAD89B09)最經(jīng)濟(jì)施肥量試驗(yàn)結(jié)果。小區(qū)面積40 m2(5 m×8 m)，隨機(jī)區(qū)組排列，2次重復(fù)。

表1　“3414”試驗(yàn)設(shè)計方案

1.4田間管理小麥試驗(yàn)?zāi)蛩?0%底施，50%拔節(jié)期追施，過磷酸鈣和硫酸鉀全部做底肥。前茬玉米收獲后，秸稈粉碎還田，旋耕2遍，底肥混勻后放置播種機(jī)內(nèi)，隨播種施于土壤。南北行向等行距播種，播種量187.5 kg/hm2，精細(xì)機(jī)播，行距10～12 cm，播深3～5 cm，播后鎮(zhèn)壓、灌溉。以農(nóng)民常規(guī)施肥為對照(CK)，底肥為復(fù)合肥(25-7-8)750 kg/hm2，返青期追施尿素(46-0-0)225 kg/hm2。

1.5測定項(xiàng)目與方法小麥產(chǎn)值=小麥產(chǎn)量×小麥單價。純收益=產(chǎn)值-肥料用費(fèi)-田間雜費(fèi)。

1.6數(shù)據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的處理采用Microsoft Office Excel 2003、DPS統(tǒng)計軟件。

2　結(jié)果與分析

2.1施肥對小麥產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響由表2可知，合理配施氮、磷、鉀肥能夠增加小麥產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度為949.2～2 190.8 kg/hm2，增產(chǎn)率為16.8%～39.6%。在P2K2的基礎(chǔ)上，小麥產(chǎn)量隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，符合報酬遞減規(guī)律，施純氮205.5 kg/hm2增產(chǎn)率達(dá)39.6%，而施純氮308.3 kg/hm2增產(chǎn)率反而下降到33.4%。磷、鉀肥對小麥產(chǎn)量的影響在趨勢上與施氮肥基本相同。因此，N2P2K2處理的增產(chǎn)率和利潤最高。

表2　施肥對小麥產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響

注：小麥價格2.52元/kg，N價格3.61元/kg，P2O5價格5.25元/kg，K2O價格4.35元/kg，田間雜費(fèi)1 740元/hm2。

Note: Wheat.2.52 yuan/kg, N.3.61 yuan/kg, P2O5.5.25 yuan/kg, K2O.4.35 yuan/kg, incidental expenses 1 740 yuan /hm2.

2.2小麥產(chǎn)量與施肥量的關(guān)系由表3可知，N、P2O5、K2O施肥量與小麥產(chǎn)量之間呈極顯著相關(guān)性，表明在P2K2(N2K2或N2P2)的基礎(chǔ)上施用氮肥(磷肥或鉀肥)能促進(jìn)小麥生長，在增產(chǎn)作用方面施用氮、磷、鉀肥的效果基本相同；在氮、磷、鉀互作的條件下，施肥量與產(chǎn)量之間具有極顯著的相關(guān)性，且當(dāng)N、P2O5、K2O的施用量分別為267.86、162.42、174.58 kg/hm2時，小麥最高產(chǎn)量為8 741.91 kg/hm2。

表3　施肥量與小麥產(chǎn)量之間的回歸分析

注：n=4，r0.05=0.811，r0.01=0.917；n=14，r0.05=0.646，r0.01=0.737。

Note:n=4，r0.05=0.811，r0.01=0.917；n=14，r0.05=0.646，r0.01=0.737.

2.3小麥最經(jīng)濟(jì)施肥量的計算將小麥價格Py和各肥料價格Px代入?Y/?X=(R+1)Px/Py(R=0)，解方程組可得最佳施肥量，即N、P2O5、K2O的施用量分別為204.08、123.21、134.56 kg/hm2時，得出小麥產(chǎn)量為8 601.78 kg/hm2。

通過對最高產(chǎn)量施肥方案與最經(jīng)濟(jì)施肥方案的對比可以看出(表4)，最經(jīng)濟(jì)施肥方案中少施N 63.77 kg/hm2，P2O539.21 kg/hm2，K2O 40.02 kg/hm2，小麥產(chǎn)量雖然降低了140.13 kg/hm2，但是純收益增加了490.92元/hm2。

表4　小麥最高產(chǎn)量施肥方案與最經(jīng)濟(jì)施肥方案對比

注：差值=最經(jīng)濟(jì)施肥方案-最高產(chǎn)量施肥方案。

Note: D-value=most economic fertilization scheme-farmers’ conventional fertilization scheme.

2.4最經(jīng)濟(jì)施肥方案與農(nóng)民習(xí)慣施肥方案的比較由表5可知，與農(nóng)民習(xí)慣施肥方案相比，小麥在最經(jīng)濟(jì)施肥方案條件下，產(chǎn)量增加684.54 kg/hm2，增幅8.65%，純收益增加1 109.72元/hm2，增幅6.70%。這說明與農(nóng)民習(xí)慣施肥方案相比，小麥最經(jīng)濟(jì)施肥方案均可增產(chǎn)增收。

表5小麥農(nóng)民習(xí)慣施肥方案與最經(jīng)濟(jì)施肥方案對比

Table 5Comparison of farmers’ conventional fertilization scheme and most economic fertilization scheme

施肥方案Fertilizationscheme小麥產(chǎn)量Wheatyieldkg/hm2小麥產(chǎn)值Wheatoutputvalue元/hm2小麥純收益Wheatnetreturn元/hm2最經(jīng)濟(jì)施肥方案Mosteco-nomicfertilizationscheme8601.7821676.4917734.02農(nóng)民習(xí)慣施肥方案Conven-tionalfertilizationscheme7917.2419951.4416624.31差值D-value684.541725.051109.72

注：差值=最經(jīng)濟(jì)施肥方案-農(nóng)民習(xí)慣施肥方案。

Note: D-value=most economic fertilization scheme-farmers’ conventional fertilization scheme.

3　結(jié)論

(1)該研究結(jié)果表明，合理配施N、P2O5、K2O可以顯著提高小麥產(chǎn)量。通過小麥的“3414”試驗(yàn)結(jié)果可以得出，在13個施肥處理中，T6(N2P2K2)處理的小麥產(chǎn)量最高，同時純收益最高；通過N、P2O5、K2O施肥量與小麥產(chǎn)量之間的回歸方程可以看出，在N、P2O5、K2O互作的條件下，施肥量與小麥的產(chǎn)量之間具有極顯著的相關(guān)性，且當(dāng)N、P2O5、K2O的施用量分別為267.86、162.42、174.58 kg/hm2時，小麥最高產(chǎn)量為8 741.91 kg/hm2；當(dāng)N、P2O5、K2O的施用量分別為204.08、123.21、134.56 kg/hm2時，小麥最經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為8 601.78 kg/hm2；小麥的最經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量雖然較最高產(chǎn)量降低了140.13 kg/hm2，但是純收益增加了490.92元/hm2；與農(nóng)民習(xí)慣施肥方案相比，小麥在最經(jīng)濟(jì)施肥方案下，產(chǎn)量增加684.54 kg/hm2，增幅8.65%，純收益增加1 109.72元/hm2，增幅6.70%。

(2)與最高產(chǎn)量施肥方案和農(nóng)民常規(guī)施肥相比，小麥最經(jīng)濟(jì)施肥方案化肥總用量降低，減少了生產(chǎn)化肥對能源的消耗，減少了勞動投入，同時降低了對農(nóng)田的面源污染，總體經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)，環(huán)境效益顯著。

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Wheat Optimized Fertilization of High Yield Field with Returning Whole Stalks into the Soil in Huang-Huai-Hai Plain

ZHANG Xiao-dong1, LI Zhan1, WANG Meng2, SUI Xue-yan2*et al

(1.Shandong Center of Crop Germplasm Resources, Jinan Shandong 250100; 2.Shandong Institute of Agriculture Sustainable Development, Jinan, Shandong 250100)

[Objective] Aiming at disharmony between wheat fertilization plan and returning whole stalks into the soil in Huang-Huai-Hai Plain, the optimal fertilization scheme was optimized.[Method] Using “3414” experimental design, the relationship between fertilization quantity and yield was studied, the highest yield fertilization scheme and most economic fertilization scheme was established.[Result] The most economic yield of wheat decreased 140.13 kg/hm2compared with highest yield, net profit increased 490.92 yuan/hm2.Compared with conventional fertilization scheme, under the most economic fertilization scheme, yield increased 684.54 kg/hm2with range of 8.65%, net profit increased 1 109.72 yuan/hm2with range of 6.70%.[Conclusion] Most economical fertilization scheme of wheat has the best overall benefit and the environmental benefit is significant.

Huang-Huai-Hai Plain; Returning whole stalks into field; Wheat; Optimized fertilization

國家科技支撐計劃項(xiàng)目(2012BAD14B07)。

張曉冬(1981- )，男，山東壽光人，副研究員，碩士，從事作物種質(zhì)資源及農(nóng)業(yè)信息化研究。*通訊作者，副研究員，碩士，從事作物栽培與農(nóng)業(yè)信息化應(yīng)用研究。

2016-06-13

S 141.4

A

0517-6611(2016)21-079-03