河北省夏玉米施肥效果與肥料利用率現(xiàn)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(xiàn)狀，對(duì)河北省2005—2013年測(cè)土配方施肥項(xiàng)目中的 2 794 個(gè)“3414”夏玉米試驗(yàn)進(jìn)行分析，明確氮、磷、鉀肥對(duì)河北省夏玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率，測(cè)算氮、磷、鉀肥的利用效率。結(jié)果表明，在當(dāng)前生產(chǎn)條件下，河北省夏玉米不施化肥產(chǎn)量為5.65 t/hm2，配方施肥提升產(chǎn)量至8.46 t/hm2，在其他肥料施用的基礎(chǔ)上，氮、磷、鉀肥分別增產(chǎn)1.81（29.2%）、1.17（17.5%）、0.99 t/hm2（14.4%）。施肥對(duì)河北省夏玉米產(chǎn)量的平均貢獻(xiàn)率為39.3%，氮、磷、鉀肥的貢獻(xiàn)率分別為21.2%、14.0%、11.8%。河北省夏玉米化肥的農(nóng)學(xué)效率平均為75 kg/kg，氮、磷、鉀肥農(nóng)學(xué)效率分別為9.6、17.4、9.3 kg/kg。河北省夏玉米化肥偏生產(chǎn)力平均為22.6 kg/kg，氮、磷、鉀肥偏生產(chǎn)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(jìn)一步推進(jìn)土壤培肥、平衡施肥技術(shù)的應(yīng)用，提高養(yǎng)分資源管理水平，實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)量與養(yǎng)分效率的同步提升。

關(guān)鍵詞：夏玉米;肥料效率;施肥效果;測(cè)土配方施肥;河北省

中圖分類(lèi)號(hào)： S147.5;S513.06

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）15-0301-06

河北省是我國(guó)重要的夏玉米產(chǎn)區(qū)，年播種面積超過(guò)300萬(wàn)hm2，占全國(guó)總播種面積的9.5%[1]。施肥是提高玉米產(chǎn)量的重要手段，在保證糧食安全中發(fā)揮了重大的作用。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，在世界范圍內(nèi)，化肥對(duì)糧食作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為30%～50%左右[2]，全國(guó)化肥試驗(yàn)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)20世紀(jì)80年代的研究結(jié)果也表明，化肥對(duì)我國(guó)糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為 40.8%[3]。隨著社會(huì)發(fā)展，我國(guó)化肥投入量與20世紀(jì)80年代相比已經(jīng)有了明顯的增加[4]，由此帶來(lái)的化肥效率下降引起了國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注[5]。因此，明確當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)肥料對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率、化肥利用率等對(duì)當(dāng)前正在開(kāi)展的化學(xué)肥料減施增效等具有十分重要的意義。

自2005年起，國(guó)家在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展“測(cè)土配方施肥”項(xiàng)目，以推動(dòng)糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增收和保護(hù)生態(tài)環(huán)境。許多學(xué)者對(duì)測(cè)土配方數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，得到了許多成果，如單燕等利用陜西省測(cè)土配方施肥數(shù)據(jù)解析了陜西省玉米施肥效果[6];王寅等總結(jié)了吉林省測(cè)土配方數(shù)據(jù)，分析了春玉米的肥料貢獻(xiàn)率分布[7];劉芬等通過(guò)總結(jié)測(cè)土配方肥料試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究了關(guān)中地區(qū)夏玉米施用氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)效果以及肥料利用效率現(xiàn)狀[8];王偉妮等對(duì)湖北省小麥、水稻、油菜等作物當(dāng)前的肥料效果與貢獻(xiàn)率進(jìn)行了評(píng)價(jià)[9];張文婧等對(duì)四川省測(cè)土配方肥料試驗(yàn)的作物施肥現(xiàn)狀和養(yǎng)分效率進(jìn)行了分析[10]。本研究通過(guò)整理河北省測(cè)土配方施肥項(xiàng)目在河北省布置的大量“3414”肥料試驗(yàn)，對(duì)河北省當(dāng)前生產(chǎn)條件下的肥料對(duì)夏玉米的增產(chǎn)效果、肥料利用率等進(jìn)行分析，以明確河北省夏玉米施肥效果與肥料利用率現(xiàn)狀，為河北省夏玉米科學(xué)施肥管理提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究選取2005—2013年國(guó)家“測(cè)土配方施肥”項(xiàng)目在河北省夏玉米主產(chǎn)區(qū)布置的夏玉米“3414”田間試驗(yàn)，共計(jì) 2 794個(gè)。研究區(qū)域涵蓋河北省夏玉米主產(chǎn)區(qū)的邯鄲、邢臺(tái)、石家莊、衡水、滄州、保定、廊坊和唐山部分地區(qū)，主要土壤類(lèi)型包括褐土、潮土等，氣候?yàn)榈湫偷臏貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，試驗(yàn)區(qū)耕層土壤pH值為4.9～9.3（平均7.9±0.5）、土壤有機(jī)質(zhì)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(nóng)大364等代表性品種。

本研究中所含試驗(yàn)處理包括“3414”試驗(yàn)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(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)專(zhuān)家或農(nóng)技推廣人員根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量水平、作物養(yǎng)分需求、田塊土壤肥力狀況以及當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣等進(jìn)行綜合確定，代表當(dāng)?shù)氐淖罴咽┓仕絒11]。本研究所采用的數(shù)據(jù)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(yīng)肥料，其他施肥量與同一試驗(yàn)NPK處理相同。試驗(yàn)所用肥料為尿素（N，46%）、過(guò)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(jié)期追肥施入，其他管理措施與農(nóng)民習(xí)慣一致。

1.2 樣品采集與分析

在夏玉米播種前，各試驗(yàn)點(diǎn)取0～20 cm土壤樣品測(cè)定基本化學(xué)性質(zhì)，其中有機(jī)質(zhì)測(cè)定用重鉻酸鉀容量法;有效磷含量測(cè)定用0.5 mol/L NaHCO3浸提―鉬銻抗比色法;速效鉀含量測(cè)定用 1 mol/L NH4OAc浸提―火焰光度法[12]。在夏玉米成熟期，對(duì)各試驗(yàn)點(diǎn)所有小區(qū)去掉邊行后進(jìn)行實(shí)打?qū)嵤諟y(cè)產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

所有數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel 2013進(jìn)行計(jì)算與數(shù)據(jù)分析，采用Sigmaplot 10.0進(jìn)行制圖。

采用以下公式計(jì)算相關(guān)參數(shù)[13-16]：肥料農(nóng)學(xué)效率（kg/kg，agronomic efficiency，簡(jiǎn)稱(chēng)AE），指單位施肥量所增加的夏玉米產(chǎn)量，即AE=（Y-Y0）/F，式中：Y為施肥區(qū)產(chǎn)量，Y0為無(wú)肥區(qū)產(chǎn)量，F(xiàn)為施肥量。肥料偏生產(chǎn)力（kg/kg，partial factor productivity，簡(jiǎn)稱(chēng)PFP）指投入單位肥料所生產(chǎn)的玉米產(chǎn)量，即PFP=Y/F。肥料貢獻(xiàn)率（%，fertilizer contribution rate，簡(jiǎn)稱(chēng)FCR），指施用肥料增加的玉米產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分比，即FCR=（施肥區(qū)產(chǎn)量-無(wú)肥區(qū)產(chǎn)量）/施肥區(qū)產(chǎn)量×100%。肥料增產(chǎn)率（%，yield increasing rate by fertilizer，簡(jiǎn)稱(chēng)YIR），指施用肥料產(chǎn)量較對(duì)照不施肥產(chǎn)量增加的比例，即YIR=（施肥區(qū)產(chǎn)量-無(wú)肥區(qū)產(chǎn)量）/無(wú)肥區(qū)產(chǎn)量×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對(duì)河北省夏玉米產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量，NPK處理的夏玉米平均產(chǎn)量達(dá)到8.46 t/hm2（3.08～16.86 t/hm2），較不施肥平均增產(chǎn)2.81 t/hm2，增產(chǎn)幅度為49.7%。在缺素處理中，-N處理的夏玉米平均產(chǎn)量為 6.66 t/hm2（2.18～14.19 t/hm2），-P處理的夏玉米平均產(chǎn)量7.29 t/hm2（2.38～15.18 t/hm2），-K處理的夏玉米平均產(chǎn)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(chǎn)1.81 t/hm2玉米，其中11.9%的試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)量超過(guò) 3.0 t/hm2，68.2%的樣點(diǎn)增產(chǎn)率在1.0～3.0 t/hm2，有199%的樣點(diǎn)增產(chǎn)率小于等于1.0 t/hm2。施氮平均增產(chǎn)率為29.2%，增產(chǎn)率<10%的樣點(diǎn)僅占總樣點(diǎn)數(shù)的11.5%，增產(chǎn)率為11%～30%的樣點(diǎn)占47.9%，增產(chǎn)率為31%～60%的樣點(diǎn)占34.8%，有5.8%的試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)率超過(guò)60%。

在保證氮、鉀肥施用充足的情況下，施磷平均增產(chǎn) 1.17 t/hm2 玉米，其中有18.6%的試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)量 ≤0.5 t/hm2，有54.3%的樣點(diǎn)增產(chǎn)量在0.6～1.5 t/hm2之間，有27.1%的樣點(diǎn)施磷增產(chǎn)量超過(guò)1.5 t/hm2。施磷增產(chǎn)率平均為17.5%，增產(chǎn)率≤5%的樣點(diǎn)占12.7%，增產(chǎn)率6%～30%之間的樣點(diǎn)占73.9%，有13.4%的樣點(diǎn)增產(chǎn)率超過(guò)30%。

在保證氮、磷肥施用充足的情況下，施鉀平均增產(chǎn) 0.99 t/hm2 玉米，其中28.7%樣點(diǎn)施鉀增產(chǎn)量小于等于0.5 t/hm2，有70.0%的樣點(diǎn)施鉀增產(chǎn)量在0.6～3.0 t/hm2，有1.3%的樣點(diǎn)增產(chǎn)量超過(guò)3.0 t/hm2。施鉀增產(chǎn)率平均為 14.4%，增產(chǎn)率≤5%的樣點(diǎn)占22.1%，增產(chǎn)率在6%～30%之間的樣點(diǎn)占68.6%，有9.3%的樣點(diǎn)增產(chǎn)率超過(guò)30%，說(shuō)明河北省部分地區(qū)夏玉米對(duì)鉀肥有明顯的需求。

2.2 河北省夏玉米肥料利用率現(xiàn)狀

由圖3可知，河北省夏玉米化肥（NPK）平均農(nóng)學(xué)效率為7.5 kg/kg（0.2～59.3 kg/kg），其中農(nóng)學(xué)效率≤5.0 kg/kg的樣點(diǎn)占 24.4%，5.1～15.0 kg/kg的樣點(diǎn)占72.7%，>15.0 kg/kg 的樣點(diǎn)僅占2.9%。夏玉米氮肥農(nóng)學(xué)效率平均為9.6 kg/kg（0～69.9 kg/kg），≤5.0 kg/kg的試驗(yàn)點(diǎn)占總試驗(yàn)點(diǎn)的18.4%，5.1～15.0 kg/kg的樣點(diǎn)占67.4%，>15.0 kg/kg 的樣點(diǎn)占14.2%。夏玉米磷肥農(nóng)學(xué)效率平均為17.4 kg/kg（0～126.7 kg/kg），其中磷肥農(nóng)學(xué)效率≤5 kg/kg的樣本占總試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)的12.2%，6～30 kg/kg的樣本點(diǎn)占74.4%，>30 kg/kg的樣本占 13.4%;玉米鉀肥農(nóng)學(xué)效率平均為9.3 kg/kg（0～59.1 kg/kg），其中鉀肥農(nóng)學(xué)效率≤10 kg/kg的樣本占總樣本數(shù)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(nóng)學(xué)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(chǎn)力平均為

22.6 kg/kg（5.1～117.4 kg/kg），其中≤15 kg/kg的樣點(diǎn)占總樣本數(shù)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(chǎn)力平均為45.6 kg/kg（16.0～298.3 kg/kg），氮肥偏生產(chǎn)力≤30 kg/kg的試驗(yàn)點(diǎn)僅占總試驗(yàn)點(diǎn)的3.8%，氮肥偏生產(chǎn)力在31～60 kg/kg的樣本占總樣本數(shù)的89.0%，而氮肥偏生產(chǎn)力>60 kg/kg的樣本占總樣本數(shù)的7.2%。磷肥偏生產(chǎn)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(shù)的195%，91～180 kg/kg的樣本占總樣本的74.3%，而磷肥偏生產(chǎn)力大于180 kg/kg的樣本占總樣本數(shù)5.2%。鉀肥偏生產(chǎn)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(xiàn)率現(xiàn)狀

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

2.4 河北省夏玉米基礎(chǔ)產(chǎn)量對(duì)肥料貢獻(xiàn)率的影響

不施肥基礎(chǔ)產(chǎn)量是反映土壤基礎(chǔ)生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)，而缺素處理也可以反映土壤對(duì)某一種元素的供應(yīng)能力。本研究中不同基礎(chǔ)產(chǎn)量水平下氮、磷、鉀肥和NPK化肥貢獻(xiàn)率分布如圖6所示。隨著農(nóng)田基礎(chǔ)產(chǎn)量水平的提高，氮、磷、鉀肥對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率均呈下降的趨勢(shì)，其中氮肥的下降幅度最為明顯，從基礎(chǔ)產(chǎn)量≤3.0 t/hm2時(shí)的33.4%下降到基礎(chǔ)產(chǎn)量>7.5 t/hm2時(shí)的14.2%，而磷肥則相應(yīng)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(xiàn)率從60.8%下降到21.1%?？梢?jiàn)，缺氮對(duì)河北省玉米產(chǎn)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(duì)作物產(chǎn)量的肥料貢獻(xiàn)率最大。因此， 在生產(chǎn)上要針對(duì)土壤基礎(chǔ)肥力狀況進(jìn)行養(yǎng)分調(diào)控，氮磷鉀肥配合施用以獲得最大的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益，并針對(duì)不同土壤基礎(chǔ)肥力水平的農(nóng)田進(jìn)行定向培育，提高基礎(chǔ)生產(chǎn)能力。

3 結(jié)論與討論

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

肥料在糧食作物增產(chǎn)中起到了重要的作用，全國(guó)化肥試驗(yàn)網(wǎng)在20世紀(jì)80年代統(tǒng)計(jì)的化肥對(duì)糧食的貢獻(xiàn)率為 40.8%[3]。本研究中發(fā)現(xiàn)，化肥對(duì)河北省夏玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)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(guó)平均水平46.2%[18-19]。河北省夏玉米氮、磷、鉀肥貢獻(xiàn)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(jié)果[8]和王寅等在吉林春玉米區(qū)的研究結(jié)果[7]。這可能是因?yàn)楹颖笔∞r(nóng)田基礎(chǔ)肥力較低，因此肥料對(duì)河北省玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)相對(duì)較高。另外發(fā)現(xiàn)，氮、磷、鉀肥的肥料貢獻(xiàn)率隨著基礎(chǔ)產(chǎn)量的提高而降低，且氮磷鉀肥配施條件下的肥料貢獻(xiàn)率降低的幅度更為明顯，說(shuō)明通過(guò)提高土壤基礎(chǔ)肥力能夠減少對(duì)外源肥料的需求。

河北省夏玉米氮肥農(nóng)學(xué)效率為9.6 kg/kg，與楊小梅等統(tǒng)計(jì)的2000年全國(guó)平均水平9.5 kg/kg[19]和張福鎖等報(bào)道的2001—2005年全國(guó)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(jié)的近10年全國(guó)平均11.1 kg/kg[21]。河北省磷、鉀肥農(nóng)學(xué)效率分別為17.4、9.3 kg/kg，高于2001—2005全國(guó)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(shuō)明磷肥對(duì)河北省夏玉米生產(chǎn)具有較明顯的增產(chǎn)效應(yīng)。河北省夏玉米氮肥偏生產(chǎn)力為45.6 kg/kg，低于張福鎖等報(bào)道的2001—2005全國(guó)玉米平均氮肥偏生產(chǎn)力51.6 kg/kg[5]和于飛等總結(jié)的近10年全國(guó)玉米氮肥偏生產(chǎn)力54.5 kg/kg[21]，但高于王旭總結(jié)的2005—2008年黃淮海區(qū)域夏玉米平均氮肥偏生產(chǎn)力 40.3 kg/kg[16]。河北省夏玉米磷肥偏生產(chǎn)力為125.0 kg/kg，明顯高于2001—2005全國(guó)平均水平 72.4 kg/kg[5]和黃淮海區(qū)平均水平115 kg/kg[17]。而鉀肥偏生產(chǎn)力為81.4 kg/kg，高于全國(guó)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(lái)看，河北省夏玉米氮、磷、鉀肥農(nóng)學(xué)利用率接近或略高于同期全國(guó)水平，但氮肥偏生產(chǎn)力明顯低于周邊省份和全國(guó)平均水平，磷、鉀肥偏生產(chǎn)力則高于全國(guó)平均水平?；蕦?duì)河北省夏玉米增產(chǎn)起著重要的作用，提高農(nóng)田基礎(chǔ)生產(chǎn)能力和夏玉米栽培管理水平、合理平衡施肥以提高養(yǎng)分效率是河北省夏玉米實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量、效率同步提升的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

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