王 寅,馮國(guó)忠,焉 莉,高 強(qiáng)*,宋立新,劉振剛,房 杰
(1 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林長(zhǎng)春 130118;2 吉林省土壤肥料總站,吉林長(zhǎng)春 130012)
吉林省玉米施肥效果與肥料利用效率現(xiàn)狀研究
王 寅1,馮國(guó)忠1,焉 莉1,高 強(qiáng)1*,宋立新2,劉振剛2,房 杰2
(1 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林長(zhǎng)春 130118;2 吉林省土壤肥料總站,吉林長(zhǎng)春 130012)
【目的】本研究通過(guò)收集整理 2005~2013 年國(guó)家測(cè)土配方施肥項(xiàng)目在吉林省布置的 1110 個(gè)“3414”田間試驗(yàn),分析了施用氮、磷、鉀肥對(duì)玉米產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益的影響,測(cè)算了氮、磷、鉀肥的利用效率,目的在于明確當(dāng)前生產(chǎn)條件下吉林省玉米的施肥效果與肥料利用效率,為肥料的合理施用與配置提供依據(jù)。 【方法】選取玉米“3414”田間試驗(yàn)的處理 1 (N0P0K0)、處理 2 (N0P2K2)、處理 4 (N2P0K2)、處理 6 (N2P2K2) 和處理 8 (N2P2K0),分別記為不施肥 (CK)、不施氮 (–N)、不施磷 (– P)、氮磷鉀配施 (NPK) 和不施鉀 (–K) 處理,研究不同施肥處理下的玉米產(chǎn)量、產(chǎn)值、施肥利潤(rùn)和產(chǎn)投比,比較增施氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)效應(yīng)以及不同肥料的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力和肥料貢獻(xiàn)率。另外,分析不施肥處理 (缺素處理) 玉米產(chǎn)量與相應(yīng)肥料貢獻(xiàn)率之間的關(guān)系,并利用模型進(jìn)行模擬。 【結(jié)果】不施肥條件下,當(dāng)前吉林省玉米的平均產(chǎn)量和產(chǎn)值分別為 6.6 t/hm2和 1.21 × 103yuan/hm2。施肥可顯著提高玉米的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)收益,其中以 NPK 處理的玉米產(chǎn)量和施肥利潤(rùn)最高,平均分別為 10.1 t/hm2和5.07 × 103yuan/hm2,其后分別為 –K 處理 (8.9 t/hm2、3.27 × 103yuan/hm2)、–P 處理 (8.7 t/hm2、2.83 × 103yuan/hm2) 和 –N 處理 (7.7 t/hm2、1.39 × 103yuan/hm2)。在其他養(yǎng)分施用基礎(chǔ)上,增施氮、磷、鉀肥可平均分別增產(chǎn) 2.36 t/hm2(35.1%)、1.39 t/hm2(18.0%) 和 1.18 t/hm2(14.9%),平均施肥利潤(rùn)分別為 3.68 × 103、2.24 × 103和1.80 × 103yuan/hm2。當(dāng)前生產(chǎn)條件下,吉林省玉米在氮磷鉀配施條件下的肥料農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力和肥料貢獻(xiàn)率分別為 11.4 kg/kg N、32.8 kg/kg 和 34.7%,而增施氮、磷、鉀肥的平均農(nóng)學(xué)效率分別為 14.3 kg/kg N、20.5 kg/kg P2O5和 17.2 kg/kg K2O,平均偏生產(chǎn)力分別為 61.1、146.4 和 142.4 kg/kg,平均肥料貢獻(xiàn)率分別為 23.4%、14.1% 和 11.9%。分析發(fā)現(xiàn),氮磷鉀肥配施 (或某一肥料) 的肥料貢獻(xiàn)率隨不施肥處理 (或相應(yīng)缺素處理) 玉米產(chǎn)量的提高而顯著下降,且關(guān)系符合對(duì)數(shù)函數(shù)模型,說(shuō)明提高基礎(chǔ)地力可減少對(duì)外源肥料的依賴。 【結(jié)論】吉林省玉米氮磷鉀肥的增產(chǎn)效果和肥料利用率相比全國(guó)平均水平較高,但仍需重視氮肥管理以穩(wěn)產(chǎn)增效,繼續(xù)大力推廣平衡適量施肥理念及相應(yīng)技術(shù),在實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)的同時(shí)提高肥料利用效率并促進(jìn)土壤培肥。
玉米;施肥;產(chǎn)量;經(jīng)濟(jì)效益;肥料利用率
吉林是我國(guó)玉米種植大省,2013 年種植面積和總產(chǎn)量分別為 36 萬(wàn)公頃和 2776 萬(wàn)噸,占全國(guó)的9.6% 和 12.7%,平均單產(chǎn)達(dá)到 7.93 t/hm2,為全國(guó)最高[1]。吉林玉米主產(chǎn)區(qū)主要土壤類型為黑土、黑鈣土等,具有腐殖質(zhì)層厚、有機(jī)質(zhì)含量高、養(yǎng)分豐富、團(tuán)粒發(fā)達(dá)、保水保肥能力強(qiáng)等特點(diǎn),對(duì)玉米生長(zhǎng)非常有利[2]。但是,隨著開墾年限增加和近 30 年玉米連作,黑土區(qū)土壤肥力退化已成為不爭(zhēng)事實(shí)[2–3]。除粗放的耕作方式和種植習(xí)慣外,農(nóng)民過(guò)量和不平衡的施肥措施也是導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降、產(chǎn)量不穩(wěn)定的重要原因[4]。李紅莉等[5]研究顯示,我國(guó)玉米單產(chǎn)在2000~2007 年間增長(zhǎng)了 7.9%,而單位面積肥料用量增加了 29.0%,其中氮肥增加了 37.3%,說(shuō)明肥料利用率和經(jīng)濟(jì)收益明顯下降。吉林省統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,1978 年至 2013 年全省玉米種植面積和總產(chǎn)分別提高了 1.3 倍和 4.7 倍,而同期的化肥施用量從 16.7 萬(wàn)噸增長(zhǎng)至 216.8 萬(wàn)噸,提高了近 13 倍[6]。大量研究已證實(shí),過(guò)量和不合理的施肥不僅影響作物生產(chǎn),降低肥料利用效率[7],還會(huì)引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化、土壤酸化及大氣活性氮增加等一系列環(huán)境問(wèn)題[8–10]。因此,根據(jù)作物生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)和土壤條件為農(nóng)戶提供合理的養(yǎng)分管理建議,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)是廣大科研工作者和農(nóng)技推廣人員一直以來(lái)的工作重點(diǎn)和努力方向。
由于土壤肥力、作物產(chǎn)量水平和施肥習(xí)慣差異較大,不同地區(qū)之間作物養(yǎng)分管理措施的推薦和實(shí)施基礎(chǔ)也顯著不同[11–13]。20 世紀(jì) 80 年代,全國(guó)化肥試驗(yàn)網(wǎng)在我國(guó) 29 個(gè)省、市、區(qū)的 18 種作物上進(jìn)行了大量肥料試驗(yàn),明確了當(dāng)時(shí)條件下不同區(qū)域的作物肥效狀況與肥料利用效率,對(duì)當(dāng)?shù)刈魑锏暮侠硎┓手笇?dǎo)以及國(guó)家肥料生產(chǎn)供應(yīng)政策提供了基礎(chǔ)信息[14]。30 多年來(lái),我國(guó)的土壤肥力狀況、作物品種和施肥水平均發(fā)生了巨大變化,而當(dāng)前區(qū)域尺度上較宏觀的作物施肥基礎(chǔ)信息并不清楚,限制了區(qū)域養(yǎng)分管理指導(dǎo)工作的開展。2005 年起,國(guó)家在全國(guó)范圍內(nèi)開展了測(cè)土配方施肥項(xiàng)目,各地區(qū)各級(jí)農(nóng)技推廣部門采集測(cè)試了大量土壤樣品,并布置了大量的“3414”作物施肥田間試驗(yàn),因此可以利用這些大樣本的田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)開展內(nèi)容豐富的施肥相關(guān)研究工作[15–16]。張智等[17]利用 292 個(gè)“3414”肥料試驗(yàn),分析了四川省不同地區(qū)水稻施用氮肥的增產(chǎn)效益、氮素需求特征與氮肥的利用效率。劉芬等[18]通過(guò)總結(jié) 184 個(gè)“3414”肥料試驗(yàn),研究了渭北地區(qū)春玉米施用氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)、增收效果以及肥料利用效率現(xiàn)狀。黃億等[19]基于 61 個(gè)“3414”肥料試驗(yàn),建立了四川中部丘陵區(qū)油菜的土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)和相應(yīng)的推薦施肥量。單燕等[20]整理測(cè)土配方施肥項(xiàng)目的 7416 個(gè)土壤數(shù)據(jù)和 913 個(gè)“3414”肥料試驗(yàn)數(shù)據(jù),評(píng)估了陜西省玉米種植區(qū)土壤肥力狀況與施肥效應(yīng)。本研究通過(guò)收集整理測(cè)土配方施肥項(xiàng)目在吉林省布置的大量“3414”肥料試驗(yàn),研究當(dāng)前生產(chǎn)條件下吉林省玉米施用氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)效果、經(jīng)濟(jì)效益和肥料利用率,并對(duì)土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況與肥料貢獻(xiàn)率的關(guān)系進(jìn)行分析,旨在明確吉林省玉米的施肥效果與肥料利用現(xiàn)狀,為玉米科學(xué)施肥管理與決策提供參考。
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)目在吉林省布置的春玉米“3414”田間試驗(yàn),共計(jì)1110 個(gè)。研究區(qū)域涵蓋吉林省所有縣、市、州,主要土壤類型包括黑土、黑鈣土、白漿土、暗棕壤、沖積土和草甸土等,試驗(yàn)區(qū)耕層土壤 pH 3.7~8.9 (平均 6.6 ± 1.0)、有機(jī)質(zhì) 5.6~123.5 g/kg (平均 25.3 ± 15.1 g/kg)、堿解氮 36.1~392.2 mg/kg (平均 136.0 ± 56.9 mg/kg)、有效磷 1.4~153.9 mg/kg (平均 30.1 ± 23.2 mg/kg)、速效鉀 24.0~374.1 mg/kg (平均 125.4 ± 48.4 mg/kg)。供試玉米品種主要包括先玉 335、鄭單958、吉單 198、丹玉 638、良玉 11、郝育 21 等。
本研究所含試驗(yàn)處理選自“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的處理 1 (N0P0K0)、處理 2 (N0P2K2)、處理 4 (N2P0K2)、處理 6 (N2P2K2) 和處理 8 (N2P2K0)。其中,N2P2K2施肥量是由當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)專家或農(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16],本研究所收集數(shù)據(jù)中,氮肥用量為N 40.1~319.5 kg/hm2,平均 168.0 ± 24.5 kg/hm2;磷肥用量為 P2O530.0~150.0 kg/hm2,平均 69.7 ± 9.3 kg/hm2;鉀肥用量為 K2O 22.5~180.0 kg/hm2,平均 71.6 ± 10.0 kg/hm2,各缺素處理不施用相應(yīng)的肥料,其余施肥量與同一試驗(yàn)的 NPK 處理保持一致。試驗(yàn)所用肥料分別為尿素 (N 46%)、過(guò)磷酸鈣 (P2O512%) 和氯化鉀 (K2O 60%)。氮肥的 40% 和全部的磷、鉀肥做基肥,剩余的 60% 氮肥于玉米七葉期進(jìn)行追施,其他田間管理均與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣保持一致。
1.2 樣品采集與測(cè)定
玉米播種前,各試驗(yàn)點(diǎn)取 0—20 cm 耕層土壤測(cè)定其基本化學(xué)性質(zhì)。用電位法測(cè)pH(水土比2.5 ∶1);有機(jī)質(zhì)測(cè)定用重鉻酸鉀容量法;堿解氮用 1 mol/L NaOH 擴(kuò)散法;有效磷測(cè)定用0.5 mol/L NaHCO3浸提―鉬銻抗比色法;速效鉀測(cè)定用 1 mol/L NH4OAc 浸提―火焰光度法[21]。
玉米成熟后,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 參數(shù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析
采用以下公式計(jì)算相關(guān)參數(shù)[22–24]:
肥料農(nóng)學(xué)效率 (agronomic efficiency, AE, kg/kg)指單位施肥量所增加的玉米產(chǎn)量,即,AE = (Y –Y0)/F,Y 為施肥區(qū)玉米產(chǎn)量,Y0為無(wú)肥區(qū)玉米產(chǎn)量,F(xiàn) 為施肥量。
肥料偏生產(chǎn)力 (partial factor productivity, PFP, kg/kg) 指投入單位肥料所生產(chǎn)的玉米產(chǎn)量,即, PFP = Y/F,Y 為施肥區(qū)玉米產(chǎn)量,F(xiàn) 為施肥量。
肥料貢獻(xiàn)率 (fertilizer contribution rate, FCR) 指施用肥料增加的產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分比,即,F(xiàn)CR = (施肥區(qū)產(chǎn)量 – 無(wú)肥區(qū)產(chǎn)量)/施肥區(qū)產(chǎn)量 × 100%。
施肥利潤(rùn) (Net profit, yuan/hm2) 定義為產(chǎn)值與施肥成本之差:利潤(rùn) = 玉米產(chǎn)量 × 玉米價(jià)格 – 施肥量 ×肥料價(jià)格。
產(chǎn)投比 (input-output ratio) = 施肥利潤(rùn)/施肥成本
采用 Excel 2010 軟件計(jì)算和處理試驗(yàn)數(shù)據(jù),用SPSS 17.0 軟件統(tǒng)計(jì)分析,LSD 法檢驗(yàn)處理間在 P <0.05 水平的差異顯著性。
2.1 施肥對(duì)吉林省玉米產(chǎn)量的影響
氮、磷、鉀肥施用顯著影響吉林省玉米的籽粒產(chǎn)量 (圖 1)。不施肥條件下,全省玉米產(chǎn)量范圍1.85~14.3 t/hm2,平均 6.6 t/hm2。施肥后玉米產(chǎn)量均顯著提高,以 N2P2K2處理最高,產(chǎn)量范圍為4.31~16.9 t/hm2,平均達(dá) 10.1 t/hm2,較 CK 處理平均增產(chǎn) 34.7%。各缺素處理中,以 N2P2K0處理玉米產(chǎn)量較高,達(dá) 3.29~15.3 t/hm2,平均 8.9 t/hm2,其次為N2P0K2處理 (平均 8.7 t/hm2,范圍 3.51~15.8 t/hm2),而 N0P2K2處理相對(duì)較低 (平均 7.7 t/hm2,范圍2.40~13.5 t/hm2)。在其他兩種養(yǎng)分施用基礎(chǔ)上,玉米增施氮、磷、鉀肥平均分別增產(chǎn) 2.36 t/hm2(35.1%)、1.39 t/hm2(18.0%) 和 1.18 t/hm2(14.9%)。
圖1 吉林省施用氮、磷、鉀肥的玉米產(chǎn)量Fig. 1 Maize yields affected by application of N, P and K fertilizers in Jilin Province
分析增產(chǎn)量和增產(chǎn)率分布狀況發(fā)現(xiàn) (圖 2),吉林省玉米施用氮、磷、鉀肥分別有 99.1%、94.9% 和91.1% 的試驗(yàn)點(diǎn)表現(xiàn)出增產(chǎn)效果,增產(chǎn)超過(guò) 5% 的試驗(yàn)點(diǎn)比例分別為 95.6%、83.9% 和 75.9%。施氮后,61.1% 的試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)在 1.0~3.0 t/hm2之間,26.3%的試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)超過(guò) 3.0 t/hm2,增產(chǎn)率分布在 5%~35% 的試驗(yàn)點(diǎn)占 59.8%,甚至有 6.7% 的試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)超過(guò) 80%。施磷的增產(chǎn)量范圍主要在 0.6~1.8 t/hm2之間 (占 49.3%),增產(chǎn)超過(guò) 3 t/hm2占 6.0%,施鉀后大部分試驗(yàn)點(diǎn)增產(chǎn)量在 0~1.8 t/hm2(占 69.1%),有4.5% 的試驗(yàn)增產(chǎn)超過(guò) 3.0 t/hm2。磷、鉀肥施用的增產(chǎn)率范圍均主要在 5%~25%,分別占總試驗(yàn)數(shù)的 60.1%和 60.4%。結(jié)果表明,玉米施用氮肥的增產(chǎn)效果最顯著,應(yīng)在氮磷鉀肥配施的基礎(chǔ)上重視氮肥的施用。
2.2 施肥對(duì)吉林省玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響
施肥不僅為獲得高產(chǎn),也應(yīng)考慮成本投入和經(jīng)濟(jì)效益 (表 1)。不施肥條件下,吉林省玉米的平均產(chǎn)值為 12.1 × 103yuan/hm2。施用氮、磷、鉀肥增加了玉米種植的成本投入,不同處理的平均增量在 0.70 × 103~1.39 × 103yuan/hm2之間,但產(chǎn)值相比 CK 處理均顯著提高。NPK 處理玉米的產(chǎn)值、施肥利潤(rùn)和產(chǎn)投比均為最高,平均分別為 18.6 × 103yuan/hm2、5.07 × 103yuan/hm2和 3.7。各缺素處理的經(jīng)濟(jì)效益相比 NPK 處理顯著下降,尤其是 –N 處理,其施肥利潤(rùn)不足 NPK 處理的 1/3,產(chǎn)投比僅為 2.2,說(shuō)明其施肥的經(jīng)濟(jì)回報(bào)偏低。在其他養(yǎng)分施用基礎(chǔ)上,增施氮、磷、鉀肥的平均施肥利潤(rùn)分別為 3.68 × 103、2.24 × 103、和 1.80 × 103yuan/hm2,產(chǎn)投比分別為 5.5、7.1和 5.2??梢?,氮磷鉀配施條件下玉米的經(jīng)濟(jì)效益最佳,磷鉀肥基礎(chǔ)上增施氮肥可獲得較高利潤(rùn),而氮鉀肥基礎(chǔ)上增施磷肥的產(chǎn)投比更高。
圖2 吉林省玉米施氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)量和增產(chǎn)率分布頻率Fig. 2 Distribution frequency of maize yield increase and relative rate by applying N, P and K fertilizers in Jilin Province
表1 施肥對(duì)吉林省玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響 (× 103yuan/hm2)Table 1 Effects of the application of N, P and K fertilizers on economic benefit of maize in Jilin Province
2.3 吉林省玉米的肥料利用率現(xiàn)狀
目前,吉林省玉米在氮磷鉀配施條件下其總養(yǎng)分的平均農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力和肥料貢獻(xiàn)率分別為11.4 kg/kg (0~35.9 kg/kg)、32.8 kg/kg (14.3 ~63.9 kg/kg)和 34.7% (0~80.2%)(圖 3)。各項(xiàng)指標(biāo)分布狀況顯示,NPK 處理總養(yǎng)分的農(nóng)學(xué)效率有 95.9% 的試驗(yàn)點(diǎn)高于 5 kg/kg,主要在 10~15 kg/kg 之間,占總數(shù)的34.9%;偏生產(chǎn)力大部分試驗(yàn)點(diǎn)集中于 25~40 kg/kg之間,占總數(shù)的 79.8%;肥料貢獻(xiàn)率超過(guò) 15% 的試驗(yàn)點(diǎn)占總數(shù)的 94.1%,54.1% 的試驗(yàn)點(diǎn)分布于25%~45% 之間。
通過(guò)比較 NPK 處理和缺素處理,可分析氮、磷、鉀單一養(yǎng)分的肥料利用率 (圖 4)。目前,吉林省玉米增施氮、磷、鉀肥的平均農(nóng)學(xué)效率分別為N 14.3 kg/kg (N 0~78.6 kg/kg)、P2O520.5 kg/kg (P2O50~92.7 kg/kg) 和 K2O 17.2 kg/kg (K2O 0~74.2 kg/kg),平均偏生產(chǎn)力分別為 N 61.1 kg/kg (N 26.9~187.3 kg/kg)、P2O5146.4 kg/kg (P2O560.2~368.9 kg /kg) 和 K2O 142.4 kg/kg (K2O 61.5~317.9 kg/kg),平均肥料貢獻(xiàn)率分別為 23.4% (0~73.8%)、14.1% (0~57.3%) 和 11.9% (0~62.3%)。不同養(yǎng)分的農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力高低趨勢(shì)一致,均以磷素 > 鉀素 > 氮素,而肥料貢獻(xiàn)率則以氮素顯著于磷素和鉀素。
2.4 吉林省玉米土壤基礎(chǔ)供肥能力與肥料貢獻(xiàn)率的關(guān)系
圖3 吉林省玉米氮磷鉀肥配施的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力和肥料貢獻(xiàn)率的分布頻率Fig. 3 Distribution frequency of agronomic efficiency, partial factor productivity, and fertilizer contribution rate of maize in Jilin Province under the balanced NPK fertilization
不施肥處理的作物產(chǎn)量可視作土壤基礎(chǔ)供肥能力的一種反映,而缺素處理產(chǎn)量也能在較大程度上反映土壤對(duì)某一養(yǎng)分的基礎(chǔ)供應(yīng)能力。圖 5 顯示,NPK 配施處理的總養(yǎng)分肥料貢獻(xiàn)率隨 CK 處理產(chǎn)量的增加呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì),模型擬合結(jié)果均符合顯著的對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系 (R2= 0.601**)。氮、磷、鉀單一養(yǎng)分的肥料貢獻(xiàn)率與相應(yīng)缺素處理產(chǎn)量之間也有類似表現(xiàn),其中以氮肥貢獻(xiàn)率與 – N 處理產(chǎn)量的相關(guān)程度最高 (R2= 0.460**),且氮肥貢獻(xiàn)率隨 – N 處理產(chǎn)量增加的下降斜率也最大。結(jié)果說(shuō)明,肥料施用對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率隨土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分供應(yīng)能力的提高而下降,因此增加對(duì)土壤的培肥可減少玉米種植中對(duì)外源肥料的需求。
圖4 吉林省玉米氮、磷、鉀肥的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力和肥料貢獻(xiàn)率Fig. 4 Agronomic efficiency, partial factor productivity and contribution rate of N, P and K fertilizers in maize in Jilin Province
圖5 吉林省玉米土壤基礎(chǔ)供肥能力與肥料貢獻(xiàn)率的關(guān)系Fig. 5 Relationships between soil indigenous nutrient supply and fertilizer contribution rate of maize in Jilin Province
本研究顯示,吉林省玉米在氮磷鉀配施條件下平均產(chǎn)量為 10.1 t/hm2,相應(yīng)的氮、磷、鉀肥用量平均分別為 N 168.0 kg/hm2、P2O569.7 kg/hm2和 K2O 71.6 kg/hm2,總施肥量為 309.3 kg/hm2。這與吉林省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 22/T 2073-2014《玉米施肥技術(shù)規(guī)程》中的推薦施肥量非常接近 (中等地力條件下,目標(biāo)產(chǎn)量為 9.0~10.5 t/hm2時(shí),吉林省玉米推薦施用 N 170~190 kg/hm2、P2O570~80 kg/hm2和 K2O 60~70 kg/hm2)[25],同時(shí)也與前人在吉林不同地區(qū)的研究結(jié)果基本相符[26–29]。因此,本研究結(jié)果可在較大程度上反映吉林省玉米的施肥效果與肥料利用率現(xiàn)狀,可為該地區(qū)玉米的科學(xué)施肥研究與決策提供參考依據(jù)。
肥料利用率是養(yǎng)分管理研究中非常重要的評(píng)價(jià)指標(biāo),以往我國(guó)主要采用肥料的養(yǎng)分表觀回收率進(jìn)行表征,但在目前土壤和環(huán)境養(yǎng)分供應(yīng)量增大、化肥增產(chǎn)效益下降的情況下,偏生產(chǎn)力更適宜作為評(píng)價(jià)肥料利用效率的指標(biāo)[30]。已有研究發(fā)現(xiàn),目前我國(guó)玉米在試驗(yàn)條件下的平均氮、磷、鉀肥偏生產(chǎn)力分別為 51.6 kg/kg N、72.4 kg/kg P2O5和 64.7 kg/kg K2O[7],而世界平均水平分別為 57.8 kg/kg N、119.0 kg/kg P2O5和 136.0 kg/kg K2O[31]。本研究顯示,當(dāng)前吉林春玉米的平均氮、磷、鉀肥偏生產(chǎn)力分別為 61.1 kg/kg N、146.4 kg/kg P2O5和 142.4 kg/kg K2O,不僅明顯高于全國(guó)平均水平,也超過(guò)了世界平均水平。其中,氮素偏生產(chǎn)力較美國(guó)的 65 kg/kg N還有一定差距[30]。農(nóng)學(xué)效率也是重要的肥料效率指標(biāo),反映施肥的增產(chǎn)效果。目前,我國(guó)玉米在試驗(yàn)條件下的氮、磷、鉀肥農(nóng)學(xué)效率分別為 9.8~11.2 kg/kg N、7.5~9.5 kg/kgP2O5和 5.7~9.2 kg/kg K2O[7,32],而吉林省玉米平均分別為 14.3 kg/kg N、20.5 kg/kg P2O5和 17.2 kg/kg K2O,均明顯高于全國(guó)平均水平,但氮素農(nóng)學(xué)效率與世界平均水平 (N 24 kg/kg) 相比還偏低[33]。可見,現(xiàn)階段生產(chǎn)條件下吉林省玉米的增產(chǎn)效果和肥料利用率與全國(guó)平均水平相比較高,而在氮素管理的節(jié)肥增效方面還有提升空間。
眾多研究顯示,世界糧食作物施用化肥對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率在 30%~50%,而我國(guó)玉米施肥的平均產(chǎn)量貢獻(xiàn)率為 46.2%[14,23,31,34–35]。劉芬等[18]研究顯示,目前渭北旱塬地區(qū)玉米施用氮、磷、鉀肥對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為 23.0%、12.6% 和 7.0%。本研究中,吉林省玉米的平均氮、磷、鉀肥貢獻(xiàn)率分別為 23.4%、14.1% 和 11.9%,與劉芬等[18]在陜西的研究結(jié)果接近,而氮磷鉀配施的平均產(chǎn)量貢獻(xiàn)率為 34.7%,低于全國(guó)平均水平。這可能是因?yàn)榧质〉靥幒谕翈?,大多?shù)地區(qū)土壤肥力在全國(guó)處于相對(duì)較高水平,導(dǎo)致外源肥料施用對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)相對(duì)較低。另外發(fā)現(xiàn),玉米施肥的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率隨土壤肥力提升而顯著下降,說(shuō)明維持較高的土壤肥力可減少對(duì)外源肥料的需求。在目前國(guó)家大力實(shí)施化肥零增長(zhǎng)戰(zhàn)略背景下,吉林省應(yīng)通過(guò)推廣平衡施肥、保護(hù)性耕作、秸稈還田等技術(shù)措施進(jìn)行土壤培肥,促進(jìn)農(nóng)田地力提升而減少化肥施用,提高肥料利用率和環(huán)境效益,維持玉米產(chǎn)量處于一個(gè)穩(wěn)定水平。
吉林省玉米施肥的增產(chǎn)增收效果顯著,其中以NPK 處理最佳,平均產(chǎn)量和施肥利潤(rùn)分別為 10.1 t/hm2和 5.07 × 103yuan/hm2。增施氮、磷、鉀肥可平均分別增產(chǎn) 2.36 t/hm2(35.1%)、1.39 t/hm2(18.0%) 和1.18 t/hm2(14.9%),平均分別增收 3.68 × 103、2.24 × 103、和 1.80 × 103yuan/hm2。當(dāng)前生產(chǎn)條件下,吉林省玉米的平均氮、磷、鉀肥農(nóng)學(xué)效率分別為 14.3 kg/kg N、20.5 kg/kg P2O5和 17.2 kg/kg K2O,平均偏生產(chǎn)力分別為 61.1 kg/kg N、146.4 kg/kg P2O5和 142.4 kg/kg K2O,平均肥料貢獻(xiàn)率分別為 23.4%、14.1% 和11.9%。玉米施肥對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率隨土壤基礎(chǔ)肥力的提高而顯著下降,其趨勢(shì)符合對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系。盡管吉林省玉米施肥的增產(chǎn)效果和肥料利用率在國(guó)內(nèi)相對(duì)較高,但仍應(yīng)重視氮肥管理以穩(wěn)產(chǎn)增效,現(xiàn)階段應(yīng)繼續(xù)大力推廣平衡適量施肥的理念及相應(yīng)技術(shù),改變農(nóng)民過(guò)量施肥觀念,在實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)的同時(shí)提高肥料效率和土壤肥力水平。
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Present fertilization effect and fertilizer use efficiency of maize in Jilin Province
WANG Yin1, FENG Guo-zhong1, YAN Li1, GAO Qiang1*, SONG Li-xin2, LIU Zhen-gang2, FANG Jie2
( 1 College of Resources and Environmental Sciences/Key Laboratory of Sustainable Utilization of Soil Resources in the Commodity Grain Bases in Jilin Province, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China; 2 Soil and Fertilizer Station of Jilin Province, Changchun 130012, China )
【Objectives】About 1110 "3414" field experiments were conducted in Jilin Province during 2005–2013, the data were collected in this paper to evaluate effects of nitrogen (N), phosphorous (P) and potassium (K) fertilizer application on maize yields, economic benefit and current fertilizer use efficiencies, aiming to clarify the present fertilization effect and fertilizer use efficiency in maize production of Jilin Province, and to provide reference for reasonable fertilizer application and allocation. 【Methods】The fivetreatments, N0P0K0, N0P2K2, N2P0K2, N2P2K2and N2P2K0, in the "3414" field experiments of maize were chosen. The maize yields, gross income, fertilizer profit and input-output ratio were investigated, the yield responses to N, P and K fertilizers and the nutrient agronomic efficiency (AE), partial factor productivity (PFP) and fertilizer contribution rate (FCR) were also compared. 【Results】In the CK treatment, on average, the grain yield and gross income was 6.6 t/ha and 1.21 × 103yuan/hm2, respectively. Fertilization treatments increased the maize yield and economic benefit significantly with the highest yield level of 10.1 t/hm2and fertilizer profit of 5.07 × 103yuan/hm2in the N2P2K2treatment, followed in turn by the N2P2K0treatment (8.9 t/hm2and 3.27 × 103yuan/hm2), the N2P0K2treatment (8.7 t/hm2and 2.83 × 103yuan/hm2) and the N0P2K2treatment (7.7 t/hm2and 1.39 × 103yuan/hm2). On the basis of other nutrient applied, the average yield increases resulted from N, P and K fertilizer application were 2.36 t/hm2(35.1%), 1.39 t/hm2(18.0%) and 1.18 t/hm2(14.9%), respectively, and the average fertilization profits were 3.68 × 103, 2.24 × 103and 1.80 × 103yuan/hm2, respectively. The averaged AEs were 14.3 kg/kg N, 20.5 kg /kg P2O5and 17.2 kg/kg K2O, respectively; The averaged PFPs of N, P and K fertilizer were 61.1, 146.4 and 142.4 kg/kg nutrient, respectively, and the corresponding fertilizer contribution were 23.4%, 14.1% and 11.9% respectively. The FCR of the N2P2K2treatments showed a significant downtrend with increasing maize yield in the CK treatment (or the corresponding nutrient omission treatment), and the relationship imitated using a logarithmic function model indicated that enhancing soil indigenous fertility could reduce the yield dependence on inorganic fertilizers. 【Conclusions】The fertilization responses and fertilizer use efficiencies of maize are relatively high in Jilin Province compared with the national average level of China, the nitrogen fertilizer contribution is still higher than those of P and K fertilizers. Thus, N management should be still strengthened for maintaining high yield and improving N efficiency. The balanced and appropriate fertilization technologies still need to be spread for the simultaneous improvement of crop yield, fertilizer use efficiency and soil fertility.
maize; fertilization; yield; economic benefit; fertilizer use efficiency
S513.062
A
1008–505X(2016)06–1441–08
2016–01–12 接受日期:2016–03–04
本研究由公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)作物最佳養(yǎng)分管理技術(shù)研究與應(yīng)用(201103003);國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-02)資助。
王寅(1986—),男,陜西咸陽(yáng)人,博士,講師,主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與肥料研究。E-mail:wy1986410@163.com
* 通信作者 E-mail:gyt199962@163.com