孫彥銘 黃少輝 劉克桐

摘要：為明確河北省冬小麥施肥效果和肥料利用率現(xiàn)狀，通過對河北省2005—2014年測土配方施肥項目中的 2 794 個冬小麥“3414”田間試驗進行分析，明確了氮肥、磷肥、鉀肥對河北省冬小麥產(chǎn)量的影響，測算了氮肥、磷肥、鉀肥的利用效率。結果表明，在當前生產(chǎn)條件下，河北省冬小麥不施化肥時產(chǎn)量為4.16 t/hm2，配方施肥顯著提升產(chǎn)量至 6.83 t/hm2，在其他肥料施用的基礎上，氮肥、磷肥、鉀肥分別使小麥增產(chǎn)1.77、1.31、0.90 t/hm2。肥料對河北省冬小麥產(chǎn)量的平均貢獻率為39.3%，其中氮肥、磷肥、鉀肥的平均貢獻率分別為25.7%、18.8%、13.1%;河北省冬小麥肥料偏生產(chǎn)力平均值為15.0 kg/kg，氮肥、磷肥、鉀肥偏生產(chǎn)力平均值分別為36.1、50.9、60.2 kg/kg;冬小麥肥料農(nóng)學效率平均值為 5.9 kg/kg，氮肥、磷肥、鉀肥農(nóng)學效率分別為9.2、9.5、7.7 kg/kg。河北省冬小麥肥料利用效率總體處于中等偏低水平，需要進一步推進土壤培肥、平衡施肥技術的應用，提高養(yǎng)分資源管理水平，實現(xiàn)小麥產(chǎn)量與養(yǎng)分效率的同步提升。

關鍵詞：冬小麥;肥料利用率;肥料效果;測土配方施肥;河北省

河北省是我國重要的冬小麥主產(chǎn)區(qū)，年播種面積超過240萬hm2，占全國總播種面積的9.7%[1]。施肥是提高小麥產(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)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計，在世界范圍內(nèi)，化肥對糧食作物產(chǎn)量的貢獻率均占到30%～50%[2]，全國化肥試驗網(wǎng)統(tǒng)計的20世紀80年代的研究結果也表明，化肥對我國糧食產(chǎn)量的貢獻率為40.8%[3]。隨著社會的發(fā)展，我國化肥投入量與20世紀80年代相比已經(jīng)有了明顯的增加[4]。與此同時，我國糧食增長率在2000—2003年間已下降到-4%[5]，化肥效率下降引起了國內(nèi)外廣泛關注。因此，明確當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化學肥料對產(chǎn)量的貢獻率、化肥利用率等對當前正在開展的化學肥料減施增效等具有十分重要的意義。

自2005年，國家在全國范圍內(nèi)開展測土配方施肥項目，以推動糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增收和生態(tài)環(huán)境保護。眾多學者對測土配方數(shù)據(jù)進行研究，獲得了許多成果，單燕等通過對陜西省測土配方施肥項目數(shù)據(jù)的分析，評價了陜西省玉米施肥效果[6]。王寅等通過對吉林省測土配方數(shù)據(jù)的總結，得出吉林省春玉米肥料貢獻率為34%，相比全國水平較高[7]。武金果利用河南省“3414”試驗數(shù)據(jù)分析了河南省小麥施肥狀況和肥料貢獻率[8]。劉芬等通過總結測土配方肥料試驗，研究了關中地區(qū)冬小麥施用氮肥、磷肥、鉀肥的增產(chǎn)效果以及肥料利用效率現(xiàn)狀[9]。張文婧等基于測土配方肥料試驗，對四川省主要作物的施肥現(xiàn)狀和養(yǎng)分效率進行了分析[10]。本研究通過整理河北省測土配方施肥項目，在河北省布置大量“3414”田間試驗，對河北省當前生產(chǎn)條件下的肥料增產(chǎn)效果、肥料利用率進行分析，以期明確河北省冬小麥施肥效果與肥料利用率的現(xiàn)狀，為河北省冬小麥科學施肥管理提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

本研究選取2005—2014年國家測土配方施肥項目在河北省小麥主產(chǎn)區(qū)布置的冬小麥“3414”田間試驗，共計2 794個。研究區(qū)域涵蓋河北省冬小麥主產(chǎn)區(qū)的邯鄲市、邢臺市、石家莊市、衡水市、滄州市、保定市、廊坊市、唐山市部分地區(qū)等，主要土壤類型包括褐土、潮土等，生態(tài)類型區(qū)包括濱海平原區(qū)、海河沖積平原區(qū)、山前平原區(qū)、太行山山地丘陵區(qū)、燕山山地丘陵區(qū)等。試驗區(qū)耕層土壤pH值為6.4～9.3，平均值為7.9±0.4;土壤有機質(zhì)含量為（2.3～41.6） g/kg，平均值為（15.6±4.8） g/kg;全氮含量為（0.21～2.56） g/kg，平均值為（0.9±0.3） g/kg;有效磷含量為（1.60～165.0） mg/kg，平均值為（22.5±15.5） mg/kg;速效鉀含量為（16～480） mg/kg，平均值為（114.4±43.1） mg/kg。供試小麥品種主要包括石新733、石新828、衡觀35、邯6172、濟麥22、京冬8號、良星99、石麥15等代表性品種。

本研究中所含試驗處理包括“3414”田間試驗中的處理1（N0P0K0，CK）、處理2（N0P2K2，-N）、處理4（N2P0K2，-P）、處理6（N2P2K2，NPK）、處理8（N2P2K0，-K）。其中，N2P2K2施肥量是由當?shù)剞r(nóng)業(yè)技術專家或農(nóng)技推廣人員根據(jù)目標產(chǎn)量水平、作物養(yǎng)分需求、田塊土壤肥力狀況以及當?shù)厥┓柿晳T等進行綜合確定，代表當?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36～375 kg/hm2之間，平均值為（201±37） kg/hm2;磷肥施用量在30～225 kg/hm2之間，平均值為（141±26） kg/hm2;鉀肥施用量在21～240 kg/hm2之間，平均值為（124±28） kg/hm2。所有缺素處理均不施用相應肥料，其余施肥量與NPK處理相同。試驗所用肥料為尿素（N，46%）、過磷酸鈣（P2O5，16%）、氯化鉀（K2O，60%）等。50%氮肥和全部磷鉀肥作為基肥在小麥播種前施入，50%氮肥在拔節(jié)期追肥施入，其他管理措施與當?shù)亓晳T一致。

1.2 樣品采集與分析

小麥播種前，各試驗點取0～20 cm土壤樣品測定基本化學性質(zhì)，其中有機質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀容量法;有效磷含量測定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀含量測定采用 1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法[12]。

小麥成熟后，對各試驗點所有小區(qū)去掉邊行后進行實打實收測產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

所有數(shù)據(jù)導入Excel 2010進行計算與數(shù)據(jù)分析，采用SPSS 17.5進行顯著性統(tǒng)計檢驗，采用Sigmaplot 10.0進行制圖。

2 結果與分析

2.1 施肥對河北省小麥產(chǎn)量的影響

由圖1可知，在不施肥條件下，河北省冬小麥平均產(chǎn)量為4.16 t/hm2（0.52～9.18 t/hm2），配方施肥顯著提高了小麥產(chǎn)量，NPK處理的冬小麥平均產(chǎn)量達到6.83 t/hm2（1.24～11.25 t/hm2），較對照不施肥處理平均增產(chǎn)2.67 t/hm2，增產(chǎn)幅度達到64.2%。在缺素處理中，-N處理的冬小麥平均產(chǎn)量為5.06 t/hm2（0.23～9.73 t/hm2），-P處理的冬小麥平均產(chǎn)量5.52 t/hm2（0.76～9.93 t/hm2），-K處理的小麥平均產(chǎn)量為5.93 t/hm2（1.18～10.58 t/hm2）。在保證施用另外2種元素肥料施用的前提下，施用氮肥、磷肥、鉀肥小麥平均增產(chǎn)1.77、1.31、0.90 t/hm2，氮肥的增產(chǎn)效應最為明顯，其次是磷肥，鉀肥增產(chǎn)效應最小。

分析河北省冬小麥施肥增產(chǎn)量和增產(chǎn)率分布情況（圖2）可知，河北省施用氮肥、磷肥、鉀肥分別有99.9%、99.6%、99.0% 的樣點表現(xiàn)出增產(chǎn)。所有增產(chǎn)樣點中，增產(chǎn)率超過5%的樣點比例分別為96.0%、91.7%、82.4%。

施氮后平均增產(chǎn)量為1.77 t/hm2，其中81.0%的試驗點增產(chǎn)量在0.5～3.0 t/hm2之間，甚至有11.5%的試驗點增產(chǎn)超過 3.0 t/hm2，只有7.6%的試驗點增產(chǎn)小于0.5 t/hm2。施氮小麥平均增產(chǎn)率為41.7%，增產(chǎn)率分布在5%～55%之間的樣點占 76.4%，有19.6%的試驗點增產(chǎn)率超過55%。

施磷后較對照平均增產(chǎn)1.30 t/hm2，其中76.5%的試驗點增產(chǎn)量在0.5～3.0 t/hm2之間，有6.1%的樣點增產(chǎn)超過 3.0 t/hm2，但是有17.5%的樣點增產(chǎn)量小于0.5 t/hm2。施磷平均增產(chǎn)率為27.7%，增產(chǎn)率在5%～55%之間的樣點占 81.7%，有8.3%的樣點施磷增產(chǎn)率小于5%，但是有10.0%的樣點施磷增產(chǎn)率超過55%。

施鉀較對照平均增產(chǎn)0.90 t/hm2，其中增產(chǎn)范圍在0.3～1.5 t/hm2之間的樣點占67.1%，有16.4%的樣點施鉀增產(chǎn)量超過1.5 t/hm2;施鉀增產(chǎn)率平均值為16.7%，主要分布在5%～35%之間，占樣點數(shù)的73.7%，8.7%的樣點增產(chǎn)率超過35%，而增產(chǎn)率小于5%的樣點占17.5%。

2.2 河北省冬小麥肥料利用率現(xiàn)狀

2.2.1 肥料農(nóng)學效率 從圖3可以看出，河北省冬小麥化肥（NPK）平均農(nóng)學效率為5.9 kg/kg（0～21.3 kg/kg），其中氮磷鉀肥農(nóng)學效率<5 kg/kg的樣點占42.3%，在5.0～10.0 kg/kg 之間的樣點占47.3%，>10.0 kg/kg的樣點僅占8.4%。冬小麥氮肥農(nóng)學效率平均值為9.2 kg/kg（0～63.8 kg/kg），氮肥農(nóng)學效率>15.0 kg/kg的試驗點占總試驗點的12.5%，氮肥農(nóng)學效率<7.5 kg/kg的試驗點數(shù)占總樣點數(shù)的43.9%。冬小麥磷肥農(nóng)學效率平均值為9.5 kg/kg（0～63.1 kg/kg），其中磷肥農(nóng)學效率>10.0 kg/kg的樣點占總試驗點數(shù)的36.6%，而低于5.0 kg/kg的樣點占28.3%，磷肥農(nóng)學效率在高、中、低水平上各約占1/3。小麥鉀肥農(nóng)學效率平均值為 7.7 kg/kg（0～56.1 kg/kg），其中鉀肥農(nóng)學效率低于10.0 kg/kg 的樣點占總樣點數(shù)的79.8%，表明河北省冬小麥鉀肥的農(nóng)學效率總體處于較低的水平。

2.2.2 肥料偏生產(chǎn)力 從圖4可以看出，河北省冬小麥化肥（NPK）偏生產(chǎn)力平均值為15.0 kg/kg（3.9～44.5 kg/kg），其中<12.5 kg/kg的樣點占總樣點數(shù)的19.6%，12.5～17.5 kg/kg 的樣點占64.9%，>17.5 kg/kg的樣點占15.4%。氮肥偏生產(chǎn)力平均值為36.1 kg/kg（0～210.9 kg/kg），氮肥偏生產(chǎn)力<30 kg/kg的試驗點占總試驗點的25.2%，在30～40 kg/kg之間的樣點占總樣點數(shù)的58.6%，而氮肥偏生產(chǎn)力>40 kg/kg的樣點占總樣點數(shù)的16.1%。磷肥偏生產(chǎn)力平均值為50.9 kg/kg（5.1～253.5 kg/kg），<40 kg/kg 的樣點占總樣點數(shù)的20.8%，磷肥偏生產(chǎn)力在40～60 kg/kg之間的樣點占總樣點的64.4%，而磷肥偏生產(chǎn)力>60 kg/kg的樣點占總樣點數(shù)14.8%。鉀肥偏生產(chǎn)力平均值為60.2 kg/kg（11.1～361.5 kg/kg），<40 kg/kg 的樣點占總樣本的7.7%，在40～60 kg/kg之間的樣點占總樣點的62.0%，>60 kg/kg的樣點占總樣點的30.3%。

2.3 河北省冬小麥肥料貢獻率現(xiàn)狀

從圖5可以看出，河北省冬小麥肥料（NPK）平均貢獻率為39.3%（0～90.3%），其中貢獻率<30%的樣點占28.7%，貢獻率在30%～50%之間的樣點占46.6%，貢獻率>50%的樣點占26.6%。河北省小麥氮肥平均貢獻率為25.7%（0～80.5%），其中<15%的樣點占 22.5%，在15%～35%之間的樣點占57.0%，>35%的樣點占 20.6%。磷肥平均貢獻率為18.8%（0～67.7%），其中<10%的樣點占26.1%，在10%～30%之間的樣點占57.6%，>30%的樣點占16.4%。鉀肥平均貢獻率為13.1%（0～60.3%），其中<10%的樣點占43.2%，在10%～20%之間的樣點占35.2%，>20%的樣點占16.4%。

2.4 河北省冬小麥肥料貢獻率與基礎產(chǎn)量的關系

從圖6可以看出，不施肥基礎產(chǎn)量是反映土壤基礎貢獻力的重要指標，缺素處理可以反映土壤對某一種元素的供應能力，本研究中缺素處理與相應養(yǎng)分貢獻率之間的關系均呈現(xiàn)極顯著的指數(shù)關系，其中不施氮處理的產(chǎn)量與氮肥貢獻率的決定系數(shù)最高（r2=0.503），其次是磷（r2=0.419），最后是鉀（r2=0.237）。另外從下降的斜率來看，也以氮肥的下降斜率最大，磷肥其次，鉀肥最小。表明河北省冬小麥生產(chǎn)中，氮肥對產(chǎn)量的影響最大，磷肥次之，鉀肥影響最小。在生產(chǎn)上要針對土壤基礎肥力狀況來確定作物相應的肥料施用量，并針對性地對農(nóng)田土壤進行培肥能夠減少對外源肥料的投入。

3 討論與結論

從產(chǎn)量水平來看，河北省冬小麥不施肥處理的產(chǎn)量僅為 4.16 t/hm2，與全國平均產(chǎn)量（5.36 t/hm2）相比明顯偏低，配方施肥處理的產(chǎn)量為6.83 t/hm2，這與全國平均施肥產(chǎn)量水平 （6.83 t/hm2） 非常接近[16]。表明河北省農(nóng)田基礎生產(chǎn)能力與全國平均水平相比有一定差距，施肥具有明顯的增產(chǎn)效果。盡管配方施肥平均產(chǎn)量達到了6.83 t/hm2，但與本研究中的最高產(chǎn)量（9.18 t/hm2）相比仍有較大的差距，因此河北省冬小麥生產(chǎn)中，進一步加強耕作栽培與測土施肥技術相結合對提高產(chǎn)量具有十分重要的意義。配方施肥處理較-N、-P、-K處理分別增產(chǎn)1.77、1.31、0.90 t/hm2，氮肥、磷肥、鉀肥的增產(chǎn)率分別為41.7%、27.7%、16.7%，表明氮肥對河北省冬小麥的增產(chǎn)效果最為明顯，其次是磷肥，鉀肥增產(chǎn)效應最小。

肥料在糧食作物增產(chǎn)中起到了重要的作用，全國化肥試驗網(wǎng)在20世紀80年代統(tǒng)計的化肥對糧食的貢獻率為 40.8%[3]，彭琳研究認為，我國化肥對小麥產(chǎn)量的貢獻率達57.3%[17]，王偉妮等研究發(fā)現(xiàn)，湖北省化肥對小麥產(chǎn)量的貢獻率為48.6%[18]，胡雨彤等利用長期定位試驗得到的旱地小麥化肥對產(chǎn)量的貢獻率為61.5%[19]，易玉林利用測土配方施肥數(shù)據(jù)得到河南省化肥對小麥產(chǎn)量的貢獻率為 34.4%[20]。本研究發(fā)現(xiàn)，化肥對河北省冬小麥產(chǎn)量的貢獻率平均值為39.3%，高于河南省分析結果，但與國內(nèi)上述其他研究比較明顯偏低?；蕦Ξa(chǎn)量的貢獻率與農(nóng)田土壤基礎肥力水平和小麥的施肥產(chǎn)量水平相關，較高的土壤肥力會導致外源肥料的貢獻力下降，但河北省小麥不施肥處理的產(chǎn)量與全國水平相比明顯偏低，因此河北省小麥施肥處理的產(chǎn)量較低是造成河北省小麥化肥貢獻率較低的主要原因。河北省小麥氮肥、磷肥、鉀肥貢獻率分別為25.7%、18.8%、13.1%，其中氮肥貢獻率與河南?。?2.4%～29.5%）[8]、湖北?。?9.6%）[18]的非常接近，而磷肥、鉀肥對產(chǎn)量的貢獻率略高于河南省的（14.4%、9.9%）[20]和全國小麥平均水平（14.2%、10.0%）[21]。

河北省冬小麥化肥偏生產(chǎn)力平均值為15.0 kg/kg，與全國小麥平均水平（15.7 kg/kg）十分接近[22]。河北省冬小麥氮肥、磷肥、鉀肥偏生產(chǎn)力平均值分別為36.1、50.9、60.2 kg/kg，明顯低于2001—2005年我國小麥平均水平（43.0、63.7、72.2 kg/kg）[23]，其中氮肥偏生產(chǎn)力與2005—2008年黃淮海的氮肥偏生產(chǎn)力平均水平（33.9 kg/kg）相比略高，而磷肥、鉀肥偏生產(chǎn)力則明顯低于2005—2008年黃淮海平均水平（62.5、85.5 kg/kg）[24]。河北省冬小麥氮肥、磷肥、鉀肥的農(nóng)學效率分別為9.2、9.5、7.5 kg/kg，高于2001—2005全國平均水平（8.0、7.3、5.3 kg/kg），其中氮肥農(nóng)學效率與于飛等報道的近10年全國小麥平均氮肥農(nóng)學效率（9.2 kg/kg）[16]一致，磷肥農(nóng)學效率明顯高于王旭等報道的黃淮海平均水平（4.2 kg/kg）[24]，略高于全國平均水平（8.8 kg/kg），而鉀肥農(nóng)學效率與全國平均水平 （7.2 kg/kg） 相比非常接近[21]?？傮w來看，河北省小麥氮磷鉀肥利用率與全國水平相比處于中等偏下水平，尤其表現(xiàn)在氮素管理方面差距較大。

冬小麥施肥對產(chǎn)量的貢獻率隨著土壤基礎生產(chǎn)能力的提高呈對數(shù)關系顯著下降，且以氮肥的下降趨勢最為明顯?？傮w來看，化肥對河北省小麥增產(chǎn)起著重要的作用，提高農(nóng)田基礎生產(chǎn)能力和冬小麥栽培管理水平、合理平衡施肥以提高養(yǎng)分效率是河北省小麥實現(xiàn)產(chǎn)量、效率同步提升的關鍵。

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