劉　芬，李獻軍，王小英，趙佐平，同延安

(1.西北農林科技大學資源環(huán)境學院， 陜西 楊凌 712100； 2.農業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農業(yè)環(huán)境重點實驗室， 陜西 楊凌 712100；

3.楊陵區(qū)氣象局， 陜西 楊凌 712100； 4.陜西理工學院化工學院， 陜西 漢中 723001)

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陜西省主要農作物測土施肥效益分析

劉芬1,2，李獻軍3，王小英1,2，趙佐平4，同延安1,2

(1.西北農林科技大學資源環(huán)境學院， 陜西 楊凌 712100； 2.農業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農業(yè)環(huán)境重點實驗室， 陜西 楊凌 712100；

3.楊陵區(qū)氣象局， 陜西 楊凌 712100； 4.陜西理工學院化工學院， 陜西 漢中 723001)

摘要：為了解陜西省主要農作物測土配方施肥效果，對陜西省2007-2011年小麥、玉米、水稻、油菜和蘋果共計2256個三區(qū)試驗(農民習慣施肥、推薦施肥和無肥處理)數(shù)據(jù)進行了整理和分析。與農民習慣施肥相比，小麥、玉米、水稻、油菜和蘋果推薦施肥分別平均增產653、908、703、341 kg·hm(-2)和3 232 kg·hm(-2)，增產率分別為13.2%、13.2%、8.7%、15.7%和12.2%；分別節(jié)本增收1 063、1 233、757、1 086 元·hm(-2)和15 841 元·hm(-2)；肥料貢獻率分別提高了8.1、8.2、5.2、7.1和8.3個百分點；農學效率每千克分別提高了1.5、1.1、0.5、0.6 kg和2.8 kg。通過合理施肥全省小麥、玉米、水稻、油菜和蘋果可分別增產74.2、106.9、8.5、6.9 萬t和201.4萬t，共增收128.4億元。平衡施用氮磷鉀肥是實現(xiàn)農業(yè)增產、農民增收、肥料高效利用的重要技術措施。

關鍵詞：測土配方施肥；產量；經濟效益；肥料貢獻率；農學效率

在我國，長期以來農民都是憑經驗施肥，肥料用量及氮、磷、鉀施用比例不合適，肥料利用效率低，作物產量無法實現(xiàn)最大化，不僅造成了嚴重的資源浪費，還對環(huán)境以及食品安全等方面產生一系列的負面影響[1-6]。同延安等[7]在1997—2000年對陜西省1500多位農戶肥料施用情況的調查表明，陜西省主要農作物氮肥過量施用情況嚴重，全省每年化肥氮損失量高達12.2萬t。王小英等[8-11]對陜西省測土配方施肥項目縣2005—2009年農戶施肥調查數(shù)據(jù)的匯總分析指出，陜西省農戶施肥中存在氮肥投入過量、磷肥投入過量和不足并存、鉀肥投入嚴重不足的問題。因此，依據(jù)作物養(yǎng)分需求特點，合理施用氮、磷、鉀肥已成為作物增產、肥料高效利用的關鍵。自20世紀80年代以來，國內一直沒有進行大規(guī)模肥效試驗，而單個或少數(shù)幾個試驗所能反映的信息有限，不同生態(tài)條件及土壤肥力水平的大樣本田間試驗才能全面地從區(qū)域角度評價不同作物肥料效應。2005年開始的國家測土配方施肥項目，從田間肥效試驗和農戶施肥調查等多個角度，對當前各區(qū)域的化肥肥效進行了系統(tǒng)的研究。本研究試圖利用2007—2011年陜西省測土配方施肥項目2 256個三區(qū)(即農民習慣施肥、推薦施肥和無肥處理)示范試驗，從區(qū)域角度分析當前條件下測土配方施肥措施對不同作物的增產、增收效果以及環(huán)境效益，為農民合理施肥提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

陜西省地處我國內陸腹地，東經105°15′～111°15′，北緯31°42′～39°35′之間。地域南北狹長，南北長約870 km，東西寬約360 km，面積20.56萬km2，占全國土地面積的2.1%。境內氣候差異很大，自北向南跨越溫帶、暖溫帶和亞熱帶三個氣候帶及半干旱、半濕潤和濕潤三個水分區(qū)。全省平均氣溫8℃～16℃，自北向南漸高；年降水量275～1 274 mm，自北向南漸多；年日照時數(shù)1 270～2 829 h，自北向南漸多；無霜期140～316 d，自北向南漸長。境內地勢復雜，其總特點是南北高，中部低，由西向東傾斜。北山和秦嶺把全省自北向南分為三大自然區(qū)域，即北部陜北黃土高原區(qū)，中部關中平原區(qū)，南部陜南秦巴山地區(qū)[12]。主要土壤類型自北向南依次為灰鈣土、栗鈣土、黑壚土、褐土、黃褐土和黃棕壤[13]。農業(yè)種植制度由北向南逐漸由一年一熟過渡到一年兩熟。除陜北北部不種植小麥外，其它地區(qū)小麥、玉米均有分布；水稻和油菜主要分布于陜南秦巴山區(qū)；蘋果主要分布于陜北和關中平原北部。

1.2試驗設計

試驗設三個處理：農民習慣施肥、推薦施肥和無肥處理。其中推薦施肥區(qū)、農民習慣施肥區(qū)面積不少于200 m2，無肥處理區(qū)不少于30 m2。剔除由于自然災害、人為管理等影響因素導致的無效試驗后，2007—2011年陜西省針對主要農作物共完成有效試驗2 256個，其中小麥、玉米、水稻、油菜和蘋果分別為812、957、181、145和161個，涉及75個縣(市、區(qū))。

1.3試驗方法

農民習慣施肥處理完全按照當?shù)剞r民習慣進行施肥管理；推薦施肥處理只是按照試驗要求改變施肥數(shù)量和方式，對照處理則不施任何化學肥料，其它管理與農民習慣處理相同。農作物供試品種均為當?shù)刂髟云贩N，小麥主要供試品種為小偃22、西農979、長旱58、晉麥47；玉米為鄭單958、浚單20、豫玉22號、潞玉13號；水稻為宜香2292、中優(yōu)7號；油菜為秦油7號、中雙8號、中油6303；蘋果為紅富士。試驗區(qū)周圍設1m寬以上的保護行，其它的栽培管理措施與大田生產一致。收獲時去除邊行，按小區(qū)單收單打，并計產。

1.4土樣采集和測定

每個田間試驗實施前，在試驗小區(qū)用土鉆采集耕層(小麥、玉米、水稻和油菜為0～20 cm，蘋果為0～40 cm)土樣，各小區(qū)沿“S”型路線采集6—8個點，充分混勻制成混合樣，然后帶回實驗室置于陰涼通風處風干。待土樣完全風干后，利用四分法棄去多余土樣，剩余土樣全部磨細后過1 mm篩，將過篩的土樣分別裝袋、標記，以供測試所用。采用常規(guī)方法[14]測定土壤主要理化性狀，其中pH為電位法，有機質為油浴加熱-重鉻酸鉀容量法，堿解氮為堿解擴散法，有效磷為0.5 mol·L-1碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法，速效鉀為1 mol·L-1乙酸銨提取-火焰光度法。供試土壤主要理化性狀見表1。

1.5數(shù)據(jù)整理與分析

各指標計算方法(以推薦施肥處理為例)：

農學效率(kg·kg-1)=(推薦施肥區(qū)經濟產量-無肥區(qū)經濟產量) /推薦施肥區(qū)施肥量；

肥料貢獻率(%)=(推薦施肥區(qū)經濟產量-無肥區(qū)經濟產量) /推薦施肥區(qū)經濟產量×100；

采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2結果與分析

2.1主要農作物推薦施肥增產效果評估

施肥是作物增產的重要措施。由表2可以看出，與不施肥相比，施肥處理(農民習慣施肥和推薦施肥)小麥、玉米、水稻、油菜和蘋果均顯著增產，且推薦施肥產量均高于農民習慣施肥，但由于氣候條件、土壤肥力以及作物品種等因素的影響，不同試驗點作物產量變幅較大，施肥增產效果差異也較大。與農民習慣施肥相比，小麥、玉米、水稻、油菜和蘋果推薦施肥分別平均增產653、908、703、341 kg·hm-2和3 232 kg·hm-2，增產率分別為13.2%、13.2%、8.7%、15.7%和12.2%，以油菜增幅最大。

表1　供試土壤基本理化性狀

注：平均值±標準差Note: Means±SD

表2　主要農作物推薦施肥增產效果

2.2不同作物推薦施肥經濟效益評估

經濟效益的高低是決定一項技術是否能夠在生產中進行大面積推廣的關鍵。由表3可以看出，與農民習慣施肥相比，陜西省主要農作物推薦施肥量均表現(xiàn)為減氮、增鉀的特點。磷肥用量規(guī)律不一致，小麥、玉米和蘋果有所降低，而水稻和油菜磷肥用量則有所增加。肥料總用量(N+P2O5+K2O)均表現(xiàn)為推薦施肥處理高于農民習慣施肥處理。

表3　主要農作物推薦施肥增收效果

注：小麥、玉米、水稻、油菜、蘋果以及氮(N)、磷(P2O5)、鉀肥(K2O)價格分別以2007—2011年該區(qū)域均價1.8、1.8、1.5、3.8、5.0、4.0、4.5、5.0 yuan·kg-1計算。

Note: The price of wheat, maize, rice, rapeseed, apple, N, P2O5and K2O were 1.8, 1.8, 1.5, 3.8, 5.0, 4.0, 4.5 yuan·kg-1and 5.0 yuan·kg-1, respectively.

假定除肥料外，農民習慣施肥和推薦施肥處理農藥、勞動力和機械動力等其它農業(yè)生產要素的投入均一致，在此前提下對推薦施肥的經濟效益進行評估。由于鉀肥價格高于氮、磷肥，且推薦施肥鉀肥及肥料總用量均較高，從而導致推薦施肥肥料成本高于農民習慣施肥。作物產量的增加成為推薦施肥經濟收益高于農民習慣施肥的主要原因。較農民習慣施肥，推薦施肥可使小麥、玉米、水稻、油菜和蘋果分別節(jié)本增收1 063、1 233、757、1 086 yuan·hm-2和15 841 yuan·hm-2，以蘋果經濟效益最高。

2.3不同作物肥料貢獻率和農學利用效率分析

肥料貢獻率即肥料對作物產量的貢獻率，反映了作物對肥料的依賴程度。由表4可以看出，不同作物對肥料的依賴程度不同，表現(xiàn)為油菜>水稻>小麥>玉米>蘋果。本研究小麥、玉米、水稻、油菜和蘋果推薦施肥處理肥料貢獻率分別為35.3%、33.2%、37.3%、53.3%和26.9%，較農民習慣施肥分別提高了8.1、8.2、5.2、7.1和8.3個百分點。

表4　主要農作物肥料貢獻率和農學效率

農學效率是作物施肥后增加的產量與施肥量的比值，它反映了單位施肥量增加作物產量的能力，是國際上表征農田肥料利用效率的常用參數(shù)[1]。本研究小麥、玉米、水稻、油菜和蘋果推薦施肥處理肥料農學效率分別為6.0、7.1、10.8、4.9 kg·kg-1和9.0 kg·kg-1，較農民習慣施肥每kg肥料增產量分別提高了1.5、1.1、0.5、0.6 kg和2.8 kg。不同作物肥料利用效率不同，表現(xiàn)為水稻>蘋果>玉米>小麥>油菜。

2.4陜西省推薦施肥增產、增收潛力

平衡施用氮、磷、鉀肥既能滿足農作物對營養(yǎng)元素的需求，提高作物產量，增加農民經濟收入，同時又能提高肥料利用效率，避免肥料浪費，降低環(huán)境污染。根據(jù)本研究結果，若測土配方施肥技術在陜西省內全面推廣，全省小麥、玉米、水稻、油菜和蘋果可分別增產74.2、106.9、8.5、6.9萬t和201.4萬t，相當于目前全省總產量[15]的18.1%、19.4%、10.1%、18.1%和22.3%；分別增收12.1、14.5、0.9、2.2億元和98.7億元，總值約為全省當前生產總值[15]的1.6%。

3討論

在推薦施肥方面，多年來國內外學者開展了大量研究，發(fā)展了一些較為成熟的方法，如地力分級法、目標產量法、肥料效應函數(shù)法等等[16]。本研究各區(qū)域不同作物推薦施肥量是在大量田間試驗的基礎上確定的，通過對測土配方施肥項目“3414”試驗數(shù)據(jù)進行整理、分析，以缺素區(qū)相對產量劃分土壤養(yǎng)

表5　陜西省主要農作物推薦施肥增產、增收潛力分析

分豐缺指標，并利用肥料效應模型對各試驗點施肥量與產量關系進行模擬，確定各試驗點最佳經濟產量施肥量，最終建立各區(qū)域主要農作物基于土壤堿解氮、有效磷和速效鉀測定值的氮、磷、鉀推薦施肥模型，確定不同肥力水平下的推薦施肥量[17]。氮肥在農業(yè)增產中作用巨大，但隨著氮肥的長期大量施用，過量施氮已成為當前農業(yè)生產中存在的普遍問題[18]。自20世紀80年代以來，我國農田生態(tài)系統(tǒng)氮素養(yǎng)分投入量以3.2%的年增長率持續(xù)增長，氮素平衡呈現(xiàn)出持續(xù)盈余的態(tài)勢，并逐年上升[19]。在我國由于鉀鹽資源有限，長期依賴進口，鉀肥價格相對較高，農民基本上不施用鉀肥[20-21]，但是每年作物收獲帶走大量鉀素，土壤鉀庫長期處在被耗用狀態(tài)，從而導致部分地區(qū)出現(xiàn)鉀素虧損，鉀肥肥效也日漸顯現(xiàn)[22-23]。與當?shù)剞r民習慣施肥相比，本研究主要農作物推薦施肥量均表現(xiàn)為減氮、增鉀的特點。Zhang等[24]研究指出每噸氮肥(N)從生產、運輸?shù)绞┯眠^程共排放約13.5 t等當量CO2，本研究采取的減氮措施不僅提高了氮肥利用效率，還降低了溫室氣體排放，具有顯著的環(huán)境效益。由此可見，該區(qū)域減氮增鉀的平衡施肥措施不但提高了作物產量，增加了農民經濟收益，同時減輕過量施氮造成的環(huán)境壓力。

與不施肥相比，本研究平衡施用氮、磷、鉀肥(N+P2O5+K2O)全省小麥、玉米、水稻和油菜平均分別增產2 076、2 706、3 430 kg·hm-2和1 411 kg·hm-2，增產率分別為64.2%、59.3%、67.7%和126.5%。與20世紀80年代全國化肥試驗網的統(tǒng)計結果(表6)相比，當前生產條件下，施肥增產效果更加顯著；另外，本研究推薦施肥條件下，肥料對小麥、玉米、水稻和油菜產量的貢獻率分別為35.3%、33.2%、37.3%和53.3%，與30年前相比(表6)，除小麥略有降低外，玉米、水稻和油菜肥料貢獻率分別提高了1.6、8.3和14.1個百分點。由此可見，與過去相比，當前生產條件下的高產作物品種對肥料的依賴程度更強，化肥在農業(yè)增產表現(xiàn)的更加重要。

表6　20世紀80年代不同作物氮、磷、鉀肥適宜用量及增產效果[25]

參 考 文 獻：

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Benefit analysis of formulated fertilization on main crops in Shaanxi province

LIU Fen1,2, LI Xian-jun3, WANG Xiao-ying1,2, ZHAO Zuo-ping4, TONG Yan-an1,2

(1.CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China;2.KeyLaboratoryofPlantNutritionandtheAgri-environmentinNorthwestChina,MOA,Yangling,Shaanxi712100,China;3.YanglingDistrictMeteorologicalBureau,Yangling,Shaanxi712100,China;4.CollegeofChemistry,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong,Shaanxi723001,China)

Abstract：To investigate the effect of formulated fertilization on yield, economic profit, fertilizer contribution rate (FCR) and agronomy efficiency (AE) of different crops at present conditions, field experiments on wheat, maize, rice, rapeseed and apple were conducted at 2256 sites in Shaanxi province from 2007 to 2011. The results indicated that compared with farmers' practice, the yields of wheat, maize, rice, rapeseed and apple were improved by about 653, 908, 703, 341 kg·hm(-2) and 3232 kg·hm(-2) by formulated fertilization, and the yield increase rates were 13.2%, 13.2%, 8.7%, 15.7% and 12.2%, respectively. The average economic profits were increased by about 1 063, 1 233, 757, 1 086 yuan·hm(-2) and 15 841 yuan·hm(-2), respectively. The FCRs to wheat, maize, rice, rapeseed and apple by formulated fertilization were 8.1, 8.2, 5.2, 7.1 and 8.3 percentage higher, and AEs were also 1.5, 1.1, 0.5, 0.6 kg·kg(-1) and 2.8 kg·kg(-1) higher than those by farmers' practice, respectively. The yields of wheat, maize, rice, rapeseed and apple became increased by 742, 1 069, 85, 69 and 2 014 thousand tons, respectively, through formulated fertilization, and the economic profit was totally improved by about 12.8 billion yuan in Shaanxi province. In conclusion, formulated fertilization was one of the important measures to increase agricultural production, and to improve farmers' income and fertilizer use efficiency.

Keywords:formulated fertilization; yield; economic profit; fertilizer contribution rate; agronomy efficiency

中圖分類號：S147.5

文獻標志碼：A

作者簡介：劉芬(1985—)，女，山東德州人，博士研究生，主要從事植物營養(yǎng)與施肥研究。E-mail: liufen@nwsuaf.edu.cn。通信作者：同延安(1956—)，男，陜西華縣人，教授，博士生導師，主要從事植物營養(yǎng)、施肥與環(huán)境研究。E-mail: tongyanan@nwsuaf.edu.cn。

基金項目：公益性行業(yè)(農業(yè))科研專項(201103003);國際植物營養(yǎng)研究所(IPNI)合作項目;高等學校學科創(chuàng)新引智計劃(No.B12007)

收稿日期：2015-01-12

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.22

文章編號：1000-7601(2016)02-0136-05