陜西省蘋果施肥狀況評價(jià)

王小英，同延安*，劉 芬，趙佐平，2

(1西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌712100;2陜西理工學(xué)院，陜西漢中723001)

陜西省地處中國大陸腹地，由北向南縱跨溫帶、暖溫帶和亞熱帶三個(gè)氣候帶，尤其是渭北黃土高原，海拔高，光照充足，晝夜溫差大，土層深厚，質(zhì)地疏松，富含鉀、鈣、鎂、鋅、硒等多種微量元素，是全國唯一符合7項(xiàng)氣象指標(biāo)，適宜蘋果生長的最佳優(yōu)生區(qū)，也是世界公認(rèn)的最大優(yōu)質(zhì)蘋果產(chǎn)區(qū)［1－3］，且以蘋果為主的果業(yè)是陜西六大支柱產(chǎn)業(yè)之一［4］，同時(shí)蘋果產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為陜西國民經(jīng)濟(jì)的富民產(chǎn)業(yè)［5］。近年來陜西省蘋果面積和產(chǎn)量均逐年增加，2009年面積和產(chǎn)量分別占全國的27.57%和25.42%［6］，目前面積60萬公頃以上，產(chǎn)量900萬噸，均居全國第一［7］。農(nóng)田施肥是保持土壤肥力和增加作物產(chǎn)量的重要環(huán)節(jié)之一［8－9］，因此，調(diào)查與研究全省蘋果施肥狀況對蘋果生產(chǎn)具有重要意義。有關(guān)陜西省上世紀(jì)末果農(nóng)施肥狀況及存在問題的研究已有報(bào)道［10－12］，然而進(jìn)入新世紀(jì)以來全省尺度上蘋果施肥狀況及評價(jià)的研究很少，只有石磊［13］對2002年情況進(jìn)行了簡單分析，但沒有涉及到具體施肥評價(jià)、施肥與產(chǎn)量等方面的研究。本文利用陜西省測土配方施肥項(xiàng)目縣2005～2009年的蘋果農(nóng)戶施肥調(diào)查數(shù)據(jù)，對全省蘋果施肥狀況進(jìn)行了分析和評價(jià)，尋求農(nóng)戶施肥中存在的問題，以便提出解決對策。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于2005～2009年陜西省21個(gè)測土配方施肥項(xiàng)目縣的蘋果施肥調(diào)查信息。各項(xiàng)目縣每年選取具有代表性的自然村，由農(nóng)技推廣人員隨機(jī)選取農(nóng)戶進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容主要包括作物品種、作物產(chǎn)量、肥料品種、施肥量、施肥時(shí)期等。本文果樹為8～15年的成齡盛果期樹，品種主要為紅富士，還有少量秦冠、嘎啦和紅星。最后剔除無效數(shù)據(jù)，即刪除產(chǎn)量為零、產(chǎn)量大于45 t/hm2以上，且不用任何肥料和產(chǎn)量大于60 t/hm2以上且不用化肥的數(shù)據(jù)，共得到有效調(diào)查戶數(shù)7141戶。全省根據(jù)氣候條件、種植制度等自北向南分為4個(gè)農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)，即陜北高原、渭北旱塬、關(guān)中灌區(qū)和陜南秦巴山區(qū)，而蘋果主要分布在前三個(gè)區(qū)域，具體調(diào)查地點(diǎn)分布及樣本數(shù)見表1。

表1 調(diào)查地點(diǎn)分布及樣本數(shù)Table 1 Distribution of the sites and number of samples investigated in the study

1.2 數(shù)據(jù)處理

化肥養(yǎng)分含量按產(chǎn)品標(biāo)注含量計(jì)算，有機(jī)肥養(yǎng)分含量按《中國有機(jī)肥料養(yǎng)分志》提供的標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算［14］。所有數(shù)據(jù)均用 Excel和 SAS統(tǒng)計(jì)軟件處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 陜西省蘋果肥料投入狀況

蘋果肥料投入狀況調(diào)查表明(表2)，全省化肥氮磷鉀投入量分別為558、358和208 kg/hm2。從陜北高原、渭北旱塬到關(guān)中灌區(qū)化肥氮磷鉀投入量呈遞增趨勢，其中氮肥(N)由490 kg/hm2增加到619 kg/hm2，增加了 26.33%;磷肥(P2O5)由 318 kg/hm2增加到447 kg/hm2，增加了40.57%;鉀肥(K2O)由 73 kg/hm2增加到 382 kg/hm2，增加了423.29%。

從陜北高原、渭北旱塬到關(guān)中灌區(qū)施用有機(jī)肥農(nóng)戶比例呈遞減趨勢，分別為99.96%、24.52%和20.37%，全省平均50.15%。全省有機(jī)肥提供的氮磷鉀分別為176、107和117 kg/hm2。且有機(jī)肥提供的氮磷鉀在各區(qū)域間差異明顯，渭北旱塬有機(jī)肥提供的氮磷鉀分別為307、162和219 kg/hm2，明顯高于其他兩個(gè)區(qū)域。由表3可知，全省有機(jī)肥提供氮磷鉀的比例是氮肥＜磷肥＜鉀肥，陜北高原和渭北旱塬的規(guī)律與全省一致，但關(guān)中灌區(qū)是磷肥＜鉀肥＜氮肥。整體上有機(jī)肥提供鉀肥比例較高，全省平均59.57%，尤其陜北高原高達(dá)67.48%。各區(qū)域有機(jī)肥提供的氮磷鉀占肥料總養(yǎng)分的比例在16%～33%之間。

表2 陜西省蘋果肥料投入量(kg/hm2)Table 2 The nutrient inputs in apple fields in Shaanxi province

表3 陜西省蘋果園有機(jī)肥提供養(yǎng)分比例(%)Table 3 The ratios of nutrients supplied by organic manure in apple orchards in Shaanxi province

2.2 陜西省蘋果施肥量與產(chǎn)量的關(guān)系

本研究用四元一次線性回歸方程擬合了化肥氮磷鉀和有機(jī)肥施用量與產(chǎn)量的關(guān)系?；貧w方程如下式，Y=a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4，其中，x1、x2、x3和 x4分別為化肥氮磷鉀和有機(jī)肥施用量(kg/hm2)，Y為產(chǎn)量(kg/hm2)。由此建立各區(qū)域蘋果化肥和有機(jī)肥施用與產(chǎn)量的四元一次線性回歸方程(表4)，從方程檢驗(yàn)系數(shù)F值來看，各個(gè)方程都通過了顯著性檢驗(yàn)(P＜0.01)，說明陜西省各區(qū)域蘋果化肥氮磷鉀和有機(jī)肥施用量整體上與產(chǎn)量都有顯著的相關(guān)性。

表4 陜西省蘋果化肥氮磷鉀和有機(jī)肥施用與產(chǎn)量的四元一次線性回歸方程Table 4 Fertilizer response functions in apple orchards in Shaanxi province

另外，由農(nóng)戶肥料投入與蘋果產(chǎn)量間的關(guān)系(圖1)可以看出，隨著化肥氮磷鉀和有機(jī)肥投入量的增加，產(chǎn)量均呈不同程度的先增后減趨勢，說明化肥和有機(jī)肥養(yǎng)分投入整體表現(xiàn)出報(bào)酬遞減趨勢。當(dāng)然，有些養(yǎng)分投入量在極高水平下，產(chǎn)量同樣很高，如化學(xué)磷肥在1400～1500 kg/hm2范圍內(nèi)，產(chǎn)量高達(dá)44.70 t/hm2，但只有1戶用量在該范圍內(nèi)，因此這些樣本數(shù)很少的平均產(chǎn)量不能代表整個(gè)區(qū)域的趨勢。

圖1 陜西省蘋果化肥和有機(jī)肥不同投入水平下的農(nóng)戶數(shù)和產(chǎn)量分布Fig．1 Distribution of households and the yields under different nutrients levels

2.3 陜西省蘋果施肥狀況評價(jià)

2.3.1 陜西省蘋果施肥量分級等級的確定 陜西蘋果種植區(qū)主要集中在渭北旱塬和關(guān)中灌區(qū)，而該區(qū)域有機(jī)肥施用量和比例均很小，另外有機(jī)肥只有一部分是速效的，另一部分只有經(jīng)過微生物分解后才能被作物吸收利用，而且有機(jī)肥中速效養(yǎng)分和遲效養(yǎng)分的比例很不確定，因此本研究在確定合理施肥量時(shí)只考慮化肥投入。養(yǎng)分投入分級的方法和原則是在已有試驗(yàn)研究和調(diào)查結(jié)果的基礎(chǔ)上制定標(biāo)準(zhǔn)值［10－12，15－16］，標(biāo)準(zhǔn)值上下浮動(dòng) 20% 范圍為“合理”，小于標(biāo)準(zhǔn)50%為“很低”，大于標(biāo)準(zhǔn)50%為“很高”，“合理”與“很低”之間為“偏低”，“合理”與“很高”之間為“偏高”。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，陜西省蘋果施肥量分級等級結(jié)果見表5。

表5 陜西省蘋果施肥量分級等級(kg/hm2)Table 5 The levels of fertilizer rates in apple orchards in Shaanxi province

2.3.2 陜西省蘋果施肥狀況評價(jià) 根據(jù)表5的化肥養(yǎng)分投入等級，對全省蘋果養(yǎng)分投入進(jìn)行總體評價(jià)(圖2)。由圖2可知，氮肥投入合理比例各區(qū)域均不足20%，過量比例陜北高原、渭北旱塬和關(guān)中灌區(qū)分別高達(dá)67%、74%和78%，全省平均72%，說明蘋果氮肥投入過量現(xiàn)象非常嚴(yán)重。陜北高原、渭北旱塬和關(guān)中灌區(qū)磷肥投入合理比例分別為12%、27%和15%，全省平均20%;過量和不足比例各區(qū)域都較高，其中過量比例分別為42%、52%和65%，全省平均50%，不足比例分別為46%、21%和20%，全省平均30%。說明合理引導(dǎo)農(nóng)戶施用磷肥也是今后全省蘋果施肥工作的重要內(nèi)容之一。鉀肥投入合理比例各區(qū)域均不足15%。不足比例陜北高原和渭北旱塬分別高達(dá)84%和48%，全省平均56%。而關(guān)中灌區(qū)不足比例只有15%，過量比例高達(dá)71%。這說明關(guān)中灌區(qū)應(yīng)減少鉀肥投入，而其他區(qū)域應(yīng)增加鉀肥投入。

圖2 陜西省蘋果氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)肥投入比例分布Fig．2 Distribution of N，P2O5and K2O input ratios at different levels in apple orchards in Shaanxi province

全省化肥氮磷鉀單位面積過量投入量減去合理施肥量的上限，乘以蘋果栽培面積［17］，然后再乘以過量投入比例，得到過量投入總量，同理得到投入不足總量(表6)。由表6可知，全省蘋果化學(xué)氮肥過量投入高達(dá)12.83萬噸，超過了陜西省寶雞氮肥廠年產(chǎn)量(10.06萬噸)，磷肥和鉀肥過量投入分別為5.13萬噸和3.99萬噸，同時(shí)投入不足分別為1.44萬噸和3.01萬噸。

如果化肥養(yǎng)分投入不足的農(nóng)戶將施肥量增加到合理水平，全省蘋果產(chǎn)量可增加88.53萬噸。尤其是磷肥和鉀肥的合理增加施用，產(chǎn)量將分別增加52.53萬噸和34.08萬噸(表7)。

表6 陜西省蘋果化肥氮磷鉀投入的過量和不足Table 6 The excessive and insufficient of chemical fertilizer NPK inputs in apple orchards in Shaanxi province

表7 陜西省蘋果化肥增產(chǎn)潛力分析Table 7 The yields under different chemical fertilizer amounts in apple orchards in Shaanxi province

3 討論

陜西省各區(qū)域蘋果養(yǎng)分投入差異明顯。氮肥投入過量比例在陜北高原、渭北旱塬和關(guān)中灌區(qū)分別高達(dá)67%、74%和78%，全省平均72%，數(shù)量達(dá)12.83萬噸。前人研究表明，上世紀(jì)末全省蘋果氮肥投入過量比例 50%［11］，數(shù)量 4.69 萬噸［12］，說明目前較上世紀(jì)末氮肥投入過量比例和數(shù)量均增加。氮肥投入嚴(yán)重過量不僅大量浪費(fèi)資源，同時(shí)對環(huán)境造成潛在威脅［18－19］。首先是造成土壤硝酸鹽大量積累，引起地下水污染。樊軍等［20］研究表明，與糧田相比，果園硝態(tài)氮累積嚴(yán)重，累積層在80—160 cm，最高含量達(dá)201.9 mg/kg。閆亞舟等［21］研究表明，黃土高原坡地蘋果園硝態(tài)氮累積深度大于2 m，在180—200 cm層最高累積量達(dá)249.61 kg/hm2。呂殿青等［22］研究指出，在0—2 m和0—4 m深層內(nèi)硝態(tài)氮累積量在8年以上蘋果園分別達(dá)1602 kg/hm2和3414 kg/hm2。其次還會(huì)增加溫室氣體排放。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)第四次評估報(bào)告指出全球農(nóng)業(yè)對溫室氣體排放總量的貢獻(xiàn)達(dá)13.5%，農(nóng)業(yè)中70%的溫室氣體來自于氮肥［23］。張衛(wèi)峰等研究指出每噸氮肥(N)從生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)绞┯眠^程共排放約11.85噸等當(dāng)量CO2(未發(fā)表)，由此計(jì)算陜西省蘋果僅過量投入的氮肥排放CO2量高達(dá)152.04萬噸。

磷肥投入過量和不足并存。過量比例陜北高原、渭北旱塬和關(guān)中灌區(qū)分別為42%、52%和65%，全省平均50%，比上世紀(jì)末增加了10%［11］。王圣瑞等［12］報(bào)道，上世紀(jì)末全省磷肥每年缺0.21萬噸，本研究表明磷肥施用不足需增加的投入量為1.44萬噸，且增產(chǎn)潛力很大，如果磷肥施用不足的農(nóng)戶將磷肥投入增加到合理水平，即220～340 kg/hm2，全省蘋果產(chǎn)量增加52.53萬噸。

陜北高原和渭北旱塬鉀肥投入不足比例分別高達(dá)84%和48%，全省平均56%，比上世紀(jì)末的67%有所減少［11］。而關(guān)中灌區(qū)鉀肥投入不足比例只有15%，過量比例高達(dá)71%。說明關(guān)中灌區(qū)鉀肥施用應(yīng)減少，且鉀肥價(jià)格較高，降低其用量必然會(huì)使經(jīng)濟(jì)效益增加。其他區(qū)域應(yīng)增加鉀肥施用，且增產(chǎn)潛力很大，如果鉀肥施用不足的農(nóng)戶將鉀肥投入增加到合理水平，即160～240 kg/hm2，全省蘋果產(chǎn)量將會(huì)增加34.08萬噸。

有機(jī)肥施用的農(nóng)戶比例從陜北高原、渭北旱塬到關(guān)中灌區(qū)呈遞減趨勢，分別為99.96%、24.52%和20.37%，全省平均50.15%。且有機(jī)肥實(shí)物量各區(qū)域分別為18.27±7.92、24.88±13.69和16.79±7.55 t/hm2，遠(yuǎn)低于應(yīng)施入優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥45 t/hm2的標(biāo)準(zhǔn)［24］。另外，蘋果作為多年生植物，要在一個(gè)位置固定生長，加上蘋果營養(yǎng)特性和選擇性吸收的特點(diǎn)，容易偏好吸收某幾種養(yǎng)分，長期下去很容易造成土壤養(yǎng)分不平衡，施用有機(jī)肥可以緩解這個(gè)矛盾［25］。張福鎖等［26］指出增施有機(jī)肥既是提高果園土壤緩沖性的重要措施之一，也是保證蘋果優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的重要手段。因此，陜西省各區(qū)域增施有機(jī)肥，培肥地力是蘋果高產(chǎn)的重要措施之一。

4 結(jié)論

陜西省蘋果化學(xué)氮肥投入過量比例為72%，數(shù)量達(dá)12.83萬噸;磷肥投入過量比例為50%，不足比例為20%;鉀肥投入不足比例為56%，而關(guān)中灌區(qū)過量比例高達(dá)71%;僅50.15%農(nóng)戶施用有機(jī)肥。說明今后指導(dǎo)陜西省果農(nóng)施肥的重點(diǎn)是增加有機(jī)肥投入，大幅度降低氮肥投入和合理施用磷肥。另外，在陜北高原和渭北旱塬要注重增施鉀肥。另外，如果施肥不足的農(nóng)戶將肥料投入增加到合理水平，全省蘋果產(chǎn)量將增加約88.5萬噸。

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