陜西省主要農(nóng)作物測土施肥效益分析

劉　芬，李獻(xiàn)軍，王小英，趙佐平，同延安

(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.農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(xué)院化工學(xué)院， 陜西 漢中 723001)

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陜西省主要農(nóng)作物測土施肥效益分析

劉芬1,2，李獻(xiàn)軍3，王小英1,2，趙佐平4，同延安1,2

(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.農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(xué)院化工學(xué)院， 陜西 漢中 723001)

摘要：為了解陜西省主要農(nóng)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(jì)2256個(gè)三區(qū)試驗(yàn)(農(nóng)民習(xí)慣施肥、推薦施肥和無肥處理)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理和分析。與農(nóng)民習(xí)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(chǎn)653、908、703、341 kg·hm(-2)和3 232 kg·hm(-2)，增產(chǎn)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(xiàn)率分別提高了8.1、8.2、5.2、7.1和8.3個(gè)百分點(diǎn)；農(nóng)學(xué)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(chǎn)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(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收、肥料高效利用的重要技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：測土配方施肥；產(chǎn)量；經(jīng)濟(jì)效益；肥料貢獻(xiàn)率；農(nóng)學(xué)效率

在我國，長期以來農(nóng)民都是憑經(jīng)驗(yàn)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(chǎn)量無法實(shí)現(xiàn)最大化，不僅造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，還對環(huán)境以及食品安全等方面產(chǎn)生一系列的負(fù)面影響[1-6]。同延安等[7]在1997—2000年對陜西省1500多位農(nóng)戶肥料施用情況的調(diào)查表明，陜西省主要農(nóng)作物氮肥過量施用情況嚴(yán)重，全省每年化肥氮損失量高達(dá)12.2萬t。王小英等[8-11]對陜西省測土配方施肥項(xiàng)目縣2005—2009年農(nóng)戶施肥調(diào)查數(shù)據(jù)的匯總分析指出，陜西省農(nóng)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(yán)重不足的問題。因此，依據(jù)作物養(yǎng)分需求特點(diǎn)，合理施用氮、磷、鉀肥已成為作物增產(chǎn)、肥料高效利用的關(guān)鍵。自20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)一直沒有進(jìn)行大規(guī)模肥效試驗(yàn)，而單個(gè)或少數(shù)幾個(gè)試驗(yàn)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(yàn)才能全面地從區(qū)域角度評價(jià)不同作物肥料效應(yīng)。2005年開始的國家測土配方施肥項(xiàng)目，從田間肥效試驗(yàn)和農(nóng)戶施肥調(diào)查等多個(gè)角度，對當(dāng)前各區(qū)域的化肥肥效進(jìn)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(xiàng)目2 256個(gè)三區(qū)(即農(nóng)民習(xí)慣施肥、推薦施肥和無肥處理)示范試驗(yàn)，從區(qū)域角度分析當(dāng)前條件下測土配方施肥措施對不同作物的增產(chǎn)、增收效果以及環(huán)境效益，為農(nóng)民合理施肥提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

陜西省地處我國內(nèi)陸腹地，東經(jīng)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(nèi)氣候差異很大，自北向南跨越溫帶、暖溫帶和亞熱帶三個(gè)氣候帶及半干旱、半濕潤和濕潤三個(gè)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(shí)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(nèi)地勢復(fù)雜，其總特點(diǎn)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(guān)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(nóng)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(guān)中平原北部。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)三個(gè)處理：農(nóng)民習(xí)慣施肥、推薦施肥和無肥處理。其中推薦施肥區(qū)、農(nóng)民習(xí)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(zāi)害、人為管理等影響因素導(dǎo)致的無效試驗(yàn)后，2007—2011年陜西省針對主要農(nóng)作物共完成有效試驗(yàn)2 256個(gè)，其中小麥、玉米、水稻、油菜和蘋果分別為812、957、181、145和161個(gè)，涉及75個(gè)縣(市、區(qū))。

1.3試驗(yàn)方法

農(nóng)民習(xí)慣施肥處理完全按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣進(jìn)行施肥管理；推薦施肥處理只是按照試驗(yàn)要求改變施肥數(shù)量和方式，對照處理則不施任何化學(xué)肥料，其它管理與農(nóng)民習(xí)慣處理相同。農(nóng)作物供試品種均為當(dāng)?shù)刂髟云贩N，小麥主要供試品種為小偃22、西農(nóng)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(yàn)區(qū)周圍設(shè)1m寬以上的保護(hù)行，其它的栽培管理措施與大田生產(chǎn)一致。收獲時(shí)去除邊行，按小區(qū)單收單打，并計(jì)產(chǎn)。

1.4土樣采集和測定

每個(gè)田間試驗(yàn)實(shí)施前，在試驗(yàn)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(gè)點(diǎn)，充分混勻制成混合樣，然后帶回實(shí)驗(yàn)室置于陰涼通風(fēng)處風(fēng)干。待土樣完全風(fēng)干后，利用四分法棄去多余土樣，剩余土樣全部磨細(xì)后過1 mm篩，將過篩的土樣分別裝袋、標(biāo)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(jī)質(zhì)為油浴加熱-重鉻酸鉀容量法，堿解氮為堿解擴(kuò)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(biāo)計(jì)算方法(以推薦施肥處理為例)：

農(nóng)學(xué)效率(kg·kg-1)=(推薦施肥區(qū)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量-無肥區(qū)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量) /推薦施肥區(qū)施肥量；

肥料貢獻(xiàn)率(%)=(推薦施肥區(qū)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量-無肥區(qū)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量) /推薦施肥區(qū)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量×100；

采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2結(jié)果與分析

2.1主要農(nóng)作物推薦施肥增產(chǎn)效果評估

施肥是作物增產(chǎn)的重要措施。由表2可以看出，與不施肥相比，施肥處理(農(nóng)民習(xí)慣施肥和推薦施肥)小麥、玉米、水稻、油菜和蘋果均顯著增產(chǎn)，且推薦施肥產(chǎn)量均高于農(nóng)民習(xí)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(yàn)點(diǎn)作物產(chǎn)量變幅較大，施肥增產(chǎn)效果差異也較大。與農(nóng)民習(xí)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(chǎn)653、908、703、341 kg·hm-2和3 232 kg·hm-2，增產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)差Note: Means±SD

表2　主要農(nóng)作物推薦施肥增產(chǎn)效果

2.2不同作物推薦施肥經(jīng)濟(jì)效益評估

經(jīng)濟(jì)效益的高低是決定一項(xiàng)技術(shù)是否能夠在生產(chǎn)中進(jìn)行大面積推廣的關(guān)鍵。由表3可以看出，與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比，陜西省主要農(nóng)作物推薦施肥量均表現(xiàn)為減氮、增鉀的特點(diǎn)。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(nóng)民習(xí)慣施肥處理。

表3　主要農(nóng)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(jià)格分別以2007—2011年該區(qū)域均價(jià)1.8、1.8、1.5、3.8、5.0、4.0、4.5、5.0 yuan·kg-1計(jì)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(nóng)民習(xí)慣施肥和推薦施肥處理農(nóng)藥、勞動力和機(jī)械動力等其它農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的投入均一致，在此前提下對推薦施肥的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評估。由于鉀肥價(jià)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(dǎo)致推薦施肥肥料成本高于農(nóng)民習(xí)慣施肥。作物產(chǎn)量的增加成為推薦施肥經(jīng)濟(jì)收益高于農(nóng)民習(xí)慣施肥的主要原因。較農(nóng)民習(xí)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(jīng)濟(jì)效益最高。

2.3不同作物肥料貢獻(xiàn)率和農(nóng)學(xué)利用效率分析

肥料貢獻(xiàn)率即肥料對作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)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(xiàn)率分別為35.3%、33.2%、37.3%、53.3%和26.9%，較農(nóng)民習(xí)慣施肥分別提高了8.1、8.2、5.2、7.1和8.3個(gè)百分點(diǎn)。

表4　主要農(nóng)作物肥料貢獻(xiàn)率和農(nóng)學(xué)效率

農(nóng)學(xué)效率是作物施肥后增加的產(chǎn)量與施肥量的比值，它反映了單位施肥量增加作物產(chǎn)量的能力，是國際上表征農(nóng)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(nóng)學(xué)效率分別為6.0、7.1、10.8、4.9 kg·kg-1和9.0 kg·kg-1，較農(nóng)民習(xí)慣施肥每kg肥料增產(chǎn)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(chǎn)、增收潛力

平衡施用氮、磷、鉀肥既能滿足農(nóng)作物對營養(yǎng)元素的需求，提高作物產(chǎn)量，增加農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入，同時(shí)又能提高肥料利用效率，避免肥料浪費(fèi)，降低環(huán)境污染。根據(jù)本研究結(jié)果，若測土配方施肥技術(shù)在陜西省內(nèi)全面推廣，全省小麥、玉米、水稻、油菜和蘋果可分別增產(chǎn)74.2、106.9、8.5、6.9萬t和201.4萬t，相當(dāng)于目前全省總產(chǎn)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(dāng)前生產(chǎn)總值[15]的1.6%。

3討論

在推薦施肥方面，多年來國內(nèi)外學(xué)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(biāo)產(chǎn)量法、肥料效應(yīng)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(yàn)的基礎(chǔ)上確定的，通過對測土配方施肥項(xiàng)目“3414”試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，以缺素區(qū)相對產(chǎn)量劃分土壤養(yǎng)

表5　陜西省主要農(nóng)作物推薦施肥增產(chǎn)、增收潛力分析

分豐缺指標(biāo)，并利用肥料效應(yīng)模型對各試驗(yàn)點(diǎn)施肥量與產(chǎn)量關(guān)系進(jìn)行模擬，確定各試驗(yàn)點(diǎn)最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量施肥量，最終建立各區(qū)域主要農(nóng)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(nóng)業(yè)增產(chǎn)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(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的普遍問題[18]。自20世紀(jì)80年代以來，我國農(nóng)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(jìn)口，鉀肥價(jià)格相對較高，農(nóng)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(dǎo)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(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥相比，本研究主要農(nóng)作物推薦施肥量均表現(xiàn)為減氮、增鉀的特點(diǎn)。Zhang等[24]研究指出每噸氮肥(N)從生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)绞┯眠^程共排放約13.5 t等當(dāng)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(chǎn)量，增加了農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收益，同時(shí)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(chǎn)2 076、2 706、3 430 kg·hm-2和1 411 kg·hm-2，增產(chǎn)率分別為64.2%、59.3%、67.7%和126.5%。與20世紀(jì)80年代全國化肥試驗(yàn)網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表6)相比，當(dāng)前生產(chǎn)條件下，施肥增產(chǎn)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(chǎn)量的貢獻(xiàn)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(xiàn)率分別提高了1.6、8.3和14.1個(gè)百分點(diǎn)。由此可見，與過去相比，當(dāng)前生產(chǎn)條件下的高產(chǎn)作物品種對肥料的依賴程度更強(qiáng)，化肥在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)表現(xiàn)的更加重要。

表6　20世紀(jì)80年代不同作物氮、磷、鉀肥適宜用量及增產(chǎn)效果[25]

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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(xiàn)標(biāo)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(dǎo)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(xiàng)目：公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201103003);國際植物營養(yǎng)研究所(IPNI)合作項(xiàng)目;高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)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