不同地力水平下的小麥?zhǔn)┓市?yīng)

徐霞，趙亞南，黃玉芳，閆軍營(yíng)，葉優(yōu)良

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不同地力水平下的小麥?zhǔn)┓市?yīng)

徐霞1，趙亞南1，黃玉芳1，閆軍營(yíng)2，葉優(yōu)良1

（1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450002；2河南省土壤肥料站，鄭州 450002）

【目的】整理2005—2013年在河南省布置的1 247個(gè)小麥的“3414”田間試驗(yàn)，分析不同地力水平下小麥?zhǔn)┓屎蟮脑霎a(chǎn)效果、經(jīng)濟(jì)效益及氮、磷、鉀肥利用效率，明確不同地力水平下河南省小麥?zhǔn)┓市?yīng)，為科學(xué)施肥提供理論依據(jù)?！痉椒ā窟x取不施肥處理（N0P0K0）、-N處理（N0P2K2）、-P處理（N2P0K2）、-K處理（N2P2K0）和NPK處理（N2P2K2），根據(jù)不施肥處理的產(chǎn)量將土壤基礎(chǔ)地力劃分為＜3.0 t·hm-2、3.0—4.5 t·hm-2、4.5—6.0 t·hm-2、＞6.0 t·hm-2４個(gè)等級(jí)，研究不同處理不同地力水平下小麥?zhǔn)┯玫?、磷、鉀肥的增產(chǎn)量、增產(chǎn)率、產(chǎn)值、施肥成本、施肥利潤(rùn)和產(chǎn)投比，以及肥料的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力、肥料貢獻(xiàn)率、地力貢獻(xiàn)率。另外，分析不施肥處理及各缺素處理的產(chǎn)量與相應(yīng)養(yǎng)分肥料貢獻(xiàn)率的關(guān)系?！窘Y(jié)果】相比不施肥處理，施肥后小麥的產(chǎn)量顯著提高，各施肥處理的增產(chǎn)量及增產(chǎn)率隨地力水平的提高而下降。其中基礎(chǔ)地力＜3.0 t·hm-2時(shí)氮磷鉀配施及增施氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)率分別為126.07%、75.98%、24.93%、17.73%，基礎(chǔ)地力＞6.0 t·hm-2時(shí)僅為24.35%、15.39%、10.36%、8.70%。在施肥經(jīng)濟(jì)效益方面，各施肥處理的產(chǎn)值、施肥成本、施肥利潤(rùn)及產(chǎn)投比均隨地力水平的提高而升高，其中小麥產(chǎn)值和施肥利潤(rùn)均以基礎(chǔ)地力＞6.0 t·hm-2時(shí)的氮磷鉀配施處理最高，分別為19.64×103、18.24×103yuan/hm2，基礎(chǔ)地力＜3.0 t·hm-2時(shí)的-N處理最低，分別為8.52×103、7.87×103yuan/hm2。在肥料利用率方面，農(nóng)學(xué)效率和肥料貢獻(xiàn)率總體隨地力水平的提高而下降。地力貢獻(xiàn)率平均為63.72%，隨地力水平的提高而提高，各地力水平從＜3.0 t·hm-2到＞6.0 t·hm-2的4個(gè)等級(jí)的地力貢獻(xiàn)率平均分別為43.57%、57.80%、70.29%、80.34%。肥料貢獻(xiàn)率隨相應(yīng)不施肥處理小麥產(chǎn)量的提高呈對(duì)數(shù)趨勢(shì)下降，并且顯著相關(guān)，說(shuō)明提高基礎(chǔ)地力可減少小麥的對(duì)化肥的依賴(lài)。【結(jié)論】提高土壤基礎(chǔ)地力能夠促進(jìn)小麥增產(chǎn)、增收，降低小麥產(chǎn)量對(duì)施用化肥的依賴(lài)；河南省小麥生產(chǎn)中應(yīng)重視培肥土壤，并根據(jù)不同地力水平合理施肥以保證小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、提高施肥利潤(rùn)及肥料施用效率。

小麥；地力水平；施肥；產(chǎn)量；經(jīng)濟(jì)效益；肥料利用率；河南省

0 引言

【研究意義】河南省小麥的種植面積、總產(chǎn)量和對(duì)國(guó)家的貢獻(xiàn)一直居于全國(guó)首位，在保障我國(guó)糧食安全方面，起著舉足輕重的作用[1]。小麥產(chǎn)量提高的同時(shí)施肥量也在猛增，1987—2016年河南省小麥產(chǎn)量增加了1.9倍，化肥用量增加了5.3倍[2]。過(guò)量和不平衡施肥現(xiàn)象突出，這不僅會(huì)造成肥料浪費(fèi)和利用率的下降，還會(huì)給農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)危害[3-4]。合理施肥需要做到因地制宜，不同的地力水平的土壤有不同的供肥特性。因此，研究河南省不同地力水平下小麥的施肥效果、經(jīng)濟(jì)效益與肥料利用效率，然后有針對(duì)性地施肥，對(duì)實(shí)現(xiàn)小麥的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，變得尤為重要。【前人研究進(jìn)展】2005年起，在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展了測(cè)土配方施肥項(xiàng)目，并布置了大量的“3414”田間試驗(yàn)，可以用該項(xiàng)目提供的大量數(shù)據(jù)開(kāi)展不同區(qū)域的施肥研究工作[5-6]。王旭等[7]利用“3414”數(shù)據(jù)整理了我國(guó)主要生態(tài)區(qū)小麥?zhǔn)┓试霎a(chǎn)效應(yīng)；張鵬等[8]利用“3414”數(shù)據(jù)總結(jié)了施肥對(duì)陜西關(guān)中地區(qū)小麥的養(yǎng)分吸收及肥料利用率的影響；王寅等[9]利用布置在吉林省的1 110個(gè)“3414”試驗(yàn)，評(píng)估了吉林省玉米的施肥效果及肥料利用率，提出應(yīng)重視平衡施肥，提高肥料利用率的建議。趙秀娟等[10]分析了長(zhǎng)期施肥條件下褐土小麥和玉米地力貢獻(xiàn)率的演變，發(fā)現(xiàn)我國(guó)東北玉米褐土及華北小麥褐土的基礎(chǔ)地力均有明顯下降。馬常寶等[11]利用32個(gè)長(zhǎng)期定位點(diǎn)試驗(yàn)研究了土壤地力和長(zhǎng)期施肥對(duì)小麥、玉米產(chǎn)量演變趨勢(shì)的影響，表明土壤地力對(duì)小麥、玉米獲得高產(chǎn)具有重要作用，其對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率均大于肥料貢獻(xiàn)率。梁濤等[12]通過(guò)研究四川盆地稻田土壤基礎(chǔ)地力、養(yǎng)分供應(yīng)能力和施肥效果，評(píng)價(jià)了土壤基礎(chǔ)地力和施肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)提高基礎(chǔ)地力有助于水稻實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】小麥作為河南省第一大糧食作物，分布區(qū)域廣、環(huán)境差異大，以往的研究主要集中在不同施肥措施對(duì)小麥產(chǎn)量及土壤肥力的影響，但對(duì)河南省小麥基礎(chǔ)地力與施肥效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)收益及肥料利用效率之間關(guān)系的研究鮮有報(bào)道，因而探究不同基礎(chǔ)地力下的小麥?zhǔn)┓市Ч麃?lái)指導(dǎo)小麥因地施肥顯得尤為重要?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究通過(guò)整理測(cè)土配方施肥項(xiàng)目在河南省布置的“3414”田間試驗(yàn)，分析不同地力水平下的河南省小麥?zhǔn)┯玫?、磷、鉀肥的增產(chǎn)效果、經(jīng)濟(jì)效益、肥料利用效率，并對(duì)土壤基礎(chǔ)供肥能力與肥料貢獻(xiàn)率的關(guān)系進(jìn)行了研究，以明確不同基礎(chǔ)地力下河南省小麥的施肥效果及肥料利用狀況，為小麥科學(xué)施肥提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

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)目在河南省布置的1 247個(gè)小麥“3414”田間肥料試驗(yàn)。該試驗(yàn)為多年多點(diǎn)試驗(yàn)，研究區(qū)域涵蓋河南省111個(gè)縣區(qū)，主要土壤類(lèi)型有潮土（=586）、褐土（=257）、黃褐土（=135）、砂姜黑土（=143）等，試驗(yàn)區(qū)耕層土壤pH為4.9—8.8，平均7.6±0.8，有機(jī)質(zhì)為1.1—42.1 g·kg-1，平均（15.6±5.0）g·kg-1，全氮為0.3— 1.9 g·kg-1，平均（1.0±0.2）g·kg-1，有效磷為1.4—118.7 mg·kg-1，平均（16.8.0±11.8）mg·kg-1，速效鉀為24.0— 330.0 mg·kg-1，平均（116.4±47.5）mg·kg-1。供試小麥品種主要有豫麥49（=238）、新麥18（=185）、鄭麥9023（=163）、矮抗58（=144）、偃展4110（=67）等。

本研究所選用的“3414”試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)包括氮、磷、鉀3因素，每個(gè)因素4（0、1、2、3）水平，共14個(gè)處理的肥料試驗(yàn)設(shè)計(jì)。其中0水平為不施肥處理，2水平為當(dāng)?shù)刈罴咽┓柿?，由?dāng)?shù)剞r(nóng)技專(zhuān)家根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量、作物需肥量、土壤供肥量及當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣等綜合考慮確定。1水平、3水平分別為2水平的0.5倍和1.5倍。本研究選取處理1（N0P0K0）、處理2 （N0P2K2）、處理 4 （N2P0K2）、處理 6 （N2P2K2）和處理8（N2P2K0），即不施肥處理（CK）、缺氮處理（-N）、缺磷處理（-P）、缺鉀處理（-K）和氮磷鉀配施處理（NPK）來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，其中各個(gè)處理的樣本量一致，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)對(duì)各個(gè)指標(biāo)下的異常值進(jìn)行剔除。本研究所整理的數(shù)據(jù)中氮肥用量為N 75.0—240.0 kg·hm-2，平均（190.6±32.4）kg·hm-2；磷肥用量為 P2O560.0—240.0 kg·hm-2，平均（107.0± 21.8）kg·hm-2；鉀肥用量為 K2O 60.0—180.0 kg·hm-2，平均（99.6±19.2）kg·hm-2，各缺素處理不施用相應(yīng)的肥料，其余兩種肥料施用量與該試驗(yàn)最佳施肥處理保持一致。試驗(yàn)所用氮、磷、鉀肥分別為尿素（含N 46%）、過(guò)磷酸鈣（含P2O512%）和氯化鉀（含K2O 60%）。磷、鉀肥和40%的氮肥于播種前基施，余下60%的氮肥于小麥拔節(jié)期追施，并進(jìn)行合理的田間管理，整個(gè)生育期沒(méi)有明顯的澇害、旱害、病蟲(chóng)草害。

1.2 樣品采集與測(cè)定

各試驗(yàn)點(diǎn)于小麥播種前取0—20 cm的耕層土壤，測(cè)定土壤理化性質(zhì)。用電位法測(cè)定土壤pH（水土比2.5﹕1）；用重鉻酸鉀容量法測(cè)定有機(jī)質(zhì)；用半微量開(kāi)氏法測(cè)定全氮；用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定有效磷；用1 mol·L-1NH4OAc 浸提-火焰光度法測(cè)定速效鉀[13]。

小麥生理成熟后，所有小區(qū)用實(shí)打?qū)嵤盏姆绞綔y(cè)產(chǎn)，最后折算為含水量13%的產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

不施肥條件下的作物產(chǎn)量反應(yīng)了土壤的基礎(chǔ)供肥能力，本研究用不施肥處理（N0P0K0）產(chǎn)量的來(lái)表示[14]。小麥?zhǔn)┓市Ч胺柿侠寐实南嚓P(guān)參數(shù)采用以下公式計(jì)算[15-18]：

肥料農(nóng)學(xué)效率（agronomic efficiency, AE, kg·kg-1）指單位施肥量所增加的小麥產(chǎn)量，即，AE =（Y-Y0）/F；

肥料偏生產(chǎn)力（partial factor productivity, PFP, kg·kg-1）指投入單位肥料所生產(chǎn)的小麥產(chǎn)量，即，PFP =Y/F；

肥料貢獻(xiàn)率（contribution rate of fertilizer, FCR）指施用肥料增加的小麥產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分比，即，F(xiàn)CR =（Y-Y0）/ Y× 100%；

地力貢獻(xiàn)率（contribution rate of soil fertilities, %）指不施肥時(shí)小麥產(chǎn)量與施肥時(shí)小麥產(chǎn)量的百分比，即，地力貢獻(xiàn)率= Y0/ Y× 100%；

施肥利潤(rùn)（net profit, yuan/hm2）定義為產(chǎn)值與施肥成本之差，即，施肥利潤(rùn)=小麥產(chǎn)量×小麥價(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。

式中，Y為施肥區(qū)小麥產(chǎn)量，Y0為無(wú)肥區(qū)小麥產(chǎn)量，F(xiàn)為施肥量。

小麥價(jià)格按2.50 yuan/kg計(jì)，N、P2O5、K2O價(jià)格分別為 3.30、4.18 和3.58 yuan/kg。

采用Microsoft Excel 2010軟件計(jì)算和處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用SPSS20.0軟件統(tǒng)計(jì)分析，LSD法檢驗(yàn)處理間在＜0.05水平的差異顯著性。

2 結(jié)果

2.1 河南省小麥基礎(chǔ)地力等級(jí)劃分

河南省小麥基礎(chǔ)地力產(chǎn)量在2.08—7.74 t·hm-2，平均4.60 t·hm-2，變異系數(shù)為30.1%。根據(jù)基礎(chǔ)地力狀況采用等產(chǎn)量差的方法[5]按＜3.0 t·hm-2、3.0—4.5 t·hm-2、4.5—6.0 t·hm-2、＞6.0 t·hm-2將基礎(chǔ)地力產(chǎn)量劃分為4個(gè)等級(jí)，則4個(gè)地力等級(jí)的樣本量分別占總樣本的15.11%（=189）、30.63%（=382）、38.60%（=481）、15.65%（=195）（圖1）。

2.2 不同地力水平下的增產(chǎn)效果

小麥氮磷鉀配施處理比不施肥處理平均增產(chǎn)2.50 t·hm-2，變異系數(shù)為44.05%, 增產(chǎn)率平均為63.85%，變異系數(shù)為58.2%。施用氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)量和增產(chǎn)率均隨地力水平的提高而下降（圖2）。當(dāng)基礎(chǔ)地力由＜3.0 t·hm-2上升到＞6.0 t·hm-2，4個(gè)地力等級(jí)土壤施用氮磷鉀肥的增產(chǎn)量平均為：3.18、2.79、2.36和1.65 t·hm-2，且各地力等級(jí)間差異顯著。增產(chǎn)率變化趨勢(shì)與增產(chǎn)量基本一致，即施用氮磷鉀肥的增產(chǎn)率隨地力水平的提高而下降，各地力水平間差異顯著。

圖1 河南省小麥基礎(chǔ)地力分布頻率

增施氮、磷、鉀肥的增產(chǎn)效果總體低于氮磷鉀配施，其中以增施氮肥的增產(chǎn)效果最好，增產(chǎn)量、增產(chǎn)率平均分別為1.86 t·hm-2、39.19%；磷肥次之，平均0.99 t·hm-2、17.40%；鉀肥最低，平均0.72 t·hm-2、12.22%（圖3）。隨地力水平的提高，增施氮、磷、鉀肥的變化趨勢(shì)與氮磷鉀配施一致。從各地力水平分級(jí)來(lái)看，增施氮肥的增產(chǎn)量及增產(chǎn)率隨地力水平升高的下降趨勢(shì)最顯著，其中地力水平＜3.0 t·hm-2下的增產(chǎn)量、增產(chǎn)率分別為2.30 t·hm-2、75.98%，＞6.0 t·hm-2時(shí)的增產(chǎn)量、增產(chǎn)率分別為0.88 t·hm-2、15.39%，并且各個(gè)地力水平間的增產(chǎn)量及增產(chǎn)率均差異顯著。磷肥的下降趨勢(shì)次之，地力水平＜3.0 t·hm-2下的增產(chǎn)量、增產(chǎn)率分別為1.15 t·hm-2、24.94%，＞6.0 t·hm-2時(shí)的增產(chǎn)量、增產(chǎn)率分別為0.78 t·hm-2、10.36%，各個(gè)地力等級(jí)間的增產(chǎn)率差異顯著。鉀肥的下降趨勢(shì)較緩和，地力水平3.0—4.5 t·hm-2與＜3.0 t·hm-2、4.5—6.0 t·hm-2下的增產(chǎn)量間差異不顯著。

箱形框中的實(shí)線(xiàn)和正方形分別表示數(shù)據(jù)集的中值和平均值，上下邊界分別表示數(shù)據(jù)集的25%和75% 位分?jǐn)?shù)，上下水平短線(xiàn)表示數(shù)據(jù)集的5%和95%區(qū)間，箱外上下圓點(diǎn)分別表示數(shù)據(jù)集的最小值和最大值。誤差線(xiàn)上部的小寫(xiě)字母表示不同地力水平間的差異顯著（P＜0.05）。下同

2.3 不同地力水平下的肥料利用效率

將河南省小麥氮磷鉀配施及增施氮、磷、鉀肥的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力按不同的地力水平進(jìn)行劃分（表1），發(fā)現(xiàn)各施肥處理的農(nóng)學(xué)效率隨地力水平的提升均表現(xiàn)出遞減的趨勢(shì)，且差異顯著?？傮w以增施磷肥的農(nóng)學(xué)效率最高（平均為11.9 kg·kg-1），變異系數(shù)為82.8%，氮磷鉀配施最低（平均為7.43 kg·kg-1），變異系數(shù)為78.2%。將各地力水平進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)地力水平＜3.0 t·hm-2時(shí)增施氮肥的農(nóng)學(xué)效率最高，達(dá)14.93 kg·kg-1，＞6.0 t·hm-2時(shí)氮磷鉀肥配施的農(nóng)學(xué)效率最低，平均為3.45 kg·kg-1。各處理的偏生產(chǎn)力總體隨地力水平的提高逐漸增高，但各處理在地力水平為＜3.0 t·hm-2、4.5—6.0 t·hm-2、＞6.0 t·hm-2時(shí)的偏生產(chǎn)力差異不顯著。其中，地力水平＜3.0 t·hm-2時(shí)氮磷鉀配施的偏生產(chǎn)力最低（平均為18.31 kg·kg-1），4.5—6.0 t·hm-2時(shí)鉀肥的偏生產(chǎn)力最高（平均為80.28 kg·kg-1）。

圖3 不同基礎(chǔ)地力水平下河南省小麥?zhǔn)┯玫⒘?、鉀肥的增產(chǎn)量、增產(chǎn)率

表1 不同基礎(chǔ)地力下河南省小麥氮、磷、鉀肥的農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力

2.4 不同地力水平下的地力與肥料對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率

河南省小麥基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率平均為63.72%（26.09%—94.75%），變異系數(shù)為22.6%。分析基礎(chǔ)地力與地力貢獻(xiàn)率的關(guān)系可知，基礎(chǔ)地力越高其對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率越高（圖4）。各地力水平從＜3.0 t·hm-2到＞6.0 t·hm-2的地力貢獻(xiàn)率分別為43.57%、57.80%、70.29%、80.34%。河南省土壤氮、磷、鉀對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率平均分別為73.45%（32.54—99.32%）、85.04%（61.24—99.90%）、88.95%（65.58—99.99%），總體為土壤鉀素貢獻(xiàn)率＞土壤磷素貢獻(xiàn)率＞土壤氮素貢獻(xiàn)率。在變化規(guī)律方面，其均隨地力水平的提高而增大，其中土壤氮素貢獻(xiàn)率分別為57.55%（＜3.0 t·hm-2）、69.61%（3.0—4.5 t·hm-2）、78.17%（4.5—6.0 t·hm-2）、84.93%（＞6.0 t·hm-2）。因此，由地力貢獻(xiàn)率與肥料貢獻(xiàn)率的關(guān)系（二者之和為100%）可知各施肥處理的肥料貢獻(xiàn)率均隨地力水平的提高而逐漸下降。

2.5 土壤基礎(chǔ)供肥能力與肥料貢獻(xiàn)率的關(guān)系

將不施肥處理、各缺素處理的產(chǎn)量與對(duì)應(yīng)所缺養(yǎng)分的肥料貢獻(xiàn)率進(jìn)行擬合（圖5），可以看到氮磷鉀配施處理的總養(yǎng)分貢獻(xiàn)率隨CK產(chǎn)量的增加呈下降趨勢(shì)，且擬合曲線(xiàn)符合對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，2為0.613，達(dá)到極顯著水平。氮素、磷素、鉀素的肥料貢獻(xiàn)率與相應(yīng)缺素處理之間也有相似的擬合結(jié)果，其中-N處理和氮素貢獻(xiàn)率的擬合相關(guān)性最高，2達(dá)0.508，并且氮素貢獻(xiàn)率隨土壤-N處理產(chǎn)量的增加下降斜率也最大。

圖4 不同基礎(chǔ)地力水平下的地力貢獻(xiàn)率

圖5 河南省小麥土壤基礎(chǔ)供肥能力與肥料貢獻(xiàn)率的關(guān)系

2.6 不同地力水平下的施肥經(jīng)濟(jì)效益

獲得高產(chǎn)的最終目的是為了獲得經(jīng)濟(jì)收益，因此在關(guān)注產(chǎn)量的同時(shí)也應(yīng)該關(guān)注成本投入和最終收益（表2）。不施肥條件下河南省小麥的產(chǎn)值平均為11.6×103yuan/hm2，變異系數(shù)為28.8%。施用氮、磷、鉀肥后提高了生產(chǎn)投入，但產(chǎn)值與不施肥處理相比均顯著提高。小麥的產(chǎn)值、施肥成本及施肥利潤(rùn)均以NPK處理最高，平均分別為17.50×103、1.27×103、16.20×103yuan/hm2，變異系數(shù)分別為18.8%、24.7%、20.0%。各缺素處理的經(jīng)濟(jì)效益顯著低于NPK處理，它們的產(chǎn)值、施肥成本及施肥利潤(rùn)均以-K處理的影響最小，-P處理次之，-N處理的影響最大。

各處理的產(chǎn)值（產(chǎn)值=產(chǎn)量×小麥價(jià)格）均隨地力水平的提高逐漸升高，即小麥的產(chǎn)量隨地力水平的提高而增加，且各地力水平間差異顯著。其中地力水平＞6 t·hm-2時(shí)氮磷鉀配施的產(chǎn)值最高（19.64× 103yuan/hm2），＜3 t·hm-2下的-N處理產(chǎn)值最低（8.52×103yuan/hm2）。在施肥成本方面，各處理的施肥成本整體隨地力水平的升高而升高，說(shuō)明隨著地力水平的提升施肥量也在增加。隨地力水平的提高各處理的施肥利潤(rùn)、產(chǎn)投比表現(xiàn)出和產(chǎn)值一樣的變化趨勢(shì)，即逐漸提高，且各處理的地力水平間的施肥利潤(rùn)差異顯著。各處理的施肥利潤(rùn)以地力水平＞6 t·hm-2時(shí)氮磷鉀配施最高（18.24×103yuan/hm2），其次為該地力水平下的-K處理（17.52×103yuan/hm2），以地力水平＜3 t·hm-2時(shí)的-N處理最低（7.87×103yuan/hm2）。

3 討論

3.1 河南省基礎(chǔ)地力特征

本研究表明，土壤基礎(chǔ)地力對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率平均為63.72%，土壤氮、磷、鉀素對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為73.45%、85.04%、88.95%。劉芬[19]分析了2006—2010年布置在陜西省的小麥“3414”試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)陜西省土壤地力對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率平均為61.5%，而土壤氮、磷、鉀對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率平均分別為72.6%、83.7%、88.6%。馬寶常等[11]通過(guò)分析全國(guó)32個(gè)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)我國(guó)潮土區(qū)小麥產(chǎn)量的地力貢獻(xiàn)率平均為51.4%。黃紹敏等[20]研究發(fā)現(xiàn)，1991—2004年土壤地力對(duì)河南省潮土區(qū)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為34%—53%（平均44%）?？梢钥闯?，河南省小麥基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率要略高于劉芬的研究結(jié)果，明顯高于馬寶常及黃紹敏的研究?；A(chǔ)地力小麥產(chǎn)量受生長(zhǎng)環(huán)境和土壤供肥性等多方面影響，氣溫、降水、前茬作物殘留肥量都會(huì)影響到基礎(chǔ)地力的產(chǎn)量表現(xiàn)。河南省的氣溫、降水適宜小麥生長(zhǎng)，小麥種植區(qū)以潮土、黃褐土為主，而這兩種土壤分別具有較好的供肥性和保肥性[21]，這可能是基礎(chǔ)地力對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)率產(chǎn)生區(qū)域性差異的原因。另外，本研究的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)自不同的試驗(yàn)點(diǎn)、不同年度，小麥品種的逐年更新也會(huì)影響基礎(chǔ)地力的發(fā)揮[22]，并且隨著小麥單產(chǎn)的提高，施肥量也在不斷增加，導(dǎo)致試驗(yàn)田土壤前期土壤養(yǎng)分殘留較高，再加上秸稈還田等措施，河南省基礎(chǔ)地力逐步提高[14]。

表2 不同基礎(chǔ)地力下河南省小麥?zhǔn)┓式?jīng)濟(jì)效益

3.2 基礎(chǔ)地力與產(chǎn)量的關(guān)系

李忠芳等[23]研究表明作物產(chǎn)量與土壤基礎(chǔ)地力相關(guān)性極顯著，施肥條件下作物產(chǎn)量隨著基礎(chǔ)地力的提高而提高，且作物產(chǎn)量對(duì)基礎(chǔ)地力的依賴(lài)程度高于化肥、有機(jī)肥。還有大量研究也表明了土壤基礎(chǔ)地力對(duì)作物獲得高產(chǎn)的重要性，土壤基礎(chǔ)地力較高時(shí)，連續(xù)50年不施肥小麥產(chǎn)量依然呈增加狀態(tài)，但地力水平較低時(shí)，若持續(xù)不施肥，小麥產(chǎn)量將連年下降[24-26]。本研究表明小麥的產(chǎn)量隨地力水平的提高而增加，且各地力水平間差異顯著；基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率隨基礎(chǔ)地力的提高顯著提高，肥料貢獻(xiàn)率降低；將缺肥處理產(chǎn)量與肥料貢獻(xiàn)率進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)施肥對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率隨土壤供肥力的提高而顯著下降。這些都說(shuō)明培肥土壤、提高土壤肥力可以減少對(duì)肥料施用的需求。另外本研究還發(fā)現(xiàn)小麥種植的經(jīng)濟(jì)效益隨著基礎(chǔ)地力的提高而顯著提高，因此提高土壤肥力是保障小麥高產(chǎn)、節(jié)本增收的重要措施，應(yīng)通過(guò)增施有機(jī)肥、秸稈還田、合理輪作等措施培肥土壤、提高土壤肥力。張莉等[27]研究表明秸稈造粒后還田能提高土壤肥力和小麥產(chǎn)量，另外用適宜比例的生物炭、有機(jī)肥和緩釋氮肥替換部分化肥氮也可實(shí)現(xiàn)土壤地力的可持續(xù)性提高[28]。

3.3 基礎(chǔ)地力對(duì)施肥增產(chǎn)效果的影響

比較不同地力水平下各處理施肥的增產(chǎn)效果（相對(duì)不施肥處理）發(fā)現(xiàn)，各處理的增產(chǎn)量和增產(chǎn)率均隨地力水平的提高而下降。其中氮磷鉀配施在地力水平＜3.0 t·hm-2時(shí)的增產(chǎn)量和增產(chǎn)率分別為3.18 t·hm-2、126.07%，而在地力水平＞6.0 t·hm-2時(shí)分別為1.65 t·hm-2、24.35%，即隨基礎(chǔ)地力的提高小麥?zhǔn)┓实脑霎a(chǎn)效果變差，這與劉芬[19]的研究結(jié)果基本一致。這一規(guī)律在其他地區(qū)及其他作物上也有發(fā)現(xiàn)。徐春麗等[29]分析西南地區(qū)不同地力水平下的玉米產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)地力越低施肥的增產(chǎn)效果越好，而基礎(chǔ)地力高的地區(qū)施肥增產(chǎn)效果反而差。魯艷紅等[30]通過(guò)布置的水稻長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)及盆栽試驗(yàn)研究了不施肥條件下水稻產(chǎn)量及土壤基礎(chǔ)地力的變化，發(fā)現(xiàn)肥料對(duì)水稻產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率隨地力水平的提升而下降。因此，進(jìn)行施肥管理時(shí)應(yīng)考慮土壤地力狀況，高地力水平應(yīng)適當(dāng)減少施肥，發(fā)揮土壤地力的作用，重視中、低肥力土壤，尤其是低肥力土壤的施肥，以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分高效利用。

4 結(jié)論

4.1 比較不同基礎(chǔ)地力下的施肥效果發(fā)現(xiàn)，各施肥處理小麥的產(chǎn)量、施肥利潤(rùn)、產(chǎn)投比、肥料偏生產(chǎn)力及地力貢獻(xiàn)率均隨基礎(chǔ)地力水平的提升而顯著升高，說(shuō)明提高土壤基礎(chǔ)地力可以降低小麥對(duì)化肥的依賴(lài)，并對(duì)確保小麥高產(chǎn)、獲得高收益具有舉足輕重的作用。因此在施肥的過(guò)程中應(yīng)重視培肥土壤，提高基礎(chǔ)地力，以保障小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

4.2 分析小麥?zhǔn)┯玫?、磷、鉀肥的增產(chǎn)效果發(fā)現(xiàn)各施肥處理的增產(chǎn)量、增產(chǎn)率均隨地力水平的提高而下降，在肥料利用效率方面肥料農(nóng)學(xué)效率、肥料貢獻(xiàn)率隨地力水平的提高也呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，因而應(yīng)根據(jù)土壤地力狀況進(jìn)行科學(xué)的施肥管理，以提高肥料利用率，降低施肥成本、節(jié)約養(yǎng)分資源。

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Fertilization Effect of Wheat Under Different Soil Fertilities

XU Xia1, ZHAO YaNan1, HUANG YuFang1, YAN JunYing2, YE YouLiang1

(1College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002;2Soil and Fertilizer Station of Henan Province, Zhengzhou 450002)

【Objective】The data of 1 247 “3414” field experiments, conducted in Henan Province during 2005-2013, were collected in this paper to evaluate effects of nitrogen (N), phosphorous (P) and potassium (K) fertilizer application on wheat yields, economic benefits and fertilizer use efficiencies under different soil fertilities, aiming to clarify the response of fertilization effect to different soil fertilities, and to provide reference for reasonable fertilizer application. 【Method】The five treatments, including N0P0K0, N0P2K2, N2P0K2, N2P2K0and N2P2K2, were chosen. According to the wheat grain yield of N0P0K0treatment, the soil fertilities were classified into four grades: ＜3.0 t·hm-2, 3.0 to 4.5 t·hm-2, 4.5 to 6.0 t·hm-2, and ＞6.0 t·hm-2. The yield responses to N, P and K fertilizers, gross income, fertilizer profit, input-output ratio, and the agronomic efficiency (AE), partial factor productivity (PFP), the fertilizer contribution rate (FCR) and contribution rate of soil fertilities were also compared. 【Result】Compared with N0P0K0treatment, the wheat yields with fertilizer application were increased significantly, and the yield increase and yield increase rate showed a significant downtrend with increasing soil fertilities. The yield increase rate of NPK and N, P, and K fertilizers application were 126.07%, 75.98%, 24.93% and 17.73% under soil fertilities ＜3.0 t·hm-2, respectively, while which were 24.35%, 15.39%, 10.36% and 8.70% under soil fertilities ＞6.0 t·hm-2, respectively. The gross income, fertilization cost, fertilizer profit and input-output ratio of all treatments increased with the improvement of the soil fertilities level. The gross income and fertilizer profit of NPK treatment was the highest under the soil fertilities ＞6.0 t·hm-2, which were 19.64×103yuan/hm2and 18.24×103yuan/hm2, respectively; the gross income and fertilizer profit of -N treatment was the lowest, under the soil fertilities ＜3.0 t·hm-2, which were 8.52×103yuan/hm2, 7.87×103yuan/hm2, respectively. In terms of fertilizer use efficiency, the AE and FCR generally decreased when the soil fertilities improved. The contribution rate of soil fertilities was 63.72% averagely, and increased with the increase of the soil fertilities, the contribution rate of soil fertilities of different soil fertilities (＜3.0 t·hm-2, 3.0 to 4.5 t·hm-2, 4.5 to 6.0 t·hm-2, and ＞6.0 t·hm-2) were 43.57%, 57.80%, 70.29%, and 80.34%, respectively. The FCR of the NPK treatments or N, P and K fertilizers decreased with the increase of wheat yield under the CK treatment or corresponding fertilizer omission treatment, indicating that enhancing soil indigenous fertilities could reduce the yield dependence on chemical fertilizers. 【Conclusions】Improving soil fertilities could increase the yield and income of wheat, reduce the dependence of wheat yield on chemical fertilizer application. Therefore, it was important to improve the soil fertilities, and apply fertilization rationally according to soil fertilities levels to ensure high and stable yield, increase fertilizer profit, and improve the fertilizer use efficiency in wheat production in Henan Province.

wheat; soil fertilities; fertilization; yield; economic benefit; fertilizer use efficiency; Henan Province

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.21.007

2018-04-03；

2018-08-10

國(guó)家自然科學(xué)基金（31571607）

徐霞，E-mail：xuxia2011@163.com。通信作者葉優(yōu)良，E-mail：ylye2004@163.com

（責(zé)任編輯 李云霞）