豫東潮土區(qū)小麥肥料利用率試驗研究

付勝昔 高 磊 蘇 峰

（商丘市土壤肥料站 河南商丘476000）

化肥作為糧食的“糧食”，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)帶給我們的高效營養(yǎng)物質(zhì)[1]。 化肥對于我國糧食增產(chǎn)的貢獻率為55%左右， 在確保糧食增產(chǎn)上的作用毋庸置疑，但受報酬遞減律的影響而有一定限度[2]。 如何在不增加化肥投入量， 實施化肥使用量零增長的同時又實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色增產(chǎn)增效， 關(guān)鍵在于提高肥料利用率。 21 世紀初國外肥料利用率為50%～55%[3]，2000-2005 年我國主要糧食作物的氮肥利用率在10.8%～40.5%，平均為27.5%；磷肥利用率在7.3%～20.1%，平均為11.6%； 鉀肥利用率在21.2%～31.9%， 平均為31.3%[4]。 為摸清2020 年潮土區(qū)測土配方施肥條件下小麥施用氮肥、磷肥、鉀肥的利用率現(xiàn)狀，進一步完善小麥施肥指標(biāo)體系，優(yōu)化肥料配方，指導(dǎo)農(nóng)戶科學(xué)施用化肥，2019 年10 月至 2020 年6 月在豫東潮土區(qū)開展了小麥肥料利用率田間試驗。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

商丘市位于河南省東部， 是典型的農(nóng)業(yè)大市和糧食生產(chǎn)核心區(qū)。 主要種植制度為小麥—玉米，糧食產(chǎn)量常年穩(wěn)定在600 萬t 以上， 素有 “豫東糧倉”之稱。 主要土壤類型為潮土， 約占全市耕地面積的94%。 屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，春暖、夏熱、秋涼、冬寒，四季分明，年平均氣溫14.3℃，年平均相對濕度71%，年均降水量747 mm，全年日照時數(shù)合計平均2 142.70 h，無霜期約211 d。

1.2 試驗設(shè)計

試 驗 共 設(shè) 5 個 處 理 ， 分 別 為 N0P0K0、N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0、N2P2K2。 其中 N、P、K 分別代表純 N、P2O5、K2O；0、2 分別代表不施肥和當(dāng)?shù)赝扑]施肥量。N 由尿素提供，P2O5由過磷酸鈣提供，K2O 由氯化鉀提供。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，3 次重復(fù)，小區(qū)面積為50 m2（長 10 m×寬 5 m）。 小區(qū)間筑田埂，試驗區(qū)四周設(shè)置保護行。 單排單灌，除施肥不同外，其他管理措施同一般大田生產(chǎn)。 試驗方案見表1。

表1 肥料利用率試驗方案

1.3 土壤樣品采集與測試

1.3.1 土壤樣品采集 在小麥整地施肥和玉米播種施肥前，采用“S”形布點，按照“隨機、等量和多點混合”的原則采樣。 用取土鏟先鏟出一個耕層斷面，再平行于斷面取土。 采樣深度為0～20 cm，每個樣點由15～20 個分點混合而成。

1.3.2 土壤樣品測試 土壤pH、 有機質(zhì)、 全氮、 有效磷、 速效鉀和緩效鉀的測試分別按NY/T 1121.2、NY/T 1121.6、NY/T 53、NY/T 1233 和 NY/T 889 的規(guī)定執(zhí)行。

1.4 植株樣品采集與測試

1.4.1 植株樣品采集 在作物成熟收獲期， 避開小區(qū)田邊1 m，按“S”形采樣法多點采樣。采集作物籽粒和秸稈樣品，在采樣區(qū)內(nèi)采取不少于10 個樣點的樣品組成一個混合樣。籽粒樣品采集1 kg 左右，秸稈樣品采集2 kg 左右，用塑料紙包扎好。

1.4.2 植株樣品測試 全氮、全磷、全鉀的測試分別按 NY/T 2419、NY/T 2420 和 NY/T 2421 的規(guī)定執(zhí)行。

1.5 各試驗點土壤基本狀況

2019 年10 月在商丘市轄區(qū)內(nèi)9 個縣（區(qū)）安排了小麥肥料利用率田間試驗。 試驗地點分別為商丘市城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)賈寨鎮(zhèn)保衛(wèi)村（L1)、夏邑縣會亭鎮(zhèn)崔樓村（L2）、虞城縣劉店鄉(xiāng)解樓村（L3）、睢陽區(qū)閆集鎮(zhèn)沈莊村（L4）、民權(quán)縣北關(guān)鎮(zhèn)劉樓村（L5)、梁園區(qū)李莊鄉(xiāng)閆莊新村（L6）、睢縣河集鄉(xiāng)擁樓村（L7）、寧陵縣趙村鄉(xiāng)周式碑村（L8）、柘城縣馬樓鄉(xiāng)程莊村（L9）。按照“1.3.1”方法分別采集了各試驗點土壤樣品，按照“1.3.2”方法進行了測試分析，結(jié)果見表2。

表2 各試驗點土壤基本狀況

1.6 各試驗點小麥植株養(yǎng)分狀況

2020 年6 月按照“1.4.1”方法分別采集了各試驗點各處理的小麥植株樣品， 并將相同處理采用四分法進行樣品縮分，按照“1.4.2”方法進行植株測試分析，結(jié)果見表3。

表3 小麥植株養(yǎng)分檢測結(jié)果（單位：%）

1.7 參數(shù)計算

1.7.1 肥料利用率 目前國內(nèi)比較通用的肥料利用率是指肥料養(yǎng)分回收率（RE），其反映了作物對施入土壤中的肥料養(yǎng)分的回收效率。 如氮肥利用率，其反映了作物對施入土壤中的肥料氮的回收效率，即REN=（U-U0）/F。 其中U為全肥區(qū)作物收獲時地上部分（籽粒和秸稈）的吸氮總量；U0為缺氮區(qū)作物收獲時地上部分的吸氮總量；F為化肥純氮的投入量。 同理可以計算磷肥利用率和鉀肥利用率。

1.7.2 肥料偏生產(chǎn)力 偏生產(chǎn)力（PFP）是指單位投入的肥料養(yǎng)分所能生產(chǎn)的作物籽粒產(chǎn)量， 即PFPNPK=

Y/F。Y為全肥區(qū)所獲得的作物籽粒產(chǎn)量；F為肥料中氮磷鉀養(yǎng)分純量的投入量。

1.7.3 肥料農(nóng)學(xué)效率 農(nóng)學(xué)效率（AE）是指施入單位肥料養(yǎng)分量所增加的作物籽粒產(chǎn)量。 如氮肥農(nóng)學(xué)效率， 它是指單位施氮量所增加的作物籽粒產(chǎn)量，即AEN=（Y-Y0）/F。Y為全肥區(qū)所獲得的作物籽粒產(chǎn)量；Y0為缺氮區(qū)所獲得的作物籽粒產(chǎn)量；F為化肥純氮的投入量。 同理可以計算磷、鉀、氮磷鉀配合使用的農(nóng)學(xué)效率。

1.7.4 百千克籽粒產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量 百千克籽粒產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量是指小麥每生產(chǎn)100 kg 籽粒產(chǎn)量需要吸收的養(yǎng)分量。 百千克籽粒產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量=成熟期全肥區(qū)植株養(yǎng)分吸收量/籽粒產(chǎn)量×100。

1.8 數(shù)據(jù)整理與分析

采用Excel 2016 進行數(shù)據(jù)整理、 方差分析與多重比較[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 各試驗點不同處理產(chǎn)量的方差分析及多重比較

在作物成熟收獲期，對各試驗點各處理各取3 個樣點進行生物學(xué)性狀調(diào)查， 同時采集植株樣品用于室內(nèi)考種和植株測試。 各小區(qū)單收單打，記錄作物籽粒和秸稈產(chǎn)量， 同時對小麥各試驗點不同處理的平均產(chǎn)量進行方差分析和多重比較，結(jié)果見表4。

由表4 可知，氮、磷、鉀的缺失無論是對小麥籽粒產(chǎn)量還是秸稈產(chǎn)量的影響都較大， 均以全肥區(qū)產(chǎn)量為最高。 因小麥百千克籽粒產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量是本試驗得出的主要結(jié)論之一， 故僅對小麥籽粒產(chǎn)量多重比較結(jié)果加以分析。

表4 各試驗點小麥產(chǎn)量及多重比較結(jié)果（單位：t/hm2）

L1 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、空白區(qū)相比差異均達極顯著水平；缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)三者之間差異不顯著， 但與空白區(qū)相比差異均達顯著水平。 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、空白區(qū)相比，增產(chǎn)率分別為30.59%、25.62%、21.70%、58.01%。

L2 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、空白區(qū)相比差異均達極顯著水平；缺氮區(qū)、缺磷區(qū)二者之間差異不顯著，但與缺鉀區(qū)、空白區(qū)相比差異均達極顯著水平；缺鉀區(qū)與空白區(qū)相比差異達極顯著水平。 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、空白區(qū)相比，增產(chǎn)率分別為 42.88%、37.30%、15.73%、60.37%。

L3 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、空白區(qū)相比差異均達極顯著水平；缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、空白區(qū)三者之間差異不顯著， 但與缺鉀區(qū)相比差異均達極顯著水平。 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、空白區(qū)相比，增產(chǎn)率分別為65.98%、68.15%、23.37%、80.90%。

L4 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、空白區(qū)相比差異均達極顯著水平；缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)三者之間差異不顯著，但缺氮區(qū)、缺鉀區(qū)與空白區(qū)相比差異達顯著水平；缺磷區(qū)與空白區(qū)相比差異不顯著。全肥區(qū)與缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、空白區(qū)相比，增產(chǎn)率分別為33.76%、45.36%、30.44%、56.48%。

L5 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、空白區(qū)相比差異均達極顯著水平；缺氮、缺磷、缺鉀區(qū)三者之間差異不顯著， 但與空白區(qū)相比差異均達極顯著水平。 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、空白區(qū)相比，增產(chǎn)率分別為29.64%、23.61%、25.64%、58.49%。

L6 全肥區(qū)與缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)相比差異不顯著，與缺氮區(qū)相比差異達顯著水平， 與空白區(qū)相比差異達極顯著水平；缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、空白區(qū)四者之間差異不顯著。 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、空白區(qū)相比， 增產(chǎn)率分別為27.06%、19.42%、18.40%、37.90%。

L7 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、 缺磷區(qū)相比差異均達極顯著水平，與缺鉀區(qū)相比差異達顯著水平；缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、空白區(qū)三者之間差異不顯著，但與缺鉀區(qū)相比差異均達極顯著水平。 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、 空白區(qū)相比， 增產(chǎn)率分別為57.67%、48.98%、14.60%、62.58%。

L8 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、 缺磷區(qū)相比差異均達極顯著水平，與缺鉀區(qū)相比差異達顯著水平；缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、空白區(qū)三者之間差異不顯著，但與缺鉀區(qū)相比差異均達極顯著水平。 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)、 空白區(qū)相比， 增產(chǎn)率分別為40.67%、43.99%、6.34%、47.47%。

L9 全肥區(qū)、 缺磷區(qū)、 缺鉀區(qū)三者之間差異不顯著，但與缺氮區(qū)、空白區(qū)相比，差異均達極顯著水平；缺氮區(qū)、空白區(qū)二者之間差異不顯著。 全肥區(qū)與缺氮區(qū)、 缺磷區(qū)、 缺鉀區(qū)、 空白區(qū)相比， 增產(chǎn)率分別為45.02%、6.59%、5.05%、72.10%。

2.2 潮土區(qū)小麥肥料利用效率參數(shù)的計算

根據(jù)表3、表4 結(jié)果可以計算出各試驗點小麥肥料利用率、偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)效率等表征肥料利用效率的參數(shù)，結(jié)果見表5。

由表2 和表5 可知，在特定施肥條件下，隨著土壤質(zhì)地和土壤養(yǎng)分含量的變化，肥料利用率、偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)效率均有著不同的變化。 土壤質(zhì)地越輕，土壤養(yǎng)分含量越小(肥力水平越低），肥料利用率越高；土壤質(zhì)地越輕，氮磷鉀肥配合使用，單位化肥施用量所能生產(chǎn)的小麥籽粒產(chǎn)量（即偏生產(chǎn)力）越低，所增加的作物籽粒產(chǎn)量（即農(nóng)學(xué)效率）越低；土壤質(zhì)地越輕，氮肥農(nóng)學(xué)效率越高，磷肥、鉀肥農(nóng)學(xué)效率越低，表明單位氮肥投入量所增加的小麥產(chǎn)量比單位磷肥、鉀肥投入量所增加的產(chǎn)量要多。

由表 5 可知， 鉀肥利用率最高， 最大值為80.50%，最小值為18.04%，平均值為47.90%；氮肥利用率次之，最大值為42.86%，最小值為38.03%，平均值為40.61%；磷肥利用率最低，最大值為20.15%，最小值為11.52%，平均值為15.76%。 變異系數(shù)表明，氮肥利用率較磷肥利用率、鉀肥利用率空間離散度小。氮磷鉀肥配合使用偏生產(chǎn)力最大值為19.06 kg/kg，最小值為14.31 kg/kg，平均值為16.11 kg/kg。 氮磷鉀肥配合使用農(nóng)學(xué)效率最大值為7.00 kg/kg，最小值為4.81 kg/kg，平均值為6.03 kg/kg；氮肥農(nóng)學(xué)效率最大值為 11.16 kg/kg， 最小值為 6.59 kg/kg， 平均值為8.86 kg/kg；磷肥農(nóng)學(xué)效率最大值為21.78 kg/kg，最小值為3.72 kg/kg，平均值為14.91 kg/kg；鉀肥農(nóng)學(xué)效率最大值為19.08 kg/kg，最小值為3.88 kg/kg，平均值為11.94 kg/kg。 變異系數(shù)表明，氮磷鉀肥配合使用農(nóng)學(xué)效率較氮肥、磷肥、鉀肥農(nóng)學(xué)效率空間離散度小。

表5 小麥肥料利用效率參數(shù)結(jié)果

2.3 潮土區(qū)小麥百千克籽粒產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量

根據(jù)表3、表4 結(jié)果，可以計算出小麥百千克籽粒產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量，結(jié)果見表6。

由表2 和表6 可知，在特定施肥條件下，土壤質(zhì)地越輕，土壤養(yǎng)分含量越小(肥力水平越低），小麥百千克籽粒產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量越低。 潮土區(qū)小麥百千克籽粒產(chǎn)量吸氮量最大值為3.94 kg，最小值為2.86 kg，平均值為3.28 kg；吸磷量最大值為1.11 kg，最小值為 0.38 kg， 平均值為 0.82 kg； 吸鉀量最大值為4.03 kg，最小值為 2.99 kg，平均值為 3.22 kg。 變異系數(shù)表明，吸氮量較吸磷量、吸鉀量空間離散度小。

表6 小麥百千克籽粒產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量（單位：kg）

3 結(jié)論與討論

潮土區(qū)小麥氮肥利用率約為40.61%，磷肥利用率約為15.76%，鉀肥利用率約為47.90%；氮磷鉀配合使用偏生產(chǎn)力為16.11 kg/kg； 氮磷鉀配合使用農(nóng)學(xué)效率為6.03 kg/kg，氮肥農(nóng)學(xué)效率為8.86 kg/kg，磷肥農(nóng)學(xué)效率為14.91 kg/kg，鉀肥農(nóng)學(xué)效率為11.94 kg/kg。潮土區(qū)小麥每形成100 kg 籽粒產(chǎn)量需要吸收N、P2O5、K2O 的量分別為 3.28 kg、0.82 kg、3.22 kg， 三者的比例約為 1∶0.25∶0.98。

肥料利用率（RE）一直是我國學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點[4]。肥料利用率、 偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率是從不同角度描述作物對肥料養(yǎng)分的利用效率， 其內(nèi)涵及應(yīng)用對象常常不同。 例如，我國習(xí)慣用RE，一方面是由于過去化肥資源緊缺，節(jié)約化肥非常重要，另一方面是由于我國土壤肥力普遍低下，土壤和環(huán)境來源養(yǎng)分少，化肥的增產(chǎn)效應(yīng)很顯著，RE 能很好地反映作物對化肥養(yǎng)分的吸收狀況。 目前國際農(nóng)學(xué)界常用PFP，原因是它不需要空白區(qū)產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量的測定， 簡單明了，易為農(nóng)民所掌握。 PFP 比較適合我國目前土壤和環(huán)境養(yǎng)分供應(yīng)量大、化肥增產(chǎn)效益下降的現(xiàn)實，是評價肥料效應(yīng)的適宜指標(biāo)。 AE 是評價肥料增產(chǎn)效應(yīng)較為準確的指標(biāo)，但由于必須測空白區(qū)產(chǎn)量，應(yīng)用起來較為不便。 百千克籽粒養(yǎng)分吸收量對于化肥減量增效項目實施過程中計算潮土區(qū)小麥預(yù)定目標(biāo)產(chǎn)量的養(yǎng)分吸收量具有重大意義，結(jié)合氮、磷、鉀肥料利用率，就能更好地為農(nóng)戶進行推薦施肥，使科學(xué)施肥真正落實到田間地頭。

本試驗潮土區(qū)小麥肥料利用率與張福鎖等專家得出的肥料利用率平均值相比有明顯提高， 筆者認為主要原因： 一是2005－2020 年在全國范圍內(nèi)測土配方施肥和化肥減量增效項目的實施過程中， 提出了氮肥總量控制與分期調(diào)控相結(jié)合的管理策略及氮肥深施覆土技術(shù)， 經(jīng)過15 年的項目推廣和多方努力， 減少了氮素的損失； 二是在項目推廣過程中，更加注重氮磷鉀肥的配合使用， 提出了合理的施肥配方、 施肥用量及施肥時期， 從而提高了磷鉀肥的利用率。

本研究肥料利用效率參數(shù)僅指當(dāng)季作物對所施化肥中養(yǎng)分的利用效率， 不包括當(dāng)季作物收獲后種植作物的利用狀況。 一般情況下，肥料利用率越高，肥料的損失就愈小；肥料利用效率參數(shù)的數(shù)值，因不同氣候、作物、土壤、栽培條件、肥料品種、同一品種不同養(yǎng)分形態(tài)、施肥量、施肥方法、養(yǎng)分比例等條件而變化，變幅極大。 本研究試驗數(shù)據(jù)為一年多點試驗數(shù)據(jù)的匯總與分析,試驗區(qū)域和范圍有限，其結(jié)論有待于在今后化肥減量增效項目推廣工作中進一步研究、探討和論證。