陕西省主要农作物测土施肥效益分析

刘　芬，李献军，王小英，赵佐平，同延安

(1.西北农林科技大学资源环境学院， 陕西 杨凌 712100； 2.农业部西北植物营养与农业环境重点实验室， 陕西 杨凌 712100；

3.杨陵区气象局， 陕西 杨凌 712100； 4.陕西理工学院化工学院， 陕西 汉中 723001)



陕西省主要农作物测土施肥效益分析

刘芬1,2，李献军3，王小英1,2，赵佐平4，同延安1,2

(1.西北农林科技大学资源环境学院， 陕西 杨凌 712100； 2.农业部西北植物营养与农业环境重点实验室， 陕西 杨凌 712100；

3.杨陵区气象局， 陕西 杨凌 712100； 4.陕西理工学院化工学院， 陕西 汉中 723001)

摘要：为了解陕西省主要农作物测土配方施肥效果，对陕西省2007-2011年小麦、玉米、水稻、油菜和苹果共计2256个三区试验(农民习惯施肥、推荐施肥和无肥处理)数据进行了整理和分析。与农民习惯施肥相比，小麦、玉米、水稻、油菜和苹果推荐施肥分别平均增产653、908、703、341 kg·hm(-2)和3 232 kg·hm(-2)，增产率分别为13.2%、13.2%、8.7%、15.7%和12.2%；分别节本增收1 063、1 233、757、1 086 元·hm(-2)和15 841 元·hm(-2)；肥料贡献率分别提高了8.1、8.2、5.2、7.1和8.3个百分点；农学效率每千克分别提高了1.5、1.1、0.5、0.6 kg和2.8 kg。通过合理施肥全省小麦、玉米、水稻、油菜和苹果可分别增产74.2、106.9、8.5、6.9 万t和201.4万t，共增收128.4亿元。平衡施用氮磷钾肥是实现农业增产、农民增收、肥料高效利用的重要技术措施。

关键词：测土配方施肥；产量；经济效益；肥料贡献率；农学效率

在我国，长期以来农民都是凭经验施肥，肥料用量及氮、磷、钾施用比例不合适，肥料利用效率低，作物产量无法实现最大化，不仅造成了严重的资源浪费，还对环境以及食品安全等方面产生一系列的负面影响[1-6]。同延安等[7]在1997—2000年对陕西省1500多位农户肥料施用情况的调查表明，陕西省主要农作物氮肥过量施用情况严重，全省每年化肥氮损失量高达12.2万t。王小英等[8-11]对陕西省测土配方施肥项目县2005—2009年农户施肥调查数据的汇总分析指出，陕西省农户施肥中存在氮肥投入过量、磷肥投入过量和不足并存、钾肥投入严重不足的问题。因此，依据作物养分需求特点，合理施用氮、磷、钾肥已成为作物增产、肥料高效利用的关键。自20世纪80年代以来，国内一直没有进行大规模肥效试验，而单个或少数几个试验所能反映的信息有限，不同生态条件及土壤肥力水平的大样本田间试验才能全面地从区域角度评价不同作物肥料效应。2005年开始的国家测土配方施肥项目，从田间肥效试验和农户施肥调查等多个角度，对当前各区域的化肥肥效进行了系统的研究。本研究试图利用2007—2011年陕西省测土配方施肥项目2 256个三区(即农民习惯施肥、推荐施肥和无肥处理)示范试验，从区域角度分析当前条件下测土配方施肥措施对不同作物的增产、增收效果以及环境效益，为农民合理施肥提供依据。

1材料与方法

1.1试验区概况

陕西省地处我国内陆腹地，东经105°15′～111°15′，北纬31°42′～39°35′之间。地域南北狭长，南北长约870 km，东西宽约360 km，面积20.56万km2，占全国土地面积的2.1%。境内气候差异很大，自北向南跨越温带、暖温带和亚热带三个气候带及半干旱、半湿润和湿润三个水分区。全省平均气温8℃～16℃，自北向南渐高；年降水量275～1 274 mm，自北向南渐多；年日照时数1 270～2 829 h，自北向南渐多；无霜期140～316 d，自北向南渐长。境内地势复杂，其总特点是南北高，中部低，由西向东倾斜。北山和秦岭把全省自北向南分为三大自然区域，即北部陕北黄土高原区，中部关中平原区，南部陕南秦巴山地区[12]。主要土壤类型自北向南依次为灰钙土、栗钙土、黑垆土、褐土、黄褐土和黄棕壤[13]。农业种植制度由北向南逐渐由一年一熟过渡到一年两熟。除陕北北部不种植小麦外，其它地区小麦、玉米均有分布；水稻和油菜主要分布于陕南秦巴山区；苹果主要分布于陕北和关中平原北部。

1.2试验设计

试验设三个处理：农民习惯施肥、推荐施肥和无肥处理。其中推荐施肥区、农民习惯施肥区面积不少于200 m2，无肥处理区不少于30 m2。剔除由于自然灾害、人为管理等影响因素导致的无效试验后，2007—2011年陕西省针对主要农作物共完成有效试验2 256个，其中小麦、玉米、水稻、油菜和苹果分别为812、957、181、145和161个，涉及75个县(市、区)。

1.3试验方法

农民习惯施肥处理完全按照当地农民习惯进行施肥管理；推荐施肥处理只是按照试验要求改变施肥数量和方式，对照处理则不施任何化学肥料，其它管理与农民习惯处理相同。农作物供试品种均为当地主栽品种，小麦主要供试品种为小偃22、西农979、长旱58、晋麦47；玉米为郑单958、浚单20、豫玉22号、潞玉13号；水稻为宜香2292、中优7号；油菜为秦油7号、中双8号、中油6303；苹果为红富士。试验区周围设1m宽以上的保护行，其它的栽培管理措施与大田生产一致。收获时去除边行，按小区单收单打，并计产。

1.4土样采集和测定

每个田间试验实施前，在试验小区用土钻采集耕层(小麦、玉米、水稻和油菜为0～20 cm，苹果为0～40 cm)土样，各小区沿“S”型路线采集6—8个点，充分混匀制成混合样，然后带回实验室置于阴凉通风处风干。待土样完全风干后，利用四分法弃去多余土样，剩余土样全部磨细后过1 mm筛，将过筛的土样分别装袋、标记，以供测试所用。采用常规方法[14]测定土壤主要理化性状，其中pH为电位法，有机质为油浴加热-重铬酸钾容量法，碱解氮为碱解扩散法，有效磷为0.5 mol·L-1碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法，速效钾为1 mol·L-1乙酸铵提取-火焰光度法。供试土壤主要理化性状见表1。

1.5数据整理与分析

各指标计算方法(以推荐施肥处理为例)：

农学效率(kg·kg-1)=(推荐施肥区经济产量-无肥区经济产量) /推荐施肥区施肥量；

肥料贡献率(%)=(推荐施肥区经济产量-无肥区经济产量) /推荐施肥区经济产量×100；

采用Excel软件进行数据统计与分析。

2结果与分析

2.1主要农作物推荐施肥增产效果评估

施肥是作物增产的重要措施。由表2可以看出，与不施肥相比，施肥处理(农民习惯施肥和推荐施肥)小麦、玉米、水稻、油菜和苹果均显著增产，且推荐施肥产量均高于农民习惯施肥，但由于气候条件、土壤肥力以及作物品种等因素的影响，不同试验点作物产量变幅较大，施肥增产效果差异也较大。与农民习惯施肥相比，小麦、玉米、水稻、油菜和苹果推荐施肥分别平均增产653、908、703、341 kg·hm-2和3 232 kg·hm-2，增产率分别为13.2%、13.2%、8.7%、15.7%和12.2%，以油菜增幅最大。

表1　供试土壤基本理化性状

注：平均值±标准差Note: Means±SD

表2　主要农作物推荐施肥增产效果

2.2不同作物推荐施肥经济效益评估

经济效益的高低是决定一项技术是否能够在生产中进行大面积推广的关键。由表3可以看出，与农民习惯施肥相比，陕西省主要农作物推荐施肥量均表现为减氮、增钾的特点。磷肥用量规律不一致，小麦、玉米和苹果有所降低，而水稻和油菜磷肥用量则有所增加。肥料总用量(N+P2O5+K2O)均表现为推荐施肥处理高于农民习惯施肥处理。

表3　主要农作物推荐施肥增收效果

注：小麦、玉米、水稻、油菜、苹果以及氮(N)、磷(P2O5)、钾肥(K2O)价格分别以2007—2011年该区域均价1.8、1.8、1.5、3.8、5.0、4.0、4.5、5.0 yuan·kg-1计算。

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，农民习惯施肥和推荐施肥处理农药、劳动力和机械动力等其它农业生产要素的投入均一致，在此前提下对推荐施肥的经济效益进行评估。由于钾肥价格高于氮、磷肥，且推荐施肥钾肥及肥料总用量均较高，从而导致推荐施肥肥料成本高于农民习惯施肥。作物产量的增加成为推荐施肥经济收益高于农民习惯施肥的主要原因。较农民习惯施肥，推荐施肥可使小麦、玉米、水稻、油菜和苹果分别节本增收1 063、1 233、757、1 086 yuan·hm-2和15 841 yuan·hm-2，以苹果经济效益最高。

2.3不同作物肥料贡献率和农学利用效率分析

肥料贡献率即肥料对作物产量的贡献率，反映了作物对肥料的依赖程度。由表4可以看出，不同作物对肥料的依赖程度不同，表现为油菜>水稻>小麦>玉米>苹果。本研究小麦、玉米、水稻、油菜和苹果推荐施肥处理肥料贡献率分别为35.3%、33.2%、37.3%、53.3%和26.9%，较农民习惯施肥分别提高了8.1、8.2、5.2、7.1和8.3个百分点。

表4　主要农作物肥料贡献率和农学效率

农学效率是作物施肥后增加的产量与施肥量的比值，它反映了单位施肥量增加作物产量的能力，是国际上表征农田肥料利用效率的常用参数[1]。本研究小麦、玉米、水稻、油菜和苹果推荐施肥处理肥料农学效率分别为6.0、7.1、10.8、4.9 kg·kg-1和9.0 kg·kg-1，较农民习惯施肥每kg肥料增产量分别提高了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，表现为水稻>苹果>玉米>小麦>油菜。

2.4陕西省推荐施肥增产、增收潜力

平衡施用氮、磷、钾肥既能满足农作物对营养元素的需求，提高作物产量，增加农民经济收入，同时又能提高肥料利用效率，避免肥料浪费，降低环境污染。根据本研究结果，若测土配方施肥技术在陕西省内全面推广，全省小麦、玉米、水稻、油菜和苹果可分别增产74.2、106.9、8.5、6.9万t和201.4万t，相当于目前全省总产量[15]的18.1%、19.4%、10.1%、18.1%和22.3%；分别增收12.1、14.5、0.9、2.2亿元和98.7亿元，总值约为全省当前生产总值[15]的1.6%。

3讨论

在推荐施肥方面，多年来国内外学者开展了大量研究，发展了一些较为成熟的方法，如地力分级法、目标产量法、肥料效应函数法等等[16]。本研究各区域不同作物推荐施肥量是在大量田间试验的基础上确定的，通过对测土配方施肥项目“3414”试验数据进行整理、分析，以缺素区相对产量划分土壤养

表5　陕西省主要农作物推荐施肥增产、增收潜力分析

分丰缺指标，并利用肥料效应模型对各试验点施肥量与产量关系进行模拟，确定各试验点最佳经济产量施肥量，最终建立各区域主要农作物基于土壤碱解氮、有效磷和速效钾测定值的氮、磷、钾推荐施肥模型，确定不同肥力水平下的推荐施肥量[17]。氮肥在农业增产中作用巨大，但随着氮肥的长期大量施用，过量施氮已成为当前农业生产中存在的普遍问题[18]。自20世纪80年代以来，我国农田生态系统氮素养分投入量以3.2%的年增长率持续增长，氮素平衡呈现出持续盈余的态势，并逐年上升[19]。在我国由于钾盐资源有限，长期依赖进口，钾肥价格相对较高，农民基本上不施用钾肥[20-21]，但是每年作物收获带走大量钾素，土壤钾库长期处在被耗用状态，从而导致部分地区出现钾素亏损，钾肥肥效也日渐显现[22-23]。与当地农民习惯施肥相比，本研究主要农作物推荐施肥量均表现为减氮、增钾的特点。Zhang等[24]研究指出每吨氮肥(N)从生产、运输到施用过程共排放约13.5 t等当量CO2，本研究采取的减氮措施不仅提高了氮肥利用效率，还降低了温室气体排放，具有显著的环境效益。由此可见，该区域减氮增钾的平衡施肥措施不但提高了作物产量，增加了农民经济收益，同时减轻过量施氮造成的环境压力。

与不施肥相比，本研究平衡施用氮、磷、钾肥(N+P2O5+K2O)全省小麦、玉米、水稻和油菜平均分别增产2 076、2 706、3 430 kg·hm-2和1 411 kg·hm-2，增产率分别为64.2%、59.3%、67.7%和126.5%。与20世纪80年代全国化肥试验网的统计结果(表6)相比，当前生产条件下，施肥增产效果更加显著；另外，本研究推荐施肥条件下，肥料对小麦、玉米、水稻和油菜产量的贡献率分别为35.3%、33.2%、37.3%和53.3%，与30年前相比(表6)，除小麦略有降低外，玉米、水稻和油菜肥料贡献率分别提高了1.6、8.3和14.1个百分点。由此可见，与过去相比，当前生产条件下的高产作物品种对肥料的依赖程度更强，化肥在农业增产表现的更加重要。

表6　20世纪80年代不同作物氮、磷、钾肥适宜用量及增产效果[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

中图分类号：S147.5

文献标志码：A

作者简介：刘芬(1985—)，女，山东德州人，博士研究生，主要从事植物营养与施肥研究。E-mail: liufen@nwsuaf.edu.cn。通信作者：同延安(1956—)，男，陕西华县人，教授，博士生导师，主要从事植物营养、施肥与环境研究。E-mail: tongyanan@nwsuaf.edu.cn。

基金项目：公益性行业(农业)科研专项(201103003);国际植物营养研究所(IPNI)合作项目;高等学校学科创新引智计划(No.B12007)

收稿日期：2015-01-12

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.22

文章编号：1000-7601(2016)02-0136-05