减量化施肥对大豆和玉米产量及效益影响

陆欣春，韩晓增，邹文秀，臧静淑，王丽娟，杨 勇，王艳冰，倪凤君

(1.中国科学院 东北地理与农业生态研究所， 黑龙江 哈尔滨 150081；2.黑河逊克农业技术推广中心土肥站，黑龙江 黑河 164400; 3.黑河市爱辉区农业技术推广中心土肥站， 黑龙江 黑河 164300; 4.北安农业技术推广中心土肥站， 黑龙江 北安 164000; 5.海伦市农业技术推广中心土肥站， 黑龙江 海伦 152300；6.巴彦县农业技术推广中心土肥站，黑龙江 巴彦 151800)



减量化施肥对大豆和玉米产量及效益影响

陆欣春1，韩晓增1，邹文秀1，臧静淑2，王丽娟3，杨 勇4，王艳冰5，倪凤君6

(1.中国科学院 东北地理与农业生态研究所， 黑龙江 哈尔滨 150081；2.黑河逊克农业技术推广中心土肥站，黑龙江 黑河 164400; 3.黑河市爱辉区农业技术推广中心土肥站， 黑龙江 黑河 164300; 4.北安农业技术推广中心土肥站， 黑龙江 北安 164000; 5.海伦市农业技术推广中心土肥站， 黑龙江 海伦 152300；6.巴彦县农业技术推广中心土肥站，黑龙江 巴彦 151800)

为明确黑土耕地生产力、施肥情况及肥料利用率状况，本研究在逊克、爱辉、北安、海伦和巴彦进行大豆、玉米减量化施肥试验，结果表明，不施肥大豆产量为1 370 kg·hm-2～3 586 kg·hm-2，变异系数达35%，2014年施肥大豆增产2%～45%，仅爱辉达到显著增产，大豆氮磷钾肥利用率偏低，分别为13.7%～20.9%、5.1%～10.5%、8.0%～20.4%，2015年爱辉、逊克、北安施肥处理(NPK、N2PK和N2P2K)均比对照显著增加了大豆产量，然而除爱辉外，与NPK相比增施肥料处理(N2PK和N2P2K)对大豆产量及经济效益增加不显著，单一肥料经济效益氮肥高于钾肥和磷肥，其中磷肥为负效益，大豆N2PK(N 61.5 kg·hm-2，P2O569 kg·hm-2，K2O 46 kg·hm-2)处理获得经济效益最高。施肥后玉米增产幅度更高，可达32%～148%，但不同施肥处理间玉米产量差异不显著，增施肥料未能继续增加玉米产量，玉米施磷肥经济效益高于氮肥和钾肥。总之黑土区北部大豆施肥量可减少25%，主要降低磷肥和钾肥施用量，建议为N 60 kg·hm-2，P2O570 kg·hm-2，K2O 40 kg·hm-2，玉米施肥可减少30%，主要降低氮肥和钾肥施用量，建议为N 150 kg·hm-2，P2O560 kg·hm-2，K2O 40 kg·hm-2。表9，参24。

减量化施肥；产量；经济效益；肥料利用率

0 引 言

2015年4月14日农业部副部长张桃林在国务院新闻办举行的新闻发布会上表示，目前我国农业资源环境受到外源性污染和内源性污染双重压力，已日益成为影响农业可持续发展的瓶颈。在农业生产内部，由于化肥、农药等农业投入品长期不合理过量使用，以及畜禽粪污、农作物秸秆和农田残膜等农业废弃物不合理处置等，使得农业面源污染问题日益严重。这些都加剧了土壤和水体污染，增加了农产品质量安全风险，为此要有针对性地推进“一控两减三基本”，即控制农业用水总量和农业水环境污染，减少化肥、农药使用，畜禽粪污、农膜和农作物秸秆基本得到资源化、综合循环再利用和无害化处理。

我国东北黑土是世界上比较肥沃的土壤之一，但生产上仍需每年向土壤中投入一定量的肥料来保证作物高产。关于施肥与作物产量间关系的研究较多，研究者提出了测土配方施肥、专家系统与施肥模型、营养诊断等施肥方法指导生产[1-7]。也有利用二次方程进行拟合计算出最佳经济施肥量[8-10]。根据调查，东北地区春玉米平均施肥量为207 kgN·hm-2、100 kg P2O5·hm-2、65 kg K2O·hm-2[11]。据资料报道全国大豆施肥量296 kg·hm-2(189 kgN·hm-2、 P2O563 kg·hm-2、K2O 44 kg·hm-2)，东北地区大豆施肥量156 kg·hm-2(110 kgN·hm-2、 P2O524 kg·hm-2、K2O 22 kg·hm-2)[12]，相对低于全国施肥水平。大豆能共生固氮，土壤氮肥施用量达到一定程度时便开始影响大豆共生固氮。大豆施钾肥能够显著缓解大豆连作对大豆产量的限制[13]。大豆-玉米轮作试验结果表明，施肥对大豆没有增产效果[14-15]，在2013年南非国际大豆会议上，与会专家认为恰当的栽培措施和合理的肥料施用是稳定和提高大豆产量与品质的重要因素，研究者不仅关注大豆施肥技术研究，在大豆参与下的轮作对土壤环境、大豆产量、玉米产量和经济效益的影响也得到了广泛关注[16]，而良好的耕作措施是减量化施肥的关键。

黑土质地粘重，在长期不合理的耕作中，特别是小功率拖拉机耕地浅，多次进地碾压土壤，形成犁底层使作物根系生长受阻[17]，是大豆产量提高的主要限制因子，采用一般施肥措施或增加施肥量不能改善其限制，为此韩晓增等提出了肥沃耕层构建技术[18-19]，通过向20 cm～35 cm土层施用秸秆和有机肥，降低土壤容重增加总孔隙度和饱和导水率，改善土壤的通气透水性，提高大气降水的入渗能力，从而提高土壤肥力，增加大豆产量，该技术在保证大豆产量的同时可降低施肥量。为明确典型黑土区主要作物可能的减肥量和种类，我们在巴彦、海伦、北安、黑河爱辉和黑河逊克进行减量化施肥试验，以了解这些地区土壤地力及大豆、玉米对施肥反应情况，旨在为实现化肥用量零增长或负增长，提高化肥利用率提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计

2014年-2015年两年在海伦、北安、黑河爱辉和黑河逊克进行大豆减量化施肥试验，2015年在巴彦和黑河逊克(设车陆和高滩两个试验点)进行玉米减量化施肥试验。试验依托当地农业技术推广中心土肥站，在各个试验点选择有一定代表性耕地进行试验。试验共设5个处理，2015年对试验处理进行了调整，各处理施肥量见表1。大豆施肥方式：氮磷钾肥均为基肥一次性施入。玉米施肥方式为：尿素1/2作追肥，其余氮肥和磷钾肥一起作基肥一次性施入。试验每个处理小区面积不低于150 m2(每个处理播种8 垄，垄长不少于30 m)，大豆、玉米品种选择当地主栽品种，采用机播，田间管理按当地常规管理进行。

表1 大豆、玉米试验处理施肥量(kg·hm-2)

至大豆、玉米成熟期进行收获，采植株样品测产。2014年植株样品测定N、P、K含量，大豆在9月11日叶片开始脱落时每个处理采集2株，将其分为根、茎、叶、叶柄和荚计算植株各部分所占重量比例，大豆成熟后，采集2株大豆，分为粒、荚皮和茎计算各部分所占重量比例，综合两次采用计算大豆植株根、茎、叶、叶柄、荚皮和粒重量比例。分别测定各部位N、P、K含量，测定方法采用H2SO4-H2O2法[20]，计算大豆N、P、K肥利用率。

1.2 统计分析

试验数据采用Microsoft Excel 2013软件进行处理，用SPSS 20.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 土壤养分含量

各试验点供试土壤偏酸，pH值为5.75～6.09；土壤有效磷含量按我国土壤有效磷分级标准，仅黑河逊克试验点属于3级(20～10)，其余试验点属于1级(>40)，综合来看各试验点土壤有效磷含量均较高；对于速效钾评判，根据我国农业部在第二次土壤普查时划分标准，各试验点土壤速效钾含量亦达到中等及高水平；对于土壤有机质和全N含量，以我国土壤分级标准评判，各试验点含量均处于高水平，各试验点土壤碱解N含量均高于100 mg·kg-1，见表2。综上由土壤各项指标评定，各试验点土壤肥力均较高。

表2 各试验点基础土壤养分状况

2.2 不同施肥对大豆、玉米产量的影响

2014年大豆产量结果表明，与不施肥相比，施肥对大豆有一定增产效果，增产幅度为2%～45%，尽管施肥对大豆增产，仅在黑河爱辉区试验点和海伦的施氮钾肥处理增产20%，达显著水平，其余各点中增产均未达到显著水平，见表3。就单一肥料而言，在均施磷钾肥条件下，施氮肥(NPK)比不施氮肥(PK)影响大豆增产的幅度为2.7%～6.2%；均施氮钾肥条件下，各试验点中仅黑河爱辉施磷肥(NPK)比不施磷肥(NK)增加了大豆产量，增产幅度达4.24%，其余各试验点施磷肥反而出现减产；在均施氮磷肥条件下，黑河爱辉和逊克试验点施钾肥有一定增产效果，但增产幅度仅为2.85%～4.57%，在北安和海伦施钾肥反而减产。

表3 不同施肥对大豆产量影响(kg·hm-2)

注：不同小写字母表示在同一组内5%水平上显著差异，下同。

Note：Different letters mean significant differences at 5% level in the same group.The same as below.

2015年大豆产量结果显示，在北安和黑河逊克试验地，施肥均显著增加了大豆产量，增产幅度分别达到了36%～134%、26%～51%，在海伦施肥对大豆产量影响较小，在黑河爱辉，NP、NPK处理均未达到增产效果，施高量的氮肥(N2PK)和磷肥(N2P2K)处理可显著增加大豆产量。不同施肥处理间比较，在爱辉区，增施氮、磷、钾肥均显著增加了大豆产量；在其他地区增施氮、磷、钾肥对大豆产量增加不显著。

2015年玉米试验结果表明，施化肥均比不施肥对照显著增加了玉米产量，增产幅度可达32%～148%，而不同施肥处理间玉米产量有一定差异，但未达显著水平，即在几个试验点施肥均可显著增加玉米产量，但施高量氮磷钾肥不能继续显著提高玉米产量，见表4。

表4 不同施肥对玉米产量的影响

Tab.4 The impact of fertilization on maize yield

巴彦Bayan逊克车陆Xunkechelu逊克高滩Xunkegaotan产量(kg·hm-2)Yield比无肥(%)Comparedtonofertilizer产量(kg·hm-2)Yield比无肥(%)Comparedtonofertilizer产量(kg·hm-2)Yield比无肥(%)ComparedtonofertilizerCK7800b04362b06419b0NP10800a389867a1269337a45NPK10300a328996a10611095a73N2PK11200a4410030a1309669a51N2P2K11900a5210813a14810550a64

2.2 不同施肥处理增加大豆、玉米经济效益分析

与对照相比，施肥增收经济效益分析，在北安和逊克试验点两年施肥处理大豆均为正效益，北安施肥处理比不施肥可增收655元·hm-2～5 692元·hm-2；逊克可增收78元·hm-2～4 130元·hm-2；而海伦两年施肥处理均出现负效益，仅2014年NP和NPK处理获得528元·hm-2和1 982元·hm-2，见表5。在爱辉试验点，2014年，施肥可获得收益1 609元·hm-2～1 850元·hm-2，2015年NP、NPK处理均为负效益，N2PK、N2P2K可获得568元·hm-2、999元·hm-2。而对于玉米，所有施肥均获得正经济效益，比不施肥对照可增收2 086元·hm-2～7 631元·hm-2。几个试验点平均比较，玉米经济效益高于大豆，而大豆N2PK处理经济效益最高。

表5 不同施肥对大豆、玉米经济效益影响(元·hm-2)

注：肥料价格：尿素2.0 元·kg-1；二铵3.6 元·kg-1；过磷酸钙0.6 元·kg-1；硫酸钾4.3 元·kg-1；大豆价格3.8元·kg-1；玉米1.5 元·kg-1。

Note:Fertilizer prices:Urea，2.0 RMB Yuan·kg-1;Diamine，3.6 RMB Yuan·kg-1;Superphosphate，0.6 RMB Yuan·kg-1;Potassium sulfate，4.3 RMB Yuan·kg-1;Soybean，3.8 RMB Yuan·kg-1;Maize，1.5 RMB Yuan·kg-1.

2.2.1 大豆施氮肥利用率及其经济效益分析。大豆氮肥利用率为13.7%～20.9%，均较低，计算大豆施氮肥经济效益，在施磷钾肥条件下，每多施1 kg氮肥可增收2.0 kg～20.2 kg大豆，可增收7.6元～76.8元，而在2014年NPK处理比PK处理增收为负值，主要是因为PK处理中投入的过磷酸钙肥料价格比二铵便宜，2015年，增施一定量氮肥，平均每公顷仍可获得1 250元收益，见表6。

表6 大豆施氮肥肥料利用率及经济效益分析

注：(a)2014年为NPK与PK处理比增产量，2015年为N2PK与NPK处理比增产量；(b)每增加1 kg纯量化肥所增加的产量；(c)按照大豆市场综合商品价格计算，每增加1 kg纯量化肥所增加的收入；(d)每hm2增加的收入。

Note:(a)Increased yield of NPK compared with PK in 2014,and increased yield of N2PK compared with NPK in 2015;(b)Yield increases with pure fertilizer increased by per kg;(c)Income increases with pure fertilizer increased by per 1 kg based on market soybean price;(d)Income increases with planting area increased by per hm2.

2.2.2 大豆施磷肥利用率及其经济效益分析。大豆磷肥利用率为5.1%～10.5%，与施氮钾化肥(2014年)或氮钾加低量磷肥(2015年)条件下，两年各试验点施磷肥总体对产量和经济效益影响较低，增产、增收幅度较低，仅爱辉两年施磷肥获得正效益，而逊克和海伦施磷肥两年均为负效益，4个试验点平均每施1 kg磷肥反而损失7.3元～10.6元，见表7。

表7 大豆施磷肥经济效益分析

注：2014年为NPK处理与NK处理比，2015年为N2P2K与N2PK处理比。

Note:NPK compared with NK in 2014,and N2P2K compared with N2PK in 2015.

2.2.3 大豆施钾肥利用率及其经济效益分析。大豆钾肥利用率为8.0%～20.4%，在施氮磷肥条件下，大豆施钾肥增产、增效幅度也较低，爱辉两年施钾肥获得正效益，而北安、逊克、海伦两年结果不一致，北安2015年施钾肥获得效益最高，每kg钾肥可以获得39.5元，4个试验点平均，每施1 kg钾肥两年分别获得2.0和11.6元效益，见表8。

表8 大豆施钾肥经济效益分析

注：两年均为NPK与NP处理。

Note:Only NPK and NP in two years.

2.2.4 玉米施肥经济效益分析。分析玉米施氮磷钾肥经济效益结果显示，在3个试验点施磷肥经济效益均为正，平均增施1 kg磷肥可获得34.2 元；在巴彦和车陆，施氮肥获得正效益，每千克氮肥可获得26.2元，而施钾肥为负收益；而在高滩施氮肥为负效益，施钾肥可获得34.5 元·kg-1，见表9。

3 讨 论

恰当的栽培措施和肥料施用是稳定和提高大豆产量与品质的重要因素，而关于大豆推荐施肥量，不同研究者在不同试验点得出的结论差异也较大，刘双全[21]推荐大豆配方施肥施用量为N 52.5 kg·hm-2，P2O575 kg·hm-2，K2O 60 kg·hm-2；杨丽君[22]在黑龙江省北部进行试验，大豆高产高效最佳施肥量225 kg·hm-2～262.5 kg·hm-2，氮磷钾比例为：岗坡1.0∶1.2∶(0.8～1.0)，平地1.0∶(1.4～1.5)∶1.0，王囡囡等[23]试验结果推荐施肥量为尿素60 kg·hm-2，磷酸二铵 135.5 kg·hm-2，氯化钾54 kg·hm-2；宋春等[10]试验得出北部黑土区大豆最佳施肥量为N 60 kg·hm-2P2O5，75 kg·hm-2，K2O 48 kg·hm-2，总体上推荐施肥量均在200 kg·hm-2以上，据我们调查，当地农户播种大豆施肥量甚至高于此量。文中所设实验处理施肥量均低于200 kg ·hm-2，在4个试验点，施肥对大豆均有一定增产，2014年仅爱辉区增产幅度较高，其他试验点增产幅度较低，所获得经济效益也不高，最高收益为1 981.9 元·hm-2，氮磷钾肥的利用率均较低，氮肥利用率为13.7%～20.9%，磷肥利用率为5.13%～10.5%，钾肥利用率为8.0%～20.4%。2015年由于不施肥处理产量降低，可能是由于第二年重茬大豆，引起了减产，施肥获得了更高的经济效益。但不同施肥处理间比较，增加施肥量不能继续增加大豆产量，单独分析氮磷钾经济效益，氮肥经济效益，两年分别为15.0元·kg-1、40.6元·kg-1，磷肥两年经济效益均为负值，钾肥两年经济效益分别为2.0元·kg-1、11.6元·kg-1。综上在黑土区施氮磷钾肥对大豆有一定增产，但肥料利用率较低，并且单一肥料经济效益较低，尤其是磷钾肥大部分表现为负经济效益，从而说明在黑土减量化施肥大豆经济效益降低不大，综合几个处理大豆以N2PK处理获得经济效益最高，这与王凤仙等[14]在海伦试验结果一致。从而我们推荐黑土区大豆施肥量为N 60 kg·hm-2，P2O570 kg·hm-2，K2O 40 kg·hm-2，考虑施磷钾肥表现为负经济效益，从而还可适当降低磷钾肥施用量。我们前期在海伦进行的肥沃耕层构建技术实施中，大豆施肥量为N 60 kg·hm-2，P2O560 kg·hm-2，K2O 30 kg·hm-2，取得良好增产效果[18]，也证明适量降低磷钾肥用量对大豆产量及经济效益影响不大。这与北部黑土区大豆一般施肥量相比总量降低了近25%，其中磷肥降低了20%，钾肥降低了37.5%。施肥在玉米生产中的地位越来越重要，随着玉米产量的不断提高，肥料的投入也在增大，吉林省化肥施用量从1980年的19.3万t到2005年的159.1万t，增加了7.2倍[11]，但随着施肥量的增加会出现报酬递减、肥料利用率降低的情况。本研究中，与不施肥处理相比，施肥可显著增加玉米产量，且获得一定收益，但不同施肥处理间，玉米产量差异不大，所获得的收益差异也较小，即增施肥料对玉米产量及收益增加不大，为此可减少30%玉米施肥量，主要氮肥可减少25%，钾肥可减少40%。建议玉米施肥量为N 150 kg·hm-2，P2O560 kg·hm-2，K2O 40 kg·hm-2。

王凤仙等[14]前期在海伦进行的试验结果表明，大豆施肥获得经济效益高于玉米，近年来由于玉米品种的引进，玉米生育期缩短，产量不断增高，本文中施肥可显著增加玉米产量，但不同施肥量玉米产量差异不大，总体玉米施肥获得效益高于大豆，再加上玉米实现了机械化收割，导致我国黑土区玉米种植面积增加，大豆种植面积不断减小，但长期玉米连作会有一定减产[24]。因此，合理的大豆-玉米轮作模式，配合精准施肥方式，减少肥料施用量而不减产，对降低农业资源环境污染，农业可持续发展具有重要意义。

表9 玉米施氮磷钾肥经济效益

4 结 论

东北北部黑土区与不施肥对照相比，施肥对大豆有一定增产效果，不同试验点增产幅度不一致，可获得一定经济效益，综合比较施肥处理N 61.5 kg·hm-2，P2O569 kg·hm-2，K2O 46 kg·hm-2经济效益最高。施肥可显著增加玉米产量，不同施肥处理间玉米产量差异不显著，施肥比不施肥玉米可获得较高经济效益。就氮磷钾单一肥料而言，大豆氮磷钾利用率均较低，大豆施氮肥经济效益高于钾肥和磷肥，玉米施磷肥经济效益高于氮肥和钾肥。总之，在黑土区北部大豆、玉米施肥量过高，增施肥未能获得更高经济效益，为此，大豆磷肥施用量可减少20%，钾肥施用量可减少37.5%，推荐施肥量N 60 kg·hm-2，P2O570 kg·hm-2，K2O 40 kg·hm-2。玉米施肥氮肥可减少25%，钾肥可减少40%，推荐量为N 150 kg·hm-2，P2O560 kg·hm-2，K2O 40 kg·hm-2。

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Effects of Reduced Fertilization on Yield and Economic Benefit in Soybean and Maize

LU Xinchun1,HAN Xiaozeng1,ZOU Wenxiu1,ZANG Jingshu2,WANG Lijuan3,YANG Yong4,WANG Yanbing5,NI Fengjun6

(1.NortheastInstituteofGeographyandAgroecology,CAS,Harbin150081; 2.XunkeAgriculturalTechnologyExtensionCenter，Heihe164400，China; 3.AihuiAgriculturalTechnologyExtensionCenter,Heihe164300,China; 4.BeianAgriculturalTechnologyExtensionCenter,Beian164000,China; 5.HailunAgriculturalTechnologyExtensionCenter,Hailun152300,China; 6.BayanAgriculturalTechnologyExtensionCenter,Bayan151800,China)

Reduced fertilization experiments of maize and soybean were conducted in Xunke,Aihui,beian,Hailun and Bayan in Heilongjiang Province in order to determine the productivity of arable black soil,fertilization status and fertilizer use efficiency.The result showed that soybean yield with no fertilizer treatments (CK) changed from 1 370 kg·hm-2～3 586 kg·hm-2with the coefficient of variation of 35% in all experimental sites with exception of Bayan in 2014 and 2015.Soybean yield in 2014 was increased by 2～45% in fertilizer application treatments compared with CK,significant increase in soybean yield was only observed in Aihui.In 2015,soybean yield in fertilization treatments (NPK,N2PK and N2P2K) was significantly increased in Aihui,Xunke and Beian compared with CK,but additional N and P fertilizer application (N2PK and N2P2K) also increased soybean yield and economic benefit compared with NPK (p>0.05).Fertilizer use efficiencies of soybean were a little bit low with 13.7%～20.9%,5.1%～10.5% and 8.0%～20.4% for N,P and K fertilizer use efficiency,respectively.Economic benefit of N fertilizer was more than that of P and K fertilizers,the highest economic benefit of soybean was found in N2PK treatment (N 61.5 kg·hm-2，P2O569 kg·hm-2，K2O 46 kg·hm-2).Maize yield in fertilization treatments was increased by 32%～148% compared with CK,there was no significant difference among different fertilization treatments,additional N and P fertilizer application treatments (N2PK and N2P2K) had no effects in increasing maize yield compared with NPK.The economic benefit of P fertilizer was more than that in N and K fertilizers for maize.Therefore,amount of fertilizer application of soybean and maize could be decreased by 25% and 30%,respectively,with reduction in P and K fertilizer for soybean,N and K fertilizer for maize.The recommended fertilizer application rate in the northern part of Mollisols region was N 60 kg·hm-2，P2O570 kg·hm-2，K2O 40 kg·hm-2for soybean ,N 150 kg·hm-2，P2O560 kg·hm-2，K2O 40 kg·hm-2for maize.

reduced fertilization; yield; economic benefit; fertilizer use efficiency

10.11689/j.issn.2095-2961.2016.04.005

2095-2961(2016)04-0240-08

2016-03-16；

2016-07-15.

公益性行业(农业)科研专项(201503120,201303126)；国家重点研发计划(2016YFD0200309-6).

陆欣春(1982-)，男，内蒙古赤峰人，博士，助理研究员，主要从事土壤肥力与作物营养方面研究.

韩晓增(1957-)，男，辽宁瓦房店人，研究员，主要从事农田生态研究.

S143

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