湖北省不同时期主要作物氮磷钾肥料养分利用率分析

2017-12-25张德才刘荣张淑贞

湖北农业科学 2017年22期

张德才+刘荣+张淑贞

摘要：在湖北省“十一五”和“十二五”两时期各县市（区）在水稻、小麦、玉米、油菜和棉花等主要作物上进行的“三区试验”、“常规五处理试验”等得到4 729个田间试验结果。基于“差减法”测算相关处理间氮、磷、钾各肥料养分相对利用率，同时创新采用氮、磷、钾肥料养分综合利用率计算方法，对各作物各试验田按不同计算方法测算的肥料养分利用率进行统计分析。结果表明，采用氮、磷、钾肥料养分利用率综合计算法所得的肥料利用率，相对其他测算方法更具有合理性。按面积加权统计，“十一五”时期，各主要作物肥料利用率平均在30.1%～42.2%，总计平均为35.3%，配方施肥相比习惯施肥提高4.7个百分点；“十二五”时期，各主要作物肥料利用率平均在30.6%～44.9%，总计平均为36.7%，配方施肥相比习惯施肥提高3.8个百分点。“十二五”相比“十一五”时期，总计平均提高1.4个百分点。

关键词：作物；肥料；养分利用率；分析

中图分类号：S147.5 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）22-4264-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.22.014

Abstract： 4 729 field-experiment data were successfully gotten by carrying out the three-plot and the five routine tests on the main crops including paddy rice， wheat， maize， rape and cotton in different sites of Hubei at the 11th and 12th five-year-plan periods. Routine subtraction method was applied to statistically estimate the values of the relative nitrogen（N）， phosphorus（P） and potassium（K） fertilizer use efficiency of the crops in the different experimental plots respectively. In addition， innovatively adopted the N， P， K nutrient comprehensive utilization calculation method， the nutrient utilization for each crop plots according to different calculation method for the measurement of utilization rate of fertilizer nutrients were analyzed. The results showed that the numerical values of the fertilizer use efficiency calculated by the comprehensive method were more reasonable and consentaneous with the N， P， K nutrient comprehensive utilization calculation method than the others. In the 11th five-year-plan period， the distribution interval of the fertilizer use efficiency of crops was 30.1%～42.2% while the average was 35.3% in terms of area weighted means， moreover， the formula fertilization treatments increased by 4.7 percentage points compared with the conventional. In the 12th five-year-plan period， the values mainly ranged from 30.6% to 44.9% and the statistical mean was 36.7%， while the formula fertilization treatments were 3.8 percentage points higher than the conventional. The statistical results indicated that the values of the fertilizer use efficiency at the 12th five-year-plan period were raised by 1.4 percentage points compared with the 11th.

Key words： crops； fertilizer； nutrient use efficiency； analysis

肥料利用率即作物吸收利用肥料養分量占施用肥料养分量的比例，是衡量肥料施用是否合理的一项重要指标[1，2]。肥料利用率高，表明肥料施用较为合理平衡，投肥效率较高，养分流失而导致水体富营养化及污染也相对减少。合理平衡或测土配方施用肥料，是提高肥料利用率的关键措施，推广应用测土配方施肥技术意义重大。肥料利用率受土壤肥力、养分与作物的平衡关系、施肥技术与施肥配比、养分施用量、土壤水分、气候因子、栽培管理措施等诸多因素的影响，是个动态变化参数，与肥料养分施用量呈负相关关系[2-4]。同位素示踪试验法是能比较准确获得所试田块肥料养分利用率参数的方法[1，2，5]，但该方法受试验材料、测试等诸多条件的限制不便操作。endprint

按《全国测土配方施肥技术规范》，采用“3414”常规五处理肥效试验法，按“差减法”[2，4]即把三要素配施与某两要素配施的另一要素的土壤养分吸收量视同一致，分别测算所试田块作物氮、磷、钾三要素肥料养分利用率[5-11]。而因养分间的协同与抑制作用，仅施某要素、或某两要素、或三要素养分配施、或三要素养分均不施等不同土壤养分和不同施肥条件下，作物吸收的土壤养分量的相关研究报道较为鲜见。按“差减法”分析测算的养分利用率，仅是相对利用率，即表观利用率。人们常说的肥料利用率，一般是指三要素肥料养分的利用率，但没具体指是某一要素肥料养分的利用率，因应用常规五处理试验结果按“差减法”测算的是氮、磷、钾三要素肥料养分各养分的利用率。这里引入氮、磷、钾三要素肥料养分综合协同利用率概念，基于“差减法”综合测算氮、磷、钾三要素肥料养分利用率，与人们一般所说的肥料利用率有所一致。应用湖北省各县市（区）“十一五”“十二五”各时期实施国家测土配方施肥项目所进行的各主要作物各田间“3414”肥效试验、“3414”常规五处理试验、三区试验结果，对不同时期全省主要作物肥料养分利用率进行分析统计，旨在为推广应用测土配方施肥技术，不断优化测土配方施肥、提高肥料养分利用率提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点、作物与数据统计来源

各时期各年度各县市（区）按湖北省统一试验方案，选择土壤类型、土壤肥力、施肥与产量水平等均有代表性的区域田块（3年内未进行相关肥效试验的田块），在水稻、小麦、玉米、油菜和棉花等主要作物上和水稻土、潮土、黄棕壤、红壤等主要土壤上进行“3414”、“3414”常规五处理、三区等田间肥效试验，所试各作物品种均选用当地主导品种。收集、整理“十一五”时期试验数据齐全的三区试验点数1 854个，常规五处理（含“3414”中常规五处理）试验点数1 589个，“十二五”时期分别为560和726个，总计4 729个田间试验数据。

1.2 试验设计

1.3 计算方法

式（1）：作物某养分吸收总量=子粒产量×子粒该养分含量+茎叶产量×茎叶该养分含量。

式（2）：施肥处理氮、磷、钾养分综合协同利用率=（施肥处理氮、磷、钾养分合计吸收总量-不施肥处理氮、磷、钾养分合计吸收总量）÷氮、磷、钾养分合计施用总量×100%。

式（3）：施肥处理氮、磷、钾某养分协同利用率=（施肥处理某养分吸收总量-不施肥处理该养分吸收总量）÷该养分施用总量×100%。

式（4）：施肥处理氮、磷、钾养分协同利用率平均=（施肥处理氮养分利用率+施肥处理磷养分利用率+施肥处理钾养分利用率）÷3。

式（5）：氮、磷、钾养分综合协同利用率=（处理⑥氮、磷、钾养分合计吸收总量-不施肥处理①氮、磷、钾养分合计吸收总量）÷处理⑥氮、磷、钾养分合计施用总量×100%。

式（6）：氮、磷、钾某养分协同利用率=（处理⑥该养分吸收总量-不施肥处理①该养分吸收总量）÷处理⑥该肥料养分施用总量×100%。

式（7）：氮、磷、钾养分综合相对利用率=（处理⑥氮、磷、钾养分合计吸收总量-处理②氮养分吸收总量-处理④磷养分吸收总量-处理⑧钾养分吸收总量）÷处理⑥氮、磷、钾养分合计施用总量×100%。

式（8）：氮、磷、钾某养分相对利用率=（处理⑥某养分吸收总量-仅不施该养分处理该养分吸收总量）÷处理⑥该肥料养分施用总量×100%。

2 结果与分析

2.1 不同时期主要作物三区试验肥料养分协同利用率

2.1.1 习惯施肥和配方施肥氮、磷、钾肥料养分综合协同利用率依据各时期各主要作物三区试验结果按式（2）分别测算习惯施肥和配方施肥处理氮、磷、钾养分综合协同利用率，继而统计算术平均值，结果分别列于表1。由表1可知，各作物各试验点同比，配方施肥相比习惯施肥利用率均有所提高，利用率提高点数均占比较大，且随着时间推移，测土配方施肥技术认知完善和普及应用程度增强，利用率也随之提高。“十一五”时期即在测土配方施肥项目建设实施与示范推广阶段，早稻、中稻、晚稻、小麦、玉米、油菜、棉花各作物各试验点习惯施肥氮、磷、钾肥料养分综合协同利用率平均分别在26.3%～38.9%，总计平均为31.2%；配方施肥平均分别在28.6%～46.9%，总计平均为35.8%；配方施肥相比习惯施肥各作物平均增加2.3～8.0个百分点，总计平均增加4.6个百分点，提高点所占比例达81.2%，下降点仅占18.8%。“十二五”时期即在测土配方施肥项目巩固实施与普及应用阶段，习惯施肥氮、磷、钾肥料养分综合协同利用率平均在27.9%～38.1%，总计平均为34.3%；配方施肥平均在32.2%～46.0%，总计平均为38.4%；配方施肥相比习惯施肥各作物平均增加1.2～7.9个百分点，总计平均增加4.1个百分点，提高点占比75.4%，下降点仅占24.6%。“十二五”时期相比“十一五”时期，习惯施肥、配方施肥总计平均分别增加3.1、2.6个百分点。

2.1.2 习惯施肥和配方施肥氮、磷、钾各肥料养分协同利用率与平均利用率按式（3）分别测算各时期习惯施肥和配方施肥处理各作物各试验点氮、磷、钾各养分协同利用率，继而按式（4）测算氮、磷、钾三要素养分利用率平均值，结果见表2。由表2可知，由式（4）所得平均值基本均高于按式（2）测算的氮、磷、钾养分综合协同利用率结果。“十一五”时期早稻、中稻、晚稻、小麦、玉米、油菜、棉花作物习惯施肥氮、磷、钾三要素养分利用率平均值在32.4%～44.5%，总计平均为38.1%，相比式（2）测算结果偏高7.0个百分点；配方施肥平均值分别在32.2%～49.8%，总计平均为40.3%，相比式（2）测算结果偏高4.5个百分点。“十二五”时期养分协同利用率均值与式（2）相比，除小麦习惯施肥有所降低外，其他作物均呈升高趋势，总计平均偏高5.6个百分点。由此可见，拆开分别计算氮、磷、钾养分利用率再计算三要素養分平均值结果与式（2）计算结果之间存在较大差异。endprint

2.2 不同时期主要作物常规五处理试验肥料养分利用率统计分析

以“3414”试验中①、②、④、⑥、⑧常规五处理试验结果数据为基础，分别按式（5）至式（8）测算统计肥料养分利用率，结果见表3和表4。由表3可知，全施肥处理⑥相比不施肥处理①，“十一五”时期各主要作物氮、磷、钾养分综合协同利用率（X）平均在34.2%～44.1%，总计平均为38.3%，氮、磷、钾各肥料养分协同利用率平均值（Y）在35.4%～49.1%，总计平均为42.7%，Y比X平均高出0.9～7.9个百分点，总计平均高出4.4个百分点。由表4可知，全施肥处理⑥分别相对仅不施氮处理②、仅不施磷处理④和仅不施钾处理⑧，“十一五”时期各主要作物氮、磷、钾养分综合相对利用率（A）平均在27.8%～32.4%，总计平均为31.3%，氮、磷、钾各肥料养分相对利用率（“差减法”采用的测算方法）平均值（B）在29.4%～36.2%，总计平均为33.6%，B比A平均高出0.1～4.4个百分点，总计平均高出2.3个百分点。总体而言，“十二五”时期各测算统计结果整体高于“十一五”时期，两时期各指标值变化趋势基本一致，各测算统计结果表现为Y>X>B>A，总计平均值A比X低6.8～7.0个百分点（表3和表4）。

2.3 不同时期主要作物常规五处理试验处理间养分相对吸收量统计分析

按式（1）分别计算各作物仅不施氮处理②氮养分、仅不施磷处理④磷养分、仅不施钾处理⑧钾养分的吸收量分别相对全不施处理①氮、磷、钾养分吸收量的差值，统计结果列于表5。由表5可知，两时期各作物养分吸收量均表现增加趋势，总计平均氮、磷、钾养分吸收量分别增加2.25～2.40 kg/hm2、2.55～2.85 kg/hm2、19.20～19.95 kg/hm2，说明三要素中某两要素配施均能促进另一要素土壤养分的吸收而提高吸收量。全施肥处理⑥氮、磷、钾养分吸收量分别相对处理②氮养分、处理④磷养分、处理⑧钾养分的吸收量结果同样表现增加趋势，总计平均氮、磷、钾养分吸收量分别增加49.20～49.35 kg/hm2、15.60～15.90 kg/hm2、108.30～108.75 kg/hm2，不过处理⑥所增加的养分吸收量，不仅来自土壤养分，同时也来自肥料养分。至于三要素配施和某两要素配施，另一要素的土壤养分吸收量是否等同或增或减，按本试验方法则不得而知，这也是按式（8）测算利用率方法的局限性。测算统计处理⑥相对处理①，也表现一致增加趋势，总计平均氮、磷、钾养分吸收量分别增加51.45～51.60 kg/hm2、18.15～18.90 kg/hm2、132.15～133.80 kg/hm2，处理⑥所增加的养分吸收量，无论是增加的土壤养分或肥料养分的吸收量，均是氮、磷、钾三要素配施协同促进作用的贡献，在三要素肥料配施的情况下，因所施肥料养分的优势作用，相对抑制土壤养分的吸收，可能所吸收的肥料养分量占较高比例。因此认为在“差减法”测算肥料养分表观利用率基础上，按式（2）或式（5）测算的三要素肥料综合协同利用率相对式（7）或式（8）测算的利用率更具有合理性，也与人们一般所说的肥料利用率（即没有特指某一要素肥料的利用率）的概念更相符。

2.4 不同时期主要作物肥料养分利用率

按各时期各主要作物习惯施肥和配方施肥面积，在按式（2）和式（5）统计的算术平均利用率（其中配方施肥采用三区试验与常规五处理试验合计点数的平均值）基础上，统计各时期各主要作物氮、磷、钾肥料养分综合协同利用率（概称为“肥料利用率”）面积加权平均，结果见表6。可见，“十一五”时期，各主要作物肥料利用率平均在30.1%～42.2%，总计平均为35.3%，配方施肥相比习惯施肥提高4.7个百分点；“十二五”时期，各主要作物肥料利用率平均在30.6%～44.9%，总计平均为36.7%，配方施肥相比习惯施肥提高3.8个百分点。“十二五”相比“十一五”时期，仅油菜作物肥料利用率有所下降，其他作物均有所上升，总计平均提高1.4个百分点（表6）。

3 小结与讨论

1）综合以上分析，基于“差减法”应用三区试验、常规五处理试验等相关试验结果，采用氮、磷、钾全施肥处理相对全不施处理所增加的氮、磷、钾养分合计吸收量所占氮、磷、钾养分合计施用量比例的测算方法即氮、磷、钾养分综合计算法计算所得肥料利用率（仍是表观或相对利用率），相对其他测算方法更具有合理性，也与人们一般所说的肥料利用率概念更相符，且仅需设置不施肥区和施肥区两处理即可，田间试验也更为简便。

2）基于“差减法”应用三区试验、常规五处理试验等相关试验结果及各时期各主要作物习惯施肥与配方施肥面积，测算统计氮、磷、钾肥料养分综合协同利用率结果表明，湖北省“十一五”时期，早稻、中稻、晚稻、小麦、玉米、油菜、棉花各主要作物肥料利用率平均分别为30.1%、34.4%、31.4%、35.1%、34.5%、36.0%和42.2%，总计平均为35.3%，配方施肥相比习惯施肥提高4.7个百分点；“十二五”时期，各主要作物肥料利用率平均分别为30.6%、39.1%、34.1%、38.9%、37.3%、31.9%和44.9%，总计平均为36.7%，配方施肥相比习惯施肥提高3.8个百分点。“十二五”相比“十一五”时期，总计平均提高1.4个百分点。

3）基于“差减法”应用常规五处理试验等相关试验结果，测算三要素配施各养分分别相对某两要素配施的另一要素的肥料养分利用率，其中，三要素配施作物吸收各土壤养分量与相应某两要素配施另一要素土壤养分吸收量是否一致，尚需采用同位素示踪法进行相关试验研究。

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