华北平原小麦生长季氮肥减施依据与基准简析

2019-01-15聂胜委张巧萍张玉亭许纪东

山西农业科学 2019年1期

聂胜委，张巧萍，张玉亭，许纪东，何宁

（1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州450002；2.遂平县农业科学试验站，河南遂平463100）

华北平原是我国重要的粮食生产基地，在保障国家粮食安全方面发挥着举足轻重的作用。粮食的持续性增产与化学肥料大量、过量投入密切相关。国家统计资料显示，我国农田化肥施用量由2000年的4 146.4万t持续增加到2015年的6 022.6万t，以年均3%的速度递增。过量的肥料投入在获得较高粮食产量的同时，带来了更多的负面效应，如氮淋失、地下水污染、土壤板结、酸化以及生态环境恶化和可持续生产能力下降等[1-2]。2015年，农业部发布了《关于打好农业面源污染防治攻坚战的实施意见》，提出了“一控、两减、三基本”的目标，到2020年实现化肥零增长。科研领域中，国家重点研发专项计划相继启动了化肥农药减量施用的相关研究。小麦是华北平原主要的粮食作物，研究小麦需肥特点和规律[3-6]、施肥技术与建议[7-24]、新型耕作技术[25-27]等方面的报道较多。在化肥农药减量施用的基准值方面，由于研究受到地域（尺度）、时间、人员等因素的影响，不同地域之间、同一地域的不同年限之间小麦季氮肥投入量存在较大差异，如调查氮肥投入量显示，山东2004年为424 kg/hm2[9]，2009年山东枣庄为 208.9 kg/hm2[14]；河南 2012 年为 195.9 kg/hm2[8]，2013年河南新乡为526.5kg/hm2[20]，2016年河南平舆县为328.5kg/hm2[13]；化肥减量施用的基准值目前尚没有一个相对科学、合理和统一的依据。因此，国家十三五重点研发专项启动了有关化肥农药减施增效的相关专题，其中粮食作物的肥药双减研究是其中之一。

本研究从不同尺度层面分析研究小麦季化肥（氮肥）减量施用的依据和基准，旨在实现氮肥科学合理减量施用，为资源节约和高效利用提供参考。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

华北平原（N32°～40°，E114°～121°）跨越京、津、冀、鲁、豫、皖、苏7省市，面积达30万km2。中、北部属暖温带季风气候，四季变化明显，南部淮河流域处于向亚热带过渡地区，冬季寒冷干燥，年均温14～15℃，≥0℃积温为4100～5400℃，≥10℃积温为3 700～4 700℃，年降水量500～1 000 mm，年日照时数为2 800 h，7—8月光、热、水同季，作物增产潜力大。

1.2 资料来源

区域数据资料来源于中国统计局统计年鉴[28]“农业”章节中农作物生产条件与播种面积、耕地灌溉面积和农用化肥施用量、农作物播种面积、主要农产品产量、主要农产品单位面积产量等小节。

华北平原区小麦季氮肥施用量在小麦/玉米一年两熟区按照氮肥施用量各占比1/2折算；复合肥中氮含量按照25%N含量进行折算。

文献调查资料来源于中国知网数据库中期刊论文部分。

1.3 数据分析

数据采用Excel，SPSS软件进行分析整理。

2 结果与分析

2.1 我国单位面积耕地氮肥施用量及产量的变化分析

从图1可以看出，我国单位面积耕地中氮肥用量从1980年的209.6 kg/hm2持续增长到2007年的472.9 kg/hm2，年均增长率为7.4%，有力地保障了国家的粮食安全；2008—2012年，单位耕地面积氮肥施用量维持在460 kg/hm2的水平；近年来，单位耕地面积氮肥平均施用量有所下降，由2013年的458.2 kg/hm2下降到2016年的426.3 kg/hm2。

从图2可以看出，小麦单产自1980年以来总体呈增加的趋势，由1980年的1 913.9 kg/hm2增加到2016年的5 327.0 kg/hm2，其一方面得益于品种、耕作栽培技术以及田间管理等科技的应用和推广；另一方面，与我国化学肥料的大量持续投入密切相关。此外，小麦单产的增量则表现出“阶梯式”下降特点，第1阶段（1980—2006年），在这一阶段中，小麦单产随着化肥用量的增加增产幅度较大，增幅较为稳定，平均增幅在393.1 kg/hm2，从侧面反映出氮肥的投入与小麦产量的增加呈正相关；第2阶段（2007—2016年），小麦单产开始出现大的波动，其中，在2009，2016年增产幅度为负值，分别增产-23.0，-65.7 kg/hm2，在 2007，2010，2011，2013 年增产幅度小于100 kg/hm2，相当于平产水平，氮肥持续性过量投入对小麦产量的增加并没有促进作用，说明氮肥的投入接近小麦季生长的实际需求量。

2.2 华北平原区单位耕地面积氮肥施用量及产量的变化分析

从图3可以看出，华北平原区2010年单位耕地面积平均氮肥用量为450.8 kg/hm2，河南、江苏分别高达 594.0，530.9 kg/hm2，山东、安徽次之，分别为437.3，417.0 kg/hm2，河北、天津、北京则较低；2016 年华北平原区单位耕地面积平均氮肥用量为417.6 kg/hm2，较2010年有所减少，其中，河南、江苏2省施用量依然较高，分别为583.1，448.6 kg/hm2，其他省市则整体相对较低。

华北平原区是我国传统的小麦优势主产区。从图4可知，2010年该区小麦平均单产为5149.1kg/hm2，仅河南、山东超过平均水平，分别为5837.5，5779.5kg/hm2；2016年该区小麦平均单产为5 753.0 kg/hm2，较2010年的平均单产水平有所增加，其中，河南、山东、河北、安徽4省份平均单产接近或超过平均水平。而由图3可知，山东、河北、安徽的氮肥用量较低，表明在当前的生产条件下，氮肥的施用量减少并不会影响小麦的单产水平。

2.3 有关文献调查报道华北平原小麦季施肥量的分析

表1 中国知网数据库中发表的有关农户水平的小麦氮肥施用量文献

以中国知网数据库资源（1955—2018年），以“小麦施肥”为篇名检索词，检索到有关小麦施肥的文献有160篇，经过对文献研究的所在区域、研究的内容进行甄别，筛选到有关小麦季施肥入户调查研究的有效文献7篇（表1），通过分析可以看出，小麦季氮肥施肥量在不同的文献中存在较大差异，其中，小麦季施肥量最高为526.5 kg/hm2，最低为195.6 kg/hm2，平均氮肥施用量为328.2 kg/hm2。小麦季全国施肥水平是295.9 kg/hm2。此外，文献的时间跨度较长，从2003年已有学者开始研究报道，直到2018年，时间跨度长达15 a，说明小麦季氮肥的施用纵向上是稳中有升，而且氮肥过量施用所占比例较大。

2.4 华北平原小麦季氮肥减量施用的基准分析

从全国大范围来看，统计资料分析显示，2005—2014年间，单位耕地面积氮肥投入量超过450 kg/hm2的水平，小麦单产在持续增加，但是小麦单产增加量在2007年以后增加幅度则收窄，在有些年份甚至是负增长，说明此时氮肥的投入已经接近单位面积投入量上限。

从华北平原区域来看，2010年单位耕地面积平均氮肥用量为450.8 kg/hm2，2016年为417.6 kg/hm2，小麦生长季按照1/2计算，小麦季氮肥年平均投入量为217.1kg/hm2。从估算结果来看，小麦季平均氮肥施用量尚处于合理范围之内，但是在粮食主产省份中，氮肥施用量，2010年河南、江苏分别高达594.0，530.9kg/hm2，2016 年河南、江苏分别为 583.1，448.6kg/hm2；小麦生长季氮肥投入量按照1/2计算，河南、江苏 2010 年分别为 297.0，265.5 kg/hm2，2016 年分别为 291.6，224.3 kg/hm2。

从已有的文献报道可以发现，2003年文献农户调查的结果为295.9 kg/hm2水平[24]，多地多年文献调查（农户）总的平均投入量为328.2 kg/hm2。综合考虑华北平原区的生产水平等各种因素，华北平原区小麦季氮肥施用量水平为（300±30）kg/hm2，在此基础上进行减量施肥技术研究比较符合区域客观实际情况。