江苏泰州市稻-麦轮作体系土壤氮磷钾养分平衡状况

崔 振

（泰州市农业委员会，江苏泰州 225300）

近年来，在中央实行最严格的耕地保护制度和最严格的节约用地制度政策背景下[1]，人均耕地面积仍十分紧张[2]，促进粮食高产、保障粮食安全成为农业绿色高效发展过程中亟待解决的问题。化肥投入是对土壤养分的补充，是保障粮食高产的重要手段[3-4]，而忽视土壤和环境本身养分供应能力以及作物目标产量对养分需求的过量施肥，将造成低资源利用率和高环境风险[5-6]。

泰州市位于江苏省中部，长江东北岸，全市国土总面积57.9万 km2，耕地总面积31.7万 km2，是全国重要的粮食产区，稻麦轮作是该市主要的农业生产模式，2017年全市粮食种植面积43.5万km2，总产量313万吨[7]。

本研究根据2012—2017年泰州市20个省级耕地质量监测点的监测数据，对监测点肥料投入和作物养分吸收数据进行统计分析，旨在评价泰州市稻麦轮作耕地养分平衡状况，为促进耕地质量提升、抑制农业面源污染提供理论依据，对今后耕地质量建设与保护工作提出对策和建议。

1 材料与方法

1.1 监测点基本情况

全市20个耕地质量监测点均设在永久性基本农田，且均为有代表性的田块，以当地主要种植制度、种植方式为主，耕作栽培施肥等管理措施能代表当地一般水平。监测点分布在3个全市主要农区(表1)，覆盖了全市典型种植制度。

1.2 研究内容

对江苏省耕地质量监测数据库中记录的稻麦轮作省级耕地质量监测点2012—2017年6年间的耕作制度、肥料投入、作物产量等数据进行汇总，筛选出不同农区稻麦轮作制度下监测区肥料投入和作物产量数据。土壤氮、磷、钾的养分投入数据计算公式：

式中：IN、IP、IK分别代表氮、磷、钾的养分投入；F代表肥料投入总量；A代表肥料养分投入换算系数，换算系数参考《江苏省耕地质量监测技术规程》中所提供的不同品种肥料养分含量[8]。

作物土壤氮、磷、钾的养分吸收数据计算公式：

式中：CN、CP、CK分别代表作物氮、磷、钾的吸收总量；P代表作物产量；B代表作物养分吸收换算系数，换算系数参考《江苏省耕地质量监测技术规程》中所提供的主要作物养分吸收量[8]。

在测算出肥料养分投入和作物养分吸收数据后，计算养分平衡率：

式中：B代表养分平衡率；I代表养分投入；C代表养分吸收。

表1 耕地质量监测点分布情况Table 1 Distribution of farmland quality monitoring points

不同农区、不同年份的作物产量、肥料投入、作物吸收及养分平衡率使用SPSS 19.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 作物产量

2012—2017年全市小麦籽粒、秸秆平均年产量为4705.5、5220.3 kg/hm2；水稻籽粒、秸秆平均年产量为7049.2、7511.5 kg/hm2。高沙土区、里下河区和沿江区小麦、水稻籽粒和秸秆平均年产量没有显著性差异，各农区不同年份作物产量略有波动，年度产量之间没有显著性差异(表2)。

2.2 肥料养分投入

2012—2017年全市稻-麦轮作区平均投入氮肥(N) 603.8 kg/hm2、磷肥 (P2O5) 130.8 kg/hm2、钾肥(K2O) 135.1 kg/hm2。年均氮肥投入量里下河区显著高于高沙土区和沿江区，为N 659.4 kg/hm2；磷肥投入量各区之间没有显著性差异；钾肥投入量里下河区显著低于高沙土区和沿江区，仅为K2O 127.9 kg/hm2(表3)。

各农区不同年度氮肥投入量基本保持稳定(表3)，不同年度投入量之间差异不显著；磷肥、钾肥投入量均逐年上升，2017年肥料投入量显著高于其他年度。

2.3 养分平衡情况

综合全市各监测点数据，全市耕地土壤氮肥、磷肥盈余，钾肥亏损。氮肥盈余率为117.5%，磷肥盈余率为24.2%，钾肥亏缺率为-49.0%。

不同区土壤养分盈亏情况均与全市一致，即氮、磷盈余，钾亏损，但不同养分盈亏在区域间存在显著性差异。氮肥以里下河区盈余率最高，为139.5%，显著高于高沙土(106.7%)和沿江区(106.3%)。磷肥盈亏率各区之间没有显著性差异。钾肥以高沙土区亏缺率最低，为-41.0%，显著低于里下河区(57.7%)和沿江区(48.2%) (表3)。

表2 2012—2017年泰州市各农区作物籽粒和秸秆产量(kg/hm2)Table 2 Grain and straw yields of different rural areas in Taizhou from 2012 to 2017

对不同年度肥料盈余率的分析显示，不同年度氮肥盈余率年度间变化不显著，平均盈余率为117.5%(图1)。磷肥盈余率年度间也没有显著性差异，但呈现逐年上升趋势，2017年磷肥盈余率为41.1% 。钾肥亏缺率呈现逐年下降趋势，2017年钾肥亏缺率为36.2%，显著低于其他年份 (图1)。

3 讨论与结论

自2005年广泛开展测土配方施肥工作以来[2]，各地根据耕地土壤肥力水平的不同，有针对性地调整肥料配方，通过因地、因势施肥，有效保证了作物的长期、稳定高产，为我国粮食安全和农业绿色发展提供了有利保障[9-14]。本研究对泰州市不同农区监测点作物产量的分析表明，不同农区、不同年度的作物产量间没有显著性差异，2012—2017年小麦和水稻平均单产达到4705.5 kg/hm2和7049.2 kg/hm2，高于全省同期水平[15]，与扬州市持平[16]，略低于盐城市[17]。泰州主要农区养分投入总量的增加没有带来产量的相应提高。

3.1 肥料投入

通过对全市肥料投入情况的分析表明，全市肥料投入有以下几个特点：一是氮投入总量基本稳定，不同年度氮肥投入量没有出现显著性差异，仍呈缓慢上升趋势；二是磷肥、钾肥投入上升趋势明显，2016—2017年磷肥和钾肥投入量显著高于其他

年份。一方面，由于各级政府对化肥减量增效工作的重视，加上土地流转后规模化生产应用测土配方施肥所带来的经济效益，使得科学、合理的施肥理念日益获得农民认可[18-19]；另一方面，近年来泰州地区广泛种植的南粳5055、9108、宁麦13等品种对磷、钾肥的需求较高[20-21]，农民为了增产增收会侧重增施磷、钾肥，两方面原因使得磷肥和钾肥投入在近年来有了明显提升；三是肥料投入配比不尽合理，重施氮肥现象仍普遍存在。根据江苏省耕地质量与农业环境保护站发布的泰州地区主要农作物基肥主推配方中氮、磷、钾肥的比例，泰州市多数地区以20∶10∶10为主[22]，而监测数据显示，实际氮肥投入比例过高，最高的氮肥比例达到77∶13∶10。近年来对不同土地类型的耕地土壤养分状况研究表明，泰州地区土壤氮、磷含量逐年升高[23]，各主要农区全氮含量平均值为1.94 g/kg左右，有效磷含量平均值为9.7 mg/kg，均较第二次土壤普查资料数据有明显上升[24]。研究表明，在水热条件较好、土壤肥力较高的地区，应当遵从“减氮控磷、补施钾肥”的施肥原则[25-27]。尽管目前钾肥投入已有了显著提升，但钾肥平衡仍处于亏缺状态，且泰州目前土壤速效钾含量仍较低[28]。因此，应当深入推进削减氮肥投入，维持当前磷肥投入水平，继续增加钾肥投入。

表3 各农区土壤养分平衡分析(kg/hm2)Table 3 Soil nutrient balances in different rural areas

图1 不同年度土壤氮、磷、钾养分平衡状况Fig.1 Balance rates of soil N, P and K in different years

3.2 养分表观平衡

3.2.1 氮 检测的三个农区养分表观平衡不尽相同。里下河农区氮肥盈余率高。里下河农区土壤有机质和全氮含量均高于高沙土和沿江农区，高的有机质和全氮含量为作物提供了较高的土壤氮素供给[27-29]，因此在氮肥施用量相似的情况下，里下河农区氮肥盈余率在监测年度内有提升。

3.2.2 磷 全市不同农区近年来磷肥盈余率波动较为明显，但没有显著性差异，究其原因在于不同农区磷肥盈余率之间存在较大差异，淡化了不同年度磷肥盈余率之间差异的显著性。因此，尽管年度间差异不显著，但仍需注意控制磷肥盈余率不断上升的趋势。此外，综合近年来土壤有效磷含量状况看，尽管磷肥投入高、盈余率逐年上升，但土壤磷水平仍较低，今后需要在磷肥施用品种、运筹、比例等方面深入探索。

3.2.3 钾 钾肥养分平衡状况变化自2012年以来，三个监测农区钾肥表观亏缺率在逐渐降低，这和近年来政府大力推进增施钾肥政策，钾肥投入量不断上升有一定关系；里下河农区钾肥亏缺率显著高于其他农区，与里下河农区地质水文条件造成土壤含水量高于其他地区，使得钾肥淋溶较为显著有关[28,30]，投入的一部分钾肥未被作物吸收即流失，导致其钾肥亏缺程度较高。此外，近年来长江中下游地区土壤综合肥力得到了一定提高，钾淋溶状况得到了控制，增加了土壤的供钾能力[28,31]，也对降低钾肥的表观亏缺起到了一定的作用。

泰州市稻-麦轮作区养分盈亏状况与江苏省其他设区市相比基本相当[11-12,25]，均处于氮肥、磷肥盈余、钾肥亏损的状态，符合耕地土壤养分平衡的一般情况[28,32-33]，但仍高于一般稻-麦轮作区耕地养分允许的盈亏率[34]，表明泰州目前的施肥结构仍存在可优化的空间。有研究表明，增施有机肥、推行有机肥替代无机肥等措施能够改善土壤养分平衡，提升土壤中酶活性，优化土壤微生物群落组成，从而有效改善土壤养分结构[9,35-36]。因此，泰州市也应当着力推广有机肥替代无机肥的项目，进一步改善施肥结构，贯彻“减氮控磷，增施钾肥”的基本原则，深入开展精准施肥。