河北省冬小麦施肥效果与肥料利用率现状

孙彦铭 黄少辉 刘克桐

摘要：为明确河北省冬小麦施肥效果和肥料利用率现状，通过对河北省2005—2014年测土配方施肥项目中的 2 794 个冬小麦“3414”田间试验进行分析，明确了氮肥、磷肥、钾肥对河北省冬小麦产量的影响，测算了氮肥、磷肥、钾肥的利用效率。结果表明，在当前生产条件下，河北省冬小麦不施化肥时产量为4.16 t/hm2，配方施肥显著提升产量至 6.83 t/hm2，在其他肥料施用的基础上，氮肥、磷肥、钾肥分别使小麦增产1.77、1.31、0.90 t/hm2。肥料对河北省冬小麦产量的平均贡献率为39.3%，其中氮肥、磷肥、钾肥的平均贡献率分别为25.7%、18.8%、13.1%;河北省冬小麦肥料偏生产力平均值为15.0 kg/kg，氮肥、磷肥、钾肥偏生产力平均值分别为36.1、50.9、60.2 kg/kg;冬小麦肥料农学效率平均值为 5.9 kg/kg，氮肥、磷肥、钾肥农学效率分别为9.2、9.5、7.7 kg/kg。河北省冬小麥肥料利用效率总体处于中等偏低水平，需要进一步推进土壤培肥、平衡施肥技术的应用，提高养分资源管理水平，实现小麦产量与养分效率的同步提升。

关键词：冬小麦;肥料利用率;肥料效果;测土配方施肥;河北省

河北省是我国重要的冬小麦主产区，年播种面积超过240万hm2，占全国总播种面积的9.7%[1]。施肥是提高小麦产量的重要手段，在保证粮食安全中发挥了重大的作用。据联合国粮食及农业组织（FAO）统计，在世界范围内，化肥对粮食作物产量的贡献率均占到30%～50%[2]，全国化肥试验网统计的20世纪80年代的研究结果也表明，化肥对我国粮食产量的贡献率为40.8%[3]。随着社会的发展，我国化肥投入量与20世纪80年代相比已经有了明显的增加[4]。与此同时，我国粮食增长率在2000—2003年间已下降到-4%[5]，化肥效率下降引起了国内外广泛关注。因此，明确当前农业生产中化学肥料对产量的贡献率、化肥利用率等对当前正在开展的化学肥料减施增效等具有十分重要的意义。

自2005年，国家在全国范围内开展测土配方施肥项目，以推动粮食增产、农民增收和生态环境保护。众多学者对测土配方数据进行研究，获得了许多成果，单燕等通过对陕西省测土配方施肥项目数据的分析，评价了陕西省玉米施肥效果[6]。王寅等通过对吉林省测土配方数据的总结，得出吉林省春玉米肥料贡献率为34%，相比全国水平较高[7]。武金果利用河南省“3414”试验数据分析了河南省小麦施肥状况和肥料贡献率[8]。刘芬等通过总结测土配方肥料试验，研究了关中地区冬小麦施用氮肥、磷肥、钾肥的增产效果以及肥料利用效率现状[9]。张文婧等基于测土配方肥料试验，对四川省主要作物的施肥现状和养分效率进行了分析[10]。本研究通过整理河北省测土配方施肥项目，在河北省布置大量“3414”田间试验，对河北省当前生产条件下的肥料增产效果、肥料利用率进行分析，以期明确河北省冬小麦施肥效果与肥料利用率的现状，为河北省冬小麦科学施肥管理提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本研究选取2005—2014年国家测土配方施肥项目在河北省小麦主产区布置的冬小麦“3414”田间试验，共计2 794个。研究区域涵盖河北省冬小麦主产区的邯郸市、邢台市、石家庄市、衡水市、沧州市、保定市、廊坊市、唐山市部分地区等，主要土壤类型包括褐土、潮土等，生态类型区包括滨海平原区、海河冲积平原区、山前平原区、太行山山地丘陵区、燕山山地丘陵区等。试验区耕层土壤pH值为6.4～9.3，平均值为7.9±0.4;土壤有机质含量为（2.3～41.6） g/kg，平均值为（15.6±4.8） g/kg;全氮含量为（0.21～2.56） g/kg，平均值为（0.9±0.3） g/kg;有效磷含量为（1.60～165.0） mg/kg，平均值为（22.5±15.5） mg/kg;速效钾含量为（16～480） mg/kg，平均值为（114.4±43.1） mg/kg。供试小麦品种主要包括石新733、石新828、衡观35、邯6172、济麦22、京冬8号、良星99、石麦15等代表性品种。

本研究中所含试验处理包括“3414”田间试验中的处理1（N0P0K0，CK）、处理2（N0P2K2，-N）、处理4（N2P0K2，-P）、处理6（N2P2K2，NPK）、处理8（N2P2K0，-K）。其中，N2P2K2施肥量是由当地农业技术专家或农技推广人员根据目标产量水平、作物养分需求、田块土壤肥力状况以及当地施肥习惯等进行综合确定，代表当地的最佳施肥水平[11]。本研究所采用的数据集中，氮肥施用量在36～375 kg/hm2之间，平均值为（201±37） kg/hm2;磷肥施用量在30～225 kg/hm2之间，平均值为（141±26） kg/hm2;钾肥施用量在21～240 kg/hm2之间，平均值为（124±28） kg/hm2。所有缺素处理均不施用相应肥料，其余施肥量与NPK处理相同。试验所用肥料为尿素（N，46%）、过磷酸钙（P2O5，16%）、氯化钾（K2O，60%）等。50%氮肥和全部磷钾肥作为基肥在小麦播种前施入，50%氮肥在拔节期追肥施入，其他管理措施与当地习惯一致。

1.2 样品采集与分析

小麦播种前，各试验点取0～20 cm土壤样品测定基本化学性质，其中有机质含量测定采用重铬酸钾容量法;有效磷含量测定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法;速效钾含量测定采用 1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法[12]。

小麦成熟后，对各试验点所有小区去掉边行后进行实打实收测产。

1.3 数据分析与处理

所有数据导入Excel 2010进行计算与数据分析，采用SPSS 17.5进行显著性统计检验，采用Sigmaplot 10.0进行制图。

2 结果与分析

2.1 施肥对河北省小麦产量的影响

由图1可知，在不施肥条件下，河北省冬小麦平均产量为4.16 t/hm2（0.52～9.18 t/hm2），配方施肥显著提高了小麦产量，NPK处理的冬小麦平均产量达到6.83 t/hm2（1.24～11.25 t/hm2），较对照不施肥处理平均增产2.67 t/hm2，增产幅度达到64.2%。在缺素处理中，-N处理的冬小麦平均产量为5.06 t/hm2（0.23～9.73 t/hm2），-P处理的冬小麦平均产量5.52 t/hm2（0.76～9.93 t/hm2），-K处理的小麦平均产量为5.93 t/hm2（1.18～10.58 t/hm2）。在保证施用另外2种元素肥料施用的前提下，施用氮肥、磷肥、钾肥小麦平均增产1.77、1.31、0.90 t/hm2，氮肥的增产效应最为明显，其次是磷肥，钾肥增产效应最小。

分析河北省冬小麦施肥增产量和增产率分布情况（图2）可知，河北省施用氮肥、磷肥、钾肥分别有99.9%、99.6%、99.0% 的样点表现出增产。所有增产样点中，增产率超过5%的样点比例分别为96.0%、91.7%、82.4%。

施氮后平均增产量为1.77 t/hm2，其中81.0%的试验点增产量在0.5～3.0 t/hm2之间，甚至有11.5%的试验点增产超过 3.0 t/hm2，只有7.6%的试验点增产小于0.5 t/hm2。施氮小麦平均增产率为41.7%，增产率分布在5%～55%之间的样点占 76.4%，有19.6%的试验点增产率超过55%。

施磷后较对照平均增产1.30 t/hm2，其中76.5%的试验点增产量在0.5～3.0 t/hm2之间，有6.1%的样点增产超过 3.0 t/hm2，但是有17.5%的样点增产量小于0.5 t/hm2。施磷平均增产率为27.7%，增产率在5%～55%之间的样点占 81.7%，有8.3%的样点施磷增产率小于5%，但是有10.0%的样点施磷增产率超过55%。

施钾较对照平均增產0.90 t/hm2，其中增产范围在0.3～1.5 t/hm2之间的样点占67.1%，有16.4%的样点施钾增产量超过1.5 t/hm2;施钾增产率平均值为16.7%，主要分布在5%～35%之间，占样点数的73.7%，8.7%的样点增产率超过35%，而增产率小于5%的样点占17.5%。

2.2 河北省冬小麦肥料利用率现状

2.2.1 肥料农学效率 从图3可以看出，河北省冬小麦化肥（NPK）平均农学效率为5.9 kg/kg（0～21.3 kg/kg），其中氮磷钾肥农学效率<5 kg/kg的样点占42.3%，在5.0～10.0 kg/kg 之间的样点占47.3%，>10.0 kg/kg的样点仅占8.4%。冬小麦氮肥农学效率平均值为9.2 kg/kg（0～63.8 kg/kg），氮肥农学效率>15.0 kg/kg的试验点占总试验点的12.5%，氮肥农学效率<7.5 kg/kg的试验点数占总样点数的43.9%。冬小麦磷肥农学效率平均值为9.5 kg/kg（0～63.1 kg/kg），其中磷肥农学效率>10.0 kg/kg的样点占总试验点数的36.6%，而低于5.0 kg/kg的样点占28.3%，磷肥农学效率在高、中、低水平上各约占1/3。小麦钾肥农学效率平均值为 7.7 kg/kg（0～56.1 kg/kg），其中钾肥农学效率低于10.0 kg/kg 的样点占总样点数的79.8%，表明河北省冬小麦钾肥的农学效率总体处于较低的水平。

2.2.2 肥料偏生产力 从图4可以看出，河北省冬小麦化肥（NPK）偏生产力平均值为15.0 kg/kg（3.9～44.5 kg/kg），其中<12.5 kg/kg的样点占总样点数的19.6%，12.5～17.5 kg/kg 的样点占64.9%，>17.5 kg/kg的样点占15.4%。氮肥偏生产力平均值为36.1 kg/kg（0～210.9 kg/kg），氮肥偏生产力<30 kg/kg的试验点占总试验点的25.2%，在30～40 kg/kg之间的样点占总样点数的58.6%，而氮肥偏生产力>40 kg/kg的样点占总样点数的16.1%。磷肥偏生产力平均值为50.9 kg/kg（5.1～253.5 kg/kg），<40 kg/kg 的样点占总样点数的20.8%，磷肥偏生产力在40～60 kg/kg之间的样点占总样点的64.4%，而磷肥偏生产力>60 kg/kg的样点占总样点数14.8%。钾肥偏生产力平均值为60.2 kg/kg（11.1～361.5 kg/kg），<40 kg/kg 的样点占总样本的7.7%，在40～60 kg/kg之间的样点占总样点的62.0%，>60 kg/kg的样点占总样点的30.3%。

2.3 河北省冬小麦肥料贡献率现状

从图5可以看出，河北省冬小麦肥料（NPK）平均贡献率为39.3%（0～90.3%），其中贡献率<30%的样点占28.7%，贡献率在30%～50%之间的样点占46.6%，贡献率>50%的样点占26.6%。河北省小麦氮肥平均贡献率为25.7%（0～80.5%），其中<15%的样点占 22.5%，在15%～35%之间的样点占57.0%，>35%的样点占 20.6%。磷肥平均贡献率为18.8%（0～67.7%），其中<10%的样点占26.1%，在10%～30%之间的样点占57.6%，>30%的样点占16.4%。钾肥平均贡献率为13.1%（0～60.3%），其中<10%的样点占43.2%，在10%～20%之间的样点占35.2%，>20%的样点占16.4%。

2.4 河北省冬小麦肥料贡献率与基础产量的关系

从图6可以看出，不施肥基础產量是反映土壤基础贡献力的重要指标，缺素处理可以反映土壤对某一种元素的供应能力，本研究中缺素处理与相应养分贡献率之间的关系均呈现极显著的指数关系，其中不施氮处理的产量与氮肥贡献率的决定系数最高（r2=0.503），其次是磷（r2=0.419），最后是钾（r2=0.237）。另外从下降的斜率来看，也以氮肥的下降斜率最大，磷肥其次，钾肥最小。表明河北省冬小麦生产中，氮肥对产量的影响最大，磷肥次之，钾肥影响最小。在生产上要针对土壤基础肥力状况来确定作物相应的肥料施用量，并针对性地对农田土壤进行培肥能够减少对外源肥料的投入。

3 讨论与结论

从产量水平来看，河北省冬小麦不施肥处理的产量仅为 4.16 t/hm2，与全国平均产量（5.36 t/hm2）相比明显偏低，配方施肥处理的产量为6.83 t/hm2，这与全国平均施肥产量水平 （6.83 t/hm2） 非常接近[16]。表明河北省农田基础生产能力与全国平均水平相比有一定差距，施肥具有明显的增产效果。尽管配方施肥平均产量达到了6.83 t/hm2，但与本研究中的最高产量（9.18 t/hm2）相比仍有较大的差距，因此河北省冬小麦生产中，进一步加强耕作栽培与测土施肥技术相结合对提高产量具有十分重要的意义。配方施肥处理较-N、-P、-K处理分别增产1.77、1.31、0.90 t/hm2，氮肥、磷肥、钾肥的增产率分别为41.7%、27.7%、16.7%，表明氮肥对河北省冬小麦的增产效果最为明显，其次是磷肥，钾肥增产效应最小。

肥料在粮食作物增产中起到了重要的作用，全国化肥试验网在20世纪80年代统计的化肥对粮食的贡献率为 40.8%[3]，彭琳研究认为，我国化肥对小麦产量的贡献率达57.3%[17]，王伟妮等研究发现，湖北省化肥对小麦产量的贡献率为48.6%[18]，胡雨彤等利用长期定位试验得到的旱地小麦化肥对产量的贡献率为61.5%[19]，易玉林利用测土配方施肥数据得到河南省化肥对小麦产量的贡献率为 34.4%[20]。本研究发现，化肥对河北省冬小麦产量的贡献率平均值为39.3%，高于河南省分析结果，但与国内上述其他研究比较明显偏低。化肥对产量的贡献率与农田土壤基础肥力水平和小麦的施肥产量水平相关，较高的土壤肥力会导致外源肥料的贡献力下降，但河北省小麦不施肥处理的产量与全国水平相比明显偏低，因此河北省小麦施肥处理的产量较低是造成河北省小麦化肥贡献率较低的主要原因。河北省小麦氮肥、磷肥、钾肥贡献率分别为25.7%、18.8%、13.1%，其中氮肥贡献率与河南省（22.4%～29.5%）[8]、湖北省（29.6%）[18]的非常接近，而磷肥、钾肥对产量的贡献率略高于河南省的（14.4%、9.9%）[20]和全国小麦平均水平（14.2%、10.0%）[21]。

河北省冬小麦化肥偏生产力平均值为15.0 kg/kg，与全国小麦平均水平（15.7 kg/kg）十分接近[22]。河北省冬小麦氮肥、磷肥、钾肥偏生产力平均值分别为36.1、50.9、60.2 kg/kg，明显低于2001—2005年我国小麦平均水平（43.0、63.7、72.2 kg/kg）[23]，其中氮肥偏生产力与2005—2008年黄淮海的氮肥偏生产力平均水平（33.9 kg/kg）相比略高，而磷肥、钾肥偏生产力则明显低于2005—2008年黄淮海平均水平（62.5、85.5 kg/kg）[24]。河北省冬小麦氮肥、磷肥、钾肥的农学效率分别为9.2、9.5、7.5 kg/kg，高于2001—2005全国平均水平（8.0、7.3、5.3 kg/kg），其中氮肥农学效率与于飞等报道的近10年全国小麦平均氮肥农学效率（9.2 kg/kg）[16]一致，磷肥农学效率明显高于王旭等报道的黄淮海平均水平（4.2 kg/kg）[24]，略高于全国平均水平（8.8 kg/kg），而钾肥农学效率与全国平均水平 （7.2 kg/kg） 相比非常接近[21]。总体来看，河北省小麦氮磷钾肥利用率与全国水平相比处于中等偏下水平，尤其表现在氮素管理方面差距较大。

冬小麦施肥对产量的贡献率随着土壤基础生产能力的提高呈对数关系显著下降，且以氮肥的下降趋势最为明显。总体来看，化肥对河北省小麦增产起着重要的作用，提高农田基础生产能力和冬小麦栽培管理水平、合理平衡施肥以提高养分效率是河北省小麦实现产量、效率同步提升的关键。

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