河北省夏玉米施肥效果与肥料利用率现状

孙彦铭 黄少辉 杨云马 刘克桐 杨振立 贾良良

摘要：为了解河北省夏玉米施肥效果和肥料利用率现状，对河北省2005—2013年测土配方施肥项目中的 2 794 个“3414”夏玉米试验进行分析，明确氮、磷、钾肥对河北省夏玉米产量的贡献率，测算氮、磷、钾肥的利用效率。结果表明，在当前生产条件下，河北省夏玉米不施化肥产量为5.65 t/hm2，配方施肥提升产量至8.46 t/hm2，在其他肥料施用的基础上，氮、磷、钾肥分别增产1.81（29.2%）、1.17（17.5%）、0.99 t/hm2（14.4%）。施肥对河北省夏玉米产量的平均贡献率为39.3%，氮、磷、钾肥的贡献率分别为21.2%、14.0%、11.8%。河北省夏玉米化肥的农学效率平均为75 kg/kg，氮、磷、钾肥农学效率分别为9.6、17.4、9.3 kg/kg。河北省夏玉米化肥偏生产力平均为22.6 kg/kg，氮、磷、钾肥偏生产力分别为45.6、125.0、81.4 kg/kg。河北省夏玉米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，实现玉米产量与养分效率的同步提升。

关键词：夏玉米;肥料效率;施肥效果;测土配方施肥;河北省

中图分类号： S147.5;S513.06

文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）15-0301-06

河北省是我国重要的夏玉米产区，年播种面积超过300万hm2，占全国总播种面积的9.5%[1]。施肥是提高玉米产量的重要手段，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为30%～50%左右[2]，全国化肥试验网统计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]，由此带来的化肥效率下降引起了国内外广泛关注[5]。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年起，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、农民增收和保护生态环境。许多学者对测土配方数据进行研究，得到了许多成果，如单燕等利用陕西省测土配方施肥数据解析了陕西省玉米施肥效果[6];王寅等总结了吉林省测土配方数据，分析了春玉米的肥料贡献率分布[7];刘芬等通过总结测土配方肥料试验数据，研究了关中地区夏玉米施用氮、磷、钾肥的增产效果以及肥料利用效率现状[8];王伟妮等对湖北省小麦、水稻、油菜等作物当前的肥料效果与贡献率进行了评价[9];张文婧等对四川省测土配方肥料试验的作物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的大量“3414”肥料试验，对河北省当前生产条件下的肥料对夏玉米的增产效果、肥料利用率等进行分析，以明确河北省夏玉米施肥效果与肥料利用率现状，为河北省夏玉米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—2013年国家“测土配方施肥”项目在河北省夏玉米主产区布置的夏玉米“3414”田间试验，共计 2 794个。研究区域涵盖河北省夏玉米主产区的邯郸、邢台、石家庄、衡水、沧州、保定、廊坊和唐山部分地区，主要土壤类型包括褐土、潮土等，气候为典型的温带大陆性季风气候，试验区耕层土壤pH值为4.9～9.3（平均7.9±0.5）、土壤有机质含量为2.0～71.4 g/kg（平均15.5±6.4 g/kg）、有效磷含量为1.8～149.0 mg/kg（平均22.6±16.1 mg/kg）、速效钾含量为16.0～755.0 mg/kg（平均116.8±46.0 mg/kg）。供试玉米品种主要包括郑单958、先玉335、浚单20、中单11、农大364等代表性品种。

本研究中所含试验处理包括“3414”试验中的处理1（N0P0K0，CK）、处理2（N0P2K2，-N）、处理4（N2P0K2，-P）、处理6（N2P2K2，NPK）和处理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27～375 kg/hm2，平均为196±40 kg/hm2，磷肥施用量在0～360 kg/hm2，平均为79±48 kg/hm2，钾肥施用量在0～225 kg/hm2，平均为116±32 kg/hm2。所有缺素处理均不施用相应肥料，其他施肥量与同一试验NPK处理相同。试验所用肥料为尿素（N，46%）、过磷酸钙（P2O5，16%）和氯化钾（K2O，60%）。50%氮肥和全部磷钾肥作为基肥在玉米播种前施入，50%氮肥在拔节期追肥施入，其他管理措施与农民习惯一致。

1.2 样品采集与分析

在夏玉米播种前，各试验点取0～20 cm土壤样品测定基本化学性质，其中有机质测定用重铬酸钾容量法;有效磷含量测定用0.5 mol/L NaHCO3浸提―钼锑抗比色法;速效钾含量测定用 1 mol/L NH4OAc浸提―火焰光度法[12]。在夏玉米成熟期，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 2013进行计算与数据分析，采用Sigmaplot 10.0进行制图。

采用以下公式计算相关参数[13-16]：肥料农学效率（kg/kg，agronomic efficiency，简称AE），指单位施肥量所增加的夏玉米產量，即AE=（Y-Y0）/F，式中：Y为施肥区产量，Y0为无肥区产量，F为施肥量。肥料偏生产力（kg/kg，partial factor productivity，简称PFP）指投入单位肥料所生产的玉米产量，即PFP=Y/F。肥料贡献率（%，fertilizer contribution rate，简称FCR），指施用肥料增加的玉米产量占总产量的百分比，即FCR=（施肥区产量-无肥区产量）/施肥区产量×100%。肥料增产率（%，yield increasing rate by fertilizer，简称YIR），指施用肥料产量较对照不施肥产量增加的比例，即YIR=（施肥区产量-无肥区产量）/无肥区产量×100%。

2 结果与分析

2.1 施肥对河北省夏玉米产量的影响

由图1可知，在不施肥条件下，河北省夏玉米平均产量为5.65 t/hm2（1.45～11.19 t/hm2），配方施肥能显著提高夏玉米产量，NPK处理的夏玉米平均产量达到8.46 t/hm2（3.08～16.86 t/hm2），较不施肥平均增产2.81 t/hm2，增产幅度为49.7%。在缺素处理中，-N处理的夏玉米平均产量为 6.66 t/hm2（2.18～14.19 t/hm2），-P处理的夏玉米平均产量7.29 t/hm2（2.38～15.18 t/hm2），-K处理的夏玉米平均产量为7.47 t/hm2（2.79～15.39 t/hm2）。

由图2可知，在保证磷、钾肥施用充足的情况下，施氮平均增产1.81 t/hm2玉米，其中11.9%的试验点增产量超过 3.0 t/hm2，68.2%的样点增产率在1.0～3.0 t/hm2，有199%的样点增产率小于等于1.0 t/hm2。施氮平均增产率为29.2%，增产率<10%的样点仅占总样点数的11.5%，增产率为11%～30%的样点占47.9%，增产率为31%～60%的样点占34.8%，有5.8%的试验点增产率超过60%。

在保证氮、钾肥施用充足的情况下，施磷平均增产 1.17 t/hm2 玉米，其中有18.6%的试验点增产量 ≤0.5 t/hm2，有54.3%的样点增产量在0.6～1.5 t/hm2之间，有27.1%的样点施磷增产量超过1.5 t/hm2。施磷增产率平均为17.5%，增产率≤5%的样点占12.7%，增产率6%～30%之间的样点占73.9%，有13.4%的样点增产率超过30%。

在保证氮、磷肥施用充足的情况下，施钾平均增产 0.99 t/hm2 玉米，其中28.7%样点施钾增产量小于等于0.5 t/hm2，有70.0%的样点施钾增产量在0.6～3.0 t/hm2，有1.3%的样点增产量超过3.0 t/hm2。施钾增产率平均为 14.4%，增产率≤5%的样点占22.1%，增产率在6%～30%之间的样点占68.6%，有9.3%的样点增产率超过30%，说明河北省部分地区夏玉米对钾肥有明显的需求。

2.2 河北省夏玉米肥料利用率现状

由图3可知，河北省夏玉米化肥（NPK）平均农学效率为7.5 kg/kg（0.2～59.3 kg/kg），其中农学效率≤5.0 kg/kg的样点占 24.4%，5.1～15.0 kg/kg的样点占72.7%，>15.0 kg/kg 的样点仅占2.9%。夏玉米氮肥农学效率平均为9.6 kg/kg（0～69.9 kg/kg），≤5.0 kg/kg的试验点占总试验点的18.4%，5.1～15.0 kg/kg的样点占67.4%，>15.0 kg/kg 的样点占14.2%。夏玉米磷肥农学效率平均为17.4 kg/kg（0～126.7 kg/kg），其中磷肥农学效率≤5 kg/kg的样本占总试验点数的12.2%，6～30 kg/kg的样本点占74.4%，>30 kg/kg的样本占 13.4%;玉米钾肥农学效率平均为9.3 kg/kg（0～59.1 kg/kg），其中钾肥农学效率≤10 kg/kg的样本占总样本数的62.7%，11～20 kg/kg的样本占29.7，>20 kg/kg的样本仅占7.6%，表明河北省夏玉米钾肥的农学效率总体处于较低的水平。

由图4可知， 河北省夏玉米化肥（NPK）偏生产力平均为

22.6 kg/kg（5.1～117.4 kg/kg），其中≤15 kg/kg的样点占总样本数的4.1%，16～30 kg/kg的样本占89.0%，>30 kg/kg的样本仅占6.9%。氮肥偏生产力平均为45.6 kg/kg（16.0～298.3 kg/kg），氮肥偏生产力≤30 kg/kg的试验点仅占总试验点的3.8%，氮肥偏生产力在31～60 kg/kg的样本占总样本数的89.0%，而氮肥偏生产力>60 kg/kg的样本占总样本数的7.2%。磷肥偏生产力平均值为125.0 kg/kg（66～485.8 kg/kg），≤90 kg/kg的样本占总样本数的195%，91～180 kg/kg的样本占总样本的74.3%，而磷肥偏生产力大于180 kg/kg的样本占总样本数5.2%。钾肥偏生产力平均值为81.4 kg/kg（25.7～553.0 kg/kg），≤50 kg/kg的样本占总样本的4.1%，51～90 kg/kg的样本占总样本的72.1%，>90 kg/kg 的样本占总样本的23.8%。

2.3 河北省夏玉米肥料贡献率现状

河北省夏玉米肥料贡献率为39.3%（0.9%～80.6%），其中贡献率≤25%的样点占25.1%，贡献率26%～45%的样点占59.2%，贡献率>45%的样点占15.7%。河北省夏玉米氮肥平均贡献率为21.2%（0～68.6%），其中≤10%的样点占13.5%，11%～30%的样点占69.0%，>30%的样点占 17.5%。磷肥平均贡献率为14.0%（0～65.3%），其中≤5%的样点占13.7%，6%～20%的样点占64.5%，>21%的样点占21.8%。钾肥平均贡献率为11.8%（0～58.8%），其中≤5%的样点占23.7%，6%～20%的样点占60.4%，>21% 的样点占15.9%。

2.4 河北省夏玉米基础产量对肥料贡献率的影响

不施肥基础产量是反映土壤基础生产能力的重要指标，而缺素处理也可以反映土壤对某一种元素的供应能力。本研究中不同基础产量水平下氮、磷、钾肥和NPK化肥贡献率分布如圖6所示。随着农田基础产量水平的提高，氮、磷、钾肥对产量的贡献率均呈下降的趋势，其中氮肥的下降幅度最为明显，从基础产量≤3.0 t/hm2时的33.4%下降到基础产量>7.5 t/hm2时的14.2%，而磷肥则相应的从23.5%下降到 10.0%，钾肥从17.2%下降到9.0%。另外，氮磷钾肥配施的肥料贡献率从60.8%下降到21.1%。可见，缺氮对河北省玉米产量的影响最明显，其次是磷，钾肥影响最小，而氮磷钾肥配合施用对作物产量的肥料贡献率最大。因此， 在生产上要针对土壤基础肥力状况进行养分调控，氮磷钾肥配合施用以获得最大的经济与生态效益，并针对不同土壤基础肥力水平的农田进行定向培育，提高基础生产能力。

3 结论与讨论

从产量水平来看，河北省夏玉米不施肥产量为 5.65 t/hm2，与黄淮海不施肥平均产量5.79 t/hm2相比非常接近，而配方施肥产量8.46 t/hm2水平则高于黄淮海施肥平均产量7.45 t/hm2，但低于2005—2008年全国平均施肥产量水平8.40 t/hm2[17]。在保证另外2种养分的情况下，河北省夏玉米施用氮肥平均增产1.81 t/hm2，增产率为29.2%;施用磷肥平均增产1.17 t/hm2，增产率为17.5%，高于吴良泉总结的华北平原施磷平均增产量0.8 t/hm2，平均增产率 12.7%[17];施用钾肥平均增产0.99 t/hm2，增产率为14.4%，与吴良泉总结华北区施钾肥增产率为14.7%[17]非常接近。

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]。本研究中发现，化肥对河北省夏玉米产量的贡献率平均为39.3%，略高于吉林省夏玉米的34.7%，但明显低于全国平均水平46.2%[18-19]。河北省夏玉米氮、磷、钾肥贡献率分别为21.2%、14.0%、11.8%，均高于刘芬等在渭北旱塬的研究结果[8]和王寅等在吉林春玉米区的研究结果[7]。这可能是因为河北省农田基础肥力较低，因此肥料对河北省玉米产量的贡献相对较高。另外发现，氮、磷、钾肥的肥料贡献率随着基础产量的提高而降低，且氮磷钾肥配施条件下的肥料贡献率降低的幅度更为明显，说明通过提高土壤基础肥力能够减少对外源肥料的需求。

河北省夏玉米氮肥农学效率为9.6 kg/kg，与杨小梅等统计的2000年全国平均水平9.5 kg/kg[19]和张福锁等报道的2001—2005年全国平均水平9.8 kg/kg[5]比较接近，略高于河南省平均的8.6 kg/kg[20]，但低于于飞等总结的近10年全国平均11.1 kg/kg[21]。河北省磷、钾肥农学效率分别为17.4、9.3 kg/kg，高于2001—2005全国平均水平 7.5、5.7 kg/kg[5]和河南省平均水平10.6、7.8 kg/kg[21]，说明磷肥对河北省夏玉米生产具有较明显的增产效应。河北省夏玉米氮肥偏生产力为45.6 kg/kg，低于张福锁等报道的2001—2005全国玉米平均氮肥偏生产力51.6 kg/kg[5]和于飞等总结的近10年全国玉米氮肥偏生产力54.5 kg/kg[21]，但高于王旭总结的2005—2008年黄淮海区域夏玉米平均氮肥偏生产力 40.3 kg/kg[16]。河北省夏玉米磷肥偏生产力为125.0 kg/kg，明显高于2001—2005全国平均水平 72.4 kg/kg[5]和黄淮海区平均水平115 kg/kg[17]。而钾肥偏生产力为81.4 kg/kg，高于全国平均水平64.7 kg/kg，但与黄淮海平均水平 140 kg/kg[17] 相比有明显差距。总体来看，河北省夏玉米氮、磷、钾肥农学利用率接近或略高于同期全国水平，但氮肥偏生产力明显低于周边省份和全国平均水平，磷、钾肥偏生产力则高于全国平均水平。化肥对河北省夏玉米增产起着重要的作用，提高农田基础生产能力和夏玉米栽培管理水平、合理平衡施肥以提高养分效率是河北省夏玉米实现产量、效率同步提升的关键。

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