黄淮海流域粮食生产肥料使用现状分析

2020-09-23郭永召姚则羊郭家宝曹龙飞班进福杨振立

河北农业科学 2020年4期

郭永召，姚则羊，郭家宝，曹龙飞，班进福*，杨振立

（1.石家庄市农林科学研究院，河北石家庄 050041；2.河北省农林科学院，河北石家庄 050051）

黄淮海流域是我国传统的粮食生产区，也是我国重要的粮食主产区，该地区粮食生产的有序进行，为我国粮食安全战略的实施提供基础保障。近些年，该地区粮食作物生产化肥使用过量的问题普遍存在，对农业可持续生产造成严重影响。基于此，在查阅文献的基础上，对近些年该地区三大粮食作物施肥强度与生产水平进行分析，旨为该地区粮食稳产、高产提供理论依据。

1 研究区域概况

黄淮海平原是我国的三大平原之一，华北平原属暖温带季风气候，四季变化明显，≥0℃积温为4 100～5 400℃，≥10℃积温为3 700～4 700℃，无霜期190～220 d。平原年降水量500～1000 mm。南部淮河流域800～1 000 mm，黄河下游平原600～700 mm，京、津一带500～600 mm。黄河以南地区降水量为700～900 mm，基本上能满足两熟作物的需要。黄淮海平原是我国重要的农业生产基地，主要包含的省份有河南、山东、江苏和安徽。

1.1 河南地区

河南省（豫）地处黄河中下游地区，位于东经110°21′～116°39′、北纬 31°23′～36°22′，中东部地区是广阔的黄淮冲击平原。全省面积为16.7万km2，其中耕地面积为683万hm2，居全国第3位。河南省四季分明，日照充足，全年降水量600～1 400 mm，无霜期190～230 d，日照时数1740～2310h，土壤养分含量丰富，具有良好的农业生产条件；全省4大水系，1 500多条河流，大小水库2 349座，水资源总量年平均达430亿m3，水资源丰富。2015年河南省粮食总产量达到6 067.1万t，其中小麦产量为2346.6万t[1]。

1.2 江苏地区

江苏省（苏）位于东经 116°18′～121°57′、北纬30°45′～35°20′，地处长江三角州，平原辽阔，主要有苏南平原，江淮平原、黄淮平原和东部滨海平原，全省面积10.72万km2，其中耕地面积为458万hm2。全省气候具有明显的季风特征，处于亚热带向暖温带过渡地带，气候温和，雨量适中，四季分明。年均气温13～16℃，全省年降水量为704～1 250 mm，年日照时数1816～2503 h。江苏位于江、淮、沂沭泗流域下游和南北气候过渡带，滨江临海，河湖众多，水系复杂，特殊的地理位置和水系特点，给江苏带来丰富的水资源优势。年平均径流深259.8 mm，地表水资源量264.9亿m3，总水资源量320.2亿m3。2016年粮食作物总产量为3 466.0万t，其中小麦产量为1 119.6万t[2]。

1.3 安徽地区

安徽省（皖）位于东经 114°54′～119°37′、北纬29°41′～34°38′，地跨长江、淮河、新安江三大流域，形成淮北平原、江淮丘陵、皖南山区三大自然区域，辖境面积14.01万km2。安徽省属暖温带与亚热带的过渡地区，四季分明，全年无霜期200～250 d，10℃活动积温4 600～5 300℃。年平均气温为14～17℃，全年平均降水量773～1 670 mm，有南多北少，山区多、平原丘陵少的特点，夏季降水丰沛，占年降水量的40%～60%。安徽省共有河流2 000多条，湖泊580多个，水资源总量约680亿m3，水资源蕴藏总量约为680亿m3。2015年粮食总产量3 538.1万t，小麦产量为1 411.0万t[3]。

1.4 山东地区

山东省（鲁）地处华东沿海、黄河下游、京杭大运河中北段，位于北纬 34°22.9′～38°24.01′、东经114°47.5′～122°42.3′。土地总面积 1 571.26 万 hm2，约占全国总面积的1.63%，居全国第19位，耕地面积为751.5万hm2。山东省属暖温带季风气候，降水集中，雨热同季，年平均气温11～14℃，全年无霜期180~220 d，光照时数年均2 290～2 890 h，年平均降水量550～950 mm。降水季节分布很不均衡，全年降水量有60%～70%集中于夏季，易形成涝灾，冬、春及晚秋易发生旱象，对农业生产影响最大。境内主要河流除黄河横贯东西、大运河纵穿南北外，其余中小河流密布山东省，主要湖泊有南四湖、东平湖、白云湖、青沙湖、麻大湖等，多年平均天然径流量为222.9亿m3，多年平均地下水资源量为152.6亿m3，多年平均淡水资源总量为305.8亿m3。2015年粮食总产量为4 712.7万t，其中小麦产量2 346.6万t[4]。

2 黄淮海流域肥料施用现状与施肥模式

2.1 现状分析

我国在农业生产中肥料的投入占到总投入的50%，总量和单位面积施用量均逐年增加[5]。江苏省化肥总量由1980年的118.17万t增长到2008年340.76万t，年均增长7.7万t。化肥消费结构以氮肥和复合肥为主。20世纪90年代后化肥的用量年增长量相对缓慢[6]。山东省每年因过量施肥浪费化肥42万t，价值（时价）120亿元，纯养分量超过正常需求1～3倍，其中氮肥过量30%～100%，磷肥用量平均超过需求1倍以上。河南省农户在小麦种植过程中偏施氮肥且用量较高，轻施磷钾肥，且施肥效益和增产效果均为氮肥＞磷肥＞钾肥；化肥利用率在小麦上表现为氮肥＞钾肥＞磷肥[7]。安徽淮北小麦—玉米一年两熟农作区，土壤主要为砂姜黑土，质地粘重，易旱易涝，适耕期短，有机肥投入不足，农业机械不发达，农机农艺不配套，导致秸秆直接还田率较低[8]。赵荣芳等[9]在对华北地区冬小麦—夏玉米轮作体系的氮素循环与平衡的研究结果显示，农田有大量氮素处于盈余状态，导致氮肥损失，利用率降低。

我国有机肥资源丰富，折合氮磷钾养分约7000万t，是全国化肥施用总量的1.51倍，而利用率仅为40%。目前相当多的秸秆未被利用或低效率利用，造成了秸秆资源的大量浪费。秸秆还田是现代农业发展的必然趋势，秸秆还田后夏玉米产量平均增加了5.0%，其中夏玉米秸秆还田的增产效应优于冬小麦秸秆还田[10]。江苏省的早晚稻均以复合肥和尿素较多，而只有8.02%～17.27%的农户施用有机肥[11]。

2.2 施肥模式

研究区域主要施肥模式有“有机肥+无机肥”模式、测土配方施肥技术、肥料控释、平衡施肥等，小麦的增产率为9.7%～21.7%，玉米的增产率为2.3%～17.7%，水稻的增产率为15.0%；通过对几种模式的增产率进行比较发现，测土配方施肥技术增产效果最为明显[5，12～16]，各个地区应该大力推广与应用。

3 不同省份粮食作物施肥强度与生产水平

采用《全国农产品成本收益资料汇编（2011-2015）》[17～21]数据，汇总小麦、玉米、水稻的产量、肥料施用量、种植面积等指标，系统分析小麦、玉米、水稻的施肥强度和生产效率。

3.1 江苏省

数据显示，2010～2014年江苏省粳稻平均单产水平、施肥强度和生产效率最高，与小麦和玉米相比，单产水平分别高3 004.49和2 306.17 kg/hm2，施肥强度分别高124.40和127.07 kg/hm2，生产效率分别高2.21和0.31 kg/kg，但生产效率出现报酬递减趋势；小麦施肥强度比玉米高2.67 kg/hm2，单产水平比玉米低698.31 kg/hm2，生产效率比玉米低1.91 kg/kg（图1～3）。所以，江苏省要注意提高粳稻和小麦的化肥利用率，挖掘其生产潜力。

图1 江苏省粳稻、小麦、玉米施肥强度比较Fig.1 Comparison of fertilization intensity of japonica rice，wheat and corn in Jiangsu Province

图2 江苏省粳稻、小麦、玉米单产比较Fig.2 Comparison of yield per unit area of japonica rice，wheat and corn in Jiangsu Province

图3 江苏省粳稻、小麦、玉米化肥生产效率比较Fig.3 Comparison of fertilizer production efficiency of japonica rice，wheat and corn in Jiangsu Province

3.2 安徽省

数据显示，2010～2014年安徽省小麦平均施肥强度最高，较粳稻和玉米分别高42.21和46.32 kg/hm2；单产水平和生产效率最低，与粳稻和玉米相比，单产水平分别低1 145.18和633.75 kg/hm2，生产效率分别低5.37和4.10kg/kg。粳稻施肥强度比玉米高4.11 kg/hm2，单产水平比玉米高511.43 kg/hm2，生产效率比玉米高0.91 kg/kg，玉米生产效率出现报酬递减趋势（图4～6）。所以，安徽省要注意提高小麦和玉米的化肥利用率，挖掘其生产潜力。

3.3 山东省

数据显示，2010～2014年山东省粳稻平均单产水平和施肥强度最高，与小麦和玉米相比，单产水平分别高1 915.21和1 089.61 kg/hm2，施肥强度分别高81.15和120.63 kg/hm2；生产效率比小麦高1.35 kg/hm2，比玉米低2.27 kg/hm2。小麦施肥强度比玉米高39.48 kg/hm2，单产水平较玉米低825.60 kg/hm2，生产效率较玉米低3.62 kg/kg（图7～9）。所以，山东省要注意提高粳稻和小麦的化肥利用率，挖掘其生产潜力。

图4 安徽省粳稻、小麦、玉米施肥强度比较Fig.4 Comparison of fertilization intensity of japonica rice，wheat and corn in Anhui Province

图5 安徽省粳稻、小麦、玉米单产比较Fig.5 Comparison of yield per unit area of japonica rice，wheat and corn in Anhui Province

图6 安徽省粳稻、小麦、玉米生产效率比较Fig 6 Comparison of production efficiency of japonica rice，wheat and corn in Anhui Province

图8 山东省粳稻、小麦、玉米单产比较Fig.8 Comparison of yield per unit area of japonica rice，wheat and corn in Shandong Province

图9 山东省粳稻、小麦、玉米化肥生产效率比较Fig.9 Comparison of fertilizer production efficiency of japonica rice，wheat and corn in Shandong Province

图7 山东省粳稻、小麦、玉米施肥强度比较Fig.7 Comparison of fertilization intensity of japonica rice，wheat and corn in Shandong Province

3.4 河南省

数据显示，2010～2014年河南省粳稻平均单产水平和施肥强度最高，与小麦和玉米相比，单产水平分别高1508.43和1 085.82 kg/hm2，施肥强度分别高61.56和151.92 kg/hm2；生产效率比小麦高1.14 kg/hm2，比玉米低4.70 kg/hm2。小麦施肥强度比玉米高90.63 kg/hm2，单产水平比玉米低422.61 kg/hm2，生产效率较玉米低5.85 kg/kg（图10～12）。所以，河南省要注意提高粳稻和小麦的化肥利用率，挖掘其生产潜力。