陕西省小农户作物生产的减肥潜力及经济效益评价

米晓田，石磊，何刚，王朝辉

陕西省小农户作物生产的减肥潜力及经济效益评价

米晓田1，石磊2，何刚1*，王朝辉1*

1西北农林科技大学资源环境学院/农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室，陕西杨凌 712100；2陕西省耕地质量与农业环境保护工作站，西安 710003

【目的】小农户在农业生产中投入的生产资料普遍过高，随种植业结构演变，肥料投入也势必会发生变化。明确小农户经营模式下粮食、油料和经济作物的施肥现状和经济效益，能为小农户作物生产的养分管理、肥料减施和经济效益提高提供参考。【方法】2018年对陕西省的主要农作物生产情况进行问卷调查，以粮食（小麦、玉米、水稻、谷子、马铃薯）、油料（油菜、大豆）、经济（苹果、西红柿、烤烟）作物为研究对象，共获得1 709份调研问卷。基于此调研结果，以产量水平为分类依据，分析小农户的施肥现状、减肥潜力和经济效益。【结果】小麦、玉米、水稻、谷子和马铃薯的平均产量分别为4.6、7.3、8.3、3.7和19.8 t·hm-2，氮肥用量分别为177、247、186、255和209 kg N·hm-2，磷肥用量分别为102、103、88、142和125 kg P2O5·hm-2，钾肥用量分别为37、47、64、53和110 kg K2O·hm-2。油菜和大豆的平均产量分别为2.4和2.7 t·hm-2，氮肥用量分别为156和99 kg N·hm-2，磷肥用量分别为80和63 kg P2O5·hm-2，钾肥用量分别为56和26 kg K2O·hm-2。苹果、西红柿和烤烟的平均产量分别为23.8、93.5和2.7 t·hm-2，氮肥用量分别为731、471和108 kg N·hm-2，磷肥用量分别为482、387和118 kg P2O5·hm-2，钾肥用量分别为535、447和132 kg K2O·hm-2。对大多数作物，氮磷肥普遍过量施用、钾肥施用过量与不足并存。粮食作物氮磷钾减肥潜力分别为28%—60%、52%—66%和11%—51%。油料作物油菜可减少氮磷钾肥料用量33%、37%和46%，然而大豆需增加磷钾肥用量11%、28%。苹果和西红柿等高产经济作物的氮磷钾减肥潜力分别为41%—67%、65%—70%和49%—64%。烤烟生产需减少磷肥53%，然而中、高产农户氮肥施用不足，分别需增施22%、11%。复合肥和单质肥是作物氮素的主要来源，复合肥是作物磷钾的主要来源。氮以基施为主、追施为辅，磷钾肥几乎全部作为基肥一次施用，鲜有追施。粮食、油料和经济作物的平均净经济效益分别0.44×104—1.63×104、0.75×104—0.84×104和4.19×104—15.05×104元/hm2，肥料占总投入比例分别为31%—52%、57%—59%和48%—65%。苹果、西红柿等高产经济作物的净经济效益远高于粮食和油料作物，成为小农户经营者的首选。然而，在经济作物生产中过量的肥料施用产生了巨大的环境风险。【结论】低中产组小农户是化肥减量和收益提升的主要对象，苹果、西红柿等经济作物的净经济效益高，但单位面积施肥量大、减肥潜力大。值得注意的是，农作物生产中也存在施肥不足的现象，例如大豆和烤烟。由此可见，小农户作物生产的肥料管理变异大，提高小农户的肥料管理水平有利于增加作物产量和经济效益、助力农业可持续发展。

农户行为；作物类型；养分管理；产量；经济效益；陕西省

0 引言

【研究意义】化肥在增加作物产量、保障粮食安全中起着不可替代的作用[1]。施肥不足、难以满足作物需求，施肥过量会引起一系列环境问题并造成经济损失[2]。1978—2018年期间，粮食、油料和经济作物的种植面积增加了1.6×107hm2，然而化肥用量增加了5 136 万t[3]，施肥不合理现象普遍存在。小农户是农业生产最基本的活动单元，是养分管理的决策者。调研小农户施肥现状是理解小农户生产行为的基础，是提高肥料利用效率、保护生态环境、增加经济收益的关键环节之一。【前人研究进展】1978—2018年期间，我国农作物化肥施用折纯量从884万t增加至6 020 万t[3]。随着化肥用量增加，主要农作物的化肥用量已超过经济意义上的最优施用量，出现了报酬递减现象[4-5]。我国是典型的小农户主导型农业生产经营模式，长期以来小农户依赖经验施肥，肥料用量及其养分配比不合理，造成肥料利用效率降低，不仅浪费资源，也导致了土壤酸化、大气氮沉降、水质下降等环境问题[2,6]。国家测土配方施肥项目在2005—2009年期间的施肥调查表明，陕西省各区域主要农作物生产氮、磷均处于盈余状态，但钾素处于亏缺状态，其中苹果园的氮、磷盈余量最高，分别达477 kg N·hm-2、285 kg P2O5·hm2[7]。2006—2011年陕西省小麦、玉米和苹果生产的调查数据表明，氮肥过量施用比例分别达68%、63%和72%，磷肥过量施用比例分别达41%、31%和50%，全省60%农户的钾肥施用不足[8]。另外，有机肥（如畜禽粪便和植物材料）用量普遍较低，在河南、山东和山西仅25%的小农户施用有机肥，在江苏和安徽施用有机肥的小农户仅3%和6%[9]。因此，提高农户的经营管理水平，依据作物养分需求特点，合理施用氮磷钾肥是作物增产、肥料增效的关键途径之一。农作物生产的成本收益直接关乎农户生计、关系当地农业经济发展。相对于粮食和油料作物，经济作物属于高投入高产出类型。以苹果为例，2018年苹果生产的肥料费用达0.99×104元/hm2，占总成本的44%，净经济效益为7.4×104元/hm2，而小麦、玉米和水稻生产的肥料费用分别为0.26×104、0.23×104和0.30×104元/hm2，分别占总成本的39%、39%和42%，占苹果肥料费用的26%、23%和30%，净经济效益分别为0.54×104、0.67×104和1.18×104元/hm2[10]。2003年的调研结果表明，果蔬类单位面积肥料投入量是传统小麦-玉米生产体系的1.4—5.8倍，而土壤中氮素盈余是小麦-玉米生产体系的4.3—9.2倍[11]。可见，经济作物具有更高的经济价值，农民的化肥投入量、减肥潜力更高。因此，了解农作物化肥施用现状，制定易实现、易被农户接受的减肥方案，有利于提高作物产量、增加经济收益、改善农业生产造成的环境污染，实现农业可持续发展。【本研究切入点】目前关于小农户化肥施用现状的研究对象多为特定区域的特定作物，而较少对省域尺度的粮食、油料和经济作物展开系统调研。近年来，随着种植业结构调整，油料和经济作物的种植面积快速增长。同粮食作物相比，经济作物的单位面积施肥量更大。因此，系统调研粮食作物、油料作物和经济作物的化肥施用现状对评估不同类型作物减肥潜力有重要意义。【拟解决的关键问题】本研究基于2018年在陕西省组织的实地调研，通过对现阶段小农户各类农作物生产的产量与施肥状况、减肥潜力经济效益评估，以期客观认识小农户农作物施肥现状，明确小农户养分管理存在的问题和减肥潜力，为该区域农作物科学施肥、农业可持续生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 调研区概况

陕西省地处我国西北内陆腹地，位于东经105°29′ —111°15′，北纬31°42′—39°15′之间，南北长880 km、东西宽160—490 km，全省总面积2.06×105km2，耕地面积4.01×106hm2。整体属大陆季风性气候，自北向南渐次过渡为温带、暖温带和亚热带3个气候带及半干旱、半湿润和湿润3个水分区。年平均气温8—16 ℃，自北向南渐高；年平均降水量325—1 274 mm，自北向南渐多；无霜期140—316 d，自北向南渐长。

1.2 调研方法及内容

调研时间为2018年10—12月，调研地点为陕西省各县（市、区），调研对象为种植面积666.7 hm2以上的作物，每县每种作物调查10个以上典型农户，一户一表，调研内容为2018年所收获作物的产量及肥料类型、肥料用量、施肥时期等。本研究选取的农作物（样本数）如下。粮食作物：小麦（312）、玉米（514）、水稻（150）、谷子（51）、马铃薯（239）；油料作物：大豆（42）、油菜（172）；经济作物：苹果（163）、西红柿（26）、烤烟（30）。

1.3 产量分级标准

调研农户小麦的产量介于1.8—7.5 t·hm-2，90%的农户产量集中在2.7—6.4 t·hm-2。以产量的第5%分位数（2.7 t·hm-2）和95%分位数（6.4 t·hm-2）为最低和最高限求极差（3.8 t·hm-2），然后以等产量间距（1.2 t·hm-2）分成低产、中产和高产3个范围。小麦产量水平从低到高依次为<4.0 t·hm-2（低产），4.0—5.2 t·hm-2（中产），>5.2 t·hm-2（高产）。类似方法划分其他作物产量水平，其等级范围见表3。

1.4 合理施肥标准及农户施肥等级评价方法

确定合理施肥量是获得较高产量、维持土壤肥力和降低施肥引起环境污染的关键。因而，在维持农田土壤养分平衡和肥力水平提升的基础上，考虑作物产量对养分的需求确定不同产量等级的合理施肥量[12]。

合理施肥量（Rec）=产量×养分需求量×调整系数

式中，产量为调研的小农户作物产量，养分需求量指作物100 kg产量养分需求量，各作物的养分需求量见表1。调整系数指根据研究区域土壤养分供应能力和农田养分平衡确定的调整施肥数量高低的参数。对于粮食作物、油菜、西红柿和烤烟，考虑当地作物生产中普遍存在氮素投入过量，土壤氮素残留过多，易受降水影响向深层淋溶损失，施用氮肥时只需补足作物带走的氮素数量即可，故施氮调整系数设定为1[12]。对于大豆，考虑大豆根瘤固氮作用，施氮量仅为需氮量的0.5倍，故施氮调整系数设定为0.5[13]。由于旱地农田土壤速效磷易被固定，因此施用磷肥量设为作物地上部吸磷量的1.5倍，故粮食、油料作物、西红柿和烤烟施磷系数设定为1.5[12]。西北地区农田速效钾含量可高达160 mg·kg-1，只需补足作物带走的钾素即可。由于粮食、油料作物生产中秸秆通常被还田，施钾量仅为作物需钾量的0.3倍，故施钾调整系数设定为0.3[14]。而马铃薯秸秆中钾累积量低于其他粮食作物，施钾量仅为作物需钾量的0.6倍，故施钾调整系数设定为0.6[15]。对于西红柿、烤烟，仅补充作物所带走养分即可，故施钾调整系数设定为1。不同于大多数作物，苹果为多年生作物，维持果树生长是必要的，因此不能仅考虑养分携出。结合苹果推荐施肥方法[16-18]，本研究将苹果氮、磷、钾的调整系数分别设定为2、3、2。

1.5 经济效益的估算

投入（元/hm2）= 种子费+农药费+排灌费+机械费+肥料费+雇佣成本；

产出（元/hm2）= 销售价格（元/kg）×产量（kg·hm-2）；

式中，投入肥料按种类分为单质肥、复合肥和有机肥，单质肥中纯氮磷钾肥单价分别为3.8、4.5、5.8元/kg，复合肥单价为3.0元/kg，商品有机肥为1.36元/kg，农家肥为0.3元/kg[10]；式中其余指标见表2。

表1 作物100 kg经济产量需肥量

表2 作物生产成本及2018年销售价格[10]

1.6 数据处理与统计分析

数据采用Microsoft Excel 2016进行汇总、计算、整理；采用IBM SPSS Statistics 20.0进行单因素统计分析。

2 结果

2.1 作物产量与施肥现状

表3列出陕西省小农户生产产量水平及施肥情况。陕西省小农户生产的小麦、玉米、水稻、谷子和马铃薯平均产量分别为4.6、7.3、8.3、3.7、19.8 t·hm-2，高、中、低产组间差异显著。小麦氮磷钾肥施用比例分别为1（177 kg N·hm-2）﹕0.58（102 kg P2O5·hm-2）﹕0.21（37 kg K2O·hm-2）。中、高产组的氮肥用量无显著差异，比低产组分别增加20%和27%，高、中、低产组间的磷钾肥用量无显著差异。玉米氮磷钾肥施用比例分别为1（247 kg N·hm-2）：0.42（103 kg P2O5·hm-2）﹕0.19（47 kg K2O·hm-2），高产组的磷、钾肥用量比中产组分别增加23%和49%，比低产组分别增加55%和52%，高、中、低产组间氮肥用量无显著差异。水稻氮磷钾肥施用比例分别为1（186 kg N·hm-2）﹕0.47（88 kg P2O5·hm-2）﹕0.34（64 kg K2O·hm-2），中、高产组氮肥用量无显著差异，比低产组分别减少18%和17%，中、高产组磷肥用量无显著差异，高、中、低产组间钾肥用量无显著差异。谷子氮磷钾施用比例分别为1（255 kg N·hm-2）﹕0.56（142 kg P2O5·hm-2）﹕0.21（53 kg K2O·hm-2），中、高产组氮肥用量无显著差异，比低产组分别减少29%和24%，中、高产组钾肥用量无显著差异，比低产组分别减少63%和35%，高、中、低产组间磷肥用量无显著差异。马铃薯氮磷钾肥施用比例分别为1（209 kg N·hm-2）﹕0.60（125 kg P2O5·hm-2）﹕0.53（110 kg K2O·hm-2），高、中、低产组间氮磷钾肥用量无显著差异。由此可见，粮食作物氮磷钾施用比例为1﹕0.42—0.58﹕0.19—0.53，其中小麦中、高产组的氮肥投入较高，玉米高产组的磷肥投入较高，水稻、谷子和马铃薯高产组未增加化肥投入。

油菜和大豆的平均产量分别为2.4和2.7 t·hm-2，高、中、低产组间差异显著。油菜的氮磷钾肥施用比例分别为1（156 kg N·hm-2）﹕0.51（80 kg P2O5·hm-2）﹕0.36（56 kg K2O·hm-2），高产组的氮肥用量比中、低产组分别增加24%和26%，中、高产组钾肥用量无显著差异，比低产组分别增加73%和82%，高、中、低产组间磷肥用量无显著差异。大豆的氮磷钾肥施用比例分别为1（99 kg N·hm-2）﹕0.63（63 kg P2O5·hm-2）﹕0.26（26 kg K2O·hm-2），高产组钾肥用量比低、中产组分别增加83%和193%，高、中、低产组间氮磷肥用量无显著差异。由此可见，油料作物氮磷钾肥施用比例为1﹕0.51—0.63﹕0.26—0.36，高产组增加了钾肥投入、未增加磷肥用量，仅油菜的高产组增加了氮肥用量。

经济作物苹果、西红柿、烤烟的平均产量分别为23.8、93.5、2.7 t·hm-2，高、中、低产组间差异显著。苹果的氮磷钾肥施用比例分别为1（731 kg N·hm-2）﹕0.66（482 kg P2O5·hm-2）﹕0.73（535 kg K2O·hm-2），高产组的氮磷钾肥用量比中产组分别增加22%、32%、30%，比低产组分别增加51%、54%、60%。西红柿的氮磷钾肥施用比例分别为1（471 kg N·hm-2）﹕0.82（387 kg P2O5·hm-2）﹕0.95（447 kg K2O·hm-2），高产组的氮磷钾肥用量比中产组分别增加161%、252%、150%，比低产组分别增加85%、133%、131%。烤烟的氮磷钾肥施用比例分别为1（108 kg N·hm-2）﹕1.09（118 kg P2O5·hm-2）﹕1.22（132 kg K2O·hm-2），高产组的氮磷钾肥用量比中产组分别增加36%、35%、36%，比低产组分别增加27%、39%、128%。由此可见，经济作物氮磷钾肥施用比例为1﹕0.66—1.09﹕0.73—1.22，且高产组均增加了肥料投入。相对于粮食、油料作物而言，经济作物施肥量较高。

粮食作物施用氮肥以单质肥和复合肥为主，磷肥以复合肥为主，钾肥以复合肥和有机肥为主（表4）。对于小麦、玉米、水稻、谷子和马铃薯，单质肥和复合肥分别占氮肥总投入的92%、90%、87%、78%和62%；复合肥分别占磷肥总投入的67%、64%、57%、43%和54%，复合肥和有机肥占钾肥总投入的92%、98%、95%、100%和94%。粮食作物的施肥方式表现为，氮肥以基施为主，小麦、玉米、水稻、谷子和马铃薯施用氮肥的基追比为1﹕0.1、1﹕0.7、1﹕0.4、1﹕0.6和1﹕0.1，磷钾肥多为一次性基施。

油菜施用氮肥以单质肥和复合肥为主，占氮肥总投入的89%，磷钾肥以复合肥为主，分别占磷肥和钾肥总投入的67%和70%。大豆施用氮肥以单质肥和有机肥为主，占氮肥总投入的95%，磷钾肥以有机肥为主，分别占磷肥和钾肥总投入的43%和96%。总的来看，油料作物的施肥方式表现为，氮肥以基施为主，油菜、大豆施用氮肥的基追比分别为1﹕0.5、1﹕0.2；磷钾肥多为一次性基施。

表中产量、施氮磷钾量为平均值，同栏目的同列数据后不同字母表示不同作物不同产量水平间差异达5%的显著水平。N指氮肥，P指磷肥，K指钾肥。下同

Data of yield, NPK rates are average.In same column of a region, different lowercase letters indicate significant differences between means of different yield levels at＜5%.N: Nitrogen fertilizer; P: Phosphorus fertilizer; K: Potassium fertilizer.The same as below

苹果、西红柿、烤烟施用氮磷钾肥以复合肥为主，分别占氮肥总投入的72%、48%和92%，占磷肥总投入的40%、51%和97%，占钾肥总投入的77%、69%和98%。苹果施用氮肥基追比为1﹕0.5，磷钾肥多为一次性基施；西红柿施用氮、磷和钾肥基追比分别为1﹕0.4、1﹕0.3和1﹕0.9；烤烟施用氮磷钾肥均为一次性基施。总的来看，复合肥和单质肥是作物氮素的主要来源，复合肥是作物磷钾的主要来源；氮肥以基施为主，少部分单质氮肥通过追肥的形式施入，磷钾肥施用多以一次性基施为主。

表4 肥料种类、用量及其基追比

ECF: Elemental chemical fertilizer; CF: Compound fertilizer; OM: Organic manure.表6同 The same as Fig.6

2.2 作物的减肥潜力

比较农户实际施肥量与合理施肥量发现，减少肥料投入的潜力因作物种类和产量水平而异（表5）。对于小麦，氮、磷和钾肥用量可分别减少28%（49 kg N·hm-2）、53%（54 kg P2O5·hm-2）和11%（4 kg K2O·hm-2）。其中，减肥主要对象在低、中产农户。低产农户的氮、磷和钾肥减幅分别为41%、70%和34%，中产农户的减幅分别为31%、49%和6%。对于玉米，氮、磷和钾肥用量可分别减少49%（120 kg N·hm-2）、66%（68 kg P2O5·hm-2）和28%（7 kg K2O·hm-2）。减肥主要对象为低产水平农户，氮、磷和钾肥减幅分别为61%、69%和43%。对于水稻，氮、磷和钾肥用量可分别减少23%（43 kg N·hm-2）、51%（45 kg P2O5·hm-2）和28%（18 kg K2O·hm-2）。减肥对象主要为低产农户，氮、磷和钾肥减幅分别为50%、48%和39%。对于谷子，氮、磷和钾肥用量可分别减少60%（144 kg N·hm-2）、62%（87 kg P2O5·hm-2）和51%（27 kg K2O·hm-2）。减肥对象主要为低产水平农户，氮、磷和钾肥减幅分别为93%、89%和94%。对于马铃薯，氮、磷肥用量可分别减少48%（110 kg N·hm-2）和52%（66 kg P2O5·hm-2）。减肥主要对象为低、中产农户，低产农户氮、磷肥减幅分别为72%和74%，中产农户氮、磷肥减幅分别为52%和52%。而高产农户钾肥施用不足，需增加55%（64 kg K2O·hm-2）。由此可见，粮食作物减肥的主要对象为低产农户，氮、磷肥减施潜力较大，而马铃薯高产农户钾肥施用不足。

对于油料作物油菜，氮、磷和钾肥可分别减少33%（52 kg N·hm-2）、37%（20 kg P2O5·hm-2）和26%（46 kg K2O·hm-2）。其中，减肥对象主要为低、中产农户。氮、磷和钾肥在低产农户的减幅分别为47%、45%和37%，在中产农户的减幅分别为30%、44%和51%。对于大豆，磷钾肥用量不足，应分别增施11%（7 kg N·hm-2）和28%（7 kg P2O5·hm-2）。其中，氮、磷和钾肥在高产农户施用严重不足，增幅分别为128%、119%和55%，磷、钾肥在中产农户施用也不足，增幅分别为83%和143%。由此可见，油菜生产的主要减肥对象为低中产农户，而大豆生产的中高产农户施肥不足。

对于经济作物苹果，氮、磷和钾肥用量可分别减少67%（493 kg N·hm-2）、70%（339 kg P2O5·hm-2）和64%（345 kg K2O·hm-2）。对于西红柿，氮、磷和钾肥用量可分别减少41%（180 kg N·hm-2）、65%（222 kg P2O5·hm-2）和49%（196 kg K2O·hm-2）。对于烤烟，氮、磷肥用量可分别减少11%（11 kg N·hm-2）、53%（62 kg K2O·hm-2），氮肥减施主要发生在低产农户，而中、高产农户的氮肥施用不足，过量施用磷肥发生在所有农户，钾肥施用基本合理。由此可见，经济作物苹果、西红柿各产量水平减肥潜力均较大，而烤烟的氮肥用量较低，需要补充。相对于粮食和油料作物，苹果、西红柿等高产经济作物的减肥潜力更大。

2.3 作物的经济效益

作物生产的经济效益因作物种类和产量水平而异（表6）。粮食作物生产的总投入为0.51×104—0.97×104元/hm2，其中肥料投入占总投入的31%—52%，总产出为1.07×104—2.15×104元/hm2。净经济效益为0.44×104—1.63×104元/hm2，以马铃薯为最佳，以玉米为最差。与低产组相比，小麦、玉米、水稻和马铃薯高产组的总投入分别增加了6%、16%、5%和3%，总产出分别增加81%、101%、45%和596%，净经济效益分别增加332%、207%、62%和1382%。谷子高产组投入减少了19%，总产出增加了154%，净经济效益增加248%，生产水平差异很大，大多数农户管理谷子的水平欠佳。

油菜和大豆生产总投入分别为0.41×104和0.43×104元/hm2，肥料投入分别占总投入的57%和59%。总产出分别为1.24×104和1.18×104元/hm2，净经济效益分别为0.84×104和0.75×104元/hm2。与低产组相比，大豆和油菜高产组的总投入分别增加了110%和22%，总产出分别增加236%和66%，净经济效益分别增加378%和94%。

苹果、西红柿和烤烟生产中，总投入分别为2.67×104、5.56×104和2.32×104元/hm2，肥料投入分别占总投入的48%、65%和57%。总产出分别为13.76×104、20.61×104和5.92×104元/hm2。净经济效益分别为11.09×104、15.05×104和4.19×104元/hm2。与低产组相比，苹果、烤烟高产组的总投入分别增加了11%和53%，总产出分别增加287%和66%，净经济效益分别增加375%和72%。西红柿高产组总投入减少了62%，总产出增加了97%，净经济效益增加了323%。可见，随着产量水平的增加，总投入有增有减，但经济效益增长量远高于总投入增长量。且经济作物经济效益、肥料投入量均远高于粮食和油料作物。

表5 作物的减肥潜力

FP指农户施肥量；Rec指合理施肥量；%指减少施肥量潜力

FP: Fertilizer rate used by farmer practice; Rec: Recommended fertilizer rate; %: Potential of reduce fertilizer rate

3 讨论

3.1 农户产量与施肥

本研究调研的1 709份数据显示（表3），陕西省农作物小麦、玉米、水稻、谷子、马铃薯、油菜、大豆、苹果、西红柿和烤烟平均产量分别为4.6、7.3、8.3、3.7、19.8、2.4、2.7、23.8、93.5和2.7 t·hm-2。总的来看，与过去在陕西省的调研结果相比，作物产量普遍有所提升[27]。具体表现为，小麦产量高于2009—2013年在陕西关中平原（3.5 t·hm-2）的研究结果[28]，玉米产量高于2013—2016年在陕西渭北旱塬（6.0 t·hm-2）的调研结果[29]，水稻、油菜产量高于2005— 2009年在陕西省的调研结果（7.8、2.3 t·hm-2）[30]；大豆产量高于2010—2011年在陕西省科技示范县的调查结果（2.1 kg·hm-2）[31]；苹果产量高于2007—2011年在陕西省的调研结果（30.1 t·hm-2）[32]；西红柿产量高于2003年在陕西省的调研结果（64.5 t·hm-2）[33]。然而，农户间产量差异较大，区域农作物产量仍有较大提升空间。

表6 作物的经济效益

分析施肥量可知（表3），粮食和油料作物生产均表现为氮肥用量最高（99—255 kg N·hm-2），磷肥次之（63—142 kg P2O5·hm-2），钾肥最少（26—110 kg K2O·hm-2）。2006—2009年在陕西省对水稻、马铃薯和油菜的调研结果表明施肥亦表现为高氮（159—227 kg N·hm-2）、中磷（62—131 kg P2O5·hm-2）、低钾（13—54 kg K2O·hm-2）[8,34-35]。西北地区土壤富钾现象明显，土壤有效钾含量介于100—170 mg·kg-1，基本能满足粮食和油料作物对钾素的需求。此外，较高的价格也是限制小农户在经济效益较低的粮食和油料作物施用钾肥的重要因素之一。苹果、西红柿和烤烟氮肥用量分别为731、471和108 kg N·hm-2，磷肥用量分别为482、387和118 kg P2O5·hm-2，钾肥用量分别为535、447和132 kg K2O·hm-2。相对于粮食和油料作物而言，经济作物肥料用量较高。就经济作物之间来看，产量水平较高的苹果和西红柿的肥料用量远高于烤烟。2006—2011年期间在陕西省的调研结果也表明，小麦、玉米、水稻、马铃薯和油菜氮磷钾平均施用量分别为145—230 kg N·hm-2、62— 110 kg P2O5·hm-2、13—45 kg K2O·hm-2，而苹果氮磷钾施用量分别为558 kg N·hm-2、358 kg P2O5·hm-2、208 kg K2O·hm-2[8]，与本研究结果类似。通常来讲，经济效益是决定肥料用量最重要的驱动力。相对于粮食和油料作物，经济作物的经济效益更高，更能激发小农户增加肥料投入的积极性。高经济效益、高肥料投入的经济作物必然会带来更大的环境风险。因此，需加强对小农户施肥技术培训，增强小农户的环保意识，特别是经济作物生产者。

分析养分来源和施肥方式可知（表4），对于粮食作物，34%—65%的氮肥来自单质氮肥，43%—67%的磷肥和25%—70%的钾肥来自复合肥。对于油料作物的油菜，89%的氮肥来自单质肥和复合肥，67%和70%磷肥和钾肥来自复合肥。对于经济作物，48%—98%的氮磷钾肥均来自复合肥。这表明农户生产中大多作物重化肥、轻有机肥。小麦、玉米、水稻、谷子、马铃薯、油菜、大豆、苹果、西红柿和烤烟氮肥基追比分别为1﹕0.1、1﹕0.7、1﹕0.4、1﹕0.6、1﹕0.1、1﹕0.5、1﹕0.2、1﹕0.5、1﹕0.4和1﹕0，西红柿磷肥和钾肥基追比分别为1﹕0.3和1﹕0.9，其余作物磷钾肥多为一次性基施。通常认为，小麦氮肥基追比为1﹕0.5，玉米和水稻为1﹕1.5，谷子、马铃薯和油菜为1﹕0.7，大豆1﹕1较合理。苹果氮磷钾基追比分别为1﹕1.5、1﹕0.67、1﹕4，西红柿氮磷钾基追比分别为1﹕2、1﹕0.25、1﹕0.67，烤烟氮肥基追比1﹕0.4较合理[13,36-37]。本研究表明生产中基追比不合理现象普遍存在。总体看来，相对于合理推荐基追比，农户普遍施用基肥比例偏高、追肥偏低，究其关键原因与西北地区降水少、灌溉缺乏、追肥不易有关[38]。其中，西红柿钾肥追肥比例较高，主要是因为西红柿需水量大，从而增加了追肥次数，且中后期施钾可以使果实着色均匀，使小农户偏好施用高钾肥料。而钾肥过多追施可能会影响钙镁铁等中微量元素的吸收，影响产量和品质。针对上述问题，为实现养分资源综合管理，提高养分资源利用效率。优化肥料用量和施用方法、应用有机无机肥配施、调整复合肥氮磷钾比例等措施利于改善此类施肥不合理现象。此外，加强科学技术的推广应用，有利于提高农民的种植管理水平，提高农户的农业知识素养以及科技应用，实现农业可持续发展。

3.2 作物减肥潜力及经济效益分析

化肥施用对提高农作物产量起到十分重要的作用，过量施用化肥将造成严重的环境污染问题[39]。全国农田养分盈余量在1980—2016年期间大幅增长，其中2016年氮、磷、钾盈余量分别为129 kg N·hm-2、123 kg P2O5·hm-2、64 kg K2O·hm-2，比1980年增长了198%、423%、151%，西北地区氮磷养分盈余现象明显[40]。因此，评估现阶段的减肥潜力对农作物生产和环境安全有重要意义。本研究表明（表5）粮食作物氮磷钾减肥潜力分别为28%—60%（49—154 kg N·hm-2）、52%—66%（54—87 kg P2O5·hm-2）、11%— 51%（4—51 kg K2O·hm-2）；油料作物油菜氮磷钾减肥潜力为33%（52 kg N·hm-2）、37%（20 kg P2O5·hm-2）、46%（26 kg K2O·hm-2）；经济作物苹果和西红柿的氮磷钾减肥潜力分别介于41%—77%（180—490 kg N·hm-2）、65%—89%（222—339 kg P2O5·hm-2）、49%—82%（196—345 kg K2O·hm-2）。苹果、西红柿等高产经济作物减肥潜力高于粮食和油料作物。不同产量水平的农户减肥潜力存在显著差异，粮食作物减肥的主要对象为低产农户，氮、磷肥减施潜力较大。油菜生产的主要减肥对象为低中产农户，经济作物苹果、西红柿各产量水平减肥潜力均较大。总的来看，农作物减肥重点在中低产组的农户。受“多投入多产出”的传统观念影响[39]，加之化肥补贴和市场竞争导致其价格偏低，是过量施肥的重要原因。另外，大豆、烤烟存在施肥不足的现象。大豆高产农户氮磷钾肥用量分别需增加128%（114 kg N·hm-2）、119%（77 kg P2O5·hm-2）和55%（24 kg K2O·hm-2），烤烟中、高产农户的氮肥需分别增施22%（21 kg N·hm-2）、11%（14 kg N·hm-2）。小农户生产中未意识到大豆的根瘤固氮作用并不能满足作物对肥料的需求，高产田块对于肥料的需求量更高，忽略了肥料的施用。而烤烟对钾肥需求量较高，过分强调钾肥提高烤烟品质的作用，使得农户施肥时忽略了对氮肥的投入。由此可见，发挥当地农业技术人员的作用，鼓励农业科研人员到农业生产一线，促进传统小农户向现代小农户转变，以提高小农户种植管理水平是必要的。

经济收益关乎农民生活水平的提高，制约农村经济的发展。本研究表明（表6）不同作物类型和产量组间经济效益差异显著。粮食、油料和经济作物的平均净经济效益分别为0.44×104—1.63×104、0.75×104—0.84×104、0.49×104—1.56×104元/hm2，肥料占总投入比例分别为31%—52%、57%—59%、73%— 82%。经济作物的净经济效益和肥料投入远高于粮食和油料作物。根据2018年的统计数据，三大主粮和大豆、油菜的总成本介于1.00×104—1.85×104元/hm2，净经济效益介于0.36×104—1.18×104元/hm2，西红柿和苹果总成本介于7.36×104—13.65×104元/hm2，净经济效益介于5.81×104—7.35×104元/hm2[3]。在高成本时代背景下，高收入和高回报的经济作物成为生产者经营决策的首选[10]。2000—2018年间，陕西省三大粮食作物面积减少了82×104hm2，苹果种植面积增加了20×104hm2[3]。粮食作物应给予适当的补贴，以提高粮农的生产积极性，从而为坚守粮食播种面积306.7×104hm2的红线、保障口粮绝对安全提供支持力[41]。另外，经济作物种植面积增加使得化肥施用量增长而带来严重的环境问题。以山东为例，由于大面积改种大棚蔬菜，0—40 cm土层的氮盈余可达到3 327 kg N·hm-2，为传统小麦-玉米轮作体系的9.5倍[11]。在生产中，大部分小农户将农产品产量和经济效益放在首位，忽略了环境代价。有必要定量化分析作物生产的环境代价，制定相应的奖罚制度，给予环境友好型农户奖励，以提高肥料资源利用效率、促进农业可持续发展。

4 结论

本研究基于陕西省2018年1 709份调研数据，系统分析了粮食、油料和经济作物生产的产量、施肥现状、减肥潜力及经济效益。结果表明农作物产量较之前年份的调研结果有所提升，但农户间差异仍较大。不同作物间的施肥量、减肥潜力和经济效益差异较大。其中，苹果、西红柿单位面积施肥量、减肥潜力、经济效益最高，粮食作物次之，油料作物最少。大豆、烤烟存在施肥不足的现象。粮食作物氮、磷和钾减肥潜力分别介于28%—60%、52%—66%和115—51%。油料作物油菜氮、磷和钾减肥潜力分别为33%、37%和46%，而大豆的磷、钾肥用量分别需增加11%、28%。苹果、西红柿等经济作物的氮、磷和钾减肥潜力分别为41%—67%、65%—70%和49%—64%，烤烟的磷肥减施潜力为53%，而中、高产农户的氮肥需分别增施22%、11%。粮食、油料和经济作物平均净经济效益分别为0.44×104—1.63×104、0.75×104—0.84×104、4.19×104—15.05×104元/hm2，肥料占总投入比例分别为31%—52%、57%—59%和48%—65%。苹果、西红柿等高产经济作物的经济效益远高于粮食和油料作物，其肥料投入量大、减肥潜力大，而产量较低的经济作物烟草的氮肥用量较低，甚至需要补充。

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Fertilizer Reduction Potential and Economic Benefits of Crop Production for Smallholder Farmers in Shaanxi Province

MI XiaoTian1, SHI Lei2, HE Gang1*, WANG ZhaoHui1*

1College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-Environment in Northwest China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangling 712100, Shaanxi;2Department of Agriculture and Rural Affairs of Shaanxi Province/Cultivated Land Quality and Agricultural Environmental Protection Station in Shaanxi Province, Xi’an 710003

【Objective】The material input of agriculture production is generally high for smallholder farmers, and the application rate of chemical fertilizers will change with the evolution of crop structure.Understanding the situation of nutrient input and economic benefits of smallholder to cereal crop, oil crop and cash crop could helpguide scientific fertilization and improve economic benefits.【Method】In 2018, a questionnaire survey was conducted on the production of major crops in ShaanxiProvince.The cereal crop (wheat, maize, rice, millet, and potato), oil crop (canola and soybean), and cash crop (apple, tomato, and flue-cured tobacco) were considered as targeted crops, and a total of 1 709 questionnaires were obtained.Further, the fertilization status of smallholder, the potential of fertilizer reduction, and economic benefits according to yield level of different crops were evaluated.【Result】For the production of wheat, maize, rice, millet, and potato, the mean yield was 4.6, 7.3, 8.3, 3.7, and 19.8 t·hm-2, respectively; the mean nitrogen (N) fertilizer rate was 177, 247, 186, 255, and 209 kg N·hm-2, respectively; the mean phosphate (P) fertilizer rate was 102, 103, 88, 142, and 125 kg P2O5·hm-2; mean potassium (K) fertilizer rate was 37, 47, 64, 53, and 110 kg K2O·hm-2, respectively.For canola and soybean production, the mean yield was 2.4and 2.7 t·hm-2, N fertilizer rate was 156and 99 kg N·hm-2, P fertilizer rate was 80and 63 kg P2O5·hm-2, K fertilizer rate was 56 and 26 kg K2O·hm-2, respectively.For the production of apple, tomato, and tobacco, the mean yield was 23.8, 93.5, and 2.7 t·hm-2, respectively; N fertilizer rate was 731, 471, and 118 kg N·hm-2, P fertilizer rate was 482, 387, and 118 kg P2O5·hm-2, K fertilizer rate was 535, 447, and 132 kg K2O·hm-2, respectively.N and P fertilizers were usually over-applied, while both over-application and under-application of K fertilizer coexisted.The potential of N, P, K fertilizer reduction ranges from 28% to 60%, 52% to 66%, and 11% to 51% for cereal crop, 33%, 37% and 46% for canola, respectively.However, the application rate of P and K fertilizer needed to increase by 11% and 28% for soybean production, respectively.The potential of N, P, and K fertilizer reduction ranged from 41% to 67%, 65% to 70%, and 49% to 64% for apple and tomato production, respectively.For tobacco production, the application rate of P fertilizer could decrease by 53%, while the application rate of N fertilizer needed to increase by 22% and 11% for farmers with medium and high-yielding, respectively.The source of N was mainly compound fertilizers and urea, and the sources of P and K were mainly compound fertilizers.For the way of chemical fertilizer application, most of N fertilizer was applied as basal fertilizer, and a small part was supplemented by topdressing, while almost all P and K fertilizers were applied as basal fertilizer.For cereal crop, oil crop, and cash crop, the cost of fertilizer application accounted for 31%-52%, 57%-59% and 48%-65% of total input, respectively, and the net economic benefit ranged from 0.44×104to 1.63×104, 0.75×104to 0.84×104, and 4.19×104to 15.05×104yuan/hm2, respectively.Because the net economic benefit of high-yielding in cash crop, e.g., apple and tomato, was higher than that of cereal crop and oil crop, smallholder farmers were more inclined to grow them.However, the substantial application of chemical fertilizer in cash crop production brought great environmental risks.【Conclusion】The main target of fertilizer reduction and benefit improvement was smallholder with low and middle-yielding level.Compared with cereal crop and oil crop, the economic benefit of cash crop, especially for apple and tomato, was higher, while their potential of fertilizer reduction was also higher due to substantial application of chemical fertilizer.Notably, the result of the study also demonstrated that there was also insufficient application of fertilizer in crop production, e.g., soybean and tobacco.In conclusion, the fertilizer management of smallholder varied greatly.Improving the level of fertilizer management for smallholder was conducive to increasing both yield and economic benefits, and thus contributing to sustainable crop production.

household behavior; crop classification; nutrients management; yield; economic benefit; Shaanxi province

2020-11-23；

2021-02-09

国家自然科学基金（31902120）、国家重点研发计划（2018YFD0200408）、青海省重大科技专项（2019-NK-A11-02）、西北农林科技大学科研启动项目（2452018110）

米晓田，E-mail：mixiaotian1203@163.com。通信作者何刚，E-mail：hegang029@nwafu.edu.cn。通信作者王朝辉，E-mail：w-zhaohui@263.net

（责任编辑 李云霞）