豫东潮土区小麦肥料利用率试验研究

付胜昔 高 磊 苏 峰

（商丘市土壤肥料站 河南商丘476000）

化肥作为粮食的“粮食”，是现代科学技术带给我们的高效营养物质[1]。 化肥对于我国粮食增产的贡献率为55%左右， 在确保粮食增产上的作用毋庸置疑，但受报酬递减律的影响而有一定限度[2]。 如何在不增加化肥投入量， 实施化肥使用量零增长的同时又实现农业绿色增产增效， 关键在于提高肥料利用率。 21 世纪初国外肥料利用率为50%～55%[3]，2000-2005 年我国主要粮食作物的氮肥利用率在10.8%～40.5%，平均为27.5%；磷肥利用率在7.3%～20.1%，平均为11.6%； 钾肥利用率在21.2%～31.9%， 平均为31.3%[4]。 为摸清2020 年潮土区测土配方施肥条件下小麦施用氮肥、磷肥、钾肥的利用率现状，进一步完善小麦施肥指标体系，优化肥料配方，指导农户科学施用化肥，2019 年10 月至 2020 年6 月在豫东潮土区开展了小麦肥料利用率田间试验。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

商丘市位于河南省东部， 是典型的农业大市和粮食生产核心区。 主要种植制度为小麦—玉米，粮食产量常年稳定在600 万t 以上， 素有 “豫东粮仓”之称。 主要土壤类型为潮土， 约占全市耕地面积的94%。 属暖温带半湿润大陆性季风气候，春暖、夏热、秋凉、冬寒，四季分明，年平均气温14.3℃，年平均相对湿度71%，年均降水量747 mm，全年日照时数合计平均2 142.70 h，无霜期约211 d。

1.2 试验设计

试 验 共 设 5 个 处 理 ， 分 别 为 N0P0K0、N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0、N2P2K2。 其中 N、P、K 分别代表纯 N、P2O5、K2O；0、2 分别代表不施肥和当地推荐施肥量。N 由尿素提供，P2O5由过磷酸钙提供，K2O 由氯化钾提供。试验采用随机区组设计，3 次重复，小区面积为50 m2（长 10 m×宽 5 m）。 小区间筑田埂，试验区四周设置保护行。 单排单灌，除施肥不同外，其他管理措施同一般大田生产。 试验方案见表1。

表1 肥料利用率试验方案

1.3 土壤样品采集与测试

1.3.1 土壤样品采集 在小麦整地施肥和玉米播种施肥前，采用“S”形布点，按照“随机、等量和多点混合”的原则采样。 用取土铲先铲出一个耕层断面，再平行于断面取土。 采样深度为0～20 cm，每个样点由15～20 个分点混合而成。

1.3.2 土壤样品测试 土壤pH、 有机质、 全氮、 有效磷、 速效钾和缓效钾的测试分别按NY/T 1121.2、NY/T 1121.6、NY/T 53、NY/T 1233 和 NY/T 889 的规定执行。

1.4 植株样品采集与测试

1.4.1 植株样品采集 在作物成熟收获期， 避开小区田边1 m，按“S”形采样法多点采样。采集作物籽粒和秸秆样品，在采样区内采取不少于10 个样点的样品组成一个混合样。籽粒样品采集1 kg 左右，秸秆样品采集2 kg 左右，用塑料纸包扎好。

1.4.2 植株样品测试 全氮、全磷、全钾的测试分别按 NY/T 2419、NY/T 2420 和 NY/T 2421 的规定执行。

1.5 各试验点土壤基本状况

2019 年10 月在商丘市辖区内9 个县（区）安排了小麦肥料利用率田间试验。 试验地点分别为商丘市城乡一体化示范区贾寨镇保卫村（L1)、夏邑县会亭镇崔楼村（L2）、虞城县刘店乡解楼村（L3）、睢阳区闫集镇沈庄村（L4）、民权县北关镇刘楼村（L5)、梁园区李庄乡闫庄新村（L6）、睢县河集乡拥楼村（L7）、宁陵县赵村乡周式碑村（L8）、柘城县马楼乡程庄村（L9）。按照“1.3.1”方法分别采集了各试验点土壤样品，按照“1.3.2”方法进行了测试分析，结果见表2。

表2 各试验点土壤基本状况

1.6 各试验点小麦植株养分状况

2020 年6 月按照“1.4.1”方法分别采集了各试验点各处理的小麦植株样品， 并将相同处理采用四分法进行样品缩分，按照“1.4.2”方法进行植株测试分析，结果见表3。

表3 小麦植株养分检测结果（单位：%）

1.7 参数计算

1.7.1 肥料利用率 目前国内比较通用的肥料利用率是指肥料养分回收率（RE），其反映了作物对施入土壤中的肥料养分的回收效率。 如氮肥利用率，其反映了作物对施入土壤中的肥料氮的回收效率，即REN=（U-U0）/F。 其中U为全肥区作物收获时地上部分（籽粒和秸秆）的吸氮总量；U0为缺氮区作物收获时地上部分的吸氮总量；F为化肥纯氮的投入量。 同理可以计算磷肥利用率和钾肥利用率。

1.7.2 肥料偏生产力 偏生产力（PFP）是指单位投入的肥料养分所能生产的作物籽粒产量， 即PFPNPK=

Y/F。Y为全肥区所获得的作物籽粒产量；F为肥料中氮磷钾养分纯量的投入量。

1.7.3 肥料农学效率 农学效率（AE）是指施入单位肥料养分量所增加的作物籽粒产量。 如氮肥农学效率， 它是指单位施氮量所增加的作物籽粒产量，即AEN=（Y-Y0）/F。Y为全肥区所获得的作物籽粒产量；Y0为缺氮区所获得的作物籽粒产量；F为化肥纯氮的投入量。 同理可以计算磷、钾、氮磷钾配合使用的农学效率。

1.7.4 百千克籽粒产量养分吸收量 百千克籽粒产量养分吸收量是指小麦每生产100 kg 籽粒产量需要吸收的养分量。 百千克籽粒产量养分吸收量=成熟期全肥区植株养分吸收量/籽粒产量×100。

1.8 数据整理与分析

采用Excel 2016 进行数据整理、 方差分析与多重比较[5]。

2 结果与分析

2.1 各试验点不同处理产量的方差分析及多重比较

在作物成熟收获期，对各试验点各处理各取3 个样点进行生物学性状调查， 同时采集植株样品用于室内考种和植株测试。 各小区单收单打，记录作物籽粒和秸秆产量， 同时对小麦各试验点不同处理的平均产量进行方差分析和多重比较，结果见表4。

由表4 可知，氮、磷、钾的缺失无论是对小麦籽粒产量还是秸秆产量的影响都较大， 均以全肥区产量为最高。 因小麦百千克籽粒产量养分吸收量是本试验得出的主要结论之一， 故仅对小麦籽粒产量多重比较结果加以分析。

表4 各试验点小麦产量及多重比较结果（单位：t/hm2）

L1 全肥区与缺氮区、缺磷区、缺钾区、空白区相比差异均达极显著水平；缺氮区、缺磷区、缺钾区三者之间差异不显著， 但与空白区相比差异均达显著水平。 全肥区与缺氮区、缺磷区、缺钾区、空白区相比，增产率分别为30.59%、25.62%、21.70%、58.01%。

L2 全肥区与缺氮区、缺磷区、缺钾区、空白区相比差异均达极显著水平；缺氮区、缺磷区二者之间差异不显著，但与缺钾区、空白区相比差异均达极显著水平；缺钾区与空白区相比差异达极显著水平。 全肥区与缺氮区、缺磷区、缺钾区、空白区相比，增产率分别为 42.88%、37.30%、15.73%、60.37%。

L3 全肥区与缺氮区、缺磷区、缺钾区、空白区相比差异均达极显著水平；缺氮区、缺磷区、空白区三者之间差异不显著， 但与缺钾区相比差异均达极显著水平。 全肥区与缺氮区、缺磷区、缺钾区、空白区相比，增产率分别为65.98%、68.15%、23.37%、80.90%。

L4 全肥区与缺氮区、缺磷区、缺钾区、空白区相比差异均达极显著水平；缺氮区、缺磷区、缺钾区三者之间差异不显著，但缺氮区、缺钾区与空白区相比差异达显著水平；缺磷区与空白区相比差异不显著。全肥区与缺氮区、缺磷区、缺钾区、空白区相比，增产率分别为33.76%、45.36%、30.44%、56.48%。

L5 全肥区与缺氮区、缺磷区、缺钾区、空白区相比差异均达极显著水平；缺氮、缺磷、缺钾区三者之间差异不显著， 但与空白区相比差异均达极显著水平。 全肥区与缺氮区、缺磷区、缺钾区、空白区相比，增产率分别为29.64%、23.61%、25.64%、58.49%。

L6 全肥区与缺磷区、缺钾区相比差异不显著，与缺氮区相比差异达显著水平， 与空白区相比差异达极显著水平；缺氮区、缺磷区、缺钾区、空白区四者之间差异不显著。 全肥区与缺氮区、缺磷区、缺钾区、空白区相比， 增产率分别为27.06%、19.42%、18.40%、37.90%。

L7 全肥区与缺氮区、 缺磷区相比差异均达极显著水平，与缺钾区相比差异达显著水平；缺氮区、缺磷区、空白区三者之间差异不显著，但与缺钾区相比差异均达极显著水平。 全肥区与缺氮区、缺磷区、缺钾区、 空白区相比， 增产率分别为57.67%、48.98%、14.60%、62.58%。

L8 全肥区与缺氮区、 缺磷区相比差异均达极显著水平，与缺钾区相比差异达显著水平；缺氮区、缺磷区、空白区三者之间差异不显著，但与缺钾区相比差异均达极显著水平。 全肥区与缺氮区、缺磷区、缺钾区、 空白区相比， 增产率分别为40.67%、43.99%、6.34%、47.47%。

L9 全肥区、 缺磷区、 缺钾区三者之间差异不显著，但与缺氮区、空白区相比，差异均达极显著水平；缺氮区、空白区二者之间差异不显著。 全肥区与缺氮区、 缺磷区、 缺钾区、 空白区相比， 增产率分别为45.02%、6.59%、5.05%、72.10%。

2.2 潮土区小麦肥料利用效率参数的计算

根据表3、表4 结果可以计算出各试验点小麦肥料利用率、偏生产力、农学效率等表征肥料利用效率的参数，结果见表5。

由表2 和表5 可知，在特定施肥条件下，随着土壤质地和土壤养分含量的变化，肥料利用率、偏生产力、农学效率均有着不同的变化。 土壤质地越轻，土壤养分含量越小(肥力水平越低），肥料利用率越高；土壤质地越轻，氮磷钾肥配合使用，单位化肥施用量所能生产的小麦籽粒产量（即偏生产力）越低，所增加的作物籽粒产量（即农学效率）越低；土壤质地越轻，氮肥农学效率越高，磷肥、钾肥农学效率越低，表明单位氮肥投入量所增加的小麦产量比单位磷肥、钾肥投入量所增加的产量要多。

由表 5 可知， 钾肥利用率最高， 最大值为80.50%，最小值为18.04%，平均值为47.90%；氮肥利用率次之，最大值为42.86%，最小值为38.03%，平均值为40.61%；磷肥利用率最低，最大值为20.15%，最小值为11.52%，平均值为15.76%。 变异系数表明，氮肥利用率较磷肥利用率、钾肥利用率空间离散度小。氮磷钾肥配合使用偏生产力最大值为19.06 kg/kg，最小值为14.31 kg/kg，平均值为16.11 kg/kg。 氮磷钾肥配合使用农学效率最大值为7.00 kg/kg，最小值为4.81 kg/kg，平均值为6.03 kg/kg；氮肥农学效率最大值为 11.16 kg/kg， 最小值为 6.59 kg/kg， 平均值为8.86 kg/kg；磷肥农学效率最大值为21.78 kg/kg，最小值为3.72 kg/kg，平均值为14.91 kg/kg；钾肥农学效率最大值为19.08 kg/kg，最小值为3.88 kg/kg，平均值为11.94 kg/kg。 变异系数表明，氮磷钾肥配合使用农学效率较氮肥、磷肥、钾肥农学效率空间离散度小。

表5 小麦肥料利用效率参数结果

2.3 潮土区小麦百千克籽粒产量养分吸收量

根据表3、表4 结果，可以计算出小麦百千克籽粒产量养分吸收量，结果见表6。

由表2 和表6 可知，在特定施肥条件下，土壤质地越轻，土壤养分含量越小(肥力水平越低），小麦百千克籽粒产量养分吸收量越低。 潮土区小麦百千克籽粒产量吸氮量最大值为3.94 kg，最小值为2.86 kg，平均值为3.28 kg；吸磷量最大值为1.11 kg，最小值为 0.38 kg， 平均值为 0.82 kg； 吸钾量最大值为4.03 kg，最小值为 2.99 kg，平均值为 3.22 kg。 变异系数表明，吸氮量较吸磷量、吸钾量空间离散度小。

表6 小麦百千克籽粒产量养分吸收量（单位：kg）

3 结论与讨论

潮土区小麦氮肥利用率约为40.61%，磷肥利用率约为15.76%，钾肥利用率约为47.90%；氮磷钾配合使用偏生产力为16.11 kg/kg； 氮磷钾配合使用农学效率为6.03 kg/kg，氮肥农学效率为8.86 kg/kg，磷肥农学效率为14.91 kg/kg，钾肥农学效率为11.94 kg/kg。潮土区小麦每形成100 kg 籽粒产量需要吸收N、P2O5、K2O 的量分别为 3.28 kg、0.82 kg、3.22 kg， 三者的比例约为 1∶0.25∶0.98。

肥料利用率（RE）一直是我国学术界关注的焦点[4]。肥料利用率、 偏生产力和农学效率是从不同角度描述作物对肥料养分的利用效率， 其内涵及应用对象常常不同。 例如，我国习惯用RE，一方面是由于过去化肥资源紧缺，节约化肥非常重要，另一方面是由于我国土壤肥力普遍低下，土壤和环境来源养分少，化肥的增产效应很显著，RE 能很好地反映作物对化肥养分的吸收状况。 目前国际农学界常用PFP，原因是它不需要空白区产量和养分吸收量的测定， 简单明了，易为农民所掌握。 PFP 比较适合我国目前土壤和环境养分供应量大、化肥增产效益下降的现实，是评价肥料效应的适宜指标。 AE 是评价肥料增产效应较为准确的指标，但由于必须测空白区产量，应用起来较为不便。 百千克籽粒养分吸收量对于化肥减量增效项目实施过程中计算潮土区小麦预定目标产量的养分吸收量具有重大意义，结合氮、磷、钾肥料利用率，就能更好地为农户进行推荐施肥，使科学施肥真正落实到田间地头。

本试验潮土区小麦肥料利用率与张福锁等专家得出的肥料利用率平均值相比有明显提高， 笔者认为主要原因： 一是2005－2020 年在全国范围内测土配方施肥和化肥减量增效项目的实施过程中， 提出了氮肥总量控制与分期调控相结合的管理策略及氮肥深施覆土技术， 经过15 年的项目推广和多方努力， 减少了氮素的损失； 二是在项目推广过程中，更加注重氮磷钾肥的配合使用， 提出了合理的施肥配方、 施肥用量及施肥时期， 从而提高了磷钾肥的利用率。

本研究肥料利用效率参数仅指当季作物对所施化肥中养分的利用效率， 不包括当季作物收获后种植作物的利用状况。 一般情况下，肥料利用率越高，肥料的损失就愈小；肥料利用效率参数的数值，因不同气候、作物、土壤、栽培条件、肥料品种、同一品种不同养分形态、施肥量、施肥方法、养分比例等条件而变化，变幅极大。 本研究试验数据为一年多点试验数据的汇总与分析,试验区域和范围有限，其结论有待于在今后化肥减量增效项目推广工作中进一步研究、探讨和论证。