黄淮海平原区高产粮田秸秆全量还田小麦优化施肥

张晓冬， 李 湛， 王 猛， 王 勇， 隋学艳*

(1.山东省农作物种质资源中心，山东济南 250100； 2.山东省农业可持续发展研究所，山东济南 250100)



黄淮海平原区高产粮田秸秆全量还田小麦优化施肥

张晓冬1， 李 湛1， 王 猛2， 王 勇2， 隋学艳2*

(1.山东省农作物种质资源中心，山东济南 250100； 2.山东省农业可持续发展研究所，山东济南 250100)

[目的]针对黄淮海平原区小麦施肥措施与秸秆全量还田耕作环境不相适应的问题，优化最佳施肥方案。[方法]采用“3414”试验设计，研究施肥量与产量之间的关系，建立了最高产量施肥方案和最经济施肥方案。[结果]小麦的最经济产量虽然较最高产量降低了140.13 kg/hm2，但是纯收益增加了490.92元/hm2。与农民习惯施肥方案相比，小麦在最经济施肥方案下，产量增加684.54 kg/hm2，增幅8.65%，纯收益增加1 109.72元/hm2，增幅6.70%。[结论]小麦最经济施肥方案总体效益最优，环境效益显著。

黄淮海；秸秆全量还田；小麦；优化施肥

黄淮海平原区包括北京市、天津市、河北省、山东省、河南省3个行政省和2个直辖市，是我国重要的粮食主产区，占全国粮食播种面积的33%，粮食总产量占全国总产量的35%[1]。2004年国家启动了“粮食丰产科技工程”项目[2]，该项目主要为了确保国家粮食安全和农业增产，已取得了显著成效，高产田、超高产田不断涌现[3-8]。小麦-玉米一年两作是黄淮海平原区重要的耕作模式[9-12]，小麦、玉米的草谷比分别为1.20、1.34[13-14]，即粮食高产的同时，秸秆产量也相应提高，秸秆的处理方式由就地燃烧逐渐过渡到作为食用菌基质、青贮饲料、颗粒燃料等，农业产业链延伸，农业产值提高。但秸秆的市场消化能力有限，大部分秸秆只能被全量直接还田[15-18]。如何减少大量秸秆还田对农作物生产的影响，提高农业生产效率，是秸秆全量还田面临的重大问题。张维理等研究表明，秸秆还田后，农民或是沿用秸秆未还田情况下的施肥方式，或是为了追求产量而过量施肥，不合理的施肥方式造成了肥料的浪费、环境的污染，整体生态效益、经济效益不高[19-23]。王旭等研究表明，在全国范围内，黄淮海平原区的肥料施用量最高，而肥料利用率却最低[24-25]。目前，粮食价格持续低迷，环境不断恶化，因此，亟需制订合理的施肥方案，以获得最佳的经济效益[26]。目前，大多数研究将氮素作为主要研究对象，探讨其运筹技术，而未考虑磷、钾或是未综合分析氮、磷、钾互作情况下的肥料运筹技术[27-32]。为此，笔者研究了高产田玉米秸秆全量直接还田小麦的优化施肥方法，以期建立最经济的施肥方案。

1　材料与方法

1.1试验地概况试验于2012～2014年在山东省德州市张华镇进行。供试土壤为砂质壤土，基础地力为有机质16.2 g/kg，碱解氮56.6 mg/kg，速效磷29.4 mg/kg，速效钾55.3 mg/kg。

1.2试验材料供试品种为济麦22。供试肥料为尿素(46-0-0)、过磷酸钙(0-12-0)和硫酸钾(0-0-51)。

1.3试验设计采用“3414”回归设计模型进行小麦营养元素配比试验，试验设计见表1。肥料水平采用国家科技支撑计划(2007BAD89B09)最经济施肥量试验结果。小区面积40 m2(5 m×8 m)，随机区组排列，2次重复。

表1　“3414”试验设计方案

1.4田间管理小麦试验尿素50%底施，50%拔节期追施，过磷酸钙和硫酸钾全部做底肥。前茬玉米收获后，秸秆粉碎还田，旋耕2遍，底肥混匀后放置播种机内，随播种施于土壤。南北行向等行距播种，播种量187.5 kg/hm2，精细机播，行距10～12 cm，播深3～5 cm，播后镇压、灌溉。以农民常规施肥为对照(CK)，底肥为复合肥(25-7-8)750 kg/hm2，返青期追施尿素(46-0-0)225 kg/hm2。

1.5测定项目与方法小麦产值=小麦产量×小麦单价。纯收益=产值-肥料用费-田间杂费。

1.6数据统计数据的处理采用Microsoft Office Excel 2003、DPS统计软件。

2　结果与分析

2.1施肥对小麦产量和经济效益的影响由表2可知，合理配施氮、磷、钾肥能够增加小麦产量，增产幅度为949.2～2 190.8 kg/hm2，增产率为16.8%～39.6%。在P2K2的基础上，小麦产量随着施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，符合报酬递减规律，施纯氮205.5 kg/hm2增产率达39.6%，而施纯氮308.3 kg/hm2增产率反而下降到33.4%。磷、钾肥对小麦产量的影响在趋势上与施氮肥基本相同。因此，N2P2K2处理的增产率和利润最高。

表2　施肥对小麦产量和经济效益的影响

注：小麦价格2.52元/kg，N价格3.61元/kg，P2O5价格5.25元/kg，K2O价格4.35元/kg，田间杂费1 740元/hm2。

Note: Wheat.2.52 yuan/kg, N.3.61 yuan/kg, P2O5.5.25 yuan/kg, K2O.4.35 yuan/kg, incidental expenses 1 740 yuan /hm2.

2.2小麦产量与施肥量的关系由表3可知，N、P2O5、K2O施肥量与小麦产量之间呈极显著相关性，表明在P2K2(N2K2或N2P2)的基础上施用氮肥(磷肥或钾肥)能促进小麦生长，在增产作用方面施用氮、磷、钾肥的效果基本相同；在氮、磷、钾互作的条件下，施肥量与产量之间具有极显著的相关性，且当N、P2O5、K2O的施用量分别为267.86、162.42、174.58 kg/hm2时，小麦最高产量为8 741.91 kg/hm2。

表3　施肥量与小麦产量之间的回归分析

注：n=4，r0.05=0.811，r0.01=0.917；n=14，r0.05=0.646，r0.01=0.737。

Note:n=4，r0.05=0.811，r0.01=0.917；n=14，r0.05=0.646，r0.01=0.737.

2.3小麦最经济施肥量的计算将小麦价格Py和各肥料价格Px代入∂Y/∂X=(R+1)Px/Py(R=0)，解方程组可得最佳施肥量，即N、P2O5、K2O的施用量分别为204.08、123.21、134.56 kg/hm2时，得出小麦产量为8 601.78 kg/hm2。

通过对最高产量施肥方案与最经济施肥方案的对比可以看出(表4)，最经济施肥方案中少施N 63.77 kg/hm2，P2O539.21 kg/hm2，K2O 40.02 kg/hm2，小麦产量虽然降低了140.13 kg/hm2，但是纯收益增加了490.92元/hm2。

表4　小麦最高产量施肥方案与最经济施肥方案对比

注：差值=最经济施肥方案-最高产量施肥方案。

Note: D-value=most economic fertilization scheme-farmers’ conventional fertilization scheme.

2.4最经济施肥方案与农民习惯施肥方案的比较由表5可知，与农民习惯施肥方案相比，小麦在最经济施肥方案条件下，产量增加684.54 kg/hm2，增幅8.65%，纯收益增加1 109.72元/hm2，增幅6.70%。这说明与农民习惯施肥方案相比，小麦最经济施肥方案均可增产增收。

表5小麦农民习惯施肥方案与最经济施肥方案对比

Table 5Comparison of farmers’ conventional fertilization scheme and most economic fertilization scheme

施肥方案Fertilizationscheme小麦产量Wheatyieldkg/hm2小麦产值Wheatoutputvalue元/hm2小麦纯收益Wheatnetreturn元/hm2最经济施肥方案Mosteco-nomicfertilizationscheme8601.7821676.4917734.02农民习惯施肥方案Conven-tionalfertilizationscheme7917.2419951.4416624.31差值D-value684.541725.051109.72

注：差值=最经济施肥方案-农民习惯施肥方案。

Note: D-value=most economic fertilization scheme-farmers’ conventional fertilization scheme.

3　结论

(1)该研究结果表明，合理配施N、P2O5、K2O可以显著提高小麦产量。通过小麦的“3414”试验结果可以得出，在13个施肥处理中，T6(N2P2K2)处理的小麦产量最高，同时纯收益最高；通过N、P2O5、K2O施肥量与小麦产量之间的回归方程可以看出，在N、P2O5、K2O互作的条件下，施肥量与小麦的产量之间具有极显著的相关性，且当N、P2O5、K2O的施用量分别为267.86、162.42、174.58 kg/hm2时，小麦最高产量为8 741.91 kg/hm2；当N、P2O5、K2O的施用量分别为204.08、123.21、134.56 kg/hm2时，小麦最经济产量为8 601.78 kg/hm2；小麦的最经济产量虽然较最高产量降低了140.13 kg/hm2，但是纯收益增加了490.92元/hm2；与农民习惯施肥方案相比，小麦在最经济施肥方案下，产量增加684.54 kg/hm2，增幅8.65%，纯收益增加1 109.72元/hm2，增幅6.70%。

(2)与最高产量施肥方案和农民常规施肥相比，小麦最经济施肥方案化肥总用量降低，减少了生产化肥对能源的消耗，减少了劳动投入，同时降低了对农田的面源污染，总体经济效益最优，环境效益显著。

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Wheat Optimized Fertilization of High Yield Field with Returning Whole Stalks into the Soil in Huang-Huai-Hai Plain

ZHANG Xiao-dong1, LI Zhan1, WANG Meng2, SUI Xue-yan2*et al

(1.Shandong Center of Crop Germplasm Resources, Jinan Shandong 250100; 2.Shandong Institute of Agriculture Sustainable Development, Jinan, Shandong 250100)

[Objective] Aiming at disharmony between wheat fertilization plan and returning whole stalks into the soil in Huang-Huai-Hai Plain, the optimal fertilization scheme was optimized.[Method] Using “3414” experimental design, the relationship between fertilization quantity and yield was studied, the highest yield fertilization scheme and most economic fertilization scheme was established.[Result] The most economic yield of wheat decreased 140.13 kg/hm2compared with highest yield, net profit increased 490.92 yuan/hm2.Compared with conventional fertilization scheme, under the most economic fertilization scheme, yield increased 684.54 kg/hm2with range of 8.65%, net profit increased 1 109.72 yuan/hm2with range of 6.70%.[Conclusion] Most economical fertilization scheme of wheat has the best overall benefit and the environmental benefit is significant.

Huang-Huai-Hai Plain; Returning whole stalks into field; Wheat; Optimized fertilization

国家科技支撑计划项目(2012BAD14B07)。

张晓冬(1981- )，男，山东寿光人，副研究员，硕士，从事作物种质资源及农业信息化研究。*通讯作者，副研究员，硕士，从事作物栽培与农业信息化应用研究。

2016-06-13

S 141.4

A

0517-6611(2016)21-079-03