河北平原冬小麦、夏玉米农田基础产量和地力贡献率分析

孙彦铭,黄少辉,杨振立,刘克桐,杨云马,杨军芳,贾良良*

(1.河北省农林科学院农业资源环境研究所，河北 石家庄 050051；2.河北省农林科学院，河北 石家庄 050000；3.河北省土壤肥料工作站，河北 石家庄 050021)

土壤肥力与作物产量密切相关，而基础产量是衡量土壤基础肥力的重要指标，根据基础地力水平可确定适宜的施肥水平，在生产上也有基于土壤基础肥力(基础产量)的“以地定产”作物施肥推荐技术模式[1]。农田基础产量与作物可实现产量间通常都有明显的相关关系[2-3]，因此在很多研究中被作为评价农田土壤肥力状况的重要指标[4-5]，如汤勇华等[6]对我国主要粮食作物的基础产量和地力贡献率研究发现，华北和东北春玉米的平均基础产量为3 430 kg/hm2，夏玉米地力贡献率平均为51%；对宁夏平罗县水稻的基础产量和地力贡献率的研究也发现，土壤基础肥力对水稻产量的贡献率与水稻土壤基础产量呈正比[3,7]；贡付飞等[4]对长期定位试验的研究发现，施肥显著影响冬小麦的农田基础地力产量；而Fan等[8]在总结了全国7 410个田间试验发现，中国主要粮食作物自1980 s至2010 s期间基础产量呈增加态势，且主要来源于土壤基础生产力的提高。由此可见，分析和评价目前的农田基础生产力和地力贡献率对于了解土壤生产力现状，制定施肥与耕作管理技术方案都有指导作用，特别是在当前国家提出“藏粮于地”战略目标的情况下，依据农田基础产量和地力贡献率指导农田土壤培肥目标具有十分重要的意义。河北省小麦、玉米常年播种面积均超过267×104hm2[9]，不同地区间产量差异明显[10]。本文拟通过对河北省不同地区小麦、玉米生产现状进行分析与评价，定量化不同区域的农田基础产量和地力贡献率，为进一步优化农田养分调控以降低环境风险提供依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

以河北平原冬小麦、夏玉米主产区的保定、廊坊、石家庄、邢台、邯郸、衡水和沧州7个地区为研究区域，选取河北省测土配方施肥项目2011～2014年间在上述地区所做的894组冬小麦和952组夏玉米配方施肥示范试验组成数据集。数据集中包括每组试验各处理的氮、磷、钾肥施用量和产量等数据。配方施肥示范试验共有3个处理，分别是不施肥、农民习惯施肥和配方施肥，本研究只对不施肥和农民习惯施肥处理进行了讨论。各地区样本分布如表1所示。

表1 河北省夏玉米主产区肥效试验样本分布

1.2 数据处理

利用Excel 2007计算了各地区农民习惯施肥处理的氮(N)、磷(P2O5)和钾(K2O)肥施用量，并分析了不施肥处理和农民习惯施肥处理的平均产量和施肥处理的肥料偏生产力，并计算了基础地力贡献率。农田基础地力贡献率和肥料偏生产力计算公式如下：

农田基础地力贡献率(%)

=基础产量 / 施肥产量×100

(1)

氮(磷、钾)肥偏生产力(PFP,kg/kg)

=施肥产量 / 氮肥(磷肥、钾肥)施肥量

(2)

2 结果与分析

2.1 河北省不同地区小麦、玉米施肥量

河北省平原区小麦平均施氮、施磷、施钾量分别为242、65、和45 kg/hm2，各地区施氮量差异不大，邢台平均施氮量最高，为258 kg/hm2，廊坊平均施氮量最低，为185 kg/hm2；施磷量以保定和沧州最多，分别为111和101 kg/hm2，石家庄和衡水施磷量分别为16和25 kg/hm2；施钾量以邢台最高，为60 kg/hm2，石家庄最低，为23 kg/hm2。河北省平原区玉米平均施氮、施磷、施钾量分别为234、59、61 kg/hm2，各地区施氮量差异明显，最高的是邢台，为270 kg/hm2，最低的是保定，平均为196 kg/hm2；施磷量以保定最高，为87 kg/hm2，石家庄最低，为20 kg/hm2；施钾量以廊坊最高，为71 kg/hm2，石家庄最低，为45 kg/hm2。

表2 小麦、玉米农民习惯氮磷钾肥施用量 (kg/hm2)

2.2 河北省不同地区小麦、玉米产量现状

河北省小麦基础产量(不施肥产量)平均在4 509 kg/hm2，其中，石家庄地区最高，为5 044 kg/hm2，沧州地区最低，为3 538 kg/hm2。全省农民习惯施肥的小麦平均产量为6 390 kg/hm2，其中，衡水地区最高，为7 418 kg/hm2，沧州地区最低，为5 654 kg/hm2。夏玉米基础产量平均为5 979 kg/hm2，其中，石家庄地区最高，为6 424 kg/hm2，沧州地区最低，为4 444 kg/hm2。全省农民习惯施肥夏玉米产量平均为7 905 kg/hm2，其中，石家庄地区最高，为8 444 kg/hm2，沧州地区最低，为7 168 kg/hm2。

表3 河北平原不同地区冬小麦和夏玉米产量 (kg/hm2)

2.3 河北省不同地区小麦、玉米养分效率

河北省小麦氮肥偏生产力平均为25.3 kg/kg，其中石家庄地区氮肥偏生产力最高，为30.1 kg/kg，沧州地区最低，为20.8 kg/kg；磷肥(P2O5)偏生产力平均为47.3 kg/kg，其中廊坊、衡水、保定、沧州地区高于50 kg/kg，邢台地区最低，为15.6 kg/kg；钾肥(K2O)偏生产力平均为102.9 kg/kg，石家庄地区最高，为133.0 kg/kg，其次是衡水为120.3 kg/kg，以廊坊地区最低，为81.7 kg/kg。

河北省夏玉米氮肥偏生产力平均为39.9 kg/kg，以廊坊地区最高,为52.8 kg/kg，邢台地区最低,为34.5 kg/kg；磷肥(P2O5)偏生产力平均为115.2 kg/kg，以衡水和石家庄最高,分别为179.1和175.7 kg/kg，以沧州地区最低,为73.8 kg/kg；钾肥(K2O)偏生产力全省平均为136.0 kg/kg，以石家庄和衡水最高,分别为198.8 和182.4 kg/kg，以沧州和邯郸最低,分别为94.8和96.9 kg/kg。

表4 小麦、玉米农民习惯施肥偏生产力 (kg/kg)

2.4 河北省不同地区冬小麦、夏玉米农田地力贡献率

河北省不同地区农田土壤肥力对小麦、玉米产量的贡献率如表5所示。河北省小麦平均农田地力贡献率为70.6%，以保定地区的土壤肥力贡献率最高，为78.3%，衡水地区的地力贡献率最低，为65.1%。玉米平均地力贡献率为71.6%，以邢台地区最高，为79.6%，以沧州地区最低，为62.2%。总体来看，沧州和衡水、邯郸地区的基础产量贡献率低于石家庄、邢台和廊坊，这可能与上述地区的农业生产水平和土壤基础肥力低有关。

表5 河北省不同地区冬小麦、夏玉米产量农田基础地力贡献率 (%)

2.5 河北省冬小麦、夏玉米基础产量与地力贡献率的相关分析

对基础产量与施肥产量的相关分析发现，基础产量与施肥产量之间存在极显著的正相关关系，随着小麦、玉米基础产量的提高，施肥产量呈明显的增加趋势(图1)。另外，从不同基础产量水平下的地力贡献率来看(图2)，随着基础产量水平的提高，地力贡献率呈显著的增加趋势。小麦基础产量在<3 000、3 000～4 000、4 000～5 000、5 000～6 000和>6 000 kg/hm2产量水平的地力贡献率分别为54.4%、59.5%、71.1%、80.4%和84.9%。玉米基础产量在<4 500、4 500～6 000、6 000～7 500、7 500～9 000和>9 000 kg/hm2产量水平的地力贡献率分别为53.6%、66.0%、74.4%、81.9%和87.8%。由此可见，基础产量对小麦、玉米的高产有重要的影响。

图1 河北省冬小麦、夏玉米基础产量与施肥产量的关系

图2 河北省冬小麦、夏玉米基础产量与地力贡献率的关系

3 讨论

河北省小麦、玉米农民习惯施肥的施氮量偏高，小麦平均为242 kg/hm2，玉米平均为234 kg/hm2，明显高于作物生产需要，存在过量施氮问题，且地区间和同一地区不同地块间施用量差异明显，氮肥施用量过高与不足并存。在磷肥施用量上，平均施磷量小麦为65 kg/hm2，玉米为59 kg/hm2，平均施用量基本符合作物生产需要，但存在严重的施用不均衡问题，部分田块超量施用而部分田块不施或施用量严重不足问题十分突出。在钾肥施用量上，平均施钾量小麦仅为45 kg/hm2，玉米为61 kg/hm2，也存在部分田块超量施用而其他田块施用量不足或不施的情况。另外，从施肥的养分效率来看，河北省小麦、玉米的氮肥偏生产力水平明显偏低，主要原因是过量施氮问题。小麦的磷肥偏生产力较低，仅为47.3 kg/kg，也说明小麦施磷量过高。河北省小麦和玉米的钾肥偏生产力都处于较高水平，平均为102.9和136.1 kg/kg，说明适当施用钾肥可以有较好的增产效应，其中玉米钾肥偏生产力较小麦高，可能与玉米产量水平较高有关。总体来看，河北省冬小麦、夏玉米农民习惯施肥中存在比较严重的氮磷钾肥施用不平衡问题，需要引起重视。

河北省冬小麦农田基础产量平均为4 509 kg/hm2，夏玉米农田基础产量为5 979 kg/hm2，不同地区间基础产量差异较大，其中以沧州地区的基础产量最低，石家庄地区最高。从不同地区农田地力贡献率来看，沧州地区的冬小麦地力贡献率仅为63.7%，远低于其他地区71.6%～78.3%；沧州地区的夏玉米地力贡献率仅为62.2%，与其他地区67.5%～79.6%的基础地力贡献率相比也明显偏低。查燕等[11]的研究认为，土壤有机碳含量是影响黑土区基础地力和基础地力贡献率的主要因素，而贡付飞等[4]的研究认为，有机碳、有效磷和速效钾等与基础产量有显著的相关关系。而对比沧州地区农田土壤有机质等指标也发现，沧州地区的土壤有机质和有效磷平均含量明显低于邢台、邯郸、衡水3个地区[12]，与沧州地区农田基础产量显著低于上述3个地区相一致。因此，土壤肥力是影响河北省夏玉米农田基础产量和基础地力贡献率的关键。

本研究中发现，冬小麦、夏玉米施肥产量均随着基础产量的提高呈极显著的线性增加趋势，这一结果与鲁艳红等[13]在水稻、李忠芳等[5]在玉米、小麦和水稻上的研究结果类似。而随着基础产量水平的提高，地力贡献率也明显提高，说明基础产量对小麦、玉米可获得产量起到了决定性作用。河北省农田冬小麦和夏玉米地力贡献率平均为70.6%和71.6%，与张水清等[14]报道的小麦季76.7%～78.1%、玉米季71.9%～74.4%的地力贡献率相比略低，但与汤勇华等[15]报道的1990～2000年间全国玉米平均地力贡献率51.0%相比已经有了明显的提高。农田地力贡献率的提升与农田土壤基础肥力的提高密切相关，土壤肥力提升保证了作物产量水平的提高和高产、稳产的实现，起到了“水涨船高”的作用[16]。此外，农田土壤养分残留和环境养分沉降可能也对农田基础产量和基础地力贡献率造成明显的影响。土壤养分残留主要来自上茬作物收获后的残留，与施肥量有明显的关系，Jia等[17]研究认为，小麦收获后残留氮素在下茬夏玉米的利用率高达5%～10%，而何春娥等[18]报道河北省吴桥和曲周小麦季的大气有效氮素沉降量高达21.0和29.5 kg/hm2，玉米季则分别为17.6和31.3 kg/hm2，接近冬小麦、夏玉米平均吸氮量的10%左右。可见，农田土壤氮素残留和环境养分可能也是农田基础产量明显提高的重要原因。除此之外，施肥、秸秆还田、耕作栽培技术的改进、品种改良等都对土壤基础产量的提高有促进作用，对上述因素对土壤基础生产能力的贡献进行定量化评价也是今后工作中需要重点考虑的问题。

4 结论

通过对河北平原2011～2014年小麦、玉米测土配方施肥农户示范试验的数据分析，可以得出如下结论：

(1)河北平原冬小麦、夏玉米平均施氮量分别为242和234 kg/hm2，施磷(P2O5)量分别为65和59 kg/hm2，施钾量(K2O)分别为45和61 kg/hm2。

(2)河北平原冬小麦、夏玉米平均农田基础产量分别为4 509和5 979 kg/hm2，农民习惯施肥平均产量分别为6 390和7 905 kg/hm2，不同地区间产量存在明显差异。

(3)河北平原农民习惯施肥的冬小麦、夏玉米氮肥偏生产力平均分别为25.3和39.9 kg/kg，磷肥(P2O5)偏生产力平均分别为47.3和115.2 kg/kg，钾肥(K2O)偏生产力平均分别为102.9和136.0 kg/kg。

(4)河北平原冬小麦、夏玉米农田基础产量贡献率平均分别为70.6%和71.6%，农田基础产量水平与农户施肥产量呈极显著的线性相关关系，且随着基础产量水平的提高，农田基础肥力贡献率呈增加趋势，说明基础产量水平对作物高产有重要的作用。

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