豫北平原典型小麦-玉米轮作高产区节肥潜力分析

李青松，韩燕来，邓素君，李光辉,2，张中媛

(1.河南农业大学资源与环境学院，河南郑州 450002； 2.登封市农业农村工作委员会，河南郑州452470)

化肥在保障粮食安全方面有重要作用。联合国粮农组织(FAO)的资料显示，肥料对粮食增产的贡献率达40%～60%[1]。但农业生产中农业化学品的不合理使用不仅造成资源浪费，而且危害生态环境[2-4]，尤其是过量施用化肥已成为当前造成农业面源污染的第一要素[5]，且化肥污染对粮食生产过程存在显著的“环境惩罚”效应[3]。提高土地产出率和资源利用率，追求农业绿色生态可持续发展是目前中国政府和广大科研工作者迫切需要解决的问题[6]。2015年，“中央1号”文件对农业发展作出了“转方式、调结构”的战略部署，提出农业生产要(化肥、农药)减施增效，同年农业部又下发了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》[7]。农业部科技教育司牵头国内科教部门划拨专项经费开展公益性行业(农业)科研，对我国农业领域农用物质减施增效进行研究。而摸清农业生产中的肥料使用状况，并对节肥潜力进行科学准确估算，是推进节肥、增产、增效、节约资源、保护农业生态环境和促进农业可持续发展的基础。

目前，农业生产中，有关作物类型、品种、肥料类型、栽培措施和农业机械等方面的研究较多，但基于大量现实生产(农户调查)数据进行节肥潜力的研究尚不多见。Wang等[8]和孟远夺等[9]、邬刚等[10]和王永亮等[11]分别从全国范围和地域范围对节肥潜力进行了有益探索。豫北平原是中国主要的粮食高产区，也是全国粮食超高产的主要产区，在生产过程中肥料超施严重[12]。同等施肥量条件下，豫北高产田肥料利用率较中、低产田更低[13]。因此，开展豫北典型小麦-玉米轮作高产区农业施肥状况调查，并对其节肥潜力进行分析，是该区域实施节肥增效的基础性工作，对降低农业生产成本，促进农业生态安全和农产品质量安全都具有重要意义。

1 数据来源与分析

1.1 数据来源

于2016年7-9月，采用面访式问卷调查，主要选取豫北平原小麦-玉米轮作粮食高产区的安阳、鹤壁、新乡和焦作4市为研究区域。根据各市所辖乡镇的数量，按30%的比例抽取有代表性的乡镇共81个，具体为安阳市28个、鹤壁市7个、新乡市29个、焦作市17个。按抽样原则，选代表性农户，对其小麦、玉米生产过程中的施肥状况进行调查。分别发放小麦、玉米调查问卷各408份，收回小麦有效问卷405份、玉米有效问卷407份。

1.2 数据处理与分析

以河南省测土配方(“3414”田间试验)推荐施肥量[14]为参照，进行小麦、玉米生产节肥潜力分析。小麦、玉米产量按照加权平均法进行计算。氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)及总养分量(N+P2O5+K2O)以农户肥料施用量为依据，并根据对应的肥料养分标识量进行折纯后参与计算。为避免调查人员和农户主观意向对数据质量的影响，删除PFP(肥料偏生产力，指施用某一特定肥料下的作物产量与施肥量的比值)<1的数据，对挑选出的有效基础数据进行计算和分析。

节肥潜力指农户实际施肥量超出当地推荐施肥量的百分比，计算公式：

节肥潜力=(实际施肥量-推荐施肥量)/实际施肥量×100%

式中，节肥潜力值为正，说明实际施肥量高于推荐施肥量，肥料投入过多，有节肥空间，需减少肥料投入；节肥潜力值为负，说明实际施肥量低于推荐施肥量，肥料投入不足，无节肥空间，需增加肥料投入。

2 结果与分析

2.1 小麦、玉米产量状况

由表1可知，调查农户种植小麦的产量为5 250～11 250 kg·hm-2，平均产量为8 353 kg·hm-2；玉米产量为5 250～12 000 kg·hm-2，平均为9 064 kg·hm-2；玉米的平均产量高于小麦，符合生产实际。同时玉米产量的变异系数为9.60%，略低于小麦(10.43%)，说明在生产中，玉米产量的差异性小于小麦。

由表1还可以看出，小麦的产量主要集中在6 750～9 750 kg·hm-2，其涉及的农户数占调查农户总数的94.82%，其中30.62%农户的小麦产量集中在7 500～8 250 kg·hm-2，28.40%农户的小麦产量集中在8 250～9 000 kg·hm-2，二者占调查农户总数的59.02%；玉米的产量主要集中在7 500～9 750 kg·hm-2，其涉及的农户数占调查农户总数的82.8%，其中43.98%农户的玉米产量集中在8 250～9 000 kg·hm-2，28.01%农户的玉米产量集中在9 000～9 750 kg·hm-2，二者占调查农户总数的71.99%。

表1 农户种植的小麦和玉米的产量分布Table 1 The yield distribution of wheat and maize

2.2 小麦、玉米施肥状况

由表2可知，小麦、玉米生产中氮肥施用量均最大，磷肥次之，钾肥最少；玉米的施氮量比小麦高25.5 kg·hm-2，而小麦的施磷量较玉米高99.45 kg·hm-2，二者的施钾量相当，所以在总施肥量(N+P2O5+K2O)上表现为小麦高于玉米；小麦和玉米施肥量的变异系数均为氮最小、磷次之、钾最大，说明在生产中农户对氮、磷、钾肥的使用极其不均衡。小麦生产中不施磷肥的农户有9户，不施钾肥的有84户，分别占调查农户总数的2.22%和20.74%。玉米生产中不施磷肥的农户有7户，不施钾肥的有26户，分别占调查农户总数的1.72%和6.39%。

2.3 施肥对小麦、玉米产量的影响

由于样本数量较大(小麦的有效问卷405份，玉米的有效问卷407份)，为了不使信息失真和遗漏，特作出施肥量与产量数据间的散点图(图1和图2)。

表2 调查农户的小麦和玉米田的施肥情况Table 2 Fertilization status of surveyed wheat and maize field

由图1和图2可知，小麦和玉米的产量与施肥量间都不存在简单的线性关系，即随氮、磷、钾肥料用量和总施肥量的增加，产量并未呈现出增加的趋势。说明在一定的施肥基数下就可以获得较高的产量，过多的施肥并不能起到增产的作用，意味着在实际生产中小麦和玉米均有节肥的可能和潜力。

2.4 小麦、玉米节肥潜力分析

参照Wang等[8]、孟远夺等[9]、邬 刚等[10]和王永亮等[11]施肥推荐量的选取方法，结合国家测土配方施肥豫北平原典型小麦-玉米轮作高产区小麦、玉米的最高产量施肥推荐量和经济最佳施肥推荐量[14]，按“1.2”中的节肥潜力计算公式分别计算小麦和玉米的节肥潜力(表3)。

由表3可知，在小麦生产中，总养分的最高产量时的节肥潜力和经济效益最佳时的节肥潜力分别为29.07%和38.75%，说明小麦生产中总用肥量过大，有节肥潜力。具体而言，N的节肥潜力最高，为40.76%～53.03%；P2O5次之，为38.43%～44.94%；K2O的节肥潜力，为-65.23%～-59.46%。说明在小麦生产中氮、磷肥超施严重，钾肥用量不足，尚需补充。在玉米生产中，总养分、N、P2O5、K2O的节肥潜力与小麦有相同的趋势。相对而言，玉米的节肥潜力低于小麦，玉米需要补充的K2O肥用量也低于小麦。

图1 不同施肥量下的小麦产量Fig.1 Wheat yield under different fertilizer application

图2 不同施肥量下的玉米产量Fig.2 Maize yield under different fertilizer application表3 小麦、玉米节肥潜力分析Table 3 Analysis of fertilizer saving potential in wheat and maize.

作物类型Agrotype养分类别Nutrient category实际施肥量Actual application/(kg·hm-2)推荐施肥量Recommended application/(kg·hm-2)最高产量时Maximum yield经济效益最佳时Economic optimum节肥潜力Saving potential/%最高产量时Maximum yield经济效益最佳时Economic optimum小麦 WheatN285.3016913440.7653.03P2O5168.901049338.4344.94K2O52.058683-65.23-59.46总养分Total nutrients5 06.1035931029.0738.75玉米 MaizeN310.8021316731.4746.27P2O569.4568612.0912.17K2O51.157768-50.54-32.94总养分 Total nutrients432.4535829617.2231.55

从氮、磷、钾的投入比例来看(表3)，小麦的实际施肥量比例为1∶0.59∶0.18，而推荐最高产量时和经济效益最佳时的施肥量比例分别为1∶0.62∶0.51和1∶0.69∶0.62；玉米的实际施肥量比例为1∶0.22∶0.16，而推荐最高产量时和经济效益最佳时的施肥量比例分别为0.32∶0.36和1∶0.37∶0.41。可见，小麦和玉米氮、磷、钾肥的投入比例均不合理，氮肥投入较多，磷肥略显不足，钾肥严重亏缺。因此，该地区粮食生产中应该采取减氮、控磷、稳钾的施肥原则。

3 讨 论

3.1 产量数据的准确性

对豫北平原小麦-玉米轮作粮食高产区的农户进行问卷调查，统计得出该区域小麦和玉米的平均产量分别为8 352.75和9 063.6 kg·hm-2，低于河南省超高产攻关田小麦(10 437 kg·hm-2)和玉米(15 972 kg·hm-2)的高产纪录[15]。实际生产田作物产量低于科学试验田，这是符合客观情况的。

调查数据显示，所调查农户的小麦产量主要集中在6 750～9 750 kg·hm-2，其涉及农户数占调查农户总数的94.82%；经计算，小麦的平均产量为8 353 kg·hm-2，这个数值并不是小麦产量所有数据的算术平均值，玉米产量也表现出相同的状况。这主要是在进行数据分析时，考虑到近年来的土地流转使农户持有农田面积均匀程度降低，不能简单地对调查数据进行算术平均作为区域得平均产量值，而应在考虑农户持有土地面积的基础上进行加权平均。

3.2 节肥潜力与平衡施肥技术推广

本研究显示，豫北平原小麦-玉米轮作粮食高产区仍存在不施用磷、钾肥的现象，其中小麦生产中不施磷、钾肥的农户分别占调查农户总数的2.22%和20.74%，玉米生产中不施磷、钾肥的农户分别占调查农户总数的1.72%和6.39%；另外，高施肥量与高产之间并不在正相关关系，即高施肥量并不一定高产。小麦和玉米生产中，在产量不降低的前提下有节肥的可能和潜力。与当地的推荐施肥量[14]相比，小麦氮素的节肥潜力最大，为40.6%～53.03%；磷素次之，为38.43%～44.94%；钾素施用不足，节肥潜力为-65.23%～-59.46%；玉米在肥料投入上与小麦相似，氮、磷、钾的节肥潜力分别为31.47%～46.27%、2.09%～12.17%、-50.54%～-32.94%；另外，小麦和玉米氮、磷、钾肥的投入比例均不合理，表现为氮肥投入较多、磷肥略显不足、钾肥严重亏缺。说明迫切需要在农户中普及和推广平衡施肥技术。

3.3 农药、灌溉与节肥

肥料肥效的大小最终表现为农作物产量和肥料利用率的高低，肥料是影响农作物产量形成的最直接因素之一。但产量的形成同时还受综合因素的影响，当植物保护(农药施用等)、水分供给(灌溉等)、作物品种和栽培等措施协同作用才能发挥最佳的增产作用。另外，年度气候条件与肥料肥效高低也有紧密联系，2016年豫北平原区温度、降水、光照、风力等气象条件均为本区域正常水平，因此，本研究结果具有一定的代表性，对指导当地小麦、玉米节肥增产有一定的参考价值。