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华北冬小麦肥料产量效应变化与优化施肥研究

贾可 刘建玲 沈兵

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华北冬小麦肥料产量效应变化与优化施肥研究

    作者简介: 贾可 E-mail:35441091@qq.com;
    通讯作者: 刘建玲, E-mail:jlliu@hebau.edu.cn
  • 基金项目: 河北省磷肥减量、高效利用关键技术研究(2017220102)。

Yield effect change of fertilizers in the past 14 years and optimized fertilization of winter wheat in north China

    Corresponding author: LIU Jian-ling, E-mail:jlliu@hebau.edu.cn ;
  • 摘要:   【目的】  华北地区是我国的小麦主产区。本研究通过分析14年华北冬小麦肥料产量效应的多点试验数据,明确了华北冬小麦产量变化特征及肥料产量效应,并为该区冬小麦养分管理和合理施肥提供科学依据。  【方法】  通过华北冬小麦区2002—2016年96个定位监测试验,研究小麦地力产量和肥料农学效率变化趋势;通过120个田间肥料效应的检验试验,研究不同时段和不同施肥水平时氮、磷、钾在冬小麦上的产量效应;以肥料农学效率变化和施肥产量效应为依据,通过24个田间试验对习惯施用的复合肥配方进行田间校验,提出相应的节肥增效建议。  【结果】  1)2002—2016年间,华北冬小麦区的土壤供肥能力呈逐渐增加的趋势,其平均地力产量自2002年的4721 kg/hm2增加到2016年的5828 kg/hm2,年均增加1.6%。施肥能显著增加小麦产量,但施肥增产率从2005年后呈下降趋势,由2005年30.9%下降至2016年的20.2%,年均下降2.8%。2)2002—2016年,肥料的农学效率呈下降趋势,由2002年的9.0 kg/kg下降至2010年的6.7 kg/kg,2010年后维持在6.3~6.7 kg/kg。3) 基于不同时段氮、磷、钾在冬小麦上的产量效应函数式计算出经济施肥量,其中2002—2006年间,N、P2O5、K2O最高产量施肥量分别为180.5 kg/hm2、107.4 kg/hm2、55.9 kg/hm2;经济最佳用量分别为167.8 kg/hm2、102.5 kg/hm2、53.7 kg/hm2;经济合理用量 (R = 0.1) 分别为155.5 kg/hm2、99.9 kg/hm2、52.8 kg/hm2;2012—2016年间,N、P2O5、K2O最高产量施肥量为184.3 kg/hm2、125.1 kg/hm2、52.4 kg/hm2;经济最佳用量分别为171.7 kg/hm2、118.5 kg/hm2、48.6 kg/hm2;经济合理用量分别为159.2 kg/hm2、114.9 kg/hm2、47.0 kg/hm2;优化复合肥N-P2O5-K2O配方为16-20-8,比常规原配方减少氮磷钾总用量的12%。  【结论】  从2002年到2016年,华北冬小麦区土壤地力产量逐渐提高,虽然施肥仍有显著增产效果,但增产率和农学效率呈逐渐降低的趋势,2016年施肥增产率为20.2%,肥料农学效率维持在6.3~6.7 kg/kg。华北冬小麦N-P2O5-K2O优化配方为16-20-8,推荐施肥方案为基肥用量600 kg/hm2,追施氮肥69 kg/hm2
  • 图 1  华北冬小麦试验地点分布

    Figure 1.  Fertilization experimental locations of winter wheat in north of China

    表 1  冬小麦试验点土壤基本情况*

    Table 1.  Soil properties of experiment locations in north of China

    年份
    Year
    pH有机质 OM (g/kg)有效磷 Available P (mg/kg)速效钾 AvailableK (mg/kg)
    范围
    Range
    均值 ± SD
    Mean ± SD
    范围
    Range
    均值 ± SD
    Mean ± SD
    范围
    Range
    均值 ± SD
    Mean ± Sd
    范围
    Range
    均值 ± SD
    Mean ± SD
    2002—20066.50~8.317.52 ± 0.639.06~36.014.0 ± 6.26.90~46.027.2 ± 12.056.4~270105 ± 48.0
    2012—20166.90~8.037.51 ± 0.418.01~28.715.0 ± 9.318.0~59.021.8 ± 11.343.3~287108 ± 48.3
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    表 2  试验设计及各因素水平

    Table 2.  Levels of main and secondary factors in split-plot design

    年份
    Year
    主处理
    Main factor
    主处理水平 (kg/hm2)
    Main factorlevels
    副处理
    Secondary factor
    副处理水平 (kg/hm2)
    Secondary factorlevels
    试验点数
    Experiment number
    2002—2006N105, 135, 150, 165, 180, 210, 240低量磷钾Low P and KP2O5 80, K2O 2019
    中量磷钾Mid P and KP2O5 100, K2O 50
    高量磷钾High P and KP2O5 120, K2O 70
    P2O575, 90, 105, 120, 135, 150低量氮钾Low N and KN 140, K2O 2020
    中量氮钾Mid N and KN 180, K2O 50
    高量氮钾High N and KN 220, K2O 70
    K2O15, 30, 45, 60, 90低量氮磷Low N and PN 140, P2O5 8021
    中量氮磷Mid N and PN 180, P2O5 100
    高量氮磷High N and PN 220, P2O5 120
    2012—2016N150, 180, 195, 210, 225, 240低量磷钾Low P and KP2O5 90, K2O 2019
    中量磷钾Mid P and KP2O5 120, K2O 50
    高量磷钾High P and KP2O5140, K2O 70
    P2O575, 90, 105, 120, 135, 150低量氮钾Low N and KN 150, K2O 2021
    中量氮钾Mid N and KN 190, K2O 50
    高量氮钾High N and KN 230, K2O 70
    K2O15, 30, 45, 60, 90低量氮磷Low N and PN 150, P2O5 9020
    中量氮磷Mid N and PN 190, P2O5 120
    高量氮磷High N and PN 230, P2O5 140
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    表 3  2006和2016年华北冬小麦试验点土壤基本情况

    Table 3.  Basic situation of winter wheat fertilization test in north of china in 2006 and 2016

    年份
    Year
    省份
    Province
    县/市
    County/City
    pH有机质 (g/kg)
    OM
    有效磷 (mg/kg)
    Available P
    速效钾 (mg/g)
    Available K
    品种
    Cultivar
    2006 安徽 利辛Lixin 8.13 11.2 19.6 132 淮麦15 Huaimai15
    Anhui 宿州Suzhou 6.54 17.3 18.3 127 温麦6 Wenmai 6
    利辛Lixin 7.71 10.1 11.2 60.0 淮麦15 Huimai 15
    河北 邯郸Handan 7.50 17.7 9.76 87.0 石新733 Shixin 733
    Hebei 新乐Xinle 6.90 11.8 13.2 105 石麦15 Shimai 15
    邢台Xingtai 7.14 9.11 14.2 132 石新733 Shixin 733
    河南 夏邑Xiayi 8.02 11.4 32.0 147 郑麦9023 Zhengmai9023
    Henan 方城Fangcheng 7.79 16.0 8.07 90.0 温麦6号Wenmai 6
    南阳Nanyang 8.01 17.6 11.0 95.0 开麦13 Laimai 13
    山东 济宁Nining 6.71 36.0 6.95 126 济宁16号Jining 16
    Shandong 泰安Tai'an 8.85 9.03 36.2 84.7 淄麦12号Zimai 12
    菏泽Heze 7.43 13.5 15.8 105 潍麦9009 Weimai 9009
    2016 安徽 徐州Xuzhou 8.01 17.3 13.8 103 烟农19 Yannong 19
    Anhui 阜阳Fuyang 8.13 17.0 18.6 156 连麦2 Lianmai 2
    宿州Suzhou 7.95 14.5 19.7 95.1 连麦2 Lianmai 2
    河北 石家庄Shijiazhuang 8.67 16.4 22.7 154 衡观35 Hengguan 35
    Hebei 辛集Xinji 8.79 18.7 22.9 149 冀5265 Ji 5265
    永年Yongnian 7.56 12.1 28.6 126 温麦6 Wenmai 6
    河南 浚县Xunxian 5.05 16.2 12.6 129 矮抗58 Aikang 58
    Henan 南阳Nanyang 5.47 16.9 23.0 156 矮抗58 Aikang 58
    许昌Xuchang 8.59 13.8 19.5 105 4110
    山东 德州Dezhou 9.02 10.0 11.9 93.0 济麦22 Jimai 22
    Shandong 青州Qingzhou 7.56 12.0 14.0 113 济南17 Jimai17
    潍坊Weifang 7.28 23.3 24.3 96.0 良星99 Liangxing 99
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    表 4  冬小麦施肥氮磷钾配比优化试验设计

    Table 4.  Treatments of N, P2O5 and K2O adjustment for winter wheat (kg/hm2)

    处理
    Treatment
    基肥Basal-dressing追施氮
    Topdressing N
    NP2O5K2O
    2006
    常规对照Conventional control (N-P2O5-K2O=16-16-10)96966069
    增加2%氮肥Reducing 2% N108 966069
    增加2%磷肥Reducing 2% P2O596108 6069
    减少2%钾肥Reducing 2% K2O96964869
    2016
    常规对照Conventional control (N-P2O5-K2O=18-22-10)108 132 6069
    减少2%氮肥Reducing 2% N96132 6069
    减少2%磷肥Reducing 2% P2O5108 120 6069
    减少2%钾肥Reducing 2% K2O108 132 4869
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    表 5  2002—2016年冬小麦产量和肥料农学效率

    Table 5.  Wheat yield and fertilization agronomic efficiency in north of China from 2002 to 2016

    年份
    Year
    试验点
    Experimentnumber
    不施肥产量 (kg/hm2)
    Yield in CK
    施肥产量 (kg/hm2)
    Yield in treatment
    增产率 (%)
    Yield increase
    肥料农学效率 (kg/kg)
    Agronomic efficiency
    2002214721.1 ± 731.95999.3 ± 824.027.19.0 ± 4.2
    2005244856.9 ± 946.56359.0 ± 715.130.98.2 ± 2.9
    2006155092.1 ± 553.26421.1 ± 623.926.18.0 ± 1.8
    2007275390.2 ± 567.76632.9 ± 731.223.17.8 ± 2.8
    2008365472.8 ± 880.26717.8 ± 666.422.77.2 ± 2.1
    2009335684.9 ± 537.26877.5 ± 661.821.07.3 ± 2.9
    2010275758.5 ± 851.76941.6 ± 438.620.56.7 ± 1.8
    2011245797.1 ± 839.77037.5 ± 729.821.46.3 ± 2.6
    2012305805.3 ± 678.37132.3 ± 678.322.96.5 ± 2.4
    2013365832.0 ± 769.57015.4 ± 599.120.36.4 ± 2.1
    2016305828.3 ± 799.17007.0 ± 612.220.26.5 ± 1.8
    注(Note):数据为平均 ± 标准差 The data are mean ± Sd.
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    表 6  不同时间段氮、磷、钾在冬小麦上产量效应*

    Table 6.  Response of winter wheat to N, P and K fertilizer in different experimental periods

    年份
    Year
    主处理
    Main factor
    副处理
    Secondaryfactor
    肥料效应系数
    Coefficient of fertilizer
    response function
    R2最高产量
    Max yield
    (kg/hm2)
    施肥量 (kg/hm2)
    Fertilization amount
    abc最高产量
    施肥量
    Max.
    最佳经济
    用量
    Opt.
    经济合理
    用量
    Reas.
    2002—2006N低量磷钾Low P and K0.096128.4454704.30.90636809.2148.0137.1126.7
    中量磷钾Mid P and K0.074129.7234513.40.98917494.0200.6186.4172.3
    高量磷钾High P and K0.082831.9384289.90.99347369.7192.9180.2167.5
    P2O5低量氮钾Low N and K0.541594.3243184.10.92487291.7 87.1 84.6 83.3
    中量氮钾Mid N and K0.185845.6134981.00.91867780.4122.8115.5111.7
    高量氮钾High N and K0.277162.3094024.70.93507527.4112.4107.6105.0
    K2O低量氮磷Low N and P0.747984.2665281.00.91237654.8 56.3 54.4 53.6
    中量氮磷Mid N and P0.766287.4865238.80.95307736.1 57.1 55.2 54.4
    高量氮磷High N and P0.521156.7035422.50.95746965.0 54.4 51.6 50.4
    2012-2016N低量磷钾Low P and K0.091133.6604709.00.96777809.2184.7173.2161.9
    中量磷钾Mid P and K0.073928.5365055.00.99887818.8193.1178.9164.7
    高量磷钾High P and K0.086330.2434924.00.99277573.6175.2163.1150.9
    P2O5低量氮钾Low N and K0.262857.1774474.10.99057584.1108.8103.7100.8
    中量氮钾Mid N and K0.185150.3584636.20.98588061.3136.0128.7124.7
    高量氮钾High N and K0.182247.5554787.50.97737890.5130.5123.1119.0
    K2O低量氮磷Low N and P0.356135.0256732.10.85377593.3 49.2 45.1 43.5
    中量氮磷Mid N and P0.414745.6076720.60.95267974.5 55.0 51.5 50.0
    高量氮磷High N and P0.378140.1426790.00.93487855.5 53.1 49.3 47.6
    注(Note):2002—2006 年高、中、低氮量为 220 kg/hm2、180 kg/hm2、140 kg/hm2; 2002—2006 年高、中、低磷量为 120 kg/hm2、100 kg/hm2、80 kg/hm2; 2002—2006 年高、中、低钾量为 70 kg/hm2、50 kg/hm2、20 kg/hm2; 2012—2016 年高、中、低氮量为 230 kg/hm2、190 kg/hm2、150 kg/hm2; 2012—2016 年高、中、低磷量为 140 kg/hm2、120 kg/hm2、90 kg/hm2; 2012—2016 年高、中、低钾量为 90 kg/hm2、70 kg/hm2、50 kg/hm2. High, middle and low N input was 220 kg/hm2, 180 kg/hm2, 140 kg/hm2 from 2002 to 2006; High, middle and low P input was 120 kg/hm2, 100 kg/hm2, 80 kg/hm2 from 2002 to 2006; High, middle and low K input was 70 kg/hm2, 50 kg/hm2, 20 kg/hm2 from 2002 to 2006; High, middle and low N input was 230 kg/hm2, 190 kg/hm2, 150 kg/hm2 from 2012 to 2016; High, middle and low P input was 140 kg/hm2、120 kg/hm2、90 kg/hm2 from 2012 to 2016; High, middle and low K input was 90 kg/hm2, 70 kg/hm2, 50 kg/hm2 from 2012 to 2016. Max.—Fertilizaiton amount for the maximum yield; Opt—Optimumfertilizer amount; Reas—Reasonable fertilizer application amount. *肥料效应函数 Fertilizer effect function: y = ax2 + bx + c(R2); Wheat 2.0 yuan/kg; N 4.35 yuan/kg; P2O5 5.43 yuan/kg;K2O 5.83 yuan/kg.
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    表 7  2006和2016年华北冬小麦优化配方施肥产量 (kg/hm2) 及相对原配方的增长率 (%)

    Table 7.  Yield (kg/hm2) and yield increase of winter wheat in optimized compound fertilizer formula over the original one in North China in 2006 and 2016

    年份
    Year
    地点
    Location
    原配方
    Original formula
    NPK
    (kg/hm2)(%)(kg/hm2)(%)(kg/hm2)(%)
    2006安徽Anhui利辛Lixin7795.8 b8235.2 a5.68231.4 a5.67789.3 a–0.1
    宿州Suzhou4954.5 b5311.5 a7.25322.0 a7.45012.7 a1.2
    利辛Lixin6435.0 b6830.5 a6.16850.0 a6.46469.2 a0.5
    河北Hebei邯郸Handan5610.0 a5760.0 a2.75980.0 a6.65730.0 a2.1
    新乐Xinle7962.0 b8496.0 a6.78332.1 a4.68032.0 a0.9
    邢台Xingtai6784.3 b7283.0 a7.47197.1 a6.06778.3 a–0.1
    河南Henan夏邑Xiayi6162.0 b6509.0 a5.66634.8 a7.86332.5 a2.8
    方城Fangcheng7563.0 b7857.5 a3.97878.9 a4.27743.0 a2.4
    南阳Nanyang6003.0 b6403.5 a6.76300.5 a4.76203.5 a3.3
    山东Shandong济宁Nining8205.0 b8645.0 a5.48374.0 a16.2 8314.5 a1.3
    泰安Tai'an7272.0 b7690.0 a5.77662.0 a5.37309.5 a0.5
    菏泽Heze6399.0 b6782.5 a6.06852.0 a7.06675.0 a4.3
    平均Mean6762.1 a7150.3 b5.87134.6 b6.86865.8 a1.6
    2016安徽Anhui徐州Xuzhou6166.8 a6178.0 a0.26418.4 a4.16622.8 a7.4
    阜阳Fuyang6948.0 a7012.4 a0.97639.5 a10.0 6955.5 a0.1
    宿州Suzhou7290.0 a7384.5 a1.37679.2 a5.37705.0 a5.7
    河北Hebei石家庄Shijiazhuang7242.0 a7367.4 a1.77546.9 a5.67345.5 a1.4
    辛集Xinji7150.0 a7349.6 a2.87442.0 a4.17175.5 a0.3
    永年Yongnian8673.0 a8649.7 a–0.3 9267.1 a6.88709.0 a0.4
    河南Henan浚县Xunxian8670.0 a8744.5 a0.98792.0 a8.99045.0 a4.3
    南阳Nanyang8875.0 a9121.6 a2.79364.5 a5.58912.5 a0.4
    许昌Xuchang6584.7 a6673.4 a1.37060.6 a7.26829.1 a3.7
    山东Shandong德州Dezhou6694.8 a6743.1 a0.77041.2 a5.26886.4 a2.9
    青州Qingzhou7952.4 a8031.9 a1.08643.3 a8.67976.5 a–0.1
    潍坊Weifang6797.5 a6874.2 a1.17264.7 a8.36874.2 a0.3
    平均Mean7420.4 a7510.9 a1.27846.6 a6.67586.4 a2.2
    注(Note):2006 年氮磷处理分别为较原配方增加 2%,钾处理减少 2%; 2016 年试验 NPK 处理较原配方均减少了 2%。数据后不同小写字母表示同一地点小麦产量在不同处理间差异达 0.05 显著水平 In NPK treatment of 2006, N and P were added by 2% and K was decreased by 2%, compared with the original formula; In NPK treatments of 2016 the N, P and K inputs were all decreased by 2%, compared with the original formula. Different lowercase letters indicate significant differences among treatments in the same location at 0.05 level.
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  • 收稿日期:  2020-08-10

华北冬小麦肥料产量效应变化与优化施肥研究

    作者简介:贾可 E-mail:35441091@qq.com
    通讯作者: 刘建玲, jlliu@hebau.edu.cn
  • 1. 河北农业大学资源与环境科学学院,河北保定 071001
  • 2. 中国-阿拉伯化肥有限公司,河北秦皇岛 066003
  • 3. 中海石油化学股份有限公司,北京 100029
  • 基金项目: 河北省磷肥减量、高效利用关键技术研究(2017220102)。
  • 摘要:   【目的】  华北地区是我国的小麦主产区。本研究通过分析14年华北冬小麦肥料产量效应的多点试验数据,明确了华北冬小麦产量变化特征及肥料产量效应,并为该区冬小麦养分管理和合理施肥提供科学依据。  【方法】  通过华北冬小麦区2002—2016年96个定位监测试验,研究小麦地力产量和肥料农学效率变化趋势;通过120个田间肥料效应的检验试验,研究不同时段和不同施肥水平时氮、磷、钾在冬小麦上的产量效应;以肥料农学效率变化和施肥产量效应为依据,通过24个田间试验对习惯施用的复合肥配方进行田间校验,提出相应的节肥增效建议。  【结果】  1)2002—2016年间,华北冬小麦区的土壤供肥能力呈逐渐增加的趋势,其平均地力产量自2002年的4721 kg/hm2增加到2016年的5828 kg/hm2,年均增加1.6%。施肥能显著增加小麦产量,但施肥增产率从2005年后呈下降趋势,由2005年30.9%下降至2016年的20.2%,年均下降2.8%。2)2002—2016年,肥料的农学效率呈下降趋势,由2002年的9.0 kg/kg下降至2010年的6.7 kg/kg,2010年后维持在6.3~6.7 kg/kg。3) 基于不同时段氮、磷、钾在冬小麦上的产量效应函数式计算出经济施肥量,其中2002—2006年间,N、P2O5、K2O最高产量施肥量分别为180.5 kg/hm2、107.4 kg/hm2、55.9 kg/hm2;经济最佳用量分别为167.8 kg/hm2、102.5 kg/hm2、53.7 kg/hm2;经济合理用量 (R = 0.1) 分别为155.5 kg/hm2、99.9 kg/hm2、52.8 kg/hm2;2012—2016年间,N、P2O5、K2O最高产量施肥量为184.3 kg/hm2、125.1 kg/hm2、52.4 kg/hm2;经济最佳用量分别为171.7 kg/hm2、118.5 kg/hm2、48.6 kg/hm2;经济合理用量分别为159.2 kg/hm2、114.9 kg/hm2、47.0 kg/hm2;优化复合肥N-P2O5-K2O配方为16-20-8,比常规原配方减少氮磷钾总用量的12%。  【结论】  从2002年到2016年,华北冬小麦区土壤地力产量逐渐提高,虽然施肥仍有显著增产效果,但增产率和农学效率呈逐渐降低的趋势,2016年施肥增产率为20.2%,肥料农学效率维持在6.3~6.7 kg/kg。华北冬小麦N-P2O5-K2O优化配方为16-20-8,推荐施肥方案为基肥用量600 kg/hm2,追施氮肥69 kg/hm2

    English Abstract

    • 小麦是华北地区 (河北、河南、安徽、山东) 主要的粮食作物。据统计,2018年华北地区冬小麦种植面积为1503.1 × 104 hm2,产量为9132.8 × 104 t,分别占全国小麦总种植面积和总产量的61.9%和69.4%[1]。近年来,农业生产中过量施肥现象比较普遍,约占种植面积的75%[2],这也是小麦生产中的一个重要问题。有研究表明,华北平原冬小麦肥料用量远高于需肥量[3-4],农民习惯的氮、磷肥投入量分别是消耗量的2.6倍和4.1倍[5]。长期过量施肥增加了土壤养分含量和供肥能力,与第二次土壤普查相比,土壤有机质、全氮、有效磷分别增加了2.61~6.10 g/kg、0.12~0.23 g/kg、7.89~20.68 mg/kg,1996—1999年冬小麦茬口土壤供氮、磷、钾能力分别增加了37.9%、0.7%、2.1%[6],土壤氮、磷、钾实际平衡分别盈余高达81.1%、88.5%和11.9%[7]。已有基于小区试验或统计数据的土壤养分状况的分析报道[3-5],而没有基于整个华北小麦生产区进行多年多点田间研究试验,尤其缺乏基于华北地区冬小麦土壤实际供肥能力、地力产量和肥料农学效率变化的资料。

      随着土壤供肥能力和肥料农学效率发生变化,肥料在作物上的产量效应也随之改变。一般认为,根据肥料效应函数计算出的最高产量施肥量及最高产量,能够反映土壤肥力变化及肥料增产效应的变化[8-9]。有学者认为,随着土壤养分含量的增加,一元二次肥料曲线或二元二次肥料效应曲面二次项系数逐渐变大,曲线曲率变缓[10],在此基础上,提出用二次式和平台两组函数拟合肥料效应,进而计算推荐施肥量[11]。但是,这两种方法都是基于某一田块试验得出的结论,并没有进行多点田间试验验证。20世纪80年代,杨守春等[12]根据多年多点田间试验,利用肥料效应函数计算了华北地区冬小麦推荐施肥量和最高产量,并进一步分析了华北地区冬小麦施肥产量效应及变化规律,与其他学者不同的是,他采用了经济合理施肥量作为小麦施肥推荐量。

      由于一些研究在计算推荐施肥量时忽视农户施肥投入利润,造成推荐结果应用性不强[14-18]。肥料效应函数可以计算出最高产量施肥量、经济最佳施肥量和经济合理施肥量。经济最佳施肥量指边际产值与边际成本相等,边际利润率等于零 (R = 0) 时的施肥量,为单位面积利润最大的施肥量。经济合理施肥量是指肥料投资利润等于最优投资利润 (R = 0.1) 的施肥量,代表单位肥料投资利润最大[8-9]。由经济最佳施肥量和经济合理施肥量的定义可知,后者更符合农民实际施肥需求。

      近些年复合肥在小麦生产中应用比例逐年增高[13],即有根据土壤养分状况、作物需肥规律或土壤养分平衡状况确定的小麦合理施肥量和复合肥配方[14-17],也有采用肥料效应函数计算的小麦合量施肥量[18]。但在小麦生产中,推荐施肥配方与复合肥生产依然处于脱节状态,有必要将产量效应田间试验与复合肥配方校验试验有机结合起来,解决肥料生产和农业需求脱节的问题。为此,我们通过多年、多点田间试验,研究了氮、磷、钾肥在华北冬小麦上的产量效应和农学效率的变化趋势;又进一步研究了不同时段、不同施肥水平下氮、磷、钾肥产量响应状况,通过肥料产量效应田间校验法优化复合肥配方,为冬小麦生产的减肥增效提供科学依据。

      • 试验在安徽、河北、河南和山东4个华北冬小麦主产省份进行。通过96个施肥监测试验点,研究农田施肥对冬小麦产量和肥料农学效率的影响;通过120个产量效应试验点,研究不同时段和不同施肥水平时氮、磷、钾在冬小麦上的产量效应;通过24个田间试验点对小麦施肥进行优化,并提出相应节肥增效建议。

      • 96个小麦施肥监测试验点分布为安徽省21个、河北省26个、河南省26个、山东省23个。试验分别于2002年、2005—2013年、2016年实施。所有试验均设两个处理:不施肥 (对照) 和习惯施肥,不设重复。小麦收获后分别统计两个处理的小麦平均产量并计算肥料农学效率,小麦增产率 (%) = (Y施肥 – Y对照)/Y对照 × 100,式中Y代表产量;肥料农学效率 (kg/kg) = (Y施肥 – Y对照)/养分投入总量。

      • 试验点分布于安徽、河北、河南和山东4个省共计120个小麦试验点,其中安徽24个、河北35个、河南31个、山东30个。试验于2002—2006年和2012—2016年两个时间段内实施。试验点都相对均匀地分布在4个试验省份内。土壤类型主要是褐土、潮土和潮褐土。各试验点土壤基础pH及养分状况见表1

        表 1  冬小麦试验点土壤基本情况*

        Table 1.  Soil properties of experiment locations in north of China

        年份
        Year
        pH有机质 OM (g/kg)有效磷 Available P (mg/kg)速效钾 AvailableK (mg/kg)
        范围
        Range
        均值 ± SD
        Mean ± SD
        范围
        Range
        均值 ± SD
        Mean ± SD
        范围
        Range
        均值 ± SD
        Mean ± Sd
        范围
        Range
        均值 ± SD
        Mean ± SD
        2002—20066.50~8.317.52 ± 0.639.06~36.014.0 ± 6.26.90~46.027.2 ± 12.056.4~270105 ± 48.0
        2012—20166.90~8.037.51 ± 0.418.01~28.715.0 ± 9.318.0~59.021.8 ± 11.343.3~287108 ± 48.3

        试验采用裂区设计,主处理因素为氮、磷、钾肥水平,副处理为该处理主因素外的另外两个因素水平,均设低、中、高三个水平,每个试验点,3次重复。小区之间以田埂分隔,每个小区的面积为40-60 m2,试验地周围设1 m保护行。2002—2006年和2012—2016年两个时间段的试验相对独立,磷、钾肥全部作为基肥,氮肥基追比1∶0.71。各处理主、副因素及及施肥水平见表2

        表 2  试验设计及各因素水平

        Table 2.  Levels of main and secondary factors in split-plot design

        年份
        Year
        主处理
        Main factor
        主处理水平 (kg/hm2)
        Main factorlevels
        副处理
        Secondary factor
        副处理水平 (kg/hm2)
        Secondary factorlevels
        试验点数
        Experiment number
        2002—2006N105, 135, 150, 165, 180, 210, 240低量磷钾Low P and KP2O5 80, K2O 2019
        中量磷钾Mid P and KP2O5 100, K2O 50
        高量磷钾High P and KP2O5 120, K2O 70
        P2O575, 90, 105, 120, 135, 150低量氮钾Low N and KN 140, K2O 2020
        中量氮钾Mid N and KN 180, K2O 50
        高量氮钾High N and KN 220, K2O 70
        K2O15, 30, 45, 60, 90低量氮磷Low N and PN 140, P2O5 8021
        中量氮磷Mid N and PN 180, P2O5 100
        高量氮磷High N and PN 220, P2O5 120
        2012—2016N150, 180, 195, 210, 225, 240低量磷钾Low P and KP2O5 90, K2O 2019
        中量磷钾Mid P and KP2O5 120, K2O 50
        高量磷钾High P and KP2O5140, K2O 70
        P2O575, 90, 105, 120, 135, 150低量氮钾Low N and KN 150, K2O 2021
        中量氮钾Mid N and KN 190, K2O 50
        高量氮钾High N and KN 230, K2O 70
        K2O15, 30, 45, 60, 90低量氮磷Low N and PN 150, P2O5 9020
        中量氮磷Mid N and PN 190, P2O5 120
        高量氮磷High N and PN 230, P2O5 140

        试验所用肥料包括复合肥、尿素、磷酸二铵、磷酸一铵、氯化钾。各试验地点小麦种植密度按照当地水平,品种为当地主栽品种,共有18个,分别为:烟农935031、淄麦12、山农664、豫麦18、偃展4110、焦农D1、石新733、百农矮抗58、潍麦8号、石麦14、衡观35、石新828、鲁麦24号、矮抗58、冀5265、良星99、武农148、平安7号。每年秋季9月20日—10月10日期间播种,次年5月25日—6月10日期间收获。田间灌溉、除草和病虫害防治等管理措施均采用当地常规方法。

        选用小区中间30 m2的小麦进行测产。所有数据用Excel 2010 整理,用SPSS 17.0 软件做方差分析,用LSD分析处理间差异显著性 (P < 0.05)。采用一元二次方程 y = ax2 + bx + c (R2)[9]分析主因素肥料水平在冬小麦上的产量效应,其中,y(kg/hm2) 代表小麦产量,x(kg/hm2) 代表主因素肥料用量,使用Excel 2010绘制二次曲线并求出方程,得出效应系数a、b、c值。

        对肥料产量效应函数y = ax2 + bx + c 求导:dy/dx = Px/Py(R + 1),式中,y为小麦产量,x为主处理肥料用量,Px为小麦单价,Py为肥料单价,R为边际利润率。当R = 0时计算的施肥量为最佳经济施肥量,当R = 0.1时计算的施肥量为经济合理用量[9]

      • 于2006及2016选择位于安徽、河北、河南和山东4个省内的24个试验点进行施肥配方优化试验,这些试验点分布相对均匀,土壤pH及基本肥力水平及所用品种见表3

        表 3  2006和2016年华北冬小麦试验点土壤基本情况

        Table 3.  Basic situation of winter wheat fertilization test in north of china in 2006 and 2016

        年份
        Year
        省份
        Province
        县/市
        County/City
        pH有机质 (g/kg)
        OM
        有效磷 (mg/kg)
        Available P
        速效钾 (mg/g)
        Available K
        品种
        Cultivar
        2006 安徽 利辛Lixin 8.13 11.2 19.6 132 淮麦15 Huaimai15
        Anhui 宿州Suzhou 6.54 17.3 18.3 127 温麦6 Wenmai 6
        利辛Lixin 7.71 10.1 11.2 60.0 淮麦15 Huimai 15
        河北 邯郸Handan 7.50 17.7 9.76 87.0 石新733 Shixin 733
        Hebei 新乐Xinle 6.90 11.8 13.2 105 石麦15 Shimai 15
        邢台Xingtai 7.14 9.11 14.2 132 石新733 Shixin 733
        河南 夏邑Xiayi 8.02 11.4 32.0 147 郑麦9023 Zhengmai9023
        Henan 方城Fangcheng 7.79 16.0 8.07 90.0 温麦6号Wenmai 6
        南阳Nanyang 8.01 17.6 11.0 95.0 开麦13 Laimai 13
        山东 济宁Nining 6.71 36.0 6.95 126 济宁16号Jining 16
        Shandong 泰安Tai'an 8.85 9.03 36.2 84.7 淄麦12号Zimai 12
        菏泽Heze 7.43 13.5 15.8 105 潍麦9009 Weimai 9009
        2016 安徽 徐州Xuzhou 8.01 17.3 13.8 103 烟农19 Yannong 19
        Anhui 阜阳Fuyang 8.13 17.0 18.6 156 连麦2 Lianmai 2
        宿州Suzhou 7.95 14.5 19.7 95.1 连麦2 Lianmai 2
        河北 石家庄Shijiazhuang 8.67 16.4 22.7 154 衡观35 Hengguan 35
        Hebei 辛集Xinji 8.79 18.7 22.9 149 冀5265 Ji 5265
        永年Yongnian 7.56 12.1 28.6 126 温麦6 Wenmai 6
        河南 浚县Xunxian 5.05 16.2 12.6 129 矮抗58 Aikang 58
        Henan 南阳Nanyang 5.47 16.9 23.0 156 矮抗58 Aikang 58
        许昌Xuchang 8.59 13.8 19.5 105 4110
        山东 德州Dezhou 9.02 10.0 11.9 93.0 济麦22 Jimai 22
        Shandong 青州Qingzhou 7.56 12.0 14.0 113 济南17 Jimai17
        潍坊Weifang 7.28 23.3 24.3 96.0 良星99 Liangxing 99

        田间试验包括4个处理,3次重复,随机区组设计,试验详情见表4。处理 1,常规施肥 (CK),供试肥料为当年市场上销量最大的复合肥,2006年复合肥N-P2O5-K2O配比为16-16-10,2016年为18-22-10;处理2,2006年比处理1增加2%氮肥,2016年比处理1减少2%氮肥,磷、钾用量同处理1;处理3,2006年比处理1增加2%磷肥,2016年比处理1减少2%磷肥,氮、钾用量同处理1;处理4,比处理1减少2%钾肥,氮、磷用量同处理1。

        表 4  冬小麦施肥氮磷钾配比优化试验设计

        Table 4.  Treatments of N, P2O5 and K2O adjustment for winter wheat (kg/hm2)

        处理
        Treatment
        基肥Basal-dressing追施氮
        Topdressing N
        NP2O5K2O
        2006
        常规对照Conventional control (N-P2O5-K2O=16-16-10)96966069
        增加2%氮肥Reducing 2% N108 966069
        增加2%磷肥Reducing 2% P2O596108 6069
        减少2%钾肥Reducing 2% K2O96964869
        2016
        常规对照Conventional control (N-P2O5-K2O=18-22-10)108 132 6069
        减少2%氮肥Reducing 2% N96132 6069
        减少2%磷肥Reducing 2% P2O5108 120 6069
        减少2%钾肥Reducing 2% K2O108 132 4869

        复合肥在市场上采购,氮、磷、钾肥分别用尿素、磷酸二铵、氯化钾。磷、钾全部作为基肥,氮肥按基追比1∶0.71施用。除肥料外,田间灌溉、除草和病虫害防治等管理措施均采用当地常规方法。所有品种均为当地主栽品种。

        所有数据由Excel 2010整理,SPSS 17.0 软件做方差分析。用LSD分析处理间的差异 (P < 0.05)。

        图  1  华北冬小麦试验地点分布

        Figure 1.  Fertilization experimental locations of winter wheat in north of China

      • 通过4个省96个小麦生产地区跨越14年的试验监测可以看出,施肥提高了小麦的地力产量而降低了肥料农学效率 (表5)。在不施肥条件下,从2002年到2016年小麦平均地力产量持续增加,由2002年的4721 kg/hm2增加到2016年的5828 kg/hm2,增加了23.4%,年平均增加1.6%。在施肥条件下,从2002年至2016年小麦产量也呈增加趋势,而施肥增产率呈下降趋势。2016年的小麦产量只比2002年增加了16.8%,施肥增产幅度小于同期不施肥的小麦增产幅度。另外,施肥条件下,2012—2016期间的小麦单位面积产量比2002—2006期间增加12.6%。

        表 5  2002—2016年冬小麦产量和肥料农学效率

        Table 5.  Wheat yield and fertilization agronomic efficiency in north of China from 2002 to 2016

        年份
        Year
        试验点
        Experimentnumber
        不施肥产量 (kg/hm2)
        Yield in CK
        施肥产量 (kg/hm2)
        Yield in treatment
        增产率 (%)
        Yield increase
        肥料农学效率 (kg/kg)
        Agronomic efficiency
        2002214721.1 ± 731.95999.3 ± 824.027.19.0 ± 4.2
        2005244856.9 ± 946.56359.0 ± 715.130.98.2 ± 2.9
        2006155092.1 ± 553.26421.1 ± 623.926.18.0 ± 1.8
        2007275390.2 ± 567.76632.9 ± 731.223.17.8 ± 2.8
        2008365472.8 ± 880.26717.8 ± 666.422.77.2 ± 2.1
        2009335684.9 ± 537.26877.5 ± 661.821.07.3 ± 2.9
        2010275758.5 ± 851.76941.6 ± 438.620.56.7 ± 1.8
        2011245797.1 ± 839.77037.5 ± 729.821.46.3 ± 2.6
        2012305805.3 ± 678.37132.3 ± 678.322.96.5 ± 2.4
        2013365832.0 ± 769.57015.4 ± 599.120.36.4 ± 2.1
        2016305828.3 ± 799.17007.0 ± 612.220.26.5 ± 1.8
        注(Note):数据为平均 ± 标准差 The data are mean ± Sd.

        2002年至2010年肥料农学效率由9.0 kg/kg下降至6.7 kg/kg,年均下降0.28 kg/kg,2010年后肥料农学效率维持在6.3~6.7 kg/kg之间,变化幅度较小 (表6)。

        表 6  不同时间段氮、磷、钾在冬小麦上产量效应*

        Table 6.  Response of winter wheat to N, P and K fertilizer in different experimental periods

        年份
        Year
        主处理
        Main factor
        副处理
        Secondaryfactor
        肥料效应系数
        Coefficient of fertilizer
        response function
        R2最高产量
        Max yield
        (kg/hm2)
        施肥量 (kg/hm2)
        Fertilization amount
        abc最高产量
        施肥量
        Max.
        最佳经济
        用量
        Opt.
        经济合理
        用量
        Reas.
        2002—2006N低量磷钾Low P and K0.096128.4454704.30.90636809.2148.0137.1126.7
        中量磷钾Mid P and K0.074129.7234513.40.98917494.0200.6186.4172.3
        高量磷钾High P and K0.082831.9384289.90.99347369.7192.9180.2167.5
        P2O5低量氮钾Low N and K0.541594.3243184.10.92487291.7 87.1 84.6 83.3
        中量氮钾Mid N and K0.185845.6134981.00.91867780.4122.8115.5111.7
        高量氮钾High N and K0.277162.3094024.70.93507527.4112.4107.6105.0
        K2O低量氮磷Low N and P0.747984.2665281.00.91237654.8 56.3 54.4 53.6
        中量氮磷Mid N and P0.766287.4865238.80.95307736.1 57.1 55.2 54.4
        高量氮磷High N and P0.521156.7035422.50.95746965.0 54.4 51.6 50.4
        2012-2016N低量磷钾Low P and K0.091133.6604709.00.96777809.2184.7173.2161.9
        中量磷钾Mid P and K0.073928.5365055.00.99887818.8193.1178.9164.7
        高量磷钾High P and K0.086330.2434924.00.99277573.6175.2163.1150.9
        P2O5低量氮钾Low N and K0.262857.1774474.10.99057584.1108.8103.7100.8
        中量氮钾Mid N and K0.185150.3584636.20.98588061.3136.0128.7124.7
        高量氮钾High N and K0.182247.5554787.50.97737890.5130.5123.1119.0
        K2O低量氮磷Low N and P0.356135.0256732.10.85377593.3 49.2 45.1 43.5
        中量氮磷Mid N and P0.414745.6076720.60.95267974.5 55.0 51.5 50.0
        高量氮磷High N and P0.378140.1426790.00.93487855.5 53.1 49.3 47.6
        注(Note):2002—2006 年高、中、低氮量为 220 kg/hm2、180 kg/hm2、140 kg/hm2; 2002—2006 年高、中、低磷量为 120 kg/hm2、100 kg/hm2、80 kg/hm2; 2002—2006 年高、中、低钾量为 70 kg/hm2、50 kg/hm2、20 kg/hm2; 2012—2016 年高、中、低氮量为 230 kg/hm2、190 kg/hm2、150 kg/hm2; 2012—2016 年高、中、低磷量为 140 kg/hm2、120 kg/hm2、90 kg/hm2; 2012—2016 年高、中、低钾量为 90 kg/hm2、70 kg/hm2、50 kg/hm2. High, middle and low N input was 220 kg/hm2, 180 kg/hm2, 140 kg/hm2 from 2002 to 2006; High, middle and low P input was 120 kg/hm2, 100 kg/hm2, 80 kg/hm2 from 2002 to 2006; High, middle and low K input was 70 kg/hm2, 50 kg/hm2, 20 kg/hm2 from 2002 to 2006; High, middle and low N input was 230 kg/hm2, 190 kg/hm2, 150 kg/hm2 from 2012 to 2016; High, middle and low P input was 140 kg/hm2、120 kg/hm2、90 kg/hm2 from 2012 to 2016; High, middle and low K input was 90 kg/hm2, 70 kg/hm2, 50 kg/hm2 from 2012 to 2016. Max.—Fertilizaiton amount for the maximum yield; Opt—Optimumfertilizer amount; Reas—Reasonable fertilizer application amount. *肥料效应函数 Fertilizer effect function: y = ax2 + bx + c(R2); Wheat 2.0 yuan/kg; N 4.35 yuan/kg; P2O5 5.43 yuan/kg;K2O 5.83 yuan/kg.
      • 2002—2006及2012—2016两个时间段内的试验结果分别基于肥料效应函数y = ax2 + bx + c (R2) 进行分析 (表6)。结果显示,2002—2006年小麦获得最高产量时N、P2O5、K2O平均用量分别为180.5 kg/hm2、107.4 kg/hm2、55.9 kg/hm2;平均经济最佳用量分别为167.8 kg/hm2、102.5 kg/hm2、53.7 kg/hm2;平均经济合理用量 (R = 0.1) 分别为155.5 kg/hm2、99.9 kg/hm2、52.8 kg/hm2。2012—2016年小麦获得最高产量时N、P2O5、K2O平均施肥量分别为184.3 kg/hm2、125.1 kg/hm2、52.4 kg/hm2;平均经济最佳用量分别为171.7 kg/hm2、118.5 kg/hm2、48.6 kg/hm2;平均经济合理用量 (R = 0.1) 分别为159.2 kg/hm2、114.9 kg/hm2、47.0 kg/hm2

        在2002—2006年和2012—2016年的两个时间段内,当氮为主处理、磷钾为副处理时,中水平磷钾对应的小麦经济最佳氮用量和经济合理氮用量最高,其次是磷钾为高水平时的氮用量,而磷钾为低水平时的经济最佳氮用量和经济合理氮用量最低,而且显著低于磷钾为中、高水平时的氮用量。当磷为主处理氮钾为副处理时,经济最佳磷用量和经济合理磷用量规律与氮肥相同。经济最佳钾用量和经济合理钾用量在低、中氮磷水平下用量较高,两种条件下没有差异,而在高氮磷水平下用量较低,且显著低于低、中氮磷水平下的用量。

        将2002—2006年与2012—1016年两个时间段比较,小麦获得最高产量时的氮用量无显著差异;2002—2006年期间小麦获得最高产量时的磷用量明显低于2012—2016年时间段内小麦获得最高产量的磷用量,而钾用量略高。经济最佳用量和经济合理用量呈相同规律。

      • 经济合理施肥量反映了最优施肥投资收益,更符合农户的实际需求[9],因此我们进一步采用经济合理施肥量计算施肥配方。通常冬小麦生产中使用600 kg/hm2复合肥做基肥,追施氮肥69.0 kg/hm2,根据1.2的试验,我们采用氮、磷、钾在副处理“中量磷钾”“中量氮磷”和“中量氮磷”的经济合理用量值计算冬小麦复合肥中氮、磷、钾比例。2002—2006年,这3个值分别为172.3 kg/hm2、111.6 kg/hm2和54.0 kg/hm2(表6),则复合肥中氮、磷、钾含量为 N(%) = (172.3−69.0)/600.0 × 100% = 17.2%,P2O5(%) = 111.6/600.0 × 100% = 18.6%,K2O(%) = 54.0/600.0 × 100% = 9.0%。即2002—2006年时间段内冬小麦所用复合肥氮 (N)、磷 (P2O5)、钾 (K2O) 配比为1-1.08-0.52。2012—2016年,氮、磷、钾在副处理“中量磷钾”“中量氮钾”和“中量氮磷”中的经济合理用量值分别为164.7 kg/hm2、124.7 kg/hm2和50 kg/hm2(表6),计算得复合肥中氮、磷、钾含量为N 16.0%,P2O5 20.8%,K2O 8.3%,因此2012—2016年冬小麦复合肥氮 (N)、磷 (P2O5)、钾 (K2O) 配比为1-1.3-0.51。

        2006年农民习惯施肥的氮 (N)、磷 (P2O5)、钾 (K2O) 配比为16-16-10,与冬小麦生产所需的理论配比相比,氮肥和磷肥的比例略低,而钾肥配比比正常需要量大约多60%。所以施肥优化方案应该增加肥料中的氮、磷含量,减少钾的含量。2016年农民习惯施肥的氮 (N)、磷 (P2O5)、钾 (K2O) 配比为18-22-10,与理论配比相比,氮、磷、钾肥均偏多,所以冬小冬生产的优化施肥方案是减少氮、磷、钾的用量。

      • 根据冬小麦施肥配方优化试验结果 (表7) 可知,2006年,与常规配方处理1相比,增氮2%、增磷2%处理分别使冬小麦平均增产5.8%和6.8%,差异均达到显著水平;减钾2%处理中小麦产量与处理1相比无显著变化。即在华北冬小麦区常规施肥配方中增施2%氮或2%磷均能使小麦产量增加,而减少2%钾对小麦产量没有显著影响。因此,冬小麦施肥氮 (N)、磷 (P2O5)、钾 (K2O) 配比16-16-10可调为18-18-8。

        表 7  2006和2016年华北冬小麦优化配方施肥产量 (kg/hm2) 及相对原配方的增长率 (%)

        Table 7.  Yield (kg/hm2) and yield increase of winter wheat in optimized compound fertilizer formula over the original one in North China in 2006 and 2016

        年份
        Year
        地点
        Location
        原配方
        Original formula
        NPK
        (kg/hm2)(%)(kg/hm2)(%)(kg/hm2)(%)
        2006安徽Anhui利辛Lixin7795.8 b8235.2 a5.68231.4 a5.67789.3 a–0.1
        宿州Suzhou4954.5 b5311.5 a7.25322.0 a7.45012.7 a1.2
        利辛Lixin6435.0 b6830.5 a6.16850.0 a6.46469.2 a0.5
        河北Hebei邯郸Handan5610.0 a5760.0 a2.75980.0 a6.65730.0 a2.1
        新乐Xinle7962.0 b8496.0 a6.78332.1 a4.68032.0 a0.9
        邢台Xingtai6784.3 b7283.0 a7.47197.1 a6.06778.3 a–0.1
        河南Henan夏邑Xiayi6162.0 b6509.0 a5.66634.8 a7.86332.5 a2.8
        方城Fangcheng7563.0 b7857.5 a3.97878.9 a4.27743.0 a2.4
        南阳Nanyang6003.0 b6403.5 a6.76300.5 a4.76203.5 a3.3
        山东Shandong济宁Nining8205.0 b8645.0 a5.48374.0 a16.2 8314.5 a1.3
        泰安Tai'an7272.0 b7690.0 a5.77662.0 a5.37309.5 a0.5
        菏泽Heze6399.0 b6782.5 a6.06852.0 a7.06675.0 a4.3
        平均Mean6762.1 a7150.3 b5.87134.6 b6.86865.8 a1.6
        2016安徽Anhui徐州Xuzhou6166.8 a6178.0 a0.26418.4 a4.16622.8 a7.4
        阜阳Fuyang6948.0 a7012.4 a0.97639.5 a10.0 6955.5 a0.1
        宿州Suzhou7290.0 a7384.5 a1.37679.2 a5.37705.0 a5.7
        河北Hebei石家庄Shijiazhuang7242.0 a7367.4 a1.77546.9 a5.67345.5 a1.4
        辛集Xinji7150.0 a7349.6 a2.87442.0 a4.17175.5 a0.3
        永年Yongnian8673.0 a8649.7 a–0.3 9267.1 a6.88709.0 a0.4
        河南Henan浚县Xunxian8670.0 a8744.5 a0.98792.0 a8.99045.0 a4.3
        南阳Nanyang8875.0 a9121.6 a2.79364.5 a5.58912.5 a0.4
        许昌Xuchang6584.7 a6673.4 a1.37060.6 a7.26829.1 a3.7
        山东Shandong德州Dezhou6694.8 a6743.1 a0.77041.2 a5.26886.4 a2.9
        青州Qingzhou7952.4 a8031.9 a1.08643.3 a8.67976.5 a–0.1
        潍坊Weifang6797.5 a6874.2 a1.17264.7 a8.36874.2 a0.3
        平均Mean7420.4 a7510.9 a1.27846.6 a6.67586.4 a2.2
        注(Note):2006 年氮磷处理分别为较原配方增加 2%,钾处理减少 2%; 2016 年试验 NPK 处理较原配方均减少了 2%。数据后不同小写字母表示同一地点小麦产量在不同处理间差异达 0.05 显著水平 In NPK treatment of 2006, N and P were added by 2% and K was decreased by 2%, compared with the original formula; In NPK treatments of 2016 the N, P and K inputs were all decreased by 2%, compared with the original formula. Different lowercase letters indicate significant differences among treatments in the same location at 0.05 level.

        2016年,与常规配方处理比较,氮肥减少2%后小麦产量没有发生显著变化,即氮肥减少2%没有造成小麦减产;磷肥减少2%使小麦产量平均增加6.6%;减钾2%处理中,91%试验点的小麦产量没有发生显著变化,变幅低于5%。因此,小麦生产施肥氮 (N)、磷 (P2O5)、钾 (K2O) 为18-22-10可统一调低2%,即为16-20-8。此施肥配方比常规配方氮、磷、钾的总量减少12.0%,同时没有造成小麦明显减产。

        比较2016年与2006年小麦生产氮、磷、钾优化配比发现,针对当前市场上肥料配比现状,我们在生产中应该适当降低氮肥施用量,适当增加磷肥施用量,而钾肥可以保持不变。华北地区小麦生产中施肥氮 (N)、磷 (P2O5)、钾 (K2O) 优化配比为16-20-8。

      • 过量施肥往往造成养分在土壤中累积,土壤养分供应能力逐渐增强[19-21]。在1978—2008年30年间,太行山山麓平原冬小麦生产地区土壤供应氮、磷、钾的能力分别增加了37.9、0.7、2.1个百分点[6]。过量施肥导致肥料利用率下降、土壤养分累积等问题引起了广泛关注:张福锁等[2]和闫湘等[23]统计分析了中国2001—2005年粮食作物氮、磷、钾利用率;朱兆良等[24]分析了中国1998年粮食作物氮、磷、钾利用率。以上研究结果发现,近年来中国粮食作物肥料利用率呈下降趋势。本文也发现,小麦地力产量由于施肥过量而逐年增加;但是施肥量增幅高于产量增幅,导致肥料的农学效率、施肥增产率总体呈逐年下降趋势。

        1986年,杨守春等[12]根据多年多点试验效应函数计算出我国黄淮海地区小麦的最高理论产量为5031 kg/hm2,获得最高产量所需N、P2O5分别为183.3 kg/hm2、160.5 kg/hm2。本文计算2016年冬小麦最高产量7796 kg/hm2,获得最高产量的平均N、P2O5用量分别为184.3 kg/hm2、125.1 kg/hm2。此结果与1986年的结果相比,理论最高产量增加了54.9%,氮肥用量一致,磷肥用量下降22.0%,即2016年磷肥用量减少22.0%,但小麦产量增产54.9%。这些结果说明,过量施用氮肥增加了氮肥损失,降低氮肥增产效应,也使土壤供氮量变幅减少;过量施用磷肥导致土壤磷积累,土壤供磷量明显增加,使高产时磷肥推荐量逐渐降低。这些结果都为当前推荐施肥和减肥增效提供了有力的理论支撑。

        另外,本文还设计了不同肥力下的氮磷钾肥料效应田间试验,其中不同肥力水平代表不同的土壤供肥能力。此试验结果表明,中、低肥力下,肥料效应函数计算出的氮、磷、钾用量与基础施肥水平呈正相关;而高量施肥时则相反,这与80年代杨守春等[12]的研究结果一致。对于钾肥产量效应,不同施肥水平下钾肥推荐用量变化幅度较小,这可能与连续秸秆还田后提高了土壤供钾能力,进而降低了钾肥产量效应有关,在生产实践中,农户不施用钾肥未造成小麦显著减产的情况也确实比较普遍。

      • 根据多年多点试验,华北地区冬小麦氮、磷、钾最佳经济施肥量分别为163.1~173.2 kg/hm2、103.7~128.7 kg/hm2、45.1~51.5 kg/hm2,其中氮、磷推荐量与其他学者研究基本一致[25-26]。另外,本文计算出华北冬小麦氮 (N)、磷 (P2O5)、钾 (K2O) 优化配比为16-20-8,此结果与农业部2014年推荐配比15-20-12[27]相比,氮、磷占比基本一致但钾的用量降低,这可能是近年来秸秆还田的结果。在秸秆还田过程中,秸秆中的钾肥随秸秆重新进入耕地,土壤中钾肥含量损失相对较少,因此钾肥用量降低。受条件限制,本研究仅对华北灌区冬小麦施肥配方进行了优化,并没有研究华北雨养冬小麦区的最佳施肥方案。肥料产量效应田间校验法是将现有肥料配方与施肥产量效应试验结果进行对比,对现有肥料配方进行田间校验,同时结合肥料生产条件和成本因素制定肥料配方的方法。此方法以企业现有配方为基础,依据施肥产量效应试验对肥料配方进行调整,一方面保证了肥料配方科学性,另一方面适应肥料规模化生产的需要,简便可行。2016年肥料配比经过肥料产量效应田间校验法优化后,比原配方氮、磷、钾共减量12.0%,未造成小麦明显减产,实现了农业推荐施肥技术与工业生产的有机结合。

      • 从2002年至2016年,华北冬小麦土壤供肥能力逐渐提高,平均地力产量由2002年4721.1 kg/hm2增加到2016年的5828.3 kg/hm2,年均增加1.6%。施用氮磷钾能显著增加冬小麦产量,但氮磷钾的增产率总体呈逐渐下降趋势;氮磷钾农学效率由2002年的9.0 kg/kg逐渐降低至2010年后的6.3~6.7 kg/kg,年均降低0.28 kg/kg。冬小麦优化N-P2O5-K2O施肥配比为16-20-8,推荐施肥方案为基肥施用该配方复合肥600 kg/hm2,追施氮肥 N 69 kg/hm2

    参考文献 (27)
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