湖北省不同時期主要作物氮磷鉀肥料養分利用率分析

張德才+劉榮+張淑貞

摘要：在湖北省“十一五”和“十二五”兩時期各縣市（區）在水稻、小麥、玉米、油菜和棉花等主要作物上進行的“三區試驗”、“常規五處理試驗”等得到4 729個田間試驗結果。基于“差減法”測算相關處理間氮、磷、鉀各肥料養分相對利用率，同時創新采用氮、磷、鉀肥料養分綜合利用率計算方法，對各作物各試驗田按不同計算方法測算的肥料養分利用率進行統計分析。結果表明，采用氮、磷、鉀肥料養分利用率綜合計算法所得的肥料利用率，相對其他測算方法更具有合理性。按面積加權統計，“十一五”時期，各主要作物肥料利用率平均在30.1%～42.2%，總計平均為35.3%，配方施肥相比習慣施肥提高4.7個百分點；“十二五”時期，各主要作物肥料利用率平均在30.6%～44.9%，總計平均為36.7%，配方施肥相比習慣施肥提高3.8個百分點。“十二五”相比“十一五”時期，總計平均提高1.4個百分點。

關鍵詞：作物；肥料；養分利用率；分析

中圖分類號：S147.5 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）22-4264-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.22.014

Abstract： 4 729 field-experiment data were successfully gotten by carrying out the three-plot and the five routine tests on the main crops including paddy rice， wheat， maize， rape and cotton in different sites of Hubei at the 11th and 12th five-year-plan periods. Routine subtraction method was applied to statistically estimate the values of the relative nitrogen（N）， phosphorus（P） and potassium（K） fertilizer use efficiency of the crops in the different experimental plots respectively. In addition， innovatively adopted the N， P， K nutrient comprehensive utilization calculation method， the nutrient utilization for each crop plots according to different calculation method for the measurement of utilization rate of fertilizer nutrients were analyzed. The results showed that the numerical values of the fertilizer use efficiency calculated by the comprehensive method were more reasonable and consentaneous with the N， P， K nutrient comprehensive utilization calculation method than the others. In the 11th five-year-plan period， the distribution interval of the fertilizer use efficiency of crops was 30.1%～42.2% while the average was 35.3% in terms of area weighted means， moreover， the formula fertilization treatments increased by 4.7 percentage points compared with the conventional. In the 12th five-year-plan period， the values mainly ranged from 30.6% to 44.9% and the statistical mean was 36.7%， while the formula fertilization treatments were 3.8 percentage points higher than the conventional. The statistical results indicated that the values of the fertilizer use efficiency at the 12th five-year-plan period were raised by 1.4 percentage points compared with the 11th.

Key words： crops； fertilizer； nutrient use efficiency； analysis

肥料利用率即作物吸收利用肥料養分量占施用肥料養分量的比例，是衡量肥料施用是否合理的一項重要指標[1，2]。肥料利用率高，表明肥料施用較為合理平衡，投肥效率較高，養分流失而導致水體富營養化及污染也相對減少。合理平衡或測土配方施用肥料，是提高肥料利用率的關鍵措施，推廣應用測土配方施肥技術意義重大。肥料利用率受土壤肥力、養分與作物的平衡關系、施肥技術與施肥配比、養分施用量、土壤水分、氣候因子、栽培管理措施等諸多因素的影響，是個動態變化參數，與肥料養分施用量呈負相關關系[2-4]。同位素示蹤試驗法是能比較準確獲得所試田塊肥料養分利用率參數的方法[1，2，5]，但該方法受試驗材料、測試等諸多條件的限制不便操作。endprint

按《全國測土配方施肥技術規范》，采用“3414”常規五處理肥效試驗法，按“差減法”[2，4]即把三要素配施與某兩要素配施的另一要素的土壤養分吸收量視同一致，分別測算所試田塊作物氮、磷、鉀三要素肥料養分利用率[5-11]。而因養分間的協同與抑制作用，僅施某要素、或某兩要素、或三要素養分配施、或三要素養分均不施等不同土壤養分和不同施肥條件下，作物吸收的土壤養分量的相關研究報道較為鮮見。按“差減法”分析測算的養分利用率，僅是相對利用率，即表觀利用率。人們常說的肥料利用率，一般是指三要素肥料養分的利用率，但沒具體指是某一要素肥料養分的利用率，因應用常規五處理試驗結果按“差減法”測算的是氮、磷、鉀三要素肥料養分各養分的利用率。這里引入氮、磷、鉀三要素肥料養分綜合協同利用率概念，基于“差減法”綜合測算氮、磷、鉀三要素肥料養分利用率，與人們一般所說的肥料利用率有所一致。應用湖北省各縣市（區）“十一五”“十二五”各時期實施國家測土配方施肥項目所進行的各主要作物各田間“3414”肥效試驗、“3414”常規五處理試驗、三區試驗結果，對不同時期全省主要作物肥料養分利用率進行分析統計，旨在為推廣應用測土配方施肥技術，不斷優化測土配方施肥、提高肥料養分利用率提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點、作物與數據統計來源

各時期各年度各縣市（區）按湖北省統一試驗方案，選擇土壤類型、土壤肥力、施肥與產量水平等均有代表性的區域田塊（3年內未進行相關肥效試驗的田塊），在水稻、小麥、玉米、油菜和棉花等主要作物上和水稻土、潮土、黃棕壤、紅壤等主要土壤上進行“3414”、“3414”常規五處理、三區等田間肥效試驗，所試各作物品種均選用當地主導品種。收集、整理“十一五”時期試驗數據齊全的三區試驗點數1 854個，常規五處理（含“3414”中常規五處理）試驗點數1 589個，“十二五”時期分別為560和726個，總計4 729個田間試驗數據。

1.2 試驗設計

1.3 計算方法

式（1）：作物某養分吸收總量=子粒產量×子粒該養分含量+莖葉產量×莖葉該養分含量。

式（2）：施肥處理氮、磷、鉀養分綜合協同利用率=（施肥處理氮、磷、鉀養分合計吸收總量-不施肥處理氮、磷、鉀養分合計吸收總量）÷氮、磷、鉀養分合計施用總量×100%。

式（3）：施肥處理氮、磷、鉀某養分協同利用率=（施肥處理某養分吸收總量-不施肥處理該養分吸收總量）÷該養分施用總量×100%。

式（4）：施肥處理氮、磷、鉀養分協同利用率平均=（施肥處理氮養分利用率+施肥處理磷養分利用率+施肥處理鉀養分利用率）÷3。

式（5）：氮、磷、鉀養分綜合協同利用率=（處理⑥氮、磷、鉀養分合計吸收總量-不施肥處理①氮、磷、鉀養分合計吸收總量）÷處理⑥氮、磷、鉀養分合計施用總量×100%。

式（6）：氮、磷、鉀某養分協同利用率=（處理⑥該養分吸收總量-不施肥處理①該養分吸收總量）÷處理⑥該肥料養分施用總量×100%。

式（7）：氮、磷、鉀養分綜合相對利用率=（處理⑥氮、磷、鉀養分合計吸收總量-處理②氮養分吸收總量-處理④磷養分吸收總量-處理⑧鉀養分吸收總量）÷處理⑥氮、磷、鉀養分合計施用總量×100%。

式（8）：氮、磷、鉀某養分相對利用率=（處理⑥某養分吸收總量-僅不施該養分處理該養分吸收總量）÷處理⑥該肥料養分施用總量×100%。

2 結果與分析

2.1 不同時期主要作物三區試驗肥料養分協同利用率

2.1.1 習慣施肥和配方施肥氮、磷、鉀肥料養分綜合協同利用率 依據各時期各主要作物三區試驗結果按式（2）分別測算習慣施肥和配方施肥處理氮、磷、鉀養分綜合協同利用率，繼而統計算術平均值，結果分別列于表1。由表1可知，各作物各試驗點同比，配方施肥相比習慣施肥利用率均有所提高，利用率提高點數均占比較大，且隨著時間推移，測土配方施肥技術認知完善和普及應用程度增強，利用率也隨之提高。“十一五”時期即在測土配方施肥項目建設實施與示范推廣階段，早稻、中稻、晚稻、小麥、玉米、油菜、棉花各作物各試驗點習慣施肥氮、磷、鉀肥料養分綜合協同利用率平均分別在26.3%～38.9%，總計平均為31.2%；配方施肥平均分別在28.6%～46.9%，總計平均為35.8%；配方施肥相比習慣施肥各作物平均增加2.3～8.0個百分點，總計平均增加4.6個百分點，提高點所占比例達81.2%，下降點僅占18.8%。“十二五”時期即在測土配方施肥項目鞏固實施與普及應用階段，習慣施肥氮、磷、鉀肥料養分綜合協同利用率平均在27.9%～38.1%，總計平均為34.3%；配方施肥平均在32.2%～46.0%，總計平均為38.4%；配方施肥相比習慣施肥各作物平均增加1.2～7.9個百分點，總計平均增加4.1個百分點，提高點占比75.4%，下降點僅占24.6%。“十二五”時期相比“十一五”時期，習慣施肥、配方施肥總計平均分別增加3.1、2.6個百分點。

2.1.2 習慣施肥和配方施肥氮、磷、鉀各肥料養分協同利用率與平均利用率 按式（3）分別測算各時期習慣施肥和配方施肥處理各作物各試驗點氮、磷、鉀各養分協同利用率，繼而按式（4）測算氮、磷、鉀三要素養分利用率平均值，結果見表2。由表2可知，由式（4）所得平均值基本均高于按式（2）測算的氮、磷、鉀養分綜合協同利用率結果。“十一五”時期早稻、中稻、晚稻、小麥、玉米、油菜、棉花作物習慣施肥氮、磷、鉀三要素養分利用率平均值在32.4%～44.5%，總計平均為38.1%，相比式（2）測算結果偏高7.0個百分點；配方施肥平均值分別在32.2%～49.8%，總計平均為40.3%，相比式（2）測算結果偏高4.5個百分點。“十二五”時期養分協同利用率均值與式（2）相比，除小麥習慣施肥有所降低外，其他作物均呈升高趨勢，總計平均偏高5.6個百分點。由此可見，拆開分別計算氮、磷、鉀養分利用率再計算三要素養分平均值結果與式（2）計算結果之間存在較大差異。endprint

2.2 不同時期主要作物常規五處理試驗肥料養分利用率統計分析

以“3414”試驗中①、②、④、⑥、⑧常規五處理試驗結果數據為基礎，分別按式（5）至式（8）測算統計肥料養分利用率，結果見表3和表4。由表3可知，全施肥處理⑥相比不施肥處理①，“十一五”時期各主要作物氮、磷、鉀養分綜合協同利用率（X）平均在34.2%～44.1%，總計平均為38.3%，氮、磷、鉀各肥料養分協同利用率平均值（Y）在35.4%～49.1%，總計平均為42.7%，Y比X平均高出0.9～7.9個百分點，總計平均高出4.4個百分點。由表4可知，全施肥處理⑥分別相對僅不施氮處理②、僅不施磷處理④和僅不施鉀處理⑧，“十一五”時期各主要作物氮、磷、鉀養分綜合相對利用率（A）平均在27.8%～32.4%，總計平均為31.3%，氮、磷、鉀各肥料養分相對利用率（“差減法”采用的測算方法）平均值（B）在29.4%～36.2%，總計平均為33.6%，B比A平均高出0.1～4.4個百分點，總計平均高出2.3個百分點。總體而言，“十二五”時期各測算統計結果整體高于“十一五”時期，兩時期各指標值變化趨勢基本一致，各測算統計結果表現為Y>X>B>A，總計平均值A比X低6.8～7.0個百分點（表3和表4）。

2.3 不同時期主要作物常規五處理試驗處理間養分相對吸收量統計分析

按式（1）分別計算各作物僅不施氮處理②氮養分、僅不施磷處理④磷養分、僅不施鉀處理⑧鉀養分的吸收量分別相對全不施處理①氮、磷、鉀養分吸收量的差值，統計結果列于表5。由表5可知，兩時期各作物養分吸收量均表現增加趨勢，總計平均氮、磷、鉀養分吸收量分別增加2.25～2.40 kg/hm2、2.55～2.85 kg/hm2、19.20～19.95 kg/hm2，說明三要素中某兩要素配施均能促進另一要素土壤養分的吸收而提高吸收量。全施肥處理⑥氮、磷、鉀養分吸收量分別相對處理②氮養分、處理④磷養分、處理⑧鉀養分的吸收量結果同樣表現增加趨勢，總計平均氮、磷、鉀養分吸收量分別增加49.20～49.35 kg/hm2、15.60～15.90 kg/hm2、108.30～108.75 kg/hm2，不過處理⑥所增加的養分吸收量，不僅來自土壤養分，同時也來自肥料養分。至于三要素配施和某兩要素配施，另一要素的土壤養分吸收量是否等同或增或減，按本試驗方法則不得而知，這也是按式（8）測算利用率方法的局限性。測算統計處理⑥相對處理①，也表現一致增加趨勢，總計平均氮、磷、鉀養分吸收量分別增加51.45～51.60 kg/hm2、18.15～18.90 kg/hm2、132.15～133.80 kg/hm2，處理⑥所增加的養分吸收量，無論是增加的土壤養分或肥料養分的吸收量，均是氮、磷、鉀三要素配施協同促進作用的貢獻，在三要素肥料配施的情況下，因所施肥料養分的優勢作用，相對抑制土壤養分的吸收，可能所吸收的肥料養分量占較高比例。因此認為在“差減法”測算肥料養分表觀利用率基礎上，按式（2）或式（5）測算的三要素肥料綜合協同利用率相對式（7）或式（8）測算的利用率更具有合理性，也與人們一般所說的肥料利用率（即沒有特指某一要素肥料的利用率）的概念更相符。

2.4 不同時期主要作物肥料養分利用率

按各時期各主要作物習慣施肥和配方施肥面積，在按式（2）和式（5）統計的算術平均利用率（其中配方施肥采用三區試驗與常規五處理試驗合計點數的平均值）基礎上，統計各時期各主要作物氮、磷、鉀肥料養分綜合協同利用率（概稱為“肥料利用率”）面積加權平均，結果見表6。可見，“十一五”時期，各主要作物肥料利用率平均在30.1%～42.2%，總計平均為35.3%，配方施肥相比習慣施肥提高4.7個百分點；“十二五”時期，各主要作物肥料利用率平均在30.6%～44.9%，總計平均為36.7%，配方施肥相比習慣施肥提高3.8個百分點。“十二五”相比“十一五”時期，僅油菜作物肥料利用率有所下降，其他作物均有所上升，總計平均提高1.4個百分點（表6）。

3 小結與討論

1）綜合以上分析，基于“差減法”應用三區試驗、常規五處理試驗等相關試驗結果，采用氮、磷、鉀全施肥處理相對全不施處理所增加的氮、磷、鉀養分合計吸收量所占氮、磷、鉀養分合計施用量比例的測算方法即氮、磷、鉀養分綜合計算法計算所得肥料利用率（仍是表觀或相對利用率），相對其他測算方法更具有合理性，也與人們一般所說的肥料利用率概念更相符，且僅需設置不施肥區和施肥區兩處理即可，田間試驗也更為簡便。

2）基于“差減法”應用三區試驗、常規五處理試驗等相關試驗結果及各時期各主要作物習慣施肥與配方施肥面積，測算統計氮、磷、鉀肥料養分綜合協同利用率結果表明，湖北省“十一五”時期，早稻、中稻、晚稻、小麥、玉米、油菜、棉花各主要作物肥料利用率平均分別為30.1%、34.4%、31.4%、35.1%、34.5%、36.0%和42.2%，總計平均為35.3%，配方施肥相比習慣施肥提高4.7個百分點；“十二五”時期，各主要作物肥料利用率平均分別為30.6%、39.1%、34.1%、38.9%、37.3%、31.9%和44.9%，總計平均為36.7%，配方施肥相比習慣施肥提高3.8個百分點。“十二五”相比“十一五”時期，總計平均提高1.4個百分點。

3）基于“差減法”應用常規五處理試驗等相關試驗結果，測算三要素配施各養分分別相對某兩要素配施的另一要素的肥料養分利用率，其中，三要素配施作物吸收各土壤養分量與相應某兩要素配施另一要素土壤養分吸收量是否一致，尚需采用同位素示蹤法進行相關試驗研究。

參考文獻：

[1] 張福鎖，王激清，張衛峰，等.中國主要糧食作物肥料利用率現狀與提高途徑[J].土壤學報，2008，45（5）：915-924.

[2] 張福鎖，江榮風，陳新平，等.測土配方施肥技術[M].北京：中國農業大學出版社，2011.

[3] 蔡信之.合理施肥實用技術[M].上海：上海科學技術文獻出版社，1996.

[4] 王興仁，張福鎖.現代肥料試驗設計[M].北京：中國農業出版社，1996.

[5] 宇萬太，周 樺，馬 強，等.氮肥施用對作物吸收土壤氮的影響——兼論作物氮肥利用率[J].土壤學報，2010，47（1）：90-96.

[6] 王圣瑞，陳新平，高祥照，等.“3414”肥料試驗模型擬合的探討[J].植物營養與肥料學報，2002，8（4）：409-413.

[7] 陳新平，張福鎖.通過“3414”試驗建立測土配方施肥技術指標體系[J].中國農技推廣，2006，22（4）：36-39.

[8] 閆 湘，金繼運，何 萍，等.提高肥料利用率技術研究進展[J].中國農業科學，2008，41（2）：450-459.

[9] 宇萬太，姜子紹，趙 鑫，等.不同施肥制度對肥料利用率的影響[J].土壤通報，2009，40（1）：122-126.

[10] 田昌玉，左余寶，趙秉強，等.解釋與改進差減法氮肥利用率的計算方法[J].土壤通報，2010，41（5）：1257-1261.

[11] 王火焰，周健民.肥料養分真實利用率計算與施肥策略[J].土壤學報，2014，51（2）：216-225.endprint