江蘇泰州市稻-麥輪作體系土壤氮磷鉀養分平衡狀況

崔 振

（泰州市農業委員會，江蘇泰州 225300）

近年來，在中央實行最嚴格的耕地保護制度和最嚴格的節約用地制度政策背景下[1]，人均耕地面積仍十分緊張[2]，促進糧食高產、保障糧食安全成為農業綠色高效發展過程中亟待解決的問題。化肥投入是對土壤養分的補充，是保障糧食高產的重要手段[3-4]，而忽視土壤和環境本身養分供應能力以及作物目標產量對養分需求的過量施肥，將造成低資源利用率和高環境風險[5-6]。

泰州市位于江蘇省中部，長江東北岸，全市國土總面積57.9萬 km2，耕地總面積31.7萬 km2，是全國重要的糧食產區，稻麥輪作是該市主要的農業生產模式，2017年全市糧食種植面積43.5萬km2，總產量313萬噸[7]。

本研究根據2012—2017年泰州市20個省級耕地質量監測點的監測數據，對監測點肥料投入和作物養分吸收數據進行統計分析，旨在評價泰州市稻麥輪作耕地養分平衡狀況，為促進耕地質量提升、抑制農業面源污染提供理論依據，對今后耕地質量建設與保護工作提出對策和建議。

1 材料與方法

1.1 監測點基本情況

全市20個耕地質量監測點均設在永久性基本農田，且均為有代表性的田塊，以當地主要種植制度、種植方式為主，耕作栽培施肥等管理措施能代表當地一般水平。監測點分布在3個全市主要農區(表1)，覆蓋了全市典型種植制度。

1.2 研究內容

對江蘇省耕地質量監測數據庫中記錄的稻麥輪作省級耕地質量監測點2012—2017年6年間的耕作制度、肥料投入、作物產量等數據進行匯總，篩選出不同農區稻麥輪作制度下監測區肥料投入和作物產量數據。土壤氮、磷、鉀的養分投入數據計算公式：

式中：IN、IP、IK分別代表氮、磷、鉀的養分投入；F代表肥料投入總量；A代表肥料養分投入換算系數，換算系數參考《江蘇省耕地質量監測技術規程》中所提供的不同品種肥料養分含量[8]。

作物土壤氮、磷、鉀的養分吸收數據計算公式：

式中：CN、CP、CK分別代表作物氮、磷、鉀的吸收總量；P代表作物產量；B代表作物養分吸收換算系數，換算系數參考《江蘇省耕地質量監測技術規程》中所提供的主要作物養分吸收量[8]。

在測算出肥料養分投入和作物養分吸收數據后，計算養分平衡率：

式中：B代表養分平衡率；I代表養分投入；C代表養分吸收。

表1 耕地質量監測點分布情況Table 1 Distribution of farmland quality monitoring points

不同農區、不同年份的作物產量、肥料投入、作物吸收及養分平衡率使用SPSS 19.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 作物產量

2012—2017年全市小麥籽粒、秸稈平均年產量為4705.5、5220.3 kg/hm2；水稻籽粒、秸稈平均年產量為7049.2、7511.5 kg/hm2。高沙土區、里下河區和沿江區小麥、水稻籽粒和秸稈平均年產量沒有顯著性差異，各農區不同年份作物產量略有波動，年度產量之間沒有顯著性差異(表2)。

2.2 肥料養分投入

2012—2017年全市稻-麥輪作區平均投入氮肥(N) 603.8 kg/hm2、磷肥 (P2O5) 130.8 kg/hm2、鉀肥(K2O) 135.1 kg/hm2。年均氮肥投入量里下河區顯著高于高沙土區和沿江區，為N 659.4 kg/hm2；磷肥投入量各區之間沒有顯著性差異；鉀肥投入量里下河區顯著低于高沙土區和沿江區，僅為K2O 127.9 kg/hm2(表3)。

各農區不同年度氮肥投入量基本保持穩定(表3)，不同年度投入量之間差異不顯著；磷肥、鉀肥投入量均逐年上升，2017年肥料投入量顯著高于其他年度。

2.3 養分平衡情況

綜合全市各監測點數據，全市耕地土壤氮肥、磷肥盈余，鉀肥虧損。氮肥盈余率為117.5%，磷肥盈余率為24.2%，鉀肥虧缺率為-49.0%。

不同區土壤養分盈虧情況均與全市一致，即氮、磷盈余，鉀虧損，但不同養分盈虧在區域間存在顯著性差異。氮肥以里下河區盈余率最高，為139.5%，顯著高于高沙土(106.7%)和沿江區(106.3%)。磷肥盈虧率各區之間沒有顯著性差異。鉀肥以高沙土區虧缺率最低，為-41.0%，顯著低于里下河區(57.7%)和沿江區(48.2%) (表3)。

表2 2012—2017年泰州市各農區作物籽粒和秸稈產量(kg/hm2)Table 2 Grain and straw yields of different rural areas in Taizhou from 2012 to 2017

對不同年度肥料盈余率的分析顯示，不同年度氮肥盈余率年度間變化不顯著，平均盈余率為117.5%(圖1)。磷肥盈余率年度間也沒有顯著性差異，但呈現逐年上升趨勢，2017年磷肥盈余率為41.1% 。鉀肥虧缺率呈現逐年下降趨勢，2017年鉀肥虧缺率為36.2%，顯著低于其他年份 (圖1)。

3 討論與結論

自2005年廣泛開展測土配方施肥工作以來[2]，各地根據耕地土壤肥力水平的不同，有針對性地調整肥料配方，通過因地、因勢施肥，有效保證了作物的長期、穩定高產，為我國糧食安全和農業綠色發展提供了有利保障[9-14]。本研究對泰州市不同農區監測點作物產量的分析表明，不同農區、不同年度的作物產量間沒有顯著性差異，2012—2017年小麥和水稻平均單產達到4705.5 kg/hm2和7049.2 kg/hm2，高于全省同期水平[15]，與揚州市持平[16]，略低于鹽城市[17]。泰州主要農區養分投入總量的增加沒有帶來產量的相應提高。

3.1 肥料投入

通過對全市肥料投入情況的分析表明，全市肥料投入有以下幾個特點：一是氮投入總量基本穩定，不同年度氮肥投入量沒有出現顯著性差異，仍呈緩慢上升趨勢；二是磷肥、鉀肥投入上升趨勢明顯，2016—2017年磷肥和鉀肥投入量顯著高于其他

年份。一方面，由于各級政府對化肥減量增效工作的重視，加上土地流轉后規模化生產應用測土配方施肥所帶來的經濟效益，使得科學、合理的施肥理念日益獲得農民認可[18-19]；另一方面，近年來泰州地區廣泛種植的南粳5055、9108、寧麥13等品種對磷、鉀肥的需求較高[20-21]，農民為了增產增收會側重增施磷、鉀肥，兩方面原因使得磷肥和鉀肥投入在近年來有了明顯提升；三是肥料投入配比不盡合理，重施氮肥現象仍普遍存在。根據江蘇省耕地質量與農業環境保護站發布的泰州地區主要農作物基肥主推配方中氮、磷、鉀肥的比例，泰州市多數地區以20∶10∶10為主[22]，而監測數據顯示，實際氮肥投入比例過高，最高的氮肥比例達到77∶13∶10。近年來對不同土地類型的耕地土壤養分狀況研究表明，泰州地區土壤氮、磷含量逐年升高[23]，各主要農區全氮含量平均值為1.94 g/kg左右，有效磷含量平均值為9.7 mg/kg，均較第二次土壤普查資料數據有明顯上升[24]。研究表明，在水熱條件較好、土壤肥力較高的地區，應當遵從“減氮控磷、補施鉀肥”的施肥原則[25-27]。盡管目前鉀肥投入已有了顯著提升，但鉀肥平衡仍處于虧缺狀態，且泰州目前土壤速效鉀含量仍較低[28]。因此，應當深入推進削減氮肥投入，維持當前磷肥投入水平，繼續增加鉀肥投入。

表3 各農區土壤養分平衡分析(kg/hm2)Table 3 Soil nutrient balances in different rural areas

圖1 不同年度土壤氮、磷、鉀養分平衡狀況Fig.1 Balance rates of soil N, P and K in different years

3.2 養分表觀平衡

3.2.1 氮 檢測的三個農區養分表觀平衡不盡相同。里下河農區氮肥盈余率高。里下河農區土壤有機質和全氮含量均高于高沙土和沿江農區，高的有機質和全氮含量為作物提供了較高的土壤氮素供給[27-29]，因此在氮肥施用量相似的情況下，里下河農區氮肥盈余率在監測年度內有提升。

3.2.2 磷 全市不同農區近年來磷肥盈余率波動較為明顯，但沒有顯著性差異，究其原因在于不同農區磷肥盈余率之間存在較大差異，淡化了不同年度磷肥盈余率之間差異的顯著性。因此，盡管年度間差異不顯著，但仍需注意控制磷肥盈余率不斷上升的趨勢。此外，綜合近年來土壤有效磷含量狀況看，盡管磷肥投入高、盈余率逐年上升，但土壤磷水平仍較低，今后需要在磷肥施用品種、運籌、比例等方面深入探索。

3.2.3 鉀 鉀肥養分平衡狀況變化自2012年以來，三個監測農區鉀肥表觀虧缺率在逐漸降低，這和近年來政府大力推進增施鉀肥政策，鉀肥投入量不斷上升有一定關系；里下河農區鉀肥虧缺率顯著高于其他農區，與里下河農區地質水文條件造成土壤含水量高于其他地區，使得鉀肥淋溶較為顯著有關[28,30]，投入的一部分鉀肥未被作物吸收即流失，導致其鉀肥虧缺程度較高。此外，近年來長江中下游地區土壤綜合肥力得到了一定提高，鉀淋溶狀況得到了控制，增加了土壤的供鉀能力[28,31]，也對降低鉀肥的表觀虧缺起到了一定的作用。

泰州市稻-麥輪作區養分盈虧狀況與江蘇省其他設區市相比基本相當[11-12,25]，均處于氮肥、磷肥盈余、鉀肥虧損的狀態，符合耕地土壤養分平衡的一般情況[28,32-33]，但仍高于一般稻-麥輪作區耕地養分允許的盈虧率[34]，表明泰州目前的施肥結構仍存在可優化的空間。有研究表明，增施有機肥、推行有機肥替代無機肥等措施能夠改善土壤養分平衡，提升土壤中酶活性，優化土壤微生物群落組成，從而有效改善土壤養分結構[9,35-36]。因此，泰州市也應當著力推廣有機肥替代無機肥的項目，進一步改善施肥結構，貫徹“減氮控磷，增施鉀肥”的基本原則，深入開展精準施肥。