2013年我国种植业化肥施用状况分析

【目的】我国农用化肥消费量大,数据来源不同,统计口径各异,行业内大多引用国家统计局公布的数据,但该数据无法推算出氮肥、磷肥、钾肥分类消费量。我国区域间、季节间、作物间化肥消费情况的报道很少,在调节化肥供需、指导化肥行业健康发展时显得依据不足。调查种植业化肥施用状况可以为指导肥料生产、供应提供重要依据。【方法】以农业部339个国家级基层肥料信息网点为依托,根据我国农业生产习惯和我国政府部门统计习惯,将一年分为三个用肥季,1 5月份为春耕季,6 8月份为夏播季,9 12月份为秋冬种季。在三个季节,每个网点随机调查30个农户的主要种植作物施用氮肥、磷肥、钾肥、复合(混)肥(包括配合式)量,经两级土壤肥料部门审核后,采用省份、相似种植区域、全国三级逐级加权平均的方法,推算了不同区域、不同季节、不同作物单位面积施肥量;再用作物单位面积施肥量、该作物全国种植总面积、样本中施肥面积占该作物种植面积的比例推算了作物全年、不同季节化肥施用量。同时,分析了主要作物、不同季节化肥施用状况以及供需平衡情况,不同季节、不同区域供肥情况和农民的购肥习惯。【结果】2013年我国种植业化肥施用量5498万吨(折纯下同),其中,氮肥(实物量)3382万吨,磷肥1175万吨,钾肥941万吨。粮食作物化肥总用量为2782万吨,占种植业化肥总用量的50.6%;其次是果树和蔬菜,三类作物占种植业化肥施用总量的82.8%,经济、园艺作物单位面积化肥施用量大于粮食作物。春耕、夏播、秋冬种化肥施用量分别占全年化肥施用量的34.2%、35.6%、30.2%。复混肥料和尿素是农民最常购买的两种肥料,从全年来看,农民施用复混肥料和尿素的样本数分别占总样本数的72.5%和71.6%,春耕、夏播、秋冬种农民购买尿素和复合(混)肥的样本数分别占该阶段样本数的70.9%和62.9%、84.9%和78.1%、56.6%和83.9%。春耕和夏播时期农民多数选用尿素,秋冬种多数选用复混肥料,东北、西北、华中南地区农民多选用尿素,华北、西南、华东地区农民多选用复混肥料。另外,我国氮肥、磷肥供应分别过剩1080万吨、680万吨,钾肥缺口370万吨,供需矛盾突出。氮、磷、钾养分配合式为15-15-15的复混肥样本数占农民选购复混肥总样本数的33.3%,说明复混肥养分结构不尽合理。【结论】建议国家进一步遏制氮肥、磷肥过剩产能,优化产品结构,大力推广科学施肥技术。     

稳定性肥料在中国不同区域的施用效果及施用量

  【目的】  对单个区域或者单种作物开展的抑制剂或者稳定性肥料效果研究受土壤类型和气候区域限制,无法为稳定性肥料在不同地理区域的生产和施用提供科学的数据支持。为此,我们在全国范围进行了稳定性肥料施用效果试验,为稳定性肥料的科学施用提供依据。  【方法】  稳定性肥料产业技术战略联盟于2009—2018年在全国7大地理区域进行了大田试验,比较了等养分条件下,施用稳定性肥料和常规施肥的增产效果,统计分析了2014—2018年的研究结果。  【结果】  在华南、西南、华中、华东、华北、西北、东北地区,等常规施肥养分稳定性肥料 (SF) 相对常规施肥 (CK) 的作物平均增产率分别为5.00%、13.40%、6.96%、8.68%、16.30%、8.72%和5.80%,氮肥农学利用率 (NAE) 增幅分别为36.11%、29.84%、27.25%、51.02%、54.73%和21.00% (无华北NAE数据);80%常规施肥养分稳定性肥料 (80%SF) 处理相比CK的增产率分别为1.62%、10.38%、1.78%、6.34%、8.35%、1.44%和0.09%,NAE增幅分别为78.24%、81.41%、49.22%、20.10%、38.96%和62.10%;80%SF处理相对SF处理的作物产量平均减少3.92%、1.22%、1.25%、3.49%、0.07%、1.08%和0.05%,NAE增幅分别为30.95%、40.11%、17.27%、–20.48%、–10.19%和33.97%,与SF处理的作物产量相比,减施20%常规施肥养分稳定性肥料在各个区域均带来小幅减产,80%SF处理相对SF处理的减产幅度在华中、华北、西北和东北地区差异显著 (P < 0.05),在华南、西南和华东地区差异不显著,80%SF处理相对SF处理的NAE差异多不显著;从全国范围来看,等常规施肥养分稳定性肥料处理平均能提高作物产量8.54%和提高NAE 21.77%,80%常规施肥养分稳定性肥料处理能使产量和NAE分别提高3.13%和26.39%。主成分分析结果发现,稳定性肥料增产率主要受到两种有效公因子的影响,即养分因子和pH因子;稳定性肥料增产率与土壤养分主要呈负相关关系,土壤养分越低,稳定性肥料的增产效果越强,稳定性肥料在贫瘠土壤上产生的经济效益越大 (西北极端干旱地区土壤除外);稳定性肥料增产率与土壤pH呈正相关关系,土壤pH越高,稳定性肥料肥效和增产效果越强。  【结论】  施用稳定性肥料在全国主要种植区域均取得了明显的增产节肥效应,完全可以替代常规施肥模式。综合对比等常规施肥养分稳定性肥料施肥模式和80%常规施肥养分稳定性肥料施肥模式对增产和提高NAE的效果,华东、华中、华北、西北、东北以等常规施肥养分施用稳定性肥料的效果较好,华南、西南稳定性肥料的施用量则以80%的常规施肥养分量为宜。影响稳定性肥料肥效和增产效果最重要的土壤因素是土壤养分,其次是土壤pH。     

减量施肥下小麦产量、肥料利用率和土壤养分平衡

【目的】我国化肥过量施用现象普遍,不利于生态环境保护和农业可持续生产。研究化肥减量施用对小麦产量、籽粒灌浆和肥料利用率的影响,可以为我国化肥高效施用和零增长目标提供理论依据。【方法】在四川盆地进行了两个大田试验,以习惯施肥 (N、P₂O₅、K₂O 分别为 180、120、45 kg/hm2) 为对照,设置减量施肥 (N、P₂O₅、K₂O 分别为 96、60、45 kg/hm2) 处理,测定了小麦产量及构成、籽粒灌浆、花后干物质转运、旗叶叶绿素含量、养分平衡和肥料利用率。【结果】与习惯施肥相比,减量施肥下小麦产量、穗数、穗粒数没有显著变化,小麦–玉米轮作田块小麦千粒重显著提高 5.8%。根据 Logistics 方程拟合结果,减量施肥显著提高了小麦–玉米轮作田块小麦理论最大千粒重,渐增期、缓增期籽粒净增重,对其他灌浆参数影响不显著。减量施肥下小麦干物质转运量、转运率及其对籽粒灌浆的贡献率增加 28.5%、17.5% 和 20.7%,但花后旗叶叶绿素含量下降速度加快。习惯施肥和减量施肥土壤氮素盈余分别为 22.6 和 –30.2 kg/hm2,土壤磷盈余分别为 80.4 和 22.8 kg/hm2。减量施肥后氮肥偏生产力、农学效率和表观回收率比习惯施肥提高 79.2%、69.1% 和 27.9%,磷肥偏生产力、农学效率和表观回收率提高 91.1%、72.7% 和 68.5%。【结论】本试验的两年时间内,减量施肥可以维持小麦产量,促进小麦干物质转运及其对籽粒灌浆的贡献,但花后功能叶衰退加速。减量施肥下肥料利用率提高,土壤磷素盈余降低,土壤氮素亏缺,需要在确保维持小麦产量、土壤肥力和养分平衡的基础上,继续优化减氮量。     

当前我国农业生产中的养分需求分析

【目的】估算当前我国不同区域农业生产中的养分需求和化肥需求，对如何实现2020年化肥零增长以及零增长下如何进行养分资源的合理分配、科学管理和施用具有重要的指导意义和参考价值。【方法】本研究依据国家统计最新数据、研究结果和文献资料，以省级为单元，系统估算了农作物、林地、草地、水产养殖全面实现平衡施肥条件下对氮磷钾养分的需求量。在考虑有机肥养分有效还田基础上，分析当前化肥消费量与化肥需求量的差异。【结果】当前我国农业生产需要氮磷钾养分共8410万t，其中N 3746万t、P₂O₅ 2024万t、K₂O 2640万t，粮食作物、蔬菜/瓜果、果树和茶叶、油料作物、纤维作物、糖料作物、饲草/草地、水产养殖的养分需求分别占总需求的41.8%、20.8%、13.1%、5.1%、2.3%、2.1%、10.6%和2.2%。华北、长江中下游、西北、西南、东南、东北地区的养分需求分别占20.3%、23.2%、18.8%、16.8%、11.1%和9.8%，其中山东、河南和四川对养分的需求高于其他省份。当前全国化肥消费量为6023万t，其中N、P₂O₅、K₂O分别为3001万t、1943万t和1079万t，东北、华北、长江中下游、东南、西南、西北地区的化肥消费量分别占全国化肥消费量的10.6%、27.7%、24.4%、11.5%、11.4%、14.2%。我国当前有机肥养分资源潜力为N 3200万t、P₂O₅ 1440万t和K₂O 3400万t，但还田的有效养分约为N 484万t、P₂O₅ 411万t和K₂O 1273万t。有机肥还田主要在河北、河南、山东、四川和湖南省，其次是广东、广西、云南，而西北、东北及东南沿海地区各省有机肥还田的有效养分量相对较少。化肥消费与需求差表明，全国氮肥和钾肥供应不足，分别亏缺约N 261万t和K₂O 288万t，而磷肥投入过量约P₂O₅ 330万t。但不同省份和区域间化肥供需具有较大差异，东北、华北、长江中下游或东南地区的一些省份如吉林、河北、河南、山东、安徽、江苏、湖北、广东省氮磷钾肥均过量，而西北和西南地区多数省份的化肥投入不足。【结论】粮食作物是养分需求的主体，其次是蔬菜和果树。在全面实现平衡施肥的情况下，氮、钾肥投入不足，磷肥投入过量。养分需求地区间差异明显，东北、华北、长江中下游和东南沿海地区需适当减少肥料消费，而西北和西南地区需要依据需求适量增加肥料的投入。     

设施早熟西瓜和甜瓜的化肥施用现状及减施潜力

  【目的】  调查陕西省设施栽培西瓜 (Citrullus lanatus)和甜瓜 (Cucumis melo) 施肥现状、养分输入特征和养分管理中存在的问题，为实现西瓜和甜瓜化肥合理减施，改善品质，增加农户经济效益提供科学依据和技术支撑。  【方法】  选取西瓜、甜瓜栽培面积大的农户，且使调查农户均匀覆盖主产区，采用实地走访记录方式，在调研陕西设施早熟西瓜、甜瓜产量水平，农户施用有机肥、化肥种类及施用量、施肥方式等基础上，依据当地目标产量、肥料试验文献数据，推荐区域合理施肥量，并对推荐施肥量进行田间验证，根据推荐施肥量对农户施肥现状进行评价并分析化肥的减施潜力。  【结果】  设施栽培西瓜、甜瓜主产区肥料 (化肥 + 有机肥) N、P₂O₅、K₂O养分投入量平均分别为582、412、541 kg/hm2和1059、763、842 kg/hm2，其中化肥N、P₂O₅、K₂O平均施用量分别为266、213、304 kg/hm2和315、317、281 kg/hm2；西瓜、甜瓜化肥N、P₂O₅、K₂O养分平均用量分别为各自推荐量的1.8、3.6、2.3倍和2.9、6.3、3.1倍，养分表观盈余量分别为455、369、388 kg/hm2和980、728、692 kg/hm2，养分利用率仅为4.6%～28.3%。西瓜化肥氮、磷和钾施用过量的农户分别占79.6%、88.9%和79.6%，化肥氮、磷和钾减施潜力分别为46%、72%、57%；甜瓜化肥氮、磷和钾施用过量的农户分别占74.9%、91.0%和74.9%，化肥氮、磷和钾减施潜力分别为65%、84%和68%，西瓜和甜瓜化肥总减施潜力 (N + P₂O₅ + K₂O) 分别为57%和73%。西瓜、甜瓜有机肥中氮素养分占养分总用量的比例分别为39.5%和65.8%，比例总体上适宜；西瓜和甜瓜化肥N∶P₂O₅∶K₂O投入比例分别为1.0∶0.8∶1.1和1.0∶1.0∶0.9，P₂O₅占比过高；水肥一体化条件下西瓜、甜瓜基施化肥 (N + P₂O₅ + K₂O) 占化肥施用总量 (基肥 + 追肥) 的比例分别达91.2%和59.4%，基施养分比例过高。  【结论】  本研究区域西瓜、甜瓜养分总投入中，有机养分比例适宜，但存在化肥投入过量，尤其是磷施用比例过高的问题；在水肥一体化栽培技术下，存在基施养分比例过高、养分盈余量大、养分利用率低的问题。生产实践中，亟待根据西瓜、甜瓜养分需求规律，制定精准施肥量和适宜的养分比例，建立区域合理施肥技术体系，最终实现西瓜化肥氮、磷和钾平均施用总量减少46%、72%和57%，甜瓜化肥氮、磷和钾平均施用总量减少65%、84%和68%。     

云南不同生态蔗区甘蔗施肥现状分析与评价

【目的】 云南省是我国第二大甘蔗和食糖生产基地,了解云南省不同生态蔗区甘蔗施肥现状及蔗农养分资源管理中存在的问题,提出解决问题的对策,对于提高甘蔗产量及品质、优化蔗农经济效益和甘蔗产业可持续发展具有重要意义。 【方法】 采用蔗农统一问卷实地走访调查的方法,对2013—2014年榨季的24个县1350户蔗农的甘蔗产量、施肥习惯及施肥量、施肥种类、施肥时间、施肥方式等进行了调查。根据蔗区的实际肥料投入量和各肥料产品中标注的有效养分含量,计算化肥中各养分的投入量,没有记录的按调查多数平均值计算。 【结果】 通过实际调查资料汇总,当甘蔗产量介于85.00～90.00 t/hm2 时,建议化肥用量分别为 N 285～350 kg/hm2、P₂O₅ 200～250 kg/hm2、K₂O 175～225 kg/hm2,N∶P₂O₅∶K₂O 养分比例约为1∶0.7∶0.6。蔗区养分调查结果表明,不同生态蔗区甘蔗平均产量表现为南亚热带湿润蔗区 > 中亚热带湿润蔗区 > 北热带半湿润蔗区,分别为81.40 t/hm 2、81.73 t/hm2 和75.44 t/hm2,全省甘蔗平均产量80.35 t/ hm2。南亚热带湿润蔗区以施基肥为主,施用基肥的蔗农比例为99.71%;中亚热带湿润蔗区和北热带半湿润蔗区以施追肥为主,施用追肥的蔗农比例分别为94.17%和93.94%;化学肥料品种以尿素、普通过磷酸钙和复合肥为主,且施用复合肥的比例较高,其施用的样本比例占到了总样本数的94.13%;有机肥以滤泥、酒精废液和蔗叶还田为主,且均作为基肥施用,施用比例小。全省化肥氮 (N)、磷 (P₂O₅) 和钾 (K₂O) 投入量分别是193.67 kg/hm2、116.79 kg/hm2 和95.86 kg/hm2。云南省各生态蔗区甘蔗化肥养分投入量均表现为氮肥 > 磷肥 > 钾肥。蔗区施肥以两次施肥 (基肥 + 追肥) 和一次施肥 (追肥) 为主。甘蔗下种时基肥随蔗种一起施入,进入拔节伸长期时进行追肥,追肥均在4 月份至6 月份完成。肥料施用方式以条施和穴施为主,施肥深度存在较大差异,施用追肥后不盖土的现象严重,中亚热带湿润蔗区追肥后不进行覆土的蔗农占样本总数的82.53%。 【结论】 云南不同生态蔗区存在以下问题:重追肥,轻基肥;重视化学肥料、复合肥,忽视有机肥;重视氮肥,轻钾肥;部分地区追肥不覆土现象严重。因此,针对不同生态蔗区应积极推广有机肥的投入,平衡氮肥与磷肥用量,提高钾肥的施用量,优化基肥追肥肥料投入比例,推广测土配方施肥,做到施肥覆土,提高肥料利用效率。      

天津市设施菜地施肥现状及减施潜力和对策

  【目的】  设施菜地存在施肥量过大、肥料利用率低、环境污染等问题。通过对天津市设施菜地施肥现状调查，明确设施菜地施肥现状和存在问题，为制定科学合理的施肥方案提供依据。  【方法】  本研究对天津市193个设施蔬菜地块施肥现状展开调查，明确设施菜地施肥特征，估算肥料总养分和化肥养分减施潜力。  【结果】  天津市日光温室平均养分施用总量为N 775.6 kg/hm2、P₂O₅ 715.5 kg/hm2和K₂O 524.9 kg/hm2，显著大于塑料大棚对应养分平均施用总量N 670.9 kg/hm2、P₂O₅ 584.5 kg/hm2和K₂O 425.3 kg/hm2 (P < 0.05)。有机肥是设施菜地养分的主要来源，对日光温室和塑料大棚N、P₂O₅和K₂O各自施用总量的贡献均超过50%。日光温室和塑料大棚中，化肥对磷 (P₂O₅) 施用量的贡献分别为44.2%和48.8%。从养分施用方法看，N、P₂O₅和K₂O基施比例日光温室分别为79.4%、80.2%和73.5%，塑料大棚分别为70.2%、78.2%和67.4%，P₂O₅基施比例大于N和K₂O。日光温室和塑料大棚平均养分施用比例 (N∶P₂O₅∶K₂O) 分别为1.00∶0.92∶0.69和1.00∶0.87∶0.63。相比推荐施肥量，天津市设施蔬菜N和P₂O₅普遍施用过量，甘蓝和白菜K₂O投入不足。设施菜地总养分 (N + P₂O₅ + K₂O) 减施潜力在31.5%～65.0%，化肥养分减施潜力在22.4%～66.6%。  【结论】  天津市设施菜地养分以基施为主，其中化肥基施比例偏高，追肥养分比例过低，养分总量过量施用现象普遍。设施菜地基施化肥和追肥中P₂O₅比例偏高，养分结构不合理。主要设施蔬菜中，茄子、番茄和芹菜的N和P₂O₅施用总量远超过各自推荐施肥量，化肥养分减施潜力较大，是设施蔬菜肥料减施关注的重点。     

我国茶园施肥现状与减施潜力分析

【目的】茶树是我国重要的经济作物之一,合理施肥是保证茶叶高产优质的重要措施,受茶树品种、采摘模式、栽培水平的影响,我国不同地区茶园间施肥量存在较大的差异。厘清我国茶园施肥现状,分析不同茶区施肥水平的差异,寻求差异化的减肥途径,对实现我国茶园化肥减施增效,促进茶产业可持续发展具有重要意义。【方法】依托国家茶产业技术体系试验站,本研究于2010—2014年期间在我国主要茶区调查了5000多个茶树种植单元,约占我国茶园总面积的5%。调查内容包括氮磷钾肥料品种、用量、施用时间、施用方式以及茶园面积、茶树品种、施肥成本等信息。根据肥料养分含量计算不同种植单元的氮磷钾养分投入量,有机养分替代比例,并以现行的茶园推荐施肥标准作为施肥评价依据,对不同区域茶园的施肥水平进行了评价。【结果】我国茶园的养分投入总量 (N + P₂O₅ + K₂O) 为796 kg/hm2,施用有机肥的茶园样本比例为46%,按纯养分计,茶园有机养分投入量平均占总养分投入量的15%。各省茶区年均养分投入量为N 281～745 kg/hm2、P₂O₅ 72～485 kg/hm2、K₂O 76～961 kg/hm2。参照目前的推荐肥料用量,我国有30%左右茶园存在化肥过量施用问题,其中山东、湖北、湖南、江西、四川、福建等地过量施肥问题较为突出。复合肥已成为茶园的重要肥料品种,80%的茶园施用的是等养分比例的复合肥,茶园中磷肥或者钾肥过量施用现象开始凸显,福建、江西、湖南等地过半茶园磷、钾养分投入过量。根据过量施肥茶园的现有施肥水平,通过总量控制和增加有机肥比例等途径,大约可削减30%～40%的化肥用量。【结论】我国30%的茶园化肥过量施用,80%的茶园施用的化肥氮磷钾比例不完全符合茶叶养分需求,有机肥养分所占比例偏低,只有15%。依据不同茶区养分具体管理方式、茶叶栽培特点以及土壤条件,因地制宜采取差异化的茶园化肥减施策略,大约可削减30%～40%的化肥用量。     

我国化肥减量增效的驱动因素探究

  【目的】  过量施用化肥一直是我国农业面临的突出问题。近些年，随着多种化肥减量措施的实施，我国在2016 首次实现化肥的零增长，并在2017、2018两年实现了化肥用量的持续减量，这一目标的实现对我国及全球养分管理意义重大。本研究通过对化肥减量的技术、政策、市场、服务体系等驱动因素进行深入剖析，以期揭示我国化肥减量的综合机制。  【结果】  近15年 (2005—2020年) 来，测土配方施肥、机械化施肥、水肥一体化、秸秆还田、有机肥资源化利用以及栽培等技术的发展是我国化肥减量的主要技术途径。有机肥还田、秸秆还田比例的增加，在一定程度上替代了化肥的施用。其中，2010—2019年我国实现畜禽粪便养分还田1700万t，秸秆氮磷钾养分还田近1800万t。与此同时，多重化肥减量政策的推行为我国实现化肥减量提供了制度保障，如《关于推进化肥行业转型发展的指导意见》促进了产品创新，《到2020年化肥零增长行动方案》、《畜禽粪污资源化利用行动方案 (2017—2020年) 》以及《农业绿色发展五大行动》提高了农业生产的节肥意识并促进了节肥增效技术的应用。消费者对高品质作物的需求以及经营规模的扩大等市场需求也强力助推化肥的减量增效。其中，高品质农产品需求量的不断增加，以及在农产品价格不稳定的情况下优质农产品的价格优势，加上尿素、二铵等化肥价格的上涨也促使农产品向高品质转变，与此同时大规模的土地流转伴随机械化的普及也降低了小农户施肥的随意性和盲目性。此外，政府、企业以及科研单位3个服务主体农化服务的不断完善和发展，更是推进了化肥减量“最后一公里”的实施。目前超过70%的肥料企业都在做培训、试验示范等农化服务工作，政府主导的十年测土配方施肥已经让1/3的农户施肥趋于合理水平，基于中国农业大学的科技小院模式也使得中国23个省区主要粮食作物增产10.8%～11.5%，氮肥用量减少14.7%～18.1%。  【结论】  我国已经提前实现了2020年化肥零增长的目标，其中技术、政策和服务体系都起到了不可替代的作用，这表明我国农业生产已经步入了新的阶段，但是目前我国化肥施用不合理现象仍然突出，实现化肥科学施用仍有很长的路要走。     

基于西瓜产量的推荐施肥量及化肥减施潜力分析

  【目的】  针对不同区域西瓜主产区养分管理存在的问题,查清不同区域西瓜不同产量水平下养分需求量,提出化肥减施增效的关键技术措施,为西瓜产业绿色持续发展提供理论依据和技术支撑。  【方法】  基于多点肥料试验数据及收集文献中西瓜产量和养分吸收数据,分析单位经济产量养分需求量。实地调研22个西瓜主产省、市及自治区主产地种植大户西瓜产量、有机肥、化肥施用种类和量及施肥和灌水方式,结合《中国统计年鉴(2020)》中各地西瓜产量水平,依据不同区域西瓜目标产量养分需求量、土壤肥力水平调整系数,文献推荐施肥量及田间试验验证,综合确定不同产量水平下推荐施肥量,评估不同区域化肥减施潜力。  【结果】  不同省、市、自治区西瓜平均产量为11.9～58.8 t/hm2,化肥N、P₂O₅及K₂O投入量平均分别为190.7～380.7、162.9～349.5及62.7～492.5 kg/hm2;南方省市区平均产量为32.1 t/hm2,化肥N、P₂O₅及K₂O投入量平均分别为250.2、217.0及236.9 kg/hm2;北方省市区产量平均45.6 t/hm2,化肥N、P₂O₅及K₂O投入量平均分别为264.1、245.8及291.9 kg/hm2。生产1 t西瓜N、P₂O₅及K₂O需求量分别为2.0、0.83、3.3 kg。产量水平30～40、40～50、50～60、60～70及70～95 t/hm2时推荐合理的化肥施N量分别为90～120、110～150、130～170、150～205、170～230 kg/hm2,P₂O₅施用量分别为45～65、55～75、65～85、70～95、80～110 kg/hm2,K₂O施用量分别为110～150、125～170、150～205、170～230、185～250 kg/hm2。不同地区农户平均施用氮、磷、钾化肥量分别是推荐量的1.3～3.0、1.9～5.5、0.3～2.5倍,氮、磷、钾化肥的减施潜力分别为22.7%～66.5%、47.8%～81.7%、–187.1%～59.4%,平均分别为43.0%、68.7%、12.2%;全国西瓜主产区化肥氮磷养分投入均普遍过量,钾养分过量和不足并存,氮磷钾养分投入中磷肥比例偏高,南方地区化肥减施潜力大于北方。  【结论】  不同区域西瓜产量水平、施肥现状和存在的主要问题不同,生产中亟待集成优化并建立与气候、栽培季节、栽培模式相匹配的综合技术模式,应在西瓜目标产量推荐施肥总量控制下根据不同生育期养分需求合理施肥运筹;同时需考虑有机肥投入可提供的有效养分量,针对性集成水肥一体化精准管理、有机肥合理替代、测土配方施肥等关键技术,建立模式并配套技术规程,规模化示范推广,实现西瓜化肥减施增效及产业绿色可持续健康发展的目标。     

18-1目录

【目的】 弄清中国秸秆资源数量及其养分资源量,旨在为充分利用秸秆资源、提高肥料利用率、实现化肥施用零增长和保障国家粮食安全提供科学依据。 【方法】 本研究以中国主要农作物水稻、小麦、玉米、大豆、马铃薯、花生和油菜为研究对象,通过查阅中国统计数据和公开发表的文献资料对2015年中国主要农作物秸秆数量及其养分资源量进行估算,同时对各地区不同作物最佳施肥量进行统计,分析秸秆不同比例还田下氮、磷、钾输入量分别占化肥用量百分比。 【结果】 2015年中国主要农作物秸秆资源量为71878.53万t,所含的氮 (N)、磷 (P₂O₅)、钾 (K₂O) 养分资源总量分别达到625.6、197.9、1159.5万t。秸秆养分资源量以水稻、小麦和玉米三大粮食作物最大,分别占养分资源总量的33.1%、14.5%和34.2%,其他作物以油菜秸秆养分数量最高,占7.6%。作物秸秆养分数量中以玉米氮和磷养分数量最高,分别占单质养分总量的37.4%(N) 和41.5% (P₂O₅);钾养分数量以水稻最高,占36.9% (K₂O)。秸秆总量华北和长江中下游地区较多,分别占全国总量的26.4%和26.2%。秸秆养分资源总量最高的为黑龙江省,其次为河南和山东,分别占全国秸秆养分资源总量的10.3%、9.5%和6.8%。中国2015年主要农作物播种面积为1.2亿hm2,产量为6.3亿t,作物理论N、P₂O₅和K₂O需求量分别为1445.9、546.4、1652.3万t。如果将秸秆全量还田,带入农田的平均养分量可高达N 54.4 kg/hm2、P₂O₅15.5 kg/hm2和K₂O 88.1 kg /hm2,相当于化肥用量的38.4% (N)、18.9% (P₂O₅) 和85.5% (K₂O)。 【结论】 中国农作物秸秆数量及其养分资源量巨大,依据地域秸秆特点,充分合理利用秸秆养分资源,是实现化肥减施增效的重要途径。      

中国畜禽粪尿中养分资源数量及利用潜力

【目的】 有机与无机肥配合施用是提高农田生产力和改善土壤生态系统的有效措施,也是农业可持续发展的要求。理清中国畜禽粪尿资源数量及其养分资源量,对畜禽粪尿资源充分利用、提高肥料利用率、实现化肥使用量零增长和保障国家粮食安全具有重大意义。 【方法】 以中国主要畜禽种类役用牛、肉牛、奶牛、羊 (山羊和绵羊)、马、驴、骡、猪 (育肥猪和母猪)、兔和家禽为研究对象,研究的主要农作物包括水稻、小麦、玉米、大豆、马铃薯、花生、油菜和棉花。通过查阅中国统计数据和公开发表的文献资料对2015年中国畜禽粪尿资源数量及其养分资源量进行估算,同时对各地区不同作物最佳施肥量进行统计,分析畜禽粪尿不同比例还田下氮、磷、钾输入量分别占化肥用量百分比。 【结果】 2015年中国畜禽粪尿数量31.584亿t,氮 (N)、磷 (P₂O₅)、钾 (K₂O) 养分资源总量分别达到1478.0万t、901.0万t和1453.9万t,其畜禽粪尿数量以猪最大,其次为肉牛和奶牛,分别占总量的36.8% (猪)、24.8% (肉牛) 和9.9% (奶牛),粪尿总养分量以猪最大,其次为肉牛和羊,分别占总量28.2% (猪)、22.8% (肉牛) 和15.0% (羊)。粪尿数量和养分资源量以西南和华北地区最多,粪尿数量分别占全国总量的22.3%和21.5%,养分资源量分别占全国总量的21.3%和21.9%,省市之间以四川、河南和山东最多。畜禽粪尿全量还田其养分输入量分别为811.8万t (N)、856.6万t (P₂O₅) 和849.5万t (K₂O),分别占化肥用量的37.3% (N)、87.6% (P₂O₅) 和65.9% (K₂O)。 【结论】 中国畜禽粪尿数量及其养分资源量依然巨大,具有广阔的利用空间,充分利用畜禽粪尿养分资源是实现化肥减施增效的重要途径,畜禽粪尿全量还田下理论上氮、磷、钾施用量可以减少37.3%、87.6%和65.9%。      

黑土有机氮肥替代率演变及其对土壤有机碳的响应

【目的】 探索长期有机培肥下黑土有机肥替代率与土壤肥力的量化关系,为农田土壤培肥和有机替代提供理论依据。 【方法】 本研究依托公主岭黑土肥力长期试验的32年定位观测数据,选取其中的4个处理即不施肥 (CK)、单施化学氮磷钾肥 (NPK)、单施常量有机肥[30 t/(hm2·a),M1]和单施高量有机肥[60 t/(hm2·a),M2],试验用化肥为尿素、过磷酸钙和硫酸钾,年施用N 150 kg/hm2、P₂O₅ 75 kg/hm2、K₂O 75 kg/hm2。分别测定作物产量、植株含氮量以及土壤全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、有机碳含量。基于作物氮素养分吸收量,探讨长期高产条件下施用不同量有机肥其替代率的变化特征,在分析高产条件下有机肥替代率与土壤肥力的基础上,进一步探讨两者之间的数量化关系。 【结果】 基于作物氮素养分吸收量,长期高产条件下高量有机肥处理 (M2) 的有机肥替代率高于常量有机肥处理 (M1),且高产条件下有机肥替代率与施肥年限呈极显著线性正相关 (P < 0.01);通径分析和多元逐步回归分析结果表明,土壤有机碳含量对高产条件下有机肥替代率有显著正效应,是决定高产条件下有机肥替代率差异的主要土壤肥力要素,决定了高产条件下有机肥替代率70%的变异。长期施用常量和高量有机肥处理 (M1和M2),黑土土壤有机碳含量显著增加 ( P < 0.01);土壤有机碳含量与高产条件下有机肥替代率非线性相关,并达到了极显著水平 ( P < 0.01)。 【结论】 化肥氮的有机氮替代率70%取决于土壤有机碳含量的高低。长期施用有机肥能显著提高土壤有机碳含量,在提升土壤肥力的同时,提升了有机氮对玉米吸收的贡献,减少了对化肥氮的依赖。黑土土壤有机碳含量达到24.89 g/kg时,有机肥对化肥的替代率趋近95%,达到最大值。      

基于DNDC模型的冬小麦?夏玉米农田滴灌施肥优化措施研究

【目的】滴灌施肥是一种具有节水、节肥等优点的水肥一体化田间管理措施,然而其对N₂O排放和经济效益的影响仍存在不确定性。针对我国重要的粮食生产方式—冬小麦?夏玉米轮作,优化设计适宜的滴灌施肥管理制度,对于提高水肥资源利用效率,减少环境污染,提高经济效益具有重大的实际意义。 【方法】在山东桓台冬小麦?夏玉米典型农田上设置试验,进行不同灌溉系数和不同施氮量处理对农田土壤N₂O排放和作物产量影响的研究。根据田间实测数据对DNDC模型进行校正和验证,利用验证后的模型定量评估滴灌施肥对N₂O排放的影响,综合考虑作物产量和N₂O减排效果和经济效益,最终提出华北平原冬小麦?夏玉米体系的优化滴灌施肥措施。 【结果】DNDC模型具备模拟滴灌施肥一体化管理措施下冬小麦、夏玉米生长情况和产量的能力,模型校正后能较好地模拟滴灌施肥条件下冬小麦/夏玉米农田土壤N₂O排放特征。在田间试验筛选出的最佳滴灌量和施氮量的基础上设置不同的滴灌量、施氮量以及玉米季施氮次数、施氮时间模拟情景,经过模型情景模拟最终筛选出的最优滴灌施肥措施是冬小麦季分4次滴灌施肥,滴灌量130 mm,随水施N 189 kg/hm2,夏玉米避开雨季分4次滴灌施肥,滴灌量19 mm,随水施N 231 kg/hm2。该模型模拟出的最优措施能够在不影响作物产量的基础上比田间试验筛选出的最佳滴灌和施氮量处理减少16%的N₂O排放。 【结论】与当地习惯漫灌撒肥措施相比,优化后的滴灌施肥管理全年共节水58.6%、减氮30.0%、减少50% N₂O排放,同时净收益增加了1336.41元/hm2,增加投资部分的收益率为230.34%,远大于部分预算法中100%的新技术采用标准。研究结果可为滴灌施肥技术在华北农田推广应用提供实际参考。     

西部地区紫色土近30年来土壤肥力与生产力演变趋势分析

【目的】 紫色土在我国分布范围广泛,面积约1889 × 104 hm2,近年来紫色土面临着土壤肥力和质量下降等问题。本研究以我国西部地区的8个紫色土长期定位试验监测点为对象,对近30年来紫色土的养分和生产力数据进行分析,以期探明农民长期常规施肥管理模式下紫色土肥力的演变特征,为土壤养分的管理和可持续利用提供科学性的指导。 【方法】 利用时间趋势分析和中值分析的方法,分别总结了紫色土土壤有机质 (SOM)、全氮 (TN)、有效磷 (AP)、速效钾 (AK)、pH、碳氮比以及小麦、玉米、甘薯产量在不同监测阶段的演变特征和总体变化趋势,分析了紫色土常规施肥管理模式下土壤养分和作物产量的变化趋势;运用主成分分析和冗余分析方法,分别对上述6个肥力因子和三种作物产量进行分析,探究了紫色土土壤肥力的主要贡献因子和紫色土作物产量的主要影响因子。 【结果】 与初始监测阶段相比,29年常规施肥下紫色土有机质和全氮含量无显著变化,但有效磷和速效钾含量均以不同程度增加。土壤有效磷含量在 2011—2016 监测阶段的平均值为15.34 mg/kg,比初始监测阶段 (6.10 mg/kg) 显著提高了151.4%;土壤速效钾含量在 2011—2016 年的平均值比初始监测阶段 (1988—1992年) 增加了17.23 mg/kg (提高了23.1%)。29年常规施肥管理模式下紫色土pH呈现显著的下降趋势,比初始监测阶段降低了0.24个单位。主成分分析结果表明,紫色土土壤肥力的两个决定因子是土壤有效磷和速效钾,主要障碍因素是较低的土壤全氮和有机质含量。冗余分析结果表明,影响紫色土整体作物产量的主要环境因子分别为土壤pH、有效磷和有机质含量。对小麦产量影响最大的肥力因子为土壤pH,对玉米产量影响最大的肥力因子为土壤有效磷,对甘薯产量影响最大的肥力因子为土壤速效钾。 【结论】 近29年来,在常规施肥管理模式下土壤有效磷和有效钾含量显著上升,一方面提高了玉米、甘薯生产力,但却导致了养分的不平衡,紫色土全氮含量和pH出现了下降,导致小麦产量出现下降风险。紫色土肥力的障碍因子是较低的土壤全氮和有机质含量。所以农民常规施肥不利于紫色土的培肥,应该注重平衡施肥,增施有机肥,在提高土壤磷和钾有效性的同时,保持土壤全氮和有机质的平衡。      

2050年农田土壤温室气体排放及碳氮储量变化SPACSYS模型预测

【目的】 优化华北平原农田土壤的施肥措施,实现维持农田作物产量、提升土壤肥力的同时减少温室气体排放。 【方法】 基于长期定位试验观测数据,选取氮磷钾化肥 (NPK)、有机肥配施化肥 (NPKM) 和单施有机肥 (OM) 三个试验处理来评价和验证过程模型 (SPACSYS) 对不同施肥措施下的作物产量、土壤有机碳 (SOC) 和土壤全氮 (TN) 储量及土壤CO₂和N₂O排放动态变化的模拟效果,并预测至2050年不同施肥情景和肥料配施情景下作物产量、SOC、TN储量及土壤CO₂和N₂O排放量。 【结果】 统计分析结果表明,SPACSYS模型的小麦和玉米产量模拟值与实测值的相关系数R2为0.63～0.78,RMSE为3.78%～4.86%,EF为0.59～0.73;土壤有机碳和全氮储量模拟值与实测值的R2为0.73～0.89,RMSE为2.69%～3.79%,EF为0.67～0.82;土壤CO₂和N₂O排放量模拟值与实测值的R2为0.16～0.80,RMSE为4.03%～9.99%,EF为0.24～0.78,相关性均达到显著水平,表明SPACSYS模型模拟值的可靠性和准确性较高。利用该模型进行预测,结果显示到2050年,在当前施氮水平下,减氮50%会显著降低玉米产量约9%;减氮25%,与单施化肥处理相比,有机肥配施化肥处理和单施有机肥处理分别显著提高SOC年均储量约31%和62%,提高TN年均储量约18%和6%,而CO₂和N₂O年均排放量均没有显著增加。 【结论】 SPACSYS模型可以模拟中国华北平原典型农田冬小麦?夏玉米轮作体系的农作物产量、SOC和TN储量以及土壤CO₂和N₂O的排放情况。但是模型低估了OM处理的全氮储量,下一步研究需对模型做相应改进。至2050年,施用化肥和有机肥均可不同程度地提高有机碳和全氮储量,且该地区可适当降低氮肥施用量 (减氮25%),并采用有机肥配施化肥或单施有机肥的方式来维持作物产量、提升土壤肥力,同时降低温室气体排放。      

构建县域早稻氮磷钾施肥的系统聚类方法研究

【目的】 为建立县域早稻氮磷钾施肥类别，探讨多点肥效试验资料的定量分类方法。 【方法】 以仙游县 26 个早稻“3414”设计的氮磷钾肥试验结果为例，探讨不同系统聚类分析方法的适用性及其类别间差异显著性。 【结果】 对生产条件和生产技术水平差异较小的县域肥效试验资料，以能使类别间距离空间扩展范围较大的欧氏距离–离差平方和法为最佳系统聚类分析方法，可将 26 个试验资料清晰地分成 3 类，分别对应于该县的高产、中产和低产稻田类型；两两类别间的空白区产量和平衡施肥产量均达到差异显著水平，且在 95% 置信区间下，稻谷产量水平在 3 个类别间几乎不出现交叉重叠。在此基础上，根据 3 种施肥类别对应的试验点资料，分别建立三元二次多项式类特征肥料效应方程，进而得到这 3 个施肥类别的推荐施肥量。 【结论】 欧氏距离–离差平方和法系统聚类分析是县域多点肥效试验资料的一种有效定量分类方法，可将仙游县早稻分为具有统计显著性差异的 3 个氮磷钾施肥类别。      

基于主成分和聚类分析的黑土肥力质量评价

【目的】 以吉林省农业科学院 (公主岭) 国家黑土长期定位试验基地为研究平台,定量评价不同施肥措施对土壤肥力质量的影响,为建立东北黑土区合理施肥模式和土壤肥力质量定量评价体系提供科学依据。 【方法】 通过主成分和聚类分析,综合评价了长期不同培肥措施的土壤肥力质量差异。以欧氏距离作为衡量不同处理肥力差异的大小,采用最短距离法对各定位施肥处理进行系统聚类。 【结果】 长期不同施肥处理的玉米产量与土壤酶活性、土壤全量养分、速效养分、有机质、微生物碳和微生物量氮都表现出显著或极显著正相关,与土壤pH值表现出负相关趋势。玉米产量与土壤硝态氮、铵态氮没有明显的相关性。土壤生物肥力与化学肥力呈极显著的正相关关系。土壤肥力质量排序为 1.5 (NPK + M1) > NPK + M2 > NPK + M1 > NPK + M1 (R) > NPK + S > NPK > CK,其中R表示轮作。不同培肥措施的土壤肥力质量可聚为4类, 1.5 (NPK + M1) 和CK单独聚为一类,分别为土壤肥力质量最好 (一等) 和最差 (四等); NPK + M2、NPK + M1、NPK + M1 (R) 三个处理聚为一类,土壤肥力质量为二等; NPK + S和NPK聚为一类,土壤肥力质量为三等。 【结论】 长期有机肥与化肥配施土壤肥力质量明显优于秸秆还田和单施化肥处理,秸秆还田的土壤肥力质量优于化肥单施。因此,应提倡长期有机无机肥配施以提高土壤肥力质量,实现农田的可持续利用。      

长期施肥下我国灌淤土粮食产量和土壤养分的变化

【目的】 灌淤土是我国西北地区重要的粮食和经济作物土壤。了解灌淤土上作物产量的变化,及其对长期施肥的响应,以及灌淤土生产力的变化与其氮磷钾含量的关系,为西北地区作物增产和灌淤土培肥与可持续利用提供理论依据。 【方法】 1988到2004年间,在宁夏银川市、吴忠市、石嘴山市和新疆和田市典型灌淤土区域陆续建立了7个国家耕地质量监测点。2016年,利用时间趋势分析法,探讨了作物产量随时间的变化趋势,分析了长期不施肥和常规施肥条件下,玉米、小麦和水稻产量、产量变异系数、可持续性指数、增产率及地力贡献指数的变化特征,并进一步探讨了增产率与土壤养分的关系。 【结果】 灌淤土上小麦产量随时间呈现递增的趋势,在2004年达到最高 (7.58 t/hm2),之后保持稳定,2016年约为初始年产量的3倍;玉米产量随时间一直呈递增趋势,2016年平均产量为9.8 t/hm2,约为初始年的两倍;水稻产量近年来变化不大。与不施肥相比,常规施肥下小麦、玉米 (28年间) 和水稻 (8年间) 分别平均增产3.43倍、3.20倍和1.21倍,产量可持续性指数分别提高了18.8%、148%和13.9%。监测以来,小麦和玉米农田的地力贡献指数略有下降,但变化不显著。水田的地力贡献指数以每年0.0125的速率增加。28年间,常规施肥使土壤全氮含量从0.4 g/kg提高到1.1 g/kg,有效磷和速效钾含量变化不大。小麦与玉米的增产率与土壤全氮含量呈显著直线正相关关系,小麦、玉米和水稻的平均氮肥农学效率分别为9.8、16.8和27.4 kg/kg。 【结论】 灌淤土上常规施肥 (主要是氮肥)有效提高了玉米、小麦和水稻的产量。土壤全氮含量呈增加趋势,有效磷和有效钾含量基本平稳。土壤肥力对玉米和小麦产量的贡献呈下降趋势,对水稻产量的贡献高且平稳。因此,灌淤土应在合理施用氮肥的同时,注重采取提升地力,实现作物的高产和高效。      

化肥对中国粮食产量变化贡献率的研究

【目的】 化肥在中国粮食产量的增加中发挥了重要作用,但中国单位面积化肥施用量已远超其他国家。虽然田间试验已证明减少化肥施用量不会导致粮食产量大幅下降,但部分经济学者和粮食生产者对减少化肥施用量仍持谨慎态度。科学评价我国现阶段化肥对粮食产量变化的贡献率,对国家层面制定合理的化肥施用决策有重要的参考价值。已有研究侧重于利用时间序列模型分析粮食产量与化肥投入量及其他因素的关系,而不同省份粮食生产力存在差异,并且化肥对粮食产量变化的贡献率是动态变化的。故本研究利用面板数据模型更好地描述中国粮食生产的投入产出关系,并更准确地反映不同阶段化肥对粮食产量变化的贡献率。 【方法】 研究收集了1995—2015年中国30个省份粮食投入产出数据,分别估计了柯布道格拉斯和二项式函数形式的粮食生产函数的三种面板回归模型,并利用固定效应和随机效应检验方法对不同面板模型的优劣进行评判,最终判定随机效应模型优于混合效应和固定效应模型。根据随机效应模型回归结果求解了单位面积粮食产量对化肥的施用量弹性系数,借鉴全要素生产率概念,利用粮食生产函数和化肥施用量弹性计算了化肥对单位面积粮食产量变化的贡献率,据此评价化肥施用量对粮食产量的实际影响。 【结果】 实证结果表明,化肥施用量的弹性系数显著,固定弹性系数为0.17,可变弹性系数呈明显的倒U形变化趋势,说明化肥投入已经进入边际报酬递减阶段,继续增加化肥施用量无法实现粮食产量的增加;但由于化肥施用量弹性系数值较高,并且大于其他要素,表明化肥的增产效力不可替代。而化肥对粮食产量变化的贡献率计算结果则表明化肥对单位面积粮食产量变化的贡献逐渐变小,趋向于0,说明化肥带来的粮食增长效应已不明显。2015年粮食投入产出数据分析结果也说明适当减少化肥施用量并不会导致粮食产量大幅减少,防灾技术、农业机械化程度的提高等其他要素对粮食产量的增加发挥了更大的作用。 【结论】 建议在国家层面严格控制化肥施用量,通过调整施肥方式,优化施肥结构等措施提高化肥利用效率,进一步发挥技术要素对粮食增产的作用。