吳遠帆，鐘建中，高雅潔，廖育林，聶 軍，魯艷紅

（1.湖南省土壤肥料工作站，湖南 長沙 410006；2.桃江縣農業(yè)農村局，湖南 桃江 413400；3.湖南省土壤肥料研究所，農業(yè)部湖南耕地保育科學觀測實驗站，湖南 長沙 410125）

化肥的使用是促進農作物產量增加的基礎，對于穩(wěn)定農業(yè)生產、保障糧食安全具有關鍵作用?？茖W合理施肥可以為作物提供正常充足的營養(yǎng)供給，保證作物高產潛力的充分發(fā)揮，同時具有提高土壤肥力、改善土壤理化性狀以及調節(jié)土壤微生態(tài)環(huán)境等重要功能[1]。然而，不遵循作物需肥規(guī)律，過量或不合理的施肥不僅會增加生產成本，而且無法維持作物的可持續(xù)高產，同時還會破壞土壤結構、降低農產品品質、加劇面源污染。因此，在保證作物產量和品質的同時提高肥料利用效率對于促進農業(yè)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。研究表明，肥料利用率受到土壤肥力、施肥用量、施肥方法、肥料類型、土壤水分、作物品種、栽培管理措施和氣候因子等多種因素的影響[1]。因此，明確區(qū)域內主要農作物肥料利用率現(xiàn)狀將為進一步因地制宜地推進科學施肥措施提供重要依據(jù)。

湖南省地處長江中下游南岸，自然資源豐富，氣候適宜，全省主要農產品產量穩(wěn)步增長。水稻和玉米是湖南省最主要的糧食作物，其中水稻產量位居全國前列[2]，2017 年全省玉米總產量也達到199.2 萬t[3]。此外，油菜是中國最重要的油料作物，自2015 年以來，湖南省油菜的種植面積一直穩(wěn)居全國第一。隨著國家減肥增效行動的推進，測算湖南省3 種主要農作物的當季氮磷鉀肥料利用效率，對于明確湖南省肥料利用現(xiàn)狀、探尋肥效提升途徑、助力農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實指導意義。

大范圍的肥料利用率測算一般有2 種方法，一是分析地區(qū)糧食產量和化肥施用量的數(shù)據(jù)，二是整合大量田間試驗結果。目前，多數(shù)研究都是根據(jù)田間試驗結果匯總而來[4-6]。參考前人的研究方法，筆者于2018 年在湖南省11 個市及自治州共72 個縣區(qū)設置了178 個試驗點開展水稻、油菜和玉米3 種作物的氮磷鉀肥的肥效試驗，通過實驗數(shù)據(jù)測算湖南省目前水稻、玉米、油菜作物氮磷鉀肥的當季利用率，全面總結湖南省主要作物氮磷鉀肥的肥料利用率現(xiàn)狀，為進一步推進農業(yè)生產科學施肥、減少肥料的不合理投入、提高資源利用效率、優(yōu)化農田養(yǎng)分管理提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

為了分析目前湖南省種植水稻、油菜和玉米的肥料利用率，于2018 年在農作物主產區(qū)的長沙、常德、岳陽、益陽、婁底、邵陽、衡陽、郴州、永州、張家界和湘西土家族苗族自治州（簡稱湘西州）共72 個縣區(qū)布置氮磷鉀肥田間肥效試驗178 個。試驗總體分布情況如表1 所示。

表1 水稻、油菜和玉米肥效試驗的樣本數(shù)、施肥量和分布區(qū)域

1.2 試驗設計

每個試驗點設置4 個處理，分別為：（1）PK，無氮處理；（2）NK，無磷處理；（3）NP，無鉀處理；（4）NPK，氮磷鉀處理。氮、磷、鉀肥均基于當?shù)剞r民習慣施肥方法或依據(jù)當?shù)剞r技部門提供的推薦施肥方法施用，其他生產管理措施采用當?shù)爻Ｒ?guī)管理方法。

1.3 樣品采集及檢測

每季作物成熟后，對試驗小區(qū)進行單打單曬，測定籽粒的含水率。作物的籽粒產量為試驗小區(qū)的實收產量（以干重計），根據(jù)作物莖葉與籽粒的質量比計算出作物的莖葉產量（以干重計）。同時于每個試驗小區(qū)隨機取樣15 株，風干后分成莖葉和籽粒樣品，粉碎后采用常規(guī)方法測定其中的N、P、K 含量[7]。

1.4 肥料利用率的計算

以氮肥為例，肥料利用率的計算如下：

氮肥利用率（RE，%）=（施氮區(qū)作物成熟期地上部氮累積量-未施氮區(qū)作物成熟期地上部氮累積量）/氮肥施用量

氮肥農學效率（AE，%）=（施氮區(qū)作物籽粒產量-未施氮區(qū)作物籽粒產量）/氮肥施用量

氮肥偏生產力（PFP，kg/kg）=施氮區(qū)作物產量/氮肥施用量

氮肥生理利用率（PE，kg/kg）=（施氮區(qū)作物籽粒產量-未施氮區(qū)作物籽粒產量）/（施氮區(qū)作物成熟期地上部氮累積量-未施氮區(qū)作物成熟期地上部氮累積量）

同理，分別計算磷肥和鉀肥的肥料利用率、農學效率、偏生產力和生理利用率。

2 結果與分析

2.1 湖南省3 種糧油作物肥料利用率的總體狀況

如表2 所示，143 個水稻肥效試驗施用氮磷鉀肥處理的平均產量為7.58 t/hm2，氮肥、磷肥和鉀肥的肥料利用率分別為32.58%、16.56%和41.07%；21個油菜試驗氮磷鉀處理的平均產量為2.34 t/hm2，氮肥、磷肥和鉀肥的肥料利用率分別為37.98%、20.85%和45.64%；14 個玉米試驗氮磷鉀處理的平均產量為8.26 t/hm2，氮肥、磷肥和鉀肥的肥料利用率分別為37.06%、20.09%和48.89%。不同作物對氮、磷、鉀肥料養(yǎng)分的利用效率差異較大，玉米生產中氮、磷、鉀肥的農學效率、偏生產力和生理利用率均低于水稻和油菜生產的。相比氮肥和鉀肥，3 種作物磷肥的農學效率、偏生產力及生理利用率均較高。

表2 水稻、油菜和玉米的平均施肥量、產量及肥料利用效率

為進一步了解湖南省目前水稻、油菜和玉米不同肥料利用率的樣本分布情況，將肥料利用率劃分為6 個等級，計算每個等級下肥料利用率的樣本百分比。由圖1A 可知，水稻、油菜和玉米氮肥利用率處于30%～40%之間的頻率最高，分布頻率分別為63%、62%和50%；水稻和油菜氮肥利用率在其他區(qū)間的樣本數(shù)明顯較少，而玉米有29%的樣本氮肥利用率在40%～50%之間。

由圖1B 可知，水稻、油菜和玉米在不同磷肥利用率等級下的樣本分布較為分散，無論是水稻、油菜還是玉米，磷肥利用率小于30%的樣本占總樣本80%以上。水稻磷肥利用率處于20%～30%頻率的最高，為34%，油菜和玉米磷肥利用率處于10%～20%的頻率最高，分別為36%和33%；3 種作物的磷肥利用率在＜10%、10%～20%、20%～30%和30%～40%這4 個區(qū)間的分布頻率均高于15%。

由圖1C 可知，水稻、油菜和玉米的鉀肥利用率高于30%的樣本分別占總樣本的80%以上。水稻鉀肥利用率在40%～50%之間的頻率最高，為43%；油菜分別有33%和38%的樣本鉀肥利用率處于30%～40%和40%～50%之間；玉米鉀肥利用率整體較高，有36%的樣本鉀肥利用率處于40%～50%之間，43%的樣本鉀肥利用率高于50%。

圖1 水稻、油菜和玉米不同氮、磷、鉀肥利用率試驗點分布頻率變化

2.2 湖南省不同地區(qū)3 種糧油作物的肥料利用率

2.2.1 氮 肥由表3 可知，3 種作物在不同地區(qū)的氮肥利用率呈現(xiàn)出較大差異。（1）水稻。水稻的氮肥利用率在不同地區(qū)的平均值區(qū)間為19.5%～39.0%；最低值出現(xiàn)在常德，僅-17.5%，最高值也出現(xiàn)在常德，為104.9%，這與常德地區(qū)19 個試驗點水稻氮肥利用率的變異系數(shù)最高（139.5%）相一致，表明常德地區(qū)水稻對氮肥的利用效率差異較大。從表3 還可以看出，長沙、岳陽、益陽、婁底和邵陽的水稻氮肥利用率均達35%以上，且變異系數(shù)較小，表明這5 個地區(qū)的水稻對氮肥的利用效率高，且地區(qū)內差異較?。怀５潞蛷埣医绲乃镜世寐势?，分別為19.5%和24.3%；其他地區(qū)水稻氮肥利用率平均值在30%到35%之間。（2）油菜。由于單個地區(qū)的樣本量較少，例如張家界、岳陽、邵陽和湘西州各地的樣本量僅1～3 個，代表性不足，因此按南北分布情況將所有樣本分為2 組（下同）。位于長沙、岳陽、婁底、衡陽和郴州的共8 個試驗點的數(shù)據(jù)表明，油菜氮肥利用率平均值為41%，且變異系數(shù)較小，為13.2%；位于常德、張家界、湘西州的共13 個試驗點的油菜氮肥利用率平均值為33.2%且變異系數(shù)較大。（3）玉米。由于僅在岳陽、邵陽、郴州、永州及湘西州開展了14個試驗點的玉米肥效試驗，且單個地區(qū)的樣本量≤3個，因此將14 個試驗點的樣本合并（下同）。在岳陽、邵陽、郴州、永州及湘西州開展的共14 個試驗點的玉米肥效試驗結果表明，玉米氮肥利用率的平均值為37.1%。

表3 水稻、油菜和玉米氮肥用量、地上部吸氮量、產量和氮肥利用率

2.2.2 磷 肥由表4 可知，3 種作物的磷肥利用率在不同地區(qū)差異較大，平均值區(qū)間為-10%～28.8%，不同作物磷肥利用率在各試驗地區(qū)的平均值均未達到30%。（1）水稻。常德地區(qū)水稻磷肥利用率平均值為-10%，但產量仍有（7.52±0.96） t/hm2，反映出該地區(qū)試驗點土壤具有較高的基礎供磷水平；在長沙、岳陽、益陽、婁底、邵陽及永州，水稻磷肥利用率的平均值在22%以上；張家界、湘西州、衡陽及郴州的水稻磷肥利用率平均值偏低，在11%～16%之間；常德19 個點的水稻磷肥利用率數(shù)據(jù)變異很大，變幅為-143.0%～30.8%。（2）油菜。長沙、岳陽、婁底、衡陽和郴州試驗點的油菜磷肥利用率平均值為21.8%，略高于常德、張家界和湘西州的平均值。（3）玉米。位于岳陽、邵陽、郴州、永州及湘西州的玉米肥效試驗數(shù)據(jù)表明玉米磷肥利用率平均為20.1%，變幅在-2.6%～31.6%。

表4 水稻、油菜和玉米磷肥用量、地上部吸磷量、產量和磷肥利用率

2.2.3 鉀 肥由表5 可知，不同地區(qū)鉀肥利用率的平均值在21.9%～56.5%之間。（1）水稻。長沙、岳陽、婁底和郴州的水稻鉀肥利用率的平均值高于45%；湘西州、衡陽及永州的水稻鉀肥利用率平均值略低，在42.7%～44.2%之間；而益陽、常德、張家界和邵陽地區(qū)的水稻鉀肥利用率平均值低于40%。（2）油菜。長沙、岳陽、婁底、衡陽、郴州地區(qū)的油菜的鉀肥利用率平均值為43.9%，變異系數(shù)僅為13.2%，而常德、張家界、湘西州地區(qū)的油菜鉀肥利用率平均值為39.8%，但變異系數(shù)較高，達160.0%。（3）玉米。岳陽、邵陽、郴州、永州和湘西州的試驗數(shù)據(jù)表明，玉米的鉀肥利用率平均值為48.9%，變幅在16.1%～109.8%之間。

表5 水稻、油菜和玉米鉀肥用量、地上部吸鉀量、產量和鉀肥利用率

3 討 論

試驗結果表明，目前湖南省水稻生產的氮肥、磷肥、鉀肥的肥料利用率均值分別為32.58%、16.56%和41.07%，油菜生產的氮肥、磷肥、鉀肥的肥料利用率均值分別為37.98%、20.85%和45.64%，玉米生產的氮肥、磷肥、鉀肥的肥料利用率均值分別為37.06%、20.09%和48.89%。黃鐵平等[8]的研究顯示，2013 年湖南省主要農作物氮、磷、鉀肥當季利用率分別為30.0%、25.9%和36.7%，其中3 大糧食作物的氮肥、磷肥和鉀肥利用率分別為33%、24%和42%。從2018 年的數(shù)據(jù)來看，有69%的試驗點水稻的氮肥利用率高于2013 年的，有62%的試驗點水稻鉀肥的利用率高于2013 年的?？傮w而言，目前湖南省主要作物水稻、油菜和玉米的氮、鉀肥料利用率較2013年有所提高，磷肥利用率有所下降。

氮肥利用率的提高與近年來有機肥的施用、秸稈還田和綠肥的推廣應用以及推薦施肥項目的開展有關。研究表明，綠肥與化肥配施或秸稈還田條件下，作物肥料利用率較單施化肥條件下均有不同程度地提高。陳正剛等[9]研究發(fā)現(xiàn)，綠肥與化肥配施玉米的氮肥利用率可提高3.2%；楊濱娟等[10]研究也表明，綠肥與化肥配施水稻氮肥利用率可提高8%左右。不同地區(qū)的研究表明，秸稈還田條件下，作物氮肥利用率平均可提高4%～10%[11-12]。

3 種作物的磷肥利用率與2013 年相比呈下降趨勢，原因可能與土壤供磷水平整體上升有關，因此建議未來一段時間湖南地區(qū)可適當減少磷肥施用量。

試驗結果還顯示，作物肥料利用率地區(qū)間差異明顯，表明土壤類型、基礎地力和環(huán)境養(yǎng)分仍是影響作物肥料利用率的主要因素。土壤養(yǎng)分作為作物生長重要的營養(yǎng)來源，是養(yǎng)分管理的重點之一。環(huán)境中的一些養(yǎng)分能通過大氣干濕沉降、灌溉水、生物固氮等途徑進入作物生產系統(tǒng)，它們也是作物生長所需養(yǎng)分資源的重要組成部分。農戶需要在充分利用土壤養(yǎng)分和環(huán)境養(yǎng)分的基礎上，均衡施用化肥，減少化肥的損失及其向環(huán)境的排放，才能實現(xiàn)提高肥料利用效率的長遠目標。在當前的生產條件下，肥料用量的選擇也需綜合考慮土壤肥力和環(huán)境養(yǎng)分來源，重新制定推薦指標。鑒于土壤肥力是一個不斷變化的指標，今后需要在不同生態(tài)區(qū)域、不同類型土壤開展更深入地肥料利用率調查工作，以期進一步因地制宜地科學合理施肥。