专题——小麦化肥减施
【目的】明确我国主要麦区农户小麦施肥存在的问题及减肥潜力,为科学施肥、合理减肥提供依据。【方法】连续3年对我国主要麦区的小麦种植户进行施肥调研和取样,基于农户产量、养分需求量和土壤养分供应水平对其施肥状况和减肥潜力进行评价和分析。【结果】我国主要麦区农户小麦产量和生物量平均为6.0和13.2 t·hm -2,二者极显著线性相关。小麦产量与施肥量和土壤养分无显著相关。我国小麦氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）肥用量平均分别为191.1、112.8和53.4 kg·hm -2,春麦区农户氮、磷和钾肥用量平均分别为171.7、108.9和10.6 kg·hm -2,旱作区分别为154.3、111.8和32.6 kg·hm -2,麦玉区分别为236.4、128.1和74.0 kg·hm -2,稻麦区分别为177.5、77.0和71.8 kg·hm -2。就施氮量而言,春麦区过量施氮的农户较少,为34%,其次是麦玉区、稻麦区和旱作区,分别为42%、55%和63%;产量较低的农户是氮肥减施的重点,减氮潜力最高达43.6%,平均需减氮2.3—135.5 kg·hm -2。过量施磷问题比较突出,各麦区施磷过量的农户分别占63%、87%、68%和57%,即使小麦高产时,仍有超过50%的农户施磷过量;各麦区不同产量等级的农户均需减施磷肥,减磷量平均为3.8—91.1 kg·hm -2,旱作区减磷潜力最大,达55.6%。施钾状况因麦区而异,在春麦区,主要问题是施钾不足,占84%,平均需增施钾肥22.8 kg·hm -2;旱作、麦玉和稻麦区,减钾潜力分别达43.2%、25.7%和56.0%;产量较低的农户是减钾的重点,平均需减钾31.7—45.9 kg·hm -2。【结论】我国农户施肥状况和减肥潜力因农户产量和麦区不同存在差异,中低产农户过量施肥问题较为严重,应注意根据产量适量减少施用氮、钾肥,所有农户均需警惕磷肥过量投入问题,其中旱作区氮、磷肥减施潜力最高,稻麦区减钾潜力最高。
【目的】明确我国主要粮食作物秸秆及其养分资源特征,为秸秆肥料化利用、化肥合理减施及农业绿色生产提供科学依据。【方法】基于《中国统计年鉴》和文献资料数据,估算我国水稻、小麦和玉米秸秆及其养分资源量,分析秸秆和养分资源区域分布特征、养分资源当季释放量以及小麦生产中化肥减施量。【结果】通过文献数据加权估算,我国水稻、小麦和玉米的草谷比分别为1.01、1.14和1.25。2014—2018年,我国三大粮食作物秸秆年均产量为65 386.6万t,其中水稻、小麦和玉米秸秆产量分别占32.3%、22.7%和45.0%。秸秆资源量的73.3%分布在我国华北、长江中下游和东北农区,其中水稻秸秆主要集中在长江中下游农区（50.7%）、小麦秸秆主要集中在华北农区（59.0%）、玉米秸秆主要集中在东北农区（33.7%）和华北农区（30.4%）。我国水稻、小麦和玉米秸秆氮素（N）平均含量分别为0.78%、0.64%和0.85%,磷素（P2O5）平均含量分别为0.42%、0.27%和0.53%,钾素（K2O）平均含量分别为2.31%、1.53%和1.59%,秸秆总养分含量（N+P2O5+K2O）表现为水稻>玉米>小麦。三大粮食作物秸秆养分资源年均量为509.8万t（N）、284.7万t（P2O5）和1 183.0万t（K2O）,不同农区总养分量分布表现为长江中下游（26.0%）>华北（25.4%）>东北（21.3%）>西北（11.1%）>西南（10.5%）>东南（5.6%）。我国水稻、小麦和玉米秸秆还田氮素当季释放率分别为54.9%、51.4%和61.9%,磷素当季释放率分别为60.9%、65.3%和73.0%,钾素当季释放率分别为90.1%、93.3%和92.3%,表现为钾>磷>氮。三大粮食作物秸秆还田养分当季归还量（化肥可替代量）年均值为294.0万t（N）、194.1万t（P2O5）和1 083.9万t（K2O）,总量为1 572万t,其中以玉米秸秆养分（N+P2O5+K2O）当季归还量最高,占当季养分总归还量的44.6%。秸秆还田对我国小麦生产具有较高化肥替代潜力,在小麦一年一作区,小麦秸秆全量还田理论上可替代4.6 kg N·hm -2、7.8 kg P2O5·hm -2和65.3 kg K2O·hm -2的化肥投入量;小麦玉米轮作区,玉米秸秆全量还田理论上可替代小麦生产季39.4 kg N·hm -2、28.9 kg P2O5·hm -2和109.9 kg K2O·hm -2的化肥投入量;稻麦轮作区,水稻秸秆全量还田理论上可替代小麦生产季29.9 kg N·hm -2、17.8 kg P2O5·hm -2和145.1 kg K2O·hm -2的化肥投入量。【结论】我国水稻、小麦和玉米秸秆年均产量分别为21 141.5万t、14 843.1万t和29 402.0万t,总量为65 386.6万t。三大粮食作物秸秆全量还田养分当季释放量为294.0万t（N）、194.1万t（P2O5）和1 083.9万t（K2O）。70%以上秸秆资源和养分当季释放量集中在长江中下游、华北和东北地区。小麦生产区,前茬作物秸秆全量还田理论上可替代 4.6—39.4 kg N·hm -2、7.8—28.9 kg P2O5·hm -2和65.3—145.1 kg K2O·hm -2的化肥投入量。
【目的】明确我国春小麦养分管理的主要问题,因地制宜地提出不同省（区）春小麦化肥有机替代的技术途径,为春小麦生产化肥零增长和可持续发展提供参考。【方法】通过农户实地调研与农户调研文献资料收集的2 166组数据,比较分析不同省（区）春小麦养分管理存在的问题。通过国家统计局网站2018年公布的最新牲畜数量、春小麦播种面积和产量等数据,利用已发表文献关于牲畜粪、秸秆和绿肥作物的养分含量,定量化分析春小麦主要省（区）的化肥有机替代潜力,结合气候、土壤和有机资源现状,提出适宜不同省（区）春小麦有机替代途径。【结果】化学氮肥和磷肥施用过量、钾肥和有机肥施用不足是我国春小麦养分管理存在的主要问题,其中尤以内蒙古西部和宁夏黄灌区氮肥过量施用最为严重。春麦区大牲畜和羊的数量约占全国的1/3和1/2,牲畜粪提供的氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）养分量分别为238.6×10 4、57.6×10 4和141.0×10 4 t·a -1,牲畜粪N、P2O5和K2O在春小麦上的有机替代潜力分别为78.2%、48.1%和43.1%。春麦区秸秆还田总量折合410.2×10 4t,单位面积麦田氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）可还田量分别为11.4、2.5和31.9 kg·hm -2,通过秸秆还田N、P2O5和K2O当季有机替代潜力分别为4.9%、3.3%和22.7%。通过绿肥进行春小麦有机替代,绿肥的养分如充分释放完全可以满足春小麦对氮、磷、钾养分的需求。【结论】针对我国春小麦化肥过量和不合理施用的问题,可以通过牲畜粪肥、秸秆还田和种植绿肥三大有机替代途径加以解决。其中,牲畜粪肥在春小麦上N、P2O5和K2O的有机替代潜力分别为78.2%、48.1%和43.1%;秸秆还田N、P2O5和K2O当季有机替代潜力分别为4.9%、3.3%和22.7%;绿肥的养分如充分释放完全可以实现春小麦化肥氮、磷、钾的有机替代。不同省区在选择有机替代方式时应从资源、成本和技术等角度综合考虑。
【目的】通过5年连续监测有机肥、生物有机肥替代化肥对旱地小麦产量、养分利用、经济及土壤环境的影响,以期为旱地小麦科学高效生产提供施肥依据。【方法】于2013—2018年在山西省洪洞县旱地麦田试验区,通过农户施肥（FP）、测控施肥（OF）、有机肥替代化肥（OFM）和生物有机肥替代化肥（OFB）4个处理,分析有机肥替代化肥对黄土旱塬冬小麦产量构成,经济效益,养分吸收转移特征,肥料利用效率,土壤环境等的影响。【结果】（1）与FP处理相比,OFM、OFB处理5年平均减施化肥氮素35%,籽粒产量显著提高17.2%—21.4%、纯收入显著提高44.3%—54.7%;与OF处理相比,OFM、OFB处理5年平均替代化肥氮素40%,增加了公顷穗数和千粒重,籽粒产量显著提高6.0%—9.8%,纯收入显著提高12.9%—21.0%。（2）OFM、OFB处理与OF处理相比,籽粒氮含量显著提高9.6%—12.8%,磷含量显著提高12.5%—17.9%;籽粒氮、磷、钾的花前营养器官转移量与花后土壤吸收量均有所提高,特别是促进了籽粒中氮、磷素的花后土壤吸收量,分别显著提高了48.8%—50.5%,70.5%—76.2%。（3）与OF处理相比,OFM处理的钾肥农学效率和偏生产力显著提高33.9%和6.2%。OFB处理的氮、磷肥的表观回收率显著提高48.6%和65.5%,氮、钾肥的农学效率显著提高71.3%和51.3%,偏生产力显著提高20.3%和10.0%。（4）经过5年的有机肥、生物有机肥替代化肥处理,土壤肥力（有机质, 全氮, 有效磷, 速效钾）有所提高,表层土壤硝态氮残留显著减少9.6%—23.0%,且2 m土层硝态氮无明显淋溶现象。【结论】有机肥、生物有机肥替代化肥可以提高小麦籽粒对氮、磷、钾的吸收,促进氮、磷素的花后土壤吸收,提高肥料的利用效率,显著降低土壤硝态氮残留量,有助于提升土壤肥力,最终获得较高的经济和环境效益,是旱地麦田高效持续生产和发展绿色农业的一项重要措施。
【目的】有机肥替代是在维持作物产量的同时减少化学氮肥用量的关键措施之一。然而,有机肥替代化学氮肥的小麦产量效应、环境代价和经济效益的复杂联系尚不清楚。本研究通过系统分析,量化了有机肥替代的农学、环境和经济效应,旨在为有机肥替代技术在我国小麦生产中的应用提供参考。【方法】本研究利用文献调研方法,对2019年12月前经同行评议发表的涉及有机肥替代化学氮肥在小麦生产上应用的文献通过Meta分析,从农学、环境和经济角度评估有机肥替代的综合效益。【结果】有机肥替代处理在化学氮肥用量平均减少43%的条件下,未降低小麦产量。有机肥替代比例对小麦产量有巨大影响。在替代化肥比例<15%和15%—30%时,有机肥替代处理分别增产8%和5%,而在替代化肥比例>30%时,未显著增产。小麦生产的净经济效益受替代比例和替代有机肥类型影响。当有机肥替代比例<30%时,净经济效益无显著性差异;而当替代比例>45%时,牛粪和商品有机肥作为替代有机肥时,净经济效益减少18%和68%。有机肥替代使小麦生长季的NH3挥发减少24%、小麦收获期的土壤硝酸盐残留量减少16%,但使小麦生长季的N2O排放量增加了32%。进一步分析可知,土壤性质、有机肥类型、气候条件、试验持续年限、产量和施肥水平均可调控有机肥替代的小麦产量效应。与单施化肥相比,有机肥替代处理在SOM>15 g·kg -1时显著增产4%,而在SOM≤15 g·kg -1时无增产效应,在土壤pH<7时增产8%、而在土壤pH>7时无增产效应。当鸡粪、猪粪和商品有机肥作为替代有机肥时,有机肥替代处理分别增产6%、6%和4%,而牛粪作为替代有机肥时无增产效应。有机肥替代处理在年降雨量>600 mm区域显著增产4%,而在≤600 mm区域无增产效应。在年平均气温>15℃区域增产5%,而在年平均气温<15℃区域无增产效应。有机肥持续应用>10年增产6%,而在<10年无增产效应;在高施氮量条件下有机肥替代使小麦产量显著增加4%,而在中、低施氮量条件下无增产效应。在低产水平下有机肥替代使小麦产量显著增加9%,而在中、高产下有机肥替代无增产效应。【结论】有机肥替代处理在化学氮肥用量平均减少43%的条件下,未降低小麦产量,在维持小麦产量的同时有大幅减少化学氮肥用量和氮损失的潜力,但未增加净经济效益。应用合理的化学氮肥替代量、有机肥类型在降水充足和高温区域更易发挥有机肥替代的增产效应。
【目的】明确宁夏引黄灌区春小麦氮、磷、钾肥的施用现状及需求情况,为合理施肥和科学减施化肥提供理论依据。【方法】通过农户调查和田间小区试验,分析宁夏引黄灌区春小麦产量水平及氮、磷、钾肥施用情况,阐明不同氮、磷、钾水平对春小麦产量构成及氮、磷、钾养分需求的影响。【结果】农户调查结果表明,宁夏引黄灌区春小麦产量平均为（6 985±867）kg·hm -2,偏高产及高产农户比例达82.7%;随着产量水平提高,氮、磷肥施用量和过量施肥量均呈降低趋势,钾肥施用量总体不足。平均来看,氮、磷、钾施用量分别为294、162和49 kg·hm -2;97.1%的农户氮肥投入过量,过量施氮量为69—114 kg·hm -2;20.5%的农户磷肥投入过量,过量施磷量为18—42 kg·hm -2;钾肥投入总体不足,比推荐施钾量少30—51 kg·hm -2。氮肥试验结果表明,当施氮量在120—240 kg·hm -2时,地上部生物量、籽粒产量、收获指数、穗粒数均显著增加,并在施氮量180 kg·hm -2时达到最高,此时籽粒吸氮量、吸磷量和吸钾量亦达到最大,分别为168.2、23.9和23.2 kg·hm -2;随施氮量增加,氮收获指数无显著变化,平均值为56.5%,磷收获指数呈增加趋势,钾收获指数表现为下降趋势。施氮180 kg·hm -2时,春小麦氮素需求量达45.8 kg·Mg -1,比对照增加19.6%;磷需求量从不施氮的6.0 kg·Mg -1显著降到高量施用氮肥（240 kg·hm -2）的5.3 kg·Mg -1,而钾需求量则从42.6 kg·Mg -1增加到49.7 kg·Mg -1。磷肥试验结果显示,施用磷肥时春小麦千粒重和收获指数明显增加,但地上部生物量和穗粒数均明显降低,因此籽粒产量无明显差异,平均为5 446 kg·hm -2。施用磷肥可显著提高籽粒吸氮量、氮素收获指数和氮素需求量,平均值分别为141.6 kg·hm -2、54.5%和25.9 kg·Mg -1,分别比不施磷肥提高28.6%、27.9%、26.2%;施用磷肥亦可促进磷素向籽粒转移并提高磷收获指数,籽粒吸磷量和磷收获指数分别比不施磷肥提高15.9%和15.2%,磷需求量呈增加趋势,但未达显著水平。 钾需求量随施磷量增加显著降低,从不施磷的68.1 kg·Mg -1降到施磷120 kg·hm -2的49.7 kg·Mg -1。钾肥试验结果发现,施钾量对生物量,籽粒产量,收获指数,每公顷穗数,籽粒氮、磷、钾含量均无显著影响,但高量施钾（75 kg·hm -2）可显著减少穗粒数,增加千粒重和氮、磷、钾收获指数,穗粒数比对照下降9.1%,千粒重比对照增加7.6%,氮、磷、钾收获指数分别可达57.2%、73.5%、7.3%。施钾60 kg·hm -2时,氮、磷、钾需求量均达最高,分别为55.3、5.5、57.6 kg·Mg -1,而高量施钾（75 kg·hm -2）时,氮和钾需求量显著降低20.6%和13.7%。可见适量施钾可提高氮、钾需求量,而高量施钾则降低氮、钾需求量。【结论】减少氮肥、调控磷肥、适当增加钾肥依然是宁夏引黄灌区春小麦化肥结构调整的主要方向。春小麦氮需求量为38.3—57.2 kg·Mg -1,在适量施用氮、磷、钾肥时可显著增加;磷需求量为5.1—6.0 kg·Mg -1,随氮肥用量增加而降低,对磷、钾肥无显著响应;钾需求量为42.6—68.1 kg·Mg -1,随施氮量增加呈升高趋势,随施磷量增加呈降低趋势,在高量施钾时显著降低。推荐氮肥适宜用量为120—180 kg·hm -2,比农户平均施氮量减少25%—60%;磷肥用量在48—96 kg·hm -2时,更有利于稳定春小麦产量并促进氮、磷向籽粒的转移,比农户平均用量减少40.7%—70.3%;钾肥用量在0—60 kg·hm -2时可稳产增质,在现有施肥水平上适量增加即可。
