全 文 ：Vol. 30 , No. 11
pp. 1108 - 1112 Nov. , 2004
作 物 学 报
ACTA AGRONOMICA SINICA
第 30 卷 第 11 期
2004 年 11 月 1108～1112 页
黄土高原旱地小麦多年定位施用化肥的产量效应分析
郝明德1 王旭刚2 党廷辉1 李丽霞2 高长青3 Ξ
(1 中国科学院水利部水土保持研究所 , 陕西杨凌 712100 ; 2西北农林科技大学资源与环境学院 , 陕西杨凌 712100 ;3 长武县农技中心 , 陕西长武
713600)
摘 要 以已进行 18 年的小麦长期肥料定位试验为背景 ,研究了长期施用化肥条件下小麦的增产效应及其对小麦吸收
养分量的影响。结果表明 :单施氮肥对小麦有增产作用 ,可以提高小麦籽粒的含氮量 ;18 年施用氮肥平均增产 1 08015
kgΠhm2 ,增产率达 8512 % ;单施磷肥无明显的增产作用 ,平均减产率为 312 % ,但可提高小麦籽粒的含磷量 ;氮磷配施有明
显的增产作用 ,N、P配施增产率达 14016 % ,在 N、P配施基础上施用钾肥增产率仅为 218 % ,无明显的经济效益 ,从养分平
衡角度应考虑 N、P、K的配合施用。
关键词 旱地小麦 ;长期施肥 ;产量效应
中图分类号 : S512
Analysis of Long2term Fertilization Effect on Yield of Wheat in Dry2land on Loess
Plateau
HAO Ming2De1 , WANG Xu2Gang2 , DANG Ting2Hui1 , LI Li2Xia2 , GAO Chang2Qing3
(1 Institute of Soil and Water Conservation , Chinese Academy of Science and Ministry of Water Resources , Yangling 712100 , Shaanxi ; 2Northwest Science & Techno2
logy University of Agriculture and Forestry , Department of Natural Resource and Environment , Yangling 712100 , Shaanxi ; 3 Changwu Agriculture Technology Exten2
sion Center , Changwu 713600 , Shaanxi , China)
Abstract This experiment has been carried out for 18 years to study the effect of fertilization on wheat yield and nutrient
absorption1 The single application of nitrogenous fertilizer can increase the wheat yield and the N content of wheat seeds1
The average yield increase was 1 08015 kgΠha and the increase rate was 8512 % in 18 years1 The single application of
phosphorus fertilizer had no obviously yield increase effect , and yield decrease rate was 312 % , but the P content of seeds
was increased1 The combined application of N with P had the significant yield increase effect and the increase rate was
14016 %1 The yield increase rate by combined K with N and P was not obviously , and the increase rate was 218 % , but
this application way should be applied in view of nutrient balance1
Key words Dry2land wheat ; Long2term fertilization ; Yield effect
黄土高原传统农业以人畜粪尿为主要肥源 ,施
用有机肥是作物营养元素供应的主要途径之一 ,通
过夏季休闲、豆麦轮作和施用有机肥维持小麦 1 200
kgΠhm2 左右的产量水平 ,这种营养元素平衡模式与
传统农业的低生产力水平相适应[1 ,2 ] 。20 世纪 80
年代以来 ,随着化肥工业的兴起 ,人们通过大量施用
化肥提高粮食的产量 ,化肥在粮食生产中发挥了巨
大作用[3 ] 。黄土高原传统农业中的养分由单施农家
肥逐渐转向以化肥供应为主[4 ] ,但大量使用化肥造
成资源浪费 ,并对土壤生态环境带来了潜在危害。
本文研究了黄土高原旱地长期施用化肥条件下小麦
的增产效应及对小麦养分吸收量的影响 ,以期为科
学施肥提供依据。
1 研究地区概况与研究方法
试验位于黄土高原中南部的陕西省长武县 ,农
业生产全部依赖天然降水 ,属典型的旱作农业区 ,常
年平均降水 57815 mm ,年均气温 911 ℃,无霜期 171
d。1984 - 2002 年试验期间年平均降水 54814 mm ,
是历史上少有干旱频发期 ,特大干旱年数次出现 ,以Ξ基金项目 : 中国科学院知识创新方向性项目 ( KZCX22413) ; 国家科技攻关 (2001BA508B18) CERN 项目。
作者简介 : 郝明德 (1957 - ) ,男 ,研究员 ,博士生导师 ,从事土壤肥力与黄土高原综合治理研究。
Received(收稿日期) :2003208205 ,Accepted (接受日期) : 20032122011
1995 年干旱最为严重 ,降水仅 296 mm ,占常年平均
降水的 5017 % ,造成大面积绝收。为了便于分析 ,
我们采用“生产年”概念划分不同降水年型[5 ] ,即从
上季小麦收获后的 7 月至翌年的 6 月为小麦生产
年 ,以生产年平均降水量增减在 10 %以内为常态年 ,
减少 10 %以上为干旱年 ,增加 10 %以上为丰水年。
在试验进行的 18 年中 (图 1)常态年有 9 年 ,占 50 % ,
干旱年有 5 年 ,占 2718 % ,丰水年有 4 年 ,占 2212 %。
图 1 小麦生产年降水情况
Fig11 Precipitation condition in wheat2production year
1 丰水年 :63614 mm以上 ;2 常态年 :63416 mm～52016 mm ;3 干旱年 :52016 mm以下。
11Rich year :above 63614 mm ;21Normal year :63416 - 52016 mm ;31Dry year : below 53016 mm.
1984 年开始进行长期施肥定位试验 ,试验地土
壤属黄盖黏黑垆土 ,母质是深厚的中壤质马兰黄土 ,
全剖面土质均匀疏松 ,通透性好 ,肥力中等 ,耕层土
壤 (1984 年秋季试验开始时的分析值) 有机质 1015
gΠkg ,全氮 0177 gΠkg ,碱解氮 3710 mgΠkg ,全磷 0166 gΠ
kg ,有效磷 212 mgΠkg ,速效钾 12319 mgΠkg。
小麦长期连作施肥试验处理包括 (1) CK; (2) N
(N 90 kgΠhm2 ) ; (3) P ( P 3916 kgΠhm2 ) ; (4) NP (N 90
kgΠhm2 ,P 3916 kgΠhm2 ) ; (5) NPK (N 90 kgΠhm2 ,P 3916
kgΠhm2 ,K 75 kgΠhm2 ) ,试验小区面积 2212 m2 ,3 次重
复 ,随机排列。氮素化肥为尿素 ,磷肥为过磷酸钙 ,
钾肥为硫酸钾 ,于作物播种前撒施地表 ,翻入土中。
供试小麦品种 1984、1985 年用秦麦 4 号 ,1986 - 1995
年用长武 131 ,1996 年以后用长武 134 ,播种期为 9 月
中、下旬 ,收获期为 6 月中、下旬 ,田间管理同大田。
2 结果与分析
211 施肥对小麦的增产效应
N、P、K是植物生长所必需的营养元素 ,缺乏时
影响植物的生长发育 ,施肥是补给作物营养元素的
有效方法 ,施用化肥有较好的增产作用。18 年长期
定位施用化肥的增产效应显著 (图2) ,不同降水
图 2 施用化肥的产量变化
Fig12 Yield variation under fertilizer application
9011 11 期 郝明德等 :黄土高原旱地小麦多年定位施用化肥的产量效应分析
年型不同肥料的增产机率及增产作用相差较大 (表
1、表 2) ,18 年单施氮肥增产机率达 8819 % ,平均增
产 1 08015 kgΠ(hm2·a) ,增产率达 8512 % ;单施磷肥
增产机率达 3313 % ,平均减产 312 % ;N、P 和 N、P、K
配施增产机率达 100 % , N、P 配 施 平 均 增 产
1 78413 kgΠhm2 ,平均增产率达 14016 % ;N、P、K配施 平均增产 1 87015 kgΠhm2 ,平均增产率达 14714 % ,在氮磷化肥基础上施用钾肥平均增产 8612 kgΠhm2 ,平均增产率 218 %。从不同降水年型施肥的增产作用看 ,干旱年份更应注意 N、P 化肥的配合施用 [6 ] ,才能取得较好的经济效益 ,从植物2土壤生态系统养分平衡角度应考虑 N、P、K化肥的配合施用。
表 1 18 年连作旱地小麦施用化肥的增产机率
Table 1 Yield increasing percentage of wheat under fertilization in the dry land for 18 years
处理
Treatment
年数
No1 of years 增产机率Yield increaseprobability 常态年Normal2year 干旱年Dry2year 丰水年Abundant precipitation year年数
No1 of years 增产机率Yield increaseprobability 年数No1 of years 增产机率Yield increaseprobability 年数No1 of years 增产机率Yield increaseprobability
CK
P 6 3313 4 4414 1 20 1 25
N 16 8819 9 100 3 60 4 100
NP 18 100 9 100 5 100 4 100
NPK 18 100 9 100 5 100 4 100
表 2 18 年连作旱地小麦施用化肥的增产效果
Table 2 Yield increasing effect after 182years continuously fertilization
处 理
Treatment
18 年平均
182year average 干旱年Dry2year 常态年Normal2year 丰水年Abundant precipitation year
产量
Yield
增产量
Yield
increase
% 产量Yield
增产量
Yield
increase
% 产量Yield
增产量
Yield
increase
% 产量Yield
增产量
Yield
increase
%
CK 1 26910 99613 1 35318 1 41819
P 1 22817 - 4013 - 312 95914 - 3619 - 317 1 39618 4310 312 1 18713 - 23116 - 1613
N 2 34915 1 08015 8512 1 45116 44513 4517 2 58313 1 22915 9018 2 94519 1 52710 10716
NP 3 05313 1 78413 14016 2 39314 1 39711 14012 3 41710 2 06312 15214 3 05918 1 64019 11517
NPK 3 13915 1 87015 14714 2 20416 1 20813 12113 3 47715 2 12317 15619 3 54716 2 12817 15010
212 肥料的肥效及贡献率
肥效以施用每公斤 N、P、K增产的小麦产量公
斤数表示。单施氮肥的肥效在干旱年为 419 kg ,常
态年为 1317 kg ,丰水年为 1710 kg ,18 年平均为 1210
kg ;单施磷肥的肥效较低且在不同降水年型差异较
大 ;氮磷配施时的磷肥效 (NP2N) 平均为 1218 kg ,干
旱年为 2318 kg ,常态年为 2111 kg ,丰水年较低 ,仅为
219 kg ,氮肥效 (NP2P)平均为 2013 kg ,干旱年为 1519
kg ,常态年为 2214 kg ,丰水年为 2018 kg。18 年平均
氮肥效高于磷肥效 ,只有在干旱年份时氮肥效低于
磷肥效 ,常态年两者较为接近 ,丰水年氮肥效远高于
磷肥效 ,氮磷配合施用是提高氮磷肥料利用率的有
效途径。在 N、P 基础上施钾肥在干旱年无效益 ,在
常态年肥效为 018 kg ,在丰水年肥效明显 ,为 615
kg。
一般把无肥区的产量视为土壤 (地力)对产量的
贡献 ,按下公式可计算出肥料对产量的贡献率 :
肥料对产量的贡献率 ( %)
=
施肥区产量 - 无肥区产量
施肥区产量 ×100 %
从不同肥料的贡献率可以看出 (图 3) ,多数年
份磷肥的贡献率为负值 ,氮肥在干旱年无效益 ,NP
配合施用有较高的贡献率 ,长期坚持施用氮磷化肥 ,
才能维持持久的生产力。
213 施肥对小麦产量性状的影响
不同降水年型对小麦的产量结构影响不同 ,普
遍表现为成穗数在干旱年较常态年减少 1714 % ,而
丰水年增加 22 % ;穗粒数有随降水增加而增加的趋
势 ,干旱年较常态年减少 312 粒 ,较丰水年减少 418
粒 ,常态年较丰水年增加 110 粒 ;千粒重在丰水年平
均 45162 g ,常态年平均 46154 g ,干旱年平均 44106
g ,常态年较干旱年增加 2148 g ,增加 513 % ,较丰水
年增加 0192 g ,增加 2 % ,不同施肥处理间的穗粒数、
成穗数、千粒重在不同降水年型间变化及对产量的
影响 ,有待进一步深入研究。
0111 作 物 学 报 30 卷
图 3 施用不同化肥的贡献率变化
Fig13 Contribution rate under different fertilizer application
表 3 不同降水年型施肥小麦产量结构性状的变化
Table 3 The variation of yield component of wheat within different precipitation years
处 理
Treatment
干旱年
Dry2year 常态年Normal2year 丰水年Abundant precipitation year
成穗数
(个Πhm2)
Spike
number
穗粒数
(个)
Spike and floret
number
千粒重
(g)
1 0002grain
weight
成穗数
(个Πhm2)
Spike
number
穗粒数
(个)
Spike and floret
number
千粒重
(g)
1 0002grain
weight
成穗数
(个Πhm2)
Spike
number
穗粒数
(个)
Spike and floret
number
千粒重
(g)
1 0002grain
weight
CK 23317 1413 4112 25713 2010 4415 31117 1911 4417
P 23513 1713 4219 25313 1719 4514 27118 1810 4518
N 22912 1615 4313 29916 2119 4716 35719 2217 4514
NP 26314 1915 4711 36816 2019 4616 44819 2618 4517
NPK 30118 1813 4518 35114 2114 4816 47613 2312 4615
214 肥料的施用量与小麦养分含量的关系
受降水、气温等因素的影响 ,不同降水年份植株
的养分含量相差较大 ,从 1994 年开始连续分析小麦
植株和籽粒的 N、P、K含量 ,表 4 是自 1994 - 2002 年
的平均值。可见施肥影响小麦植株的养分含量 ,施
磷使籽粒含 P 量增加 1212 % ,秸秆含 P 量增加了
2914 % ,但籽粒含N 量下降 612 % ,秸秆含N 量、含 K
量变化不大 ,籽粒含 K量增加了 514 % ;施氮显著增
加小麦籽粒、秸秆的含 N 量 , 小麦籽粒增加了
3516 % ,秸秆增加了 3014 % ,但籽粒、秸秆的含 P 量
分别下降了 2410 %和 1317 % ,秸秆的含 K 量增加
2 710 % ;N、P配施增加了小麦籽粒、秸秆含N量 ,但
表 4 施肥对小麦养分含量的影响
Table 4 Effect of fertilization on nutrient content in wheat
处理
Treatment
含氮量
Content of N
( %)
含磷量
Content of P
( %)
含钾量
Content of K
( %)
籽粒
Seed
秸秆
Stalk
籽粒
Seed
秸秆
Stalk
籽粒
Seed
秸秆
Stalk
CK 11476 01355 01296 01051 01277 11132
P 11385 01358 01332 01066 01292 11103
N 21001 01463 01225 01044 01270 11438
NP 11840 01471 01288 01049 01275 11305
NPK 11838 01488 01297 01054 01380 11423
籽粒含 P 量、含 K量却下降 ,秸秆含 P 量下降 ,含 K
量增加 ;施用 N、P 的小麦籽粒、秸秆含 P 量高于单
施 N 肥却低于单施磷肥。施用钾肥后籽粒、秸秆的
含 K量较 N、P 分别增加了 3812 %和 911 % ,籽粒含
N 量变化不大 ,秸秆含 N 量略有增加 ,籽粒、秸秆的
含 P 量增加了 311 %和 1012 %。
从 18 年肥料施入量、植株携走养分量的平衡关
系看 ,不施肥土壤的营养元素无法满足小麦的需要 ,
严重影响小麦生长 ,植株携带的营养元素少 ,N、P、K
皆出现亏缺。单施磷肥的植株吸 P 量明显增加 ,但
由于生物量增加有限 , 吸 P 增量占施入总量的
211 % ,造成 P 在土壤积累 ;单施氮肥使小麦吸 N 量
增加 85814 kgΠhm2 ,增加了 12916 % ,吸 N 增量占施
入 N 量的 53 % ,吸 P 量增加 4416 kgΠhm2 ,增加了
39 % ,单施 N 肥造成 P 素亏缺量增加了 3918 % ;N、P
配施则增产作用显著 ,小麦植株携走 N 量大于施入
量 ,并未在土壤中造成 N 素累积 ,N 素仍处于亏缺状
况 ,吸 P 量虽然增加 114 % ,但仍小于施 P 量 ,P 素在
土壤中处于盈余状态 ,小麦植株吸 K量较大 ,且无
钾肥投入 ,钾素一直处于亏缺状态。但由于黄土区
土壤属富钾土壤 ,在长期亏缺的情况下 ,仍有较好的
生产力 (表 5) 。
1111 11 期 郝明德等 :黄土高原旱地小麦多年定位施用化肥的产量效应分析
表 5 施肥对小麦养分吸收量及土壤存留量的影响
Table 5 Effect of fertilization on amount of nutrients absorbed by wheat and remained in the soil (kgΠhm2)
处理
Treatment
施肥量
Fertilizer application
小麦吸收量
Absorbed by wheat
土壤存留量
Remained in the soil
N P K N P K N P K
CK 0 0 0 66216 11414 1 09917 - 66216 - 11414 - 1 09917
P 0 71218 0 61018 12915 1 00317 - 61018 58313 - 1 00317
N 1 620 0 0 1 52110 15910 2 21216 9910 - 15819 - 2 21216
NP 1 620 71218 0 1 84519 24418 2 46310 - 22519 46810 - 2 46310
NPK 1 620 71218 1 350 1 90311 26316 2 73518 - 28311 44912 - 1 39112
3 讨论
311 不同肥料在不同降水年型的增产机率和作用
不同。氮肥的增产机率和增产作用较大 ,磷肥效益
较差 ,N、P 配施效果较好 ,尤其在干旱年份效益显
著。关于磷肥的有效性研究始于上世纪 40 年代 ,大
部分磷肥试验未表现出明显肥效 ,原因是传统农业
以有机肥为肥源 ,与低生产力水平相适应。随着作
物高肥品种的出现以及产量大幅度提高 ,作物对磷
的需要量增加 ,土壤缺磷日益严重 ,20 世纪 50 年代
彭琳先生首先提出“磷肥在石灰性土壤施用有效”的
观点及氮磷配合施用的方法和技术 ,全国第二次土
壤普查结果表明 ,陕西省 75 %以上农田土壤缺磷 ,
磷肥施用有明显增产效果[7 ] 。80 年代以来 ,农业生
产系统中氮、磷养分供应已由农家肥转向以化肥为
主 ,磷肥施用量远远超过作物吸磷量 ,磷肥利用率
低 ,大量的磷以不同形态在土壤中累积 ,又极易被土
壤吸附[8 ] ,90 年代初期磷素在农田土壤中开始富
余 ,现阶段大多数农田土壤有效磷含量接近或超过
20 mgΠkg 水平[9 ] ,但在生产中仍然沿袭 80 年代施磷
标准 ,施量普遍偏大 ,增产效应不明显 ,甚至出现负
效应。
312 不同降水年型对小麦产量结构的影响不同 ,普
遍表现为干旱年成穗数、穗粒数和千粒重减少或下
降。
313 黄土高原目前的氮肥用量较为合理 ,磷肥用量
偏高 ,应更注意其合理施用 ,从养分平衡角度应多考
虑钾肥的适量施用。
References
[ 1 ] Li Y2S(李玉山) , Su S2M(苏陕民) . Efficient Ecological and Economic
System in Wangdong Watershed of Changwu County(长武王东沟高效
生态经济系统综合研究) . Beijing : Scientific and Technical Docu2
ments Publishing House ,1991(in Chinese)
[2 ] Hao M2D(郝明德) , Liang Y2L (梁银丽) . Study on Structure ,Function
and Regulating Principle and Technique of Changwu Agricultural Ecosys2
tem(长武农业生态系统结构、功能及调换原理与技术) . Beijing :
Weather Publishing House ,1998 (in Chinese)
[3 ] Chen L2S(陈伦寿) . Principle of Fertilization in Field and Practice (施
肥理论与实践) . Beijing :Agriculture Press , 1984. 7 - 19(in Chinese)
[4 ] Lu R2K(鲁如坤) , Liu H2X(刘鸿翔) ,Wen D2Z(闻大中) , Qin S2W
(钦绳武) , Zheng J2Y(郑剑英) ,Wang Z2Q(王周琼) . Study on nutri2
ent cycling and balance in agricultural eco2system in typical areas in
China Ⅰ. Bulletin of Soil (土壤通报) , 1996 ,27 (4) : 145 - 151 (in
Chinese)
[5 ] Hao M2D(郝明德) , Dang T2H (党廷辉) . High yield and dry2resistant
techniques of winter wheat in different hydrological year. Bulletin of Soil
and Water Conservation (水土保持通报) , 1995 , (6) :2 - 5 ( in Chi2
nese)
[6 ] Li Y2S(李玉山) . Fluctuation of yield on high2yield field and desiccation
of the soil on dryland. Acta Pedologica Sinica (土壤学报) ,2001 ,38
(3) :353 - 356(in Chinese)
[7 ] Peng L (彭琳) , Peng X2L (彭祥林) . Studies on contents distribution
forms and transformation of soil phosphorus and the rational application of
phosphorus fertilizer in loessial region. Acta Pedologica Sinica (土壤学
报) , 1989 , 26 (4) : 344 - 352
[8 ] Peng L (彭 琳) , Dang T2H(党廷辉) . Study on Structure ,Function and
Regulating Principle and Technique of Changwu Agricultural Ecosystem
(长武农业生态系统结构功能及调控原理与技术) . Beijing :
Weather Publishing House ,1998. 89 - 119(in Chinese)
[9 ] Wang X2G(王旭刚) , Hao M2D(郝明德) , Zhang C2X(张春霞) , Wei
X2R (魏孝荣) . Study on soil nutrient variation of Wangdonggou small
valley. Research of Soil and Water Conservation (水土保持研究) ,
2003 , 10 (1) :81 - 84
2111 作 物 学 报 30 卷