全 文 ： * ?甘肃省农牧厅项目“平衡配套施肥技术示范推广”资助
收稿日期 : 2004-10-23 改回日期 : 2004-11-30
甘肃省农田氮磷钾养分平衡状况探析 *
张树清
(中国农业科学院土壤肥料研究所 北京 100081)
摘 要 对甘肃省农田 N、P、K 养分平衡状况分析结果表明 , 甘肃省农田 N、P、K 养分平衡状况为 N、P 盈余 ,而 K
素亏损。
关键词 农田 N、P、K 养分平衡
Farmland nutrient balance of nitrogen, phosphorus and potassium in Gansu . ZHANG Shu-Qing( Institute of Soil and
Fertilizer, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China) , CJEA ,2006,14(1) : 112～114
Abstract The farmland nutrient balance of nitrogen, phosphorus, and potassium in Gansu Province was studied and the
results show that N , P in this region are surplus, K is at a loss .
Key words Farmland; Nitrogen, phosphorus and potassium; Nutrient balance
(Received Oct . 23, 2004; revised Nov . 30, 2004)
1 研究区域概况与研究方法
甘肃省总耕地面积 348.1 万 hm2 , 粮食作物主要种植小麦、玉米、马铃薯、糜谷、水稻等 , 播种面积约
288. 80万 hm2 ,占总播种面积的 82.96% ; 经济作物为油菜、胡麻、棉花、甜菜、烟叶等 , 种植面积 49. 32 万
hm2 ,占总播种面积的 14. 17% ;瓜果、蔬菜等作物播种面积占 2. 87% [ 1] ,复种指数平均为 105%。20世纪 60
年代中期以前该省农田 N、P、K 投入主要靠施用农家肥 , 粮食及其他作物产量水平很低。70～80年代随 N
肥用量的增加及配施少量 P 肥 ,农作物产量大幅提高 , 特别是进入 80 年代以后推广“配方施肥”, 提倡“N、P
配合 ,重施 P 肥”, 调整 N、P 养分比例 ,使施肥更加合理化、科学化。进入 20世纪 90年代 N、P 肥用量大增 ,
化学 K 素投入少 , K 素循环一直完全依赖于有机肥 ,导致局部地域或高产经济蔬菜作物种植区农田 N、P 表
观盈余、K 素亏缺 ,并在某些作物上表现出缺 K 症状。本研究通过查阅甘肃省历年经济统计年鉴 ( 1949～
2000年 )和甘肃省土壤肥料工作站、能源环境站、畜牧局有关统计上报资料 ,并开展典型农户调查与采样 , 测
定肥料、植株 N、P、K 含量[ 2 ,3] ,统计分析甘肃省农田 N、P、K 养分平衡状况。
2 结果与分析
2 . 1 农田养分平衡对土壤养分的影响
农田养分平衡包括养分投入、养分携出和养分盈亏 3 个方面 , 计算农田系统养分平衡时一般认为化肥、
有机肥及作物收获物中的养分最为主要 ,也相对易于得到较准确数据[ 4 ,5] 。由表 1可知 1980年甘肃省农田
随作物带走的 N、P、K 分别为 15. 07万 t、6.41万 t 和 14. 78万 t,养分比例 N∶P2 O5∶K2 O 为 1∶0.43∶0. 98,而
有机肥和化肥投入的 N、P、K 养分量分别为 18. 36万 t、6. 15万 t和 7.61万 t,养分比例为 1∶0. 33∶0. 41。N
盈余 21.83% , P、K 亏损 4.06%和 48.51%。1990年作物产量大幅提高 ,约为 1980年作物产量的 2倍 ,通过
施肥投入土壤的 N、P、K 养分数量也大幅增加 , N、P 肥用量已超过作物对 N、P 的需求量 , N 投入 39. 29万 t,
盈余 16.47万 t,为需 N 量的 72.2% ; P 投入 12.80万 t,盈余 3.05万 t,为需 P 量的 31. 3%。随作物产量的
提高 , K 素亏损更加严重 , 亏损量达 12. 63万 t, 1990年作物携出养分 N∶P∶K 为 1∶0.43∶0. 98,投入养分比例
为 1∶0. 33∶0.25。1995年前作物产量增幅较小 ,但 N、P、K 肥料投入量急增 , N、P 肥投入分别为 44. 66 万 t、
27.16万 t,较作物需求呈较大幅度盈余 , 其中 N 盈余 101. 44% , P 盈余 187. 10% , K 仍呈亏损状态 ,有机肥、
化肥投入养分比例为 1∶0.61∶0. 24。1999年作物产量增加 , 作物对养分需求量增加 ,但由于及时调整肥料用
第 14 ?卷第 1期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .14 No .1
2 0 0 6 ?年 1 月 Chinese Journal of Eco-Agriculture Jan ., 2006
量及比例 , N、P、K 养分总量增加变化较小 , 其投入量分别为 46.90万 t、31. 52 万 t、12.27万 t, N∶P2O5∶K2 O
为 1∶0. 67∶0.26,比例基本合理 ; 作物 N、P、K 需求量分别为 27.58万 t、11. 74 万 t、27.14万 t, N∶P2O5∶K2 O
为 1∶0. 43∶0.98, N、P 仍盈余 , K 素始终处于亏损 , 这主要是自 20世纪 80年代以来大力提倡科学配方施肥 ,
增施 P 肥 , 注重 N、P 比例 ,而忽视 K 肥施用所致。
N 素平衡。甘肃省土壤有机质和 N 素含量水平较低 , N 肥增产效果明显。20世纪 80 年代以来 N 素养
分归还率一直为正值且呈稳定上升趋势 , 1980 年、1990 年、1995 年和 1999 年分别为 121. 83%、172. 17%、
201. 44%和 170. 05% (见表 1) ,很大程度提高了土壤供 N 能力。同时局部地区的 N 损失也造成环境污染 ,
2000年对河西张掖、武威长期施肥农田进行典型调查发现 ,施 N 量≥375kg/ hm2 时极易造成 NO -3 -N 淋失 ,
当施 N 量≥450kg/ hm2 时不仅引起施 N 效益下降 , 生产成本上升 , 且对地下水和农产品品质及人畜健康构
成危害。
P 素平衡。1980年以前甘肃省农田土壤 P 素的补充主要以大量投入有机肥平衡土壤作物系统中的 P
素 ,由于生产水平低下 , 产出量及 N 素投入较少 , 施用 P 肥的增产效果不明显 , 故农业生产中曾出现重 N 轻
P 现象。1980年前 P 养分平衡为负值 ,养分归还率为 95. 94% , N、P 化肥施用比例失调 ( N∶P2 O5 为1∶0.33) 。
据全国第 2次土壤普查养分调查[ 6] , 该省 75%土壤含 P 量低于临界值 , 推广施用 P 肥则成为作物增产抗旱
的有效措施。至 1990年后 P 肥用量增幅很大 ,提高了土壤供 P 能力 ,1995年 P 素养分归还率达 287. 10% ,
土壤中 P 素盈余。1999年 P素养分归还率降为 268.48% ,说明 P 肥施用开始走向节约资源、提高利用率阶段。
K 素平衡。1980～1999年养分平衡统计结果表明 , 甘肃省农田 K 素亏缺总量分别为 7. 17 万 t、12.63
万 t、11.30万 t 和 14. 87万 t。1980～1990年 10年间 K 素亏缺量为 0.55万 t,而 1990～1999年亏缺量增加
2. 24万 t, 其主要原因是作物产量增加而被动从土壤中带走较多的 K 素所致。从养分归还率看 , 1999 年甘
肃省农田 K 素养分归还率高于 1990年 1. 72个百分点 , 但均低于 1980年以前的 K 素养分归还率。无论从
作物携出的 N、P、K 养分比例 , 还是从投入的 N、P、K 养分比例看 ,作物带走的 K 素比例基本上为一固定值 ,
即 1∶0.42～0.43∶0. 97～0. 98,该微小变动是由于作物播种面积及单产变化所致。进入 20世纪 90年代以
后 ,由于 N、P 用量大幅增加及 P 素投入比例的提高 ,使 K 素比例明显下降 ,且呈数量型供应不足。
表 1 甘肃省农田 N、P、K 素平衡状况 *
Tab.1 Balance of N , P2O5 , K2 O nutrient of farmland in Gansu Province
年 份
Years
耕地面
积/ 万hm2 ?
作物总
产/ 万 t
施有机肥/ 万 t
Organic manure
施 化 肥 / 万 t
Chemical fertilizer
合计/ 万 t
Total input
携出总量/ 万 t
Output
盈亏总量/ 万 t
Balance
归还率/ %
Return rate
Area Total N P2 ?O5 K2O N P2O5 K2O N P2O5 K2O N P2O5 K2O N P2 HO5 K2 SO N P2 hO5 K2O
yield
1954 )371 ?.0 345 I.7 5 $.65 2.71 4.47 0.02 - - 5 ".67 2.71 4.47 9.45 4 v.05 9 K.29 - 3 E.78 - 1 ;.34 - 4 1.82 60.00 66 h.91 48 e.12
1964 )358 ?.9 327 I.4 5 $.69 2.78 4.45 0.67 0 x.01 - 6 ".36 2.79 4.45 9.06 3 v.86 8 K.88 - 2 E.70 - 1 ;.07 - 4 1.43 70.20 72 h.28 50 e.11
1974 )357 ?.8 539 I.9 6 $.91 3.75 6.17 12.20 2 x.26 - 19 ".11 6.01 6.17 14.74 6 v.30 14 K.53 4 E.37 - 0 ;.29 - 8 1.36 129.65 95 h.40 42 e.46
1980 )355 ?.4 587 I.6 8 $.40 3.85 7.07 9.96 2 x.30 0 M.54 18 ".36 6.15 7.61 15.07 6 v.41 14 K.78 3 E.29 - 0 ;.26 - 7 1.17 121.83 95 h.94 51 e.49
1984 )352 ?.8 709 I.1 8 $.59 4.17 7.68 18.20 4 x.27 0 M.65 26 ".79 8.44 8.33 17.16 7 v.34 16 K.78 9 E.63 1 ;.10 - 8 1.45 156.12 114 h.99 49 e.64
1990 )347 ?.6 1045 I10 $.39 4.42 8.58 28.90 8 x.38 1 M.14 39 ".29 12.80 9.72 22.82 9 v.75 22 K.35 16 E.47 3 ;.05 - 12 1.63 172.17 131 h.28 43 e.49
1995 )348 ?.3 1187 I11 $.38 4.63 9.33 33.28 22 x.53 1 M.25 44 ".66 27.16 10.58 22.17 9 v.46 21 K.88 22 E.49 17 ;.70 - 11 1.30 201.44 287 h.10 48 e.35
1999 )349 ?.0 1560 I12 $.37 4.84 10.08 34.53 26 x.68 2 M.19 46 ".90 31.52 12.27 27.58 11 v.74 27 K.14 19 E.32 19 ;.78 - 14 1.87 170.05 268 h.48 45 e.21
* 表中归还率 = ( 养分施入量/ 养分携出量 ) ×100% ;计算盈亏及归还率考虑肥料损失 , 养分利用率按累积利用率计算 ,有机氮、化肥 N、化
肥 P 利用率各按 80% 、60%和 70%计算 [ 5] 。
2 . 2 农田 N、P、K 养分投入与产出
作物产量与施肥。甘肃省农田 N、P2 O5、K2O 施用量由 1954年 12.85万 t提高到 1999年的 90. 69万 t,
为 1954年的 705. 8%。其中有机肥提高 212. 7% , 化学肥料施用由 1954 年的 0.02 万 t 提高到 1999年的
63.4万 t, 化肥施用增长速度大大高于有机肥。同时粮食、棉花和油料等多种作物总产量由 1954 年的
345. 73万 t增到 1999年的 1559.56万 t(其中粮食 750万 t) , 为 1954年的 4.51倍。经回归分析 ,施入总养
分量、有机肥养分量、化肥养分量与作物总产量 ( Y ) 呈正相关 , 其中施入总养分量 ( x) 与作物总产量 ( Y ) 关
系式为 :
Y = 114. 18 + 14.58 X ( r = 0. 9855) (1)
第 1 ?期 张树清 : 甘肃省农田氮磷钾养分平衡状况探析 113
施入化肥养分量 ( x1 )与作物总产量 ( Y) 关系式为 :
Y = 323.89+ 17. 67 X1 ( r = 0. 9848) (2)
施入有机肥养分量 ( x2 )与作物总产量 ( Y) 关系式为 :
Y = 773.15+ 78. 21 X2 ( r = 0. 9587) (3)
农田 N、P、K 养分平衡分析。甘肃省农田 N、P、K 养分变化较大 , 1954年以来农田 N、P 由亏为盈 , 而 K
素始终处于亏缺状况。N 素盈余出现在 20世纪 70年代中后期 ,随化学 N 肥的大量应用 , N 素投入量增大 ,
至 1999年农田 N 素盈余量达 19. 32万 t,养分归还率 170.05% ,最高年份 1995年为 201.44%。从表面看 N
素盈余已相当于总投入量的 1/ 3～2/ 3( 不包括 N 肥损失 ) 。今后化肥利用方面还应继续增大 N 素投入量 ,
进一步提高 N 肥利用率。P 素在 1980年以前处于亏缺状况 , 亏缺量为 0.31～1. 34 万 t, P 素补充依赖于有
机肥。进入 80年代后随着化学 P 肥的推广使用 , 1984 年 P 素平衡盈余 1.10万 t, 1995年盈余 17.70万 t,
1999 年盈余 19.78万 t, 养分归还率达 268. 48%～287. 10% ,这是进入 90年代以来重施 P 肥的结果 ,使化肥
P 素比例上升至 70%～80% , N、P 比已基本趋于合理 , 但局部地区出现 P 素盈余问题 ,今后应重点考虑 P 的
残效及累积利用率问题。农田 K 素 1954年亏缺 4. 82万 t, 1999年亏缺总量达 14. 87万 t, 且 K 素归还率为
42.46%～51. 49% ,徘徊在 50%左右。故 K 素补充完全依赖有机肥的低水平供给 , 每年作物带走的 K 量约
1/ 2需耗竭土壤中的 K 库储量 , 同时证明甘肃省土壤 K 素潜在供给能力较高。目前尚未发现该省主要粮食
作物大面积缺 K 现象 , 但要尽量减少封闭循环中的 K 损失 , 把从农田土壤中带走的 K 素归还于土壤 , 推广
化学 K 肥十分必要。
2 . 3 农田养分平衡与土壤养分及肥料投入变化的关系
随肥料养分投入增加与农作物产量提高 ,土壤养分变化与肥料养分的投入及比例结构密切相关。从土
壤养分监测结果看 ,1998年甘肃省土壤全 N 平均含量 0. 92g/ kg, 较 1983年提高 0.12g/ kg, 增幅 15% ; 土壤
全 P 含量变化较小 , 仅提高 0.038g/ kg,但土壤速效磷平均含量为 11. 19mg/ kg, 较 1983年的 7.36mg/ kg提
高 3.83mg/ kg, 增幅达 52% ; 土壤全 K、速效钾平均含量 1998 年分别为 21.77g/ kg、195. 14mg/ kg, 较 1983
年的 19. 55g/ kg、189. 50mg/ kg略有增加。全省肥料养分投入总量和种类、品种均增加 , 1984年养分投入总
量为 43.52万 t,其中化肥 22.47万 t, N、P 分别为 18. 20万 t、4.27万 t。1999年养分投入总量为 92. 50万 t,
其中化肥 63.39万 t, N、P、K 分别为 34.53万 t、26.68万 t、2.19万 t。尽管随农作物产量的增加大量携出农
田 N、P、K 养分 , 但 N、P 养分投入的增加弥补了差额 , 呈现出农田 N、P 盈余 , 土壤 K 素略有上升 , 这与养分
平衡中 K 素亏缺的事实相悖 , 可能是由于土壤 K 素变化复杂 , 涉及影响因素较多所致。
3 小 结
甘肃省农田生态系统 N、P 养分由亏变盈 , K 素始终处于亏缺。1980年全省 N 素盈余 3.29万 t, P、K 亏
缺 0. 31万 t 和 7. 17万 t, 1999年随着无机、有机养分投入增加及产量的提高 , N、P 盈余 19. 32万 t 和 19.78
万 t, K 亏缺 14.87万 t, N、P、K 养分平衡归还率分别达 170.05%、268. 48%和 45. 21%。全省 N、P、K 养分
投入量由 1954年的 12. 85万 t增至 1999年的 90.69万 t, 粮、棉、油多种作物产量由 1954年的 345.7万 t增
至 1999年的 1560万 t;施入总养分量、有机肥养分量、化肥总养分量与作物总产量呈正相关。因此要坚持推
行无机肥与有机肥相配合 , N、P、K 肥均衡配施原则 , 提高肥料利用率 ,以真正实现农田养分的平衡。
参 考 文 献 h
1 甘肃省统计局 .甘肃省经济统计年鉴 .兰州 :甘肃人民出版社 , 1949～2000
2 农业部全国土壤肥料总站 .土壤肥料检测实用手册 .北京 : 中国农业出版社 , 1990
3 农业部全国土壤肥料总站 .配方施肥 .北京 :中国农业出版社 , 1994
4 鲁如坤等 .土壤 -植物营养学原理 .北京 :化学工业出版社 , 1998
5 周建民 .农田养分平衡与管理 .南京 :河海大学出版社 , 2000
6 甘肃省土壤普查办公室 .甘肃土壤 .北京 : 中国农业出版社 , 1991 .6
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