彭显龙¹, 王伟¹, 周娜¹, 刘海洋¹, 李鹏飞¹, 刘智蕾^,1, 于彩莲^,1,21 东北农业大学资源与环境学院,哈尔滨 150030
² 哈尔滨理工大学化学与环境工程学院,哈尔滨 150040

Analysis of Fertilizer Application and Its Reduction Potential in Paddy Fields of Heilongjiang Province

PENG XianLong¹, WANG Wei¹, ZHOU Na¹, LIU HaiYang¹, LI PengFei¹, LIU ZhiLei^,1, YU CaiLian^{,1,2 1} College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150030
² Institute of Chemical and Environmental Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150040

通讯作者: 刘智蕾,E-mail： HLliuzhilei@163.com。 于彩莲,E-mail： lgyucailian@163.com

责任编辑: 李云霞
收稿日期:2018-12-7接受日期:2019-02-20网络出版日期:2019-06-16

基金资助:

国家重点研发计划.2017YFD0200104 国家重点研发计划.2016YFD0300900 黑龙江省基金重点项目.ZD2015008

Received:2018-12-7Accepted:2019-02-20Online:2019-06-16
作者简介 About authors
彭显龙,Tel：13684620285;E-mail： pxl0508@163.com。









摘要
【目的】 黑龙江稻田面积320多万公顷,为全国稻田面积最大的省份,10多年来水稻产量一直徘徊在7 000 kg·hm ^-2,也是我国稻田化肥用量（纯N 约150 kg·hm ^-2）最低的省份。在化肥零增长的背景条件下,黑龙江是否存在节肥潜力有待研究。 【方法】 调查水稻主产区农户施肥情况。2005年调查区域为五常、方正、木兰、宁安、庆安、铁力、尚志、阿城;2008年调查区域为密山、虎林、庆安、五常、宁安、方正、萝北、桦川、富锦和尚志;2015年调查区域为五常、方正、宁安、虎林和庆安。每个地点随机选择一个乡,每个乡随机选择2或者3个村,每村调查10户,共638户。2009—2010年,采集了黑龙江水稻主产区8万多个土壤样品,测定0—20 cm土层速效磷、速效钾养分含量。采用理论适宜施氮量法估算黑龙江稻田氮肥用量;依据作物养分需求量和稻田土壤养分状况,采用磷钾衡量监控方法,估算稻田磷、钾肥适宜施用量,在此基础上分析黑龙江省水稻减肥潜力。【结果】 2005、2008和2015年黑龙江水稻平均产量分别为6 427、7 593和7 142 kg·hm ^-2 ,3年平均产量为7 104 kg·hm ^-2。农户间产量差异较大,高低相差近5 000 kg·hm ^-2。稻田N、P₂O₅和K₂O用量平均分别为141.0、56.6和51.6 kg·hm ^-2,N、P₂O₅和K₂O用量高低相差均超过300 kg·hm ^-2,农户间施肥变异较大,盲目施肥问题突出。稻田土壤速效磷和速效钾的含量分别约为26和138 mg·kg ^-1。速效磷的变异超过了40%,不同区域间土壤肥力差异较大。70%以上的样品速效磷、速效钾含量处于较高水平。要达到7 500 kg·hm ^-2的产量水平,对应的理论适宜N用量为105 kg·hm ^-2,只有20%的农户实现了高产氮素高效,有70%的农户具有节肥潜力,可以节氮超过26%。通过节肥,每千克氮素生产的粮食可由50 kg提高到70 kg。按照目前的产量和土壤养分状况,稻田P₂O₅和K₂O适宜用量分别为41.6和35.9 kg·hm ^-2,可以减量约30%。调研农户中,具有节磷和节钾潜力的农户分别约占总体的71%和72%,处于低产低效的农户均占总体的30%,节肥潜力最大。 【结论】 黑龙江作为全国施肥量最低的省份,有约70%的农户处于高产不高效或者低产低效水平,过量施肥问题突出,节肥潜力20%以上。
关键词： 寒地;稻田;施肥量;节肥潜力;产量;黑龙江

Abstract
【Objective】Heilongjiang has a paddy field of more than 3.2 million hectares, it is the largest province in China with rice fields. In the past ten years, rice production in Heilongjiang Province has been hovering at 7 000 kg·hm ^-2, while it was the province with the lowest amount of fertilizer in paddy fields in China. Under the background of “fertilizer zero increase”, whether is there potential for fertilizer saving in Heilongjiang Province remains to be studied. 【Method】We investigated paddy field fertilization across different farms in the main rice producing areas in Heilongjiang Province. In 2005, the survey areas were Wuchang, Fangzheng, Mulan, Ning'an, Qing'an, Tieli, Shangzhi and Acheng; in 2008, the survey areas were Mishan, Hulin, Qing'an, Wuchang, Ning'an, Fangzheng, Luobei, Huachuan, Fujin and Shangzhi; the survey areas in 2015 were Wuchang, Fangzheng, Ning'an, Hulin and Qing'an. From each county, a random township was selected, and 2 or 3 villages were randomly selected from each township, then 10 households were surveyed in each village. From 2009 to 2010, more than 80,000 soil samples from the main rice producing areas in Heilongjiang Province were collected, and the phosphorus and potassium nutrient contents in 0-20 cm soil layer were determined. The nitrogen application rate was estimated through theoretical appreciate application rate method. Based on the crop nutrient demand and the soil nutrient status of the paddy field, phosphorus and potassium application rate was evaluated. Fertilizer reduction potential was analyzed in Heilongjiang Province.【Result】According to the research data, the average rice yields in 2005, 2008 and 2015 were 6 427, 7 593 and 7 142 kg·hm ^-2, respectively, and the average annual output was 7 104 kg·hm ^-2. The crop yield differed between farms with a range of nearly 5 000 kg·hm ^-2. The average amount of N, P₂O₅ and K₂O in paddy fields were 141.0, 56.6 and 51.6 kg·hm ^-2, respectively, and the difference in the amount of NPK fertilizers was more than 300 kg·hm ^-2. Therefore, the results showed that fertilization variation among farmers was large, so the problem of blind fertilization was prominent. The content of available phosphorus and available potassium in the paddy soil of Heilongjiang Province were about 26 mg·kg ^-1 and 138 mg·kg ^-1, respectively. The variation of available phosphorus in soil exceeded 40%, and soil fertility varied greatly among different regions. High level phosphorus and potassium accounted for above 70% samples. To reach rice production levels of 7 500 kg·hm ^-2, the theoretical suitable nitrogen application rate was 105 kg·hm ^-2. Only 20% of farmers achieved high yield and high nitrogen efficiency, and 70% of the farmers had fertilizer-saving potential with nitrogen reduction of 26%. Through fertilizer saving, the grain produced per kilogram of nitrogen could be increased from 50 kg to 70 kg. According to the current yield and soil nutrient status, the appropriate amount of phosphate and potassium fertilizer in paddy fields was only 41.6 and 35.9 kg·hm ^-2, which could be reduced by about 30%. Among the surveyed households, farmers whose fields had the potential for phosphorus and potassium-saving accounted for 71% and 72% of the total, respectively, among which the low-yield and low-efficiency farmers accounted for 30% of the total farmers, where the fertilizer-saving potential was the largest.【Conclusion】Although Heilongjiang was the province with the lowest fertilization rate in China, about 70% of farmers were high-yield but low efficiency, or low-yield and low efficiency, so the problem of excessive fertilization was prominent, and the fertilizer-saving potential was more than 20% in Heilongjiang Province.
Keywords：cold area;paddy field;fertilizer application rate;fertilizer reduction potential;yield;Heilongjiang Province


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本文引用格式
彭显龙, 王伟, 周娜, 刘海洋, 李鹏飞, 刘智蕾, 于彩莲. 基于农户施肥和土壤肥力的黑龙江水稻减肥潜力分析[J]. 中国农业科学, 2019, 52(12): 2092-2100 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.007
PENG XianLong, WANG Wei, ZHOU Na, LIU HaiYang, LI PengFei, LIU ZhiLei, YU CaiLian. Analysis of Fertilizer Application and Its Reduction Potential in Paddy Fields of Heilongjiang Province[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2019, 52(12): 2092-2100 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.12.007

0 引言

【研究意义】中国是世界第二水稻生产国,常年种植面积达3 000万公顷左右,约占世界水稻种植面积的20%^[1]。我国水稻种植区域大,北起黑龙江,南至海南岛均有分布。由于南北方气候和土壤条件的差异,我国水稻生产上肥料用量也具有明显的区域差异。例如,南方一季稻区江苏省是我国稻田氮肥用量最高的省份（纯N 314 kg·hm^-2）,北方稻区黑龙江则是我国稻田氮肥用量最低的省份（纯N 约150 kg·hm^-2）^[2]。2014年,我国提出了到2020年化肥零增长的目标,减少化肥用量已经成为我国农业生产的主旋律。作为全国施肥量最低的省份,黑龙江水稻施肥是不足还是过量是研究者关心的问题。【前人研究进展】1970—2014年,中国化肥用量从3.5×10⁹ kg增加到59.9×10⁹ kg,增幅1 608%,同期粮食产量从2.4×10¹¹ kg增加到6.1×10¹¹ kg,增幅153%^[3],化肥增幅远超过粮食增幅,存在化肥施用过量的现象。陈琦对江苏省735户农户进行调研后发现,约有32%的农户存在施氮过量的问题^[4],导致氮肥偏生产力偏低;彭显龙等研究发现,黑龙江近60%的稻田氮素用量过高,稻田氮素有17.2%的盈余^[5,6],具一定的节氮潜力。然而,巨晓棠在分析全国主要作物氮肥施用情况时指出,黑龙江水稻生产中施氮量不足,水稻高产是以消耗地力为代价^[7]。同时,黑龙江稻田磷、钾肥用量是不足还是过量研究结论也不一致,有人认为磷肥用量适当,而钾肥用量过高^[8],也有人认为当前农户磷肥用量过高,钾肥用量无需调整^[9]。可见,黑龙江稻田氮磷钾肥是过量还是不足仍存在争议。国内外在推荐氮磷钾肥施用方面开展了许多研究,并提出了一些沿用至今的推荐施肥方法,如地力分级法、目标产量法、肥料效应函数法等^[10]。然而,在稻田氮肥推荐中,缺乏能够反映土壤供氮能力的指标。巨晓棠认为,在一定条件下稻田适宜施氮量就等于收获带走的氮^[7]。而对于磷、钾肥的推荐,国际普遍应用衡量监控方法^[11]。【本研究切入点】目前在黑龙江稻作区缺乏应用上述方法估算稻田适宜施肥量的研究。为此,本文调查分析了黑龙江农户施肥中存在的主要问题,并利用多年试验获得的100 kg籽粒养分吸收量的数据,结合黑龙江稻田土壤氮、磷、钾营养状况的分析,确定黑龙江稻田氮、磷、钾适宜用量。【拟解决的关键问题】以期明确黑龙江省稻田节肥潜力,为水稻合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 地区概况

黑龙江省地处东经121°11′—135°05′,北纬43°26′—53°33′的高纬度寒冷地区,属大陆性季风气候,年降雨量400—650 mm,水稻生长季日照时数为1 150—1 350 h,昼夜温差约为11 ℃。黑龙江省第一至四积温带的广大稻区,抽穗后40 d内平均气温19—22 ℃,此温度有利于优质稻米生产。黑龙江稻区土质肥沃,水资源丰富,冬季结冻休耕时间长,病虫害发生低。

1.2 数据来源

2005、2008、2015年,在黑龙江水稻主产区进行了施肥调研。2005年调查区域为五常、方正、木兰、宁安、庆安、铁力、尚志、阿城;2008年调查区域为密山、虎林、庆安、五常、宁安、方正、萝北、桦川、富锦和尚志;2015年调查区域为五常、方正、宁安、虎林和庆安。每个调研点随机选择一个乡,每个乡随机选择2或者3个村,每村调查10户。2005、2008和2015年调查问卷分别为240、248和150份。土壤磷和钾养分数据来自黑龙江省测土配方施肥数据,数据量分别为88 183和88 260。2004—2016年黑龙江省水稻种植面积、产量数据源于《中国统计年鉴》。

1.3 地力分级标准

土壤有效磷丰缺指标如下^[12],低：0—10 mg·kg^-1,中：10—20 mg·kg^-1,高：20—35 mg·kg^-1,极高：>35 mg·kg^-1;土壤有效钾的丰缺指标如下^[12],低：0—75 mg·kg^-1,中：75—100 mg·kg^-1,高：100—150 mg·kg^-1,极高：>150 mg·kg^-1。

1.4 施肥量估算

在氮素管理比较合理的情况下,稻田的气态氮损失量和除肥料以外其他来源的氮量大致相等。因此,为了减少环境风险并维持土壤肥力,理论施氮量等于作物收获时带走的养分量,即理论施氮量=产量/100×100 kg籽粒氮素养分需求量^[7]。2014—2016年黑龙江水稻产量平均为7 017 kg·hm^-2,本文以产量提高5%为目标产量（7 500 kg·hm^-2）,来计算N、P₂O₅、K₂O推荐用量。

磷钾肥根据衡量监控法确定用量^[11],当土壤肥力中等时,施肥量等于水稻收获带走养分量,校正系数为1.0;当土壤肥力较高时,施肥量可以低于养分带走量,校正系数为0.5—0.75;相反则高于带走量（详见表1）。根据课题组多年多点试验数据,黑龙江省100 kg水稻籽粒需氮（N）平均为1.4 kg、磷（P₂O₅）0.7 kg、钾（K₂O）1.6 kg,本文计算携出量以此为依据。水稻吸收的钾30%存在于籽粒中,70%以上存在于茎秆中^[13]。由于北方水稻主产区仍然有约10%的秸秆被移除,作为燃料^[14]。因此,水稻收获时带走的钾约为40%,60%以上的钾都归还土壤,本文以此为依据计算钾携出量。即施钾量=钾携出量=产量/100×100 kg籽粒养分需钾量×0.4×校正系数。秸秆中的钾离子容易利用,而氮磷有效性与秸秆腐解有关,由于北方稻田秸秆腐解较慢,在计算氮磷用量时秸秆归还的氮磷暂不考虑。

Table 1
表1
表1磷钾合理施肥标准
Table 1Rational fertilization standards for phosphorus and potassium

土壤养分等级 Soil nutrient level	校正系数 Correction coefficient	施磷量 Phosphorus application rate (kg P2O5·hm-2)	施钾量 Potassium application rate (kg K2O·hm-2)
低 Low	1.25	产量/100×100kg籽粒需磷量×1.25 Yield/100×Potassium content of 100 kg grain×1.25	产量/100×100kg籽粒需钾量×0.4×1.25 Yield/100×Phosphorus content of 100 kg grain×0.4×1.25
中Medium	1.00	产量/100×100kg籽粒需磷量×1 Yield/100×Potassium content of 100 kg grain×1	产量/100×100kg籽粒需钾量×0.4×1 Yield/100×Phosphorus content of 100 kg grain×0.4×1
高 High	0.75	产量/100×100kg籽粒需磷量×0.75 Yield/100×Potassium content of 100 kg grain×0.75	产量/100×100kg籽粒需钾量×0.4×0.75 Yield/100×Phosphorus content of 100 kg grain×0.4×0.75
极高 Especially high	0.50	产量/100×100kg籽粒需磷量×0.5 Yield/100×Potassium content of 100 kg grain×0.5	产量/100×100kg籽粒需钾量×0.4×0.5 Yield/100×Phosphorus content of 100 kg grain×0.4×0.5

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1.5 高产高效定义

计算适宜施肥量时,以7 500 kg·hm^-2为目标产量,当农户产量高于此产量定义为高产,反之为低产;此产量水平下对应的适宜N、P₂O₅和K₂O用量分别为105、41.6和35.9 kg·hm^-2（磷钾肥推荐用量是根据各级养分所占比例计算加权平均数得出）,与之相对应的肥料偏生产力（PFP）分别为71、180和209 kg·kg^-1。农户施肥的PFP高于上述对应值为养分高效,反之为养分低效。农户产量和氮效率分别高于7 500 kg·hm^-2和71 kg·kg^-1时,为高产氮高效区,都低于此值为低产氮低效区,产量高而效率低的为高产氮低效区,其他为低产氮高效区。磷钾同样也划分4个区域。

1.6 数据处理与分析

全省施磷、钾量（万t）= ∑[土壤各肥力水平所占比例×全省水稻种植总面积（万hm²）×各肥力水平

推荐施磷、钾量（kg·hm^-2）/1000]。

采用 Microsoft Excel 2010及Origin 2019软件进行数据分析、图表处理。

2 结果

2.1 黑龙江水稻生产现状

2004—2016年,黑龙江水稻种植面积呈增加趋势（图1-a）,由159万公顷（2004）增长到320万公顷（2016）左右。截止到2016年,黑龙江省水稻种植面积占全国水稻总面积的10.61%,位列全国水稻种植省份第一,但水稻单产一直徘徊在7 000 kg·hm^-2左右。由课题组调研数据可知（图1-b）,2005、2008和2015年,黑龙江水稻平均产量分别为6 427、7 593和7 142 kg·hm^-2,3年平均产量为7 104 kg·hm^-2,与统计数据相近。黑龙江省农户间产量差异较大,高低相差近5 000 kg·hm^-2。

图1

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图12004—2016年黑龙江水稻种植面积及单产（a）和农户调研水稻产量（b）

Fig. 1Rice transplanting area, yield in Heilongjiang Province from 2004 to 2016 (a) and survey of farmers rice yield (b)

2.2 黑龙江稻田土壤的肥力状况

据黑龙江省多年的土壤养分数据（表2）,黑龙江省稻田土壤速效磷和速效钾的含量平均约为26 和138 mg·kg^-1。土壤速效磷的变异系数超过了40%,土壤肥力差异较大。70%以上的样品土壤速效磷、速效钾含量处于较高水平,含量丰富。

Table 2
表2
表2黑龙江稻田土壤磷钾养分
Table 2Soil available P and K of Paddy Rice in Heilongjiang

养分 Nutrient	最大值 Max	最小值 Min.	平均值±标准差 Average ± Standard deviation	变异系数 Coefficient of variation (%)	各级养分占比 Nutrient ratio at all levels (%)				样本数 n
					低 Low	中 Medium	高 High	极高 Especially high
速效磷 Available phosphorus (mg·kg-1)	75.30	5.00	26.00±10.46	40.22	3.87	26.85	52.50	17.35	88183
速效钾 Available potassium (mg·kg-1)	433.00	56.00	138.14±50.94	7.57	4.89	22.28	41.19	33.09	86260

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2.3 黑龙江水稻施肥现状

农户调查数据显示（图2）,年际间肥料平均用量稍有差异,氮磷的年际间变异较小,钾肥用量差异稍大。2008年平均K₂O用量为60.5 kg·hm^-2,显著高于其他两年。黑龙江省稻田纯N用量平均约为141 kg·hm^-2,但是高低相差约300 kg·hm^-2,农户施氮变异较大。对应的P₂O₅和K₂O用量分别为56.6和51.6 kg·hm^-2,变异也较大,农户盲目施肥问题突出。

图2

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图2黑龙江省农户施用氮磷钾量

Fig. 2Application of N, P₂O₅ and K₂O from farmers of Heilongjiang Province

2.4 黑龙江稻田节肥潜力分析

按目标产量7 500 kg·hm^-2计算,纯N用量只要105 kg·hm^-2就能满足水稻生长需要,与全省平均氮肥用量相比,可节约26%的氮肥,可将氮肥偏生产力由53 kg·kg^-1提高至71 kg·kg^-1（表3）。所有调研农户中,只有约20%的农户实现了高产高效（图3-a）,约有70%的农户氮效率较低,其中处于低产低效水平的农户约占总体的30%,节肥潜力最大。

Table 3
表3
表3水稻减肥潜力及化肥偏生产力
Table 3Fertilizer reduction potential and fertilizer partial productivity of rice

养分类别 Nutrient category	施肥量 Fertilization amount (kg·hm-2)		偏生产力 PFP (kg·kg-1)		节肥潜力 Saving fertilizer potential (%)
	习惯施肥 Conventional fertilization	优化施肥 Optimized fertilization	习惯施肥 Conventional fertilization	优化施肥 Optimized fertilization
N	141	105	53	71	26
P2O5	56.6	41.6	133	180	27
K2O	51.6	35.9	145	209	30

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图3

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图3农户氮（a）磷（b）钾（c）肥偏生产力与水稻产量关系

Fig. 3Relationship between partial productivity of nitrogen (a), phosphorus (b) and potassium (c) fertilizer and rice yield of farmers



按照磷钾衡量监控方法估算的P₂O₅和K₂O用量分别为41.6 和35.9 kg·hm^-2,约有30%的节肥潜力（表3）。所有调研农户中,8.8%的农户不施磷肥,13.8%的农户不施钾肥。在所有农户中,具有节磷和节钾潜力的农户约占总体的68%和72%（图3-b、3-c）,其中低产低效的农户约占总体的30%。约有13%—14%的农户处于低产高效区（图3-b）,具有较大的增产潜力。

3 讨论

氮是作物产量的主要限制因子,施氮是提高水稻产量最重要的措施。我国水稻生产中氮肥用量高和施用时期不合适的问题比较突出,产生了较大的环境问题^[15]。本文研究发现,黑龙江稻区仅有约20%的农户施肥比较合理,实现了高产氮高效。大部分农户施氮不合理。因此,如何准确确定氮肥的适宜用量,成为研究者关注的科学问题。巨晓棠总结了国内外确定适宜施氮量的方法,认为理论适宜施氮量是水稻100 kg籽粒吸氮量和目标产量的积,前提是应维持除肥料外的氮素的输入与氮素损失基本平衡^[7]。已有研究发现,黑龙江稻田氮素损失量与除肥料外其他来源的氮量大致相等^[16]。因此,用该方法确定理论适宜施氮量是合理的。巨晓棠在计算黑龙江水稻理论施N量时采用了100 kg籽粒需氮量为2.4 kg这一全国平均参数。通过计算,黑龙江纯N用量约为180 kg·hm^{-2 [7]}。但是,本课题组近20年的试验证实,寒地水稻籽粒的含氮量只有1%左右,而茎秆的含氮量约为0.55%,均显著低于全国平均水平。因此,100 kg籽粒需氮量只有1.4 kg左右。本文中用这一参数重新计算的理论纯N用量为105 kg·hm^-2,这一用量与武良等研究结论相似^[17]。与当前全省平均施N量相比,氮肥平均用量可节约26%（表3）。已有研究证实,应用此施肥量不仅可以满足水稻生长需求,还可以获得高产,并使氮肥利用率提高到50%左右 ^[16,18]。

土壤磷素含量变化反映了磷肥施入和带走的平衡状况,当施磷量高于水稻收获带走磷量则土壤磷积累。2005—2006年调查发现,黑龙江稻田速效磷平均为24.5 mg·kg^{-1 [12]}。与上述数据相比,当前黑龙江稻田速效磷含量有增加趋势（表2）,这从侧面说明黑龙江稻田施磷量仍然高于水稻收获带走的磷,磷肥施用量过高。本文中磷肥平均用量与刘海涛等的研究结果相近^[19]。但是,磷肥用量显著低于吴良泉等的研究结果^[8]。磷肥用量不但与土壤养分含量有关,还受目标产量的影响,目标产量越高磷肥用量越大。本文中水稻目标产量是7 500 kg·hm^-2,而吴良泉等的目标产量约为9 000 kg·hm^-2。这是两者磷肥用量差异较大的原因。根据目前土壤磷素状况和水稻产量水平,黑龙江稻田磷肥过量的农户占70%以上,这些农户的磷肥生产效率较低,是减肥的主体。同时也有约8%的农户磷肥用量不足,需要适当增施磷肥（图3-b）,只有不到20%的农户磷肥施用量适宜,达到了磷肥的高产高效。本文提出的减肥幅度是基于土壤磷素状况而言,在未来的3—5年内可以应用这一策略,此后则需要依据土壤养分状况和水稻产量目标重新评估稻田施磷。

土壤钾素含量高低也决定于土壤钾素输入输出平衡状况,当输出的钾量高于施入的钾时,土壤速效钾含量就会降低。由于作物秸秆中钾的含量较高,在计算钾素输入输出平衡时必须要考虑秸秆归还的钾。20世纪80年代缺乏燃料,农户将秸秆从田间移出,多数做为柴薪使用,稻田中无秸秆残留。在未考虑秸秆钾素归还时,多数研究认为黑龙江钾素投入不足^{[20,21,22,23,24,25]}。与20世纪80年代相比,如今作物产量增加一倍,秸秆还田后移出钾量减少,如再按上述方法估算钾携出量就不符合实际情况。在考虑秸秆钾素投入的情况下,本文试验结果显示黑龙江稻田具有一定的节钾潜力（表3）。不同年度土壤速效钾含量变化显示,2005年寒地稻田土壤速效钾平均含量为127 mg·kg^-1[12]。目前,黑龙江稻田土壤速效钾平均含量为138 mg·kg^-1。土壤速效钾含量提高表明,钾归还数量大于作物收获带走的量,这也证实了钾肥施入过量。秸秆还田条件下,钾肥较常规施肥减量30%对水稻产量无显著影响,钾肥偏生产力可提高约35%^[26]。可见,黑龙江稻田具有减钾潜力。

4 结论

目前,黑龙江稻田土壤速效磷和速效钾的平均含量约为26 mg·kg^-1和138 mg·kg^-1,70%以上的样品土壤速效磷、速效钾处于较高水平,含量丰富。黑龙江稻田N、P₂O₅和K₂O习惯用量分别为141、56.6和51.6 kg·hm^-2,农户施肥差异大,盲目施肥问题突出。达到7 500 kg·hm^-2的产量,N、P₂O₅和K₂O的用量只需要105、41.6和35.9 kg·hm^-2,氮、磷和钾肥用量可减少26%—30%。黑龙江只有约20%农户达到了高产高效,70%的农户处于低效水平。作为全国水稻施肥量最低的省份,黑龙江具有较大的节肥潜力。

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[1] Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2016. . 2016. .
URL [本文引用: 1]

[2] 申建波 . 水稻养分资源综合管理理论与实践. 北京: 中国农业大学出版社, 2017: 8, 308.
[本文引用: 1]

SHEN J B. Theory and Practice of Integrated Management of Rice Nutrient Resources. Beijing: China Agricultural University Press, 2017: 8, 308. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[3] 国家统计局. 中国统计年鉴. 北京: 中国统计出版社, 2016.
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NBS. China Statistical Yearbook. Beijing: China Statistical Publishing House, 2016. (in Chinese)
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[4] 陈琦 . 农户水稻施肥现状调查与分析—以江西省、江苏省为例
[D]. 南京: 南京农业大学, 2013.
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CHEN Q . Investigation and analysis of famers , fertilization status on rice-taking Jiangxi Province and Jiangsu Province as examples
[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2013. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[5] 显龙, 刘元英, 罗盛国, 范立春, 盛大海 . 寒地稻田施氮状况与氮素调控对水稻投入和产出的影响
东北农业大学学报, 2007(4):467-472.
URL [本文引用: 1]

PENG X L, LIU Y Y, LUO S G, FAN L C, SHENG D H . Nitrogen application situation and effects of nitrogen management on cost and output of paddy field in cold area of northeast China
.Journal of Northeast Agricultural University, 2007(4):467-472. (in Chinese)
URL [本文引用: 1]

[6] 郭明亮 . 中国水稻氮过量对农药用量的影响
[D]. 北京: 中国农业大学, 2016.
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GUO M L . The impact of excessive nitrogen fertilizer on pesticide usage on rice in China
[D]. Beijing: China Agricultural University, 2016. (in Chinese)
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[7] 巨晓棠 . 理论施氮量的改进及验证—兼论确定作物氮肥推荐量的方法
土壤学报, 2015,52(2):249-261.
URL [本文引用: 5]

JU X T . Improvement and validation of theoretical N rate (TNR)-Discussing the methods for N fertilizer recommendation
Acta Pedologica Sinica, 2015,52(2):249-261. (in Chinese)
URL [本文引用: 5]

[8] 吴良泉, 武良, 崔振岭, 陈新平, 张福锁 . 中国水稻区域氮磷钾肥推荐用量及肥料配方研究
中国农业大学学报, 2016,21(9):1-13.
URL [本文引用: 2]

WU L Q, WU L, CUI Z L, CHEN X P, ZHANG F S . Studies on recommended nitrogen, phosphorus and potassium application rates and special fertilizer formulae for different rice production regions in China
Journal of China Agricultural University, 2016,21(9):1-13. (in Chinese)
URL [本文引用: 2]

[9] 刘炜, 谷思玉, 白雅梅, 赵京考 . 施肥量与灌溉量对黑龙江省黑土区水稻产量的影响
东北农业大学学报, 2012,43(4):49-54.
URL [本文引用: 1]

LIU W, GU S Y, BAI Y M, ZHAO J K . Effect of fertilizer levels and irrigate on yield of rice in black soil area
Journal of Northeast Agricultural University, 2012,43(4):49-54. (in Chinese)
URL [本文引用: 1]

[10] 何萍, 金继运 , Mirasol F. Pampolino, Adrian M. Johnston. 基于作物产量反应和农学效率的推荐施肥方法
植物营养与肥料学报, 2012,18(2):499-505.
DOI:10.11674/zwyf.2012.11248URLMagsci [本文引用: 1]
当前农民过量和不平衡施用化肥现象严重，导致肥料利用率降低，影响到农田的可持续利用。因此，发展适合我国农业生产特点的养分管理和施肥方法尤为重要。本文介绍了基于作物产量反应和农学效率的推荐施肥新方法，该方法是以改进的SSNM （Site-specific Nutrient Management）和改进的QUEFTS （Quantitative Evaluation of the Fertility of Tropical Soils）模型为指导的养分管理和推荐施肥为原则，同时考虑大、中微量元素的全面平衡，并应用计算机软件技术把复杂和综合的养分管理原则智能化形成可为当地技术推广人员掌握的Nutrient Expert推荐施肥专家系统软件。Nutrient Expert推荐施肥专家系统软件在用户回答一些简单问题后就能给出基于作物栽培管理措施的推荐施肥套餐，包括作物种植密度、目标产量、推荐的养分用量及其可选用的物化的肥料用量，同时根据预知的作物生长季节推荐施肥的最佳时间和次数。通过跨区域田间多点验证试验证明，基于作物产量反应和农学效率的推荐施肥方法是一种简单的易于掌握的作物增产增收、提高肥料利用率和保护环境的新方法。
HE P, JIN J Y, PAMPOLINO M F, JOHNSTON A M . Approach and decision support system based on crop yield response and agronomic efficiency
Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012,18(2):499-505. (in Chinese)
DOI:10.11674/zwyf.2012.11248URLMagsci [本文引用: 1]
当前农民过量和不平衡施用化肥现象严重，导致肥料利用率降低，影响到农田的可持续利用。因此，发展适合我国农业生产特点的养分管理和施肥方法尤为重要。本文介绍了基于作物产量反应和农学效率的推荐施肥新方法，该方法是以改进的SSNM （Site-specific Nutrient Management）和改进的QUEFTS （Quantitative Evaluation of the Fertility of Tropical Soils）模型为指导的养分管理和推荐施肥为原则，同时考虑大、中微量元素的全面平衡，并应用计算机软件技术把复杂和综合的养分管理原则智能化形成可为当地技术推广人员掌握的Nutrient Expert推荐施肥专家系统软件。Nutrient Expert推荐施肥专家系统软件在用户回答一些简单问题后就能给出基于作物栽培管理措施的推荐施肥套餐，包括作物种植密度、目标产量、推荐的养分用量及其可选用的物化的肥料用量，同时根据预知的作物生长季节推荐施肥的最佳时间和次数。通过跨区域田间多点验证试验证明，基于作物产量反应和农学效率的推荐施肥方法是一种简单的易于掌握的作物增产增收、提高肥料利用率和保护环境的新方法。

[11] 张福锁, 陈新平, 陈清 . 中国主要作物施肥指南. 北京: 中国农业大学出版社, 2009: 3-4.
[本文引用: 2]

ZHANG F S, CHEN X P, CHEN Q. China's Main Crop Fertilization Guidelines. Beijing: China Agricultural University Press, 2009: 3-4. (in Chinese)
[本文引用: 2]

[12] 赵晓宇, 罗盛国, 刘元英, 彭显龙 . 寒地稻田土壤养分状况
东北农业大学学报, 2009,40(2):34-37.
URL [本文引用: 4]

ZHAO X Y, LUO S G, LIU Y Y, PENG X L . Nutrient status of paddy field in cold area of northeast China
Journal of Northeast Agricultural University, 2009,40(2):34-37. (in Chinese)
URL [本文引用: 4]

[13] 田卡, 钟旭华, 黄农荣, 潘俊峰 . 还田稻草的钾素利用及其增产效应研究
中国稻米, 2014,20(3):54-57.
DOI:10.3969/j.issn.1006-8082.2014.03.012URLMagsci [本文引用: 1]
为研究还田稻草的增产效应及稻草还田后水稻对钾素吸收利用情况，笔者以杂交稻粤杂889和常规稻合丰占为材料，开展了盆栽和大田试验。结果表明，稻草全量还田可以替代50%的化学钾肥，“稻草全量还田+化学钾肥减半”处理比全量施用化学钾肥增产6.55%，达显著水平，增产的主要原因是稻草还田促进了水稻的干物质积累，增加了每穗粒数。
TIAN K, ZHONG X H, HUANG N R, PAN J F . Utilization of potassium in returned straw and its effect on grain yield in rice
China Rice, 2014,20(3):54-57. (in Chinese)
DOI:10.3969/j.issn.1006-8082.2014.03.012URLMagsci [本文引用: 1]
为研究还田稻草的增产效应及稻草还田后水稻对钾素吸收利用情况，笔者以杂交稻粤杂889和常规稻合丰占为材料，开展了盆栽和大田试验。结果表明，稻草全量还田可以替代50%的化学钾肥，“稻草全量还田+化学钾肥减半”处理比全量施用化学钾肥增产6.55%，达显著水平，增产的主要原因是稻草还田促进了水稻的干物质积累，增加了每穗粒数。

[14] 高利伟, 马林, 张卫峰, 王方浩, 马文奇, 张福锁 . 中国作物秸秆养分资源数量估算及其利用状况
农业工程学报, 2009,25(7):173-179.
URLMagsci [本文引用: 1]
基于统计数据、农户调研数据以及公开发表的文献资料中的数据，估算了2006年中国作物秸秆及其养分资源数量，并且对其利用状况进行了详细的分析。结果表明，2006年中国作物秸秆资源数量超过7.6亿t，其中，作物秸秆氮、磷（P2O5）、钾（K2O）养分资源数量分别达到776万t、249万t、1 342万t。从作物秸秆去向来看，作物秸秆还田、秸秆饲用、秸秆燃烧以及其他去向所占比例分别为24.3%、29.9%、35.3%和10.5%。从不同利用方式下作物秸秆养分还田情况来看，2006年中国作物秸秆氮、磷（P2O5）、钾（K2O）养分还田量分别达到304.6万t、175.6万t、966.7万t，占秸秆养分资源量的比例分别为39.3%、70.5%和72.0%，这表明秸秆还田比例及其养分还田比例仍然有很大的提升空间。
GAO L W, MA L, ZHANG W F, WANG F H, MA W Q, ZAHNG F S . Estimation of nutrient resource quantity of crop straw and its utilization situation in China. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2009, 25(7):173-179. (in Chinese)
URLMagsci [本文引用: 1]
基于统计数据、农户调研数据以及公开发表的文献资料中的数据，估算了2006年中国作物秸秆及其养分资源数量，并且对其利用状况进行了详细的分析。结果表明，2006年中国作物秸秆资源数量超过7.6亿t，其中，作物秸秆氮、磷（P2O5）、钾（K2O）养分资源数量分别达到776万t、249万t、1 342万t。从作物秸秆去向来看，作物秸秆还田、秸秆饲用、秸秆燃烧以及其他去向所占比例分别为24.3%、29.9%、35.3%和10.5%。从不同利用方式下作物秸秆养分还田情况来看，2006年中国作物秸秆氮、磷（P2O5）、钾（K2O）养分还田量分别达到304.6万t、175.6万t、966.7万t，占秸秆养分资源量的比例分别为39.3%、70.5%和72.0%，这表明秸秆还田比例及其养分还田比例仍然有很大的提升空间。

[15] 尹娟, 费良军, 田军仓, 王艳芳, 韩丙芳, 张学科, 勉韶平 . 水稻田中氮肥损失研究进展
农业工程学报, 2005(6):189-191.
URL [本文引用: 1]

YIN J, FEI L J, TIAN J C, WANG Y F, HAN B F, ZHANG X K, MIAN S P . Research advance of nitrogen fertilizer losses from paddy field
. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2005(6):189-191. (in Chinese)
URL [本文引用: 1]

[16] PENG X L, YANG Y M, YU C L, CHEN L N, ZHANG M C, LIU Z L, LUO S G, LIU Y Y . Crop management for increasing rice yield and nitrogen use efficiency in Northeast China
Agronomy Journal, 2015,107(5):1682-1690.
DOI:10.2134/agronj15.0013URL [本文引用: 2]

[17] 武良 . 基于总量控制的中国农业氮肥需求及温室气体减排潜力研究
[D]. 北京: 中国农业大学, 2014.
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WU L . Nitrogen fertilizer demand and greenhouse gas mitigation potential under nitrogen limiting conditions for Chinese agriculture production
[D]. Beijing: China Agricultural University, 2014. (in Chinese)
URL [本文引用: 1]

[18] PENG X L, LIU Y Y, LUO S G, FAN L C, SONG T X, GUO Y W . Effects of site-specific nitrogen management on yield and dry matter accumulation of rice from cold areas of northeastern China
Journal of Integrative Agriculture, 2007,6(6):715-723.
[本文引用: 1]

[19] 刘海涛, 童良军, 赵立琴, 王玉良 . 寒地水稻磷素适宜施用量的研究
黑龙江八一农垦大学学报, 2011,23(4):15-19.
URL [本文引用: 1]

LIU H T, TONG L J, ZHAO L Q, WANG Y L . The study on reasonable dosage of phosphate fertilization in paddy in cold areas
Journal of Heilongjiang Bayi Agricultural University, 2011,23(4):15-19. (in Chinese)
URL [本文引用: 1]

[20] 郝小雨, 周宝库, 马星竹, 高中超 . 长期不同施肥措施下黑土作物产量与养分平衡特征
农业工程学报, 2015,31(16):178-185.
URLMagsci [本文引用: 1]
为了明确长期不同施肥措施下黑土作物产量及养分平衡特征，利用开始于1979年的哈尔滨黑土肥力长期定位试验，以小麦-大豆-玉米轮作（3a）为一个周期，选取对照（不施肥，记作CK）、常量氮磷钾化肥配施（小麦施N、P2O5量分别为150、75 kg/hm2，大豆施N、P2O5量分别为75、150 kg/hm2，玉米施N、P2O5量分别为150、75 kg/hm2，K2O共施75 kg/hm2，记作NPK）、常量有机肥（施肥18 600 kg/hm2，记作M）、常量化肥有机肥配施（化肥施量同NPK，有机肥施量同M，记作MNPK）和二倍量氮磷化肥有机肥配施（小麦施N、P2O5量分别为300、150 kg/hm2，大豆施N、P2O5量分别为150、300 kg/hm2，、玉米施N、P2O5量分别为300、150 kg/hm2，有机肥共37 200 kg/hm2，记作M2N2P2）5个处理，研究了不同作物的平均产量、产量年际变化和土壤养分表观平衡。结果表明：1）较CK，长期平衡施用化肥或化肥配施有机肥提高了作物产量，多年平均增产率分别在82.5%～91.6%（小麦）和35.6%～40.9%（玉米）之间。长期不同施肥措施增产效果表现为M2N2P2 >MNPK>NPK>M，有机无机肥配施与单施化肥处理间作物产量差异不显著。2）长期不施肥处理小麦和玉米产量随试验年限推移呈下降趋势，降幅分别为13.93和42.61 kg/(hm2·a)，大豆则以7.409 kg/(hm2·a)的速率增加。施肥处理小麦、大豆和玉米产量随试验年限的增加呈总体上升的趋势。3）在该试验条件下，长期施用常量化肥处理（NPK）和常量化肥有机肥配施处理（MNPK）土壤氮亏缺量分别为29.7和17.5 kg/hm2，磷盈余量分别为33.4和61.2 kg/hm2。各处理土壤中钾素均表现为亏缺，亏缺量在30.4～73.0 kg/hm2之间。MNPK处理氮、钾供应状况有所改善，较NPK处理分别增加12.2和27.6 kg /hm2。4）作物产量与土壤有机质、碱解氮、有效磷、降雨量、生育期日平均气温呈显著正相关关系(P<0.05)。5）在黑土小麦-大豆-玉米典型轮作制度下，基于土壤养分平衡特征提出"稳氮、减磷和增钾"的施肥策略。该研究为评价和建立长期施肥模式、促进粮食持续生产提供依据。
HAO X Y, ZHOU B K, MA X Z, GAO Z C . Characteristics of crop yield and nutrient balanced in black soil under long-term different fertilization measures
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2015,31(16):178-185. (in Chinese)
URLMagsci [本文引用: 1]
为了明确长期不同施肥措施下黑土作物产量及养分平衡特征，利用开始于1979年的哈尔滨黑土肥力长期定位试验，以小麦-大豆-玉米轮作（3a）为一个周期，选取对照（不施肥，记作CK）、常量氮磷钾化肥配施（小麦施N、P2O5量分别为150、75 kg/hm2，大豆施N、P2O5量分别为75、150 kg/hm2，玉米施N、P2O5量分别为150、75 kg/hm2，K2O共施75 kg/hm2，记作NPK）、常量有机肥（施肥18 600 kg/hm2，记作M）、常量化肥有机肥配施（化肥施量同NPK，有机肥施量同M，记作MNPK）和二倍量氮磷化肥有机肥配施（小麦施N、P2O5量分别为300、150 kg/hm2，大豆施N、P2O5量分别为150、300 kg/hm2，、玉米施N、P2O5量分别为300、150 kg/hm2，有机肥共37 200 kg/hm2，记作M2N2P2）5个处理，研究了不同作物的平均产量、产量年际变化和土壤养分表观平衡。结果表明：1）较CK，长期平衡施用化肥或化肥配施有机肥提高了作物产量，多年平均增产率分别在82.5%～91.6%（小麦）和35.6%～40.9%（玉米）之间。长期不同施肥措施增产效果表现为M2N2P2 >MNPK>NPK>M，有机无机肥配施与单施化肥处理间作物产量差异不显著。2）长期不施肥处理小麦和玉米产量随试验年限推移呈下降趋势，降幅分别为13.93和42.61 kg/(hm2·a)，大豆则以7.409 kg/(hm2·a)的速率增加。施肥处理小麦、大豆和玉米产量随试验年限的增加呈总体上升的趋势。3）在该试验条件下，长期施用常量化肥处理（NPK）和常量化肥有机肥配施处理（MNPK）土壤氮亏缺量分别为29.7和17.5 kg/hm2，磷盈余量分别为33.4和61.2 kg/hm2。各处理土壤中钾素均表现为亏缺，亏缺量在30.4～73.0 kg/hm2之间。MNPK处理氮、钾供应状况有所改善，较NPK处理分别增加12.2和27.6 kg /hm2。4）作物产量与土壤有机质、碱解氮、有效磷、降雨量、生育期日平均气温呈显著正相关关系(P<0.05)。5）在黑土小麦-大豆-玉米典型轮作制度下，基于土壤养分平衡特征提出"稳氮、减磷和增钾"的施肥策略。该研究为评价和建立长期施肥模式、促进粮食持续生产提供依据。

[21] 周米平, 刘金华, 杨靖民, 于小斌 . 吉林省不同区域黑土供钾能力研究
吉林农业大学学报, 2008,30(5):712-715,752.
URLMagsci [本文引用: 1]
选取吉林省4个不同区域的黑土，设置施钾肥和不施钾肥2种处理，通过连续种植黑麦草(耗竭试验)来观察黑土的供钾能力。结果表明:供试土壤中速效钾的动态变化特征各异，其“最低值”的大小和出现的茬数也不相同。速效钾最低值的变幅为33～40 mg/kg，4号土壤速效钾含量降低的幅度最大，种植到第4茬时已经降低到原含量的8.96%，出现的茬数也较早。土壤中缓效钾下降幅度低于速效钾，“最低值”的变幅为527.87～824.28 mg/kg，出现的茬数最早在第4茬，最晚在第7茬。从植物的吸钾动态特征来看，速效钾对首茬植物的总吸钾量贡献最大，其次是缓效钾，但随着种植茬数的增加，缓效钾和矿物钾的贡献率逐渐升高。试验中在计算黑麦草的吸钾量时，将缓效钾和矿物钾区分开，并分析了速效性钾、缓效钾及矿物钾对植物的有效性。
ZHOU M P, LIU J H, YANG J M, YU X B . Study on the capability of releasing potassium in several phaeozem in Jilin Province
Journal of Jilin Agricultural University, 2008,30(5):712-715, 752. (in Chinese)
URLMagsci [本文引用: 1]
选取吉林省4个不同区域的黑土，设置施钾肥和不施钾肥2种处理，通过连续种植黑麦草(耗竭试验)来观察黑土的供钾能力。结果表明:供试土壤中速效钾的动态变化特征各异，其“最低值”的大小和出现的茬数也不相同。速效钾最低值的变幅为33～40 mg/kg，4号土壤速效钾含量降低的幅度最大，种植到第4茬时已经降低到原含量的8.96%，出现的茬数也较早。土壤中缓效钾下降幅度低于速效钾，“最低值”的变幅为527.87～824.28 mg/kg，出现的茬数最早在第4茬，最晚在第7茬。从植物的吸钾动态特征来看，速效钾对首茬植物的总吸钾量贡献最大，其次是缓效钾，但随着种植茬数的增加，缓效钾和矿物钾的贡献率逐渐升高。试验中在计算黑麦草的吸钾量时，将缓效钾和矿物钾区分开，并分析了速效性钾、缓效钾及矿物钾对植物的有效性。

[22] 彭显龙, 刘元英, 罗盛国, 李广宇, 盛大海 . 寒地稻田钾素状况与平衡
东北农业大学学报, 2008,39(1):46-49.
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PENG X L, LIU Y Y, LUO S G, LI G Y, SHENG D H . Potassium state and balance of paddy field in cold area of Northeast China
Journal of Northeast Agricultural University, 2008,39(1):46-49. (in Chinese)
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[23] 彭显龙, 袁英才, 刘元英, 罗盛国 . 实地养分管理对寒地水稻磷钾吸收的影响
东北农业大学学报, 2011,42(7):39-45.
URL [本文引用: 1]

PENG X L, YUAN Y C, LIU YY, LUO SG . Effect of site-specific nutrient management on P and K uptake of rice in cold region of northeastern China
Journal of Northeast Agricultural University, 2011,42(7):39-45. (in Chinese)
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[24] 王英 . 黑龙江省农田养分循环与平衡状况的初步探讨
土壤通报, 2002(4):268-271.
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WANG Y . Preliminary study on nutrient's cycle and balance in farmland soil of Heilongjiang Province
.Chinese Journal of Soil Science, 2002(4):268-271. (in Chinese)
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[25] 王建国, 王德禄, 王守宇, 何喜云, 王忠伟 . 黑龙江农田养分平衡和养分水平的动态变化
农业系统科学与综合研究, 2000,16(2):124-127.
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WANG J G, WANG D L, WANG S Y, HE X Y, WANG Z W . Dynamic variation of the farmland nutrient’s balance and its content in Heilongjiang Province
System Sciences and Comprehensive Studies in Agriculture, 2000, 16(2):124-127. (in Chinese)
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[26] 金梦灿, 张舒予, 郜红建, 高时凤, 王宜坤 . 麦秆还田下钾肥减量对水稻产量及钾肥利用率的影响
中国生态农业学报, 2017,25(11):1653-1660.
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JIN M C, ZHANG S Y, GAO H J, GAO S F, WANG Y K . Effects of reducing potassium fertilizer on rice yield and potassium use efficiency under wheat straw return condition
Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017,25(11):1653-1660. (in Chinese)
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