宫亮^,, 金丹丹, 牛世伟, 王娜, 徐嘉翼, 隋世江辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所,沈阳 110161

Analysis of Chemical Fertilizer Application Reduction Potential for Paddy Rice in Liaoning Province

GONG Liang^,, JIN DanDan, NIU ShiWei, WANG Na, XU JiaYi, SUI ShiJiangInstitute of Plant Nutrition and Environmental Resource, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161

责任编辑: 李云霞
收稿日期:2020-07-4接受日期:2020-11-30网络出版日期:2021-05-01

基金资助:

国家重点研发计划.2018YFD0200200

Received:2020-07-4Accepted:2020-11-30Online:2021-05-01
作者简介 About authors
宫亮,Tel：13889123476;E-mail：gongliang1900@sina.com








摘要
【目的】辽宁省水稻种植面积约50万hm²,较10年前下降了近1/5,但由于单产持续增加,年产量始终稳定在400万t以上。作为单产最高的粳稻主产区之一,在化肥零增长的背景条件下,兼顾土壤肥力和水稻产量的化肥减施潜力有待研究。【方法】2020年对辽河三角洲、东南部沿黄海和辽宁中北部3个水稻主产区进行农户施肥调研,每个稻作区分别选择高、中、低产代表乡镇为调研点,每个调研点选择2—5个村,每个村选择10户进行调研,共计590份调查问卷。各稻作区氮肥推荐用量基于前期研究基础确定。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。基于此分析辽宁省水稻化肥减肥潜力。【结果】辽河三角洲、东南部沿黄海和辽宁中北部稻区农户平均产量分别为10.4、7.7和8.7 t·hm^-2,差异较大,同一稻作区高低相差约4 t·hm^-2,不同稻作区间高低相差约2.7 t·hm^-2。辽宁省稻田N、P₂O₅和K₂O平均习惯用量分别为229.4、102.8 和91.1 kg·hm^-2,氮肥用量较2004—2017年降低了12%—32%,磷钾肥用量有所增加,氮磷钾肥比例约为2.2﹕1﹕1;3个稻作区农户习惯氮肥和磷肥施用量变异较大,纯氮和P₂O₅平均用量高低相差分别为79.5 kg·hm^-2和35.4 kg·hm^-2;农户纯氮施用量高低相差约4倍,有2.5%农户不施钾肥,个别农户不施磷肥,P₂O₅和K₂O最高用量分别为294.5和225.0 kg·hm^-2,盲目施肥现象依然存在。以各稻作区近3年平均产量增产5%为目标产量计算推荐施肥量,辽河三角洲稻作区目标产量为10 000 kg·hm^-2,N、P₂O₅ 和K₂O的推荐用量分别为234、111和101 kg·hm^-2,有82.1% 的农户氮肥效率较低,过量施氮问题突出,其中有21.7% 的农户具有较大减氮潜力,可节约氮肥13.7%;9.6%的农户具有较大磷肥减施潜力,可节约磷肥5.1%;钾肥需要适量补充。东南部沿黄海稻作区目标产量为7 500 kg·hm^-2,N、P₂O₅ 和K₂O的推荐用量分别为179、83和76 kg·hm^-2,68.0% 的农户磷肥效率较低,过量施磷现象普遍,其中有28.0% 的农户具有较大节磷潜力,可降低18.6%的投入量;约20% 的农户处于氮、钾肥低产低效水平,能减施7%左右。辽宁中北部稻作区目标产量为9 000 kg·hm^-2,N、P₂O₅ 和K₂O的推荐用量分别为210、80和91 kg·hm^-2;约有30%的农户氮、磷、钾肥具有较大减施潜力,其中氮、磷肥可减施约1%,钾肥减施约4%。【结论】辽河三角洲稻作区氮肥过量施用问题突出,有21.7%的农户可减施氮肥13.7%;东南部沿黄海稻作区磷肥过量施用现象普遍,有28.0%的农户可降低18.6%的投入量;辽宁中北部稻作区约有30%的农户具有化肥减施潜力,氮、磷肥减施约1%,钾肥减施约4%。
关键词： 水稻;化肥减施;化肥阈值;肥料偏生产力;辽宁省

Abstract
【Objective】The rice planting area in Liaoning Province is approximately 500 000 hm², decreasing by one fifth from the size it was 10 years ago. However, due to the continuous increase in unit production, the annual output has been stable at over 4 million tons. As the main producing area with the highest unit yield for japonica rice in Liaoning Province, the potential and space remains to be further studied in the context of zero growth of chemical fertilizer, at the same time, both soil fertility and rice yield should be taken into consideration for chemical fertilizer application reduction. 【Method】Three major rice producing areas were investigated in 2020, including the Liaohe Delta, the Southeastern Area along the Yellow Sea, and the North-central Area of Liaoning. In each rice planting area, the representative towns with high, medium and low yields were selected as research spots. In each research spot, two to five villages (ten households per village) were selected to carry out the investigation, counting up to 590 questionnaires. The recommended amount of nitrogen (N) fertilizer for each rice growing area was determined on the basis of previous studies. According to crop nutrient requirement and soil nutrient status in paddy fields, the suitable amount of phosphate (P) and potassium (K) fertilizer was estimated by the measurement and monitoring method of P and K. Based on this analysis, the potential of chemical fertilizer reduction for paddy rice in Liaoning Province was calculated. 【Result】Average yields in the Liao River Delta, the southeastern area along the Yellow Sea and the north-central area of Liaoning were 10.4, 7.7 and 8.7 t·hm^-2, respectively. The difference within the same rice planting area was about 4 t·hm^-2, while the difference between different rice planting areas was about 2.7 t·hm^-2. The average amount of N, P₂O₅ and K₂O for the different paddy rice fields in Liaoning Province were 229.4, 102.8 and 91.1 kg·hm^-2, respectively. Compared with the amount of fertilizer application before 2004-2017 year, the N fertilizer was reduced by 12%-32% and the P and K fertilizer was increased to some extent. The ratio of N, P and K fertilizer was 2.2﹕1﹕1. The average amounts of N and P fertilizer application varied greatly. The difference of the average amount between the maximum and the minimum is 79.5 kg·hm^-2for nitrogen and 35.4 kg·hm^-2for P₂O₅. The difference between the amounts of pure N application by farmers was about 4-fold. About 2.5% of the farmers did not apply K fertilizer, and some farmers did not apply P fertilizer. The maximum application of P₂O₅ and K₂O were 294.5 and 225.0 kg·hm^-2, respectively. The phenomenon of unscientific fertilization still existed in these regions. Taking the average yield increase of 5% in the last three years as the target yield, the recommended fertilizer amount was calculated. The target yield in the rice planting area of the Liaohe Delta was 10 000 kg·hm^-2. The recommended application of N, P₂O₅ and K₂O were 234, 111 and 101 kg·hm^-2, respectively. About 82.1% of the farmers had low N fertilizer efficiency. This excessive N fertilizer application was a serious problem. About 21.7% of the farmers could potentially reduce N fertilization by 13.7%, about 9.6% of farmers could potentially reduce P fertilizer by 5.1%, and K fertilizer needed to be supplemented appropriately. Target yield in the Southeastern Area along the Yellow Sea was 7 500 kg·hm^-2. The recommended application of N, P₂O₅ and K₂O were 179, 83 and 76 kg·hm^-2, respectively. About 68.0% of the farmers had low P fertilizer efficiency with a generally excessive P fertilizer application phenomenon. 28.0% of the farmers could potentially reduce the amount of P fertilizer by 18.6%. About 20% of farmers fell in the low-yield and low-efficiency levels of N and K fertilizer. The application reduction potential was around 7%. The target yield in the North-central Area of Liaoning was 9 000 kg·hm^-2. The recommended application of N, P₂O₅ and K₂O were 210, 80 and 91 kg·hm^-2, respectively. About 30% of farmers had the potential to reduce the application of N, P and K fertilizers. The application reduction potential for N, P and K fertilizer was approximately 1%, 1% and 4%, respectively. 【Conclusion】After the implementation of a five year ‘zero growth in fertilizer use’ policy, the situation of fertilizer application in the paddy fields of Liaoning Province has be drastically improved, but the phenomenon of unscientific fertilization by farmers still exists. In the Liaohe Delta, the excessive application of N fertilizer was prominent. About 21.7% of the farmers could reduce the application of N fertilizer by 13.7%. In the Southeastern Area along the Yellow Sea, the phenomenon of excessive application of P fertilizer is common. About 28.0% of the farmers could reduce P fertilizer input by 18.6%. In the north-central area of Liaoning Province, about 30% of farmers in rice planting areas have the potential to reduce the application of chemical fertilizers. The percentage for potential application reduction of N and P fertilizer was about 1%, while that of K fertilizer was about 4%.
Keywords：rice;application reduction of chemical fertilizer;threshold of chemical fertilizer;partial factor productivity;Liaoning Province


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宫亮, 金丹丹, 牛世伟, 王娜, 徐嘉翼, 隋世江. 辽宁省水稻主产区化肥减施潜力分析[J]. 中国农业科学, 2021, 54(9): 1926-1936 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.09.010
GONG Liang, JIN DanDan, NIU ShiWei, WANG Na, XU JiaYi, SUI ShiJiang. Analysis of Chemical Fertilizer Application Reduction Potential for Paddy Rice in Liaoning Province[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2021, 54(9): 1926-1936 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.09.010


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0 引言

【研究意义】化肥对粮食的增产贡献率可达20%—60%^[1,2],对保障粮食安全具有不可替代的作用。但化肥过量使用则造成资源浪费^[3],严重过量时甚至会导致作物减产和一系列生态环境问题^[4,5,6,7,8]。中国是目前世界上最大的化肥生产国和消费国,2014 年我国粮食产量达到6.1亿t,较1970年增加了2.5倍,同期化肥用量增加了17.1倍^[9],化肥增幅远超过粮食增幅。为此,农业农村部2015年制定了《到2020年化肥使用零增长行动方案》,明确了化肥减施任务目标和技术途径。辽宁省是北方粳稻主产区之一,水稻单产在8.5 t·hm^-2以上,高于全国平均水平,对保障我国口粮安全具有重要作用。在化肥减施的背景下,作为单产最高的粳稻主产区,兼顾土壤肥力和水稻产量的适宜化肥施肥量是多少,现行施肥制度下的化肥减施潜力如何是本文研究的重点。【前人研究进展】中国化肥消费量约占世界化肥总消费量的1/3,其中,稻田氮肥用量占我国氮肥总消费量的30%以上^[10],水稻平均氮肥施用量180 kg·hm^-2,比世界水稻氮肥平均施用量高出75%^[11]。史常亮等^[12]调查2004—2013年我国玉米、水稻和小麦三种粮食作物单位面积化肥用量表明,水稻化肥折纯平均用量为377.54 kg·hm^-2,施用强度最高。其中,东北稻作区的化肥折纯平均施用量为311.22 kg·hm^-2,超过国际公认的化肥安全施用量上限,有消减潜力。彭显龙^[13]基于农户施肥和土壤肥力研究结果表明,黑龙江作为全国水稻施肥量最低的省份,依然可减施26%—30%。张灿强等^[14]研究认为,东北单季稻区化肥减施潜力较大,辽宁地区水稻生产化肥施用量可以减少94.5 kg·hm^-2,其中氮肥可减施26.3%。王颖^[15]调查结果显示,2004—2015年辽宁省水稻化肥折纯平均施肥量为391.5 kg·hm^-2,农户间施肥量差异较大,7 500—9 000 kg·hm^-2产量水平氮肥和施肥总量较高,是控肥减肥的重点。【本研究切入点】已有的研究指出了辽宁省水稻生产化肥减施潜力和控肥减肥重点对象,但省内不同稻作区间气候和土壤条件差异很大,差异化的氮、磷、钾肥适宜用量缺乏系统报道,“化肥使用量零增长行动”实施5年后,水稻施肥现状如何,是否还有减施潜力尚未明确。【拟解决的关键问题】为此,利用本课题组前期研究成果^[16],确定了各稻作区化学氮肥推荐用量,利用衡量监控法^[17]估算了各稻作区化学磷、钾肥推荐用量,并调查分析了目前辽宁省水稻主产区农户习惯施肥现状和存在的问题,以期明确当前辽宁省水稻主产区化肥减施潜力,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

辽宁省位于东北地区南部,地处北纬38°43′—43°26′,东经118°53′—125°46′,属温带季风气候。年日照时数2 100—2 600 h,全年平均气温在7—11℃之间,无霜期在150 d以上,年降水量在600—1 100 mm。水稻是第二大粮食作物,全部为粳稻,年产量稳定在400万t以上。按照气候特点和土壤类型可以分为辽河三角洲、东南部沿黄海和辽宁中北部3个稻作区。辽河三角洲稻作区位于辽河平原的南端,包括盘山县、大洼县和大石桥市等地,属暖温带半湿润季风气候,年均气温8.3℃,年均降雨量为610 mm,无霜期165—170 d,主要为盐渍型水稻土。东南部沿黄海稻作区包括东港市、瓦房店市和普兰店市的沿海地区,属暖温带大陆性季风气候区,年平均气温9.3℃,平均降水量580 mm,无霜期165—185 d,主要为盐渍型水稻土。辽宁中北部稻作区包括铁岭市、开原市和沈阳市、辽阳市及周边地区,属中温带季风型大陆性气候,年平均气温6.3℃,年平均降雨量为700 mm,无霜期127—162 d,主要为草甸型水稻土。

1.2 数据来源

课题组2020年对辽河三角洲、东南部沿黄海和辽宁中北部3个水稻主产区进行了农户施肥调研,每个稻作区分别选择高、中、低产代表乡镇为调研点,每个调研点选择2—5个村,每个村选择10户进行调研（图1）,共计590份调查问卷。参考农业农村部《小麦、玉米、水稻三大粮食作物区域大配方与施肥建议（2013）》,结合调查情况确定各稻作区高、中、低产标准,其中,辽河三角洲稻作区高产标准为产量10.5 t·hm^-2以上,低产标准为产量9.0 t·hm^-2以下,调研点包括营口市、大石桥市、盘山县、大洼县和海城市,共计240份调查问卷;东南部沿黄海稻作区高产标准为产量7.5 t·hm^-2以上,低产标准为产量6.5 t·hm^-2以下,调研点包括东港市、瓦房店市和普兰店市,共计200份调查问卷;辽宁中北部稻作区高产标准为产量9.0 t·hm^-2以上,低产标准为产量7.5 t·hm^-2以下,调研点包括开原市、铁岭市、沈北新区、沈阳市东陵区、辽中县、灯塔市和辽阳市,共计150份调查问卷。

图1

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图1辽宁省水稻主产区及调研点分布图

Fig. 1Distribution of rice producing areas and survey sites in Liaoning Province



2009—2018年全省水稻种植面积、产量数据来源于《辽宁省统计年鉴》。

1.3 推荐施肥量计算方法

二次项、指数、直线及线性加平台等肥料效应函数分别适用于不同条件下计算肥料用量和作物产量的相关性。函数统计检验的拟合程度、同一产量水平下推荐施肥量的节省程度和稳定性是选择函数模型的3个重要条件^[18]。近年来,随着育种水平的不断提高,高产作物品种通常具有基础产量高,耐肥水,抗倒伏等特点,在某一产量范围内,施肥量与作物产量无显著相关性,产量和施氮量曲线在适宜施氮量附近已相当平缓,少量增加或减少氮肥的施用量对产量的影响很小^[19,20],因此,可应用线性加平台函数拟合作物产量与施氮量的相关性^[21],计算作物目标产量的推荐施氮量。本文以各稻作区近3年平均产量增产5%为目标产量,即辽河三角洲、东南沿黄海和辽宁中北部稻区分别为10 000、7 500和9 000 kg·hm^-2,根据课题组多年多点试验利用线性加平台函数模型计算确定各稻作区推荐施氮量^[16,22-23]。

磷钾肥根据国际普遍应用的衡量监控法确定用量^[17],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,施肥量低于养分带走量,校正系数为0.5—0.75;当土壤肥力较低时,施肥量高于养分带走量,校正系数为 1.25。辽宁省100 kg 水稻籽粒P₂O₅和K₂O需求量分别为0.89 kg和2.69 kg^[24],本文以此为依据计算磷钾携出量。辽宁省稻田速效磷平均含量为20.24 mg·kg^-1,整体稍高于第二次全国土壤普查规定的中等水平^[25],其中,辽河三角洲和东南沿黄海稻区为分别处于中等和稍缺水平^[26,27],且均为盐渍型水稻土,pH在8左右,磷肥有效性较低^[28],故校正系数均按1.25计算;辽宁中北部稻区土壤速效磷处于中等水平^{[29,30,31,32]},校正系数按1计算。稻田速效钾平均含量为163.9 mg·kg^-1,属于丰富水平,但存在含量下降问题^[25],且已有部分地区速效钾含量降至中等或缺乏水平^{[30,31,32,33]}。为保持土壤速效钾含量处于稳定水平,校正系数按1.25计算。水稻吸收的钾80%存在于茎秆中,是一种重要的速效性钾素资源,可与传统钾肥起到相同作用^[34]。北方水稻主产区约有10%秸秆被移除作燃料使用^[35],因此,水稻地上部吸收的钾约70% 归还土壤。本文以此为依据,计算钾携出量。

施钾量=钾携出量=产量/100×100 kg籽粒养分需钾量×（1-0.7）×校正系数。

秸秆氮主要对维持和培育土壤有机碳、氮库有利,对推荐施氮量的影响不大^[36]。水稻秸秆还田后释放的氮磷养分不足推荐施肥的1%^[37],因此,不考虑秸秆还田对氮、磷肥用量的影响^[13]。

1.4 合理施肥标准

以各稻作区目标产量为标准,当农户产量高于此标准定义为高产,反之为低产;以目标产量条件下推荐的N、P₂O₅ 和K₂O 用量为肥料合理用量,与之相对应的肥料偏生产力为标准偏生产力,农户施肥的偏生产力高于标准偏生产力则为养分高效,反之为养分低效。高产高效为合理施肥,高产低效和低产低效为过量施肥,低产高效为肥料用量不足^[13]。

1.5 计算方法和数据分析

氮磷钾肥偏生产力=水稻产量/（N、P₂O₅、K₂O）施用量。

试验数据均采用 Microsoft Excel 2007、SigmaPlot 12进行统计分析和图表处理。

2 结果

2.1 辽宁省水稻生产现状

2009—2018年全省水稻种植面积由63.4万hm²（2010）下降到49.2万hm²左右（2014）,呈现出先下降再趋于稳定的趋势（图2-a）,截止到2018年,辽宁省水稻种植面积占北方粳稻总面积的7.33%。水稻单产呈现出先逐年上升再保持稳定的趋势,由7.68 t·hm^-2（2009）上升到8.58 t·hm^-2（2015）左右,高于全国平均水平。2020年调研数据表明（图2-b）,辽河三角洲稻区平均产量10.4 t·hm^-2,是辽宁省水稻高产区;东南部沿黄海稻区平均产量7.7 t·hm^-2,是辽宁省水稻低产区;辽宁中北部稻区平均产量8.7 t·hm^-2。同一稻作区农户产量高低相差约4 t·hm^-2,不同稻作区间农户平均产量高低相差约2.7 t·hm^-2,农户间产量差异较大。

图2

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图22009-2018年辽宁省水稻种植面积、单产（a）和农户调研水稻产量（b）

Fig. 2Rice transplanting area, yield (a) and surveyed farmer rice yield (b) in Liaoning province from 2009 to 2018

2.2 辽宁省水稻化肥施用现状

目前辽宁省化肥折纯平均施用量为423.3 kg·hm^-2,N、P₂O₅和K₂O平均用量分别为229.4、102.8和91.1 kg·hm^-2。不同稻作区间氮肥和磷肥施用量变异均较大（图3-a、3-b）,辽河三角洲稻作区纯氮用量明显高于其他两个稻作区,平均施氮量高低相差79.5 kg·hm^-2;辽宁中北部稻作区P₂O₅用量明显低于其他两个稻作区,平均施磷量高低相差35.4 kg·hm^-2;K₂O用量变异较小（图3-c）。调查中农户最小施氮量90.0 kg·hm^-2,最大施氮量358.5 kg·hm^-2,两者相差约4倍;东南沿黄海稻作区有个别农户不施磷肥;3个稻作区均有农户不施钾肥,占调查总量的2.5%;磷肥和钾肥施用量最高,分别为294.5和225.0 kg·hm^-2;农民盲目施肥现象依然存在。

图3

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图3不同区域农户氮磷钾肥施用量

Fig. 3Application of N, P₂O₅ and K₂O from farmers of different parts of Liaoning province

2.3 辽宁省水稻节肥潜力分析

辽河三角洲稻作区有11.3% 的农户实现了氮肥高产高效,82.1% 的农户氮肥效率较低,其中21.7% 的农户处于低产低效水平,氮肥减施潜力较大（图4-a1）,可减施氮肥13.7%,氮肥偏生产力可提高5.8 kg·kg^-1（表1）;约40%农户实现了磷肥和钾肥高产高效,磷肥和钾肥处于低产低效水平的农户比例分别为9.6%和7.1%,具有减施潜力（图4-a2、a3）,可减施磷肥5.1%,偏生产力可提高4.6 kg·kg^-1（表1）;农民平均习惯施钾量低于推荐施钾量,且有个别农户不施钾肥,钾肥需要适量补充。与推荐施肥量接近的农户的平均产量达到10 033 kg·hm^-2,达到了目标产量。

图4

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图4农户氮磷钾肥偏生产力与水稻产量的关系

Fig. 4Relationship between partial productivity of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer and rice yield of farmers



Table 1
表1
表1不同稻作区化肥偏生产力及减肥潜力
Table 1Fertilizer reduction potential and fertilizer partial productivity in different rice producing area

稻作区 Rice producing area	施肥量(kg·hm-2)						偏生产力PFP（kg·kg-1）						节肥潜力 Saving fertilizer potential (%)
	推荐施肥 Optimized fertilization			习惯施肥 Conventional fertilization			推荐施肥 Optimized fertilization			习惯施肥 Conventional fertilization
		N	P2O5	K2O	N	P2O5	K2O	N	P2O5	K2O	N	P2O5	K2O	N	P2O5	K2O
辽河三角洲 Liaohe delta	234	111	101	271	117	96	42.7	90.1	99.0	36.9	85.5	104.2	13.7	5.1	—
东南部沿黄海 Southeast	179	83	76	192	102	82	41.9	90.4	98.7	39.1	73.5	91.5	6.8	18.6	7.3
辽宁中北部 North-centra	210	80	91	211	81	95	42.9	112.5	98.9	42.7	111.1	94.7	0.5	1.2	4.2

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东南部沿黄海稻作区有13.5% 和27.0% 的农户实现了氮、钾高产高效,约20% 的农户处于低产低效水平,氮、钾肥减施潜力较大（图4-b1、4-b3）,可减施约7%,偏生产力可分别提高2.8和7.2 kg·kg^-1（表1）;有23.0% 的农户实现了磷肥高效高产,约68.0% 的农户磷肥效率较低,其中28.0% 的农户处于低产低效水平,磷肥减施潜力较大（图4-b2）,可降低18.6%的投入量,偏生产力可提高14 kg·kg^-1（表1）。与推荐肥量接近的农户平均产量为7 683 kg·hm^-2,达到了目标产量。

辽宁中北部稻作区有17%的农户实现了氮高效高产,约30%的农户实现了磷、钾肥高产高效,约30%的农户氮、磷、钾肥处于低产低效水平,减施潜力较大（图4-c1、c2、c3）,氮、磷肥减施约1%,钾肥减施约4%（表1）。与推荐施肥量接近的农户平均产量为9 225 kg·hm^-2,达到了目标产量。

3 讨论

3.1 近15年辽宁省稻田化肥投入变化趋势

孙丽惠^[38]调查结果表明,2006—2008年期间辽河三角洲稻作区纯N用量为400—442 kg·hm^-2,辽宁中北部纯N用量261 kg·hm^-2,P₂O₅用量约为78 kg·hm^-2,K₂O用量约在85 kg·hm^-2。常俊彦^[39]调查结果显示,2017年辽宁省东南沿黄海稻作区N、P₂O₅和K₂O平均用量分别为219.49、97.32和76.67 kg·hm^-2。与前人调查结果相比,目前辽河三角洲、东南沿黄海和辽宁中北部稻作区氮肥用量分别降低了32%、12%和15%,磷钾肥用量有所增加。王颖^[15]2004—2015年对辽宁省10个市22个县（区）14 829农户施肥调查结果表明,全省N、P₂O₅和K₂O平均用量分别为241.5、84.0和66.0 kg·hm^-2,比例约为3﹕1﹕1。本次调查结果表明,目前辽宁省N、P₂O₅和K₂O平均用量分别为229.4、102.8和91.1 kg·hm^-2,比例约为2.2﹕1﹕1。说明实施“测土配方施肥”和开展“化肥零增长行动”以来,辽宁省水稻生产氮肥投入量显著降低,化肥施用情况明显得到改善,氮磷钾养分配比趋于合理,为水稻高产稳产奠定了基础。

3.2 辽宁省水稻主产区氮肥减施潜力

王永欢等^[40]利用一元二次方程函数模型计算得到盘锦地区水稻目标产量在8 250—9 750 kg·hm^-2时的最佳纯N用量为270—315 kg·hm^-2。本研究则利用线性加平台函数模型计算目标产量最佳施肥量为234 kg·hm^-2,显著降低了推荐施氮量。尹传龙^[41]建议辽宁东南沿海稻区在目标产量为9 000 kg·hm^-2时,纯N用量为195 kg·hm^-2,本文则以近3年平均产量增产5%为目标产量（7 500 kg·hm^-2）确定推荐施氮量为179 kg·hm^-2,因此两种推荐施氮量结果差异较大。巨晓棠^[36]应用“作物理论施氮量”计算得到水稻产量在 9 000—10 000 kg·hm^-2,氮肥推荐用量为216—240 kg·hm^-2,李波等^[42]利用肥料效应函数法计算辽河三角洲稻作区合理施氮量为221—235 kg·hm^-2,均与本研究推荐施氮量非常接近。尿素、氯化铵和硫酸铵等是水稻生产中普遍应用的氮肥,价格低廉,增产效果明显,过量施用问题突出。辽河三角洲稻作区作为辽宁省水稻产量最高的地区,有82.1%的农户氮肥效率较低,可减施13.7%,选择适宜的氮肥种类并优化施用方法,是未来该地区控氮减氮的重点。东南部沿黄海和辽宁中北部稻作区氮肥减施虽然仅7%和1%,但仍有20%—30%的农户具有较大减施潜力,因此,优化施肥方法,利用有机氮肥替代化学氮肥,将是这两个地区今后氮肥调控的重点。

3.3 辽宁省水稻主产区磷肥减施潜力

孙洪仁等^[43]研究结果表明,目标产量为7 500、 9 000和10 500 kg·hm^-2条件下,磷肥适宜用量分别为68、81和95 kg·hm^-2,本文对辽宁中北部稻作区目标产量为9 000 kg·hm^-2时磷肥推荐量为80 kg·hm^-2,与其研究结果相近,而辽河三角洲和东南部沿黄海稻作区在目标产量分别为10 000 和7 500 kg·hm^-2时磷肥推荐量分别为111 和83 kg·hm^-2,高于其推荐量,主要是笔者考虑到辽河三角洲和东南部沿黄海稻作区主要为盐渍型水稻土,磷肥有效性较低,因此提高了用量。付立东等^[44]研究认为,滨海盐碱型稻田P₂O₅用量与水稻产量的关系符合函数方程：y=-0.4962x²+ 7.3718x+10494,通过此方程计算辽河三角洲稻作区P₂O₅用量达111.45 kg·hm^-2时,能获得10 905 kg·hm^-2的高产,P₂O₅用量为85.46 kg·hm^-2时,可达到东南部沿黄海稻作区7 500 kg·hm^-2的目标产量,与本文推荐施磷量接近。磷酸二铵是水稻生产应用最广泛的磷肥之一,价格一般在3 600元/吨以上,因价格较高,农民通常不会过量施用,基于本文目标产量和推荐施磷量条件下,辽河三角洲和辽宁中北部稻作区磷肥减施分别约为5%和1%,但东南沿黄海稻作区约有70% 的农户磷肥效率较低,30%的农户磷肥减施潜力较大,减施量约18%。导致这一问题的原因可能是,一方面,该地区受暖温带大陆性季风气候影响,阴雨天较多,空气湿度大,增施氮肥易导致稻瘟病和穗瘟病加重^[45],农民习惯通过投入磷肥增加水稻分蘖和籽粒结实率以保证稻米品质和产量^[39]。另一方面,该地区土壤pH在8.0以上,磷肥有效性较低,因此,农民常常通过增加磷肥施用量来提高有效磷供应量,从而加剧了过量施磷。总之,磷肥在土壤中较易被固定而导致利用率较低,因此,加强土壤中磷素的活化和利用,是未来控磷减磷的重点。

3.4 辽宁省水稻主产区钾肥减施潜力

索巍巍等^[46]研究表明,辽河三角洲稻区目标产量为9 750 kg·hm^-2,合理施钾量为90 kg·hm^-2;王永欢等^[40]则认为K₂O用量为75 kg·hm^-2即可达到这一目标产量,上述推荐施钾量均低于本文推荐量。主要是因为上述研究结果的目标产量低于本文,且本文考虑到辽宁稻田钾素含量处于下降的趋势,因此,提高了推荐施用量以维持土壤钾持续供应能力。孙洪仁等^[43]研究结果表明,目标产量为7 500、9 000和10 500 kg·hm^-2条件下,K₂O适宜用量分别为72、86和101 kg·hm^-2,孙杉杉等^[47]研究认为,辽河三角洲地区钾肥最佳施用量为102.2 kg·hm^-2,均与本文推荐施钾量相近。氯化钾是水稻生产中普遍应用的钾肥,近年来价格一直稳定在3 000元/吨以上,且钾肥增产作用不如氮磷肥效果明显,因此,农民习惯施钾量通常低于推荐施钾量,甚至有个别农户不施钾肥以降低生产成本,因此辽宁省钾肥虽然减施潜力在20%—30%,但减施量仅4%—7%,减施空间有限。此外,辽宁省土壤钾素含量处于下降趋势也限制了钾肥减施。钾肥是不可再生矿产资源,但作物秸秆中的钾是较好的钾肥来源,基于土壤有效钾含量,确定秸秆还田替代钾肥比例,是辽宁省水稻生产中优化施钾的重要措施。

4 结论

目前辽宁省稻田N、P₂O₅和K₂O平均用量分别为229.4、102.8和91.1 kg·hm^-2,养分配比总体趋于合理,但不同稻作区间差异较大,辽河三角洲稻作区氮肥过量问题突出,有21.7%的农户具有减施潜力,减施量约14%;东南部沿黄海稻作区磷肥过量现象普遍,有28.0%的农户具有减施潜力,可降低18.6%的投入量;辽宁中北部稻作区化肥施用量相对合理,虽然有30%的农户具有减施潜力,但氮、磷、钾肥仅可减施1%—4%。辽宁省作为单产最高的粳稻主产区,采取差异化的减施措施,才能实现兼顾土壤肥力和水稻产量的化肥减施目标。

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