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化肥作为农作物的“粮食”，在保障作物产量、提高农田土壤肥力方面有着不可替代的作用。金继运等[1]分析表明，施用化肥可提高粮食单产40%～50%以上，粮食总产中约有1/3是施用化肥的贡献。农民为了获得高产，盲目施肥，使养分投入不平衡[2-4]，导致作物产量与养分投入量间没有显著的相关关系[5-6]，甚至由于过量施用某种养分，造成作物减产[7]、养分利用率下降[8]的问题。大量未被作物吸收的养分进入非农生态环境，变成了污染因子[9]。合理平衡施肥既能降低农业生产成本，又能减少环境污染，如何实现平衡施肥是我国农业亟待解决的问题。
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小麦、玉米轮作是河北省主要的种植方式，小麦种植面积常年在200万hm2 以上。前人从田块尺度或省域尺度，分析了河北省小麦养分推荐用量。He等[7]在辛集试验点研究结果表明小麦氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）推荐量分别为180、100、75kg·hm-2；沙之敏等[10]在辛集试验点小麦氮磷钾养分推荐量分别为180、75、120kg·hm-2； Jia等[11]在辛集试验点研究结果表明小麦氮肥推荐用量分别为210kg·hm-2；杜君等[12]研究表明河北容城试验点小麦氮磷钾养分推荐用量分别为154.95、129、103.35kg·hm-2；Zhang等[13]研究表明氮肥推荐用量分别为202kg·hm-2；贾良良等[14] 对河北省83个小麦养分专家系统推荐施肥试验进行分析，得出河北省小麦主产区氮磷钾养分推荐量分别为164.9、77.0、73.6kg·hm-2。目前对田块尺度小麦养分适宜用量的研究较多，不同研究间差异较大，对区域尺度的研究较少。本研究利用河北省测土配方施肥项目“氮磷钾3414”试验数据，深入分析了河北省不同区域小麦养分适宜用量，探寻了不同区域小麦节肥潜力，为河北省肥料减施提供技术支持。
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1 材料与方法
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1.1 数据来源
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本研究采用的数据主要来源以下3个渠道，一是河北省测土配方施肥项目“氮磷钾3414”试验数据，共采用了3358组冬小麦“氮磷钾3414田间试验”；二是《河北农村统计年鉴》[15]，共选用了2000～2016年17年的统计资料；三是“农业部种植业管理司农作物数据库”[16]。河北省氮磷钾养分用量来自《河北农村统计年鉴》[15]，河北省小麦播种面积、产量及排名等资料来自“种植业管理司农作物数据库”，河北省各市小麦播种面积来自 《河北农村统计年鉴》[15]。河北省各市小麦单位面积养分用量、单产来自于测土配方施肥调查数据。
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1.2 数据计算
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河北省养分用量是将统计资料中氮磷钾养分用量加上复合（混）肥中相应养分量。复合（混）肥养分分解，根据杨帆等[17]对农民购买复合（混） 肥料配方的调查结果进一步计算，将复混肥养分按照N 37.27%、P2O5 31.18%、K2O 31.55%的比例分解为氮、磷、钾单质养分，计算得到河北省2000～2016年的氮磷钾养分用量。
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河北省及各市单位面积氮磷钾养分适宜用量是利用线性加平台模型[18-19]，通过SPSS软件，分析全省3358组小麦“氮磷钾3414”试验数据计算得到的，并得到适宜养分用量下的小麦平台单产。有研究对比了线性加平台、二次型、平方根、二次型加平台等模型拟合小麦产量与氮肥用量关系，对比发现最优的氮肥效应模型为线性加平台模型[19]。本研究采用线性加平台模型拟合氮、磷、钾养分用量与小麦产量的关系。
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线性加平台模型：。其中Y为小麦籽粒产量（kg·hm-2），x为养分用量（N、P2O5、K2O kg·hm-2），a为截距，b为回归系数，c为直线与平台的交点，p为小麦平台产量（kg·hm-2）。
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各市适宜养分用量=模型计算单位面积适宜养分用量 ×2016年各市小麦播种面积；
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各市调查养分用量=调查所得单位面积养分用量 ×2016年各市小麦播种面积；
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小麦节肥潜力=各市调查养分用量-各市适宜养分用量；
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小麦调查产量=调查所得小麦单产 ×2016年小麦播种面积；
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模型计算小麦产量=模型计算小麦单产× 2016年小麦播种面积。
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2 结果与分析
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2.1 河北省氮磷钾养分用量变化
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统计数据表明，河北省养分用量从2000至2014年呈逐年增加的趋势，以2014年最高，为335.6万t。2015年养分用量为335.5万t，基本与2014年持平。2016年用量为331.8万t，相比2014年减少3.7万t，减少1.1%，其中氮减少4.23万t，磷减少0.53万t，钾增加0.94万t。
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3 种养分中以氮用量比率最高，但呈现缓慢下降趋势，从2000 年的63.21%降至2016 年的56.49%。磷用量所占比率次之，维持在24%左右。钾用量所占比率最低，但呈现上升趋势，从2000 年的13.44%升至2016 年的19.19%。
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图1 河北省历年氮磷钾养分施用量
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2.2 河北省小麦节肥潜力分析
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2.2.1 河北省小麦种植情况
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河北省是我国小麦的主要产区之一，播种面积216.1万～267.9万hm2，产量1019万～1435万t，播种面积占全国10%，产量占全国11.3%（数据来自种植业管理司农作物数据库[16]）（图2）。播种面积处于全国第3或第4位，产量为第3位。小麦同时也是河北省的主要作物，常年播种面积占全省作物总播种面积的24.3%～29.7%（数据来自河北农村统计年鉴[15]）。
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图2 河北省历年小麦播种面积及产量
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2.2.2 河北省小麦养分用量
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河北省小麦氮磷钾平均用量分别为223.9、151.2、 59.8kg·hm-2（表1）。不同区域间有一定差异，氮用量石家庄最高（240kg·hm-2），沧州最低（200.2kg·hm-2）；磷用量邯郸最高（164.3kg·hm-2），沧州最低（136kg·hm-2），钾用量邢台最高（65.0kg·hm-2），保定最低（53.7kg·hm-2）。
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以2016年小麦播种面积及测土配方施肥调查数据，计算得到河北省小麦养分用量，其中氮用量51.18万t、磷用量34.53万t、钾用量13.64万t，分别占全省相应养分总用量的27.31%、42.80%、 21.43%。
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2.2.3 河北省小麦减肥潜力分析
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利用线性加平台模型分析河北省小麦测土配方施肥“氮磷钾3414试验”的3358组数据，得到小麦养分适宜用量，N为155.9kg·hm-2，P2O5 为117.2kg·hm-2，K2O为92.5kg·hm-2（表2）。与农户养分用量相比，可节肥12.58万t，占小麦用肥量的12.66%。其中可节氮14.55万t、节磷4.94万t，钾需增加投入6.91万t。小麦可节氮量占小麦用氮量的28.4%，占全省氮总用量的7.8%；小麦可节磷数量占小麦用磷量的14.3%，占全省磷用量的6.1%。
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利用相同方法，分析河北省不同区域小麦节肥潜力，结果见表2。其中石家庄市是节肥潜力最大的区域，可节氮3.50万t、节磷1.36万t；其次为保定市，可节氮2.91万t、节磷0.50万t；再次为沧州市，可节氮2.06万t、节磷1.05万t。节肥潜力最小的是廊坊市，可节氮0.47万t、节磷0.03万t。
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区域间单位面积节肥潜力也有较大差异。全省平均节氮潜力为68kg·hm-2，以石家庄节氮潜力最大，为94.8kg·hm-2，其次为保定市，节氮潜力为75.5kg·hm-2，再次为廊坊市，为70.3kg·hm-2，邢台市节氮潜力最小，为42.9kg·hm-2。全省平均节磷潜力为34kg·hm-2，石家庄节磷潜力最大，为37kg·hm-2，衡水次之，为33.6kg·hm-2，节磷潜力最小的为邢台市，为4.7kg·hm-2。
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优化施肥后，河北省小麦产量能够增加10.36万t，各市产量增减不一，以沧州市增产量最大，为24.98万t，邯郸市减产最多，为13.10万t。其中调查产量，是通过各市调查平均单产乘以各市2016年小麦播种面积计算得到。模型模拟产量，是通过模型计算所得平台单产乘以各市2016年小麦播种面积计算得到。由此方法计算得到2016年全省调查产量为1496.81万t，河北农村统计年鉴2016年河北省小麦产量为1433.25万t，两数据相差4.43%，说明调查数据与年鉴数据基本吻合，能够较好地反映实际情况。
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3 讨论
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3.1 河北省小麦氮磷钾养分施用现状分析
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计算某区域的节肥潜力，需要明确本区域的施肥现状和推荐施肥量，本研究利用调查数据和分析3414试验结果得到2个参数。其中施肥现状通过调查数据获得，河北省小麦养分用量现状为N 223.9kg·hm-2、P2O5 151.2kg·hm-2、K2O 59.8kg·hm-2，与现有研究差异较大。李红莉等[20]研究表明河北小麦2000年N、P2O5、K2O用量分别为224、135、70kg·hm-2，2007年用量为264.2、 114.2、91kg·hm-2，与本调查结果相差不大。王旭等[21] 调查表明黄淮海麦区2005～2008年农民氮磷钾养分平均用量分别为207、115、60.9kg·hm-2，本调查结果氮、磷用量高于其调查结果，钾用量相当。
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孙彦铭等[22]对河北省2011～2014年894组农户调查数据分析，结果表明小麦N、P2O5、K2O用量分别为242、65、45kg·hm-2；此结果氮、钾用量与本文相近，磷用量差异较大。贾良良等[23] 研究认为河北省低平原小麦N、P2O5、K2O平均用量分别为315.2、199.5、173.2kg·hm-2，此调查结果远高于本文。河北小麦施肥多为一底一追，底肥为氮磷钾复混肥，一般为高氮、高磷、低钾（例如20-20-5），用量600～750kg·hm-2，追肥多为尿素，用量变异较大，为225～600kg·hm-2。
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3.2 河北省小麦氮磷钾养分适宜用量
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本研究从省、市两级区域尺度分析了河北省小麦氮磷钾养分适宜用量。省级尺度小麦N、P2O5、 K2O适宜用量分别为155.9、117.2、92.5kg·hm-2，市级尺度小麦N、P2O5、K2O适宜用量分别为143.2～180.7、108.5～156.2、74.0～115.5kg·hm-2。此结果与本区域现有研究结果相比，氮肥推荐用量与杜君等[12] 的154.95kg·hm-2、贾良良等[14] 的164.9kg·hm-2 研究结果相近，稍低于He等[7]、沙之敏等[10] 的180kg·hm-2 推荐量，明显低于Jia等[11] 的210kg·hm-2 的推荐量。磷肥推荐用量与杜君等[12]129kg·hm-2 结果相近，稍高于He等[7]100kg·hm-2 的推荐用量，明显高于沙之敏等[10]75kg·hm-2、贾良良等[14]77kg·hm-2 的推荐用量。钾肥推荐用量与杜君等[12]103.35kg·hm-2 的结果相近，稍高于He等[7]75kg·hm-2、贾良良等[14]73.6kg·hm-2 试验结果，明显低于沙之敏等[10]120kg·hm-2 的研究结果。与同区域李健敏等[24]在山东的研究结果相比（N、P2O5、K2O推荐用量分别为182.02、82.58和83.22kg·hm-2），本研究得到河北省小麦氮肥推荐量稍低，磷钾肥推荐量稍高。
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3.3 河北省小麦节肥潜力及分析
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本研究表明氮磷施用过量、钾肥投入不足是河北省小麦施肥的主要问题。研究明确河北省小麦可节氮15.74万t、节磷4.94万t，钾肥需要增加投入6.91万t。可节氮、磷量分别占小麦氮、磷施用量的28.4%、14.3%。氮、磷减施、钾肥增补的结果与河北省土壤肥力变化和农民施肥习惯密切相关。贾良良等[25]研究表明，2010年前后河北省土壤有机质和有效磷含量均大幅度增加。土壤有机质含量从第二次土壤普查的11.9g·kg-1 增至2010s的17.0mg·kg-1、有效磷含量从1980s的6.2mg·kg-1 增至2010s的24.4mg·kg-1。1980～2000年，磷肥对小麦的增产效应极为显著，施用磷肥就能增产成为农民的经验认知，形成了大量施磷肥的习惯。调查数据中，部分农户磷酸二铵用量600～750kg·hm-2（折合P2O5 276～345kg·hm-2）。施肥习惯导致肥料选择及用量不合理是磷肥超量的主要原因。河北省冬小麦氮肥投入多为一底一追：底肥用复合肥、磷酸二铵或尿素，追肥用尿素、硫酸铵等，其中追肥超量施用最为严重。调查显示有部分农户追施尿素600kg·hm-2（折合N 276kg·hm-2），有68.5%的农户追施尿素量在300kg·hm-2 以上（折合N 138kg·hm-2 以上）。而小麦、玉米大田作物几乎不施用硫酸钾、氯化钾等含钾肥料，只是复混肥中含有钾素营养。人们对钾肥的忽视，导致黑龙港流域近30年土壤速效钾含量降低了18.24%[26]，钾素逐渐成为小麦产量提高的限制因素，与本研究需要增施钾肥的结果相一致。
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小麦氮、磷投入过量在山东[24]、山西[27]、河南[28-29]、西北[30]等麦区均有报道，导致氮磷农学效率降低，养分投入量与小麦产量无显著相关关系[6]。不同省份研究明确了小麦节肥潜力。李健敏等[24]研究表明，山东冬小麦氮肥、磷肥分别超25.60和37.77kg·hm-2，钾肥亏3.84kg·hm-2。王永亮等[27]研究表明，山西省小麦节氮潜力为4.41万t，可节氮26.4%；节磷潜力为0.82万t，可节磷16.7%。赵亚南等[28] 计算河南冬小麦节氮潜力为21.8万～48.8万t，可节氮16.4%～36.7%。李青松等[29]分析豫北平原小麦节肥潜力氮素为31.47%～46.27%、磷素为38.43%～44.91%、钾素为-65.23%～-59.46%。
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综合全国分析来看，冬小麦氮磷过量、钾不足是各麦区的共性问题。应大力推广小麦专用肥，采用“大配方、小调整”的策略，研发适合不同区域的小麦专用底肥，并适当降低肥料中磷含量，提高钾含量；通过技术宣传，引导农民合理追肥，将小麦追氮量降至合理区间。
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4 结论
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自2000年以来，河北省养分用量以2014年最高，为335.6万t，2016年呈现下降趋势，与2014年相比下降了1.1%。3种养分中以氮所占比率最高，为56.49%～63.21%，呈逐年下降趋势；磷所占比率居中，维持在24%左右；钾所占比率最小，为13.44%～19.19%，呈逐年上升趋势。
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河北省小麦养分用量现状为N 223.9kg·hm-2、 P2O5 151.2kg·hm-2、K2O 59.8kg·hm-2，2016年河北省小麦N用量51.18万t、P2O5 用量34.53万t，K2O用量13.64万t。氮用量石家庄最高（240kg·hm-2）、沧州最低（200.2kg·hm-2）； 磷用量邯郸最高（164.3kg·hm-2），沧州最低（136kg·hm-2）。
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河北省小麦养分推荐用量为N 155.9kg·hm-2、 P2O5 117.2kg·hm-2、K2O 92.5kg·hm-2，总计可节肥12.58万t。其中可节氮14.55万t、节磷4.94万t，钾需增加投入6.91万t。石家庄市节氮、节磷潜力最大，分别为94.8、37kg·hm-2。邢台市节氮、节磷潜力最小，分别为42.9、4.7kg·hm-2。
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摘要
利用统计数据，分析了 2000 ～ 2016 年河北省氮磷钾养分用量动态变化。利用河北省小麦测土配方施肥项目“氮磷钾 3414”试验结果（n=3358），深入分析了小麦氮磷钾养分适宜用量及节肥潜力。结果表明，河北省氮磷钾养分用量以 2014 年最高，为 335.6 万 t，之后呈现下降趋势。调查数据表明，河北省小麦养分用量现状为 N 223.9 kg·hm-2、P2O5 151.2 kg·hm-2、K2O 59.8 kg·hm-2。线性加平台模型拟合分析，河北省小麦单位面积养分推荐用量为 N 155.9 kg·hm-2、P2O5 117.2 kg·hm-2、K2O 92.5 kg·hm-2，与农户用肥现状相比可节肥 12.58 万 t。其中可节氮 14.55 万 t，占小麦氮投入量的 28.4%；节磷 4.94 万 t，占小麦磷投入量的 28.4%；钾需增加投入 6.91 万 t。小麦单位面积节氮、节磷潜力以石家庄市最大，邢台市最小。
Abstract
Using statistical data，the dynamic changes of nitrogen，phosphorus and potassium nutrient application in Hebei province were analyzed from 2000 to 2016. With the test results from the wheat fertilization project of“NPK-3414- experiments"（n = 3358），a further analysis was conducted to achieve the appropriate amount of nitrogen，phosphorus and potassium nutrients and the potential of fertilizer reduction in wheat. The results showed that the maximum amount of nutrients consumption in Hebei province was 335.6×104 t which occurred in 2014，after then showed a downward trend. The investigation data showed that the current application rates of N，P2O5 and K2O of wheat were 223.9，151.2 and 59.8 kg·hm-2 in Hebei province. In addition，the optimal N，P2O5 and K2O rates of wheat in Hebei province should be 155.9， 117.2 and 92.5 kg·hm-2，respectively，through a linear with plateau model analysis. There had a huge fertilizer reduction potential of 12.58×104 t from the current famers practice to the optimal fertilizer application rate. Among which，nitrogen fertilizer could be reduced by 14.55×104 t（accounting for 28.4% of total nitrogen consumption of wheat）；phosphorus fertilizer could be reduced by 4.94×104 t（accounting for 28.4% of total phosphorus fertilizer consumption of wheat）； potassium consumption needed to increase by 6.91×104 t. The maximum fertilizer reduction potential city was Shijiazhuang city，while the minimum was Xingtai city.
Keywords
Hebei province ； wheat ； nitrogen ； phosphorus and potassium ； fertilizer reduction potential