“十三五”期间，吉林省粮食产量突破 3500 万 t，有力地保障了粮食安全，把饭碗牢牢端在“自己”的手上，“十四五”期间粮食产量将向 4000 万 t 迈进，这主要是由于吉林省玉米种植面积的扩大和粮食单产的提高。然而，随着玉米产量的提高，施肥强度增加给环境带来的负面影响已成不争的事实。如何在提高粮食单产的基础上，减少不合理的施肥、稳步提高肥料利用率，是实现主要农作物增产丰收及农业绿色可持续发展的关键。

为此，2015 年，农业农村部组织开展化肥使用量零增长行动，经过 5 年的实施，截至 2020 年底，我国化肥减量增效已顺利实现预期目标，化肥使用量持续减少，化肥利用率稳步提升，为持续改善环境质量、促进农业绿色发展做出了重要贡献^[1]。经专家测算，我国主要粮食作物小麦、水稻和玉米的化肥平均利用率为 40.20%，比 2015 年提高了 5 个百分点^[2]。而吉林省主要粮食作物玉米和水稻化肥平均利用率为 40.42%，高于全国化肥利用率的平均水平。张福锁等^[3]通过 2001—2005 年我国华北和西北粮食主产区的田间试验，总结出玉米的氮、磷、钾的回收利用率分别为 26.1%、11.0% 和 31.9%。单燕等^[4] 通过 913 个“3414”肥效试验数据，分析得出陕西省种植玉米区域的肥料效应。王寅等^[5]通过研究 2005—2013 年吉林省 680 个“3414”田间试验，分析总结得出春玉米的氮、磷、钾平均养分回收利用率分别为 33.7%、27.5% 和 45.3%。

由于吉林省西部地区土壤肥力水平相对较低，随着粮食目标产量的增加，农业过度施用化肥的现象加剧，耕地质量、资源、环境及农民的收益之间的矛盾凸显^[6]。为此，本研究基于中央财政测土配方施肥项目在吉林省西部生态区开展的 360 个 “3414”肥料试验，对土壤基础养分状况与肥料贡献率之间的关系进行系统分析，并对西部生态区施用氮磷钾的增产效果和肥料利用率分析评估，明确吉林省西部生态区玉米施肥效果和肥料利用现状，通过整理测土配方施肥项目的大样本“3414”肥效试验^[7]，探究玉米的氮、磷、钾养分吸收状况与规律，评价当前农业生产中的化肥利用率，旨在为吉林省西部玉米科学施肥指导与因化肥过量施用导致的农业面源污染提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本研究选取 2015—2019 年中央财政测土配方施肥项目在吉林省西部生态区布置的 360 个玉米 “3414”田间试验，试验地点涵盖吉林省西部生态区包括白城市全境，四平市的双辽市，以及松原市的前郭县、宁江区、乾安县、长岭县（图1）。吉林省西部生态区属温带大陆性季风气候，冬季少雪酷寒，夏季多雨湿热，年平均气温为 4.8℃。年平均日照数为 2876 h，无霜期为 154 d，该地区气候干旱，春季风沙大，年平均降水量为 442.3 mm。主要土壤类型包括草甸土、黑钙土、淡黑钙土、风沙土等，试验区的供试土壤理化性质见表1。供试玉米品种主要包括京科 968、金百瑞 2527、良玉 99、金玉 110、先玉 335、东源 2 号等。

注：数据为平均值 ± 标准差。

1.2 试验设计

本研究选取“3414”试验的 5 个处理，分别记为不施肥（处理 1：CK，N₀P₀K₀）；无氮（处理 2： N₀P₂K₂）；无磷（处理 4：N₂P₀K₂）；无钾（处理 8： N₂P₂K₀）；氮磷钾配施（处理 6：N₂P₂K₂）。氮、磷、钾各处理的施肥量按当地最佳施肥水平进行，土肥专家、农技推广人员根据作物养分需求、施肥习惯和土壤肥力状况等综合因素确定当地的施肥方式和用量^[8]。本研究调查的数据中，吉林省西部生态区氮磷钾配施处理的平均氮、磷、钾肥用量分别为 N（209.2±20.2）kg/hm² （范围 180.2～278.5kg/hm²）、P₂O₅（97.8±11.3）kg/hm² （范围 82.4～135.8 kg/hm²） 和 K₂O（85.2±13.1）kg/hm² （范围 70.6～125.8 kg/hm²）。无氮、无磷和无钾处理表示不施相应的肥料，其余的施肥量与氮磷钾配施处理保持一致。试验中肥料施用量分别为尿素（N 46%）、过磷酸钙（P₂O₅ 12%） 和氯化钾（K₂O 60%）。播种期为 4 月下旬至 5 月上旬，基肥为氮肥的 40% 和全部磷、钾肥，在玉米七叶期用余下的 60% 氮肥进行追施，收获期为 9 月下旬至 10 月上中旬，种植密度为 6.0～7.0 万株 /hm²。农业生产以旱作为主，除施肥措施外，田间管理措施均与当地农民习惯保持一致。

1.3 样品采集与测定

作物播种前或收获后，取 0～20 cm 耕层土壤进行基本理化性质的测定。pH 测定：电位法（水土比 2.5∶1）；有机质测定：重铬酸钾容量法；碱解氮测定：1 mol/L NaOH 扩散法；有效磷测定： 0.5 mol/L NaHCO₃ 浸提-钼锑抗比色法；速效钾测定：1 mol/L NH₄OAc 浸提-火焰光度法^[9]。

玉米收获时，对各小区的边行去掉后进行实打实收测产，产量以 14% 含水量计算。各小区取 10 株代表性植株，籽粒和秸秆分别称重后粉碎，用流动分析仪测定氮、磷含量，用火焰光度仪测定钾含量。

1.4 计算与统计分析

氮肥利用率 =（施氮区吸氮量-不施氮区吸氮量）/ 施氮量 ×100%

磷肥利用率 =（施磷区吸磷量-不施磷区吸磷量）/ 施磷量 ×100%

钾肥利用率 =（施钾区吸钾量-不施钾区吸钾量）/ 施钾量 ×100%

玉米的氮、磷、钾养分需求与利用效率等相关参数的计算公式如下^[10]。

肥料农学效率（kg/kg）指单位施肥量所增加的玉米产量，即，肥料农学效率 =（施肥区玉米产量-无肥区玉米产量）/ 施肥量。

肥料贡献率指施用肥料增加的产量占总产量的百分比，即，肥料贡献率 =（施肥区产量-无肥区产量）/ 施肥区产量 ×100%。

计算、处理试验数据和统计分析分别采用 Excel 2016 和 SPSS 25.0，LSD 法检验处理间在 P<0.05 水平的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 吉林省西部生态区不同氮、磷、钾施肥水平对玉米产量的影响

图2 为吉林省西部生态区施肥对玉米籽粒产量的影响。不施肥条件下，玉米产量范围为 1.92～10.50 t/hm²，平均 6.28 t/hm²。与 CK 处理相比，缺素处理的玉米产量均显著提高，玉米产量的高低顺序为 N₂P₂K₀（平均 8.14 t/hm²，范围 3.91～12.92 t/ hm²）>N₂P₀K₂（平均 8.09 t/hm²，范围 4.20～14.10 t/hm²）>N₀P₂K₂（平均 7.25 t/hm²，范围 3.70～11.90 t/hm²）。在所有处理中，N₂P₂K₂ 处理的玉米产量最高，达 4.41～15.19 t/hm²，平均 9.46 t/hm²，较 CK 处理平均增产 50.64%；各缺素处理相比，增施氮、磷、钾肥平均增产 2.21、1.37、1.32 t/hm²，增幅分别为 37.81%、23.65%、22.41%。可见，吉林省西部玉米的养分限制因子顺序为氮 >磷 >钾。

注：箱形框中的实线和正方形分别表示数据集的平均值和中值，上下边界分别表示数据集的 25% 和 75% 位分数，上下水平短线表示数据集的 5% 和 95% 区间，箱外上下圆点分别表示数据集的最小值和最大值。不同小写字母表示不同处理在 0.05 水平上差异显著。下同。

2.2 吉林西部生态区玉米不同氮、磷、钾施肥水平对植株养分吸收量的影响

在吉林省西部生态区施肥对玉米植株养分吸收量的影响见表2。在所有处理中，N₂P₂K₂ 处理的养分吸收量最高，氮、磷、钾的平均吸收量为 N 192.5 kg/hm²、P₂O₅ 86.5 kg/hm²、K₂O 217.4 kg/hm²。与 CK 处理相比，N₂P₂K₂ 处理的氮、磷、钾的平均吸收量分别提高 57.1%、75.8% 和 49.4%。与 CK 处理相比，缺素处理的养分吸收量均显著提高，但均低于 N₂P₂K₂ 处理。氮、磷、钾的平均吸收量比 N₂P₂K₂ 处理分别减少 N56.7kg/hm²、P₂O₅ 20.1kg/hm²、K₂O34.6 kg/hm²。各缺素处理相比，植株氮吸收量的高低顺序为 N₂P₂K₀>N₂P₀K₂>N₀P₂K₂；植株磷吸收量的高低顺序为 N₂P₂K₀>N₀P₂K₂>N₂P₀K₂；植株钾吸收量的高低顺序为 N₂P₀K₂>N₂P₂K₀>N₀P₂K₂。

2.3 吉林省西部生态区玉米养分吸收量与土壤基础养分供应能力关系

土壤养分的基础供应能力可以通过缺素处理的植株养分吸收量来反映（图3）。N₂P₂K₂ 处理的玉米植株养分吸收量与土壤基础养分供应能力的关系均呈正向线性关系，氮、磷、钾养分的函数方程依次为 y=1.32x+46.20，R² =0.87^**； y=1.04x+21.67，R² =0.90^** 和 y=1.03x+22.12，R² = 0.94^**（图3）。所有试验点 N₀P₂K₂ 处理的玉米氮素的吸收量均低于 N₂P₂K₂ 处理，但部分试验点的 N₂P₀K₂、N₂P₂K₀ 处理的磷和钾素的吸收量高于 N₂P₂K₂ 处理。

2.4 吉林省西部生态区玉米农学效率与肥料贡献率的分布频率

吉林省西部生态区玉米在氮磷钾配施条件下平均农学效率和肥料贡献率分别为 14.3 kg/kg （范围 0～39.5 kg/kg）和 25.2%（范围 0%～66.4%） （图4）。大部分试验点施 NPK 处理总养分的农学效率集中于 10～15 kg/kg 之间，占总数的 35.4%，并且有 96.6% 的试验点高于 5 kg/kg。肥料贡献率有 95.8% 的试验点超过 15%，其中 56.9% 的试验点分布于 25%～45% 之间。

2.5 吉林省西部生态区玉米氮、磷、钾的农学效率、肥料贡献率与利用率

图5 显示，通过缺素处理与 N₂P₂K₂ 处理对比，可分析氮、磷、钾单一养分的肥料利用率。吉林省西部生态区玉米增施氮、磷、钾肥的平均农学效率分别为 N 15.11 kg/kg（范围 0～40.30 kg/kg）、P₂O₅ 22.28 kg/kg（范围 0～66.20 kg/kg）和 K₂O 19.44 kg/kg （范围 0～68.60 kg/kg），不同养分的农学效率高低依次为磷 >钾 >氮；且平均肥料贡献率分别为氮 23.72%（范围 0%～64.70%）、磷 17.59%（范围 0%～46.30%）和钾 14.97%（范围 0%～60.30%），肥料贡献率氮素显著于磷素和钾素。目前，吉林西部生态区玉米施用氮、磷、钾肥利用率范围分别为 15.41%～86.37%、5.67%～56.28%、 8.41%～123.86%，氮、磷、钾肥的平均利用率依次为 39.50%、29.27%、45.71%（表3）。

3 讨论

在本研究中，吉林省西部生态区总施肥量为 392.15 kg/hm²，氮、磷、钾肥平均用量分别为 N 209.20 kg/hm²、P₂O₅ 97.80 kg/hm²、K₂O 85.15 kg/hm²，在氮磷钾配施的条件下玉米的平均产量为 9.46 t/hm²，这与王寅等^[11]、刘慧等^[12] 的研究结果基本一致。与吉林省东部和中部的平均玉米产量相比，西部玉米产量偏低，这可能是西部半干旱地区，常年降水较少，难以满足玉米生长发育期的水分需求，并且土壤 pH 较高，存在土壤盐碱化、沙化现象，限制了玉米的生长，从而导致玉米产量偏低^[13]。同时，吉林省地方标准 DB22/T2073-2014 《吉林省玉米施肥技术规程》^[14]中，玉米产量为 9.0～10.5 t/hm² 时，推荐施用 N 170～190 kg/hm²、P₂O₅ 70～80 kg/hm² 和 K₂O 60～70 kg/hm²，本研究的施肥量与其非常接近。因此，在很大程度上本研究结果可以反映出吉林省西部玉米的施肥效果，从而为该地区玉米的科学施肥提供参考。不同地区作物对养分的需求存在一定的差异，这主要受到土壤肥力、气候、养分管理和栽培措施等各种因素的影响^[15-17]。植株养分的吸收量随土壤养分的供应能力的提高而逐渐升高。

在国内外用来表征肥料利用效率的参数有很多，最为通用的有农学效率、生理利用效率、肥料养分回收率和偏生产力，根据应用对象，其内涵往往不同^[18]。农学效率是单位施肥量所增加的作物产量，能够反映施肥的增产效果，是评价肥料增产效应比较准确的指标^[3]。根据前人研究结果，在试验条件下，我国玉米的氮、磷、钾肥农学效率分别为 N 9.8～11.2 kg/kg、P₂O₅ 7.5～9.5 kg/kg、K₂O 5.7～9.2 kg/kg^[19]，吉林省的平均农学效率分别为 N 14.3 kg/kg、P₂O₅ 20.5 kg/kg、K₂O 17.2 kg/kg^[20]，而本研究中吉林省西部生态区平均农学效率分别为 N 15.11 kg/kg、P₂O₅ 22.28 kg/kg、K₂O 19.44 kg/kg。养分利用率是农作物养分管理高效合理的衡量指标，在生产实践中受土壤条件、作物品种以及栽培方式等影响，而养分管理措施（如施肥方法和用量等）影响尤为显著^[21]。已有研究表明我国目前玉米的氮、磷、钾肥利用率分别为 32%、25%、43%，而王寅等^[5]研究总结发现吉林省玉米的氮、磷、钾肥的平均利用率分别为 33.7%、27.5%、45.3%。本研究中，吉林省西部生态区玉米施用氮、磷、钾肥平均利用率分别为 39.50%、29.27%、45.71%。可见，现阶段吉林省西部地区玉米的增产效果和肥料利用率高于全国和吉林省平均水平，这可能是由于本研究区域土壤有机质和有效氮、磷等养分含量偏低，土壤肥力较低导致的^[22]。

一些研究表明，我国玉米施用化肥对产量的平均贡献率为 46.2%^[23-24]。在本研究中氮、磷、钾平均肥料贡献率分别为 23.72%（范围 0%～64.70%）、17.59% （范围 0%～46.30%）、14.97%（范围 0%～60.30%），这与刘芬等^[18]研究数据接近。徐霞等^[24]通过河南省的 885 个玉米“3414”田间试验发现河南省玉米肥料贡献率平均为 30%（范围 2.07%～51.70%），且依次表现为氮 >磷 >钾，本研究中肥料贡献率氮素显著高于磷素和钾素，与其研究结果一致。

尽管吉林省西部生态区玉米施肥的增产效果和肥料利用率较高，但仍应结合当地土壤条件，积极进行培肥，大力推广应用减肥增效等相关技术，增强科学施肥意识，以提高肥料利用效率，实现玉米增产和土壤肥力的提高。

4 结论

吉林省西部生态区玉米施用氮磷钾肥的增产效果显著，N₂P₂K₂ 处理的玉米产量最高，增施氮、磷、钾肥平均增幅为 37.81%、23.65%、22.41%，玉米的养分限制因子顺序为氮 >磷 >钾。施用氮、磷、钾肥平均利用率分别为 39.50%、29.27%、 45.71%，高于吉林省平均水平。不同养分的农学效率高低顺序为磷 >钾 >氮，增施氮、磷、钾肥的平均肥料贡献率分别为氮 23.72%、磷 17.59%、钾 14.97%。施用氮磷钾肥的植物养分吸收量较高， N₂P₂K₂ 处理的玉米植株养分吸收量与土壤基础养分供应能力的关系均呈现正向线性关系。

参考文献