冀中南冬小麦玉米耕地地力专项分析报告

小麦玉米是河北省主要粮食作物，是全国主要种植基地之一。2019年，河北省小麦（含冬小麦、春小麦）播种面积3483.75万亩，单产419.83公斤/亩，总产14625700吨；玉米播种面积5112.3万亩，单产388.6公斤/亩，总产19866398吨。小麦玉米产量位居全国第六位。河北省冀中南平原区，光照充足、气候温和、耕地平整、土壤肥沃，小麦玉米种植成规模，管理水平高，小麦产量占全省总产的93.4%，玉米占全省的90.6%，抓住了冀中南平原区域的小麦玉米生产，就抓住了全省小麦玉米生产，就会为端稳中国人的饭碗做出重要贡献。耕地是保障粮食安全的根本，事关国家战略。改革开放以来，河北省耕地质量发生巨大变化，得到显著提升。本报告深入挖掘2019年全省耕地质量1000个长期定位监测点数据，对冀中南平原地区小麦472个监测点、玉米547个监测点，专项分析耕地地力、产量、肥料效应等内容，分析现状，查找问题，提出建议，形成调研报告，以期为保障粮食安全、实现“藏粮于地”战略提供支撑。本报告中的冀中南平原地区（见图1）是指燕山山脉以南、太行山以东的平原区，区域面积81459平方公里，占全省总面积的43.4%。冀中南平原区是华北大平原的一部分，按其生态气候类型将其分为山前平原区、低平原区和滨海平原区三个部分。

图1 冀中南平原生态区分布一、产量、施肥量与土壤肥力现状（一）产量与基础地力产量1.小麦玉米产量现状。分析2019年耕地质量监测数据，冀中南地区小麦玉米平均产量分别可达481.0公斤/亩和579.4 公斤/亩，玉米产量高于小麦。此数据略高于统计数据，与两个因素有关：一是监测点均设置在基本农田上，土壤肥力较高；二是监测地块经营者经常接触基层农业技术人员，耕地管理水平较高。在冀中南三个地区中，低平原和山前平原两个区域玉米产量相差不大，分别为585.8公斤/亩和587.6公斤/亩。滨海平原玉米产量最低，为496.4公斤/亩，达到其他两个区域的84.7%和84.5%。三个区域小麦产量相差较大，产量最高为山前平原区，为500.4公斤/亩，其次为低平原区，为488.7公斤/亩，滨海平原区产量最低，为325.2公斤/亩，只达到其他两个区域的65.0%和66.5%。

图2冀中南地区小麦玉米施肥和不施肥产量2.基础地力产量现状。不施肥时作物产量，可表征土壤综合基础地力水平。不施肥时，冀中南平原平均产量为小麦315.0公斤/亩、玉米401.1公斤/亩，分别占施肥产量的67.3%和69.1%。三个区域中，滨海平原区小麦玉米不施肥产量最低，也就是说滨海平原区土壤综合基础地力较低。山前平原区与低平原区在小麦不施肥时产量差异不大，玉米生产中量差异更小。表1 冀中南区小麦玉米产量与基础地力产量区域小麦玉米样本数（个）施肥产量（公斤/亩）不施肥产量（公斤/亩）不施肥与施肥产量比值（%）样本数（个）施肥产量（公斤/亩）不施肥产量（公斤/亩）不施肥与施肥产量比值（%）山前平原232500.4332.366.4270585.8403.468.9低平原202488.7304.262.2234587.6401.368.3滨海平原38325.2249.776.843496.4382.577.1总体472481.0315.067.3547579.4401.169.1（二）施肥量与肥料利用效率1.肥料施用量现状。总体来说，冀中南区化肥投入量过高，以氮、磷投入量高为主，钾肥次之，低平原区磷肥过量施用情况严重。见表2。冀中南地区小麦肥料用量为氮肥（N）16.6 公斤/亩，磷肥（P2O5）9.3 公斤/亩，钾肥（K2O）4.2 公斤/亩。三个地区中，低平原区肥料用量最高，氮肥（N）用量达到了17.8 公斤/亩，磷肥（P2O5）用量达到了10.1 公斤/亩，均处于高用量水平；滨海平原肥料用量最低，氮肥（N）用量为13.8 公斤/亩，磷肥（P2O5）用量为8.1 公斤/亩。三个地区小麦季钾肥用量相差不大，为4.0-4.2公斤/亩。冀中南地区玉米肥料平均用量为氮肥（N）12.1 公斤/亩，磷肥（P2O5）6.6 公斤/亩，钾肥（K2O）3.7 公斤/亩。三个地区中，氮肥施用量差异不大，滨海平原区用量稍高，为12.9 公斤/亩。磷肥用量差异较大，低平原区磷肥用量最高，为9.9 公斤/亩，远高于其他两个地区。表2 冀中南区小麦玉米肥料施用量区域小麦（公斤/亩）玉米（公斤/亩）NP2O5K2ONP2O5K2O山前平原16.08.74.212.33.93.7低平原17.810.14.211.89.93.8滨海平原13.88.14.012.95.24.1总体16.69.34.212.16.63.72.肥料利用效率现状。过高的肥料用量导致较低的肥料利用效率。肥料贡献率是指因肥料施用所增加的产量占总产量的百分比。冀中南地区肥料贡献率平均为小麦33.7%，玉米30.9%。其中，低平原区小麦玉米肥料贡献率均较高，分别为36.5%和31.3%，滨海平原区小麦玉米肥料贡献率均较低，分别为20.4%和25.0%，较三个区域总体肥料贡献率低13.3和5.9个百分点。肥料偏生产力（PFP），指施肥情况下的作物产量与施肥量的比值，表征单位肥料投入量所能生产的籽粒产量，是反映当地土壤基础养分水平和化肥施用量综合效应的重要指标。河北省小麦玉米的氮磷钾偏生产力总体水平偏低。养分偏生产力中，小麦氮肥偏生产力山前平原最高，为34.2 kg/kg，低平原区次之，为30.5 kg/kg，滨海平原最低，为24.9 kg/kg，冀中南地区平均为31.9 kg/kg；玉米氮肥偏生产力中，低平原区最高，为54.7 kg/kg，山前平原次之，为54.4 kg/kg，滨海平原最低，为43.1 kg/kg，冀中南地区平均为53.6 kg/kg。小麦与玉米磷肥偏生产力中，山前平原最高，分别为76.7和220.3 kg/kg，其次为低平原区，分别为64.3和179.8 kg/kg，滨海平原区最低，分别为49.5和152.1 kg/kg，冀中南平原小麦和玉米平均磷肥偏生产力分别为69.4和197.2 kg/kg。钾肥偏生产力小麦玉米差异较大。小麦中，滨海平原最高，为108.7 kg/kg，其次为山前平原和低平原，分别为97.1 kg/kg和80.9 kg/kg，冀中南地区平均为90.8 kg/kg；玉米中，山前平原钾肥偏生产力最高，为133.5 kg/kg，其次为低平原区，为121.5 kg/kg，最低为滨海平原区，为98.7 kg/kg，冀中南地区玉米平均钾肥偏生产力为126.0 kg/kg。见表3。表3 冀中南区小麦玉米肥料贡献率和偏生产率区域小麦玉米贡献率（%）PFP-N（kg/kg）PFP-P（kg/kg）PFP-K（kg/kg）贡献率（%）PFP-N（kg/kg）PFP-P（kg/kg）PFP-K（kg/kg）山前平原33.034.276.797.131.254.4220.3133.5低平原36.530.564.380.931.354.7179.8121.5滨海平原20.424.949.5108.725.043.1152.198.7总体33.731.969.490.830.953.6197.2126.0（三）土壤肥力现状1.土壤物理指标现状。土壤耕层物理指标含耕层厚度、土壤容重和质地等多个指标。耕层厚度可影响土壤的养分库容量、水分保持量、根系下扎深度等；土壤容重很大程度上决定着土壤含水量、通气性以及矿质元素的运移，进而影响植物的生长发育和生理功能；土壤质地指土壤中不同大小直径的矿物颗粒的组合状况，与土壤通气、保肥、保水状况及耕作的难易有密切关系。这三个指标均对作物生长至关重要，均属土壤肥力的重要因素。（1）耕层厚度现状。冀中南地区耕地耕层厚度平均为19.8 cm，总体属于黄淮海区3级（中）水平。滨海平原耕层厚度最大，为23.3 cm，属于2级（较高）等级。其次为低平原区，平均耕层厚度19.9cm，属3级（中）水平。最低为山前平原区，耕层厚度为19.1 cm，也属于3级（中）水平。冀中南地区所有监测点土壤耕层厚度均大于10 cm。山前平原区与低平原区耕层厚度在15-20 cm的样点分布比例分别为86.6%和86.7%，其余等级的样点分布比例均低于10%。滨海平原区耕层厚度15.0-20.0 cm，20.0-25.0 cm和>25.0 cm样点分布比例分别为46.9%，20.4%和32.7%，也就是说滨海平原区高等级的样点较多。见表4、5。表4 冀中南区耕地耕层厚度和土壤容重区域耕层厚度（cm）耕层厚度等级土壤容重（g/cm3）土壤容重等级山前平原19.13级（中）1.383级（中）低平原19.93级（中）1.393级（中）滨海平原23.32级（较高）1.353级（中）总体19.83级（中）1.383级（中）表5 冀中南区耕层厚度分布区域样本1级（高）>25.0cm2级（较高）20.0-25.0cm3级（中）15.0-20.0cm4级（较低）10.0-15.0cm5级（低）≤10.0cm山前平原个数（个）419245150占比（%）1.46.786.65.30.0低平原个数（个）02421590占比（%）0.09.786.73.60.0滨海平原个数（个）16102300占比（%）32.720.446.90.00.0（2）耕层土壤容重现状。冀中南地区耕层平均容重为1.38 g/cm3，在黄淮海地区分级中属于3级（中）的水平，各地区差异不大，容重由大到小分别为低平原区1.39 g/cm3，山前平原区1.38 g/cm3，滨海平原区1.35 g/cm3，均属于3级（中）水平。见表4、5。（3）耕层土壤质地现状。冀中南地区耕层土壤质地以中壤为主，此类土壤最适宜农作物生产。579个监测点中有344个监测点土壤质地为中壤，占比为59.4%；轻壤172个点，占比22.1%；砂壤43个点，占比7.4%；重壤12个点，占比2.1%；黏土8个点，占比1.4%；砂土耕地没有设置监测点。山前平原、低平原、滨海原3个区土壤质地分布未发现显著差异，山前平原区土粒粒径相对较粗，土壤疏松，滨海平原区土粒粒径相对较细，土壤黏重，低平原区介于其他两者中间。2.土壤化学指标现状。本报告分析了土壤化学指标中pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、缓效钾等7项指标。其中土壤pH影响着土壤养分存在形态及有效性，对微生物活性也有显著影响。土壤有机质是土壤肥力的核心，其含量变化是农田土壤养分管理的综合结果和肥力演变的重要标志。碱解氮、有效磷、速效钾等属于速效养分，可直接表征土壤氮磷钾养分的直接供应能力。全氮、缓效钾为容量指标，可表征土壤养分的供应潜力。这些指标含量的高低均表征着土壤地力的高低。冀中南平原土壤化学指标如表6所示，均为中上等水平，有利于作物高产。pH平均为8.1，有机质为18.3 g/kg，全氮为1.14g/kg，碱解氮为106 mg/kg，有效磷为24.3 mg/kg，速效钾为180 mg/kg，缓效钾为934 mg/kg。其中速效钾含量属于河北省1级（高）水平，全氮和缓效钾2项指标属于2级（较高）水平，pH、有机质、碱解氮、有效磷4项指标属于3级（中）水平。所有土壤养分因子中，除速效钾外，山前平原区均优于其余地区，平均值分别为pH 8.0（pH为越接近7.0越优），有机质19.5 g/kg，全氮1.20 g/kg，碱解氮106 mg/kg，有效磷27.7 mg/kg，缓效钾952 mg/kg。山前平原区有效磷平均含量较冀中南平原含量高14.1%，有机质含量高6.5%。低平原区有机质含量、全氮含量和缓效钾含量均为三个区域中最低，分别为17.1 g/kg，1.09 g/kg，917 mg/kg，速效钾养分为三个区域最高，为187 mg/kg，其余指标处于中间位置。滨海平原区碱解氮、有效磷水平最低，分别为88 mg/kg和19.0 mg/kg，较平均值低16.7%和22.0%。见表6、图3-6。表6 冀中南区耕地土壤养分状况区域pH有机质（g/kg）全氮（g/kg）碱解氮（mg/kg）有效磷（mg/kg）速效钾（mg/kg）缓效钾（mg/kg）山前平原8.019.51.2011127.7173952低平原8.317.11.0910321.5187917滨海平原8.217.61.118819.0182920总体8.118.31.1410624.3180934二、存在问题（一）肥料过量施用，作物增产潜力没有充分实现。冀中南地区小麦玉米产量仍较低，产量为481和579公斤/亩，与河北省农林科学院黄少辉等（2016；2019）确定的河北地区小麦659公斤/亩，玉米739公斤/亩的产量潜力相比，当前只实现了73.0%和78.3%，增产潜力还很大。目前冀中南地区化肥施用量仍然偏高。中国工程院院士、国家测土配方施肥专家组组长张福锁2009年等推荐，河北地区化肥用量为应为氮肥（N）12-14公斤/亩，磷肥（P2O5）6-8公斤/亩，钾肥（K2O）4-5公斤/亩。与之相比，冀中南地区化肥用量仍处于很高的水平，特别是低平原区的氮肥和磷肥用量均较高，存在环境风险。较高的肥料用量造成低肥料利用效率，冀中南区小麦氮肥偏生产力仅为31.9 kg/kg，与国际公认谷物生产偏生产力的目标范围（40.0-70.0 kg/kg）仍有很大差距。（二）基础肥力水平总体仍处在较低水平，有待进一步提升。冀中南平原土壤pH平均为8.1，有机质为18.3 g/kg，有效磷为24.3 mg/kg，3项指标均处于3级（中）水平。河北省农林科学院贾良良团队2019年研究发现，河北省能达到稳产的最低土壤养分目标为有机质16 g/kg、有效磷30 mg/kg、速效钾110 mg/kg。可见河北省需大面积提升土壤有机质，低平原区和滨海平原区应改进施肥方法，提高磷肥施用效率。尤其是季节性休耕区玉米土壤有效磷显著下降，由2017年平均含量20.9 mg/kg，下降至2019年15.5mg/kg，降低25.84%，需要在玉米施肥中增加磷肥用量。（三）生态区域间土壤肥力不均衡，针对性调控要求高。河北省不同生态区土壤肥力差异大，山前平原区土壤肥力最高，而低平原区和滨海平原区的土壤肥力明显低于山前平原区。各生态区肥料投入特征，土壤养分特征也各不相同。如山前平原区有效磷平均含量丰富，磷素已不是主要限制因素，应合理控制磷肥用量。低平原区、滨海平原区土壤有机质含量低，应重点增施。同时该区，磷肥施用量大，土壤有效磷含量低，应改进施肥方法。全区速效钾含量高，速效钾为180 mg/kg，处于1级（高）水平，可以适当减施，保持高产，维持土壤含量稳定。滨海平原区土壤肥力低，小麦产量低，加以小麦生育期需要消耗大量的灌溉水，在此区域种植小麦资源环境成本较高，资源效率低，应予调减。因此，应针对不同生态区土壤肥力、肥料效应特点，提升土壤有机质，优化施肥配方，重点改进施肥方法，提高土壤肥力和综合生产能力。（四）四是耕地层厚度偏浅，土壤坚实度高，影响作物根系水肥吸收。冀中南地区耕地耕层厚度平均为19.8 cm，小于20厘米样点占65.2%，近50%的监测点位土壤容重大于1.4g/cm3。根据土壤深松作业标准，按土壤容重数据判断，综合考虑地面20厘米砂土层出现概率，冀中南地区需要开展深松作业的耕地面积接近50%，有待进一步加大农机深松耕作业推广力度，增加耕层厚度，疏松土壤，扩大土壤库容，扩大作物根系吸收范围。

图3-6 冀中南地区耕地土壤养分含量分布三、对策建议（一）化肥合理减量施用，提高利用效率。根据作物养分需求和专家指导合理施用肥料，提高肥料利用效率。制定肥料施用标准，设置肥料施用的上限和下限，使用专用配方肥，按照“增有机、减无机、配中微”（增加有机肥用量，减少化肥用量，补充微量元素）的总原则，科学高效管理养分。开展有机替代技术，增施有机肥以替代部分化学肥料，种养结合，即消纳畜禽废弃物，又提高土壤有机质含量。农艺与农机结合，改进施肥方法，推广肥料深施和分层施肥技术，将肥料在耕层垂直方向8-25厘米分3-6层施用，氮肥在中、上层施用，能够显著提高利用率，磷肥在中、下层施用能够诱导玉米根系下扎，提高抗旱性及玉米产量。采用水肥一体化技术，随水施入降低环境损失与人工成本，提高肥料利用效率。（二）大力推广秸秆还田技术，增加土壤有机质含量。农作物秸秆等农业废弃物是有机肥的主要来源。2018年，河北省主要农作物秸秆理论资源量约6415.35万吨，约含纯氮38.5万吨，磷（P2O5）29.4万吨，钾（K2O）100万吨，总量167.9万吨，相当于全省化肥施用量（310万吨）的54%，折算成复合肥价值44亿元（按复合肥0.26万元/吨折算）。根据河北省实际，秸秆综合利用重点推广秸秆直接还田、秸秆和畜禽粪便配合堆沤还田两种模式。部分区域可结合实际情况改玉米秸秆粉碎还田为切段还田，在不离田的情况下利用专用机械切成3-5cm的小段，均匀撒布于地面，然后进行整地作业，解决整地质量不高、秸秆腐解与作物生长前期争氮问题，增长投入碳素土壤停留时间，增加固碳效率。每亩施用200-300公斤优质农家肥替代20%化肥用量。（三）大力推广农机深松耕作业。大力推广土壤深松技术，打破犁底层，增加土壤耕层厚度，改善通透性，扩充容量，提高耕地质量。质地为黏土、壤土的耕地，当土壤容重超过1.4g/cm3、影响作物生长时应适时深松耕，20厘米以下为砂土的耕地不宜深松耕。这样可增强植物根系下扎深度，增加水肥吸收，并且增强蓄水保墒和抗旱防涝能力，有助于作物生长发育和提高产量。（四）根据区域特点制定相应综合管理措施。山前平原区降低氮、磷投入，稳定碳投入，兼顾缺钾地块补钾，综合其他管理技术为主，增强地力，提高作物产量和肥料利用效率。低平原区协调养分平衡施用，减少磷肥用量，推广分层施肥，增加碳投入，提高秸秆碳向土壤碳的转化效率，同步提升农田土壤有机质含量和农田生产力。滨海平原区以季节性休耕为主，维持或减少化肥用量，集成深松、配方施肥等技术，增施有机肥，以碳补氮，改善土壤物理结构，促进滨海盐碱区农田土壤肥力的稳定提升。（五）持续做好土壤肥力长期定位监测。做好土壤地力长期定位监测工作，对作物栽培、水肥管理、作物产量、施肥效果和土壤肥力等内容进行长期定位监测，查清土壤肥力现状与演变趋势，为小麦玉米耕地土壤肥力调控措施的有效性提供依据，为新技术的创制和应用提供支撑。