小麦生产在河北省粮食生产中占有十分重要的地位。氮、磷、钾是小麦生长发育不可或缺的三大营养元素，其施用是小麦栽培体系中不可缺少的环节[1]，对于小麦产量增加和农民收益发挥着重要作用。但是目前小麦生产栽培中肥料不合理施用问题十分突出，不利于今后的高效生产。为了探索冬小麦生产需要的最佳施肥量和施肥配比，很多研究学者进行了“3414”测土配方施肥试验，取得了一些成果。

“3414”设计可以作为一个比较完整的三因素试验用来建立三元二次肥料效应回归方程，计算出作物最高产量时氮、磷、钾肥施肥量和最佳经济效益施肥量[2]，是目前国内应用较为广泛且试验效率高的肥料效应田间试验方案[3]。研究人员利用“3414”设计方案得出当地小麦生产所需的最适宜的氮、磷、钾肥用量，用于指导实际生产栽培[4-7]。但是，在“3414”的应用中还有一个问题，在解决实际问题时有些人只采用三元二次肥料效应方程进行拟合，不考虑二元或一元肥料效应回归方程，当三元二次肥料效应方程无法拟合时，就会放弃对试验数据，这样会降低“3414”试验效率。其实“3414”试验结果还可以用二元或一元肥料效应函数拟合，从而使结果更完整和全面[6]。

本研究利用“3414”肥料效应试验方案[8]，研究了四大不同生态类型区冬小麦施用氮肥 、磷肥和钾肥的肥料产量效应，旨在确定不同土壤条件下冬小麦的最佳施肥量与施肥模型，为河北省冬小麦生产水平的进一步提高和节本增效提供有力的科学理论依据。

1 材料和方法

1.1 数据来源

数据来自于2009-2014年河北省相关项目县测土配方施肥项目中的“3414”田间试验结果。

1.2 区域划分

本研究选取河北省种植冬小麦的4个类型区：①低平原中低产类型区包括：霸州、肃宁、孟村、武邑、曲周、清河；②山前平原高产类型区包括：成安、定州、无极、涿州、辛集、柏乡；③太行山丘陵区包括：灵寿、易县、平山、武安市、赞皇；④滨海平原区包括：滦南、黄骅、乐亭、海兴、沧县。

1.3 试验方案设计

试验采用 “3414”不完全试验设计方案 ，“3414”指氮、磷、钾3个因素、4个施肥水平，总共14个处理(表1)。表中0、1、2和3分别代表不同施肥水平，其中，0水平为不施肥，2水平为最佳施肥量，1水平为2水平×0.5，3水平为2水平×1.5(该水平为过量施肥水平)。具体方案见表2。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理冬小麦产量比较

2.1.1 冬小麦籽粒产量分析 从表3可见，低平原地区冬小麦产量以处理6(N2P2K2)为最高，为6 846.97 kg/hm2；山前地区产量以处理10(N2P2K3)最高，为7 119.22 kg/hm2，略高于处理6(N2P2K2)的7 102.90 kg/hm2，因此认为处理6效果最好；太行山丘陵区以处理6(N2P2K2)为最高，为6 006.72 kg/hm2；滨海平原区同样以处理6(N2P2K2)最高，为5 745.45 kg/hm2。

各生态类型区相比较，冬小麦平均产量按从高到低的顺序基本为：山前平原区>低平原区>太行山丘陵区>滨海平原区，总体看来，平原地区产量高于丘陵地区和沿海地区。

2.1.2 不同施肥处理对冬小麦产量的影响 从表4可以看出，不同生态类型区因施肥处理不同而明显不同，山前平原地区冬小麦和低平原地区的冬小麦产量显著高于太行山地区和滨海地区。各类型区小麦田施肥区较不施肥区的增产量和增产率依次为NPK配施>NP配施>NK配施>PK配施，但各处理间有差异。低平原地区平均施肥增产量最高，达1 856.55 kg/hm2，太行山地区最低，为1 323.68 kg/hm2。各地区的平均肥料增产率为28%～50%，具体表现为滨海地区>低平原地区>太行山地区>山前平原地区。当氮和磷、钾其中任意1种肥料配施或3种肥料配合施用时，增产量和增产率均有明显提高，尤其是当NPK配合施用时，增产率可以达到PK配施的2～3倍。

由表4还可以看出，每增加1 kg肥料，低平原地区、山前平原地区、太行山地区和滨海平原地区的冬小麦平均产量增加5.21，3.90，4.90，5.54 kg/hm2。分析各施肥处理单位养分增产量，发现各地区冬小麦单位养分增加的产量均是NP配施处理高于NPK配施，但NPK配施时冬小麦产量达到最高，说明钾肥对增加作物产量的作用虽不如氮肥和磷肥明显，但施肥时仍应注意NPK平衡施肥。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。表5，7，9同。

Note:Different lowercases mean significant difference.The same as Tab.5,7,9.

2.2 氮磷钾施肥水平对冬小麦产量的影响

2.2.1 不同施氮水平对冬小麦产量的影响 由表5可以看出，低平原地区冬小麦施N量为100.38，200.77，301.15 kg/hm2时产量比不施氮肥的对照处理增产14.16%，23.59%，21.08%，差异达显著水平，产量在施肥量为200.77 kg/hm2(2水平)时达到最高，单位养分增产量在施肥量为100.38 kg/hm2(1水平)时达到最大，随氮肥用量的提高，呈先升后降的二次抛物线曲线；山前平原地区冬小麦施N量为100.59，201.18，301.76 kg/hm2时产量比不施氮肥的对照处理增产14.12%，25.24%，25.21%，施氮量为201.18 kg/hm2(2水平)、301.76 kg/hm2(3水平)处理间小麦产量无显著差异，产量在施氮量为201.18 kg/hm2时达到最高，单位养分增产量在施氮量为100.59 kg/hm2(1水平)时最大，产量随施氮量增加呈先升后降的趋势；太行山地区冬小麦施N量为75.537，151.07，226.6 kg/hm2时产量比不施氮肥的对照处理增产9.62%，18.45%，16.97%，差异达显著水平，产量在施氮量为151.07 kg/hm2(2水平)时达到最高，单位养分增产量在施氮量为75.537 kg/hm2(1水平)时最大，产量随施氮量增加呈先升后降的趋势；滨海地区小麦施N量为75，150，225 kg/hm2产量比不施氮肥的对照处理增产17.09%，33.41%，29.33%，处理间差异显著，产量在施氮量为150 kg/hm2(2水平)时达到最高，单位养分增产量在施氮量为75 kg/hm2(1水平)时最大，产量与施氮量呈二次抛物线曲线函数关系。

各类型区冬小麦施氮水平与产量的效应关系可用表6所示的方程拟合。从表6看出，由肥料效应函数方程拟合的低平原区、山前平原区、太行山丘陵区和滨海平原区冬小麦最佳施氮量分别为238.17，274.55，194.38，186.47 kg/hm2，最高产量为6 819.16，7 140.83，5 979.94，5 672.71 kg/hm2，结合表5，低平原区、山前平原区、太行山丘陵区和滨海平原区冬小麦最佳施氮量应为200.77，201.18，151.07，150 kg/hm2。

注：**.P<0.01。表8，10同。

Note.**.P<0.01.The same as Tab.8,10.

2.2.2 不同施磷水平对冬小麦产量的影响 如表7 所示，低平原区、山前平原区、太行山丘陵区和滨海平原区冬小麦随着磷肥用量的增加，产量均呈先升后降的二次抛物线趋势。

低平原地区冬小麦施磷量为72.12，144.23，216.35 kg/hm2时产量比不施磷的对照处理增产13.31%，17.30%，15.60%，各处理间产量差异达显著水平；山前平原地区冬小麦施磷量为 70.22，140.44，210.66 kg/hm2时产量比不施磷的对照处理增产8.11%，14.04%，13.72 %，施磷量为140.44 kg/hm2(2水平)、210.66 kg/hm2(3水平)时，冬小麦产量无显著差异，均显著高于对照；太行山地区冬小麦施磷量为49.18，98.37，147.55 kg/hm2时产量比不施磷的对照处理增产9.50%，12.39%，10.25%，施磷量为49.18，147.55 kg/hm2时，产量无显著差异，说明施磷过少或施磷过多与不施磷处理对冬小麦产量的影响是一样的；滨海地区冬小麦施磷量为60，120，180 kg/hm2时产量比不施磷的对照处理增产15.67%，25.30 %，25.02%，施肥处理冬小麦产量均显著高于对照，但施磷量为120，180 kg/hm2处理间无差异，说明过量的磷肥不利于增产。

各类型区冬小麦施磷水平与产量的效应关系可用表8所示的方程拟合。从表8看出，由肥料效应函数方程拟合的低平原区、山前平原区、太行山丘陵区和滨海平原区冬小麦最佳施磷量分别为157.05，183.93，102.15，153.64 kg/hm2，最高产量为6 886.15，7 115.95，6 019.90，5 775.77 kg/hm2，结合表7认为低平原、山前平原、太行山地区和滨海地区冬小麦最佳施磷量应为144.23，140.44，98.37，120 kg/hm2。

2.2.3 不同施钾水平对冬小麦产量的影响 由表9 看出低平原地区、山前平原地区、太行山地区和滨海地区冬小麦产量随着钾肥用量的提高，均呈先升后降的二次抛物线曲线。

低平原地区冬小麦施钾量为72.12，144.23，216.35 kg/hm2产量比不施钾的对照处理产量增幅达13.31%，17.30%，15.60%，各处理间产量差异显著，在施钾量为144.23 kg/hm2产量达最大值6 846.97 kg/hm2；山前平原地区冬小麦施钾量为70.22，140.44，210.66 kg/hm2产量比不施钾的对照处理增产8.11%，14.04%，13.72%，施钾量为140.44，210.66 kg/hm2处理间产量差异不显著，均显著高于不施钾肥和少量施钾肥；太行山地区小麦施钾量为49.18，98.37，147.55 kg/hm2产量比不施钾的对照处理增产9.50%，12.39%，10.25%，施钾量为49.18，147.55 kg/hm2处理间产量差异不显著，说明施磷量不足、施磷过量均不利于作物产量的形成；滨海地区小麦施钾量为60，120，180 kg/hm2产量比不施钾的对照处理增产15.67%，25.30%，25.02 %，可以看出钾肥对滨海地区冬小麦的增产效果明显高于其他地区。

各类型区冬小麦施磷水平与产量的效应关系可用表10所示的方程拟合。从表10看出，由肥料效应函数方程拟合的低平原地区、山前平原地区、太行山地区和滨海地区冬小麦最佳施磷量分别为 124.30，208.76，133.90，109.13 kg/hm2，最高产量为6 875.05，7 138.77，6 034.88 ，5 738.76 kg/hm2，结合表9综合分析，各类型区冬小麦最佳施磷量应为144.23，140.44，98.37，120 kg/hm2。

2.2.4 冬小麦不同施肥量模型的建立与检验 将处理编号为2，3，6，11的氮肥用量与冬小麦产量进行回归方程拟合，得出不同施氮量的产量模型，同理，将处理编号为4，5，6，7的磷肥用量、处理编号为6，8，9，10的钾肥用量分别与冬小麦产量进行回归方程拟合，得出不同施磷量和施钾量的产量模型(表11)。

表11中3个回归方程的二次项系数均为负值，抛物线开口向下，符合生物学规律[9]。从3个模型的一次项系数来看，低平原地区、太行山丘陵区和滨海平原区影响冬小麦产量的顺序依次是P>N>K，而山前平原地区是N>P>K。氮、磷、钾肥用量均表现为:随着施肥量持续增加，冬小麦产量先增加随后又下降。

2.2.5 冬小麦效应方程分析 由表10可知，低平原低产区氮、磷、钾肥的施用量分别是238.17，157.05，124.30 kg/hm2，冬小麦的产量范围在6 819.16～6 886.15 kg/hm2，即磷肥施用量为157.05 kg/hm2，产量可达最大值，为6 886.15 kg/hm2；山前平原区氮、磷、钾

肥的施用量分别是274.55，183.93，208.76 kg/hm2，冬小麦的产量范围在7 115.95～7 140.83 kg/hm2，即氮肥施用量为274.55 kg/hm2，产量可达最大值，为7 140.83 kg/hm2；太行山丘陵区氮、磷、钾肥的施用量分别是194.38，102.15，133.90 kg/hm2，冬小麦的产量为5 979.94～6 034.88 kg/hm2，即钾肥施用量为133.90 kg/hm2，产量可达最大值，为6 034.88 kg/hm2；滨海平原区氮、磷、钾肥的施用量分别是186.47，153.64，109.13 kg/hm2，产量为5 672.71～5 775.77 kg/hm2，即磷肥施用量为153.64 kg/hm2，产量可达最大值，为5 775.77 kg/hm2。

综合看来，在低平原、太行山丘陵和滨海平原区域的土壤条件下，磷肥施用量不足导致冬小麦产量降低；而在山前平原地区土壤条件下磷肥和钾肥的施用量得到保证时，增加氮肥的施用量，能够有效提高冬小麦产量。

2.3 供肥能力与农学效率分析

肥料的农学利用率指的是施用肥料后的作物增量与施肥量的比值[10]，它反映的是单位重量纯氮(磷、钾)增加产量的能力。肥料农学利用率是施肥增产效应的综合体现，肥料用量、作物种类和栽培管理措施都会对其产生影响[11]。

2.3.1 冬小麦茬口土壤供肥能力 从表12中可以看出，低平原地区生态条件下土壤的氮、磷、钾的供肥能力分别为80.91%，85.25%和92.69%，山前平原地区生态条件下土壤的氮、磷、钾的供肥能力分别为79.85%，87.69%和92.34%，太行山丘陵区和滨海平原区分别为84.42%，88.98%，92.68%和74.96%，79.81%和88.34%。4个生态类型区土壤的供肥能力均表现为：钾肥>磷肥>氮肥。按照地区进行排序，土壤供氮肥能力依次为太行山>低平原>山前平原>滨海平原，供磷肥能力为太行山>山前平原>低平原>滨海平原，供钾肥能力为低平原>太行山>山前平原>滨海平原。

2.3.2 氮磷钾肥农学效率分析 在不同生态类型条件下，冬小麦的氮肥、磷肥和钾肥的肥料农学效率存在明显差异，除山前平原外，其他均表现为磷肥最高，钾肥最低，氮肥居中。氮肥的农学利用率在不同生态类型区间的排序为滨海平原>山前平原>低平原>太行山，磷肥和钾肥均为滨海平原>低平原>太行山>山前平原。

综合分析可知，氮肥、磷肥和钾肥3种肥料的农学效率滨海地区均维持在较高水平；在低平原、山前平原和太行山3个区域，氮肥的农学效率随着海拔高度的增加基本呈现下降的变化趋势，而磷肥和钾肥农学效率表现不一致。

3 讨论与结论

3.1 氮磷钾肥的增产效果

本研究结果表明，在河北省冬小麦种植区的大部分区域中氮、磷、钾肥的增产效果依次表现为磷肥>氮肥>钾肥，3种肥料的不同配比对冬小麦产量有很大的影响，三者配合施用增产效果最好，这已在多种试验研究中得到印证[12-14]。但是，肥料的增产效果是有条件限制的，即各种肥料的用量是有一定范围的，并不是用量越多作物产量就越高，而是呈现出先增加后下降的变化趋势，这种趋势反映了客观存在的肥料经济效益问题，即是“报酬递减律”[15]。根据模型计算得出的各种肥料的最佳施肥量，也只是相对数值，会随着土壤肥力状况、作物种类和品种、栽培管理方式以及试验误差等诸多因素的变化而变化[16]。因此，在实际栽培生产过程中应该根据具体情况进行适当调整，同时结合经济规律指导施肥，发挥肥料最大的经济效益[17]。

3.2 肥料农学效率和土壤供肥能力

从河北省冬小麦“3414”试验结果分析可知，在不同生态类型区种植冬小麦，实现作物的增产增收必须依靠化肥的施用。诸多研究表明，平衡施用氮磷钾肥是确保作物高产的有效措施之一[18]。但是不可忽视的问题是，毫无节制地施用化学肥料不仅造成资源的浪费，也必然会对自然生态环境造成各种负面影响，不利于农业的可持续发展。因此，必须提高肥料的农学效率，确定好合适的肥料施用量，即建立科学的肥料施用体系。影响肥料农学效率的因素有很多，最主要的是土壤供肥能力，同时土壤供肥能力也受到施肥状况的影响。郑贵银[19]研究表明，单施氮肥可以激发作物对土壤中磷和钾的吸收构成产量，同理单施磷(或钾)激发了作物对土壤中氮和钾(或氮和磷)的吸收构成产量，即相应地提高了土壤的当季供肥能力。

氮、磷、钾3种肥料均可对冬小麦的产量产生影响，其中氮肥影响因素最大。各地区冬小麦田氮磷钾肥最佳推荐施用量分别为：低平原地区推荐施氮肥200.77 kg/hm2，施磷肥144.23 kg/hm2，施钾肥144.23 kg/hm2； 山前平原地区推荐施氮肥201.18 kg/hm2，施磷肥140.44 kg/hm2，施钾肥140.44 kg/hm2；太行山地区推荐施氮肥151.07 kg/hm2，施磷肥98.37 kg/hm2，施钾肥98.37 kg/hm2；滨海平原地区推荐施氮肥150 kg/hm2，施磷肥120 kg/hm2，施钾肥120 kg/hm2。结合供肥能力和肥料农学效率分析，在低平原、太行山丘陵和滨海平原区域的土壤条件下，磷肥施用量不足导致冬小麦产量降低；而在山前平原地区土壤条件下磷肥和钾肥的施用量得到保证时，增加氮肥的施用量，能够有效提高冬小麦产量。

参考文献：

[1] 赵海霞. 氮磷钾肥不同处理对小麦产量的影响试验研究[J]. 农业科技通讯，2017(1):84-86.

[2] 杨俐苹， 白由路， 王 贺， 等. 测土配方施肥指标体系建立中“3414”试验方案应用探讨—以内蒙古海拉尔地区油菜“3414”试验为例[J].植物营养与肥料学报，2011，17(4):1018-1023.

[3] 陈伦寿， 李仁岗. 农田施肥原理与实践[M].北京:中国农业出版社，1994：49-107.

[4] 陈晓坤， 马广薇. 2017—2018年五河县小麦“3414”肥料效应田间试验[J].现代农业科技，2018(21):15+32.

[5] 金 竹. 全椒县小麦“3414”肥料效应田间试验[J].安徽农学通报，2018，24(20):92-94.

[6] 吴金涛. 应用“3414”肥料试验模型求解小麦施肥参数的研究[J].科技风，2018(30):196+198.

[7] 张振卫，张全力，赵彦卿，等.2017年马兰农场小麦“3414”肥料试验[J].基层农技推广，2018，6(6):40-43.

[8] 陈 娟，陈 健.临夏市冬小麦最佳经济施肥量研究[J].甘肃农业科技，2015(9):34-36.

[9] 倪 虹. 基于“3414”模型对淹水胁迫下硝普钠、亚精胺和表油菜素内酯对两种丁香光合速率影响的研究[J].黑龙江科学，2016，7(10):16-19.

[10] 闫 湘，金继运，梁鸣早.我国主要粮食作物化肥增产效应与肥料利用效率[J].土壤，2017，49(6):1067-1077.

[11] 李成初.生姜测土配方施肥同田对比试验初探——以贵州思南为例[J].农技服务，2015，32(4):97.

[12] 王海华，刘兢文，程明凯，等.小麦“3414”肥料效应试验研究[J].农业科技通讯，2018(11):71-75.

[13] 金 竹.全椒县小麦“3414”肥料效应田间试验[J].安徽农学通报，2018，24(20):92-94.

[14] 姚德龙. 基于“3414”试验设计的夏玉米—冬小麦水肥效应研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2018.

[15] 王伟妮. 基于区域尺度的水稻氮磷钾肥料效应及推荐施肥量研究[D]. 武汉: 华中农业大学，2014.

[16] 秦荣昆. 广西桂林市全州县测土配方施肥水稻“3414”肥料效应田间试验结果分析[J].农业资源与环境学报，2013，30(6):64-67.

[17] 濮永赛，尹胜鑫，周 祺，等. 保山市冬马铃薯氮磷钾肥料效应研究[J]. 河北农业科学，2017(4):37-39.

[18] 王云德， 黎绍云， 杨宗飞. 杂交玉米氮磷钾养分测土配方施肥肥料效应研究[J]. 农业与技术，2017，(20):9-11，153

[19] 郑贵银. 氮磷配合施用对提高土壤供肥能力的研究[J].现代农村科技，2017(3):63-64.

Effect of Nitrogen，Phosphorus and Potassium Fertilizer on Yield of Winter Wheat in Hebei Province

SUN Limin， GAO Lu， LEI Yakun， LIU Ning， HU Jinghui

(Institute of Agricultural Information and Economy， Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Shijiazhuang 050051， China)

Abstract：In order to determine the optimum fertilization amount and fertilization model of winter wheat in different ecological regions，the effects of nitrogen， phosphorus and potassium fertilizer on winter wheat cultivation in different ecological regions of Hebei Province were studied by "3414" field fertilizer efficiency test. The results showed that the yield of winter wheat varied greatly in different ecological regions， which showed that the yield of winter wheat was in the order of piedmont plain > low plain > Taihang hilly area > coastal plain area. The order of yield increase and yield increase rate of wheat field in different regions was NPK>NP>NK>PK. The optimum application of nitrogen fertilizer for winter wheat in different areas should be 200.77，201.18，151.07 kg/ha，and the optimum application of phosphorus fertilizer should be 144.23，140.44，98.37，120 kg/ha，and the optimum application of potassium fertilizer should be 144.23，140.44，98.37，120 kg/ha。The ability of supplying fertilizer of soil in four ecological regions was as follows: potassium fertilizer > phosphate fertilizer > nitrogen fertilizer. The order of soil nitrogen supply capacity was Taihang mountain > low plain > piedmont plain > coastal Plain， P fertilizer supply capacity was Taihang mountain > piedmont plain > low plain > coastal plain， and K supply capacity was low plain > Taihang mountain > piedmont plain > coastal plain. Except the Piedmont plain， the agronomic efficiency of nitrogen fertilizer， phosphorus fertilizer and potash fertilizer of winter wheat were the highest， the potassium fertilizer was the lowest， and the nitrogen fertilizer was the middle. It is concluded that the application of phosphorus fertilizer should be paid more attention to the low plain， Taihang mountain hills and coastal plain areas， and the increase of nitrogen application rate in the piedmont plain area can effectively increase the winter wheat yield.

Key words: Winter wheat; Nitrogen fertilizer; Phosphorus fertilizer; Potassium fertilizer; "3414"; Fertilizer supply capacity; Agronomic efficiency; Optimum fertilization rate

收稿日期：2018-09-16

基金项目：河北省财政专项(F16E01)

作者简介：孙丽敏(1964-)，女，河北元氏人，研究员，博士，主要从事农业资源环境与农业经济研究。

通讯作者：胡景辉(1973-)，男，河北清苑人，副研究员，硕士，主要从事农业信息与经济及农业资源环境研究。

中图分类号：S143

文献标识码：A

文章编号：1000-7091(2018)增刊-0177-09

doi:10.7668/hbnxb.2018.S1.029