谷子又称粟，是北方地区较为常见的粮食之一。谷子抗旱、耐瘠薄且水分利用效率高，适应性广、稳产性强，化肥、农药用量少，是一种典型的环境友好型作物[1-3]。河北是谷子生产和消费的重点地区之一，调研该地区谷子主产区施肥现状，分析其有待进一步完善的环节，并提出针对性建议，对提高谷子产量、改善土壤环境，促进谷子产业发展具有重要意义。刘建平等[4]对冀西北春谷子进行了“3414”肥效试验，结果表明，高土壤肥力条件下，不同肥料对产量的影响顺序为氮肥>钾肥>磷肥，中土壤肥力条件下表现为磷肥>氮肥>钾肥，低土壤肥力条件下表现为氮肥>钾肥>磷肥；陈二影等[5]采用“3414”肥料试验对夏谷氮、磷和钾肥的肥料效应进行了研究，结果表明，施用氮、磷和钾肥对谷子的增产效果明显，平衡施肥能提高其产量和肥效，不同肥料对产量的影响表现为氮>钾>磷；殷振琴[6]采用“3414”试验方案，研究氮、磷和钾肥不同施用量对谷子产量的影响，结果表明，其产量与氮、磷和钾肥施肥量之间具有线性回归关系，其养分的利用效率随施肥水平的提高而逐渐降低；崔纪菡等[7]比较了不同底肥、追肥量和不同追肥形式对夏谷产量的影响，结果表明，以225 kg/hm2氮磷钾复合肥（20-15-15）作为底肥，配合氨基酸叶面追肥的谷子产量最高；追肥形式上，叶面喷施较基施尿素增产420～780 kg/hm2，以氨基酸叶面肥表现最佳。近年来，有关研究区谷子育种、加工等方面的研究较为全面，而有关种植过程中施肥调查等方面研究相对较少。基于此，本研究通过随机走访河北不同谷子主产区共198个种植农户，全面了解该地区谷子主产区的施肥现状，分析其施肥有待进一步完善的环节，模拟谷子生产的最优施肥量，为其科学施肥提供参考。
1 材料与方法
1.1 调查范围
在河北谷子主产区开展施肥调查，调查农户共198个，其中冀北57个，冀东19个，冀中48个，冀南74个。
1.2 调查方式与内容
本次调查于2024年2—3月进行，采用随机走访方式，以问卷和问答的方式逐户实地调查。调查内容包括农户类型、谷子产量、基肥种类及用量以及追肥种类及用量等。
1.3 数据处理及方法
1.3.1 无机肥和有机肥施用量折纯
根据调查数据进行测算，各类无机肥中氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）含量数据从调查户提供的肥料袋上的标识所得，折纯计算公式如式（1 ）～（3 ）。
无机肥氮量（kg/hm2）=施用无机肥中氮的质量分数（%）×施用无机肥的质量（kg/hm2）
无机肥磷量（kg/hm2）=施用无机肥中磷的质量分数（%）×施用无机肥的质量（kg/hm2）
无机肥钾量（kg/hm2）=施用无机肥中钾的质量分数（%）×施用无机肥的质量（kg/hm2）
有机肥中氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）含量参考《中国有机肥料养分志》[8]。
1.3.2 肥料偏生产力（PFP）
肥料偏生产力的计算公式如式（4） 。
PFP（kg/kg）=Y/F
1.3.3 最优产量及施肥量模拟
1.4 统计与分析
采用Excel 2019和SPSS 25.0软件对调查数据进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同谷子主产区农户肥料施用情况
不同谷子主产区农户施肥情况调查见表1。所有农户均施用基肥，基肥施用种类多为复合肥、尿素、磷酸二铵和有机肥等；追肥农户数共计119户，占比60.10%，追肥种类多为尿素、磷酸二氢钾等；有机肥施用农户数72户，占比36.36%，其中冀北20户、冀东5户、冀中20户及冀南27户，分别占各区域的35.09%、26.32%、41.67%和36.49 %；调查农户中，仅冀南有2个农户施用微肥，占调查户的1.01%。调查结果表明，谷子种植均施用基肥，追肥农户占比较高，有机肥和微肥施用量略少。
表1 不同谷子主产区农户肥料施用情况 |
| 区域 | 基肥 | 追肥 | 有机肥 | 微肥 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 户数 | 占比/% | 户数 | 占比/% | 户数 | 占比/% | 户数 | 占比/% | |
| 冀北 | 57 | 100 | 40 | 70.18 | 20 | 35.09 | 0 | 0 |
| 冀东 | 19 | 100 | 17 | 89.47 | 5 | 26.32 | 0 | 0 |
| 冀中 | 48 | 100 | 15 | 31.25 | 20 | 41.67 | 0 | 0 |
| 冀南 | 74 | 100 | 47 | 63.51 | 27 | 36.49 | 2 | 2.70 |
| 总计 | 198 | 100 | 119 | 60.10 | 72 | 36.36 | 2 | 1.01 |
2.2 不同谷子主产区养分投入情况
2.2.1 养分投入量与产量
谷子养分投入及产量调查结果见表2。研究区谷子平均养分投入量分别为氮（N）143.46 kg/hm2、磷（P2O5）75.08 kg/hm2和钾（K2O）51.87 kg/hm2。其中总氮（N）投入量在5.75～369.37 kg/hm2，总磷（P2O5）投入量在0～345.00 kg/hm2，总钾（K2O）投入量在0～150.00 kg/hm2。谷子产量在1 500～9 750 kg/hm2，平均产量4 680 kg/hm2。有机肥施用量中，3种养分投入量变异系数接近，无机肥和总养分投入量中，磷、钾变异系数较高，谷子产量变异系数为28.79%。
表2 谷子养分投入量（折纯）与产量统计 (kg/hm2) |
| 项目 | 有机肥施用量 | 无机肥施用量 | 总施肥量 | 谷子产量 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N | P2O5 | K2O | N | P2O 5 | K2O | N | P2O5 | K2O | ||
| 均值 | 69.01 | 17.11 | 41.62 | 141.59 | 82.23 | 44.07 | 143.46 | 75.08 | 51.87 | 4 680 |
| 最低值 | 2.87 | 0.71 | 1.73 | 22.50 | 0 | 0 | 5.75 | 0 | 0 | 1 500 |
| 最高值 | 172.35 | 42.75 | 103.95 | 360.75 | 345.00 | 150.00 | 369.37 | 345.00 | 150.00 | 9 750 |
| 标准偏差 | 45.83 | 11.37 | 27.64 | 61.31 | 55.72 | 35.37 | 65.19 | 55.74 | 33.93 | 1 327.94 |
| 变异系数/% | 66.41 | 66.44 | 66.42 | 43.30 | 67.76 | 80.27 | 45.45 | 74.25 | 65.40 | 28.79 |
2.2.2 肥料总施用量
不同谷子主产区谷子肥料总投入量见表3，不同谷子主产区的肥料总投入量存在较大差异。N投入量表现为冀东>冀北>冀南>冀中，冀北（150.98 kg/hm2）、冀东（153.18 kg/hm2）和冀南（150.29 kg/hm2）明显高于冀中（119.40 kg/hm2）（P<0.05）；P2O5投入量表现为冀南>冀北>冀东>冀中，冀北（80.29 kg/hm2）、冀南（93.22 kg/hm2）明显高于冀东（67.31 kg/hm2）、冀中（59.50 kg/hm2）（P<0.05）；K2O投入量方面，冀中（64.90 kg/hm2）、冀南（59.81 kg/hm2）明显高于冀北（42.38 kg/hm2）和冀东（40.40 kg/hm2）（P<0.05）。
表3 不同谷子主产区谷子肥料总施用量（折纯） (kg/hm2) |
| 区域 | 氮（N） | 磷（P2O5） | 钾（K2O） |
|---|---|---|---|
| 冀北 | 150.98±77.36 a | 80.29±46.69 a | 42.38±36.29 b |
| 冀东 | 153.18±65.39 a | 67.31±54.30 b | 40.40±29.57 b |
| 冀中 | 119.40±39.21 b | 59.50±34.31 b | 64.90±29.21 a |
| 冀南 | 150.29±64.27 a | 93.22±68.08 a | 59.81±32.10 a |
|
2.2.3 基、追肥投入量
不同谷子主产区基肥和追肥养分投入量调查结果见表4。冀北、冀东、冀中和冀南的基肥氮投入量分别为107.95、85.40、103.37和104.18 kg/hm2，占氮总投入量的71.50%、55.75%、86.57%和69.32%，其中，冀东基肥氮投入量较高，调查农户中，有89.47%进行追肥。总体来看，基肥氮投入量占总投入量的2/3，磷、钾肥以基施为主，追施为辅，追肥比例不高。研究区谷子主产区主要分布在冀北、冀南等区域，这些地区土壤肥力偏低，建议将部分基施氮肥作为追肥结合夏季降水和灌溉等措施进行追施，并根据区域土壤肥力合理调整氮肥追施比例，以利于谷子高产。研究区土壤有效磷、速效钾含量较高，种植农户磷、钾肥施用方法基本合理。
表4 不同谷子主产区基肥和追肥养分投入量（折纯） (kg/hm2) |
| 区域 | 氮（N） | 磷（P2O5） | 钾（K2O） | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 基肥 | 追肥 | 基肥 | 追肥 | 基肥 | 追肥 | |
| 冀北 | 107.95 | 43.03 | 80.22 | 0.07 | 41.55 | 0.83 |
| 冀东 | 85.40 | 67.78 | 67.31 | 0 | 40.40 | 0 |
| 冀中 | 103.37 | 16.03 | 58.20 | 1.30 | 63.87 | 1.02 |
| 冀南 | 104.18 | 46.11 | 91.01 | 2.21 | 57.76 | 2.05 |
| 平均 | 100.23 | 43.24 | 74.19 | 0.90 | 50.90 | 0.98 |
2.2.4 不同类型养分投入量
不同谷子主产区养分投入量见表5。研究区谷子生产过程中，有机肥氮、磷投入量较低，冀北、冀东和冀南有机肥氮（N）投入量分别为19.40、29.03和20.04 kg/hm2；冀北、冀南有机肥磷投入量分别为4.81、5.00 kg/hm2。总体来看，有机肥氮、磷平均投入量分别为26.24、6.52 kg/hm2，占比分别为18.29%、8.68%。即研究区谷子氮、磷投入以无机肥为主，有机肥为辅，有机肥和无机肥施用比例有待进一步调整。有机肥钾的平均投入量15.85 kg/hm2，占比30.55%，相对于氮、磷占比较高。
表5 不同谷子主产区养分投入量（折纯） (kg/hm2) |
| 区域 | 氮（N） | 磷（P2O5） | 钾（K2O） | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 有机肥 | 无机肥 | 有机肥 | 无机肥 | 有机肥 | 无机肥 | |
| 冀北 | 19.40 | 131.58 | 4.81 | 75.48 | 11.70 | 30.68 |
| 冀东 | 29.03 | 124.15 | 7.20 | 60.11 | 17.51 | 22.89 |
| 冀中 | 36.50 | 82.90 | 9.05 | 50.45 | 22.02 | 42.88 |
| 冀南 | 20.04 | 130.25 | 5.00 | 88.22 | 12.15 | 47.66 |
| 平均 | 26.24 | 117.22 | 6.52 | 68.57 | 15.85 | 36.03 |
2.3 不同谷子主产区肥料偏生产力
不同区域谷子生产的氮、磷和钾肥偏生产力（PEP）如图1所示。氮肥PFP表现为冀中>冀北>冀东>冀南，其中冀中最高，可能原因是该区域氮（N）投入量低于其他区域，而冀北氮肥PFP高于冀南和冀东，可能是由于3个区域氮（N）投入量相当，而冀北地区多生产春谷，冀东和冀南多生产夏谷，春谷生长期比夏谷长，平均产量较夏谷更高；磷肥PFP表现为冀中>冀东>冀北>冀南，这与其磷（P2O5）投入量一致，即磷（P2O5）投入量越低，磷肥PFP越高；钾肥PFP表现为冀北>冀东>冀南>冀中，其中冀北、冀东高于冀南和冀中，可能原因是冀北、冀东土壤速效钾含量较高，农户钾肥施用量较少。
2.4 养分投入量与谷子产量拟合
采用边界线分析法，对养分投入量与谷子产量进行拟合分析，3种养分投入量与谷子产量的边界线拟合结果如图2所示，其中氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）均拟合为二次曲线，相关系数（R 2）分别为0.788 3、0.819 1和0.701 7。根据边界线拟合得到3种养分投入量最优值，分别为153.13、82.63和50.95 kg/hm2，对应的模型拟合产量分别为7 316、7 621和7 851 kg/hm2。养分投入量在最优值附近，养分效率最高。谷子施肥时，应将氮、磷和钾养分投入量控制在最优值附近，低于最优值时养分投入不足，高于最优值则造成养分浪费。
3 结论与讨论
谷子生产中氮肥分次施用具有较好的增产效果，其中尤以1/3左右的氮肥作为基肥施用、2/3作为追肥施用的效果最佳[13-14]。代小冬等[15-16]研究表明，由于谷子生育期较长，且磷、钾肥的移动性较差，生产中建议将全部有机肥和磷、钾肥作为基肥一次性施入，以维持全生育期稳定的养分供应。李永虎等[17]研究指出，在具备追肥条件的情况下，可以考虑将少量的磷、钾肥作为追肥，在拔节期、灌浆期等生长关键时期合理追施，以提高谷子产量和养分效率。本研究结果指出，研究区谷子的养分投入量最优值，即氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）投入量分别为153.13、82.63和50.95 kg/hm2，建议基施氮（N）量51.03 kg/hm2，视情况分1～2次追施氮（N）量102.10 kg/hm2。
适当增施有机肥有利于提高作物产量[18]。祁宏英[19]、夏凡等[20]研究指出，施用农家有机肥（畜禽粪便、秸秆等有机物料腐熟物）45 000 kg/hm2以上，或施用商品有机肥3 000～4 500 kg/hm2，可减施化肥10%～20%。本研究结果表明，研究区有机肥和无机肥施用比例有待进一步调整，部分农户有机肥氮、磷投入量较低，其中冀北、冀东和冀南有机肥氮投入量，以及冀北、冀南有机肥磷投入量占比均较低。研究区土壤有机质含量有待进一步提高，而有机肥投入不足在一定程度上影响了土壤理化性质，可能造成土壤板结、酸化和肥力衰退等问题，进而导致土壤抵御灾害的能力减弱，影响谷子等作物产量。优化秸秆还田技术，秸秆粉碎5 cm左右，均匀深翻20 cm以上，可保证秸秆翻压后不影响谷子苗期的生长发育，同时提高土壤有机质含量。
杨扬[21]研究指出，不同肥料对谷子产量影响表现为氮肥>钾肥>磷肥，增施氮肥有利于提高谷子产量。本研究结果表明，研究区谷子主产区氮、磷平均投入量143.46、75.08 kg/hm2，均低于最优值153.13、82.63 kg/hm2。冀中地区氮、磷投入量较低，因此可根据实际情况适当增加氮、磷投入量，有利于提高氮、磷肥PFP；而钾平均投入量51.87 kg/hm2，略高于最优值50.95 kg/hm2，因此适当减少钾肥投入量有利于提高其PFP。
综上，本研究调查了河北不同谷子主产区共198个种植农户，了解该地区谷子主产区的施肥情况，分析其施肥有待进一步提高的环节，并模拟谷子的最优施肥量，得出如下结论。
（1）该地区不同谷子主产区施肥情况方面，总体呈现基施为主，追施为辅，氮（N）、磷（P2O5）投入以无机肥为主，有机肥为辅。基肥与追肥施用比例、有机肥和无机肥施用比例均有待进一步调整；微肥施用率较低，仅冀南地区有2户施用了微肥硼，施用率1.01%。
（2）模拟谷子最优施肥量发现，氮、磷肥施用量有待进一步提高，钾肥施用量可根据土壤条件适当调整降低。
该地区谷子施肥管理建议氮基肥的追肥比例控制在1∶2左右，适当提高冀北、冀中和冀南地区追肥量占比，磷、钾肥后期少量追肥；各区域需提高有机肥施用，同时重视硼等微肥施用；根据模拟的最优施肥量，可适当增加氮、磷投入量，减少钾投入量。