化肥施用对粮食产量和环境的影响

作     者：王玉姝 

作者单位：河南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李青松

授予年度：2021年

学科分类：120301[管理学-农业经济管理] 12[管理学] 1203[管理学-农林经济管理] 09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：小麦玉米 Tapio脱钩 化肥施用环境风险 节肥潜力 化肥生产效率 

摘      要：为了更进一步的研究施肥量和产量之间的关系,以及过量施肥对环境带来的影响。本文选用河南省为研究区域,选用2004-2018年小麦和玉米的产量,以及在小麦和玉米生产中氮、磷、钾肥的施用量为研究数据,探讨河南省在小麦、玉米种植中化肥对产量和环境产生的影响。运用脱钩模型研究化肥与产量之间的关联程度,再运用化肥施用风险指数模型对氮肥磷肥钾肥进行化肥施用风险评价,后对化肥施用量进行节肥潜力评价,探讨其节肥潜力,最后用超效率SEM模型和Malmquist指数进行化肥生产效率评价,进一步探究化肥在农业生产中对产量和环境的影响。得到以下研究结果:(1)总体上河南省小麦产量与氮、磷肥的用量间,二者的相关系数分别为-0.406和-0.638,具有一定的负影响,但未达到显著水平,相关性不显著;而其与钾肥的相关性较好,相关系数为0.958(在0.01水平下显著)。通过脱钩分析发现,氮肥对小麦产量的影响不高,氮肥用量对小麦产量无影响的有9个年份,占64%,影响较大的有4个年份,占28.6%,联系紧密的有1个年份,占7.1%;而磷肥用量与小麦产量间的关系较氮肥紧密,对小麦产量无影响的有6个年份,占43%,影响较大的有4个年份,占28.6%,影响较小和关系紧密的各有2个年份,占14.3%;钾肥用量对小麦产量间关联性最高,其用量对小麦产量无影响的有4个年份,占28.6%,影响较大的有7个年份,为50%,关系紧密的有3个年份,占21.4%。磷肥和钾肥用量与玉米产量间的相关系数分别为0.912(在0.01水平下显著)和0.899*(在0.05水平下显著),相关性较大,氮肥用量与玉米产量间的相关系数仅为-0.769(不显著),二者没有相关性。脱钩分析,氮肥用量对玉米产量无影响的年份有10个,占71.4%,影响较大的有2年,为14.3%,影响较小和关系紧密的各有两年,各占14.3%。磷肥的无影响的有6年,占42.9%,影响较大的有7年,占50%,紧密联系的有1年,7.1%,两者具有一定的影响。钾肥无影响的有6年,为43%,影响较大的有8年,为57%。(2)小麦生产中,氮肥和磷肥的风险值在逐年下降,但化肥施用环境风险仍存在,2018年仍为轻度和重度风险,其中,氮肥的风险值围绕0.72上下变化,磷肥的风险值围绕0.79上下波动,钾肥的风险值逐年上升,在0.53上下变化,但18地市的风险值仍处于安全等级,只有在2010年后,焦作、周口、漯河、鹤壁、新乡、驻马店等几个地市为轻度风险。可见在小麦种植中,应控制氮磷肥,适当增加钾肥。空间上,氮、磷、钾肥施用风险均高的区域有商丘、周口、许昌、漯河、新乡、焦作、濮阳、鹤壁以及驻马店等几个地市,其多位于河南省的东面,这种情况下的地市,应该控制氮、磷、钾肥化肥的施用量,同时注意科学配比;氮、磷、钾肥低风险区有洛阳、三门峡、郑州和信阳,其多分布在河南省的中部和西部;氮、磷肥高但磷肥低风险区,包括开封、平顶山、安阳、济源和南阳五个地市,其分布比较散乱,分别位处于河南省北面,河南省中部以及河南省西南部,针对三低区应当适当的调高三者施用量,而氮、磷肥高,磷肥低区应当控释氮磷肥,适当增加钾肥的施用。玉米生产中,氮肥施用风险总体上呈下降趋势,风险值在0.77上下波动,但其风险等级在2018年仍为轻度风险;而磷、钾肥施用风险与氮肥趋势相反,呈上升趋势,2018年磷肥施用风险为轻度和重度,风险值在0.72上下浮动,钾肥施用风险则为安全等级。从空间上看,高氮、中磷、低钾风险区有洛阳1个地市,主要位于河南省西部,该区域应当控制氮肥的用量,维持用量,适当增加钾肥用量。低氮、中磷、低钾风险区包括开封、三门峡、郑州、平顶山、济源、南阳和驻马店、这类地市多位于河南省的正西面,应适当的增施氮肥和钾肥,维持磷肥的施用;低氮、肥磷、肥钾风险区地区,包括商丘、周口、许昌、漯河、安阳、新乡、焦作、濮阳、鹤壁和信阳等,其多位于河南省的正东面。这类氮肥低、磷肥高、钾肥低地区,应当控施磷肥,适当增施氮钾肥。(3)小麦生产中,氮肥和磷肥的施用量都是下降的,钾肥的施用量是上升的,河南省氮、磷肥施用量较高,钾肥的施用量较低。在2018年,氮肥的节肥潜力只有三门峡和信阳的为负值,其余都为正值,磷肥节肥潜力只有三门峡为负值,钾肥的只有焦作,濮阳,许昌,漯河,商丘,周口为正值,其余为负值。应当控制氮肥、磷肥,适当增施钾肥。2018年氮、磷、钾肥节肥潜力均比较低区域有郑州,洛阳,三门峡,信阳等4个地市,其多位于河南省的西北部和正南方,氮肥和磷肥的节肥潜力在-3%～3%之间,钾肥在-50%～-40%之间,该区域应当采取提高施肥量的施肥策略;三种肥料节肥潜力较适中的区域,包括开封,安阳,平顶山,南阳和济源5个地市,主要位于河南省的西南部和东北部,这类地区其钾肥节肥潜力较低,在-30%～-10%,氮肥