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
232
500.4
332.3
66.4
270
585.8
403.4
68.9
低平原
202
488.7
304.2
62.2
234
587.6
401.3
68.3
滨海平原
38
325.2
249.7
76.8
43
496.4
382.5
77.1
总体
472
481.0
315.0
67.3
547
579.4
401.1
69.1
（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）
N
P2O5
K2O
N
P2O5
K2O
山前平原
16.0
8.7
4.2
12.3
3.9
3.7
低平原
17.8
10.1
4.2
11.8
9.9
3.8
滨海平原
13.8
8.1
4.0
12.9
5.2
4.1
总体
16.6
9.3
4.2
12.1
6.6
3.7
2.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
33.0
34.2
76.7
97.1
31.2
54.4
220.3
133.5
低平原
36.5
30.5
64.3
80.9
31.3
54.7
179.8
121.5
滨海平原
20.4
24.9
49.5
108.7
25.0
43.1
152.1
98.7
总体
33.7
31.9
69.4
90.8
30.9
53.6
197.2
126.0
（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
19.1
3级（中）
1.38
3级（中）
低平原
19.9
3级（中）
1.39
3级（中）
滨海平原
23.3
2级（较高）
1.35
3级（中）
总体
19.8
3级（中）
1.38
3级（中）
表5 冀中南区耕层厚度分布
区域
样本
1级（高）
>25.0cm
2级（较高）
20.0-25.0cm
3级（中）
15.0-20.0cm
4级（较低）
10.0-15.0cm
5级（低）
≤10.0cm
山前平原
个数（个）
4
19
245
15
0
占比（%）
1.4
6.7
86.6
5.3
0.0
低平原
个数（个）
0
24
215
9
0
占比（%）
0.0
9.7
86.7
3.6
0.0
滨海平原
个数（个）
16
10
23
0
0
占比（%）
32.7
20.4
46.9
0.0
0.0
（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
8.0
19.5
1.20
111
27.7
173
952
低平原
8.3
17.1
1.09
103
21.5
187
917
滨海平原
8.2
17.6
1.11
88
19.0
182
920
总体
8.1
18.3
1.14
106
24.3
180
934
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。
