河西荒漠灌区紫花苜蓿施肥效应及其基于数据包络分析法的经济效益研究

引用本文

吴勇, 刘晓静, 蔺芳, 童长春. 河西荒漠灌区紫花苜蓿施肥效应及其基于数据包络分析法的经济效益研究. 草业学报, 2020,29(9): 94-105
WU Yong, LIU Xiao-jing, LIN Fang, TONG Chang-chun. A data envelopment analysis study of alfalfa fertilization responses and economic return in the desert irrigation area of Hexi. Acta Prataculturae Sinica,2020,29(9): 94-105 复制到剪切板

Doi:10.11686/cyxb2019504
Permissions

本文属于开放获取期刊。

河西荒漠灌区紫花苜蓿施肥效应及其基于数据包络分析法的经济效益研究

吴勇, 刘晓静^*, 蔺芳, 童长春

甘肃农业大学草业学院,草业生态系统教育部重点实验室,甘肃省草业工程实验室,中-美草地畜牧业可持续发展研究中心,甘肃兰州 730070

*通信作者Corresponding author. E-mail: liuxj@gsau.edu.cn

作者简介:吴勇(1994-),男,甘肃张掖人,在读硕士。E-mail: 1196440850@qq.com

收稿日期: 2019-11-20

基金项目:甘肃省重大科技专项:草类植物种质创新与品种选育(课题3)(19ZD2NA002-3),甘肃农业大学科技创新基金(GSAU-XKJS-2018-008)和甘肃省草原技术推广总站项目(XMXZGSNDXY 201802)资助

摘要

为科学准确地评判河西走廊苜蓿主产区紫花苜蓿饲草生产中施肥措施对其产品质量及生产收益的影响,本研究以“甘农3号”紫花苜蓿为材料,通过2016、2017年2年田间试验,以该区域紫花苜蓿饲草生产的平衡施肥推荐方案(N 103.5 kg·hm^-2、P₂O₅ 105 kg·hm^-2、K₂O 90 kg·hm^-2)为对照,探讨了不施肥及3种不完全施肥(缺氮偏施、缺磷偏施、缺钾偏施)处理下紫花苜蓿的生产性能,并采用数据包络分析法(DEA)对其经济效益进行分析。结果表明:与不施肥相比,施肥措施各处理均显著提高紫花苜蓿产量、蛋白总量,降低其酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维,提高了相对饲用价值,从而改善了紫花苜蓿品质,并有效增加了经济效益;与氮、磷、钾平衡施肥相比,各偏肥处理的紫花苜蓿产量和品质均显著低于平衡施肥,尤以缺磷偏施的降幅最大,2016、2017年2年的产量和蛋白总量降幅分别达到25.9%、25.7%和33.4%、33.1%。因此,磷是河西荒漠灌区紫花苜蓿饲草生产的养分限制因子,氮、磷、钾对该地区紫花苜蓿生产性能影响顺序为:磷>氮>钾。运用数据包络分析法(DEA)分析出河西荒漠灌区紫花苜蓿的施肥效应为氮、磷、钾平衡施肥的经济效益最优,为DEA有效;不完全施肥的3个评价单元及不施肥评价单元为DEA无效,其中,不施肥经济效益最低,3个不完全施肥评价单元中的缺磷偏肥的紫花苜蓿经济效益比缺氮偏肥和缺钾偏肥更低;另外还以DEA模型推算出不同施肥措施下紫花苜蓿饲草生产经济效益改进的具体方案,其中,不施肥的紫花苜蓿饲草生产需调整的幅度最大,调整额度达10678.88 CNY·hm^-2,各施肥措施需调整的幅度排序为:不施肥>缺磷偏施>缺氮偏施>缺钾偏施。

关键词: 河西荒漠灌区; 紫花苜蓿; 施肥效应; 数据包络分析; 经济效益

A data envelopment analysis study of alfalfa fertilization responses and economic return in the desert irrigation area of Hexi

WU Yong, LIU Xiao-jing^*, LIN Fang, TONG Chang-chun

College of Grassland Science, Gansu Agricultural University, Key Laboratory of Pratacultural Ecosystem, Ministry of Education, Pratacultural Engineering Laboratory of Gansu Province, Sino-US Center for Grazingland Ecosystem Sustainability, Lanzhou 730070, China

Abstract

This study quantitatively assessed the effects of various fertilization regimes on the herbage quality and yield of ‘Gannong No.3’ alfalfa in the main production areas of the Hexi Corridor. In a field experiment conducted in 2016 and 2017, a balanced fertilization regime (N 103.5 kg·ha^-1, P₂O₅ 105 kg·ha^-1, K₂O 90 kg·ha^-1) recommended for alfalfa forage production this area was used as a control and compared with nil fertilization, or with a suboptimal level of one of the three elements, N, P or K, and economic benefit was analyzed by data envelopment analysis (DEA). It was found that compared with no fertilization, all fertilizer treatments significantly increased alfalfa yield and total protein content, reduced the acid and neutral detergent fiber levels, improved relative feeding value, and increased the economic benefit. Compared with balanced fertilization, yield and quality of alfalfa herbage of treatments receiving the suboptimal fertilizer regimes were significantly lower than those of the balanced fertilization treatment, especially in the case of suboptimal P application. In 2016 and 2017, the total yield decreased by 25.9% and 25.7%, respectively, and the total protein concentration by 33.4%, 33.1%, respectively, relative to balanced fertilization, on the suboptimal P treatment. These results demonstrate that phosphorus is the nutrient limiting factor for alfalfa forage production in the desert irrigation area of Hexi, and that the importance-ranking of the three tested fertilizer elements is P>N>K. Analysis of the results using DEA showed that balanced fertilization gave the highest economic return (10679 CNY·ha^-1), while the nil fertilization treatment gave the lowest, and the treatments with suboptimal N, P or K were intermediate and ranked: Partial phosphorus deficiency<partial nitrogen deficiency<partial potassium deficiency.

Keyword: Hexi desert irrigation area; alfalfa; fertilization effect; data envelopment analysis; economic benefit

文章图片

施肥是作物获得高产的主要措施之一^{[1, 2, 3]}, 根据李比希“ 养分归还学说” ^[4], 及时有效的矿质元素补充是提高土壤养分含量和作物获得高产的必要条件^{[5, 6]}, 补充土壤矿质元素、改善土壤养分状况最有效的措施就是施肥^[7]。近年来, 大量的研究^{[8, 9]}均已明确, 施肥对于提高作物产量尤其例如小麦(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)等禾谷类作物具有巨大的贡献, 大豆(Glycine max)等豆科作物虽能与根瘤菌结合进行生物固氮, 但是其生物固氮量仍无法满足豆科作物正常生长所需氮量^[10], 因此施肥是使豆科作物获得高产的必要条件^[11]。紫花苜蓿(Medicago sativa)是一种多年生豆科牧草, 由于其独特的氮利用方式, 使其体内蛋白含量很高, 是一种优质的植物性蛋白饲料。当前, 紫花苜蓿在解决我国高蛋白饲草料供应不足问题中发挥着不可替代的作用, 特别是在我国奶业对蛋白类饲草料需求日益增加的形势之下^[12], 而目前我国紫花苜蓿生产管理水平和苜蓿生产效率相对较低, 还不能满足对优质蛋白牧草的需求, 因此提高紫花苜蓿饲草高效优质生产是现阶段我国草牧业发展的主要任务。河西走廊是我国西北地区紫花苜蓿优势主产区之一, 也是我国草食畜牧业主产区, 国家“ 粮改饲” 政策的推动下使得该地区紫花苜蓿有了更大的发展空间。目前该地区许多用于种植紫花苜蓿的土地为农业生产边缘化土地或为粮改饲时低产地, 而种植紫花苜蓿以营养体收获为生产目标, 每年多茬刈割会带走大量的土壤养分, 造成土壤养分的不断流失和匮乏, 此外, 由于管理不足, 氮、磷、钾施用不平衡, 进而存在土壤营养元素丰缺不平衡等问题, 无法满足苜蓿高产所需, 导致紫花苜蓿生产力不断下降^[13]。综上, 土壤养分条件已成为限制该地区紫花苜蓿产业发展的主要因素, 因此, 科学合理的施肥措施不仅可以提高紫花苜蓿产量及品质, 还可以有效提高紫花苜蓿的经济效益^[14], 是河西荒漠灌区紫花苜蓿高效生产的必要保障^[15]。

数据包络分析(data envelopment analysis, DEA)方法是一种使用数学规划模型, 以相对效率概念为基础, 根据多指标投入和多指标产出, 对同类型的部门或单位进行相对有效性或效益评价的经济效益评价方法。因该方法可靠性高、分析全面、客观, 在诸多领域得到广泛的应用^{[16, 17, 18]}。目前在农业领域的应用日渐普遍^[19], 并取得很好的效果:贾筱文等^[20]运用基于非参数包络分析法的 Malmquist 生产率指数, 研究了我国苹果主产区苹果生产效率影响因素; 杨肖等^[21]、胡贺年等^[22]在采用数据包络分析法分别对张掖市制种玉米产业中农户生产效率差异进行了评价测算; 还在此基础上, 杨肖等^[21]针对冗余投入要素改进模拟后, 提出了主要针对贡献率高的生产要素优化的建议。数据包络分析作为一种在经济领域适用的科学方法, 应用于草牧业生产实践具有重要的现实意义。因此, 为了更加科学、准确的说明施肥对紫花苜蓿生产性能及经济效益的影响, 本研究拟通过开展紫花苜蓿施肥效果研究, 并运用数据包络法对不同施肥措施下紫花苜蓿经济效益进行对比研究, 探究不同施肥措施下紫花苜蓿的产量、品质及经济效益的差异, 以期为河西地区紫花苜蓿高效优质生产的养分管理及草牧业生产实践中经济效益的科学评价提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试品种

“ 甘农3号” (M. sativa cv. Gannong No.3)由甘肃农业大学草业学院提供。供试肥料:氮肥为国产尿素(含N≥ 46%); 磷肥为过磷酸钙(含P₂O₅≥ 12%); 钾肥为硫酸钾(含K₂O≥ 52%)。

1.2 试验地基本概况

试验区位于永昌县新城子镇, 东经101° 56', 北纬38° 16', 海拔1900 m左右, 属于温带大陆干旱性气候区, 具有日照充足, 降水量少, 且蒸发量大, 昼夜温差大等特点。年日照时数为2884 h。年平均降水量为185.1 mm, 且年内分布不均, 主要集中于6-9月, 年蒸发量为2000.6 mm, 年平均气温4.8 ℃, ≥ 10 ℃年积温2011 ℃, 无霜期134 d, 空气干燥度大, 土壤类型为灌漠土。土壤具体理化性质如表1。

表1 土壤基础理化性质 Table 1 Basic physical and chemical properties of soil

1.3 试验设计

本试验采用大田试验, 设5个施肥处理:氮磷钾全施、不施氮处理、不施磷处理、不施钾处理和不施肥处理, 分别记为:NPK、N₀PK 、NP₀K、NPK₀和N₀P₀K₀, 其中, NPK为本课题组前期研究中根据当地土壤养分条件推荐的该地区紫花苜蓿饲草生产的平衡施肥方案(N 103.5 kg· hm^-2、P₂O₅ 105 kg· hm^-2、K₂O 90 kg· hm^-2); N₀PK氮肥施量为0, 磷、钾施量采用平衡施肥方案的磷钾施量; NP₀K磷肥施量为0, 氮、钾施量采用平衡施肥方案的氮钾施量; NPK₀钾肥施量为0, 氮、磷施量采用平衡施肥方案的氮磷施量; N₀P₀K₀为氮、磷、钾肥均不施(具体施肥方案见表2)。每处理重复3 次, 共计15个小区, 试验小区完全随机排列, 小区面积:8 m× 8 m=64 m², 种植总面积960 m²。2015年8月播种, 播量15 kg· km^-2, 条播, 行距20 cm。磷钾肥于返青前一次性施入, 氮肥平均分成3次施入, 分别为返青期及前两次刈割后, 施肥后充分灌溉。于第2(2016年)和3年(2017年)进行刈割, 每年刈割3茬, 初花期(10%开花)刈割。各小区除施肥不一样外, 其余田间管理均相同。

表2 各施肥处理施肥方案 Table 2 Fertilization schemes for each fertilization treatment

1.4 测定指标及方法

1.4.1 草产量整个试验小区全部刈割, 留茬5 cm, 在田间称其鲜重。每个小区随机称取100 g左右的小样本, 放在阴凉处风干处理, 计算其初水量, 再折合小区产量, 产量取平均值后换算成kg· hm^-2。

1.4.2 株高采用定株测量法, 测量其自然高度, 然后求其均值。

1.4.3 分枝数参照王彦华等^[23]的方法, 每小区随机选择10株, 在初花期刈割前测定1级和2级分枝数。

1.4.4 群体叶面积指数用叶面积仪(CI-202型, 美国CID公司)测量单株叶面积, 计算群体叶面积指数。计算公式如下:群体叶面积指数=单株叶面积× 植株密度。

1.4.5 营养指标酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)及中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)采用范氏洗涤法测定; 粗蛋白含量采用H₂SO₄-H₂O₂消煮法, 半微量凯氏定氮法测定^[24]; 蛋白总量(kg· hm^-2)=刈割干草产量(kg· hm^-2)× 粗蛋白(crude protein, CP)含量(g· kg^-1)/1000; 相对饲用价值^[25](relative feed value, RFV)=DMI(%BW)× DDM(%DM)/1.29, DMI(dry matter intake)与DDM(digestible dry matter)分别为:干物质采食量(DMI, %BW)=120/NDF(%DM); 可消化的干物质(DDM, %DM)=88.9-0.779ADF(%DM)。

1.4.6 数据包络分析方法(DEA) 1)评价单元及指标选择:数据包络分析模型是通过各评价单元之间产出/投入比来反映评价单元的经济效益, 本研究各施肥处理土壤原始肥力、田间管理条件等视为同等水平。因此研究对象为不同施肥措施单位面积紫花苜蓿投入与产出量, 故以5种施肥措施为数据包络分析中的评价单元, 以生产资料成本、人工成本和单价作为投入指标, 以产值和经济效益为产出指标, 其中, 生产资料成本=肥料成本+种子成本+地租+水电费; 人工成本=田间日常管理+刈割+调制干草; 产值=干草产量× 牧草单价, 牧草单价依据当时市场价格确定; 经济效益=产值-生产资料成本-人工成本。

2)模型的选择:数据包络分析的基本模型包括C²R和C²GS, 本研究选用C²R模型^[25], 主要因为C²GS模型只能评价技术有效性, 而C²R模型是同时针对规模有效性与技术有效性而言的“ 总体” 有效性;

min $θ - ε \sum (s^{-} + s^{+})$

$\begin{array}{l} s . t . \overset{n}{\sum_{j = 1}} λ_{j} x_{ij} + s^{-}_{i} = θ x_{ik} \\ \overset{n}{\sum_{j = 1}} λ_{j} y_{rj} - s^{+}_{r} = y_{rk} \\ \overset{n}{\sum_{j = 1}} λ_{j} = 1 \end{array}$ λ ≥ 0; s^-≥ 0; s⁺≥ 0 i=1, 2, ……, m; r=1, 2, ……, q; j=1, 2, ……, n

式中:s.t.表示公式受条件约束; ε 为一个常量, 表示非阿基米德无穷小, x_ij为第j个决策单元对第i种输入的投入量, x_ij> 0; x_ik为第k个决策单元对第i种输入的投入量, x_ik> 0; y_rk为第k个决策单元对第r种输出的产出量, y_rk> 0; y_rj为第j个决策单元对第r种输出的产出量, y_rj> 0; λ 表示投入和产出的权系数矩阵; s⁺, s^-分别表示投入和产出的松弛变量和剩余变量。

本研究以5种不同施肥措施为评价单元, 将表6中评价指标导入MaxDEA Basic 8.0.1软件得出评价单元模型函数的最优解θ (效率值)、松弛变量(s⁺)、剩余变量(s^-)和λ (评价单元的权重系数)并以此来判定评价单元的技术有效性、规模有效性和规模收益情况。其中技术有效性是反映生产效率水平达到最优时投入要素的浪费情况, 规模有效性是指在最优生产效率水平下所能获得的最大产出情况, 规模收益情况主要用来描述生产规模的变化与所引起的产量变化之间的关系, 大体分为递增、不变、递减3种状态。

技术有效性和规模有效性的判定标准依据所求的C²R模型最优解θ (效率值)、松弛变量(s⁺)和剩余变量(s^-)的值来判定经济活动的技术和规模有效性:若θ ^*=1, 且s⁺=0, s^-=0, 则评价单元j₀为数据包络分析有效, 其经济活动同时为技术有效和规模有效; 若θ ^*=1, 但s⁺, s^-二者中至少有一个大于0, 则评价单元j₀为数据包络分析弱有效, 需要进行松弛改进才能使其经济活动技术和规模有效性同时有效; 若θ ^*< 1, 则评价单元j₀为数据包络分析无效, 需要同时进行比例改进和松弛改进才能使其经济活动的技术和规模有效性同时有效。

规模收益情况的判定标准依据C²R模型中λ _j(第j个决策单元的权重系数)来判定决策单元的规模收益情况:如果存在λ _j(j=1, 2, 3…, n)使得 $\sum$ λ _j=1, 则决策单元规模收益不变, 表示继续增加投入, 其经济效益不变; 若使得 $\sum$ λ _j< 1, 则决策单元规模收益递增, 表示继续增加投入, 则其经济效益增加; 若使得 $\sum$ λ _j> 1, 则决策单元规模收益递减, 表示继续增加投入, 经济效益递减。其中, $\sum$ λ _j为参考最优评价单元的权重系数之和。

调整方法:决策单元为数据包络分析无效时, 目标值=原始值+比例改进值+松弛改进值, 其中目标值表示在最优生产效率下投入指标最优值, 比例改进值表示各项投入(或产出)等比例改进的数量; 松弛改进值表示投入不变情况下产出的提升空间。

1.5 数据统计与分析

本研究采用Excel 2010软件进行数据整理, 应用SPSS 19.0软件对数据进行统计分析, 应用MaxDEA Basic 8.0.1软件进行经济效益的数据包络分析。

2 结果与分析

2.1 施肥对紫花苜蓿产量的影响

2016、2017年各处理下紫花苜蓿总产量均显著低于对照(NPK)(P< 0.05), 其中2年均为不施肥(N₀P₀K₀)处理总产量最低, 分别为13289.81和16014.75 kg· hm^-2; 其次是NP₀K处理, 与NPK₀、N₀PK处理之间差异显著(P< 0.05)(表3)。

表3 施肥对紫花苜蓿产量的影响 Table 3 Effect of fertilization on alfalfa yield (kg· hm^-2)

2.2 施肥对紫花苜蓿株高、分枝数和群体叶面积指数的影响

紫花苜蓿2年各茬株高、枝条数和叶面积指数均表现为NPK处理最高。N₀P₀K₀处理最低, 且N₀P₀K₀处理株高和分枝数与其他处理相比均存在差异显著(P< 0.05), 各处理年际间各指标均表现出相同的趋势(表4)。

表4 施肥对紫花苜蓿株高、分枝数和叶面积指数的影响 Table 4 Effect of fertilization on plant height, branch number and leaf area index of alfalfa

2.3 施肥对紫花苜蓿粗蛋白含量及蛋白总量的影响

相对N₀P₀K₀处理, 4种施肥处理紫花苜蓿的粗蛋白含量均显著提高(P< 0.05), 其中, NPK处理提高幅度最大(图1)。N₀P₀K₀、NPK₀、N₀PK、NP₀K 4个处理的紫花苜蓿蛋白总量均显著低于NPK(P< 0.05), 其中N₀P₀K₀处理紫花苜蓿蛋白总量最低, 且各处理之间差异显著(P< 0.05) (图2)。从总体来看, 苜蓿蛋白总量2年均表现为NPK处理最高, 且各处理蛋白总量依次为:NPK> NPK₀> N₀PK> NP₀K> N₀P₀K₀。

	Figure Option View Download New Window
	图1 施肥对苜蓿粗蛋白含量的影响不同小写字母表示处理间差异显著(P< 0.05), 下同。Fig.1 Effect of fertilization on the CP content of alfalfa Different lowercase letters mean significant differences at the 0.05 level. The same below.

	Figure Option View Download New Window
	图2 施肥对苜蓿蛋白总量的影响Fig.2 Effect of fertilization on total protein of alfalfa

2.4 施肥对紫花苜蓿酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)和相对饲用价值(RFV)的影响

紫花苜蓿ADF和NDF含量表现为N₀P₀K₀处理最高, 且显著高于其他处理(P< 0.05)(表5)。NPK处理的ADF和NDF含量最低, 与N₀PK、NP₀K处理差异显著(P< 0.05)。紫花苜蓿RFV表现为N₀P₀K₀处理最低, NPK处理最高, 且两者差异显著(P< 0.05)。NPK₀处理RFV仅次于NPK处理, 显著高于N₀PK和NP₀K处理(P< 0.05)。以上各指标2年均表现出相同的趋势。

表5 施肥对紫花苜蓿酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维和相对饲用价值的影响 Table 5 Effects of fertilization on acid detergent fiber, neutral detergent fiber and relative feed value of alfalfa

2.5 紫花苜蓿经济效益评价

将紫花苜蓿各施肥处理C²R模型的投入产出指标(表6) 导入MaxDEA Basic 8.0.1软件, 得到其参数求解结果(表7)。

表6 紫花苜蓿经济效益投入产出指标 Table 6 Economic benefit input-output index of alfalfa

表7 基于投入产出的C²R模型的求解结果 Table 7 Solution results of C²R model based on input-output

处理Treatment	θ	$\sum$ λ _j	s^-	s^-	s^-	s⁺
N₀P₀K₀	0.67	0.53	517.03	1255.79	0	10099.52
NP₀K	0.74	0.64	993.25	532.62	0	8369.46
NPK₀	0.95	0.88	408.39	0	10.38	1855.98
NPK	1.00	1.00	0	0	0	0
N₀PK	0.83	0.71	1519.01	593.13	0	6811.31

注: θ 为目标函数; $\sum$ λ _j表示参考最优评价单元的权重系数之和; s⁺为松弛变量; s^-为剩余变量。

Note: θ is the objective function; $\sum$ λ _j represents the sum of the weight coefficients of the reference optimal evaluation unit; s⁺ is the relaxation variable; s^- is the residual variable.

表7 基于投入产出的C²R模型的求解结果 Table 7 Solution results of C²R model based on input-output

不同施肥处理的紫花苜蓿经济效益各不相同, 其中NPK处理的紫花苜蓿θ =1, $\sum$ λ _j=1, 且s⁺=0, s^-=0, 均为0, 为DEA有效, 表明在该处理下紫花苜蓿目前的投入指标之间的综合效益达到了最优, 同时规模效益也最佳(表7)。NPK₀、N₀KP、NP₀K及N₀P₀K₀等4个评价单元的θ < 1, 为非DEA有效, 表明上述处理紫花苜蓿投入配置没有达到最优, 规模效益也没有达到最佳, 可以通过增加投入或者调整投入配置来提高技术效益和改善规模效益。没有 $\sum$ λ _j> 1的情况, 说明对于DEA有效的处理而言, 不存在投入冗余的情况。对于非DEA有效的NPK₀、NP₀K、N₀PK及N₀P₀K₀ 4个处理, $\sum$ λ _j< 1, 说明这些处理处于规模效益递增阶段, 即可以通过增加投入使规模收益也相应地增加。且 $\sum$ λ _j值越小, 增加投入使规模收益递增的潜力越大。N₀P₀K₀处理的 $\sum$ λ _j值最小, 仅为0.53, 说明增加投入而使其规模效益增加的潜力最大, 其次依次为NP₀K、N₀PK, NPK₀接近于1为0.88, 但该处理也可通过增加投入而使其规模效益增大。

2.6 紫花苜蓿经济效益调整方案

对于DEA有效的NPK处理来说, 其所有调整值均为0, 即其投入产出达到最优状态(表8), 而对于非DEA有效的NPK₀、NP₀K、NP₀K及N₀P₀K₀ 4个处理, 根据调整方案:目标值=原始值+比例改进值+松弛改进值, 使对偶目标函数θ =1, 松弛变量和剩余变量同时为0, 成为DEA有效, 其中, 投入改进值用负数表示, 产出的改进值用正数表示。N₀P₀K₀处理的生产资料成本, 人工成本、单价等评价单元改进调整幅度均为最大, 其中生产资料成本比例改进值为5545.84 CNY· hm^-2, 其次依次为NP₀K、N₀PK, NPK₀为投入指标的改动幅度最小, 并且各投入指标生产资料成本的调整幅度在各处理中均为最大(表8)。

表8 基于投入产出的DEA模型调整建议 Table 8 Suggestions for adjustment of DEA model based on input and output

3 讨论

土壤养分条件是作物生产的重要限制因子之一, 施肥是改善土壤养分条件的有效措施, 因此在作物生产中通过施肥可达到作物增产的目标^[27]。对于紫花苜蓿等豆科作物来说, 虽然可以进行生物固氮, 但若在生产过程中获得高产, 氮肥施用则十分必要, 这在本课题组前期研究中已得到证实^[28]。本研究试验区域中, 与平衡施肥(N 103.5 kg· hm^-2、P₂O₅ 105 kg· hm^-2、K₂O 90 kg· hm^-2)相比, 不施肥处理下紫花苜蓿的干草产量在种植第2和3年分别降低33.9%和39.6%, 与产量密切相关的株高、分枝数和叶面积指数也具有相同趋势。这是因为河西地区大多数种植苜蓿的土壤养分含量相对较低, 无法满足紫花苜蓿高产养分需求, 而平衡施肥可全面增加土壤养分, 提高根系性能^[29], 增强根系吸收养分的能力^[30], 加快紫花苜蓿的再生速度^[31], 进而提高紫花苜蓿的株高及分枝数, 使紫花苜蓿获得高产^[32]。另外, 本研究结果显示, 无施肥措施时(N₀P₀K₀)紫花苜蓿各年份的蛋白总量和相对饲用价值均最低, 但酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量高于NPK处理, 因此, 施肥可提高紫花苜蓿的粗蛋白含量, 降低酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量, 有效提高相对饲用价值等营养品质。

本研究中, 紫花苜蓿不施氮(N₀PK)、不施磷(NP₀K)和不施钾(NPK₀)3个处理均表现为产量、蛋白总量和相对饲用价值显著低于平衡施肥(NPK)处理, 尤以不施磷处理的差异最大, 2016、2017年干草产量降幅分别达到25.9%和25.7%, 蛋白总量降幅分别达到33.4%和33.1%; 其次是不施氮处理, 干草产量和蛋白总量分别降低了15.4%、19.1%和24%、25.6%; 不施钾处理的产量、蛋白总量的降低幅度最小, 分别降低了4.6%、7.0%和10.6%、14.7%。说明在本试验中限制紫花苜蓿饲草生产的最小养分因子为磷素, 这是因为作为豆科牧草的紫花苜蓿可通过生物固氮为紫花苜蓿生长发育提供部分氮素, 因此, 在河西地区土壤养分含量相对较低的紫花苜蓿种植区, 相对农业生产中需求量较大的氮素来说, 磷素则成了限制紫花苜蓿饲草生产的最小养分因子, 这很好地解释了紫花苜蓿生产实践中一个普遍现象, 即相比氮肥, 紫花苜蓿施磷的增产效果更为显著。可见, 3种营养元素对紫花苜蓿产量和品质影响顺序为:磷> 氮> 钾。从本研究看, 各偏肥处理下紫花苜蓿无论是产量还是品质均显著低于平衡施肥, 已有研究证实, 氮磷钾配施可显著提高养分利用效率^[33], 王寅等^[34] 、王乐政等^[35]对作物氮磷钾养分需求与利用效率的研究中发现, 相比氮磷钾完全施肥, 减施氮、磷和钾均造成玉米、红小豆(Vigna angulars)产量不同程度的下降。由此可见, 在紫花苜蓿饲草生产过程中其产量规律符合“ 最小养分律” , 当氮、磷、钾任何一种养分含量相对缺乏时都会影响其产量, 只有营养元素合理配施才能保证紫花苜蓿高效优质生产。

除了以紫花苜蓿的产量及品质来反映施肥效应之外, 经济效益更能直观地反映紫花苜蓿饲草生产中的施肥效应。目前在农业领域用于评价生产效率等经济效益的首选方法是数据包络分析法 (DEA), 该方法主要通过决策单元(评价的项目或指标)的投入与产出数据, 计算出总体效率最优的前沿面并利用每个决策单元与最优前沿面的距离来评价其效率是否处在最优状态。该分析方法的优点为无须对数据进行无量纲化处理及权重假设, 可有效地避免模型设定时的偏误以及对残差分布进行解释等问题^[21], 具有很强的客观性和实用性, 现已在生态、能源、医疗和农业等众多领域效益评价分析中得到有效的运用^{[36, 37, 38, 39]}。目前国内运用数据包络分析方法对农业效率的评价大致集中在以下3个方面:基于数据包络分析法和其他方法相结合从静态和动态角度分析区域农业生产效益^[40]; 基于数据包络分析方法的测算结果结合计量模型对某些要素投入和效率改进做出评估^[41]; 以及从最为微观的角度出发, 分析具体生产单元的农业生态效益^[21]。数据包络分析方法应用于草牧业生产实践, 不仅可从企业角度分析紫花苜蓿饲草生产中的经济效益, 还可对紫花苜蓿饲草产业的具体生产过程进行针对性指导。在本研究中, 氮磷钾合理配施下紫花苜蓿经济效益为DEA有效, 表明在该处理下紫花苜蓿目前的投入指标之间的综合效益达到了最优, 同时规模效益也最佳; 不施氮、不施磷、不施钾以及完全不施肥4个评价单元为DEA无效, 这说明上述处理紫花苜蓿投入配置没有达到最优水平, 规模效益也没有达到最佳, 因此, 在实际生产中需通过增加投入或者调整投入配置来提高技术效益和改善规模效益。其具体的改进方案如下:完全不施肥的调整幅度最大, 达到10678.88 CNY· hm^-2, 其中, 生产资料成本改进值最大, 达到6062.87 CNY· hm^-2。可以看出, 相比氮磷钾合理配施, 完全不施肥的紫花苜蓿经济效益最低, 生产收益最少。这主要是因为在本研究中生产资料成本是由肥料成本、地租、水电费及种子构成, 除肥料成本以外处理间其他成本相同。虽然氮磷钾合理配施增加了肥料成本, 但是肥料效应所带来的产值增加远大于肥料成本的增加量, 而紫花苜蓿若不施肥则生产能力下降, 且抵抗外界不利条件的能力下降, 田间管理成本反而增加, 所以经济效益才会更低, 可见合理的氮磷钾配施可以通过提质增效以确保经济效益最大化。另外, 不完全施肥各处理的调整幅度依次为不施磷(4828.3 CNY· hm^-2)> 不施氮 (3341.02 CNY· hm^-2)> 不施钾(1034.7 CNY· hm^-2), 因此缺磷偏肥的紫花苜蓿经济效益相对缺氮偏肥和缺钾偏肥更低, 说明磷素对紫花苜蓿经济效益影响大于氮素和钾素, 这跟紫花苜蓿产量和品质对施肥响应的趋势一致, 由此可见, 从经济效益角度也印证了施肥对河西荒漠灌区紫花苜蓿饲草生产的重要性。

4 结论

与不施肥相比, 施肥措施各处理均显著提高紫花苜蓿产量、蛋白总量, 降低紫花苜蓿酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维, 提高相对饲用价值, 从而改善紫花苜蓿品质, 并有效增加经济效益。

与氮磷钾平衡施肥相比, 各偏肥处理的紫花苜蓿产量和品质均显著低于平衡施肥, 磷是河西荒漠灌区紫花苜蓿饲草生产的养分限制因子, 氮、磷、钾对该地区紫花苜蓿生产性能的影响顺序为:磷> 氮> 钾。

运用数据包络分析法(DEA)分析出河西荒漠灌区紫花苜蓿的施肥效应为氮磷钾平衡施肥的经济效益最优, 不施肥经济效益最低, 3个不完全施肥评价单元中的缺磷偏肥的紫花苜蓿经济效益比缺氮偏肥和缺钾偏肥更低; 另依据DEA模型推算出的紫花苜蓿饲草生产经济效益改进的方案可知, 不施肥的紫花苜蓿饲草生产需调整的幅度最大, 各施肥措施需调整的幅度排序为:不施肥> 缺磷偏施> 缺氮偏施> 缺钾偏施。

参考文献

文献顺序

[1]	Shi J B, Lei Z C. Effects of fertilization on yield and fertilization use efficiency of winter wheat in arid zone in Loess Plateau of Eastern Gansu Province. Agricultural Research in the Arid Areas, 2017, 35(2): 147-151, 186. 史聚宝, 雷宗昌. 陇东旱塬区小麦配方施肥效应研究. 干旱地区农业研究, 2017, 35(2): 147-151, 186. [本文引用:1]
[2]	Chen M, Ma T T, Ding Y P, et al. Effects of formula fertilizer application on nutrient uptake and grain yield of rice. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2014, 20(1): 237-246. 陈敏, 马婷婷, 丁艳萍, 等. 配方施肥对水稻养分吸收动态及产量的影响. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(1): 237-246. [本文引用:1]
[3]	Huang Y, Duo T Q, Yu Y, et al. Effect of fertilizer on the yield and forage quality of Glycine max. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(4): 211-217. 黄岩, 多田琦, 遇瑶, 等. 施肥对提高秣食豆产量和饲用品质的影响. 草业学报, 2017, 26(4): 211-217. [本文引用:1]
[4]	Lu J L. Plant nutriology. Beijing: China Agriculture Press, 2003. 陆景陵. 植物营养学. 北京: 中国农业出版社, 2003. [本文引用:1]
[5]	Yang H S, Zhang Y Q, Xu S J, et al. Characteristics of dry matter and nutrient accumulation and translocation of super-high-yield spring maize. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2012, 18(2): 315-323. 杨恒山, 张玉芹, 徐寿军, 等. 超高产春玉米干物质及养分积累与转运特征. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(2): 315-323. [本文引用:1]
[6]	Zhang J J, Fan T L, Zhao G, et al. Effects of tillage system and long term fertilizer application on winter wheat yields. Acta Prataculturae Sinica, 2018, 27(7): 175-186. 张建军, 樊廷录, 赵刚, 等. 耕作方式与长期定位施肥对雨养农田冬小麦产量的调控效应. 草业学报, 2018, 27(7): 175-186. [本文引用:1]
[7]	Gong W, Yan X Y, Wang J Y. Effect of long-term fertilization on soil fertility. Soils, 2011, 43(3): 336-342. 龚伟, 颜晓元, 王景燕. 长期施肥对土壤肥力的影响. 土壤, 2011, 43(3): 336-342. [本文引用:1]
[8]	Wang J B, Xie J H, Li L L, et al. Effects of nitrogen management on photosynthetic characteristics and yield of maize in arid areas of central Gansu, China. Acta Prataculturae Sinica, 2019, 28(1): 60-69. 王进斌, 谢军红, 李玲玲, 等. 氮肥运筹对陇中旱农区玉米光合特性及产量的影响. 草业学报, 2019, 28(1): 60-69. [本文引用:1]
[9]	Zhang L J, Lu Q L, Bai B, et al. Effect of different combinations of fertilizer and plastic film mulch on grain quality and yield of winter wheat in dryland areas of the Loess Plateau. Acta Prataculturae Sinica, 2019, 28(4): 70-80. 张礼军, 鲁清林, 白斌, 等. 施肥和地膜覆盖对黄土高原旱地冬小麦籽粒品质和产量的影响. 草业学报, 2019, 28(4): 70-80. [本文引用:1]
[10]	Dong S K, Gong Z P, Zu W. Effects of nitrogen nutrition levels on N-accumulation and yields of soybean. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2010, 16(1): 65-70. 董守坤, 龚振平, 祖伟. 氮素营养水平对大豆氮素积累及产量的影响. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(1): 65-70. [本文引用:1]
[11]	Boroomand an P, Khoramivafa M, Haghi Y, et al. *The effects of nitrogen starter fertilizer and plant density on yield, yield components and oil and protein content of soybean ( Glycine max* L. Merr)*. Pakistan Journal of Bbiological Sciences*, 2009, 12(4): 378-382. [本文引用:1]
[12]	Sun Q Z, Yu Z, Ma C H, et al. Achievements of the alfalfa industry in last decade and priorities in next decade in China. Pratacultural Science, 2013, 30(3): 471-477. 孙启忠, 玉柱, 马春晖, 等. 我国苜蓿产业过去10年发展成就与未来10年发展重点. 草业科学, 2013, 30(3): 471-477. [本文引用:1]
[13]	Russelle M P, Sheaffer C C. Use of the diagnosis and recommendation integrated system with alfalfa 1. Agronomy Journal, 1986, 78(3): 557-560. [本文引用:1]
[14]	Yu T F, Liu X J, Wu Y, et al. Fertilization effect of alfalfa high yield field and its recommended fertilizer application in northwest drought irrigated area. Acta Prataculturae Sinica, 2019, 28(8): 15-27. 于铁峰, 刘晓静, 吴勇, 等. 西北干旱灌区紫花苜蓿高产田施肥效应及推荐施肥量研究. 草业学报, 2019, 28(8): 15-27. [本文引用:1]
[15]	Fan F, Zhang N, Zhang Q G, et al. Effects of fertilizer application on the yield of fresh forage and nutrient content of Aohan alfalfa. Chinese Journal of Grassland , 2007, 29(5): 36-42. 范富, 张宁, 张庆国, 等. 施肥对敖汉苜蓿鲜草产量及营养成分的影响. 中国草地学报, 2007, 29(5): 36-42. [本文引用:1]
[16]	Zhang P P, Wang F, Wang L Q, et al. Spatio-temporal change of agricultural production efficiency in the Loess Plateau. Agricultural Research in the Arid Areas, 2018, 36(2): 218-225. 张平平, 王飞, 王蕾钦, 等. 黄土高原县域农业生产效率时空变化分析. 干旱地区农业研究, 2018, 36(2): 218-225. [本文引用:1]
[17]	Zhao S X, Liu X L. Spatial interpolation method of soil temperature of Ketu desert on east of Qinghai Lake. Agricultural Research in the Arid Areas, 2012, 30(5): 170-174, 192. 赵淑霞, 刘学录. 基于DEA模型的耕地经济效益分析——以甘肃省庄浪县为例. 干旱地区农业研究, 2012, 30(5): 170-174, 192. [本文引用:1]
[18]	Deng H B, Lu L. The urban tourism efficiencies of cities in Anhui Province based on DEA model. Journal of Natural Resources, 2014, 29(2): 313-323. 邓洪波, 陆林. 基于DEA模型的安徽省城市旅游效率研究. 自然资源学报, 2014, 29(2): 313-323. [本文引用:1]
[19]	Shao H L, Zong Y X, Zhao B H. Evaluation and analysis on wheat fertility technical efficiency in Hebei Province. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2006, 22(8): 528-531. 邵红岭, 宗义湘, 赵邦宏. 河北省小麦丰产技术效率评价与分析. 中国农学通报, 2006, 22(8): 528-531. [本文引用:1]
[20]	Jia X W, Yao S B. On apples’ productive efficiency and influencing factors in major production areas of China. Journal of Jiangxi Agricultural University, 2011, 10(1): 79-82, 88. 贾筱文, 姚顺波. 我国苹果主产区效率特征及其影响因素分析. 江西农业大学学报(社会科学版), 2011, 10(1): 79-82, 88. [本文引用:1]
[21]	Yang X, Zhong F L, Guo A J. Evaluation and improvement of oasis farmer households’ production efficiency: A case of seed corn in Zhangye City. Arid Land Geography, 2017, 40(4): 913-919. 杨肖, 钟方雷, 郭爱君. 绿洲农户生产效率差异评价及改进策略——以张掖市制种玉米为例. 干旱区地理, 2017, 40(4): 913-919. [本文引用:4]
[22]	Hu H N, Dou X C. Studies on economic benefits evaluation of seed industry based on DEA model——A case study of Zhangye corn seed industry. Journal of Agricultural Science and Technology, 2015, 17(6): 150-157. 胡贺年, 窦学诚. 基于DEA方法的种业经济效益评价研究——以张掖市玉米种业为例. 中国农业科技导报, 2015, 17(6): 150-157. [本文引用:1]
[23]	Wang Y H, Li D F, Qi S L, et al. Effects of seeding rate and variety on branch number and plant height of alfalfa. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(3): 183-190. 王彦华, 李德锋, 齐胜利, 等. 播种量和品种对紫花苜蓿分枝数和株高的影响. 草业学报, 2017, 26(3): 183-190. [本文引用:1]
[24]	Zou Q. Experimental tutorial of plant physiology. Beijing: China Agriculture Press, 2006. 邹琦. 植物生理学实验指导. 北京: 中国农业出版社, 2006. [本文引用:1]
[25]	Yu T F, Liu X J, Hao F, et al. Effects of NNO₃^--N/NH₄⁺-N ratio on the nutritional quality and feeding values of alfalfa. Acta Prataculturae Sinic, 2016, 25(12): 102-110. 于铁峰, 刘晓静, 郝凤, 等. NO₃^--N/NH₄⁺-N配比对紫花苜蓿营养品质及饲用价值的影响研究. 草业学报, 2016, 25(12): 102-110. [本文引用:2]
[26]	Wei Q S, Yue M. Introduction to DEA and C²R model——Data envelopment analysis (1). Systems Engineering-Theory : Practice, 1989, (1): 58-69. 魏权龄, 岳明. DEA概论与C²R模型——数据包络分析(一). 系统工程理论与实践, 1989, (1): 58-69. [本文引用:1]
[27]	Xiao J B, Liu Z, Cui L H, et al. Effects of nitrogen application on tillering and yield of japonica rice under cold water stress at tillering stage. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2016, (6): 81-85, 92. 肖继兵, 刘志, 崔丽华, 等. 辽西土壤养分供应能力与高粱施肥推荐. 中国土壤与肥料, 2016, (6): 81-85, 92. [本文引用:1]
[28]	Liu X J, Liu Y N, Kuai J L, et al. Effects of different N levels on productivity and quality of alfalfa varieties. Acta Agrestia Sinica, 2013, 21(4): 702-707. 刘晓静, 刘艳楠, 蒯佳林, 等. 供氮水平对不同紫花苜蓿产量及品质的影响. 草地学报, 2013, 21(4): 702-707. [本文引用:1]
[29]	Feng Y G, Chen J J, Sun X L, et al. Effects of organic fertilizer manure on growth and morphology of roots of pepino. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2018, 32(1): 188-195. 冯云格, 陈菁菁, 孙小妹, 等. 施肥对日光温室香瓜茄根系生长及形态的影响. 核农学报, 2018, 32(1): 188-195. [本文引用:1]
[30]	Yang H B, Li J Q, Wang J J, et al. Effects of fertilizer and rhizobium inoculation on alfalfa growth on mine tailings and the physicochemical properties of iron tailings. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(2): 68-76. 杨何宝, 李继泉, 王俊娟, 等. 施肥和苜蓿接种根瘤菌对苜蓿生长及铁尾矿砂基质理化性质的影响. 草业学报, 2016, 25(2): 68-76. [本文引用:1]
[31]	Yu T F, Liu X J, Hao F. Effect of phosphate fertilizer application on alfalfa yield, nutritive value and N and P use efficiency. Acta Prataculturae Sinica, 2018, 27(3): 154-163. 于铁峰, 刘晓静, 郝凤. 施用磷肥对紫花苜蓿营养价值和氮磷利用效率的影响. 草业学报, 2018, 27(3): 154-163. [本文引用:1]
[32]	Meng K, Li X Y, Ji X T, et al. Effect of nitrogen phosphorus potassium fertilizer on yield of Caoyuan No. 3 alfalfa. Chinese Journal of Grassland , 2019, 41(3): 107-114. 孟凯, 李星月, 冀晓婷, 等. 氮、磷、钾配施对草原3号苜蓿干草产量的影响. 中国草地学报, 2019, 41(3): 107-114. [本文引用:1]
[33]	Shi J, Li W Q, Hou L L, et al. Effects of N, P, K combined application on the yield, nutrition absorption and utilization characteristics of allium fistulosum. Plant Physiology Journal, 2015, 51(6): 847-852. 石健, 李炜蔷, 侯丽丽, 等. 氮磷钾配施对大葱产量及养分吸收利用特性的影响. 植物生理学报, 2015, 51(6): 847-852. [本文引用:1]
[34]	Wang Y, Gao Q, Feng G Z, et al. N, P and K requirement and fertilizer use efficiencies of spring maize in Jilin Province. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(2): 306-315. 王寅, 高强, 冯国忠, 等. 吉林春玉米氮磷钾养分需求与利用效率研究. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(2): 306-315. [本文引用:1]
[35]	Wang L Z, Hua F J, Cao P P, et al. Effect of nitrogen, phosphorus and potassium combined application on dry matter accumulation, yield and economic benefits of adzuki bean. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2019, 33(10): 2058-2067. 王乐政, 华方静, 曹鹏鹏, 等. 氮磷钾配施对红小豆干物质积累、产量和效益的影响. 核农学报, 2019, 33(10): 2058-2067. [本文引用:1]
[36]	Guan W, Xu S T. Spatial patterns and coupling relations between energy efficiency and industrial structure in Liaoning Province. Acta Geographica Sinica, 2014, 69(4): 520-530. 关伟, 许淑婷. 辽宁省能源效率与产业结构的空间特征及耦合关系. 地理学报, 2014, 69(4): 520-530. [本文引用:1]
[37]	Ren Y F, Fang C L, Lin X Q. Evaluation of eco-efficiency of four major urban agglomerations in eastern coastal area of China. Acta Geographica Sinica, 2017, 72(11): 2047-2063. 任宇飞, 方创琳, 蔺雪芹. 中国东部沿海地区四大城市群生态效率评价. 地理学报, 2017, 72(11): 2047-2063. [本文引用:1]
[38]	Mansour S F, Eldeep S M. Technical and economic efficiency of sugar beet production in Sahl El Tina: Using data envelopment analysis (DEA). Arab Universities Journal of Agricultural Sciences, 2014, 22(1): 94-105. [本文引用:1]
[39]	Li Y, Fan W W. Effectiveness evaluation and control measures of the development of the agricultural recycle economy in Hunan Province. Economic Geography, 2017, 37(4): 182-189. 李杨, 樊雯雯. 湖南省农业循环经济发展有效性评价与调控措施. 经济地理, 2017, 37(4): 182-189. [本文引用:1]
[40]	Hou L, Feng J H. Analysis of Chinese agricultural production efficiency based on super-efficiency DEA and Malmquist index. Journal of Henan Agricultural University, 2019, 53(2): 316-324. 侯琳, 冯继红. 基于超效率DEA和Malmquist指数的中国农业生产效率分析. 河南农业大学学报, 2019, 53(2): 316-324. [本文引用:1]
[41]	Zhang Z H, Lei L. The evaluation of Shaanxi agricultural production efficiency and the analysis of influence factors-based on the DEA-Tobit two-stag. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2011, 33(5): 39-42. 张召华, 雷玲. 陕西农业生产效率评价以及影响因素分析-基于DEA-Tobit两步法. 农机化研究, 2011, 33(5): 39-42. [本文引用:1]

2017

0.0

. 2017, 35(2):147-151, 186

Effects of fertilization on yield and fertilization use efficiency of winter wheat in arid zone in Loess Plateau of Eastern Gansu Province

陇东旱塬区小麦配方施肥效应研究

Shi J B , Lei Z C

史聚宝, 雷宗昌

... 施肥是作物获得高产的主要措施之一^[1,2,3],根据李比希#cod#x0201c ...

2014

0.0

. 2014, 20(1):237-246 DOI:10.11674/zwyf.2014.0127

Effects of formula fertilizer application on nutrient uptake and grain yield of rice

配方施肥对水稻养分吸收动态及产量的影响

Chen M , Ma T T , Ding Y P

陈敏, 马婷婷, 丁艳萍

1 College of Resource and Environmental Sciences, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China; 2 Planting Industry Bureau of Huaining, Huaining, Anhui 246100, China

Fertilization can promote nutrient uptake and yield of rice. In order to compare the formula fertilizer treatments with the conventional fertilizer treatment on the effects of N, P and K fertilizer application on grain yield and nutrient uptake of rice and to test the regional adaptability and rationality of gross formula, a “gross formula and minor adjustment” yield experiment was carried out in Huaining county of Anhui province. The experiment used Wandao 187 as rice cultivar and was based a on design of a randomized block with different sizes. The results show that under the condition of formula fertilization and during all the grow periods, the N, P and K accumulation amounts of rice are higher than those of the conventional fertilizer treatment, and the N, P and K accumulation amounts of the minor adjustment (T4) is the highest (N 1.25 g per plant, P 0.18 g per plant, K 0.95 g per plant). In addition, the grain yield of the formula fertilization is higher than that of the conventional fertilizer treatment. Among all the treatments, the yield of the gross formula is the highest and reaches 11129 kg/ha, but the output input ratio of the minor adjustment is higher than that of the gross formula. Overall, compared with conventional fertilizer, the application of formua fertilizer is more scientific and reasonable, and the gross formula treatment is suitable for the rice production in this region.

本文主要研究配方施肥与常规施肥对水稻养分吸收和产量的效应，检验大配方的区域适宜性和合理性。以水稻品种晚稻187为材料，采用大小区随机区组设计，在安徽省怀宁县进行了“大配方小调整”田间试验，结果表明，整个生育期内，水稻对氮素的总吸收量以小调整配方T4处理（施肥量为N150 kg/hm 2 、 P 2 O 5 120 kg/hm 2 、 K 2 O 105 kg/hm 2 ）最高，为N 1.25 g/plant；对磷、钾的吸收总量配方施肥均高于常规施肥，也以小调整配方T4处理最高（P 2 O 5 0.18 g/plant、 K 2 O 0.95 g/plant）。配方施肥的产量均高于常规施肥，以大配方2（T3，施肥量为N 232.5 kg/hm 2 、 P 2 O 5 120 kg/hm 2 、 K 2 O 120 kg/hm 2 ）的产量最高，达到了11129 kg/hm 2 ，但小调整配方（T4）的产投比优于大配方。总体而言，配方施肥的施肥配比与肥料运筹较之常规施肥更为科学合理，大配方适宜该地区的水稻生产。

... 施肥是作物获得高产的主要措施之一^[1,2,3],根据李比希#cod#x0201c ...

2017

0.0

. 2017, 26(4):211-217

Effect of fertilizer on the yield and forage quality of Glycine max

施肥对提高秣食豆产量和饲用品质的影响

Huang Y , Duo T Q , Yu Y

黄岩, 多田琦, 遇瑶

... 施肥是作物获得高产的主要措施之一^[1,2,3],根据李比希#cod#x0201c ...

2003

0.0

... ^[4],及时有效的矿质元素补充是提高土壤养分含量和作物获得高产的必要条件^[5,6],补充土壤矿质元素、改善土壤养分状况最有效的措施就是施肥^[7] ...

2012

0.0

. 2012, 18(2):315-323

Characteristics of dry matter and nutrient accumulation and translocation of super-high-yield spring maize

超高产春玉米干物质及养分积累与转运特征

Yang H S , Zhang Y Q , Xu S J

杨恒山, 张玉芹, 徐寿军

2018

0.0

. 2018, 27(7):175-186

Effects of tillage system and long term fertilizer application on winter wheat yields

耕作方式与长期定位施肥对雨养农田冬小麦产量的调控效应

Zhang J J , Fan T L , Zhao G

张建军, 樊廷录, 赵刚

2011

0.0

. 2011, 43(3):336-342

Effect of long-term fertilization on soil fertility

长期施肥对土壤肥力的影响

Gong W , Yan X Y , Wang J Y

龚伟, 颜晓元, 王景燕

2019

0.0

. 2019, 28(1):60-69

Effects of nitrogen management on photosynthetic characteristics and yield of maize in arid areas of central Gansu, China

氮肥运筹对陇中旱农区玉米光合特性及产量的影响

Wang J B , Xie J H , Li L L

王进斌, 谢军红, 李玲玲

... 近年来,大量的研究^[8,9]均已明确,施肥对于提高作物产量尤其例如小麦(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)等禾谷类作物具有巨大的贡献,大豆(Glycine max)等豆科作物虽能与根瘤菌结合进行生物固氮,但是其生物固氮量仍无法满足豆科作物正常生长所需氮量^[10],因此施肥是使豆科作物获得高产的必要条件^[11] ...

2019

0.0

. 2019, 28(4):70-80

Effect of different combinations of fertilizer and plastic film mulch on grain quality and yield of winter wheat in dryland areas of the Loess Plateau

施肥和地膜覆盖对黄土高原旱地冬小麦籽粒品质和产量的影响

Zhang L J , Lu Q L , Bai B

张礼军, 鲁清林, 白斌

2010

0.0

. 2010, 16(1):65-70

Effects of nitrogen nutrition levels on N-accumulation and yields of soybean

氮素营养水平对大豆氮素积累及产量的影响

Dong S K , Gong Z P , Zu W

董守坤, 龚振平, 祖伟

2009

0.0

2013

0.0

. 2013, 30(3):471-477

Achievements of the alfalfa industry in last decade and priorities in next decade in China

我国苜蓿产业过去10年发展成就与未来10年发展重点

Sun Q Z , Yu Z , Ma C H

孙启忠, 玉柱, 马春晖

... 当前,紫花苜蓿在解决我国高蛋白饲草料供应不足问题中发挥着不可替代的作用,特别是在我国奶业对蛋白类饲草料需求日益增加的形势之下^[12],而目前我国紫花苜蓿生产管理水平和苜蓿生产效率相对较低,还不能满足对优质蛋白牧草的需求,因此提高紫花苜蓿饲草高效优质生产是现阶段我国草牧业发展的主要任务 ...

1986

0.0

... 目前该地区许多用于种植紫花苜蓿的土地为农业生产边缘化土地或为粮改饲时低产地,而种植紫花苜蓿以营养体收获为生产目标,每年多茬刈割会带走大量的土壤养分,造成土壤养分的不断流失和匮乏,此外,由于管理不足,氮、磷、钾施用不平衡,进而存在土壤营养元素丰缺不平衡等问题,无法满足苜蓿高产所需,导致紫花苜蓿生产力不断下降^[13] ...

2019

0.0

. 2019, 28(8):15-27

Fertilization effect of alfalfa high yield field and its recommended fertilizer application in northwest drought irrigated area

西北干旱灌区紫花苜蓿高产田施肥效应及推荐施肥量研究

Yu T F , Liu X J , Wu Y

于铁峰, 刘晓静, 吴勇

... 综上,土壤养分条件已成为限制该地区紫花苜蓿产业发展的主要因素,因此,科学合理的施肥措施不仅可以提高紫花苜蓿产量及品质,还可以有效提高紫花苜蓿的经济效益^[14],是河西荒漠灌区紫花苜蓿高效生产的必要保障^[15] ...

2007

0.0

. 2007, 29(5):36-42

Effects of fertilizer application on the yield of fresh forage and nutrient content of Aohan alfalfa

施肥对敖汉苜蓿鲜草产量及营养成分的影响

Fan F , Zhang N , Zhang Q G

范富, 张宁, 张庆国

2018

0.0

. 2018, 36(2):218-225

Spatio-temporal change of agricultural production efficiency in the Loess Plateau

黄土高原县域农业生产效率时空变化分析

Zhang P P , Wang F , Wang L Q

张平平, 王飞, 王蕾钦

... 因该方法可靠性高、分析全面、客观,在诸多领域得到广泛的应用^[16,17,18] ...

2012

0.0

... 因该方法可靠性高、分析全面、客观,在诸多领域得到广泛的应用^[16,17,18] ...

2014

0.0

. 2014, 29(2):313-323

The urban tourism efficiencies of cities in Anhui Province based on DEA model

基于DEA模型的安徽省城市旅游效率研究

Deng H B , Lu L

邓洪波, 陆林

... 因该方法可靠性高、分析全面、客观,在诸多领域得到广泛的应用^[16,17,18] ...

2006

0.0

. 2006, 22(8):528-531

Evaluation and analysis on wheat fertility technical efficiency in Hebei Province

河北省小麦丰产技术效率评价与分析

Shao H L , Zong Y X , Zhao B H

邵红岭, 宗义湘, 赵邦宏

(College of Economics and Trade, HeBei Agricultural University Baoding Hebei 071000)

Wheat, Fertility technique, Technical efficiency, DEA

运用数据包络分析（DEA）方法对河北省小麦丰产技术应用前后的技术效率进行了研究，并重点观察和分析了核心试验区和示范试验区技术效率的变化，发现丰产技术应用后，综合技术效率、纯技术效率和规模效率都有一定程度的提高，而且核心试验区的技术效率明显高于示范试验区。说明丰产技术的应用不仅达到了丰产的目的，还提高了资源配置效率。

... 目前在农业领域的应用日渐普遍^[19],并取得很好的效果:贾筱文等^[20]运用基于非参数包络分析法的 Malmquist 生产率指数,研究了我国苹果主产区苹果生产效率影响因素 ...

2011

0.0

. 2011, 10(1):79-82, 88

On apples#cod#x02019; productive efficiency and influencing factors in major production areas of China

我国苹果主产区效率特征及其影响因素分析

Jia X W , Yao S B

贾筱文, 姚顺波

2017

0.0

... 杨肖等^[21]、胡贺年等^[22]在采用数据包络分析法分别对张掖市制种玉米产业中农户生产效率差异进行了评价测算 ...

... 还在此基础上,杨肖等^[21]针对冗余投入要素改进模拟后,提出了主要针对贡献率高的生产要素优化的建议 ...

... 该分析方法的优点为无须对数据进行无量纲化处理及权重假设,可有效地避免模型设定时的偏误以及对残差分布进行解释等问题^[21],具有很强的客观性和实用性,现已在生态、能源、医疗和农业等众多领域效益评价分析中得到有效的运用^{[36,37,38,39]} ...

... 以及从最为微观的角度出发,分析具体生产单元的农业生态效益^[21] ...

2015

0.0

... 杨肖等^[21]、胡贺年等^[22]在采用数据包络分析法分别对张掖市制种玉米产业中农户生产效率差异进行了评价测算 ...

2017

0.0

. 2017, 26(3):183-190

Effects of seeding rate and variety on branch number and plant height of alfalfa

播种量和品种对紫花苜蓿分枝数和株高的影响

Wang Y H , Li D F , Qi S L

王彦华, 李德锋, 齐胜利

... 3 分枝数参照王彦华等^[23]的方法,每小区随机选择10株,在初花期刈割前测定1级和2级分枝数 ...

2006

0.0

... 粗蛋白含量采用H₂SO₄-H₂O₂消煮法,半微量凯氏定氮法测定^[24] ...

2016

0.0

. 2016, 25(12):102-110 DOI:10.11686/cyxb2016051

Effects of NNO₃^--N/NH₄⁺-N ratio on the nutritional quality and feeding values of alfalfa

NO 3 - -N/NH 4 + -N配比对紫花苜蓿营养品质及饲用价值的影响研究

Yu T F , Liu X J , Hao F

于铁峰, 刘晓静, 郝凤

The effects of different ratios of NO 3 - -N/NH 4 + -N (1/7,1/3,3/5,5/5,5/3,3/1,7/1) on alfalfa ( Medicago sativa cv. Gannong No.3) in terms of its nutritional quality and feeding values were studied in an outdoor rain-protected chamber. Alfalfa plants were cultivated in sand with an optimum nitrogen supply (210 mg/L). The results indicated that under the ratio of NO 3 - -N/NH 4 + -N (5/3), the contents of crude protein (CP), total protein (TP), digestible dry matter (DDM) and dry matter intake (DMI) were significantly higher than their respective values in the other treatments ( P P 4 + -N was more beneficial for the accumulation of iron, manganese, and molybdenum, and the adaptation ratios were 1/3, 1/7, and 3/5, respectively. Mixed nitrogen mainly with NO 3 - -N was more beneficial for the accumulation of zinc, and the adaptation ratio was 3/1. In the relative feeding values analysis, the RFV value in the 5/3 treatment was significantly higher than those in the other treatments ( P 3 - -N and the ratio of NO 3 - -N/NH 4 + -N was closer to 5/3, the alfalfa crop had good nutritional quality.

以“甘农3号”紫花苜蓿为试验材料,在室外防雨网室内,采用盆栽营养液砂培,在最佳氮素供应水平210 mg/L基础上,研究NO 3 - -N和NH 4 + -N混合的7种配比(1/7、1/3、3/5、5/5、5/3、3/1、7/1)对紫花苜蓿营养品质及饲用价值的影响。结果表明, NO 3 - -N/NH 4 + -N=5/3处理的粗蛋白(CP)、蛋白总量(TP)、可消化干物质(DDM)及干物质采食量(DMI)总体上都显著高于其他配比处理( P P 4 + -N=1/3、1/7和3/5,而以NO 3 - -N为主的混合态氮则有利于锌(Zn)的积累,且最适配比为NO 3 - -N/NH 4 + -N=3/1;用相对饲用价值(RFV)法评定,5/3处理RFV值显著高于其他配比处理( P 3 - -N为主,且比例接近NO 3 - -N/NH 4 + -N=5/3时,最有利于紫花苜蓿优良营养品质的形成。

... 相对饲用价值^[25](relative feed value, RFV)=DMI(%BW)#cod#x000D7 ...

... 2)模型的选择:数据包络分析的基本模型包括C²R和C²GS,本研究选用C²R模型^[25],主要因为C²GS模型只能评价技术有效性,而C²R模型是同时针对规模有效性与技术有效性而言的#cod#x0201c ...

1989

0.0

2016

0.0

. 2016, (6):81-85, 92

Effects of nitrogen application on tillering and yield of japonica rice under cold water stress at tillering stage

辽西土壤养分供应能力与高粱施肥推荐

Xiao J B , Liu Z , Cui L H

肖继兵, 刘志, 崔丽华

... 3 讨论土壤养分条件是作物生产的重要限制因子之一,施肥是改善土壤养分条件的有效措施,因此在作物生产中通过施肥可达到作物增产的目标^[27] ...

2013

0.0

. 2013, 21(4):702-707

Effects of different N levels on productivity and quality of alfalfa varieties

供氮水平对不同紫花苜蓿产量及品质的影响

Liu X J , Liu Y N , Kuai J L

刘晓静, 刘艳楠, 蒯佳林

... 对于紫花苜蓿等豆科作物来说,虽然可以进行生物固氮,但若在生产过程中获得高产,氮肥施用则十分必要,这在本课题组前期研究中已得到证实^[28] ...

2018

0.0

. 2018, 32(1):188-195

Effects of organic fertilizer manure on growth and morphology of roots of pepino

施肥对日光温室香瓜茄根系生长及形态的影响

Feng Y G , Chen J J , Sun X L

冯云格, 陈菁菁, 孙小妹

... 这是因为河西地区大多数种植苜蓿的土壤养分含量相对较低,无法满足紫花苜蓿高产养分需求,而平衡施肥可全面增加土壤养分,提高根系性能^[29],增强根系吸收养分的能力^[30],加快紫花苜蓿的再生速度^[31],进而提高紫花苜蓿的株高及分枝数,使紫花苜蓿获得高产^[32] ...

2016

0.0

. 2016, 25(2):68-76

Effects of fertilizer and rhizobium inoculation on alfalfa growth on mine tailings and the physicochemical properties of iron tailings

施肥和苜蓿接种根瘤菌对苜蓿生长及铁尾矿砂基质理化性质的影响

Yang H B , Li J Q , Wang J J

杨何宝, 李继泉, 王俊娟

2018

0.0

. 2018, 27(3):154-163

Effect of phosphate fertilizer application on alfalfa yield, nutritive value and N and P use efficiency

施用磷肥对紫花苜蓿营养价值和氮磷利用效率的影响

Yu T F , Liu X J , Hao F

于铁峰, 刘晓静, 郝凤

2019

0.0

. 2019, 41(3):107-114

Effect of nitrogen phosphorus potassium fertilizer on yield of Caoyuan No.3 alfalfa

氮、磷、钾配施对草原3号苜蓿干草产量的影响

Meng K , Li X Y , Ji X T

孟凯, 李星月, 冀晓婷

2015

0.0

. 2015, 51(6):847-852

Effects of N, P, K combined application on the yield, nutrition absorption and utilization characteristics of allium fistulosum

氮磷钾配施对大葱产量及养分吸收利用特性的影响

Shi J , Li W Q , Hou L L

石健, 李炜蔷, 侯丽丽

... 从本研究看,各偏肥处理下紫花苜蓿无论是产量还是品质均显著低于平衡施肥,已有研究证实,氮磷钾配施可显著提高养分利用效率^[33],王寅等^[34] 、王乐政等^[35]对作物氮磷钾养分需求与利用效率的研究中发现,相比氮磷钾完全施肥,减施氮、磷和钾均造成玉米、红小豆(Vigna angulars)产量不同程度的下降 ...

2018

0.0

. 2018, 24(2):306-315

N, P and K requirement and fertilizer use efficiencies of spring maize in Jilin Province

吉林春玉米氮磷钾养分需求与利用效率研究

Wang Y , Gao Q , Feng G Z

王寅, 高强, 冯国忠

2019

0.0

. 2019, 33(10):2058-2067

Effect of nitrogen, phosphorus and potassium combined application on dry matter accumulation, yield and economic benefits of adzuki bean

氮磷钾配施对红小豆干物质积累、产量和效益的影响

Wang L Z , Hua F J , Cao P P

王乐政, 华方静, 曹鹏鹏

2014

0.0

. 2014, 69(4):520-530

Spatial patterns and coupling relations between energy efficiency and industrial structure in Liaoning Province

辽宁省能源效率与产业结构的空间特征及耦合关系

Guan W , Xu S T

关伟, 许淑婷

2017

0.0

. 2017, 72(11):2047-2063 DOI:10.11821/dlxb201711010

Evaluation of eco-efficiency of four major urban agglomerations in eastern coastal area of China

中国东部沿海地区四大城市群生态效率评价

Ren Y F , Fang C L , Lin X Q

任宇飞, 方创琳, 蔺雪芹

1. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 3. College of Resource Environment and Tourism, Capital Normal University, Beijing 100048, China

Nowadays, the urban agglomerations in the eastern coastal area of China have been the strategic core regions of national economic development and part of the main regions of the new-type urbanization. However, they suffer a series of eco-environment problems, such as increased consumption of resources, energy and materials. Thus, over the past few years, the eco-environment problem of urban agglomerations has become the forefront subject in the field of geographical research. The paper is unfolded with the definition of the eco-efficiency of urban agglomeration, which is taken as the measurement index of sustainability of urban agglomerations. Subsequently, with the aid of the traditional DEA model and undesirable output model of SBM, the paper carries out a comparative evaluation of the economic efficiency and ecological efficiency of the four major urban agglomerations in eastern China in the three periods of 2005, 2011 and 2014, and analyzes the spatio-temporal characteristics of evolution of urban agglomerations. In conclusion, with an analysis of laxity, the paper proposes corresponding suggestions for the improvement of eco-efficiency of the four major urban agglomerations in coastal China. As is suggested in the results, first and foremost, the overall economic efficiency of urban agglomerations located in Shandong Peninsula, Yangtze River Delta and Pearl River Delta displays a V-shaped pattern of "first decrease and then increase". In contrast, the overall economic efficiency of the Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration declines from the beginning to the end. Before 2011, a significant impact of pure technical efficiency is displayed, and after 2011, it is greatly affected by scale efficiency. Secondly, the Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration suffers from a considerable loss of efficiency due to the impact of pollution. In contrast, there is a less severe loss in the efficiency of Shandong Peninsula urban agglomeration. On the whole, the eco-environment efficiency of the four major urban agglomerations was at a descending stage from 2005 to 2011, and at a revival stage from 2011 to 2014. In addition, the spatio-temporal pattern of urban eco-efficiency in the four major urban agglomerations in the coastal areas is possessed with different evolution characteristics. The peri-urban areas of core cities and riverside and seaside areas have a better urban eco-efficiency, and the inland cities have an inferior urban eco-efficiency. Apart from that, it is found that the core cities of the Beijing-Tianjin-Hebei, Yangtze River Delta and Pearl River Delta urban agglomerations have a high resource consumption, economic benefit output and high eco-efficiency. Overall, most cities in the urban agglomerations demonstrate a declining tendency of pollution emissions, together with marked reduction of pollutants and mitigation of environmental problems. Last but not least, the economic eco-efficiency of the four major urban agglomerations is influenced by different factors. The paper conducts a differential analysis from the perspective of urban agglomeration, and proposed the concrete suggestions.

东部沿海地区城市群是国家经济发展的战略核心区和国家新型城镇化的主体区之一,其经济—生态可持续发展问题是近年来地理研究领域的前沿主题。首先对城市群生态效率进行定义并将其作为城市群可持续发展测度指标;随后运用传统DEA模型及非期望产出SBM模型,对东部沿海地区四大城市群在2005年、2011年、2014年三个时间截面中的经济效率、生态效率进行比较评价并分析了城市群生态效率时空演变特征;最后通过松弛度分析,为改善沿海地区四大城市群生态效率提供了对应建议。结果表明：① 山东半岛城市群、长三角城市群、珠三角城市群经济综合效率呈先下降后上升的V字型演变格局,而京津冀城市群经济综合效率始终呈下降趋势,2011年前其受纯技术效率影响较大,2011年后受规模效率影响较大;② 京津冀城市群受污染影响带来的效率损失最大,山东半岛城市群相对较小,总体而言,四大城市群生态效率在2005-2011年为下行期,2011-2014为修复期;③ 沿海四大城市群内城市生态效率时空格局具有不同的演化特征,核心城市周边以及沿海沿江地区城市生态效率相对较优,内陆城市则较低;④ 京津冀城市群、长三角城市群、珠三角城市群核心城市资源消耗强度高、经济效益产出高、生态效率高,从整体来看,城市群内多数城市呈污染物排放量下降趋势,污染物治理效果较为明显,环境影响问题有所改善;⑤ 影响东部四大城市群经济生态效率的原因不同,本文从城市群角度进行了差异性分析,并提出了合理化建议。