冬小麥氮養(yǎng)分高效利用技術(shù)集成研究

馬志遠(yuǎn)，趙萍萍，王宏庭

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山西太原030006；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西太原030006）

養(yǎng)分是作物的“糧食”。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，化肥的科學(xué)使用在提高作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、增加農(nóng)民收益方面發(fā)揮著重要作用。施用化肥在過去、現(xiàn)在和將來都是我國(guó)最有效的農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)措施之一[1]。目前，我國(guó)的氮肥用量約占全世界氮肥總用量的1/3[2]，但當(dāng)季利用率僅為30%～35%[3]。氮肥的不合理施用，一方面表現(xiàn)為投入增加、生產(chǎn)效益低下、造成資源浪費(fèi)，另一方面對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面影響[4-12]，進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)小麥—玉米輪作的養(yǎng)分管理技術(shù)研究較多[13-21]，但多偏重于單項(xiàng)技術(shù)，而多項(xiàng)技術(shù)的集成應(yīng)用研究較少。Bruulsema等[22]提出，肥料養(yǎng)分的最佳管理須同時(shí)兼顧實(shí)現(xiàn)農(nóng)田系統(tǒng)的生產(chǎn)力、利潤(rùn)、持續(xù)性及環(huán)境的四大目標(biāo)。因此，在保證國(guó)家糧食安全需求的前提下，如何合理管理農(nóng)田養(yǎng)分，提高農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)和效益，加強(qiáng)養(yǎng)分的循環(huán)利用，提高肥料利用率仍然是農(nóng)業(yè)科技工作者面臨的重大課題。

冬小麥?zhǔn)侨A北平原種植的主要作物，也是山西省種植的第二大作物，本研究的目的是采用綜合措施發(fā)展冬小麥種植的減肥增效技術(shù)，進(jìn)一步增加產(chǎn)量、增加農(nóng)民收益、提高肥料利用率，以期為冬小麥養(yǎng)分高效利用提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法

試驗(yàn)在山西省冬小麥—夏玉米輪作主產(chǎn)區(qū)臨汾市進(jìn)行，屬半干旱溫帶大陸性氣候，年平均氣溫為該市12.6℃左右，年降水量498mm，無霜期195 d左右。試驗(yàn)地設(shè)在臨汾市堯都區(qū)喬李鎮(zhèn)南麻村農(nóng)戶梁森林承包地，前茬作物為夏玉米。播前取耕層土壤（0～20 cm）樣品，在國(guó)家測(cè)土施肥實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析（ASI系統(tǒng)研究法）[23]，土壤的理化性質(zhì)：pH值為8.48，有機(jī)質(zhì)含量4.2g/kg，NH4-N為8.7 mg/L，NO3-N為14.7mg/L，速效磷為 16.32 mg/L，速效鉀為72.0 mg/L，有效鈣為2 256.6mg/L，有效鎂為313.3mg/L，有效硫?yàn)?6.0mg/L，有效硼為1.2mg/L，有效銅為1.2mg/L，有效鐵為3.3mg/L，有效錳為10.6mg/L，有效鋅為0.4mg/L。

試驗(yàn)包括6個(gè)處理（表1）：1.CK（不施肥）；2.N240P150K9（0當(dāng)?shù)厥┓释扑]量，50%N基施，50%N拔節(jié)期追施）；3.N180P150K90（1/3 N基施，1/3 N拔節(jié)期追施，1/3 N孕穗期追施）；4.N180P150K90Zn30（1/3 N基施，1/3 N拔節(jié)期追施，1/3 N孕穗期追施）；5.N180P150K90Zn30＋秸稈還田（1/3 N基施，1/3 N拔節(jié)期追施，1/3 N孕穗期追施）；6.N180P150K90Zn30＋秸稈還田＋菌劑（1/3 N基施，1/3 N拔節(jié)期追施，1/3N孕穗期追施）。所用的肥料為尿素（46%N）、過磷酸鈣（12%P2O5）、氯化鉀（60%K2O）和硫酸鋅。磷、鉀、鋅肥全部作為基施肥料施用，氮肥按照處理設(shè)計(jì)施用。夏玉米秸稈還田量按4 500 kg/hm2計(jì)。生物菌劑由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所提供，施用量為37.5 kg/hm2。處理小區(qū)隨機(jī)排列，小區(qū)面積為40m2。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案 kg/hm2

冬小麥于2008年10月13日播種，供試品種為衡觀35，播量300 kg/hm2，行距為20 cm。小麥生長(zhǎng)期間，冬澆1次（2008年12月3日），春澆2次（2009年3月28日、4月16日）（與追肥同期），治蟲2次，中耕除草1次，噴除草劑1次。冬小麥第1次追肥在拔節(jié)期（2009年3月28日，第2次則在孕穗期（4月16日）。于2009年6月12日收獲，同時(shí)取土壤樣品和植物樣品供養(yǎng)分分析，植株樣品按照常規(guī)方法[24]分析全氮、全磷和全鉀，土壤樣品則分析硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀，數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量和收益的影響

由表2可知，不施肥CK處理產(chǎn)量最低，僅為5 010 kg/hm2，其他施肥處理較之均有大幅度的增產(chǎn)效應(yīng)，增產(chǎn)幅度為1 644～2 069 kg/hm2，增產(chǎn)率在32.8%～41.3%之間，這表明施肥仍是冬小麥增產(chǎn)的重要措施。處理6獲得最高產(chǎn)量，為7 080 kg/hm2，較不施肥處理增產(chǎn)41.3%，表明采用綜合措施可以顯著增加冬小麥的產(chǎn)量。

表2 不同處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量和收益的影響

從表2還可看出，不同施肥處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響存在差異，但均未達(dá)顯著差異水平。不同處理的產(chǎn)量由高到低為：處理6＞處理5＞處理2＞處理4＞處理3＞處理1。與處理2（當(dāng)?shù)赝扑]量）相比，處理 3，4，5，6 的氮肥施用量均減少了1/4，冬小麥產(chǎn)量有減有增，處理3，4的產(chǎn)量略有減少，處理5，6則略有增加，無論減少還是增加，差異均未達(dá)顯著水平，表明冬小麥生產(chǎn)中可以減少1/4的氮肥用量，而產(chǎn)量沒有明顯變化，減肥增效的意義重大。在施肥的基礎(chǔ)上，處理5，6進(jìn)行了秸稈還田或施用生物菌劑，產(chǎn)量有增加效應(yīng)，表明加強(qiáng)養(yǎng)分的循環(huán)利用有助于小麥產(chǎn)量的增加，而增產(chǎn)效果未達(dá)顯著水平，可能受氣候影響，因?yàn)樵谛←溕L(zhǎng)期間，受到春旱和霜凍，小麥生長(zhǎng)受到一定的影響，從而導(dǎo)致各種措施的效果得不到充分發(fā)揮。從純收益看，表現(xiàn)為CK（不施肥）處理純收益最低，為10 021元/hm2，各種施肥措施的純收益均高于CK處理，且處理6的純收益表現(xiàn)最高，為11 589元/hm2，增收15.6%。不同處理的純收益由高到低為：處理6＞處理5＞處理2＞處理3＞處理4＞處理1，與產(chǎn)量順序大體一致，這表明各種措施既有利于產(chǎn)量的提高，也有利于農(nóng)民收益的增加。

2.2 不同處理對(duì)冬小麥養(yǎng)分吸收的影響

表3結(jié)果顯示，處理1（不施肥）的氮含量明顯低于施肥處理的氮含量，無論籽粒還是秸稈的氮吸收量也低于施肥處理，表明不施肥影響冬小麥對(duì)氮養(yǎng)分的吸收。就施肥處理而言，處理2為當(dāng)?shù)赝扑]量，氮吸收量為209.4 kg/hm2，肥料利用率為38.9%。處理3與處理2比較，施氮量降低1/4，氮吸收量也有所降低，但氮肥利用率較處理2提高5.9百分點(diǎn)，處理4是在處理3的基礎(chǔ)上增施鋅肥，氮肥利用率較處理2提高7.8百分點(diǎn)，這表明減氮增鋅有助于氮肥利用率的提高。在施肥的基礎(chǔ)上進(jìn)行秸稈還田或施用生物菌劑（處理5和處理6），氮吸收量較處理2略有增加，但其氮肥利用率卻明顯高于處理2，分別較處理2提高13.7和17.1百分點(diǎn)，這表明減氮結(jié)合秸稈還田和施用生物菌劑可顯著提高氮肥的利用率。

表3 不同處理對(duì)冬小麥養(yǎng)分吸收及氮肥利用率的影響

3 討論與結(jié)論

在農(nóng)田生產(chǎn)條件下，作物生長(zhǎng)發(fā)育往往受水、肥、氣、熱及栽培管理措施等因素的影響，農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)也是多因素綜合作用的結(jié)果。在栽培管理措施相對(duì)一致的情況下，肥料投入對(duì)于作物增產(chǎn)起著不可替代的基礎(chǔ)性作用。測(cè)土施肥就是要根據(jù)不同土壤條件、不同作物解決需要什么肥，各需多少，在什么時(shí)期施，怎么施肥等一系列問題。而過量或不合理的施用氮肥造成空氣和水體的污染，富含N，P養(yǎng)分的地表徑流導(dǎo)致地表水富營(yíng)養(yǎng)化[4-12]。劉學(xué)軍等[14-16]針對(duì)華北冬小麥/夏玉米輪作開展了基施氮肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量、氮肥利用率及氮平衡影響的研究、土壤硝態(tài)氮的適宜含量研究，分析了華北平原冬小麥/夏玉米輪作體系對(duì)氮素環(huán)境承受力；王宏庭等[17，20]則開展了化肥和秸稈還田配合施用對(duì)作物產(chǎn)量的研究；趙炳梓等[21]則研究了水肥2因素配合對(duì)冬小麥產(chǎn)量及水分利用率的影響。可見，有效的氮肥管理引起了科研人員的極大關(guān)注，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)。

本研究在前人的基礎(chǔ)上，從山西農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，針對(duì)當(dāng)前存在的過量施用、肥料利用率低的問題，研究了不同施肥措施綜合應(yīng)用對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響，結(jié)果肯定了施肥的增產(chǎn)作用，揭示出在保證高產(chǎn)水平的條件下，通過優(yōu)化施肥結(jié)合秸稈還田和生物菌劑可以明顯達(dá)到減肥增效的目的，結(jié)果表明，綜合措施的使用較當(dāng)前的施肥推薦水平可以減少1/4的氮肥用量，增產(chǎn)6%以上，同時(shí)氮肥利用率明顯提高17.1百分點(diǎn)，有利于農(nóng)民降低成本、增加收益，這對(duì)于山西省南部冬小麥/夏玉米輪作區(qū)肥料養(yǎng)分的合理配置和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的指導(dǎo)意義。

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