不同苗情冬小麥氮肥追施推薦技術研究

陳冬冬，屈紅蕊，曹紅竹，王昊丹，馬文奇

(河北農業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，河北保定 071000)

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不同苗情冬小麥氮肥追施推薦技術研究

陳冬冬，屈紅蕊，曹紅竹，王昊丹，馬文奇

(河北農業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，河北保定 071000)

為探索適合于不同苗情冬小麥春季追施氮肥的技術，選擇45塊農民麥田進行追肥試驗，在大群體、中等群體和小群體3類苗情下，分別以不追氮和農民習慣追氮方式為對照，比較了總莖數法、莖基部硝酸鹽測定、SPAD值及土壤硝態(tài)氮測定等四種氮肥優(yōu)化推薦技術的效果和準確性。結果表明，春季追氮對提高冬小麥產量作用顯著，與不追氮處理相比，增產率大于10%。推薦追氮處理與農民習慣追氮處理相比，能顯著降低追氮量，減氮率大于40%；但其增產量與苗情有關，只在中等群體區(qū)差異達到顯著水平。農民的底肥施氮量與其習慣追氮量之間呈顯著負相關，但與最高產推薦追氮量不存在相關關系。綜合考慮增產和節(jié)氮效果，小群體和中等群體區(qū)更適合采用土壤硝態(tài)氮測定和莖基部硝酸鹽測定推薦技術進行氮肥的推薦，在大群體區(qū)則采用總莖數推薦技術更優(yōu)。

冬小麥；苗情；產量；氮肥推薦技術

小麥作為我國三大糧食作物之一，在糧食總產中所占比例基本保持在20%左右[1]，對國家糧食安全起著至關重要的作用。氮肥作為重要的農業(yè)生產資料，在作物增產中發(fā)揮著重要作用，人們也常常把增施氮肥作為提高作物產量的重要手段[2]，由此也帶來了農民在冬小麥生產過程中過量施氮的問題。據報道，華北冬小麥施氮量多數田塊超過300 kg·hm-2[3]，遠高于陳新平等[4]提出的220 kg·hm-2的水平。施氮量過高會造成很多負面影響，首先，過量施氮會增加冬小麥后期倒伏的風險，造成減產；其次，過量氮素在土壤中大量積累，遇降水或灌溉會增加氮素的淋溶風險，造成資源浪費和環(huán)境污染[5]。因此，合理施氮是冬小麥生產過程中，提高氮肥利用率、增加產量、降低環(huán)境污染的關鍵。目前氮肥推薦技術主要有兩種：一種是傳統(tǒng)的作物營養(yǎng)診斷方法[6]，如通過植株全氮含量、葉片葉綠素含量的測試[7]進行氮肥推薦；另一種是基于土壤、植株的快速測試推薦施肥技術體系，如根據返青期群體數量[8]、植株硝酸鹽濃度、SPAD值等指標[9]以及土壤硝態(tài)氮含量進行氮肥推薦。較于傳統(tǒng)推薦方法，土壤、植株快速測試推薦技術省工、省時，可以適應作物快速生長期追肥診斷的需要[10]。米慧玲等[8]的研究表明，在冬小麥返青期-拔節(jié)期，考慮土壤基礎地力、底肥施氮量和播量的條件下，群體較大時以追施純氮75 kg·hm-2為最佳；群體較小時則以追施純氮135 kg·hm-2為最佳。因此，冬小麥返青后進行追氮量推薦時考慮苗情是有必要的。目前國內有關基于土壤、植株快速測試的氮肥推薦技術對不同苗情冬小麥適用性的報道尚不多。本研究通過田間試驗，基于對不同群體冬小麥返青期的總莖數、莖基部硝酸鹽濃度、SPAD值以及土壤硝態(tài)氮含量等指標的測定進行追氮量推薦，比較四種技術對不同苗情冬小麥進行氮肥推薦管理的效果和適用性，以期為建立河北省山前平原區(qū)冬小麥追肥推薦技術體系提供理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗地點

試驗于2014年10月至2015年6月在河北省保定市徐水區(qū)沿公村進行。當地冬小麥主要種植品種為石新733，土壤為壤質潮褐土。

1.2試驗設計

自2015年3月20日起，對該村冬小麥施肥狀況和返青期群體數量進行調查，并隨機選取45塊地，根據冬小麥群體數量，對冬小麥返青期苗情進行分類，其中小群體(總莖數<1 050萬株·hm-2)14塊、中等群體(總莖數1 050萬～1 350 萬株·hm-2)20塊、大群體(總莖數>1 350萬株·hm-2)11塊，進行冬小麥春季追肥試驗。每個地塊選擇6個畦(40～50 m2)作為試驗小區(qū)，其中1個小區(qū)作為對照區(qū)，不追施氮肥；4個小區(qū)作為技術推薦區(qū)，以8 250 kg·hm-2為目標產量分別采用四種推薦技術來確定追氮量(表1)；剩余1個小區(qū)作為農戶習慣追氮區(qū)，按每戶農民的實際追氮量進行追肥。所有小區(qū)隨機排列。冬小麥成熟期，45戶農田的所有小區(qū)均取3個樣方2 m2測定產量及其構成因素。

1.3測定項目與方法

在冬小麥返青期采集樣品測定SPAD值、莖基部硝酸鹽濃度，采集0～90 cm土壤樣品(分0～30 cm，30～60 cm，60～90 cm三層)測定土壤硝態(tài)氮含量。其中總莖數調查方法是在田間隨機選取1 m雙行樣段，每塊地選取6個樣段，統(tǒng)計群體數量。植株SPAD值采用SPAD-502葉綠素儀測定，在田間6點隨機抽取30株冬小麥測定完全展開葉的SPAD值。莖基部硝酸鹽濃度測定采用反射儀(Reflect Meter，Merck Co.)在田間多點隨機采取30株小麥，剝去外皮，露出主莖，以剪刀剪取莖基部1～2 cm樣段，以榨汁鉗榨汁，適當稀釋后測定硝酸鹽濃度。土壤硝態(tài)氮的檢測采用2 mol·L-1KCl浸提，751型紫外分光光度計測定。

增產率=(追氮處理籽粒產量-不追氮處理籽粒產量)/不追氮處理籽粒產量×100%；

減氮率=(技術推薦處理追氮量-農民習慣處理追氮量)/農民習慣處理追氮量×100%；

推薦技術的最高產獲得率=利用該推薦技術獲得最高產量的戶數/總戶數×100%。

1.4數據處理

試驗數據采用Excel 2007、SPSS 19.0 軟件進行統(tǒng)計和方差分析。

表1　不同測定指標的追氮量推薦標準[8-12]Table 1　Recommended standard of top-dressing N rate based on different test indices[8-12]

2　結果與分析

2.1不同追肥推薦技術對三類苗情冬小麥產量的影響

由表2可以看出，三類苗情冬小麥追氮處理的產量均顯著高于不追氮處理，說明冬小麥春季追施氮肥十分必要。四種推薦追氮處理與農民習慣追氮處理相比，在小群體區(qū)和大群體區(qū)產量差異不顯著，但在中等群體區(qū)有三個處理的產量明顯高于農民習慣追氮區(qū)產量。在追氮量方面，三類苗情冬小麥根據四種方法推薦的追氮量均明顯低于農民的習慣追氮量。說明技術推薦處理對減少氮肥用量有顯著作用，但在增產效果方面受到苗情影響。

三類苗情冬小麥四個推薦追氮處理之間產量差異均不顯著，每種推薦技術的推薦追氮量與苗情有關。在小群體區(qū)和中等群體區(qū)，根據莖基部硝酸鹽測試和土壤硝態(tài)氮測試進行推薦的追氮量較低；在大群體區(qū)根據總莖數推薦的追氮量最低。說明針對于返青-拔節(jié)期屬于小群體和中等群體類冬小麥，采用莖基部硝酸鹽測試和土壤硝態(tài)氮測試進行追氮量推薦更為合理；屬于大群體類冬小麥，采用總莖數推薦追氮量更為合理。

由表3可以看出，通過采用四種推薦技術進行冬小麥追肥指導，中等群體區(qū)可以獲得最高產量，而小群體區(qū)產量顯著低于中等群體區(qū)和大群體區(qū)。說明確保返青期冬小麥達到中等群體標準是實現冬小麥高產的基礎。

表2　三類苗情冬小麥不同處理的追氮量及產量Table 2　Yield and top-dressing N rate of winter wheat with different population size

同列數據后不同字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同

Different letters following values mean significant difference among treatments at 0.05 level.The same as below

表3　不同苗情冬小麥的追氮量及產量Table 3　Yield and top-dressing N rate of winter wheat with different seedling statuses　kg·hm-2

2.2不同追肥推薦技術對三類苗情冬小麥的增產和減氮效果

由表4可以看出，三類苗情冬小麥的減氮率明顯高于增產率，說明針對當前農民冬小麥追氮現狀，減氮效果較于增產效果更容易實現。在增產方面，三類苗情冬小麥四個推薦處理中，小群體區(qū)平均增產率(13.3%)高于中等群體區(qū)(11.2%)和大群體區(qū)(11.0%)，說明實現冬小麥大面積增產，小群體區(qū)的管理尤為重要。相較于農民習慣追氮區(qū)，中等群體和大群體區(qū)的推薦施氮處理的增產率都明顯高于農民習慣追氮區(qū)，說明若合理改進當前農民的春季追氮管理方式，中等群體區(qū)和大群體區(qū)的增產潛力較大。

在減氮方面，小群體區(qū)和中等群體區(qū)，土壤測試和莖基部硝酸鹽測試推薦處理的減氮率明顯高于其他處理；大群體區(qū)四種技術推薦處理的減氮率差異不顯著。說明在小群體區(qū)和中等群體區(qū)根據土壤硝態(tài)氮測定和莖基部硝酸鹽測定進行追氮管理均可以顯著減少氮肥用量，而在大群體區(qū)根據四種技術進行推薦都可以實現上述效果。

表4　不同追肥推薦技術對三類苗情冬小麥的增產和減氮效果Table 4　Effects of increased yield and reduced N rate of winter wheat with different recommendation technologies　%

2.3追氮量和底氮量之間的關系

通過擬合追氮量和底肥施氮量之間的關系發(fā)現，農民習慣追氮量隨著底肥施氮量的增加，呈線性降低，而最高產推薦追氮量與底肥施氮量不存在明顯相關性，最高產的推薦追氮量明顯低于農民習慣追氮量(圖1)。說明在本研究區(qū)域隨著底肥追氮量投入的增加，農民會有意降低追氮量，但追氮量整體仍偏高；本研究條件下，小麥能否獲得高產，不依賴于底肥施氮量的多少。由圖2可以看出，底肥施氮量和最高增產率相關性不顯著，說明農民習慣底肥施氮量對于冬小麥后期產量的增加影響不大，也體現了冬小麥返青期追施氮肥對于增產的重要性。由表5可以看出，小群體區(qū)采用總莖數推薦法的最高產獲得率最高，為58.3%，在中等群體區(qū)和大群體區(qū)土壤硝態(tài)氮測定和莖基部硝酸鹽測定推薦法最高產獲得率最高，分別為63.6%、54.5%。說明小群體區(qū)采用總莖數推薦技術獲得高產機率大，中等群體區(qū)和大群體區(qū)采用土壤硝態(tài)氮測定和莖基部硝酸鹽測定推薦技術獲得高產的機率大。

圖1　底肥施氮量與追氮量的關系Fig.1　Relationship of top-dressing N rate and basal N rate

圖2　底肥施氮量與最高增產率的關系Fig.2　Relationship of the highest ratio of yield increased and basal N rate

表5　不同推薦技術的最高產獲得率Table 5　Ratio of the highest yield obtained with different recommendation technologies　%

3　討 論

針對小、中等、大群體三類苗情的冬小麥，總莖數推薦技術的追氮量呈現依次降低的變化趨勢，農民習慣的追氮量也呈現相同趨勢，但農民習慣的施氮量偏高。說明農民在冬小麥返青期追肥管理過程中對于冬小麥苗情的把握比較準確，但對于冬小麥不同時期氮素的需求量方面的知識比較缺乏。米慧玲等[8]指出，根據冬小麥返青期群體數量調節(jié)追肥量至關重要，且這種方法易于農民接受和推廣，又可以增產節(jié)肥。

國外研究證明在作物旺盛生長期前，根據一定深度土層土樣的無機氮(Nmin，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮)或硝態(tài)氮含量來進行氮肥推薦，是一項行之有效的技術[13]。在此基礎上，國內學者根據具體情況對土壤Nmin推薦施肥方法進行簡化形成了土壤硝態(tài)氮速測箱氮肥推薦技術[14]，此項技術輻射范圍在迅速擴大。在北方旱作區(qū)土壤硝態(tài)氮含量可以來表征土壤的供氮能力[15]。作物植株的全氮含量可以反映作物的氮素營養(yǎng)[16]，但測試環(huán)節(jié)復雜，實際應用有一定困難。而植株硝態(tài)氮含量和全氮具有較好的相關性，因此可以較好的反映作物的氮需求，隨著硝酸鹽快速檢測技術的發(fā)展，植株硝酸鹽含量被證明可以進行作物氮素營養(yǎng)診斷[9]。從本研究可以看出，對于三類苗情追氮量的推薦，莖基部硝酸鹽測定推薦方法和土壤硝態(tài)氮測定推薦方法的施氮量基本接近，說明這兩種技術分別對于作物氮素需求和土壤氮素供應狀況的診斷基本一致，進一步說明冬小麥莖基部硝酸鹽濃度可以反映冬小麥返青-拔節(jié)期土壤的供氮狀況，這一結果與賈良良等[9]的研究結果接近，其研究認為土壤供氮量是影響冬小麥氮素營養(yǎng)狀況的直接因素，當土壤總供氮量在0～90 kg·hm-2范圍內時，小麥莖基部硝酸鹽濃度隨著土壤供氮量的增加而增加，當土壤總供氮量超過90 kg·hm-2以后，莖基部硝酸鹽濃度保持穩(wěn)定。

SPAD值的高低可以反映葉片葉綠素含量的高低，而葉綠素含量可以反映作物的營養(yǎng)狀況[17]。冬小麥應用葉綠素儀進行氮營養(yǎng)狀況診斷時，測定部位為最上部完全展開葉的中部，該部位葉綠素儀測定值與作物全氮有較好的相關性。但葉綠素儀測定受作物品種、生長時期等的影響，實際操作中需要對不同品種和時期進行校正[18-19]。另外葉綠素是氮素在植物體內經過吸收轉化形成的代謝產物，含量變化范圍小，不能反映作物對氮素的奢侈吸收[20]。而植株體內硝酸鹽屬于非代謝產物，隨著土壤氮素供應的變化，硝酸鹽濃度變化更為迅速、靈敏[14]。在本研究中可以看到在小群體區(qū)和中等群體區(qū)，各技術推薦處理產量差異不顯著的情況下，SPAD值法推薦的追氮量明顯高于莖基部硝酸鹽測定推薦量。這說明對于小群體、中等群體，莖基部硝酸鹽測定推薦方法優(yōu)于SPAD值推薦方法。這一結果和賈良良等[9]、肖焱波等[21]的研究結果相近，在賈良良的研究中，當冬小麥莖基部硝酸鹽濃度從310 mg·kg-1增加到4 270 mg·kg-1時，SPAD值僅由39.7增加到44.5；在肖焱波的研究中，基部硝酸鹽濃度的變化范圍為7～4 148 mg·L-1，而SPAD值的變化范圍是31.0～48.5。他們的研究均證明了莖基部硝酸鹽濃度比SPAD值在氮素營養(yǎng)診斷中更靈敏。

3　結 論

(1)冬小麥施肥管理過程中，無論底肥施氮量的高低，在本試驗條件下，在冬小麥返青后進行追施氮肥對于提高產量很重要。

(2)對于不同苗情的冬小麥，推薦追氮量是不同的。不同苗情冬小麥的四種推薦技術處理之間產量差異不大，考慮到推薦施氮量，土壤硝態(tài)氮測試推薦技術和莖基部硝酸鹽測試推薦技術更適合對小群體區(qū)和中等群體區(qū)進行氮肥追施的推薦；總莖數推薦技術更適合指導大群體區(qū)的春季追肥管理。

(3)試驗區(qū)農民冬小麥返青期習慣追氮量均偏高，通過四種氮肥推薦技術進行春季追肥指導均可以降低農民追氮量，技術推薦處理較農民習慣追氮量降低40%以上，對冬小麥產量影響不大。

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Study on Recommendation of Top-dressing Nitrogen Fertilizer Technologies for Different Growth Statuses of Winter Wheat Seedling

CHEN Dongdong,QU Hongrui,CAO Hongzhu,WANG Haodan,MA Wenqi

(College of Resources and Environmental Science,Hebei Agricultural University,Baoding,Hebei 071000,China)

In order to explore the appropriate recommendation technologies of spring top-dressing nitrogen fertilizer for winter wheat with different growth statuses,one-year field experiment with 45 locations from 2014 to 2015,was conducted with 6 nitrogen treatments (zero N top-dressing,farmers practices of N top-dressing and 4 recommendation N methods of total stem number,sap nitrate concentration test,SPAD chlorophyll meter test and nitrate nitrogen concentration of soil test),under the conditions of large population,medium population and small population.The results show that nitrogen fertilization by spring top-dressing could significantly increase the winter wheat yield,with the increase rate over 10%. Compared with farmers' practice treatment,the recommended nitrogen treatments could significantly reduce the nitrogen fertilizer rate of top-dressing by more than 40%; the increased yield is associated with its seedling,and is remarkably high in medium population zone.The basic N rate has significantly negative correlation with top-dressing N rate of farmers,but it has no obvious relationship with the recommended N application rate of the highest yield. Considering the effects of yield increase and nitrogen fertilizer reduction,the nitrate nitrogen concentration of soil test and sap nitrate concentration test are better technologies to be used in N fertilizer recommendation in small population and medium population zone,while the technology of total stem number is more appropriate in large population zone.

Winter wheat; Seedling; Yield; Nitrogen fertilizer recommendation technology

時間：2016-05-10

2015-12-11

2016-01-22

農業(yè)部公益性行業(yè)科研專項(201103003)；國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(2015CB150405)

E-mail：chendd0919@163.com

馬文奇(E-mail：mawq@hebau.edu.cn)

S512.1；S318

A

1009-1041(2016)05-0624-07

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160510.1625.026.html