施肥模式對(duì)渭北旱地小麥產(chǎn)量及效益的影響

張 睿，李鳳艷，文 娟，李淑琳，何佳洋，王 永，劉曼雙

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100； 2.陜西省戶縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西戶縣 710300；3.山東潔晶集團(tuán)股份有限公司，山東日照 276800； 4.重慶市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，重慶北部新區(qū) 401121；5.西安科技大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，陜西西安 710054)

化肥是農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。據(jù)全國(guó)化肥試驗(yàn)網(wǎng)調(diào)查，施用化肥可提高小麥單產(chǎn) 50%～60%[1]。作物施肥不僅具有顯著的增產(chǎn)效果，也對(duì)保障糧食安全具有重大意義[1-5]。我國(guó)肥料當(dāng)季利用率較低，氮肥僅為30%～35%，磷肥為10%～25%,鉀肥為40%～50%[1]。近年來(lái)，化肥對(duì)糧食總產(chǎn)的貢獻(xiàn)率有所下降[1-3，6-9]。我國(guó)是肥料資源約束型國(guó)家，連續(xù)大量施用化肥，不僅浪費(fèi)資源，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，也產(chǎn)生水體富營(yíng)養(yǎng)化、溫室氣體排放、土壤酸化、病蟲(chóng)害加重等一系列環(huán)境和生產(chǎn)問(wèn)題[1,3-4,8]。小麥高產(chǎn)不僅與施肥量有關(guān)，而且受養(yǎng)分的互作和配比影響[9-11]。施肥量過(guò)高或過(guò)低均不利于小麥高產(chǎn)高效[12-14]，單純依靠持續(xù)化肥投入來(lái)提高作物產(chǎn)量的潛力十分有限[15-20]。調(diào)查結(jié)果表明，關(guān)中冬小麥種植區(qū)過(guò)量施氮的農(nóng)戶達(dá)到了55.3%[6-7]。如何改變農(nóng)民過(guò)量施肥的做法，提高施肥效益，是目前農(nóng)業(yè)研究的一個(gè)重要課題。本研究選擇渭北旱原小麥產(chǎn)區(qū)的長(zhǎng)武縣南塬，在調(diào)查當(dāng)?shù)厝罕妭鹘y(tǒng)施肥量的基礎(chǔ)上，分析了不同施肥模式對(duì)該地區(qū)主推小麥品種長(zhǎng)旱58產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響，以期為渭北旱塬地區(qū)小麥減肥增效技術(shù)的制定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況及主要管理措施

試驗(yàn)于2012-2014年在陜西省長(zhǎng)武縣巨家鎮(zhèn)巨家村進(jìn)行。試驗(yàn)地海拔 1 289 m，小麥生育期年平均降水275 mm，年平均氣溫9.1 ℃，≥1 ℃積溫3 029 ℃，無(wú)霜期171 d。試驗(yàn)地耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量14.72 g·kg-1，全氮含量0.98 g·kg-1，全磷含量0.67 g·kg-1，全鉀含量16.42 g·kg-1，速效氮含量10.18 mg·kg-1，速效磷含量13.92 mg·kg-1，速效鉀含量114.66 mg·kg-1。小麥品種為長(zhǎng)旱58，從長(zhǎng)武縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心試驗(yàn)基地購(gòu)買(mǎi)。所用氮肥為尿素(純氮46.6%,價(jià)格為1.56元·kg-1，陜西復(fù)合肥廠生產(chǎn))和二銨(P2O5含量為46.6%，氮含量16.8%，價(jià)格為2.76元·kg-1，云南天安化工有限公司生產(chǎn))，均從當(dāng)?shù)剞r(nóng)資市場(chǎng)購(gòu)得；鉀肥為氯化鉀(K2O含量為60%，價(jià)格4.6元·kg-1，青海鐵源鎂業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn))，從楊凌市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)。2012和2013年小麥分別于9月24和29日條播種植，播種量均為210 kg·hm-2，分別于11月25日噴施苯磺隆(10%，從當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)購(gòu)買(mǎi))600 mL·hm-2進(jìn)行化學(xué)除草。2013和2014年分別于5月12日進(jìn)行一噴三防，其他管理同大田管理。兩年均于6月27日收獲。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，每處理5個(gè)重復(fù)，小區(qū)寬7.2 m，長(zhǎng)18.5 m，面積133.4 m2，行距18 cm，隨機(jī)區(qū)組排列。其中，處理1為不施肥的對(duì)照；處理2為農(nóng)戶施肥模式(試驗(yàn)前調(diào)查當(dāng)?shù)?個(gè)鄉(xiāng)9個(gè)村580戶2009-2012年施肥的平均值)，施純氮213 kg·hm-2、P2O5132 kg·hm-2和K2O 30 kg·hm-2；處理3為當(dāng)?shù)卦跍y(cè)定土壤養(yǎng)分基礎(chǔ)上推薦的平衡施肥模式即推薦施肥模式，施純氮150 kg·hm-2、P2O5120 kg·hm-2和K2O 90 kg·hm-2；處理4為高產(chǎn)施肥模式，施純氮270 kg·hm-2、P2O5180 kg·hm-2和K2O 120 kg·hm-2；處理5為高產(chǎn)減氮施肥模式，施純氮150 kg·hm-2、P2O5180 kg·hm-2和K2O 120 kg·hm-2。肥料在整地前一次性撒施。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

在小麥越冬期、拔節(jié)期、孕穗期和成熟期定行調(diào)查基本苗、越冬總莖數(shù)和春季最高總莖數(shù)，并在拔節(jié)期調(diào)查主莖葉齡、分蘗結(jié)構(gòu)及次生根數(shù)量，成熟期調(diào)查成穗數(shù)和穗粒數(shù)，每個(gè)小區(qū)收獲66.7 m2計(jì)產(chǎn)，并測(cè)定千粒重。根據(jù)不同處理的投入(包括種子、肥料、藥劑、機(jī)械和人工)和產(chǎn)出計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益。其中各處理種子費(fèi)672元·hm-2(3.2元·kg-1,播種量210 kg·hm-2),播種作業(yè)費(fèi)450元·hm-2，收獲作業(yè)費(fèi)用525元·hm-2，化除作業(yè)費(fèi)用150元·hm-2，病蟲(chóng)害防治費(fèi)用225元·hm-2，整個(gè)小麥生產(chǎn)過(guò)程人工費(fèi)用1 350元·hm-2，合計(jì)3 405.0元·hm-2。小麥國(guó)家收購(gòu)價(jià)2.2元·kg-1，秸稈市場(chǎng)價(jià)0.48元·kg-1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用Microsoft Excel進(jìn)行整理，用SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥模式對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的效應(yīng)

與對(duì)照比，施肥處理下小麥產(chǎn)量在兩年均顯著提高，增產(chǎn)幅度為4.3%～32.3%。其中高產(chǎn)減氮模式的產(chǎn)量?jī)赡昃@著高于農(nóng)戶施肥模式、推薦施肥模式和高產(chǎn)施肥模式，后三個(gè)施肥模式間差異均不顯著。 從產(chǎn)量構(gòu)成看，不同施肥模式的增產(chǎn)原因不同，而且年份間存在差異。

相比對(duì)照，農(nóng)戶施肥模式、推薦施肥模式、高產(chǎn)施肥模式和高產(chǎn)減氮施肥模式的穗數(shù)在2013和2014年分別增加13.9～21.9%和14.4%～45.4%，穗粒數(shù)和千粒重均下降，其中高產(chǎn)減氮施肥模式的穗數(shù)增幅最大，兩年分別增加21.9%和45.4%。說(shuō)明較高的穗數(shù)是4個(gè)施肥模式高產(chǎn)的主要原因。

2.2 施肥模式對(duì)小麥群體及個(gè)體的效應(yīng)

不同施肥模式對(duì)旱地小麥群體及個(gè)體質(zhì)量有不同程度影響(表2)。在播種量相同的條件下，施肥模式對(duì)基本苗數(shù)影響不顯著，對(duì)越冬總莖數(shù)和春季最高總莖數(shù)影響均顯著。其中高產(chǎn)減氮施肥模式的越冬總莖數(shù)最高，較對(duì)照增加17%，其他處理之間越冬總莖數(shù)差異不顯著；春季最高總莖數(shù)以農(nóng)戶施肥模式最高，高產(chǎn)減氮模式次之，兩個(gè)處理間差異不顯著，但均顯著高于其他處理。不同施肥模式也提高了小麥不同生育階段的個(gè)體質(zhì)量。以拔節(jié)期為例，各施肥處理的單株次生根數(shù)均顯著高于對(duì)照，其中高產(chǎn)減氮施肥模式最高；施肥處理的葉齡、I級(jí)分蘗數(shù)和II級(jí)分蘗數(shù)雖然高于對(duì)照，但在不同處理間差異不顯著(表2)。這表明高產(chǎn)減氮施肥模式的群體和個(gè)體質(zhì)量均較高。

表1 2012-2014不同施肥模式下的旱地小麥產(chǎn)量及其結(jié)構(gòu)Table 1 Yield and its components of dryland wheat under different fertilizer models in 2012-2014

FM：農(nóng)戶施肥模式；RM：推薦施肥模式；HM：高產(chǎn)施肥模式；HRM：高產(chǎn)減氮施肥模式。同一列數(shù)值后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下表同。

FM:Farmer fertilization model; RM:Recommended fertilization model; HM:High-yield fertilization model; HRM:High-yield & nitrogen reduction fertilization model. Different letters following the values in the same column indicate significant difference among the treatments at the 0.05 level.The same in other tables.

表2 2012-2013年不同施肥模式下旱地小麥的群體及拔節(jié)期的個(gè)體質(zhì)量Table 2 Effect of different fertilization models on population and individual dryland wheat in 2012-2013

2.3 不同施肥模式小麥經(jīng)濟(jì)效益的差異

四種施肥模式的小麥總產(chǎn)值顯著高于對(duì)照，總投入也高于對(duì)照，其中高產(chǎn)施肥模式和高產(chǎn)減氮施肥模式高于其他施肥模式；但農(nóng)戶施肥模式、推薦施肥模式和高產(chǎn)施肥模式的凈收入低于對(duì)照和高產(chǎn)減氮施肥模式，其中與高產(chǎn)減氮施肥模式的差異兩年都達(dá)到顯著水平(表3)。這說(shuō)明高產(chǎn)減氮施肥模式對(duì)小麥具有較好的節(jié)肥增收效果。

表3 旱地小麥不同施肥模式的投入和產(chǎn)出比較Table 3 Comparison of input and output of dryland wheat under different fertilizer models

3 討 論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同施肥模式較對(duì)照有顯著的增產(chǎn)作用，但施肥模式之間產(chǎn)量差異較大，其中高產(chǎn)減氮施肥模式的增產(chǎn)幅度最大，說(shuō)明在高產(chǎn)施肥模式基礎(chǔ)上減氮具有十分顯著的增產(chǎn)效果。這與小麥平衡施肥的調(diào)查結(jié)果[4，6]是一致的。推薦施肥模式和高產(chǎn)施肥模式產(chǎn)量與農(nóng)戶施肥模式差異不顯著，這三種模式的肥料投入較高產(chǎn)減氮施肥模式都大，說(shuō)明過(guò)量的肥料投入并沒(méi)有帶來(lái)較好的增產(chǎn)效果，這與劉芬等[6]研究中過(guò)量施用氮磷鉀肥均無(wú)顯著增產(chǎn)作用的結(jié)果是一致，也與我們近年來(lái)在生產(chǎn)實(shí)踐中調(diào)查農(nóng)戶施肥的結(jié)果基本一致。而高產(chǎn)減氮施肥模式兩年均表現(xiàn)出極顯著的增產(chǎn)效果，這一方面破解了多年來(lái)旱地小麥大幅度增加氮肥和磷鉀肥的增產(chǎn)效果低于預(yù)期的原因，在氮肥施用量達(dá)到一定水平時(shí)，磷鉀肥是產(chǎn)量的限制因素；另一方面也表明旱肥地小麥生產(chǎn)中，減少氮肥、增加磷鉀肥會(huì)獲得更高的產(chǎn)量。高產(chǎn)施肥模式中，氮磷鉀肥的互作效應(yīng)及其減氮顯著增產(chǎn)的深層次生理機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

不同施肥模式對(duì)小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響顯著。在播種量相同的條件下，施肥顯著提高成穗數(shù)，這與前人研究結(jié)果[4，6,8,12-13]一致。農(nóng)戶施肥模式、推薦施肥模式、高產(chǎn)施肥模式和高產(chǎn)減氮施肥模式成穗數(shù)兩年平均分別比對(duì)照增加14.2%、16.3%、25.6%和33.7%，這與以前的研究結(jié)果[15-16]基本一致。與農(nóng)戶施肥模式相比，高產(chǎn)減氮模式的成穗數(shù)均顯著增加，這與前人[17-18,20-23]研究結(jié)果一致。這一方面可能是該施肥模式在一定程度上調(diào)節(jié)了氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)群體質(zhì)量和數(shù)量的影響，另一方面可能由于氮肥的減少，氮磷鉀之間養(yǎng)分?jǐn)?shù)量結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，其互作效應(yīng)更為明顯，磷和鉀對(duì)群體的效應(yīng)得到充分發(fā)揮所致。4種施肥模式的穗粒數(shù)和千粒重全部低于對(duì)照，其中穗粒數(shù)變化更大。這一結(jié)果與周濤等[22]研究結(jié)果基本一致，但與吉艷芝等[21]研究結(jié)果不盡一致。這可能與生態(tài)區(qū)有關(guān)，因?yàn)榧G芝的試驗(yàn)是在華北平原的灌區(qū)進(jìn)行，周濤的試驗(yàn)是在寧南山區(qū)進(jìn)行；也可能與試驗(yàn)的年型或者地力基礎(chǔ)、品種的基因型等因素有關(guān)。本試驗(yàn)連續(xù)兩年在同一個(gè)地方進(jìn)行，結(jié)果更為可靠。

不同施肥模式均增產(chǎn)，但不一定增收。不同施肥模式產(chǎn)值比對(duì)照高，其中推薦施肥模式、高產(chǎn)施肥模式和高產(chǎn)減氮施肥模式比農(nóng)戶施肥模式增加2.0%～18.4%，但投入也高于對(duì)照和農(nóng)戶施肥模式，因此得到的凈收入并不一定高，這與劉芬等[6]研究結(jié)果基本一致。不同施肥模式之間比較，高產(chǎn)減氮施肥模式的凈收入兩年均最高，與其他三種施肥模式差異顯著，說(shuō)明高產(chǎn)減氮施肥模式具有較好的增產(chǎn)、節(jié)肥、增收效果。

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