過量施肥無益于大麥甘啤7號(hào)產(chǎn)量和品質(zhì)形成

柳小寧，包奇軍 ，張華瑜，潘永東

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 經(jīng)濟(jì)作物與啤酒原料研究所，甘肅 蘭州 730070)

0 引 言

農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展和環(huán)境保護(hù)是當(dāng)今世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的兩大主題[1]。而我國又是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，年施肥用量占世界總用量的30%以上[2]，而且用量逐年增加[3]。我國氮肥平均利用率不足30%，僅為世界平均水平的1/2[2]，糧食作物的磷肥利用率僅為 11.6%[4]。隨著化肥用量增加，氮肥的增產(chǎn)效率和氮肥利用率逐年降低[3-4]。傳統(tǒng)作物生產(chǎn)中以高氮肥投入來獲得高產(chǎn)[5-6]，然而，氮肥的過量投入并不利于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)[7-9]，而且施氮量過大，不僅不能促進(jìn)作物增產(chǎn)[7,10]，還易引起作物倒伏[11-12]，造成作物千粒重下降[13]，最終使得產(chǎn)量降低[14-15]，同時(shí)還會(huì)造成土壤酸化、環(huán)境污染及土壤微生物活力下降等嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題[8]。

施肥量對(duì)大麥產(chǎn)量的影響較為顯著，施肥量過大，易造成高峰苗過多，使得田間通風(fēng)透光條件變差[16-17]，導(dǎo)致個(gè)體發(fā)育不良，影響穗粒數(shù)和粒重的增長(zhǎng)[18]。盡管大麥產(chǎn)量隨施肥量的增加而增加，然而當(dāng)施肥量超過225 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量顯著下降[19]。作為啤酒大麥主要生產(chǎn)區(qū)之一的甘肅省，生產(chǎn)上存在過量施肥的現(xiàn)象，不僅增加了生產(chǎn)成本，也降低了產(chǎn)量和品質(zhì)。

本研究結(jié)合國家農(nóng)業(yè)部提出農(nóng)業(yè)“一控兩減三基本(即：嚴(yán)格控制農(nóng)業(yè)用水，減少化肥和農(nóng)藥使用量，畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、農(nóng)膜基本資源化利用)”的要求，以甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)啤酒大麥甘啤7號(hào)品種為參試材料，系統(tǒng)研究施肥量對(duì)啤酒大麥產(chǎn)量、品質(zhì)及肥料利用效率的影響，以期為優(yōu)化甘啤7號(hào)施肥措施、實(shí)現(xiàn)化肥零增長(zhǎng)的目標(biāo)提供技術(shù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)于2016年-2017年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院武威市黃羊鎮(zhèn)甘啤7號(hào)試驗(yàn)基地(37°40′1″N，102°50′58″E)進(jìn)行。黃羊鎮(zhèn)代表河西東部平川灌區(qū)，海拔1 766 m，年日照時(shí)數(shù)2 360～2 920 h，年平均氣溫6.0～7.0℃，年降水量200～260 mm，無霜期135～150 d。土壤為灌漠土，耕層(0～20 cm)有機(jī)質(zhì)17.1 g·kg-1，全氮1.00 g·kg-1，全磷0.87 g·kg-1，全鉀38.5 g·kg-1，速效氮70.3 mg·kg-1，有效磷35.4 mg·kg-1，pH為8.30，前茬作物大麥，地力均勻，屬中等肥力，水澆地。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)主要設(shè)4個(gè)施肥處理，分別為A(N 285 kg·hm-2+P2O5285 kg·hm-2)、B(N 240 kg·hm-2+P2O5240 kg·hm-2)、C(N 195 kg·hm-2+P2O5195 kg·hm-2) 和以當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理為對(duì)照的D(N 150 kg·hm-2+P2O5150 kg·hm-2)。為統(tǒng)計(jì)肥料利用效率增設(shè)不施肥處理，但不列入文章施肥處理的表格中。小區(qū)面積50 m2(10 m×5 m)，3次重復(fù)，處理間加2 m保護(hù)行，保護(hù)行中間起壟(壟寬0.5 m，壟高0.25 m)以便澆水，防止串肥。播種量為450萬?！m-2，氮肥用尿素(含N 46%)，磷肥用磷酸二銨(含N 16%，P2O546%)，所有肥料均作基肥播種前一次性施入。甘啤7號(hào)大麥全生育期共澆2次水，5月初第一次澆水、6月中旬第二次澆水，其余田間管理同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.3 測(cè)試指標(biāo)與方法

收獲時(shí)按小區(qū)實(shí)際面積收獲，并計(jì)算產(chǎn)量，在每一個(gè)小區(qū)隨機(jī)取樣20株進(jìn)行考種，用于株高、穗長(zhǎng)、成穗數(shù)及穗粒數(shù)的測(cè)定。脫粒進(jìn)行籽粒品質(zhì)檢測(cè)分析，籽粒蛋白質(zhì)采用1241 Grain analyzer(Foss Tecator)近紅外儀測(cè)定，千粒重、飽滿度(采用分級(jí)篩Sortimat Pfeuffer)按照國標(biāo)GB/T 7416-2008方法，統(tǒng)一由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院西北啤酒大麥及麥芽品質(zhì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)分析。

1.4 計(jì)算方法

花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(kg·hm-2)=抽穗揚(yáng)花期干重-成熟期營養(yǎng)器官干重[20-21]

花后同化物輸入籽粒量(kg·hm-2)=成熟期籽粒干重-營養(yǎng)器官花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量[20]

氮素農(nóng)學(xué)效率(kg·kg-1)=(施氮處理籽粒產(chǎn)量-不施氮處理籽粒產(chǎn)量)/施氮量

氮偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=施肥小區(qū)產(chǎn)量/施氮量[22]

經(jīng)濟(jì)系數(shù)(%)=籽粒干重/地上部干重×100%

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，應(yīng)用DPS v6.85軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥量對(duì)甘啤7號(hào)產(chǎn)量性狀的影響

從兩年結(jié)果看(表1)，增量施肥抑制甘啤7號(hào)出苗率，隨著施肥量的增加出苗率反而降低，兩年平均對(duì)照為389萬苗·hm-2，處理A為363萬苗·hm-2，較對(duì)照降低6.71%，處理B為374萬苗·hm-2，較對(duì)照降低3.86%，處理C為379萬·hm-2，較對(duì)照降低2.56%，年際間趨勢(shì)基本一致，但2016年處理間差異不顯著，2017年處理A較對(duì)照差異顯著(P<0.05)；分蘗成穗數(shù)隨施肥量增加明顯較對(duì)照增高，年際間趨勢(shì)基本一致，且差異達(dá)顯著水平，其中，對(duì)照為836萬穗·hm-2，處理A為876萬穗·hm-2，較對(duì)照增加4.82%，處理B為845萬穗·hm-2，較對(duì)照增加1.13%，處理C為837萬穗·hm-2，較對(duì)照增加0.1%，隨著施肥量增加穗粒數(shù)無顯著差異，千粒重降低，甘啤7號(hào)倒伏顯著升高，年際間趨勢(shì)基本一致。

從產(chǎn)量看，增量施肥產(chǎn)量先增高后降低，兩年趨勢(shì)基本一致，但是從兩年產(chǎn)量的平均值看，增量施肥不僅沒有明顯提高甘啤7號(hào)產(chǎn)量，反而產(chǎn)量較對(duì)照降低，且差異達(dá)顯著水平，僅處理C較對(duì)照增產(chǎn)，增幅為1.34%，其余處理均較對(duì)照減產(chǎn)，而且隨著施肥量增加減產(chǎn)幅度增大，兩年平均處理A為8 119 kg·hm-2，較對(duì)照減產(chǎn)7.00%，其次為處理B為8 414 kg·hm-2，較對(duì)照減產(chǎn)3.62%，處理C為8 847 kg·hm-2，較對(duì)照增產(chǎn)1.34%；同時(shí)增量施肥降低甘啤7號(hào)經(jīng)濟(jì)系數(shù)降低，且兩年趨勢(shì)基本一致。

可見增量施肥降低甘啤7號(hào)出苗率、籽粒千粒重、植株抗倒伏能力、經(jīng)濟(jì)系數(shù)和產(chǎn)量，但提高了分蘗成穗數(shù)。增量施肥對(duì)成穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重三因素的影響程度表現(xiàn)為成穗數(shù)>千粒重>穗粒數(shù)。

表1 施肥量對(duì)甘啤7號(hào)主要產(chǎn)量性狀的影響Table 1 Effects of fertilization amounts on main yield characters of Ganpi No.7

注：不同字母表示差異在0.05水平上顯著(P<0.05)。下同。

Note:Different lowercase letters in each column indicate significant differences at 0.05 level.The same is as below.

2.2 施肥量對(duì)甘啤7號(hào)原麥品質(zhì)的影響

施肥量對(duì)甘啤7號(hào)蛋白質(zhì)含量具有極顯著影響，隨著施肥量增加，籽粒蛋白質(zhì)含量呈升高趨勢(shì)，年際間趨勢(shì)一致，且處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。其中處理A蛋白質(zhì)含量為14.4%，較對(duì)照升高1.9個(gè)百分點(diǎn)，增幅為14.8%，處理B蛋白質(zhì)含量為13.9%，較對(duì)照提高1.4個(gè)百分點(diǎn)，增幅為10.8%，處理C蛋白質(zhì)含量為13.0%，較對(duì)照升高0.5個(gè)百分點(diǎn)，增幅為4.0%。

隨著施肥量增加，甘啤7號(hào)籽粒千粒重呈下降趨勢(shì)，兩年趨勢(shì)基本一致，但2016年處理間差異不顯著，2017年處理間差異達(dá)顯著水平。其中處理A千粒重為42.6 g，較對(duì)照降低6.58%;處理B千粒重為43.8 g，較對(duì)照降低4.06%，處理C千粒重為44.9 g，較對(duì)照降低1.64%。

施肥量對(duì)2017年甘啤7號(hào)飽滿度(腹徑≥2.5 mm)有顯著影響(P<0.05)。隨著施肥量的增加，飽滿度(腹徑≥2.5 mm)呈下降趨勢(shì)，其中處理A為84.0%，較對(duì)照降低5.72%；處理B為84.5%，較對(duì)照降低5.16%；處理C為87.1%，較對(duì)照降低2.24%，年際間趨勢(shì)基本一致。從籽粒原麥品質(zhì)看，對(duì)照處理籽粒品質(zhì)達(dá)優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其余各處理籽粒原麥蛋白質(zhì)含量未達(dá)國家優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T7416-2008：蛋白質(zhì)含量10.0%～12.5%)，千粒重和飽滿粒均低于對(duì)照。

表2 施肥量對(duì)甘啤7號(hào)原麥品質(zhì)的影響Table 2 Effects of fertilization amounts on quality of Ganpi No.7

2.3 施肥量對(duì)籽粒產(chǎn)量形成與肥料效率的影響

隨著施肥量增加，花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量增加，對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率也隨之增加(表3)?；ㄇ百A藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率在15.5%～23.1%之間，而花后同化物輸入籽粒的輸入量隨施肥量增加而減少，貢獻(xiàn)率也減少，貢獻(xiàn)率在76.9%～84.5%之間，年際間變化基本一致，且處理間差異顯著，表明籽粒產(chǎn)量的形成主要源于花后同化物的輸入。增量施肥增加了大麥花前貯藏干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量，提高了花前貯藏干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)，但降低了花后同化物對(duì)籽粒的輸入量和花后同化物對(duì)籽粒貢獻(xiàn)，但花前貯藏干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量顯著小于花后同化物對(duì)籽粒的輸入量，從而降低了大麥產(chǎn)量。

表3 施肥量對(duì)甘啤7號(hào)肥料效率Table 3 Fertilizer use efficiencies of Ganpi No.7 in different treatments

氮素肥料農(nóng)學(xué)效率是評(píng)價(jià)作物施肥成效和產(chǎn)量水平的重要指標(biāo)之一，反映了氮素從源到籽粒庫的分配比例和施肥對(duì)光合產(chǎn)物的影響。隨著施肥量增加，氮素農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力均降低，兩年各處理之間差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)，且趨勢(shì)基本一致。

從表4看出，施肥量對(duì)甘啤7號(hào)經(jīng)濟(jì)效益有極顯著影響，隨著施肥量增加，各處理純收益、產(chǎn)投比均較對(duì)照降低，兩年趨勢(shì)基本一致，且差異達(dá)極顯著水平。處理A純收益較對(duì)照降低2 577元，降幅達(dá)27.3%，產(chǎn)投比降低0.45，降幅達(dá)20.5%；處理B純收益較對(duì)照降低1 535元，降幅達(dá)16.3%，產(chǎn)投比降低0.29，降幅為13.3%；處理C純收益較對(duì)照降低217元，降幅達(dá)2.3%，產(chǎn)投比降低0.09，降幅為3.91%。從經(jīng)濟(jì)效益看，增量施肥不利于產(chǎn)量形成，降低了收益，從生態(tài)效益看，增量施肥加大了化肥用量，降低了肥料利用效益。綜合經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益看，增量施肥不僅加大了肥料投入量，降低了純收益，還降低了肥料的利用率和產(chǎn)投比。

表4 施肥量對(duì)甘啤7號(hào)經(jīng)濟(jì)效益影響Table 4 Effects of fertilization amounts on economic benefit of Ganpi No.7

注：種子，尿素、磷酸二胺，機(jī)耕，水費(fèi)，籽粒價(jià)格分別為3.0 ￥·kg-1,2.0 ￥·kg-1，3.4 ￥·kg-1，2 625.00 ￥·hm-2，3 000.00 ￥·hm-2，2.00 ￥·kg-1。

Note:The prices of seed,urea,diammonium phosphate,machine-cultivated,water and barley are 3.0 ￥·kg-1,2.0 ￥·kg-1，3.4 ￥·kg-1，2 625.00 ￥·hm-2，3 000.00 ￥·hm-2，and 2.00 ￥·kg-1,respectively.

3 討 論

3.1 施肥量對(duì)甘啤7號(hào)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

大量研究表明，適宜的施肥量是高產(chǎn)的關(guān)鍵[23-24]，在一定范圍內(nèi)(不同品種施肥量不同)增加施肥用量能顯著提高產(chǎn)量，即隨著施肥量的增加，產(chǎn)量有所增加，但達(dá)到一定水平后，產(chǎn)量增幅減小，這一關(guān)系被稱為“產(chǎn)量漸減法則”[25]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，增量施肥沒有明顯提高甘啤7號(hào)產(chǎn)量，除了處理C較對(duì)照小幅增產(chǎn)(增幅為1.34%)外，其余處理均較對(duì)照減產(chǎn)，兩年趨勢(shì)基本一致，而且隨著施肥量增加減產(chǎn)幅度增大。從影響產(chǎn)量的三因素成穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重看，增量施肥對(duì)成穗數(shù)影響最大，其次為千粒重和穗粒數(shù)。作物產(chǎn)量的形成過程本質(zhì)上是群體生長(zhǎng)發(fā)育的過程，隨著施肥量增大，成穗數(shù)顯著增加，在高密度條件下，甘啤7號(hào)在生長(zhǎng)發(fā)育的中后期，由于上部葉片的遮擋，使得其下部葉片光合作用下降，且不易透風(fēng)，加速了低位葉的衰老和分蘗的死亡，影響群體的干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。

從籽粒原麥品質(zhì)看，施肥量對(duì)甘啤7號(hào)蛋白質(zhì)含量、千粒重和飽滿度均具有極顯著影響，隨著施肥量增加，籽粒蛋白質(zhì)含量逐漸升高、千粒重和飽滿度都呈降低趨勢(shì)，年際間趨勢(shì)一致，除對(duì)照處理籽粒蛋白質(zhì)含量達(dá)優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T7416-2008：蛋白質(zhì)含量10.0%～12.5%)，其余各處理籽粒原麥蛋白質(zhì)含量未達(dá)國家優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 施肥量對(duì)甘啤7號(hào)產(chǎn)量形成與肥料效率的影響

籽粒灌漿物質(zhì)來源包括花前合成貯藏于營養(yǎng)器官并在花后轉(zhuǎn)移到籽粒的同化物，以及花后合成直接運(yùn)移至籽粒的光合產(chǎn)物[26]，馬冬云[20]認(rèn)為增施氮肥降低了干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，增加了花后的同化量和貢獻(xiàn)率。本研究結(jié)果表明，隨著施肥量增加，花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量增加，對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率也隨之增加，花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率在15.5%～23.1%之間，而花后同化物輸入籽粒的輸入量隨施肥量的增加而減少，對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率也減少，對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率在76.9%～84.5%之間，年際間變化基本一致，且處理間差異顯著，表明籽粒產(chǎn)量的形成主要源于花后同化物的輸入。增量施肥增加了大麥花前貯藏干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量，提高了花前貯藏干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)，但降低了花后同化物對(duì)籽粒的輸入量和花后同化物對(duì)籽粒貢獻(xiàn)，但花前貯藏干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量顯著小于花后同化物對(duì)籽粒的輸入量，從而降低大麥產(chǎn)量。

隨著施肥量增加，氮素農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力均降低，兩年各處理之間差異均達(dá)極顯著水平，且趨勢(shì)基本一致，這與前人[27]研究基本一致。

4 結(jié) 論

與常規(guī)施肥相比，增量施肥不利于產(chǎn)量形成，會(huì)降低收益；從生態(tài)效益看，增量施肥加大了化肥施用量，降低了肥料利用效益；從籽粒品質(zhì)看，增量施肥降低了籽粒品質(zhì)。綜合效益看，增量施肥不僅加大了肥料肥投入量，降低了肥料的利用率和產(chǎn)投比，還降低了純收益和籽粒品質(zhì)。在實(shí)際生產(chǎn)中要合理確定施肥量，減少肥料施用量。