氮肥減量施用對冬小麥產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

鄭春風(fēng) ，任 偉 ，車 軍 ，楊 攀 ，徐福新 ，吳政卿

（1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州450002；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，河南鄭州450002）

我國是全世界第一小麥生產(chǎn)大國、消費(fèi)大國和進(jìn)口大國，小麥?zhǔn)俏覈娜蠹Z食作物之一[1]。河南省是小麥生產(chǎn)大省，也是小麥消費(fèi)大省，種植小麥的農(nóng)戶數(shù)量在全國最多[2]。河南小麥的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與河南省農(nóng)戶的生活水平有直接聯(lián)系。近年來，隨生產(chǎn)資料價(jià)格的不斷提高，小麥生產(chǎn)成本也越來越高，造成了農(nóng)戶“增產(chǎn)不增收”的現(xiàn)象，農(nóng)戶種植小麥效益較低，經(jīng)濟(jì)收入增長緩慢，嚴(yán)重打擊了農(nóng)戶種植小麥的積極性[3]。盡管國家頒布了一系列惠農(nóng)政策，對農(nóng)戶的農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼與對小麥價(jià)格的保護(hù)提高了農(nóng)戶種植小麥的積極性，但還是無法從本質(zhì)上激發(fā)農(nóng)戶的積極性，需要從農(nóng)戶自身權(quán)益層面探索農(nóng)戶小麥種植效益提高的途徑。張冬平等[4]研究認(rèn)為，要穩(wěn)定小麥生產(chǎn)，必須要提高小麥的生產(chǎn)效益，除了國家對小麥生產(chǎn)進(jìn)行補(bǔ)貼之外，更重要的是要提高小麥的生產(chǎn)效率，以最少的資源投入獲取最大的產(chǎn)量。據(jù)調(diào)查，自1984年以來，我國化肥用量持續(xù)增加[5]，目前，在華北平原地區(qū)，小麥季農(nóng)民習(xí)慣施氮量達(dá)到了424 kg/hm2，遠(yuǎn)超過同期作物氮養(yǎng)分消耗量，化肥使用量的增加提高了小麥種植的投入成本，破壞了土壤結(jié)構(gòu)，同時(shí)還帶來了一系列的環(huán)境問題，不利于小麥生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[6]。如何解決過量施氮帶來的環(huán)境問題，保障我國農(nóng)業(yè)走上優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、高效、持續(xù)健康發(fā)展的道路，已引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。近年來，小麥?zhǔn)┓始夹g(shù)一直在不斷地改進(jìn)和發(fā)展，很多學(xué)者已開展了基于農(nóng)民習(xí)慣的氮肥減量優(yōu)化施用技術(shù)研究[7-10]，有研究報(bào)道指出，在河北、山東，氮肥減量優(yōu)化處理的小麥產(chǎn)量比農(nóng)民習(xí)慣施肥處理分別高13.7%，5.08%[11]。

本研究擬通過2個(gè)不同產(chǎn)量冬小麥品種為試驗(yàn)材料，在大田試驗(yàn)條件下分析減量施氮肥對冬小麥田間農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響，并結(jié)合調(diào)查分析其經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)，旨在為制定化肥施用減量指標(biāo)、氮肥在黃淮海區(qū)域的科學(xué)應(yīng)用提供技術(shù)支撐，為進(jìn)一步探索農(nóng)戶小麥種植收益提高的有效途徑和河南省小麥生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

以小麥品種鄭麥379、鄭麥101為供試材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究于2016—2017年在新鄉(xiāng)市新鄉(xiāng)縣大西莊村農(nóng)戶試驗(yàn)地（35°16′N，113°52′E）進(jìn)行田間試驗(yàn)。磷肥施用量為重過磷酸鈣（P2O5）120 kg/hm2，鉀肥施用量為氯化鉀（K2O）90 kg/hm2，均作基肥一次性施入；氮肥施用量為普通尿素（N）225 kg/hm2，基追比例為 1∶1，于拔節(jié)期追肥，控釋尿素（N）225 kg/hm2，無追肥。試驗(yàn)地地力均勻，平坦，肥力上等，前作作物均為玉米，排灌方便。于9月20—21日劃區(qū)，按方案施肥后用旋耕耙地2遍，參照河南區(qū)域半冬性小麥品種適宜播期，于10月12日播種，播量均為187.5 kg/hm2，行距為20 cm。試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，分別為處理1（不施N肥，CK）、處理2（常規(guī)施N肥）、處理3（尿素減N 10%）、處理4（尿素減N 20%）、處理5（尿素減N 30%）、處理6（控釋尿素減N 20%）。每處理小區(qū)面積為30 m2，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次。試驗(yàn)田栽培管理同一般高產(chǎn)田。試驗(yàn)前耕層土壤基本理化性狀如表1所示。

表1 供試土壤基本理化性狀

1.3 測定項(xiàng)目及方法

于越冬期、返青期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期、成熟期進(jìn)行田間調(diào)查，并記載其株高、次生根數(shù)、穗長、群體等農(nóng)藝指標(biāo)。于成熟期每小區(qū)隨機(jī)取20株，按常規(guī)考種法考察其穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量，實(shí)收10 m2計(jì)產(chǎn)。

于整個(gè)播種至收割過程調(diào)查記錄其生產(chǎn)成本費(fèi)用：種子費(fèi)用、肥料費(fèi)用、追肥務(wù)工費(fèi)用、農(nóng)藥費(fèi)用、機(jī)械使用費(fèi)用、灌溉費(fèi)用，并調(diào)查單產(chǎn)及小麥?zhǔn)召弮r(jià)格。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對冬小麥農(nóng)藝性狀及群體的影響

從表2可以看出，在成熟期的株高、次生根、穗長、冬前和春季分蘗上，各施氮肥處理均顯著性高于不施氮肥處理1（CK）。對小麥品種鄭麥379進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在株高上，處理3、處理4和處理6顯著性低于處理2，處理5與處理2間差異不顯著，說明普通尿素習(xí)慣施用量減少10%～20%和等量控釋尿素減少20%處理可提高植株的抗倒伏能力，為小麥穩(wěn)產(chǎn)可打下良好基礎(chǔ)；在次生根、穗長和群體性狀上，各施氮肥處理表現(xiàn)趨勢一致：處理2、處理3、處理4和處理6之間差異不顯著，但均顯著大于處理5，說明普通尿素習(xí)慣施用量減少10%～20%和等量控釋尿素減少20%在小麥生長中后期可以使氮素養(yǎng)分持續(xù)供應(yīng)，以滿足次生根和穗長的生長需求，并表現(xiàn)出優(yōu)異的群體性狀，可為小麥高產(chǎn)奠定良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，而普通尿素習(xí)慣施用量減少30%則不能夠達(dá)到預(yù)期需求。小麥品種鄭麥101試驗(yàn)結(jié)果與鄭麥379一致。

表2 冬小麥田間農(nóng)藝性狀調(diào)查

2.2 不同施肥處理對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可知，在穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量及產(chǎn)量上，各施氮肥處理均顯著高于不施氮肥處理1（CK）。對小麥品種鄭麥379進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，與處理2相比，處理3、處理4和處理6每公頃穗數(shù)分別減少3.0萬，4.5萬，7.5萬穗；穗粒數(shù)分別減少0.7，1.1，0.4粒；千粒質(zhì)量分別減少 0，0.4，0.2 g；每公頃產(chǎn)量分別減少15.10，65.10，57.70 kg。對其進(jìn)行顯著性分析發(fā)現(xiàn)，以上各因素處理間的差異性均不顯著，說明在常規(guī)施用磷鉀肥的基礎(chǔ)上，普通尿素習(xí)慣施用量減少10%～20%及等量控釋尿素減少20%對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素影響不大。進(jìn)一步比較處理5與處理2發(fā)現(xiàn)，前者較后者每公頃穗數(shù)減少28.5萬穗，穗粒數(shù)減少3.7粒，千粒質(zhì)量減少2.2 g，每公頃產(chǎn)量減產(chǎn)了3.8%，且各因素均達(dá)到顯著水平。說明普通尿素習(xí)慣施用量減少30%對小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響較大。小麥品種鄭麥101試驗(yàn)結(jié)果與鄭麥379一致。

表3 不同施肥處理對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.3 不同施肥處理對冬小麥經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表4可知，各施氮處理在收入、效益和產(chǎn)投比上均高于不施氮處理1（CK）。其中，小麥品種鄭麥379的處理3、處理4和處理6較處理2每公頃收入減少幅度較小，分別減少34.8，149.7，132.75元，而效益分別增加63.00，46.05，567.60元，產(chǎn)投比分別增加0.07，0.12，0.54，相比之下，處理6的效益和產(chǎn)投比增加幅度較大；而處理5較處理2每公頃收入減少804.9元，效益減少511.35元，減少幅度均較大。小麥品種鄭麥101，與處理2相比，處理3、處理4和處理6每公頃收入減少幅度較小，分別減少103.5，141.75，114.9 元，而效益分別增加 -5.70，54.00，585.45 元，產(chǎn)投比分別增加 0.04，0.11，0.52，相比之下，處理6的效益和產(chǎn)投比增加幅度較大；而處理5較處理2每公頃收入減少1 004.25元，效益減少710.7元，減少幅度均較大。綜上說明，在常規(guī)施用磷鉀肥的基礎(chǔ)上，普通尿素習(xí)慣施用量減少10%～20%及等量控釋尿素減量20%不僅不會(huì)造成2個(gè)品種小麥大幅度減產(chǎn)，反而還會(huì)增加產(chǎn)投比，提高小麥經(jīng)濟(jì)效益，尤其以控釋尿素減量20%效益增加最大。而普通尿素習(xí)慣施用量減少30%對2個(gè)品種小麥的產(chǎn)量、收入和效益造成了較大幅度減少。

表4 冬小麥效益分析

3 結(jié)論與討論

長期以來，小麥?zhǔn)┓始夹g(shù)一直在不斷地改進(jìn)和發(fā)展[12-15]。氮肥減量施用技術(shù)，是一種意在尋找土壤氮養(yǎng)分供應(yīng)和作物氮養(yǎng)分需求之間平衡關(guān)系的施肥技術(shù)，在保證作物品質(zhì)和產(chǎn)量的同時(shí)，提高肥料利用率，實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的最大化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。近年來，減量施肥技術(shù)在作物生產(chǎn)中得到了一定的推廣和應(yīng)用。鄒曉錦等[16]通過研究氮肥減量10%～20%對玉米產(chǎn)量的影響發(fā)現(xiàn)，與農(nóng)民習(xí)慣施肥（240 kg/hm2）相比，氮肥減量處理的玉米產(chǎn)量沒有顯著下降。有研究指出，在單一輪作模式下，與常規(guī)施氮處理（270 kg/hm2）相比，氮肥減量50%對水稻產(chǎn)量的影響不顯著[17]。在蔬菜上，也有研究指出，在常規(guī)施氮水平下，氮肥減量10%～20%，可提高胡蘿卜、花椰菜等蔬菜的產(chǎn)量[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，在常規(guī)施用磷鉀肥的基礎(chǔ)上，普通尿素習(xí)慣施用量減少10%～20%及等量控釋尿素減少20%對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素影響不大，而普通尿素習(xí)慣施用量減少30%對小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響較大，產(chǎn)量減少3.8%。這與吳光磊等[19]研究發(fā)現(xiàn)“氮肥減量20%（225 kg/hm2）以內(nèi)不會(huì)對小麥產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響”的結(jié)果相一致。

近年來，對小麥的成本收益效率的評價(jià)一直是國內(nèi)外研究人員和農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中關(guān)注的焦點(diǎn)問題[20]。農(nóng)戶在在小麥種植過程中需要多種要素的投入，如種子、肥料、灌溉和機(jī)械等要素，成本種類眾多。如今，河南省小麥生產(chǎn)成本不斷上升，嚴(yán)重地影響了農(nóng)民種糧的積極性。降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)收益已經(jīng)成為河南省小麥生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急[21]。蔡海燕等[22]研究認(rèn)為，在成本構(gòu)成之中，肥料投入對產(chǎn)量的影響最高。李文軒等[23]研究認(rèn)為，當(dāng)土壤養(yǎng)分不足的情況下，施用化肥能使作物顯著增產(chǎn)，但是近年來農(nóng)戶對耕地多年連續(xù)使用化肥，土壤養(yǎng)分能夠滿足作物的需求，肥料對作物增產(chǎn)的效果越來越低。目前，有研究指出，在高肥力地塊，減氮5%～10%，可以提高小麥產(chǎn)量[24]。

本研究在大田試驗(yàn)條件下，通過分析減量施氮肥對2個(gè)不同冬小麥品種的產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，在常規(guī)施用磷鉀肥的基礎(chǔ)上，普通尿素習(xí)慣施用量減少10%～20%及等量控釋尿素減量20%不僅不會(huì)造成2個(gè)品種小麥大幅度減產(chǎn)，反而還會(huì)增加產(chǎn)投比，提高小麥經(jīng)濟(jì)效益，尤其以控釋尿素減量20%效益增加最大；而普通尿素習(xí)慣施用量減少30%對2個(gè)品種小麥的產(chǎn)量、收入和效益可造成較大幅度的減少。建議在小麥生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)各生態(tài)區(qū)土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況，重視氮肥的施用。普通尿素習(xí)慣施用量減少10%～20%及等量控釋尿素減量20%的氮肥減量施用技術(shù)是一項(xiàng)投入少、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的施肥技術(shù)。