不同施氮處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量及氮肥利用率相關(guān)指標(biāo)的影響

胡斌，孫可心，李林，李升東，薛艷芳，傅曉巖，朱培豐，霍瑞風(fēng)，劉延生

（1.山東省土壤肥料總站，山東 濟(jì)南 250100；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安 271018；3.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，山東濟(jì)南 250100；4.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所，山東 濟(jì)南 250100；5.山東谷豐源生物科技集團(tuán)有限公司，山東聊城 252300）

施肥是提高糧食產(chǎn)量的主要措施之一。自20世紀(jì)50年代化肥引入我國后，其逐步取代有機(jī)肥料成為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的主要方式。我國作為化肥生產(chǎn)及消費(fèi)大國，自1984年以來化肥用量連年增加，至20世紀(jì)末平均用量達(dá)400 kg／hm2，氮素盈余達(dá) 579.4萬噸，氮肥過量施用尤為嚴(yán)重。2006—2016年我國糧食產(chǎn)量增加27%，單產(chǎn)增加31.7%，但同期氮肥施用量卻增加93.6%。研究表明，過量施用氮肥會(huì)導(dǎo)致小麥抗倒伏能力、病蟲害抗性及產(chǎn)量下降［1，2］。常年過量施用氮肥導(dǎo)致耕地養(yǎng)分失衡、土壤酸化、土壤生物多樣性降低及土壤生產(chǎn)力下降；土壤氮素大量進(jìn)入環(huán)境引起的地下水、地表水及大氣環(huán)境污染等問題得到日益廣泛的關(guān)注?？梢?，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上推廣實(shí)行氮肥減量技術(shù)對(duì)提高產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益、降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、發(fā)展農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)均具有至關(guān)重要的意義。我國農(nóng)業(yè)科研人員在氮肥減量技術(shù)方面進(jìn)行了大量研究并取得豐碩成果，其中一次性施用控釋肥從可操作性及產(chǎn)量上均取得理想效果［3-7］。不同地區(qū)、氣候條件、肥料用量、肥料類型、小麥品種等均是影響產(chǎn)量結(jié)果的重要因素。本研究以山東省主推小麥品種濟(jì)麥22為供試材料，在山東省泰安市肥城實(shí)驗(yàn)站設(shè)置減量施氮及不同控釋尿素處理，探討不同氮肥用量及控釋尿素類型對(duì)小麥產(chǎn)量的影響，以期為該地區(qū)小麥高產(chǎn)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在肥城實(shí)驗(yàn)站（116.81°E，36.14°N）進(jìn)行。供試小麥品種為濟(jì)麥22。土壤類型為褐土，主要肥力指標(biāo)：有機(jī)質(zhì)含量10.6 g／kg、速效氮89 mg／kg、速效磷 32 mg／kg和速效鉀 127 mg／kg。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以不施氮肥為對(duì)照，設(shè)5個(gè)施氮量處理（見表1），重復(fù)3次。播種前，除控釋肥處理（F4b、F4c和F4d）外，其余各處理施用 P2O590 kg／hm2、K2O 90 kg／hm2作基肥，一次性施入。

播種密度為基本苗270萬株／hm2，等行距播種，行距 23.5 cm。小區(qū)面積72 m2（6 m×12 m）。2018年10月1日播種，2019年6月3日收獲。

表1 試驗(yàn)處理

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 生物量及待測(cè)樣品制備 收獲期各處理均隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株10株，拔單株剪掉根部，清理泥土后，105℃殺青30 min，65℃下烘至恒重，百分之一天平稱重，記錄。然后整株粉碎：先初步粗略粉碎，然后隨機(jī)取樣后細(xì)粉，過0.25 mm篩備用。

1.2.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 成熟時(shí)，各處理小麥隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的5 m雙行，數(shù)2個(gè)1 m行長(zhǎng)的穗數(shù)，然后隨機(jī)測(cè)定20個(gè)穗的穗粒數(shù)。收獲5 m雙行后風(fēng)干、脫粒，測(cè)定籽粒總產(chǎn)量，然后各隨機(jī)選取3個(gè)200粒測(cè)定重量，最終折算成含14%水分的籽粒產(chǎn)量和千粒重，并折算成公頃產(chǎn)量。

1.2.3 葉綠素含量測(cè)定 采用手持葉綠素儀分別在開花期（4月26日）和灌漿期10（5月9日）、20（5月19日）、25（5月24日）、27（5月26日）、29（5月28日）、30（5月29日）、31天（5月30）測(cè)定旗葉的SPAD值，測(cè)定15個(gè)單株主莖，每片葉測(cè)3次，取平均值。

1.2.4 莖稈強(qiáng)度測(cè)定 5月30日，采用DDY-2植物莖稈強(qiáng)度測(cè)定儀折斷式測(cè)定法測(cè)定，各處理分別隨機(jī)測(cè)定3個(gè)單株所有單莖的莖稈強(qiáng)度，取平均值。

1.2.5 地上部氮素含量測(cè)定 樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮儀測(cè)定。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，SPSS軟件進(jìn)行方差分析，LSD法檢驗(yàn)差異顯著性水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2可以看出，隨著施氮量逐漸遞增，F(xiàn)1、F2、F3和F4a處理的籽粒產(chǎn)量呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，但再進(jìn)一步增加，F(xiàn)5和F6處理的產(chǎn)量下降，分別比F4a處理降低3.3%和1.7%。F1處理產(chǎn)量最低，F(xiàn)3和F6處理產(chǎn)量無顯著差異。

優(yōu)化施氮量180 kg／hm2的4個(gè)處理產(chǎn)量整體高于其他處理，其中F4b和F4c的小麥籽粒產(chǎn)量均顯著高于其他處理，分別比F4a處理高17.3%和13.4%，比熱固樹脂尿素F4d處理高13.3%和9.5%，比不施氮 F1處理高45.9%和41.0%。4個(gè)優(yōu)化處理的穗數(shù)和穗粒數(shù)整體處于較高水平，但是千粒重整體偏低。F4b和F4c處理的穗粒數(shù)最高，但與等氮量的尿素F4a處理無顯著差異，顯著高于等氮量的F4d處理。F4d處理的穗數(shù)最高，與F4a、F4b和F4c差異不顯著。

表2 不同施氮處理冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素

2.2 不同施氮處理對(duì)小麥灌漿期旗葉葉綠素SPAD值的影響

由圖1可以看出，小麥旗葉葉綠素含量在灌漿最后幾天迅速下降；不同氮肥處理對(duì)維持旗葉葉綠素含量有明顯差異；氮素供應(yīng)水平的增加對(duì)于維持旗葉葉綠素含量有顯著影響，快速下降明顯延后。優(yōu)化施氮量180 kg／km2的4個(gè)處理以及234 kg／km2的F5處理旗葉葉綠素含量快速下降時(shí)間延后1～2天，5月28日才開始顯著下降，其他常規(guī)施肥處理的旗葉葉綠素SPAD值在5月26日即開始顯著下降。

圖1 不同氮肥處理小麥灌漿期旗葉葉綠素SPAD值的動(dòng)態(tài)變化

2.3 不同施氮處理下小麥成熟期莖稈強(qiáng)度的差異

由圖2可以看出，不同施氮處理成熟期小麥莖稈強(qiáng)度存在顯著差異，隨著施氮量的增加，莖稈強(qiáng)度出現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，多項(xiàng)式方程擬合決定系數(shù)R2達(dá)到0.9123。優(yōu)化施肥處理的莖稈強(qiáng)度顯著增加，其中F4a、F4b和F4c處理的莖稈強(qiáng)度均顯著高于所有非優(yōu)化施肥處理。

圖2 不同施氮處理小麥成熟期莖稈強(qiáng)度

2.4 不同施氮處理對(duì)小麥地上部生物量及氮素累積量的影響

不同施氮處理下濟(jì)麥22的生物量與產(chǎn)量呈現(xiàn)出相似規(guī)律，即優(yōu)化施肥的3個(gè)包膜尿素處理F4b、F4c和F4d地上部生物量均高于其他處理。其中，F(xiàn)4b和F4c處理的生物量分別比F4a處理顯著提高12.1%和14.7%；比F4d處理高3.1%和5.5%；比不施肥的F1處理顯著提高59.8%和63.5%。隨著施氮量增加，濟(jì)麥22地上部氮含量逐漸增加，施氮量為126 kg／hm2的 F3及 F4、F5處理地上部氮素含量均無顯著差異，F(xiàn)6處理地上部氮含量最高，與其他處理差異達(dá)顯著水平。F4b、F4c和F4d處理的氮素累積量均顯著高于其他處理。

表3 不同施氮處理的小麥地上部生物量、氮含量及氮素累積量

2.5 不同施氮處理對(duì)小麥氮肥利用率的影響

由圖3可以看出，隨著施氮量的增加，常規(guī)尿素處理氮肥利用率有逐漸下降趨勢(shì)，優(yōu)化施肥處理的3個(gè)包膜尿素處理F4b、F4c和F4d的氮肥利用效率顯著高于 F4a，分別比 F4a處理提高73.91%、77.75%和 51.92%。F4a、F4b、F4c和F4d 4個(gè)優(yōu)化施肥處理的氮肥利用率分別比高施肥量的 F6處理提高 34.83%、134.48%、139.66%和104.83%。

圖3 不同施氮處理的小麥氮肥利用率

3 討論

氮素是影響作物產(chǎn)量的首要因素，在一定用量范圍內(nèi)，小麥各干物質(zhì)量隨施氮量的增加而增加［8］。合理的施氮量是小麥實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效的重要舉措［9］。當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上所用氮肥以尿素為主，但長(zhǎng)期不合理的大量施用，不僅造成浪費(fèi)，還會(huì)導(dǎo)致水體污染和土壤酸化［10］。本研究中，當(dāng)施氮量在180 kg／hm2以下時(shí)，冬小麥籽粒產(chǎn)量和地上部生物量均隨施氮量的增加呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，180 kg／hm2時(shí)達(dá)到最大值，繼續(xù)增加用量，籽粒產(chǎn)量和地上部生物量開始下降。這與周潔等［11］的研究結(jié)果類似。

施氮量180 kg／hm2時(shí)，施用硫加樹脂尿素、樹脂尿素和熱固樹脂尿素均能獲得更高產(chǎn)量，并且硫加樹脂尿素處理能獲得最高產(chǎn)量，樹脂尿素處理能獲得最高生物量。熱固樹脂尿素的肥效減弱，產(chǎn)量和生物量均不同程度降低?？梢姡デ耙淮涡允┯昧蚣訕渲蛩?、樹脂尿素控釋肥且控制施氮量在180 kg／hm2時(shí)，冬小麥產(chǎn)量可顯著提高。

氮肥對(duì)小麥產(chǎn)量的調(diào)控是一個(gè)極其復(fù)雜的過程。從本研究結(jié)果看，F(xiàn)4b和F4c處理（硫加樹脂尿素和樹脂尿素處理）高產(chǎn)量的出現(xiàn)伴隨著旗葉衰老的延緩、莖稈質(zhì)量以及氮肥利用率的提高；從產(chǎn)量三要素來看，F(xiàn)4b和F4c兩個(gè)處理增加了濟(jì)麥22的穗數(shù)和穗粒數(shù)，但是降低了千粒重?？梢?，硫加樹脂尿素和樹脂尿素引起濟(jì)麥22增產(chǎn)的原因是多方面的。隨著施氮量的增加，常規(guī)尿素處理F6（250 kg／hm2）的小麥產(chǎn)量卻與 F2（72 kg／hm2）、F3（126 kg／hm2）、F4a（180 kg／hm2）和F5（234 kg／hm2）無顯著差異，但其氮肥利用率急劇下降到29.0%，莖稈強(qiáng)度也顯著低于F4及F5處理，最終可能導(dǎo)致倒伏風(fēng)險(xiǎn)增加。

4 結(jié)論

優(yōu)化施氮量180 kg／hm2的硫加樹脂尿素和樹脂尿素處理均能在泰安肥城地區(qū)獲得濟(jì)麥22的高產(chǎn)，兩處理均能顯著延緩灌漿后期旗葉衰老，增強(qiáng)莖稈強(qiáng)度并提高氮肥利用率。因此本試驗(yàn)條件下，180 kg／hm2純氮用量的硫加樹脂尿素和樹脂尿素適合當(dāng)?shù)赝寥罈l件及小麥高產(chǎn)栽培。