寧夏引黃灌區(qū)春小麥氮磷鉀需求及化肥減施潛力

王西娜，于金銘，譚軍利，張佳群，魏照清，王朝輝

寧夏引黃灌區(qū)春小麥氮磷鉀需求及化肥減施潛力

王西娜1，于金銘1，譚軍利2，張佳群1，魏照清1，王朝輝3

（1寧夏大學農(nóng)學院，銀川 750021；2寧夏大學土木與水利工程學院，銀川 750021；3西北農(nóng)林科技大學資源與環(huán)境學院，陜西楊凌 712100）

【】明確寧夏引黃灌區(qū)春小麥氮、磷、鉀肥的施用現(xiàn)狀及需求情況，為合理施肥和科學減施化肥提供理論依據(jù)。通過農(nóng)戶調查和田間小區(qū)試驗，分析寧夏引黃灌區(qū)春小麥產(chǎn)量水平及氮、磷、鉀肥施用情況，闡明不同氮、磷、鉀水平對春小麥產(chǎn)量構成及氮、磷、鉀養(yǎng)分需求的影響。農(nóng)戶調查結果表明，寧夏引黃灌區(qū)春小麥產(chǎn)量平均為（6 985±867）kg·hm-2，偏高產(chǎn)及高產(chǎn)農(nóng)戶比例達82.7%；隨著產(chǎn)量水平提高，氮、磷肥施用量和過量施肥量均呈降低趨勢，鉀肥施用量總體不足。平均來看，氮、磷、鉀施用量分別為294、162和49 kg·hm-2；97.1%的農(nóng)戶氮肥投入過量，過量施氮量為69—114 kg·hm-2；20.5%的農(nóng)戶磷肥投入過量，過量施磷量為18—42 kg·hm-2；鉀肥投入總體不足，比推薦施鉀量少30—51 kg·hm-2。氮肥試驗結果表明，當施氮量在120—240 kg·hm-2時，地上部生物量、籽粒產(chǎn)量、收獲指數(shù)、穗粒數(shù)均顯著增加，并在施氮量180 kg·hm-2時達到最高，此時籽粒吸氮量、吸磷量和吸鉀量亦達到最大，分別為168.2、23.9和23.2 kg·hm-2；隨施氮量增加，氮收獲指數(shù)無顯著變化，平均值為56.5%，磷收獲指數(shù)呈增加趨勢，鉀收獲指數(shù)表現(xiàn)為下降趨勢。施氮180 kg·hm-2時，春小麥氮素需求量達45.8 kg·Mg-1，比對照增加19.6%；磷需求量從不施氮的6.0 kg·Mg-1顯著降到高量施用氮肥（240 kg·hm-2）的5.3 kg·Mg-1，而鉀需求量則從42.6 kg·Mg-1增加到49.7 kg·Mg-1。磷肥試驗結果顯示，施用磷肥時春小麥千粒重和收獲指數(shù)明顯增加，但地上部生物量和穗粒數(shù)均明顯降低，因此籽粒產(chǎn)量無明顯差異，平均為5 446 kg·hm-2。施用磷肥可顯著提高籽粒吸氮量、氮素收獲指數(shù)和氮素需求量，平均值分別為141.6 kg·hm-2、54.5%和25.9 kg·Mg-1，分別比不施磷肥提高28.6%、27.9%、26.2%；施用磷肥亦可促進磷素向籽粒轉移并提高磷收獲指數(shù)，籽粒吸磷量和磷收獲指數(shù)分別比不施磷肥提高15.9%和15.2%，磷需求量呈增加趨勢，但未達顯著水平。 鉀需求量隨施磷量增加顯著降低，從不施磷的68.1 kg·Mg-1降到施磷120 kg·hm-2的49.7 kg·Mg-1。鉀肥試驗結果發(fā)現(xiàn)，施鉀量對生物量，籽粒產(chǎn)量，收獲指數(shù)，每公頃穗數(shù)，籽粒氮、磷、鉀含量均無顯著影響，但高量施鉀（75 kg·hm-2）可顯著減少穗粒數(shù)，增加千粒重和氮、磷、鉀收獲指數(shù)，穗粒數(shù)比對照下降9.1%，千粒重比對照增加7.6%，氮、磷、鉀收獲指數(shù)分別可達57.2%、73.5%、7.3%。施鉀60 kg·hm-2時，氮、磷、鉀需求量均達最高，分別為55.3、5.5、57.6 kg·Mg-1，而高量施鉀（75 kg·hm-2）時，氮和鉀需求量顯著降低20.6%和13.7%?？梢娺m量施鉀可提高氮、鉀需求量，而高量施鉀則降低氮、鉀需求量。減少氮肥、調控磷肥、適當增加鉀肥依然是寧夏引黃灌區(qū)春小麥化肥結構調整的主要方向。春小麥氮需求量為38.3—57.2 kg·Mg-1，在適量施用氮、磷、鉀肥時可顯著增加；磷需求量為5.1—6.0 kg·Mg-1，隨氮肥用量增加而降低，對磷、鉀肥無顯著響應；鉀需求量為42.6—68.1 kg·Mg-1，隨施氮量增加呈升高趨勢，隨施磷量增加呈降低趨勢，在高量施鉀時顯著降低。推薦氮肥適宜用量為120—180 kg·hm-2，比農(nóng)戶平均施氮量減少25%—60%；磷肥用量在48—96 kg·hm-2時，更有利于穩(wěn)定春小麥產(chǎn)量并促進氮、磷向籽粒的轉移，比農(nóng)戶平均用量減少40.7%—70.3%；鉀肥用量在0—60 kg·hm-2時可穩(wěn)產(chǎn)增質，在現(xiàn)有施肥水平上適量增加即可。

春小麥；氮；磷；鉀；收獲指數(shù)；吸收量；需求量；寧夏引黃灌區(qū)

0 引言

【研究意義】引黃灌區(qū)是寧夏的主要糧食產(chǎn)區(qū)，春小麥是寧夏引黃灌區(qū)的主要糧食作物之一，對寧夏回族自治區(qū)的糧食貢獻率在30%以上，對保障寧夏糧食安全方面具有重要意義。施肥是提高糧食產(chǎn)量的主要措施之一，在寧夏，肥料對糧食產(chǎn)量的貢獻份額平均為50%—52%，其中施用化肥所增產(chǎn)的糧食占當年糧食總產(chǎn)量的30.2%—51.2%[1]。然而，寧夏引黃灌區(qū)在小麥生產(chǎn)中普遍存在化肥施用不平衡及投肥結構不合理現(xiàn)象。據(jù)趙營等[2]調查發(fā)現(xiàn)，2011—2013年間寧夏引黃灌區(qū)春小麥N、P2O5、K2O平均用量分別為357.0、182.7、33.4 kg·hm-2，氮肥和磷肥投入過量的農(nóng)戶分別占86.4%和44.6%，而83.3%的農(nóng)戶鉀肥投入嚴重不足。同時，養(yǎng)分投入以化肥為主，化肥中N、P2O5、K2O施用量分別占總施肥量的96.6%、98.0%和79.0%；在肥料施用時期上，氮肥的基追比大約為6﹕4；磷肥以基肥和種肥為主，鉀肥幾乎全部通過基肥施入。重化肥輕有機肥，重氮肥輕鉀肥，重基肥輕追肥是寧夏引黃灌區(qū)春小麥肥料運籌中存在的主要問題。不合理施肥不但為春小麥生產(chǎn)帶來了經(jīng)濟效益下降、產(chǎn)量不穩(wěn)、倒伏、病蟲害等一系列問題，而且導致了農(nóng)業(yè)的面源污染，而科學合理施肥是春小麥高產(chǎn)優(yōu)質高效和實現(xiàn)化肥減施的關鍵。因此，明確目前寧夏引黃灌區(qū)春小麥氮、磷、鉀肥施用狀況和春小麥對氮、磷、鉀的需求情況，是進行合理施肥和制定化肥減施策略的主要所在，也是保障春小麥高產(chǎn)優(yōu)質高效的主要途徑?！厩叭搜芯窟M展】氮、磷、鉀肥的合理運籌能促進春小麥生長，形成合理的群體結構，促進干物質和養(yǎng)分向籽粒轉移，進而提高籽粒產(chǎn)量和品質。王旭等指出[3]，西北麥區(qū)的化肥偏生產(chǎn)力達23.9 kg·kg-1，農(nóng)學效率為9.7 kg·kg-1，化肥對小麥的貢獻率達43.6%。田生昌等[4]在寧夏平羅研究發(fā)現(xiàn)，氮、磷、鉀肥對春小麥的增產(chǎn)率表現(xiàn)為氮肥＞磷肥＞鉀肥，春小麥最高產(chǎn)量（5 231.5 kg·hm-2）時的N、P2O5、K2O施肥量分別為258、173、22 kg·hm-2，比例為1﹕0.67﹕0.08。大量研究表明，氮、磷、鉀對春小麥產(chǎn)量的影響符合報酬遞減律，即適量施肥可提高產(chǎn)量，過量施肥則導致產(chǎn)量降低。李志宏等[5]對內(nèi)蒙春小麥進行了氮磷二元二次方程擬合，計算出春小麥最高產(chǎn)量施氮量和施磷量分別為184.6—213.6 kg·hm-2和84.0—106.0 kg·hm-2，最佳施氮量和施磷量分別為158.8—187.8 kg·hm-2和71.9—94.4 kg·hm-2。在灌溉條件下，春小麥達到高產(chǎn)的適宜K2O用量為88 kg·hm-2[6]，而中低肥力條件下，施K2O為45—75 kg·hm-2時可同時提高小麥產(chǎn)量和品質[7]。春小麥對氮、磷、鉀的吸收亦受施肥量影響。鄭國琴等[8]研究提出，寧夏引黃灌區(qū)施氮量為330 kg·hm-2，N﹕P2O5﹕K2O比例為 1﹕0.45﹕0.19時，春小麥籽粒產(chǎn)量和蛋白質產(chǎn)量達到最佳。何文壽等[9]研究了寧夏引黃灌區(qū)春小麥不同生育時期對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收，發(fā)現(xiàn)每形成100 kg籽粒產(chǎn)量吸收氮、磷、鉀數(shù)量分別為氮（N）2.85 kg、磷（P2O5）1.0 kg、鉀（K2O）3.76 kg；春小麥地上部分對氮、磷、鉀吸收量分別為281.9、42.4、272.7 kg·hm-2。與不施氮磷鉀肥相比，施N 225 kg·hm-2、P2O5120 kg·hm-2、K2O 60 kg·hm-2時，植株地上部分吸收的氮、磷、鉀可分別提高190.6%、171.8%和93.1%[4]。趙營等[10]的試驗結果顯示，與常規(guī)施肥（施N315 kg·hm-2、施P2O5180 kg·hm-2）相比，優(yōu)化施肥條件下（氮肥減少28.6%，磷肥減少33.3%，施鉀肥60 kg·hm-2），春小麥產(chǎn)量地上部分和籽粒對氮素吸收量并沒有顯著降低。小麥對氮、磷、鉀需求量還因地區(qū)、品種、產(chǎn)量水平而異。車升國等[11-12]發(fā)現(xiàn)，小麥籽粒需氮量和需磷量均隨其產(chǎn)量水平提高呈增加趨勢。黃倩楠等[13]調研了中國春麥、旱作、麥玉和稻麥 4 個典型種植區(qū)域農(nóng)戶小麥氮磷鉀養(yǎng)分需求量與產(chǎn)量的關系，發(fā)現(xiàn)小麥對氮、磷、鉀的需求量隨產(chǎn)量增加呈降低趨勢，其中春小麥N、P2O5、K2O需求量分別為28.6、4.5、26.5 kg·Mg-1?！颈狙芯壳腥朦c】前人對春小麥氮磷鉀需求量的研究大都基于統(tǒng)一氮、磷、鉀用量或者含某一種養(yǎng)分的肥料施用對該養(yǎng)分需求量的影響，而對不同肥料及不同施肥量下春小麥氮、磷、鉀的需求量缺少系統(tǒng)分析和研究。【擬解決的關鍵問題】基于寧夏引黃灌區(qū)的農(nóng)戶調查，明確春小麥生產(chǎn)中氮、磷、鉀肥施用現(xiàn)狀，并通過田間試驗研究氮、磷、鉀肥用量對春小麥產(chǎn)量和氮、磷、鉀吸收利用的影響，為該區(qū)氮磷鉀化肥合理施用和科學減施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

寧夏引黃灌區(qū)以青銅峽水利樞紐為界，分為上游的衛(wèi)寧灌區(qū)和下游的青銅峽灌區(qū)。灌區(qū)海拔1 100— 1 300 m，平均氣溫8—9℃，作物生長季4—9月≥10℃積溫為3 200—3 400℃，太陽輻射達5 860—6 100 MJ·m-2·a-1，年均日照時間2 800—3 100 h，無霜期164 d，年均蒸發(fā)量1 100—1 600 mm，年均降水量180—200 mm，60%—70%的降水集中在7、8、9三個月。土壤類型主要為灌淤土、鹽漬土、淡灰鈣土。根據(jù)《2018年度寧夏回族自治區(qū)耕地質量監(jiān)測報告》[14]：灌區(qū)耕地土壤各養(yǎng)分平均含量分別為全鹽0.126%、有機質13.80 g·kg-1、全氮0.82 g·kg-1、有效磷27.07 mg·kg-1、速效鉀172.78 mg·kg-1。

田間小區(qū)試驗位于永寧縣楊和鎮(zhèn)寧夏大學實驗農(nóng)場，年均≥10℃積溫3 300℃，無霜期140—160 d，平均日照時數(shù)3 000 h，日溫差13℃，年降水量180—200 mm，年均氣溫8.5℃。土壤為灌淤土，耕層（0—20 cm）土壤基本理化性狀為：容重1.16 g·cm-3，pH 8.60，EC1.50.22 mS·cm-1，有機質10.50 g·kg-1，全氮0.81 g·kg-1，全磷0.69 g·kg-1，礦質態(tài)氮27.20 mg·kg-1，速效磷9.65 mg·kg-1，速效鉀182.25 mg·kg-1。2018年試驗區(qū)年降水量為256.3 mm，其中小麥生育期（3—6月）的降水量為55 mm；月降水量、月平均最高氣溫和最低氣溫見圖1。

圖1 2018年永寧縣月降水量、月平均最高氣溫和最低氣溫

1.2 農(nóng)戶調研

通過多點隨機抽樣方法于2018年和2019年連續(xù)在永寧縣和吳忠市開展農(nóng)戶調查，采用問卷搜集春小麥種植面積、品種、產(chǎn)量、種植方式等以及肥料種類、品種、用量、施肥時期、施肥方式等信息，兩年分別調查了118戶和125戶。

1.3 田間試驗

1.3.1 試驗設計 2018年3—7月在位于寧夏永寧縣楊和鎮(zhèn)的寧夏大學實驗農(nóng)場開展了氮肥、磷肥和鉀肥用量田間試驗，具體試驗處理見表1。每處理重復3次，小區(qū)面積9 m×7 m=63 m2，隨機區(qū)組排列，各小區(qū)間起壟，壟寬50 cm，高30 cm。氮肥播前施用60%，苗期（4月25日）16%，拔節(jié)期（5月15日）24%；磷、鉀肥于播前一次性施入。

供試春小麥品種為寧春4號。供試肥料包括尿素（含氮46%）、復合肥（24-10-6）、二銨（18-46-0）、氯化鉀（含K2O 60%）、重過磷酸鈣（含P2O546%）。

1.3.2 田間管理 2018年3月11日進行頂凌播種，機械條播，窄行15 cm，寬行25 cm，播種量為375 kg·hm-2。水源為黃河水，采用大水漫灌方式，分別于4月25日、5月15日、6月25日灌水900 m3·hm-2，另外在2017年11月上旬進行了冬灌，灌水量為1 200 m3·hm-2。4月20日人工噴施唑草酮和苯磺隆進行除草，6月10日采用無人機噴施聯(lián)苯菊酯、吡蟲啉防治蚜蟲。

1.3.3 樣品采集與測定 2018年7月10日進行春小麥收獲計產(chǎn)和樣品采集。采用樣方法進行計產(chǎn)，即每小區(qū)隨機選擇1 m×1 m的3個樣方，采集地上部分，分別稱量總鮮重，然后晾干、統(tǒng)計穗數(shù)、脫粒、計產(chǎn)。同時采集3段1 m的考種樣品，測量生物量、干物質、穗粒數(shù)、千粒重，然后分器官（莖葉、穎殼、籽粒）在65℃烘干，計算水分和干物質含量，然后粉碎。粉碎后的樣品用來測定全氮、全磷和全鉀含量，樣品經(jīng)硫酸-雙氧水消解后，全氮用凱氏定氮法測定，全磷用釩鉬藍比色法測定，全鉀用火焰光度計測定。

1.4 數(shù)據(jù)計算和統(tǒng)計分析

1.4.1 產(chǎn)量等級劃分 參考馬玉蘭編寫的《寧夏測土配方施肥技術》[15]及黃倩楠等[13]的產(chǎn)量等級劃分方法對寧夏引黃灌區(qū)春小麥進行產(chǎn)量水平分級。以5 250— 6 000 kg·hm-2為適中產(chǎn)量，按750—1 500 kg·hm-2的上下變動分出低、偏低、適中、偏高和高5個等級，分別為：低＜4 500 kg·hm-2、偏低4 500—5 250 kg·hm-2、中5 250—6 000 kg·hm-2、偏高6 000—7 500 kg·hm-2、高＞7 500 kg·hm-2。

1.4.2 推薦施肥標準 氮、磷、鉀推薦施肥標準引自馬玉蘭編寫的《寧夏測土配方施肥技術》[15]，見表2。

1.4.3 相關指標計算公式

（1）地上部養(yǎng)分吸收量（kg·hm-2）=[籽粒養(yǎng)分含量（%）×籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2）+莖葉養(yǎng)分含量（%）×莖葉干物質量（kg·hm-2）+穎殼養(yǎng)分含量（%）×穎殼干物質量（kg·hm-2）]/1000；

（2）養(yǎng)分需求量（kg·Mg-1）=地上部養(yǎng)分吸收量（kg·hm-2）/籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2）×1000；

（3）收獲指數(shù)（%）=籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2）/地上部干物質量（kg·hm-2）×100；

（4）養(yǎng)分收獲指數(shù)（%）=籽粒養(yǎng)分吸收量（kg·hm-2）/地上部養(yǎng)分吸收量（kg·hm-2）×100。

表1 試驗處理及其施肥量

表2 寧夏引黃灌區(qū)春小麥氮、磷、鉀施肥量分級標準

1.4.4 數(shù)據(jù)處理軟件

采用Microsoft Excel 2007 和DPS軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結果

2.1 寧夏引黃灌區(qū)春小麥施肥現(xiàn)狀分析（2018—2019年）

243個農(nóng)戶調研結果顯示（表3），春小麥產(chǎn)量水平總體較高，但農(nóng)戶之間依然存在較大差異。偏高產(chǎn)和高產(chǎn)農(nóng)戶比例分別達57.61%和25.10%，而低產(chǎn)和偏低產(chǎn)農(nóng)戶僅占2.06%和6.17%，平均產(chǎn)量為（6 985± 867）kg·hm-2，處于偏高產(chǎn)范圍。與不同產(chǎn)量等級所對應的氮、磷、鉀投入水平變化較大（表3）。所有低產(chǎn)水平農(nóng)戶氮、磷投入過量，而鉀肥投入量不足。氮肥平均施用量達392 kg·hm-2，比推薦用量（180—225 kg·hm-2）高167—212 kg·hm-2；磷肥的比推薦用量（120—180 kg·hm-2）高48—108 kg·hm-2；而鉀肥的則比推薦用量（79.5—100.5 kg·hm-2）少17—38 kg·hm-2。從平均值來看，寧夏引黃灌區(qū)春小麥氮、磷、鉀肥平均投入量分別為294、162和49 kg·hm-2，三者比例為1﹕0.55﹕0.17；97.1%農(nóng)戶氮肥投入過量，20.2%磷肥投入過量，鉀肥總體投入不足?？梢?，減少氮肥、調控磷肥、適當增加鉀肥是該區(qū)春小麥化肥結構調整的主要方向。

2.2 氮肥用量對春小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構成與氮磷鉀吸收及需求的影響

2.2.1 氮肥用量對春小麥生物量、籽粒產(chǎn)量及其構成因素的影響 氮肥用量大于120 kg·hm-2時，春小麥地上部生物量、籽粒產(chǎn)量、收獲指數(shù)顯著增加（＜0.05），并且籽粒產(chǎn)量的提高主要歸功于穗粒數(shù)的增加（表4）。施氮量在180 kg·hm-2時，春小麥地上部生物量、籽粒產(chǎn)量和穗粒數(shù)均達最高，前兩者分別比不施氮提高37.9%和44.7%，穗粒數(shù)平均增加5.4粒。如果以施氮240 kg·hm-2作為常規(guī)施氮量，當?shù)蕼p少25%時，籽粒產(chǎn)量反而提高15.67%，當?shù)蕼p少50%時，籽粒產(chǎn)量亦無顯著降低；與農(nóng)戶調查的平均施氮量294 kg·hm-2相比，則氮肥可減少38.7%—59.2%?？梢姡壳皩幭囊S灌區(qū)春小麥的氮肥減施潛力為25%—60%。

2.2.2 氮肥用量對春小麥籽粒氮、磷、鉀吸收量和需求量的影響 施氮180 kg·hm-2時，籽粒中氮素累積量最高，達168.2 kg·hm-2，比N0增加76.5%。籽粒吸磷量亦在施氮180 kg·hm-2時增加顯著，相對N0處理增加33.5%；磷收獲指數(shù)則是以施氮240 kg·hm-2處理的最高，達73.5%。籽粒吸鉀量以施氮120和180 kg·hm-2處理增加較為顯著，分別比N0提高28.8%和45.0%；鉀收獲指數(shù)則因高量施氮而顯著降低。施氮180 kg·hm-2時，氮素需求量達45.8 kg·Mg-1，比N0增加19.6%；從不施氮到高量施用氮肥（240 kg·hm-2)，磷需求量從6.0 kg·Mg-1顯著降到5.3 kg·Mg-1，鉀需求量則從42.6 kg·Mg-1增加到49.7 kg·Mg-1（表5）?？梢?，適量施氮會增加籽粒吸氮量、吸磷量和吸鉀量，提高氮素需求量；高量施氮降低磷需求量，卻促進磷素向籽粒轉移，增加鉀需求量而抑制鉀素向籽粒轉移。

表3 農(nóng)戶春小麥產(chǎn)量水平及氮、磷、鉀施用量（n=243）

表4 不同施氮量下春小麥生物量、產(chǎn)量、產(chǎn)量構成因素、氮磷鉀養(yǎng)分含量

同一列不同小寫字母表示不同施氮水平之間差異達5%顯著水平。下表同

In same column of a region, different lowercase letters indicate significant differences between means of N rates levels at＜5%. The same as in the below tables

2.3 磷肥用量對春小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構成與氮磷鉀吸收及需求的影響

2.3.1 磷肥用量對春小麥生物量、籽粒產(chǎn)量及其構成因素的影響 隨施磷量增加春小麥生物量呈降低趨勢，收獲指數(shù)呈增加趨勢（表6）。與P0處理相比，施磷120 kg·hm-2時，生物量和籽粒含鉀量分別降低17.4%和11.7%，收獲指數(shù)和籽粒含氮量分別提高5.8個百分點和21.8%。磷肥用量對籽粒產(chǎn)量和每公頃穗數(shù)影響不顯著，每穗粒數(shù)在施磷120 kg·hm-2明顯降低至30粒；千粒重則隨施磷量增加而明顯增加，在施磷120 kg·hm-2時達50.9 g。說明，施用磷肥雖然增加了千粒重，促進了氮素向籽粒轉移，卻因降低了生物量和穗粒數(shù)而不能顯著提高春小麥籽粒產(chǎn)量。

2.3.2 磷肥用量對春小麥籽粒氮、磷、鉀吸收量和需求量的影響 籽粒吸氮量在施磷48 kg·hm-2時高達145.1 kg·hm-2，比不施磷對照提高31.8%；氮素收獲指數(shù)在施磷120 kg·hm-2時可達到57.2%；氮素需求量平均值為47.8 kg·Mg-1，對磷水平的響應不顯著（表7）。可見適量施用磷肥可促進氮素向籽粒轉移，提高氮收獲指數(shù)。適量施用磷肥亦可促進磷素向籽粒轉移并提高磷收獲指數(shù)，但對磷需求量的影響不顯著。施磷48—120 kg·hm-2時，籽粒平均吸磷量和收獲指數(shù)分別為20.9 kg·hm-2和72.5%，分別比對照提高15.9%和15.2%。施用磷肥對籽粒吸鉀量和鉀收獲指數(shù)的影響不顯著，但可顯著降低鉀需求量；不施磷肥時鉀需求量為68.1 kg·Mg-1，施磷48、96和120 kg·hm-2時則分別降低了25.6%、13.5%和27.0%。

表5 不同施氮量下春小麥籽粒氮磷鉀吸收量、需求量及收獲指數(shù)

表6 不同施磷量下春小麥產(chǎn)量、生物量、產(chǎn)量構成因素及養(yǎng)分含量

2.4 鉀肥用量對春小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構成與氮磷鉀吸收利用及需求的影響

2.4.1 鉀肥用量對春小麥生物量、籽粒產(chǎn)量及其構成因素的影響 施鉀量對生物量、籽粒產(chǎn)量、收獲指數(shù)、每公頃穗數(shù)及籽粒的氮、磷、鉀含量均無顯著影響，對穗粒數(shù)有降低作用而對千粒重有增加作用（表8）。施鉀75 kg·hm-2時，穗粒數(shù)比對照下降9.1%，千粒重比對照增加7.6%。可見，施用鉀肥對春小麥產(chǎn)量和籽粒中氮、磷、鉀養(yǎng)分含量的影響較小，但可以促進干物質向籽粒轉移，提高籽粒飽滿度。

2.4.2 鉀肥用量對春小麥不籽粒氮、磷、鉀吸收量和需求量的影響 不同施鉀水平之間籽粒氮、磷、鉀吸收量的差異均不明顯，但高量施鉀可顯著增加氮、磷、鉀收獲指數(shù)（表9）。施鉀量為60 kg·hm-2時，氮、磷、鉀收獲指數(shù)均最低，而氮、磷、鉀需求量均達最高，分別為55.3、57.6和5.5 kg·Mg-1。當施鉀量增加至75 kg·hm-2時，氮、磷、鉀收獲指數(shù)顯著增加，說明高量施鉀促進了植株氮、磷、鉀向籽粒轉移。施鉀75 kg·hm-2時，氮和鉀需求量分別顯著降低20.6%和13.7%，磷需求量無顯著變化。可見，適量施鉀可提高氮、鉀需求量，而高量施鉀則降低氮、鉀需求量。

表7 不同施磷量下春小麥籽粒氮磷鉀吸收量、需求量及收獲指數(shù)

3 討論

3.1 春小麥產(chǎn)量對氮、磷、鉀肥的響應

氮素是植物體內(nèi)許多重要化合物的主要成分，參與植物光合作用和一系列生物化學反應，對作物產(chǎn)量具有重要作用。本研究結果表明，施氮120—180 kg·hm-2時，可顯著增加春小麥生物量、穗數(shù)和穗粒數(shù)，促進干物質向籽粒轉移，從而提高籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)；繼續(xù)增加施氮量，生物量、產(chǎn)量和穗粒數(shù)則呈降低趨勢。這與前人的研究結果基本一致。高傳東等[16]研究指出，施氮量在0—150 kg·hm-2范圍時，兩種春小麥的株高、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重、千粒重及產(chǎn)量均隨施氮量增加而提高，繼續(xù)增施氮肥到200 kg·hm-2時，株高和千粒重反而降低，產(chǎn)量增加也不明顯。聞磊等[17]研究發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量的增加，春小麥的株高、葉面積指數(shù)、干物質積累量、產(chǎn)量等均呈現(xiàn)先增后減的趨勢，施氮180 kg·hm-2和60%田間持水量條件下，小麥穗粒數(shù)和千粒重、干物質累積量及產(chǎn)量均達到最高。楊君林等[18]發(fā)現(xiàn)，與不施氮肥相比，施氮150 kg·hm-2條件下，春小麥莖葉生物量和籽粒產(chǎn)量分別增加了1 367.2和1 985.8 kg·hm-2；而施氮300 kg·hm-2時，籽粒產(chǎn)量顯著降低?？梢?，適量施用氮肥是提高春小麥產(chǎn)量的主要途徑。通過本試驗結果擬合二元一次方程計算出，寧夏引黃灌區(qū)春小麥最高產(chǎn)量和最高產(chǎn)量施氮量分別為6 041和167.3 kg·hm-2，該值低于《寧夏測土配方施肥技術》[15]中推薦的適宜氮肥用量180—225 kg·hm-2，原因可能與試驗區(qū)連年大量施用氮肥以及采用秸稈還田等技術培肥土壤，導致土壤氮素肥力提升有關。

表8 不同施鉀量下春小麥產(chǎn)量、生物量、產(chǎn)量構成因素及養(yǎng)分含量

表9 不同施鉀量下春小麥籽粒氮、磷、鉀吸收量，需求量及收獲指數(shù)

磷參與植物體內(nèi)許多重要化合物的合成及代謝過程，是植物生長不可或缺的元素。本研究結果顯示，隨施磷量的增加，籽粒產(chǎn)量無明顯差異，而春小麥地上部生物量和穗粒數(shù)均明顯降低，千粒重和收獲指數(shù)明顯增加，表明施用磷肥可以促進干物質向籽粒轉移，增加籽粒飽滿度；當施磷量為96—120 kg·hm-2時，籽粒產(chǎn)量和千粒重均較高。該施肥量低于《寧夏測土配方施肥技術》[15]中推薦的春小麥適宜用量120—180 kg·hm-2，但與其他學者的研究結果基本一致。李志宏等[5]研究指出，春小麥最高產(chǎn)量施磷量和最佳施磷量分別為84.0—106和71.9— 94.4 kg·hm-2。張愛平等[19]在寧夏吳忠的試驗結果發(fā)現(xiàn)施用磷肥顯著增加了生物量和籽粒產(chǎn)量，當施磷量為120 kg·hm-2，小麥籽粒產(chǎn)量最高。宋勤璟等[20-21]在新春26號和34號春小麥品種上的研究發(fā)現(xiàn)，在施磷量為0—135 kg·hm-2范圍內(nèi)，小麥總干物質積累、穗粒數(shù)、千粒重和籽粒產(chǎn)量施磷量的增加而增加，超過此范圍則出現(xiàn)下降趨勢。何文壽等[22]對寧夏100個春小麥品種（系）的研究發(fā)現(xiàn)，春小麥籽粒產(chǎn)量和生物學產(chǎn)量均存在基因型差異，且在施磷肥120 kg·hm-2時，均較不施磷肥明顯增加。可見，寧夏引黃灌區(qū)春小麥施磷量以不超過120 kg·hm-2為宜。

鉀素是植物的品質元素，參與滲透調節(jié)、光合作用、物質運輸?shù)榷喾N過程，可提高植物的抗逆性。研究結果表明，在寧夏引黃灌區(qū)，施鉀量對春小麥生物量、籽粒產(chǎn)量、收獲指數(shù)、每公頃穗數(shù)均無顯著影響，對穗粒數(shù)有降低作用而對千粒重有增加作用，說明施用鉀肥可以提高籽粒飽滿度。田生昌等[4]在寧夏平羅研究發(fā)現(xiàn)，氮、磷、鉀肥對春小麥的增產(chǎn)率以鉀肥較低，春小麥最高產(chǎn)量（5 231.5 kg·hm-2）時的鉀肥用量為22 kg·hm-2。黨根友等[7]發(fā)現(xiàn)，中低肥力條件下, 施鉀對春小麥有顯著的增產(chǎn)效果，平均增產(chǎn)幅度為5.4%，施鉀量（K2O）為45—75 kg·hm-2時可同時提高小麥產(chǎn)量和品質。楊開靜等[6]認為，在灌溉條件下不同鉀肥水平下春小麥產(chǎn)量差異不顯著，但是同一氮、磷水平下，隨著施鉀量增加，春小麥產(chǎn)量出現(xiàn)先增后減的拋物線趨勢，滴灌條件下春小麥達到高產(chǎn)的適宜K2O用量為88 kg·hm-2。可見，鉀肥是否有增產(chǎn)效應與生產(chǎn)條件密切相關，但適量施用鉀肥，可提高春小麥產(chǎn)量和品質，寧夏引黃灌區(qū)春小麥施鉀量在0—60 kg·hm-2時可穩(wěn)產(chǎn)增質，過多鉀肥不利于產(chǎn)量提高。

3.2 春小麥籽粒氮、磷、鉀含量及累積量對氮、磷、鉀肥的響應

籽粒中養(yǎng)分含量直接關系到籽粒品質，受外界養(yǎng)分供應和作物生長速度的雙重影響。本研究發(fā)現(xiàn)，施用氮肥對籽粒氮、磷、鉀含量均無顯著影響，但可提高籽粒氮、磷、鉀累積量，三者均在施氮180 kg·hm-2時達到最大；施用磷肥對籽粒氮、磷含量無顯著影響，可顯著降低鉀含量，籽粒吸氮量和吸磷量在施磷48 kg·hm-2時顯著增加，但吸鉀量對磷肥用量無顯著響應；施用鉀肥對籽粒氮、磷、鉀含量和累積量均無顯著影響。這與前人研究結果不盡一致。LIU等[23]研究發(fā)現(xiàn)，施用氮磷肥和氮磷鉀肥均能顯著提高春小麥粗蛋白含量及蛋白質產(chǎn)量。劉克禮等[24-25]指出，植株中氮累積量在施磷180 kg·hm-2時比不施磷增加13%，在施氮300 kg·hm-2比不施氮增加61.9%，施鉀150 kg·hm-2與不施鉀處理無明顯差異。施氮量為150 kg·hm-2時，籽粒吸氮量顯著高于不施氮對照，超過300 kg·hm-2則出現(xiàn)降低趨勢[18]。隨施磷量增加，春小麥氮素累積動態(tài)呈先增加后降低的趨勢, 適量增施磷肥能增加小麥吸氮量[19]。鉀肥可顯著提高春小麥籽粒粗蛋白含量和濕面筋含量[26]。劉克禮等[24-25]和高聚林等[27-28]發(fā)現(xiàn)，高追氮肥時，籽粒全氮、全磷、全鉀含量分別增加22.2%、7.0%和16.3%；高施磷肥時，籽粒全氮、全磷、全鉀含量分別增加27.6%、20.8%和4.3%；高施鉀肥時，籽粒全氮、全鉀含量分別增加3.8%、54.1%，全磷含量無顯著變化?？梢?，氮、磷、鉀肥對籽粒養(yǎng)分的影響因試驗條件而異，在寧夏引黃灌區(qū)適量施用氮肥可增加春小麥籽粒中氮、磷、鉀累積量，適量施磷可增加籽粒中氮、磷累積量，而鉀肥對籽粒中養(yǎng)分累積量的影響不顯著，這有待進一步研究。

3.3 春小麥氮、磷、鉀需求量對氮、磷、鉀肥的響應

小麥養(yǎng)分需求量與施肥量密切相關。本試驗結果表明，適量施氮會顯著增加氮需求量，高量施氮則使磷需求量顯著降低，而鉀需求量顯著增加；施用磷肥對氮、磷需求量無顯著影響，而使鉀需求量顯著降低；適量施用鉀肥會增加氮、鉀需求量，而對磷需求量無顯著影響。在最高產(chǎn)量（6 331 kg·hm-2）時，氮、磷、鉀需求量分別為45.8、5.3、45.4 kg·Mg-1，所對應的氮、磷、鉀施用量分別為180、120、75 kg·hm-2。何文壽等[1]發(fā)現(xiàn)每形成100 kg籽粒產(chǎn)量吸收N、P2O5、K2O的數(shù)量分別為2.85、1.0、3.76 kg。隨氮肥用量增加，需氮量由 20.8 kg·Mg-1升高到 25.7 kg·Mg-1[29]。隨磷肥用量增加，需磷量由 3.8 kg·Mg-1升高到 4.2 kg·Mg-1[30]。隨施鉀量增加，需鉀量由 18.9 kg·Mg-1升高到 21.9 kg·Mg-1[31]。劉克禮等[24]發(fā)現(xiàn)，春小麥籽粒氮、磷、鉀需求量分別為37.5、12.9、29.9 kg·Mg-1，并指出高量施氮、施磷和施鉀均可分別提高籽粒需氮量、需磷量和需鉀量。說明，春小麥對氮、磷、鉀需求量不但受自身養(yǎng)分供應的影響，而且受其他養(yǎng)分用量的影響，同時還與養(yǎng)分之間的配比密切相關，這有待進一步研究。

3.4 春小麥氮、磷、鉀肥減肥對策

寧夏引黃灌區(qū)春小麥生產(chǎn)中，大多數(shù)農(nóng)戶存在氮肥施用過量而鉀肥投入不足問題，部分施用磷、鉀肥的農(nóng)戶亦存在施肥量差異較大的現(xiàn)象。因此，減少氮肥、調控磷肥、適當增加鉀肥依然是寧夏引黃灌區(qū)春小麥化肥結構調整的主要方向。這與趙營等[2]2011年和2012年在該區(qū)的調研結果基本一致。根據(jù)田間試驗結果，氮肥用量對春小麥產(chǎn)量的影響較為明顯，當?shù)适┯昧窟_到120 kg·hm-2時，產(chǎn)量即顯著增加，產(chǎn)量構成因素及氮磷鉀養(yǎng)分含量及轉移量亦顯著增加；當施氮量超過180 kg·hm-2時，產(chǎn)量及其構成因素和養(yǎng)分含量出現(xiàn)下降趨勢，因此，寧夏引黃灌區(qū)推薦氮肥適宜施用量為120—180 kg·hm-2，比生產(chǎn)上施氮量可減施25%—60%。磷、鉀肥對籽粒產(chǎn)量均無顯著影響，但可促進干物質及氮素向籽粒轉移，增加千粒重。磷肥用量在48—96 kg·hm-2時，更有利于穩(wěn)定春小麥產(chǎn)量并促進氮、磷向籽粒轉移，比農(nóng)戶平均用量可減少40.7%—70.3%，鉀肥用量在0—60 kg·hm-2時可穩(wěn)產(chǎn)增質，在現(xiàn)有施肥水平上適量增減即可。

4 結論

適量施氮可顯著提高春小麥籽粒產(chǎn)量及氮、磷、鉀吸收量；施磷肥對籽粒產(chǎn)量無顯著影響，可提高穗粒數(shù)，千粒重及氮、磷吸收量；施鉀肥對籽粒產(chǎn)量及氮、磷、鉀吸收量均無顯著影響，但可提高千粒重。春小麥氮需求量為38.3—57.2 kg·Mg-1，在適量施用氮、磷、鉀肥時可顯著增加；磷需求量為5.1—6.0 kg·Mg-1，隨氮肥用量增加而降低，對磷、鉀肥用量無顯著響應；鉀需求量為42.6—68.1 kg·Mg-1，隨施氮量增加呈升高趨勢，隨施磷量增加呈降低趨勢，在高量施鉀時顯著降低。

減少氮肥、調控磷肥、適當增加鉀肥依然是寧夏引黃灌區(qū)春小麥化肥結構調整的主要方向。該區(qū)春小麥推薦氮肥適宜用量為120—180 kg·hm-2，比生產(chǎn)上可減施25%—60%；磷肥用量在48—96 kg·hm-2時更有利于穩(wěn)定春小麥產(chǎn)量并促進氮、磷向籽粒轉移，比農(nóng)戶平均用量可減少40.7%—70.3%；鉀肥用量在0—60 kg·hm-2時可穩(wěn)產(chǎn)增質，在現(xiàn)有施肥水平上適量增減即可。

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Requirement of Nitrogen, Phosphorus and Potassium and Potential of Reducing Fertilizer Application of Spring Wheat in Yellow River Irrigation Area of Ningxia

WANG XiNa1, YU JinMing1, TAN JunLi2, ZHANG JiaQun1, WEI ZhaoQing1, WANG ZhaoHui3

(1School of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021;2School of Civil and Hydraulic Engineering, Yinchuan 750021;3College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi)

【】The aim of this study was to clarify fertilization and requirement of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) in spring wheat production in Yellow River Irrigation Area of Ningxia (NYRIA), so as to provide a theoretical guide for rational fertilizer reduction and application. 【】Based on the investigation of farmers’ fertilizer application and field fertilization experiments, farmers’ yield levels and N, P, K fertilizer application of spring wheat were analyzed, and the grain yield, yield components, and N, P, K nutrient requirement were investigated. 【】The average spring wheat yield of farmers was (6 985±867) kg·hm-2in NYRIA, and the percentage of high yield farmers was 82.7%. With the increase of yield, the excessive amount of N and P was decreased, and the application rates of K was insufficient. On average, the application rates of N, P and K were 294, 162 and 49 kg·hm-2, respectively, with 97.1% of farmers over applied N by 69-114 kg·hm-2, and 20.5% of farmers over applied P by 18-42 kg·hm-2, while K inputs were generally insufficient with an amount of 30-51 kg·hm-2. The N fertilization experiment showed that shoot biomass, grain yield, harvest index and grain number per ear all increased significantly at N rates of 120-240 kg·hm-2, and all reached the highest at the application of N 180 kg·hm-2. At the same time, the amount of N, P, and K absorbed by the grain also reached to the maximum value of 168.2, 23.9, and 23.2 kg·hm-2, respectively. Nitrogen application showed no significant effect on N harvest index, the average of which was 56.5%, and tended to increase P harvest index but decrease K harvest index. Nitrogen requirement reached to 45.8 kg·Mg-1at N rate of 180 kg·hm-2, being 19.6% higher than that of no N application. P requirement decreased from 6.0 kg·Mg-1at no N application to 5.3 kg·Mg-1at N rate of 240 kg·hm-2, while K requirement increased from 42.6 to 49.7 kg·Mg-1. The P experiment showed that shoot biomass and grain number per ear decreased significantly with the increase of P rates, while 1 000 grain weight and harvest index increased significantly, so there was no significant difference in grain yield over P rates. Moreover, P application improved N uptake and harvest index, being 28.6% and 27.9% higher respectively than that of no P application. Also, P fertilizer could promote P to transfer to grain because that P uptake and P harvest index were increased by 15.9% and 15.2%, respectively. However, it showed no significant effect on N and P requirement, but decreased K requirement from 68.1 kg·Mg-1at no P application to 49.7 kg·Mg-1at P2O5rate of 120 kg·hm-2. The K experiment showed that the application of K had no significant effects on biomass, grain yield, harvest index, ears per hectare, and the content of N, P and K in grain. While the high K fertilizer application of 75 kg·hm-2significantly reduced the number of grains per ear, but increased 1 000 grain weight and harvest index of N, P and K. Grain number per ear decreased by 9.1%, 1 000 grain weight increased by 7.6%, and harvest indexes of N, P and K were 57.2%, 73.5% and 7.3%, respectively. When applying 60 kg·hm-2of K2O, the demand for N, P and K reached the highest, which was 55.3, 5.5 and 57.6 kg·Mg-1, respectively, while the demand for N and K were both significantly reduced by 20.6% and 13.7% at K2O rate of 75 kg·hm-2. It was concluded that proper application of K could increase the demand of N and K, while over application of K could reduce the demand of N and K.【】Reducing N fertilizer, regulating P fertilizer and properly adding K fertilizer input were still the key for spring wheat fertilization in NYRIA. The N requirement of spring wheat was ranged 38.3-57.2 kg·Mg-1, and could increase by applying the moderate amount of N, P and K fertilizer. The demand for P of spring wheat was 5.1-6.0 kg·Mg-1, which tends to increase with N rates and is not influenced by P and K amount. The K requirement of spring wheat was within 42.6-68.1 kg·Mg-1, which seems to increase with N rates and decrease with P rates, and also is reduced by high amount of K application. The suitable recommended application of N fertilizer was 120-180 kg·hm-2, which was 25%-60% lower compared with N application of farmers. Application of P fertilizer at 48-96 kg·hm-2was more conducive to stabilize the yield of spring wheat and promote the transfer of N and P to the grain, which was reduced by 40.7%-70.3% compared with the average application of farmers. When the application of K fertilizer was 0-30 kg·hm-2, it was more benefit to stabilize the yield and increase the grain quality.

spring wheat; N; P; K; harvest index; absorption; requirement; Yellow River Irrigation Area of Ningxia

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.23.014

2020-07-04；

2020-09-21

國家重點研發(fā)計劃（2018YFD0200405）、國家自然科學基金（31860590）、寧夏高等學校一流學科建設（水利工程）（NXYLXK2017A03）

王西娜，E-mail：eunicexina-w@163.com。通信作者譚軍利，E-mail：Tanjl@nxu.edu.cn

（責任編輯 李云霞）