不同氮肥用量對(duì)小麥產(chǎn)量及氮素利用的影響

王立艷　高偉　李明悅　金修寬

摘 ? ?要：為實(shí)現(xiàn)小麥增產(chǎn)與氮素高效利用的目標(biāo)，以天津地區(qū)主推小麥品種‘衡觀35、‘衡4399和‘濟(jì)麥22為供試材料，于2018—2019年在冬小麥生長(zhǎng)季內(nèi)開展不同小麥品種和施氮水平的田間試驗(yàn)，施氮水平為不施氮（N1），225 kg·hm-2（N2）和300 kg·hm-2（N3） 3個(gè)。結(jié)果表明， N2和N3比N1的小麥產(chǎn)量分別增加38.85%～94.88%和62.03%～131.51 %;3個(gè)小麥品種氮肥利用率為25.5 %～35.6 %，N3的氮肥利用率與N2相比降低了8.02 %～20.32 %;‘衡觀35的氮肥偏生產(chǎn)力提高了4.64%，‘衡4399、‘濟(jì)麥22的氮肥偏生產(chǎn)力分別降低了23.83 %和12.48 %。綜合考慮三個(gè)小麥產(chǎn)量及氮素利用率，225 kg·hm-2為本研究條件下的最佳施肥量。

關(guān)鍵詞：小麥品種;氮肥;產(chǎn)量;氮素利用率;氮收獲指數(shù)

中圖分類號(hào)：S512.1;S311 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.01.004

Effects of Different Nitrogen Application Rates on Wheat Yield and Nitrogen Use Efficiency

WANG Liyan， GAO Wei， LI Mingyue， ?JIN Xiukuan

（Tianjin Institute of Agricultural Resources and Environment， Tianjin ?300192， China）

Abstract： In order to achieve the goal of increasing wheat yield and nitrogen use efficiency， 'Hengguan 35'， 'Jimai 22' and' Heng 4399' were used as the experimental materials to determine the effects of nitrogen rate on ?wheat yield and nitrogen use efficiency， which were the main commercial wheat varieties in Tianjin region. ?The field experiments of different varieties and nitrogen levels were carried out in 2018—2019 growth seasons of winter wheat. The nitrogen application levels were as fouows： no nitrogen（N1）， 225 kg·hm-2 （N2） and 300 kg·hm-2 （N3） ?respectively. The results showed that wheat yields of N2 and N3 were increased by 38.85 %～94.88 % and 62.03 %～131.51 %， which compared with ?non-nitrogen ?application treatment; the nitrogen use efficiency of ?three wheat varieties was 25.5 %～35.6 %， meanwhile nitrogen use efficiency of N3 decreased by 8.02 %～20.32 % compared with N2; and partial productivity of nitrogen fertilizer was increased by 4.64 % for 'Hengguan 35'， partial productivity of nitrogen fertilizer was decreased by 23.83 and 12.48 % for'Heng 4399' and 'Jimai 22'，respectively. Taking grain yield and nitrogen use efficiency into account， 225 kg·hm-2 was the optimum application rate under similar situation.

Key words： wheat cultivars; nitrogen fertilizer; yield; nitrogen use efficiency; nitrogen ?harvest index

施肥是影響農(nóng)田土壤養(yǎng)分庫(kù)和作物產(chǎn)量的主要因素之一[1-3]。氮肥投入是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中保障作物高產(chǎn)的重要手段，也是影響小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因子[4]。近年來對(duì)于氮肥的規(guī)?；┯茫←湹漠a(chǎn)量水平得到顯著提高[5]。國(guó)際上一般認(rèn)為化肥對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率在35%～66%之間，而我國(guó)有關(guān)報(bào)道認(rèn)為化肥對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率在35%～45%之間[6]。隨著氮肥施用量的持續(xù)增加，其邊緣效應(yīng)也日益顯現(xiàn)，大量無效的氮素投入不僅造成了大量的養(yǎng)分資源浪費(fèi)、肥料貢獻(xiàn)率低，而且導(dǎo)致肥料增產(chǎn)效應(yīng)和產(chǎn)量均有所下降[7]。過量施用氮素不但不利于小麥產(chǎn)量潛力的發(fā)揮，還極易造成田間小氣候的惡化，加劇植株病蟲害的發(fā)生，同時(shí)還造成嚴(yán)重的土壤酸化以及地下水和空氣等的污染[8-9]。因此，如何打破這種惡性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)節(jié)氮增產(chǎn)已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)科研工作者的主要研究方向[10]。在保持小麥較高產(chǎn)量水平下研究如何減少氮肥的施用量，實(shí)現(xiàn)氮素化肥的高效利用，對(duì)保障糧食可持續(xù)生產(chǎn)和環(huán)境安全有重要意義。

華北地區(qū)小麥總產(chǎn)占到全國(guó)的67%[11]，是小麥的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)，同時(shí)也是典型的高投入高產(chǎn)出地區(qū)[12-13]。華北地區(qū)農(nóng)用化肥施用量自2005年的1 916萬t 增至2014年的2 174萬t，增加了13%[14]。由于氮素過量投入使得該區(qū)產(chǎn)量、施肥量和氮素管理差異更加突出。所以培育和應(yīng)用氮高效品種，在不降低產(chǎn)量和品質(zhì)的同時(shí)減少氮肥使用量，提高氮肥利用率，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，是實(shí)現(xiàn)“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全”的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要措施。本研究選用以天津地區(qū)主要推廣小麥品種，分析在不施氮，225 kg·hm-2和300 kg·hm-2三個(gè)氮肥水平條件下，對(duì)不同品種的產(chǎn)量和氮素利用的影響，以期為小麥品種在華北地區(qū)的應(yīng)用及改良提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年9月—2019年6月在天津市武清區(qū)天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新基地進(jìn)行。供試土壤為重壤質(zhì)潮土，0～20 cm土壤的基本性狀為：硝態(tài)氮37.5 mg·kg-1，銨態(tài)氮9.2 mg·kg-1，速效磷25.8 mg·kg-1，速效鉀426.8 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)18.50 g·kg-1，全鹽0.59 g·kg-1，pH 8.86，土壤容重1.05 g·cm-3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試作物為主推品種：‘衡觀35（河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所選育，矮桿大穗、抗旱節(jié)水，高產(chǎn)型小麥品種）、‘衡4399（河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所選育，節(jié)水高產(chǎn)、抗逆廣適）、‘濟(jì)麥22（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所育成，株型緊湊，抗寒性好），分別標(biāo)記為Hg35、H4399、Jm22。每個(gè)品種設(shè)有3個(gè)處理。采用完全隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為25 m2（5 m×5 m），3次重復(fù)，共計(jì)27個(gè)小區(qū)。

供試肥料為尿素含N 46%，過磷酸鈣含P2O5 12%，氯化鉀含K2O 60%。肥料施用方法：過磷酸鈣、氯化鉀全部底施，尿素50 %底施，50 %在返青期進(jìn)行追施，追施結(jié)合灌水進(jìn)行。具體處理及施肥量見表1。

為減少試驗(yàn)誤差，將小區(qū)分為取樣區(qū)和測(cè)產(chǎn)區(qū)，各生育期采樣在采樣區(qū)進(jìn)行，測(cè)產(chǎn)區(qū)在收獲期測(cè)定產(chǎn)量。2018年10月15日播種，15-16日澆水，行距20 cm，3葉期定苗，基本苗450×104株·hm-2，分別在越冬前、返青期和拔節(jié)期灌水，并及時(shí)除草滅蟲。其余管理方法同一般大田。

1.3 樣品采集及測(cè)定項(xiàng)目

根據(jù)小麥長(zhǎng)勢(shì)分別在苗期、返青期、拔節(jié)、灌漿期、成熟期進(jìn)行采樣。在小麥成熟期時(shí)，每個(gè)處理各選取20株具有代表性的單株，將其分為莖稈、葉片、穗軸、穎殼和籽粒5部分，于105 ℃殺青30 min，然后75 ℃烘干至恒重，測(cè)定干物質(zhì)量。

測(cè)定干物質(zhì)量后將各部分樣品粉碎，采用魯如坤[15]的方法測(cè)定植株氮含量、籽粒氮吸收量和植株氮吸收量。

小麥成熟期在各小區(qū)分別取1 m2代表性樣品測(cè)定單位面積穗重。每小區(qū)均設(shè)3次重復(fù)。再按照含水率折算產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

籽粒氮吸收量=籽粒生物量×籽粒氮含量/100

營(yíng)養(yǎng)器官氮吸收量=莖葉氮吸收量+穎殼氮吸收量

地上部氮吸收量=籽粒吸收量+營(yíng)養(yǎng)器官氮吸收量

氮收獲指數(shù)=籽粒氮吸收量/地上部氮吸收量×100%

氮肥利用率（%）=（施氮區(qū)小麥地上部吸氮量-對(duì)照區(qū)小麥地上部吸氮量）/施氮量×100

氮肥偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=施氮處理產(chǎn)量/施氮量

式中，吸收量、籽粒產(chǎn)量和生物量單位均為kg·hm-2。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel2007和SPSS13.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥用量對(duì)不同小麥品種生物量的影響

施用氮肥能顯著提高冬小麥產(chǎn)量，施氮與不施氮之間差異均達(dá)顯著水平（圖1），其中濟(jì)麥22在N3水平產(chǎn)量最高，與N1水平之間差異達(dá)顯著水平?！庥^35、‘衡4399、‘濟(jì)麥22的籽粒和秸稈平均產(chǎn)量分別為6 039.0，5 955.1，7 162.1和5 516.7，

6 315.1，6 768.6 kg·hm-2。

3個(gè)品種隨著施用氮肥含量的增加，小麥籽粒產(chǎn)量也存在增加的趨勢(shì)，且每個(gè)品種施氮與不施氮之間差異均達(dá)顯著水平。施氮水平之間差異顯著性不同，其中‘衡觀35和‘濟(jì)麥22的N3水平和N2水平之間差異達(dá)顯著水平，‘衡4399的N3水平和N2水平之間差異不顯著?！庥^35在N3水平和N2水平分別比N1水平高出131.51 %和65.94 %;‘衡4399在N3水平和N2水平分別比N1水平高出97.93 %和94.88 %;‘濟(jì)麥22在N3水平和N2水平分別比N1水平高出62.03%和38.85%。表明施氮對(duì)提高小麥籽粒產(chǎn)量效果明顯。

3個(gè)品種隨著施用氮肥含量的增加，小麥秸稈產(chǎn)量也存在增加的趨勢(shì)。其中‘衡觀35在N2水平和N3水平分別比N1水平高出33.69 %和58.37 %，‘衡4399在N2水平和N3水平分別比N1水平高出62.08%和80.81%;‘濟(jì)麥22在N2水平和N3水平分別比N1水平高出49.55 %和94.94 %。表明施氮對(duì)提高小麥秸稈產(chǎn)量效果明顯。

2.2 不同氮肥用量對(duì)小麥氮吸收的影響

隨著施氮量的增加，不同小麥品種整體的吸氮量都有所增加（圖2）?！庥^35在N2水平與N1水平的吸氮量差異不顯著，N3水平與N1水平之間的吸氮量差異達(dá)顯著水平;‘衡4399與‘濟(jì)麥22，兩者在N2水平和N3水平均與N1水平之間的吸氮量差異達(dá)顯著水平。N1水平、N2水平和N3水平下，‘衡觀35、‘衡4399、‘濟(jì)麥22從苗期到成熟期的吸氮量分別為240.3～315.1 kg·hm-2、568.4～665.3 kg·hm-2和660.8～741.6 kg·hm-2。‘衡觀35、‘衡4399、‘濟(jì)麥22的N2水平比N1水平的吸氮量平均增加96.6%，159.5%和92.7%，N3水平比N2水平的吸氮量平均增加12.2%，15.9%和14.9%?！庥^35、‘衡4399、‘濟(jì)麥22，N3水平與N2水平之間的吸氮量差異不顯著，表明氮施肥量300 kg·hm-2與225 kg·hm-2相比，增施氮肥并未顯著提高小麥吸氮量。

2.3 不同小麥品種氮響應(yīng)度的差異

從表2中可以看出，3個(gè)小麥品種氮響應(yīng)度整體均處于較高水平。供試小麥品種的氮響應(yīng)度都大于9，‘衡觀35和‘衡4399的氮響應(yīng)度均大于10。其中，‘衡4399在N2水平和‘衡觀35在N3水平，每增加1 kg氮肥的施用量均可增產(chǎn)15 kg以上，雖然‘衡4399的N2水平的氮響應(yīng)度比N3水平的氮響應(yīng)度要高，但是兩者產(chǎn)量差異不顯著。所以，在種植小麥過程中，對(duì)于在低施氮量水平下產(chǎn)量高而且氮響應(yīng)度較高的品種，可以考慮在適宜種植的區(qū)域廣泛開展種植;對(duì)于產(chǎn)量相當(dāng)品種，可以適當(dāng)考慮控制低氮水平的施用，減少氮肥施用量;對(duì)于產(chǎn)量一般但響應(yīng)度較高品種就要控制施氮量，充分發(fā)揮氮肥單位增產(chǎn)作用。

2.4 不同氮肥用量對(duì)小麥氮肥利用效率的影響

從表3中可以看出，不同品種隨著施氮量的增加，其收獲指數(shù)變化趨勢(shì)不同?！庥^35、‘衡4399、‘濟(jì)麥22的收獲指數(shù)最高分別為0.60，0.55，0.62，分別在N2水平下。

3個(gè)小麥品種氮肥利用率差異顯著性不同?！?399的N2水平和N3水平之間差異不顯著，‘衡觀35和‘濟(jì)麥22的N2水平和N3水平之間差異均達(dá)顯著水平，3個(gè)小麥品種氮肥利用率為25.5 %～35.6 %。在相同施氮條件下，‘濟(jì)麥22氮肥利用率要高于‘衡4399，兩者要高于‘衡觀35，且氮素利用率隨著施氮量的增加而降低。N3水平與N2水平相比，‘衡觀35、‘衡4399、‘濟(jì)麥22氮肥利用率降低了8.02 %～20.32 %，平均降低了13.18 %。

氮肥偏生產(chǎn)力的表現(xiàn)趨勢(shì)與氮肥利用率不完全一致，其中‘衡4399和‘濟(jì)麥22的氮肥利用率與氮肥偏生產(chǎn)力的表現(xiàn)趨勢(shì)一致。N3水平與N2水平相比，‘衡觀35的氮肥偏生產(chǎn)力提高了4.6 %，‘衡4399、‘濟(jì)麥22的氮肥偏生產(chǎn)力分別降低了23.8 %和12.5 %?！?399和‘濟(jì)麥22，N2水平和N3水平的氮肥偏生產(chǎn)力差異均達(dá)顯著水平。所以，氮肥合理施用能夠在降低氮肥投入量的同時(shí)提高氮肥利用率。

3 結(jié)論與討論

作物產(chǎn)量是衡量肥料效果的一項(xiàng)重要指標(biāo)。氮素是影響作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的首要因素。1978—2006年間化肥投入對(duì)糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率達(dá)56.81%，氮肥是主要因素，對(duì)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率高達(dá)40%[16-17]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中多通過增施氮量來提高產(chǎn)量，然而實(shí)際生產(chǎn)中，作物產(chǎn)量并非隨施氮量的增加成比例增加，反而呈現(xiàn)報(bào)酬遞減規(guī)律[18]。徐鳳嬌研究表明，施氮量控制在180～270 kg·hm-2范圍內(nèi)，可以有效提高產(chǎn)量，超過270 kg·hm-2開始下降[19]。本研究中，在氮肥使用量為225 kg·hm-2時(shí)的小麥產(chǎn)量，比不施氮肥的小麥產(chǎn)量增加38.85～94.88%;在氮肥使用量為300 kg·hm-2時(shí)的小麥產(chǎn)量，比不施氮肥的小麥產(chǎn)量增加62.03～131.51%，表明施用氮肥對(duì)小麥增產(chǎn)具有顯著效果。

本研究表明，隨著施氮量的增加，不同的小麥品種整體的吸氮量都有所增加?！庥^35在N2水平與N1水平的吸氮量差異不顯著，N3水平與N1水平之間的吸氮量差異達(dá)顯著水平;‘衡4399與‘濟(jì)麥22，兩者在N2水平和N3水平均與N1水平之間的吸氮量差異達(dá)顯著水平。3個(gè)小麥品種N3水平與N2水平之間的吸氮量差異不顯著，表明氮施肥量300 kg·hm-2與225 kg·hm-2相比，增施氮肥并未顯著提高小麥吸氮量。3個(gè)小麥品種氮響應(yīng)度整體均處于較高水平。供試小麥品種的氮響應(yīng)度都大于9，‘衡觀35和‘衡4399的氮響應(yīng)度均大于10，但是由于不同品種在不同N水平下氮響應(yīng)度的不同，在施用氮肥時(shí)要控制氮肥的施用量，充分發(fā)揮氮肥單位增產(chǎn)作用。

在小麥生產(chǎn)中，氮肥利用率是衡量施氮是否合理的一個(gè)重要指標(biāo)。許多研究指出，隨著施氮量的增加小麥氮肥利用率遞減[20-21]，與本研究結(jié)果與其一致。本研究發(fā)現(xiàn)，3個(gè)小麥品種氮肥利用率為25.5%～35.6%，氮施肥量300 kg·hm-2與225 kg·hm-2相比，‘衡觀35、‘衡4399、‘濟(jì)麥22氮肥利用率降低了8.02%～20.32 %，平均降低了13.18 %。3個(gè)小麥品種氮肥利用率與氮肥偏生產(chǎn)力的表現(xiàn)趨勢(shì)不完全一致，其中‘衡4399和‘濟(jì)麥22的氮肥利用率與氮肥偏生產(chǎn)力的表現(xiàn)趨勢(shì)一致。氮施肥量在300 kg·hm-2與225 kg·hm-2相比，‘衡觀35的氮肥偏生產(chǎn)力提高了4.6%，‘衡4399、‘濟(jì)麥22的氮肥偏生產(chǎn)力分別降低了23.8 %和12.5 %?！?399和‘濟(jì)麥22，N2水平和N3水平的氮肥偏生產(chǎn)力差異均達(dá)顯著水平。

已有研究表明，氮肥合理運(yùn)籌可以增加氮的積累量并提高氮肥利用率[22]。為使小麥品種達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的目的，需要適量施用氮肥。綜合考慮三個(gè)小麥?zhǔn)┑幚砼c不施氮處理的地上生物量、籽粒產(chǎn)量、氮吸收量、氮肥利用率、偏生產(chǎn)力、氮響應(yīng)度因素，施氮量 225 kg·hm-2為本研究條件下的最佳施肥量，該條件下顯著提高了氮肥利用率，實(shí)現(xiàn)了小麥減氮增產(chǎn)的協(xié)同目標(biāo)。在小麥的生產(chǎn)中，應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件和小麥品種來確定適宜的施氮量，對(duì)于其它地區(qū)小麥生產(chǎn)中適宜施氮量的確定，還需要進(jìn)一步研究。

致謝：

此數(shù)據(jù)來源與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所合作項(xiàng)目，特別感謝其對(duì)本試驗(yàn)開展所提供的大力支持與幫助！

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收稿日期： 2020-11-16

基金項(xiàng)目： 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFD02017）

作者簡(jiǎn)介： 王立艷（1981—），女，黑龍江海倫人，助理研究員，碩士，主要從事鹽堿地改良及植物營(yíng)養(yǎng)方面研究。

通訊作者簡(jiǎn)介： 高偉（1978—），女，黑龍江佳木斯人，副研究員，博士，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)方面研究。