小麥專用肥在河南省典型地區(qū)的應(yīng)用效果研究

王好斌 ，范鈞翔，谷守玉，侯翠紅，劉祖鋒，葉優(yōu)良

(1.鄭州大學(xué)化工學(xué)院，河南鄭州 450001； 2.湖北宜施壯農(nóng)業(yè)科技有限公司，湖北宜昌 443100； 3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，河南鄭州 450002)

小麥作為我國三大糧食作物之一，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值和耐儲(chǔ)性，是重要的商品糧和戰(zhàn)略性安全儲(chǔ)備糧[1]。河南省是全國小麥生產(chǎn)和調(diào)出第一大省，小麥面積在566.7萬hm2以上，每年向市場提供的商品小麥占全國的25%～30%[2]。維持河南省小麥高產(chǎn)不僅對(duì)本省的糧食生產(chǎn)有重要意義，對(duì)保障全國糧食供給，維護(hù)國家糧食安全也具有重要意義[3-4]。河南小麥在產(chǎn)量不斷提高的同時(shí)，化肥施用量也在持續(xù)上升。過量施肥不僅造成肥料浪費(fèi)和利用率下降，還給農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境帶來危害[5]。

小麥生產(chǎn)除肥料用量和基追比例存在問題外，肥料產(chǎn)品中不合理的養(yǎng)分配比也是限制農(nóng)戶小麥高產(chǎn)的重要原因。農(nóng)戶習(xí)慣施用高氮復(fù)合肥產(chǎn)品，而輕施磷、鉀肥，較少使用有機(jī)肥和生物肥料，忽視中、微量元素的投入[6]。不合理施肥導(dǎo)致河南省小麥肥料利用率一直較低，氮、磷、鉀肥利用率分別只有32%、19%、44%[7]；同時(shí)，養(yǎng)分失衡引起土壤質(zhì)量下降、病蟲害加劇、小麥產(chǎn)量和品質(zhì)不穩(wěn)定、環(huán)境污染等問題，進(jìn)而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益難以提升[8]。

為解決以上問題，鄭州大學(xué)聯(lián)合河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、湖北宜施壯農(nóng)業(yè)科技有限公司、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、河南好上好農(nóng)業(yè)科技有限公司，依據(jù)河南省土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況、小麥養(yǎng)分吸收規(guī)律，共同研制開發(fā)了小麥專用肥，并在河南省四個(gè)典型地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，研究專用肥對(duì)小麥的應(yīng)用效果，以期進(jìn)一步改良專用肥的配方和工藝，提高小麥產(chǎn)量和肥料利用率，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)節(jié)肥增效。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

小區(qū)試驗(yàn)：2017-2018年在河南省禹州市康城村(北緯34.27°，東經(jīng)113.34°)進(jìn)行，土壤類型為褐土，播前取0～30 cm耕層土壤測試其基本理化性狀，具體參數(shù)見表1。

示范試驗(yàn)：2018-2019年分別在河南省禹州市康城村(北緯34.27°，東經(jīng)113.34°)、臨潁縣大郭村(北緯33.79°，東經(jīng)113.80°)、杞縣陳樓村(北緯34.52°，東經(jīng)114.82°)和溫縣祥云村(北緯34.92°，東經(jīng)112.99°)四個(gè)地點(diǎn)開展。從生態(tài)區(qū)域上來說，禹州地處中部丘陵區(qū)，其他三個(gè)示范點(diǎn)地處平原適宜區(qū)[9]。禹州屬小農(nóng)戶種植區(qū)，臨潁屬大戶種植區(qū)，杞縣屬經(jīng)作區(qū)，溫縣屬糧作高產(chǎn)示范區(qū)，可有效代表河南省不同小麥種植區(qū)域，試驗(yàn)結(jié)果具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。四個(gè)示范點(diǎn)土壤類型分別為褐土、砂姜黑土、潮土和潮土，質(zhì)地為粘壤土、中壤土、砂壤土和中壤土，播前取其0～30 cm耕層土壤測試其基本理化性狀，具體參數(shù)見表1。

表1 0～30 cm耕層土壤基本理化性狀Table 1 Basic physical and chemical properties of 0-30 cm soil level

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

小區(qū)試驗(yàn)和示范試驗(yàn)均設(shè)置5個(gè)處理：不施肥(CK)、農(nóng)民習(xí)慣施肥(FP1)、農(nóng)民習(xí)慣減施20%(FP2)、小麥專用肥(SF1)、小麥專用肥減施20%(SF2)。其中，禹州地區(qū)基肥農(nóng)民習(xí)慣施用24-14-7復(fù)合肥，臨潁地區(qū)基肥農(nóng)民習(xí)慣施用22-16-7復(fù)合肥，杞縣地區(qū)基肥農(nóng)民習(xí)慣施用24-16-5復(fù)合肥，溫縣地區(qū)基肥農(nóng)民習(xí)慣施用25-15-5復(fù)合肥，施用量均為750 kg·hm-2，四個(gè)示范地點(diǎn)農(nóng)戶均在小麥返青至拔節(jié)期追施尿素(含純N 46.4%)225 kg·hm-2；小麥專用肥處理為鄭州大學(xué)和河南農(nóng)業(yè)大學(xué)基于河南省土壤狀況和小麥養(yǎng)分需求規(guī)律而設(shè)計(jì)的N∶P2O5∶K2O配比為18∶15∶12的專用肥，并添加了中、微量元素Mg、S、Zn、B，與氮磷鉀肥料一并采用轉(zhuǎn)鼓造粒工藝生產(chǎn)，施用量為750 kg·hm-2，返青至拔節(jié)期追施尿素(含純N 46.4%)150 kg·hm-2。四個(gè)示范點(diǎn)CK、SF1和SF2處理肥料養(yǎng)分投入量一樣。減量施肥處理(FP2和SF2)，僅基肥時(shí)減施20%，追肥用量與各自全量施肥處理保持一致，試驗(yàn)各處理養(yǎng)分投入量見表2。小區(qū)試驗(yàn)各處理設(shè)三次重復(fù)，小區(qū)面積100 m2；示范區(qū)試驗(yàn)不設(shè)重復(fù)，其中CK處理占地面積為0.67 hm2，其余各處理占地面積均為6.67 hm2。

小區(qū)試驗(yàn)于2017年10月10日播種，2018年6月1日收獲，播種量為187.5 kg·hm-2；示范試驗(yàn)于2018年10月15日播種，2019年6月5日收獲，播種量為187.5 kg·hm-2。越冬期和拔節(jié)期各灌水一次，于返青期進(jìn)行化學(xué)除草，在開花期進(jìn)行一噴三防。

表2 各處理肥料養(yǎng)分投入量Table 2 Nutrient input of each treatment kg·hm-2

1.3 樣品采集與測定

2017-2018年，在禹州小區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)，各處理于分蘗期(播后35 d)、越冬期(播后約70 d)、返青期(播后約135 d)、拔節(jié)期(播后約160 d)、揚(yáng)花期(播后約197 d)和成熟期(播后約234 d)使用GreenSeeker(Trimble，美國)測定小麥莖蘗數(shù)量，并于播后70、135、160和197 d測定小麥植被歸一化指數(shù)(NDVI)，然后各小區(qū)選取20株具有代表性的小麥植株，在105 ℃殺青后，80 ℃烘干至恒重后，測定干物質(zhì)積累量。

于小麥成熟期，小區(qū)試驗(yàn)各小區(qū)人工收獲 5 m2樣方；示范試驗(yàn)各處理機(jī)械收獲1 333 m2，使用谷物水分測定儀測定含水量，按13%的水分折算籽粒產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

肥料貢獻(xiàn)率=(施肥區(qū)產(chǎn)量-無肥區(qū)產(chǎn)量)/施肥區(qū)產(chǎn)量×100%；

肥料農(nóng)學(xué)利用率=(施肥區(qū)產(chǎn)量-無肥區(qū)產(chǎn)量)/化肥純養(yǎng)分的投入量；

肥料偏生產(chǎn)力=產(chǎn)量/化肥純養(yǎng)分的投入量；

經(jīng)濟(jì)效益=小麥產(chǎn)值-肥料成本-其他生產(chǎn)成本。

用Excel 2010、SPSS 21.0和Origin 9.0進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、繪圖和統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法進(jìn)行處理間差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 專用肥對(duì)小麥群體分蘗動(dòng)態(tài)的影響

從表3可以看出，隨著播種天數(shù)的延長，小麥群體莖蘗數(shù)量表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì)，播種后35～70 d為莖蘗數(shù)量第一個(gè)快速增長期，播后135～160 d經(jīng)歷第二個(gè)快速增長期，之后無效分蘗開始大量消亡。與CK處理相比，SF1、FP1處理的莖蘗數(shù)量在各生育期都有顯著提高；在播后35、135和160 d FP2、SF2處理的莖蘗數(shù)量與CK處理差異不明顯，而在其他生育期其莖蘗數(shù)量都顯著高于CK。從播后35 d至234 d SF1和FP1處理的莖蘗數(shù)量均高于SF2和FP2處理。從播后160 d至234 d，處理間莖蘗數(shù)量差異不斷加大，成熟期大小表現(xiàn)為SF1>FP1>SF2>FP2>CK，其中，F(xiàn)P1、SF1、SF2處理間無顯著差異，但均與FP2、CK處理間差異顯著，且FP2、CK處理間差異也顯著。成穗率(成熟期穗數(shù)除以最大莖蘗數(shù))以SF2(55.6%)處理最大，與FP1 (52.1%)、SF1(54.8%)處理間無顯著差異，但與FP2(44.2%)處理間差異顯著，各處理莖蘗成穗率均顯著高于CK(35.5%)處理。

2.2 專用肥對(duì)小麥植被歸一化指數(shù)(NDVI)的影響

NDVI常用于表征綠色植被生長狀況，分蘗數(shù)量多、葉面積大、葉綠素含量高都會(huì)明顯提高NDVI。從表4可以看出，播后135～160 d為NDVI快速增長期，F(xiàn)P1、SF1處理的NDVI顯著高于CK處理；播后160～197 d，F(xiàn)P2處理的NDVI降幅明顯高于其他三個(gè)施肥處理，其NDVI最接近CK處理。在播后70～197 d，各施肥處理間的NDVI無顯著差異。

表3 不同施肥處理對(duì)小麥莖蘗數(shù)量的影響Table 3 Effect of different fertilization treatments on wheat tiller number ×104·hm-2

表4 不同施肥處理對(duì)小麥NDVI動(dòng)態(tài)的影響Table 4 Effect of different fertilization treatments on wheat NDVI dynamics

2.3 專用肥對(duì)小麥干物質(zhì)積累的影響

從表5可以看出，從越冬期開始，四個(gè)施肥處理的干物質(zhì)重都顯著高于CK處理(除揚(yáng)花期FP2處理以及成熟期FP2和SF2處理外)，且這種差異隨生育期進(jìn)程的推進(jìn)不斷加大。越冬至揚(yáng)花期，SF1處理的干物質(zhì)量都顯著高于SF2處理；返青至揚(yáng)花期，F(xiàn)P1處理的干物質(zhì)積累量顯著高于FP2處理，越冬期和成熟期FP1和FP2處理間的干物質(zhì)積累量無顯著差異。此外，SF1處理的干物質(zhì)積累量僅在越冬期顯著高于FP1處理，其他生育期階段SF1、FP1處理間無顯著差異。

表5 不同施肥處理對(duì)干物質(zhì)積累的影響Table 5 Effect of different fertilization treatments on dry matter accumulation kg·hm-2

2.4 專用肥對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

從表6可以看出，2017-2018年，禹州小區(qū)試驗(yàn)在SF1處理下產(chǎn)量最高，其次為FP1和SF2處理，且SF1與SF2處理間差異顯著，與FP1處理間無顯著差異，F(xiàn)P2處理的產(chǎn)量在四個(gè)施肥處理中最低，但顯著高于CK處理。從產(chǎn)量構(gòu)成來看，F(xiàn)P1、SF1和SF2處理的穗數(shù)無顯著差異，都顯著高于FP2和CK處理；穗粒數(shù)以SF1處理最高，其次為FP1和SF2處理，且兩處理間無顯著差異，F(xiàn)P2處理的穗粒數(shù)最少，且與CK處理無顯著差異；SF1處理的千粒重最高，顯著高于CK和FP2處理，但與FP1和SF2處理無顯著差異。

表6 不同施肥處理對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 6 Effect of different fertilization treatments on yield and yield components

2017-2018年，專用肥在小區(qū)試驗(yàn)中效果表現(xiàn)良好，因而2018-2019年接著在河南省四個(gè)不同縣域設(shè)置大面積的推廣示范試驗(yàn)。相比不施肥處理，施肥后四個(gè)地點(diǎn)的產(chǎn)量都有顯著升高，禹州、臨潁、杞縣和溫縣平均增產(chǎn)46.4%、22.9%、26.9%和57.0%(表6)。與FP1處理相比，不同示范試驗(yàn)點(diǎn)SF1處理增產(chǎn)6.9%～14.8%，以禹州增幅最高，溫縣增幅最低。與FP2處理相比，不同示范試驗(yàn)點(diǎn)SF2處理增產(chǎn)0.9%～6.4%，但二者之間的差異均未達(dá)顯著水平。且SF2處理的產(chǎn)量與FP1處理間也無顯著差異。

產(chǎn)量的提升與穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重密切相關(guān)。穗數(shù)方面，與CK處理相比，除溫縣FP2、SF2處理的穗數(shù)無顯著差異外，溫縣FP1、SF1處理及其他地區(qū)施肥處理的穗數(shù)都有顯著提高；穗粒數(shù)方面，除溫縣FP2處理與CK處理無顯著差異外，溫縣其他處理及其他地區(qū)各施肥處理的穗粒數(shù)均顯著高于CK處理，且FP1處理與FP2處理無顯著差異，SF1處理顯著高于SF2處理。

千粒重方面，四個(gè)示范試驗(yàn)點(diǎn)均以SF1處理的千粒重最大，禹州示范試驗(yàn)點(diǎn)FP2和SF2處理的千粒重顯著低于FP1和SF1處理，且各施肥處理與CK處理均無顯著差異；杞縣示范點(diǎn)SF1處理的千粒重顯著高于FP2和SF2處理，但均與CK和FP1處理無顯著差異；溫縣示范試驗(yàn)點(diǎn)SF1處理的千粒重顯著高于CK和FP2處理，但均與FP1和SF2處理無顯著差異；臨潁示范試驗(yàn)點(diǎn)不同施肥處理的千粒重均無顯著差異。

2.5 專用肥對(duì)小麥養(yǎng)分利用效率的影響

從表7可以看出，全量施肥條件下，與FP1處理相比，SF1處理的肥料貢獻(xiàn)率、農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)力分別提高25.3%、46.9%和19.3%；肥料減施20%條件下，與FP2處理相比，SF2處理的肥料貢獻(xiàn)率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力分別提高10.0%、25.0%和13.2%。農(nóng)民習(xí)慣施肥條件下，肥料減施20%后肥料貢獻(xiàn)率下降12.3%，農(nóng)學(xué)利用率基本不變(2.0%)，而肥料偏生產(chǎn)力提高13.4%。專用肥施用條件下，肥料減施20%后肥料貢獻(xiàn)率和農(nóng)學(xué)利用率分別下降22.9%和 16.7%，肥料偏生產(chǎn)力提高7.6%。

2.6 專用肥對(duì)小麥經(jīng)濟(jì)效益的影響

從表8可以看出，不同施肥處理下示范試驗(yàn)點(diǎn)小麥的產(chǎn)值和經(jīng)濟(jì)效益也不同，產(chǎn)值大小表現(xiàn)為CK

表7 不同施肥處理對(duì)小麥養(yǎng)分利用效率的影響Table 7 Effect of different fertilization treatments on nutrient use efficiency of wheat

表8 不同施肥處理對(duì)小麥經(jīng)濟(jì)效益的影響Table 8 Effect of different fertilization treatments on economic benefits of wheat

3 討 論

3.1 小麥節(jié)肥增產(chǎn)潛力

專用肥處理在小麥產(chǎn)值提升方面效果良好，與農(nóng)戶習(xí)慣施肥處理相比，施用專用肥處理提升了經(jīng)濟(jì)效益。市場上復(fù)合肥產(chǎn)品種類繁多，小麥種植收益較低，肥料的價(jià)格是農(nóng)民關(guān)注的重點(diǎn)，本研究中，小麥專用肥價(jià)格與農(nóng)戶用復(fù)合肥價(jià)格基本一致，因?qū)Ｓ梅侍幚碜肥┠蛩亓扛?，因此，專用肥處理的肥料成本比農(nóng)戶習(xí)慣施肥處理還要低100元·hm-2。良好的增產(chǎn)效果和較低的價(jià)格保障了該小麥專用肥產(chǎn)品可以大面積推廣應(yīng)用。

3.2 小麥專用肥的應(yīng)用效果

市場上現(xiàn)有的大部分復(fù)合肥產(chǎn)品沒有充分考慮區(qū)域土壤養(yǎng)分供應(yīng)和作物需肥規(guī)律，本研究針對(duì)特定作物、特定區(qū)域設(shè)計(jì)生產(chǎn)的作物專用肥對(duì)區(qū)域作物有較強(qiáng)的針對(duì)性和技術(shù)操作性，其效果明顯好于普通復(fù)混肥料。如在小區(qū)試驗(yàn)中，專用肥處理的小麥群體莖蘗數(shù)量在各生育期均高于農(nóng)戶習(xí)慣施肥處理(除播后135、160 d SF2處理的小麥莖蘗數(shù)量低于FP2處理外)，提高了葉面積NDVI指數(shù)，進(jìn)而促進(jìn)小麥群體積累更多的干物質(zhì)。從返青至成熟期，專用肥處理與農(nóng)戶習(xí)慣施肥處理間的干物質(zhì)積累量在全量施肥和肥料減施20%條件下差異均不顯著，但在成熟期處理間的產(chǎn)量差異達(dá)到顯著水平，原因可能與施用專用肥提高小麥?zhǔn)斋@指數(shù)有關(guān)，且農(nóng)戶習(xí)慣施肥中氮肥占比高，而鉀含量不足，容易造成植株莖葉徒長，難以將光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至籽粒。

2017-2018年專用肥在小區(qū)試驗(yàn)中表現(xiàn)較好，因此，于2018-2019年進(jìn)行大面積示范試驗(yàn)，示范試驗(yàn)中產(chǎn)量在專用肥全量施用時(shí)最大，專用肥全量施肥處理具有較好的節(jié)肥增產(chǎn)效果。

致謝：感謝中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、河南好上好農(nóng)業(yè)科技有限公司大力支持。