秸稈還田條件下氮肥用量對(duì)冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響

薛志偉，楊春玲

（安陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南安陽(yáng) 455000）

秸稈是重要的農(nóng)作物資源，具有改善土壤理化性狀、提高土壤肥力等功能［1］。中國(guó)的秸稈資源豐富，且呈逐漸遞增的趨勢(shì)［2］。隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的提高，秸稈還田作為提高土壤肥力和改善土壤生態(tài)環(huán)境的重要措施得到廣泛應(yīng)用。秸稈還田措施作為保護(hù)性耕作的重要組成部分，不僅可以有效增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤的通透性，改善土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)，增加作物產(chǎn)量，同時(shí)能促進(jìn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展［3-5］。近年來(lái)，隨著國(guó)家各種政策支持，秸稈還田率逐步提高。但大量作物秸稈被隨意丟棄或焚燒的現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生，不僅對(duì)環(huán)境造成非常惡劣的影響，而且極大地浪費(fèi)秸稈資源［6，7］。

在現(xiàn)代農(nóng)藝管理中，秸稈還田配施一定量的氮肥作為農(nóng)田耕作的一種有效措施逐漸被農(nóng)民廣泛使用。氮肥是作物生長(zhǎng)的重要因子，合理的氮素供應(yīng)是提高小麥群體質(zhì)量和增產(chǎn)的關(guān)鍵。它影響小麥葉綠素含量和光合速率，調(diào)節(jié)體內(nèi)酶活性，協(xié)調(diào)碳氮代謝水平，促進(jìn)干物質(zhì)積累，在小麥產(chǎn)量形成過(guò)程中發(fā)揮重要的作用［8，9］。建國(guó)以來(lái)，農(nóng)民為追求高產(chǎn)，對(duì)氮肥的依賴性加強(qiáng)，氮肥施用量越來(lái)越大。研究表明，在一定的施氮水平內(nèi)，籽粒產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，但較高的施氮量會(huì)導(dǎo)致小麥的抗逆性降低，不利于營(yíng)養(yǎng)器官貯存物向籽粒的再分配，導(dǎo)致籽粒充實(shí)度降低［10，11］。以華北地區(qū)為例，農(nóng)民在冬小麥生長(zhǎng)季節(jié)氮肥施用量約為300 kg/hm2，而氮肥的利用率僅為20%［12，13］。研究表明，過(guò)量施用氮肥不僅提高了生產(chǎn)成本，影響小麥產(chǎn)量，還導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境不斷惡化，地表水富營(yíng)養(yǎng)化、地下水污染、耕地質(zhì)量退化等嚴(yán)重問(wèn)題［14-16］。適宜的施氮量可滿足秸稈腐熟過(guò)程中微生物對(duì)氮素的需求，促進(jìn)秸稈分解礦化，協(xié)調(diào)碳、氮供應(yīng)，改善土壤—作物體內(nèi)的氮素轉(zhuǎn)化，增加作物的干物質(zhì)積累［17，18］。在玉米/小麥一年兩熟耕作區(qū)，秸稈還田與氮肥配施可以提高土壤的蓄水保肥能力，促進(jìn)小麥生育期內(nèi)干物質(zhì)積累，提高產(chǎn)量［19］。

安陽(yáng)市位于河南省最北部，素有“豫北糧倉(cāng)”之稱，小麥常年種植面積和產(chǎn)量均占糧食作物的55%以上，是安陽(yáng)市主要食糧和經(jīng)濟(jì)來(lái)源。目前，大力推進(jìn)化肥減量提效，減少不合理投入，切實(shí)保護(hù)農(nóng)業(yè)資源，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)與生態(tài)共贏發(fā)展已成為一種導(dǎo)向趨勢(shì)。本研究于2019—2020年在安陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院柏莊試驗(yàn)基地進(jìn)行，主要分析秸稈還田條件下不同氮肥用量對(duì)冬小麥農(nóng)藝性狀和籽粒產(chǎn)量的影響，以期為秸稈還田和施肥技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及供試材料

試驗(yàn)于2019年10月—2020年6月在柏莊基地（114°21′E、36°12′N）進(jìn)行。試驗(yàn)田地勢(shì)平坦，地力均勻，土壤質(zhì)地為黏壤（潮褐土），耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)19.1 g/kg、全氮1.0 g/kg、硝態(tài)氮8.7 mg/kg、銨態(tài)氮2.9 mg/kg、有效磷18.2 mg/kg、速效鉀112.8 mg/kg。前茬作物為夏玉米，2019年9月30日收獲。試驗(yàn)施磷肥（P2O5）150 kg/hm2、鉀肥（K2O）90 kg/hm2同氮肥于耕前一起底施（不施氮處理除外），各處理氮肥基追比例均為1∶1，拔節(jié)期追施氮肥。土壤耕作深度30 cm，圓盤耙耙1次，同時(shí)撒施辛硫磷（防治地下害蟲(chóng)）。地面平整，隨后統(tǒng)一播種。

供試小麥品種為安麥1350。2019年10月10日播種，種植密度為240×104株/hm2，行距20 cm。播前墑情好，3葉期人工間苗、定苗，保證苗齊、苗勻、苗壯，12月27日澆越冬水，2020年3月26日澆返青水，5月16日澆水促進(jìn)灌漿。2020年3月2日使用麥歡和雙氧·氯氟吡防治雜草。2020年5月5日噴灑聯(lián)苯菊酯3%和啶蟲(chóng)脒3%微乳劑，每公頃使用450 g對(duì)水300 L均勻噴霧防治蚜蟲(chóng)。2020年6月8日收獲。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置秸稈不還田不施氮（CK）、秸稈不還田常規(guī)施氮（N1）、秸稈還田減量施氮（N2）、秸稈還田常規(guī)施氮（N3）4個(gè)處理。3次重復(fù)，小區(qū)面積2.4 m×10 m。秸稈還田處理：夏玉米秸稈在耕作前用秸稈粉碎機(jī)切碎，并結(jié)合耕作全部混入耕層土壤中；秸稈不還田處理：夏玉米秸稈全部移出試驗(yàn)田。施氮肥水平分為不施氮、常規(guī)施氮300 kg/hm2和減量施氮225 kg/hm2。

1.3 試驗(yàn)測(cè)定項(xiàng)目與方法

（1）葉面積系數(shù)（LAI）［20］。于冬小麥開(kāi)花期每小區(qū)隨機(jī)選取有代表性的小麥植株10株，摘取全部綠葉，選取長(zhǎng)勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)正常的10片綠葉，測(cè)量葉片中部的總寬度（a），然后從葉片中間截取5 cm長(zhǎng)（b）的樣段，烘干稱重（A），截取后的剩余部分和其他樣株的全部綠葉片再一起烘干稱重（B），計(jì)算單位質(zhì)量葉面積（S1）、小區(qū)總樣株葉面積（S2）、平均單株葉面積（S3）和LAI。

S1（cm2/g）=（a×b）/A

S2（cm2）=S1（A+B）

S3（cm2/株）=S2/10

LAI=S3×基本苗數(shù)×10-8

（2）植株干質(zhì)量。于冬小麥開(kāi)花期每小區(qū)選取有代表性的植株10株，剪掉地下部，按照葉片、莖鞘、穗等器官分樣，置于105℃烘箱中殺青30 min后，將溫度調(diào)至80℃烘干至恒重，冷卻后稱質(zhì)量，換算成單株干質(zhì)量。

（3）土壤含水量。冬小麥?zhǔn)斋@后選擇有代表性的地點(diǎn)，用土鉆分層次（0～10、10～20、20～30、30～40、40～50和50～60 cm）采取土樣，每層取土100 g左右。盛裝土樣的鋁盒稱重記為w1，放入烘箱中在105℃溫度下烘至恒重，然后將烘干的土樣稱重，獲得干土加盒重記為w2，計(jì)算土樣的質(zhì)量含水量：

（4）產(chǎn)量。收獲前調(diào)查各小區(qū)1 m雙行固定樣點(diǎn)的穗數(shù)，計(jì)算單位穗數(shù)。將各樣點(diǎn)小麥整株連根收獲進(jìn)行室內(nèi)考種，調(diào)查測(cè)定小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等指標(biāo)。各小區(qū)脫粒自然風(fēng)干，測(cè)定籽粒產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 19.0和Excel 2017進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田和添加氮肥對(duì)冬小麥農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知，秸稈還田條件下不同氮肥用量對(duì)冬小麥基本苗影響不顯著，對(duì)LAI和株高有一定的影響。CK處理株高最低；N1、N2、N3處理株高差異不顯著，分別比CK高0.8%、1.5%、2.0%。N1、N2、N3處理間葉面積系數(shù)差異不顯著，分別比CK增加21.4%、34.5%、32.1%。秸稈還田條件下，常規(guī)施氮和減量施氮處理小麥農(nóng)藝性狀差異不顯著。

表1 各處理的冬小麥農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic characters of winter wheat under different treatments

2.2 秸稈還田和添加氮肥對(duì)植株干質(zhì)量的影響

由表2可知，增施氮肥可提高冬小麥植株干質(zhì)量，且秸稈和氮肥配施處理的平均值高于化肥單施處理。N1、N2、N3處理冬小麥單株干質(zhì)量較CK分別增加4.0%、17.3%、21.3%，以N3處理最高，但是N2與N3處理間差異不顯著。與CK相比，N1、N2、N3處理穗部干質(zhì)量增加幅度最大，葉片干質(zhì)量次之，莖鞘干質(zhì)量最小。N2、N3處理的各器官干質(zhì)量大于N1，N2和N3處理間穗、莖鞘和葉片干質(zhì)量差異不顯著。

表2 各處理的冬小麥植株干質(zhì)量Table 2 Plant dry weight of winter wheat under different treatments g

2.3 秸稈還田和添加氮肥對(duì)土壤含水量的影響

由圖1可以看出，隨著土壤深度的增加，冬小麥?zhǔn)斋@后N2和N3處理的土壤含水量逐漸增加。N1與CK處理相比10～30 cm土壤含水量增加6.2%，30～60 cm土壤含水量減少7.8%。N2、N3處理0～60 cm土壤含水量無(wú)明顯差異，與CK相比，分別增加11.9%～35.0%和10.3%～33.4%；與N1相比，分別增加12.6%～40.1%和11.6%～37.2%。不論施氮量多少，秸稈還田處理土壤含水量均高于秸稈不還田處理。秸稈還田條件下，常規(guī)施氮和減量施氮的0～60 cm土壤含水量無(wú)明顯差異。

圖1 各處理0～60 cm土層土壤含水量變化Fig.1 Soil moisture content of 0～60 cm soil under different treatments

2.4 秸稈還田和添加氮肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可知，秸稈還田條件下施加氮肥可顯著提高冬小麥穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量。N1、N2、N3處理與CK相比產(chǎn)量增幅為3.7%～10.1%，N3處理增產(chǎn)幅度最大，但是N2與N3處理間差異不顯著。N1、N2、N3處理與CK相比，提高了有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量。從有效穗數(shù)看，N1、N2、N3處理分別比CK增加3.6%、8.2%、9.7%，平均增加7.2%。N2、N3處理的穗粒數(shù)和千粒重均顯著高于N1處理。

表3 各處理冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素比較Table 3 Comparison of winter wheat yield and its components in different treatments

3 討論

大量研究表明，秸稈還田配施氮肥可避免微生物在分解秸稈過(guò)程中與作物競(jìng)爭(zhēng)土壤中的氮素，增加冬小麥中后期干物質(zhì)積累［19］，從而提高作物產(chǎn)量［17，20］。秸稈還田條件下施用氮肥可增加小麥綠葉面積，有利于小麥生育后期光合作用產(chǎn)物的積累和運(yùn)轉(zhuǎn)。與對(duì)照相比，穗、葉片和莖鞘干質(zhì)量變化幅度均為秸稈還田常規(guī)施氮＞秸稈還田減量施氮＞秸稈不還田常規(guī)施氮，即秸稈還田配施化肥對(duì)冬小麥增產(chǎn)效果高于單施化肥處理。本試驗(yàn)中秸稈還田條件下，施氮量225 kg/hm2的單株干質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量及單位面積產(chǎn)量與施氮量300 kg/hm2處理無(wú)顯著差異，即氮肥用量減少25%的冬小麥產(chǎn)量并未明顯減少，這與前人［21，22］結(jié)論相似，表明氮肥用量超過(guò)一定范圍后，會(huì)降低干物質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，其對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量的增長(zhǎng)效果逐漸變小。

秸稈還田條件下，施氮量225和300 kg/hm2在小麥成熟后0～60 cm土層土壤含水量隨土壤深度的增加而增加，土壤含水量高于其他處理，這與前人研究結(jié)果一致，即秸稈還田和施用氮肥會(huì)改善土壤的體積質(zhì)量，增加土壤的保墑能力［23，24］。任愛(ài)霞等［25］研究表明，在水分充足條件下可增加施氮量以促進(jìn)作物生長(zhǎng)，增強(qiáng)耗水。本研究結(jié)果表明，在秸稈不還田條件下，單施化肥處理葉面積系數(shù)顯著高于不施肥處理，收獲后深層土壤含水量低于不施肥處理。這說(shuō)明增施化肥可促進(jìn)作物生長(zhǎng)，加強(qiáng)深層土壤水分消耗，導(dǎo)致作物收獲后土壤含水量偏低，這與劉曉宏等［26］的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本研究中秸稈還田+施用氮肥，可提高冬小麥葉面積系數(shù)，增加生育后期干物質(zhì)積累，促進(jìn)干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移，增加產(chǎn)量。玉米秸稈全量粉碎還田，減量施氮（225 kg/hm2）和常規(guī)施氮（300 kg/hm2）處理冬小麥產(chǎn)量無(wú)顯著差異，二者均顯著高于秸稈不還田不施氮和秸稈不還田常規(guī)施氮（300 kg/hm2）處理。綜合考慮經(jīng)濟(jì)和環(huán)境生態(tài)效益，安陽(yáng)地區(qū)小麥栽培中采用秸稈還田配施氮肥225 kg/hm2最為適宜。