滴灌水肥一體化下氮磷減施對春小麥產(chǎn)量及養(yǎng)分利用的影響

張 磊，李懷勝，劉金霞，王賀亞，梁 飛，王國棟，李金科，楊 杰

（1.塔里木大學 植物科學學院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆農(nóng)墾科學院，新疆 石河子 832000；3.新疆兵團第九師農(nóng)業(yè)科學研究所，新疆 塔城 834700；4.新疆昌吉州木壘縣農(nóng)技推廣站，新疆 昌吉 831100）

小麥是我國第三大糧食作物[1]，新疆維吾爾自治區(qū)滴灌小麥播種面積已達到15.6萬hm2，占新疆維吾爾自治區(qū)小麥總播種面積的13.6%[2]。化肥是農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)保證，也是農(nóng)業(yè)的基礎。合理使用化肥是保障小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的重要途徑。水肥一體化是一種先進的灌水施肥模式，其在新疆維吾爾自治區(qū)乃至全國的發(fā)展非常迅速，目前已經(jīng)在各種作物上應用，應用面積最大的為棉花，其次為小麥、玉米等糧食作物[3]。隨著水肥一體化技術的發(fā)展，滴灌小麥水肥管理方法越來越重要，特別是小麥生長發(fā)育較敏感的氮素的管理[4]。在滴灌小麥種植區(qū)存在過量施肥現(xiàn)象，造成增產(chǎn)不增收，嚴重制約水肥一體化效益的發(fā)揮。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2015年提出到2020年要實現(xiàn)“控制農(nóng)業(yè)用水總量，減少化肥、農(nóng)藥使用量，化肥、農(nóng)藥用量實現(xiàn)零增長”。因此，在進行化肥減量施用的同時保證小麥的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益是一項重要的研究課題。目前，減量施肥已經(jīng)在不同作物上進行了研究，適當減量施肥可保障作物產(chǎn)量、優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)、提升肥料利用率等[5-32]；但是在水肥一體化下的減量施肥研究較少，有關水肥一體化條件下氮磷減施對滴灌春小麥產(chǎn)量、肥料利用的影響研究尚未見報道。為此，采用監(jiān)控施肥技術[33]研究水肥一體化下氮磷減施對滴灌春小麥產(chǎn)量及養(yǎng)分利用的影響，以期為新疆維吾爾自治區(qū)滴灌春小麥水肥一體化化肥減施提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2019年3—7月在新疆生產(chǎn)建設兵團第九師農(nóng)業(yè)科學研究所試驗基地（83°29′E、46°31′N）進行，前茬作物為玉米。供試土壤含有機質(zhì)19.52 g/kg、硝態(tài)氮30.5 mg/kg、銨態(tài)氮1.7 mg/kg、速效磷23.4 mg/kg、速效鉀219.5 mg/kg，pH值8.20。

供試春小麥品種為新春37。供試肥料為尿素（含N 46.4%）、重過磷酸鈣（含P2O546%）、磷酸二銨（含N 18%、P2O546%）、氯化鉀（含K2O 52%）。

1.2 試驗設計

試驗共設5個處理，分別為不施肥處理（T1）、監(jiān)控施肥處理（T2）、監(jiān)控施肥不施氮處理（T3-N）、監(jiān)控施肥不施磷處理（T4-P）、農(nóng)戶常規(guī)施肥處理（當?shù)剞r(nóng)戶經(jīng)驗施肥量，T5）（表1）。由于土壤速效鉀含量較高，達到了219.5 mg/kg，因此，本試驗監(jiān)控施肥處理不施鉀肥，但農(nóng)戶常規(guī)施肥處理施用鉀肥。小區(qū)面積324 m2（5.4 m×60 m），重復3次，隨機排列，共15個小區(qū)。除農(nóng)戶常規(guī)施肥處理（滴灌條件下，氮肥70%及全部磷鉀肥基施，30%氮肥追施）外，其他處理磷肥20%基施，其余肥料全部隨水滴施。灌水施肥方式（表2）參考滴灌春小麥水肥一體化技術模式[34]。春小麥于3月25日播種，播種量330 kg/hm2，7月20日收獲。

表1 不同處理施肥量Tab.1 Application rate of fertilizer of different treatments kg/hm2

表2 春小麥滴灌水肥一體化技術灌水施肥模式Tab.2 The irrigation and fertilization model of spring wheat under drip irrigation of water-fertilizer integration

1.3 測定項目及方法

1.3.1 干物質(zhì)積累量 在春小麥拔節(jié)期、抽穗期、開花期、成熟期,選取生長正常的50個單莖，剪去根部，按照莖葉、穎殼+穗軸、籽粒分開取樣，于105℃殺青30 min，80℃烘干至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量。

1.3.2 氮、磷含量 在春小麥成熟期，選取生長一致的單莖20個，分成莖葉、穎殼和籽粒3部分，于105℃殺青30 min，80℃烘干至恒質(zhì)量。各小區(qū)樣品混合后粉碎，用于氮、磷含量測定。氮含量采用凱氏定氮法測定，所用儀器為自動凱氏定氮儀。磷含量采用H2SO4-H2O2消解—釩鉬黃比色法測定。

1.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 成熟期，對每個小區(qū)春小麥實收計產(chǎn)，并調(diào)查穗數(shù)，然后計算收獲指數(shù)，收獲指數(shù)=經(jīng)濟產(chǎn)量（籽粒、果實等）/生物產(chǎn)量。同時在每個小區(qū)選擇3個樣點隨機取20穗進行室內(nèi)考種，調(diào)查千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)。

1.3.4 氮肥和磷肥利用效率 計算氮肥和磷肥農(nóng)學效率、偏生產(chǎn)力、利用率。其中，氮肥或磷肥農(nóng)學效率=(施肥區(qū)產(chǎn)量-不施肥區(qū)產(chǎn)量)/氮肥或磷肥施用量；氮肥或磷肥偏生產(chǎn)力=施肥區(qū)產(chǎn)量/氮肥或磷肥施用量；氮肥或磷肥利用率=（施肥區(qū)作物吸收的養(yǎng)分量-不施肥區(qū)作物吸收的養(yǎng)分量）/氮肥或磷肥施用量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003進行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 19.0軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥一體化及氮磷減施對滴灌春小麥干物質(zhì)積累的影響

由圖1可知，拔節(jié)期—成熟期，各處理春小麥干質(zhì)量均表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，其中，T1和T5處理干質(zhì)量較低，T3-N和T4-P處理較高。拔節(jié)期和抽穗期，均以T4-P處理干質(zhì)量最高；開花期，T3-N處理干質(zhì)量最高，其次為T4-P處理；成熟期，T2處理干質(zhì)量最高，其次為T4-P、T3-N處理。成熟期，3個監(jiān)控施肥處理籽粒干質(zhì)量相近，均高于T1和T5處理，以T1處理最低；莖葉干質(zhì)量以T4-P處理最高，較T5處理提高19.6%，T2處理與T4-P處理相近；穎殼和穗軸干質(zhì)量以T1處理最高。綜上，監(jiān)控施肥均能提高滴灌春小麥干物質(zhì)積累量，從監(jiān)控施肥氮肥減施和磷肥減施所表現(xiàn)出來的效果看，兩者對春小麥干物質(zhì)積累的影響程度相近，同時接近T2處理。

圖1 不同處理滴灌春小麥干物質(zhì)積累量動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of dry matter accumulation of spring wheat of different treatments under drip irrigation

2.2 水肥一體化及氮磷減施對滴灌春小麥氮、磷含量的影響

氮素是植物需要量大、含量高的營養(yǎng)元素之一，施用氮肥可以明顯提高營養(yǎng)器官的含氮量。通過對不同施肥處理成熟期籽粒、穎殼和莖葉的含氮量分析（表3）可以看出，3個監(jiān)控施肥處理籽粒氮含量較高，處理間差異不顯著，但均顯著高于T5處理，以T4-P處理最高，顯著高于T1和T5處理，分別較T1和T5處理提高15.90%和22.62%，T1處理與T5處理無顯著差異，表明施肥方法可能會影響收獲期籽粒對氮素的吸收利用。3個監(jiān)控施肥處理穎殼氮含量較高，處理間差異不顯著，但均顯著高于T5處理，以T3-N處理最高，顯著高于T1和T5處理,T1處理與T5處理無顯著差異。莖葉氮含量以T3-N處理最高，與另外2個監(jiān)控施肥處理差異不顯著，但顯著高于T1和T5處理。對比T4-P和T2處理不同部位氮含量發(fā)現(xiàn)，2個處理間差異均不顯著，說明磷肥的施用對氮素的吸收無顯著影響。一般而言，磷在作物體內(nèi)比較集中分布于含核蛋白較多的幼芽和根尖生長點，并隨著生長中心的轉(zhuǎn)移而轉(zhuǎn)移，表現(xiàn)出明顯的頂端優(yōu)勢。對比不同處理不同部位磷含量發(fā)現(xiàn)，施肥方式對籽粒和穎殼的含磷量影響不大，而莖葉含磷量則表現(xiàn)為T2處理最高，顯著高于T4-P、T3-N、T5處理，這可能與磷肥的施用和吸收有關，也可能和土壤本底磷含量低有關。

表3 不同處理滴灌春小麥成熟期不同部位氮、磷含量Tab.3 N，Pcontents in different parts of spring wheat of different treatments under drip irrigation g/kg

2.3 水肥一體化及氮磷減施對滴灌春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表4可知，春小麥穗數(shù)在不同處理間差異不顯著；施肥處理穗粒數(shù)均高于不施肥處理，但差異不顯著；施肥處理千粒質(zhì)量均高于不施肥處理，其中，T3-N處理達到顯著水平。施肥處理產(chǎn)量均高于不施肥處理，除T5處理不顯著外，其余施肥處理均達到顯著水平；T2、T3-N、T4-P處理產(chǎn)量均高于T5處理，其中，T2、T3-N處理達到顯著水平。總體來看，T2處理產(chǎn)量最高，較T1處理顯著提高33.44%，較T5處理顯著提高20.07%；T3-N處理次之，較T1處理顯著提高32.22%，較T5處理顯著提高18.97%；T4-P處理較T1處理顯著提高19.59%，較T5處理提高1.60%，說明合理施肥有利于提高春小麥產(chǎn)量。綜上可知，水肥一體化條件下的氮磷減施處理產(chǎn)量均高于農(nóng)戶常規(guī)施肥處理，而農(nóng)戶常規(guī)施肥處理氮肥用量較T2處理高25%，磷肥用量較T2處理高112%，農(nóng)戶常規(guī)施肥處理施用鉀肥37.5 kg/hm2，而監(jiān)控施肥處理未施用鉀肥。因此，水肥一體化條件下化肥減施具有相當?shù)臐摿?，在相對富鉀地區(qū)不施鉀肥情況下，水肥一體化技術下氮肥減施25%、磷肥減施112%可達到30%以上的增產(chǎn)效果。

表4 不同處理滴灌春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、收獲指數(shù)Tab.4 Yield and its components and harvest index of spring wheat of different treatments under drip irrigation

收獲指數(shù)反映了作物群體光合同化物轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟產(chǎn)品的能力，是評價作物品種產(chǎn)量水平和栽培成效的重要指標。由表4可知，收獲指數(shù)最高的是T3-N處理，為0.407；其次為T4-P、T2處理，分別為0.382、0.377，均明顯高于不施肥處理和農(nóng)戶常規(guī)施肥處理，而農(nóng)戶常規(guī)施肥處理肥料施用量高于其他施肥處理。

2.4 水肥一體化及氮磷減施對滴灌春小麥氮肥和磷肥利用效率的影響

由表5可以看出，滴灌春小麥氮肥的農(nóng)學效率和偏生產(chǎn)力表現(xiàn)出相同的趨勢，均以T2處理最大，其次為T4-P處理，T5處理最小，這與T5處理施肥量較高有關。滴灌春小麥氮肥利用率表現(xiàn)為T2、T4-P處理明顯高于T5處理，T2、T4-P處理氮肥利用率分別為27.58%、33.04%，而T5處理僅為9.04%，這可能與農(nóng)戶的施肥方式有關，農(nóng)戶常規(guī)施肥模式為70%氮肥基施，30%氮肥在作物生長期隨水追施，這大大降低了肥料的利用效率，而且農(nóng)戶根據(jù)習慣、經(jīng)驗施肥，施肥量比較高，這也會導致肥料利用率偏低。

表5 不同處理滴灌春小麥氮肥利用效率Tab.5 Nitrogen use efficiency of spring wheat of different treatments under drip irrigation

滴灌春小麥磷肥的農(nóng)學效率、偏生產(chǎn)力、利用率表現(xiàn)出與氮肥相同的規(guī)律（表6）。磷肥農(nóng)學效率、磷肥偏生產(chǎn)力均以T2處理最大，其次為T3-N處理，T5處理最小，說明利用水肥一體化技術模式較農(nóng)戶常規(guī)施肥處理提高了養(yǎng)分利用效率。磷肥利用率以T3-N處理最高，為15.70%；其次為T2處理，為12.67%；而農(nóng)戶常規(guī)施肥處理僅為8.01%，這與磷肥利用率整體不高有關，新疆維吾爾自治區(qū)土壤屬于鹽基飽和土壤，較多的磷肥在土壤中化學固定影響了磷肥的利用效率。

表6 不同處理滴灌春小麥磷肥利用效率Tab.6 Phosphorus use efficiency of spring wheat of different treatments under drip irrigation

3 結(jié)論與討論

養(yǎng)分吸收是小麥干物質(zhì)積累的基礎，干物質(zhì)和養(yǎng)分的積累是產(chǎn)量形成的前提[35]。小麥植株氮磷含量隨著施肥量的增加呈現(xiàn)升高趨勢，同一氮肥施用量情況下，配施磷肥促進了植物對氮素的吸收；同一磷肥施用量條件下，配施氮肥促進了植株對磷素的吸收[36]。本研究結(jié)果表明，在春小麥成熟期監(jiān)控施肥處理籽粒、莖葉和穎殼的氮含量均顯著高于農(nóng)戶常規(guī)施肥處理，不施肥處理與農(nóng)戶常規(guī)施肥處理籽粒氮含量無顯著差異。因此，施肥方法對植株氮的吸收有一定的影響，合理的水肥運籌均能有效提高滴灌春小麥干物質(zhì)的積累量。

合理施肥能顯著提高作物產(chǎn)量，并且具有較高的經(jīng)濟效益。研究表明，滴灌和磷肥配施能顯著提高小麥產(chǎn)量，在等量施肥條件下，隨水施肥即水肥一體化技術可以明顯提高作物產(chǎn)量，基礎地力對小麥產(chǎn)量也有一定的影響，施肥對小麥產(chǎn)量的貢獻率隨著基礎地力的提升呈現(xiàn)顯著下降的趨勢[37]。本研究結(jié)果表明，與農(nóng)戶常規(guī)施肥和不施肥處理相比，水肥一體化下氮磷合理配施的T2處理可顯著提高春小麥產(chǎn)量，分別增產(chǎn)20.07%和33.44%，可見水肥一體化技術可顯著提高春小麥產(chǎn)量，且與農(nóng)戶常規(guī)施肥處理相比，T2處理施N量減少25%、施P2O5量減少112%，而滴灌春小麥不減產(chǎn)。收獲指數(shù)可以反映栽培措施等的合理性，從不同處理春小麥的收獲指數(shù)來看，以農(nóng)戶常規(guī)施肥處理最低，而T3-N、T4-P、T2處理較高。

研究表明，水肥一體化技術應用在滴灌水稻上具有較好效果，水肥一體化條件下施用配方肥更能提高作物產(chǎn)量[38]。肥料的偏生產(chǎn)力是指肥料所能產(chǎn)生的籽粒產(chǎn)量，其意義在于施肥對經(jīng)濟產(chǎn)量產(chǎn)生的效益；肥料的農(nóng)學效率是指單位施肥量所增加的作物產(chǎn)量，意義在于評價肥料的增產(chǎn)效益；而肥料的利用率則反映肥料施入土壤以后的綜合利用效率。本研究結(jié)果表明，與農(nóng)戶常規(guī)施肥處理相比，水肥一體化條件下的施肥處理（T2、T3-N、T4-P處理）均能提高氮肥和磷肥的農(nóng)學效率、偏生產(chǎn)力、利用率?？傮w來看，水肥一體化條件下的施肥處理T2、T3-N、T4-P均可提高春小麥產(chǎn)量和肥料利用效率，并減少化肥施用量，達到了減肥不減產(chǎn)的目的。