小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)環(huán)境友好的氮肥-固氮菌肥最佳施用量研究

孟自力 付勝昔 高磊 陳昆

摘要：以強筋冬小麥商優(yōu)1號為研究對象，設(shè)置不同的氮肥-固氮菌肥處理，研究不同氮肥-固氮菌肥用量對強筋冬小麥產(chǎn)量、品質(zhì)和硝態(tài)氮累積的影響。結(jié)果表明，在固氮菌肥用量為150 kg/hm2、施氮量在165～240 kg/hm2時，小麥品質(zhì)最佳，穗數(shù)、產(chǎn)量等參數(shù)均達(dá)到較理想狀態(tài)，施氮過高或不施氮都會導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)的下降;施氮量在 240? kg/hm2 時，濕面筋指數(shù)、濕面筋含量、蛋白質(zhì)含量達(dá)到最優(yōu);施氮量在165 kg/hm2時，取得最大產(chǎn)量（9 060 kg/hm2），千粒質(zhì)量達(dá)到峰值（47.7 g）;不施氮處理下土壤硝態(tài)氮含量最低，隨著氮肥用量不斷加大，殘留在土壤中的硝態(tài)氮含量也不斷升高;隨著氮肥的追加，在0～315 kg/hm2之間，氮素的盈余量一直增加，變化幅度較大，在315 kg/hm2時達(dá)到最大值，對環(huán)境產(chǎn)生最大影響。生產(chǎn)實踐中的施氮量可根據(jù)需要（側(cè)重產(chǎn)量還是側(cè)重質(zhì)量）在這一范圍內(nèi)進(jìn)行選擇和取舍。推薦氮肥和菌肥施用量分別約為200、150 kg/hm2，在此條件下能兼顧小麥的產(chǎn)量與質(zhì)量，此時土壤硝態(tài)氮的累積量也在可接受范圍之內(nèi)。

關(guān)鍵詞：小麥;產(chǎn)量;質(zhì)量;氮肥;固氮菌肥

中圖分類號： S512.106? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）09-0062-04

小麥?zhǔn)俏覈诙蠹Z食作物，產(chǎn)量占全國糧食總產(chǎn)量的22.5%，消費量占全國總消費量的25%左右，因此在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國民生活中占有重要地位[1]。小麥產(chǎn)量與品質(zhì)的研究與提高，是實現(xiàn)我國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益目標(biāo)的重要前提與基礎(chǔ)之一[2]。

小麥體內(nèi)含有一定量的蛋白質(zhì)，而氮素是組成蛋白質(zhì)的重要元素，小麥合理施用氮肥和固氮菌肥可以高效利用氮素，對其產(chǎn)量和后期小麥面粉的質(zhì)量都有著非常重要的影響[3-7]。土壤中殘留氮的含量超過一定量時，再施加氮肥將影響固氮菌的作用，不會再提高小麥產(chǎn)量及蛋白質(zhì)含量，反而會產(chǎn)生一定的污染問題[8-11]。因此，控制好化肥的用量，合理配肥，不僅能更有效地增加小麥產(chǎn)量和品質(zhì)，更重要的是可以合理改善環(huán)境問題，使農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益緊密貼合[12-16]。

本試驗通過分析不同濃度氮肥-固氮菌肥對小麥產(chǎn)量、品質(zhì)及環(huán)境的影響，提出保障農(nóng)田環(huán)境安全及糧食生產(chǎn)安全的氮肥-固氮菌肥投入閾值，以期為我國糧食安全作出貢獻(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

該試驗于2018年10月至2019年6月在河南省商丘市城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)賈寨鎮(zhèn)保衛(wèi)村進(jìn)行，此地區(qū)屬于暖溫帶亞濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫為 14 ℃，年降水量達(dá)到700 mm，供試土壤為0～20 cm土層兩合土，全氮含量為77.8 mg/kg，有機質(zhì)含量為2.2 mg/kg，速效鉀含量為93.37 mg/kg，速效磷含量為35.31 mg/kg。

1.2 試驗方案

小麥品種為商優(yōu)1號，是強筋、半冬性小麥品種。固氮菌肥由河南省中農(nóng)嘉吉化工有限公司提供，顆粒型、有效活菌數(shù)≥0.2億個孢子/g、有機質(zhì)含量≥20%。播種日期為2018年10月6日，播種量為225 kg/hm2。

在固氮菌肥用量為150 kg/hm2時設(shè)置5個施氮量處理，分別為0（N 0）、90（N 90）、165（N 165）、240（N 240）、315 kg/hm2（N 315）;在氮肥用量為 200 kg/hm2 時設(shè)置4個固氮菌肥處理，分別為50（J 50）、100（J 100）、150（J 150）、200 kg/hm2（J 200）。各處理均施P 2O 5 150 kg/hm2，K 2O 120 kg/hm2。

小區(qū)長18 m，寬3 m，面積為54 m2，每個小區(qū)間隔 40 cm，每個處理3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，共15個小區(qū)。固氮菌肥、磷肥和鉀肥全部底施;氮肥70%底施，30%返青期—拔節(jié)期溝施。

1.3 樣品采集和測定

試驗前隨機選取3個點，采集0～20 cm土壤樣品，測定土壤理化性質(zhì);小麥在收獲期采集0～90 cm 土層，以30 cm為1層，從上到下分為3份。

于收獲期取冬小麥樣品，分別取其穗、莖、葉、籽粒，65 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量磨細(xì)，過0.5 mm篩，以供測定全氮含量。于成熟期，在各個小區(qū)隨機選擇27 m2取樣，脫粒，稱質(zhì)量，計算產(chǎn)量。

土壤硝態(tài)氮含量采用紫外分光光度計法測定。濕面筋含量采用瑞典波通公司 Glutomatic 2200 型面筋儀測定。按照以下公式計算蛋白質(zhì)含量。

蛋白質(zhì)含量（%）=全氮含量（%）×5.7;

土壤硝態(tài)氮（kg/hm2）=土壤厚度（cm）×土壤容重（g/cm3）×土壤氮濃度（mg/kg）÷10。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)均使用Excel 2010軟件進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量對冬小麥產(chǎn)量的影響

由表1可以看出，小麥產(chǎn)量在不同的施氮量下存在著明顯差別，產(chǎn)量的構(gòu)成效應(yīng)也具有很大的差異。從產(chǎn)量來看，施氮肥處理分別比未施氮肥增產(chǎn)29.4%、54.1%、42.1%、38.0%。施氮量為 165 kg/hm2 時，小麥產(chǎn)量達(dá)到最大值，為 9 060 kg/hm2。在施氮量持續(xù)增加到240 kg/hm2時，小麥的產(chǎn)量反而下降;與N 165相比，N 240產(chǎn)量下降了7.75%。說明小麥的產(chǎn)量不是隨著施氮量的增加而無限增加的，其存在著一個閾值。由產(chǎn)量的組成因素來看，千粒質(zhì)量和穗數(shù)也是隨著施氮量的增大而上升，在施氮量165 kg/hm2時達(dá)到最大值。當(dāng)不施用氮肥時產(chǎn)量組成因素均最低，當(dāng)施用過多氮肥時，產(chǎn)量組成因素呈下降趨勢。

2.2 不同施氮量對冬小麥品質(zhì)的影響

由表2可以看出，施氮量對小麥蛋白質(zhì)含量有影響。施氮量為240 kg/hm2時，蛋白質(zhì)含量（15.28%）、濕面筋含量（35.14%）、濕面筋指數(shù)（69.38%）均達(dá)到峰值，小麥品質(zhì)達(dá)到理想狀態(tài)。

依照GB/T 17892—1999 《優(yōu)質(zhì)小麥 強筋小麥》，濕面筋含量在35%以上的為優(yōu)質(zhì)高筋小麥，在32%～35%之間的為二等強筋小麥。本試驗小麥的濕面筋含量均在32%之上（表2），其中N 240處理的濕面筋含量為35.14%，為優(yōu)質(zhì)高筋小麥，其余處理均為二等強筋小麥。硝態(tài)氮累積量歐盟標(biāo)準(zhǔn)含量為100 kg/hm2，在此條件之內(nèi)為環(huán)境友好最佳狀態(tài)。由圖1可以看出，隨著施氮量的不斷增加，硝態(tài)氮累積量呈不斷增加的趨勢，但產(chǎn)量與濕面筋含量均有峰值，達(dá)到峰值后繼續(xù)增加施氮量并不能繼續(xù)提高產(chǎn)量或濕面筋含量。施氮量在165～240 kg/hm2之間時，其產(chǎn)量與濕面筋含量分別達(dá)到最高值，硝態(tài)氮累積量也在環(huán)境友好型可接受范圍之內(nèi)。生產(chǎn)實踐中的施氮量可根據(jù)需要（側(cè)重產(chǎn)量還是側(cè)重質(zhì)量）在這一范圍內(nèi)進(jìn)行選擇和取舍。另外，從圖1可以得知，當(dāng)施氮量大約在200 kg/hm2時，能兼顧小麥產(chǎn)量與質(zhì)量，因此，若不考慮其他特殊因素，推薦施氮量為200 kg/hm2。

2.3 不同施氮量下0～90 cm土層土壤硝態(tài)氮累積分布規(guī)律

由圖2可以看出，土壤中硝態(tài)氮的累積量隨著施氮量的不斷增加而增大，尤其是表層土壤中硝態(tài)氮的累積含量是最大的。以0～30 cm土層深度為例，不施用氮肥硝態(tài)氮含量僅為31.38 kg/hm2，4個施氮處理分別提高134.67%、155.26%、184.67%、206.82%，N 315最大（96.28 kg/hm2）。在施氮量相同的情況下，土壤中氮的累積量隨著土層深度的增加而不斷減小，在0～30 cm土層中含氮量最高。N 315處理下各個土層深度的氮累積量分別為96.28、87.36、74.13 kg/hm2，都超過其他處理。在此基礎(chǔ)上，若下一季夏玉米的種植不能充分地把殘留于土壤中的硝態(tài)氮吸收干凈， 這些硝態(tài)氮就會隨著下雨產(chǎn)生的淋洗作用，逐漸滲透進(jìn)入地下水中，對地下水產(chǎn)生污染。

由圖3可以得出，土層厚度范圍在0～90 cm之間時，隨著施氮量的不斷增大，土壤中硝態(tài)氮的累積量不斷上升，施氮量和土壤中硝態(tài)氮的含量呈現(xiàn)明顯的線性相關(guān)。4個施氮肥處理土壤中硝態(tài)氮含量分別比N 0處理上升了160.1%、202.8%、260.5%、314.7%，N 315處理最大（262.77 kg/hm2）。

2.4 固氮菌肥施用量與小麥產(chǎn)量及濕面筋含量的關(guān)系

由表3可知，固氮菌肥用量在50～200 kg/hm2范圍內(nèi)時，小麥產(chǎn)量和濕面筋含量均呈不斷上升的趨勢。在固氮菌肥用量增加至150 kg/hm2以后，小麥產(chǎn)量及濕面筋含量增長趨勢明顯放緩，考慮國家提倡的糧食作物節(jié)本增效的目的，建議固氮菌肥用量為150 kg/hm2。

3 結(jié)論與討論

本研究分析了固氮菌肥和氮肥配施對冬小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。供試固氮菌肥替代一定量的化肥，在施氮量為165 kg/hm2時達(dá)到最大產(chǎn)量（9 060 kg/hm2），說明配施固氮菌肥比全量施用化肥有一定的增產(chǎn)效果，這與王樹鳳等關(guān)于固氮菌能有效積累氮素的結(jié)論[17]一致，曹云海亦發(fā)現(xiàn)固氮菌可以有效增加小麥產(chǎn)量[18]。在施氮量逐漸增大到240 kg/hm2及以上水平后，冬小麥產(chǎn)量開始負(fù)增長，這進(jìn)一步驗證了郝晶等的研究結(jié)論[19-20]。施氮量在165～240 kg/hm2范圍內(nèi)時，可以達(dá)到小麥產(chǎn)量、品質(zhì)和環(huán)境友好綜合性最佳表現(xiàn)，其中施氮量為 240 kg/hm2 時，濕面筋指數(shù)、濕面筋含量、蛋白質(zhì)含量均達(dá)到最優(yōu)值，小麥品質(zhì)最佳。生產(chǎn)實踐中的施氮量可根據(jù)需要（側(cè)重產(chǎn)量還是側(cè)重質(zhì)量）在這一范圍內(nèi)進(jìn)行選擇和取舍。推薦施氮量大約為 200 kg/hm2，固氮菌肥施用量為150 kg/hm2，此時能兼顧小麥產(chǎn)量與質(zhì)量，而且土壤硝態(tài)氮的累積量也在可接受范圍之內(nèi)。

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