內(nèi)蒙古東部旱作區(qū)春小麥養(yǎng)分需求特征

賈立國(guó) ，郭祥金 ，孟憲文 ，張建民 ，唐廣彬 ，于宏心 ，田貴云 ，駱瓔珞 ，樊明壽

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.呼倫貝爾農(nóng)墾謝爾塔拉農(nóng)牧場(chǎng)有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021012）

內(nèi)蒙古呼倫貝爾市是我國(guó)重要的春小麥產(chǎn)區(qū)，常年種植面積超過(guò)26 萬(wàn)hm2，在保障國(guó)家糧食安全方面具有重要的戰(zhàn)略作用。當(dāng)?shù)赝寥婪饰?、有機(jī)質(zhì)含量高，是我國(guó)彌足珍貴的“黑土地”耕作區(qū)[1-2]。相對(duì)于內(nèi)蒙古中西部農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)降雨量相對(duì)充沛，當(dāng)?shù)氐拇盒←溕a(chǎn)主要以旱作為主。該區(qū)氣候冷涼，病蟲害發(fā)生較輕，是我國(guó)重要的春小麥綠色生產(chǎn)基地。由于歷史原因，當(dāng)?shù)卮盒←溕a(chǎn)主要通過(guò)農(nóng)牧場(chǎng)集中管理，配備有專門的技術(shù)人員，產(chǎn)區(qū)地勢(shì)平坦，規(guī)?；?、機(jī)械化水平高。但是，對(duì)于當(dāng)?shù)靥囟夂蛲寥罈l件下春小麥的養(yǎng)分需求規(guī)律缺少科學(xué)研究。最近關(guān)于呼倫貝爾春小麥的研究還要追蹤到21 世紀(jì)初，劉克禮等[3]研究了不同氮、磷、鉀養(yǎng)分供應(yīng)條件下干物質(zhì)積累規(guī)律。在此之后近20 a 的時(shí)間，再未見該產(chǎn)區(qū)關(guān)于春小麥營(yíng)養(yǎng)規(guī)律及養(yǎng)分管理的系統(tǒng)研究。黃倩楠等[4]通過(guò)農(nóng)戶調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，北方春小麥每100 kg 籽粒氮、磷、鉀的需求量分別為2.7～3.0、0.37～0.56、2.4～2.8 kg，但是沒(méi)有對(duì)呼倫貝爾地區(qū)春小麥的養(yǎng)分需求進(jìn)行具體分析。

近20 a 來(lái)，呼倫貝爾地區(qū)的土壤養(yǎng)分發(fā)生了巨大變化，表現(xiàn)為有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀含量減少，有效磷含量增加[5]。許多新的品種在產(chǎn)區(qū)進(jìn)行了推廣應(yīng)用，如龍麥系列、太空格萊尼等[6-8]。當(dāng)前生產(chǎn)條件下春小麥的養(yǎng)分需求特征如何，生產(chǎn)中的習(xí)慣施肥量是否適宜、是否還有減施的空間缺乏科學(xué)的研究，也沒(méi)有最新的資料可供參考。為響應(yīng)“十三五”國(guó)家化肥農(nóng)藥減施戰(zhàn)略，本研究通過(guò)田間定位試驗(yàn)，探索該區(qū)域春小麥養(yǎng)分需求特征，明確肥料減施潛力，以期為區(qū)域春小麥綠色生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019—2020 年在內(nèi)蒙古呼倫貝爾市謝爾塔拉農(nóng)牧場(chǎng)（49°17′N，119°54′E）進(jìn)行，該試驗(yàn)區(qū)屬典型中溫帶半干旱大陸性草原氣候，年平均氣溫為-1～-2 ℃，年平均降水量為350～370 mm，年日照時(shí)數(shù)平均為2 800 h，無(wú)霜期平均為130 d。試驗(yàn)地土壤類型為暗栗鈣土，2019 年播前土壤pH 值為7.2，有機(jī)質(zhì)含量為36.0 g/kg，全氮含量為2.3 g/kg，速效磷含量為25.2 mg/kg，速效鉀含量為178.6 mg/kg。2019、2020 年小麥生育期（5—8 月）降水量分別為257、297 mm。

1.2 試驗(yàn)材料

供試小麥品種為當(dāng)?shù)刂魍频凝堺?5（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置農(nóng)戶模式（FP）和減肥模式（RF）2 個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)，共6 個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為180 m2（60 m×3 m）,行距0.15 m，20 行區(qū)，試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組排列。2020 年在2019 年的基礎(chǔ)上進(jìn)行定位試驗(yàn)。小麥播種量300 kg/hm2，播前采用10%吡蟲啉375 g/hm2+黑穗停450 g/hm2+禾稼歡樂(lè)225 g/hm2拌種。氮肥為尿素（N 46%），磷肥為過(guò)磷酸鈣（P2O514%），鉀肥為硫酸鉀（K2O≥50%），均以基肥一次性施入。農(nóng)戶模式氮肥用量為N 90 kg/hm2,減肥模式為N 75 kg/hm2（減氮20%）,磷肥（P2O560 kg/hm2）和鉀肥（K2O 39 kg/hm2）各處理間一致。

2019 年試驗(yàn)地前茬作物為小麥，于5 月12 日播種，8 月14 日收獲；2020 年 于5 月1 日播種，8 月11 日收獲。采用小型播種機(jī)進(jìn)行播種。于2019 年5 月21日、6月17日，2020年5月18日、6月19日各灌水40 mm，灌溉方式為噴灌。病蟲草害防治等按照常規(guī)大田管理執(zhí)行，各田間管理等措施在處理間保持一致。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

分別于小麥苗期、拔節(jié)期、抽穗期、開花期、灌漿期和成熟期對(duì)植株進(jìn)行取樣，各個(gè)時(shí)期取50 cm小麥樣段，重復(fù)3 次，分葉片、莖鞘、穗（穎殼）和籽粒稱量各器官鮮質(zhì)量，然后放入烘箱105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量稱干質(zhì)量。

2019 年全生育期對(duì)小麥植株養(yǎng)分含量進(jìn)行分析測(cè)定，植株各器官干樣粉碎后過(guò)0.5 mm 篩，采用H2SO4-H2O2消煮后測(cè)定氮、磷、鉀含量，氮素含量采用凱氏定氮儀測(cè)定，磷素含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀含量通過(guò)火焰分光度計(jì)測(cè)定。

收獲時(shí)每小區(qū)選取2個(gè)代表性樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)面積3.14 m2，對(duì)小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、籽粒產(chǎn)量等進(jìn)行考種，并測(cè)定含水率，脫粒風(fēng)干后換算含水率為13%的小麥籽粒產(chǎn)量，3 個(gè)小區(qū)的平均產(chǎn)量為各處理的小麥產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)各處理間差異采用最小顯著極差法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥模式對(duì)春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

2019 年的研究結(jié)果顯示，與農(nóng)戶模式相比，化學(xué)氮肥減量20%的條件下（減肥模式）春小麥的產(chǎn)量并沒(méi)有顯著降低，進(jìn)一步分析穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量等產(chǎn)量構(gòu)成因子發(fā)現(xiàn)，減肥模式和農(nóng)戶模式之間均沒(méi)有顯著差異；2020 年減肥模式的穗粒數(shù)顯著低于農(nóng)戶模式（P＜0.05），產(chǎn)量及其構(gòu)成因子在處理間均沒(méi)有顯著差異（表1）。

表1 不同施肥模式下春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因子Tab.1 Yield and its components of spring wheat under different fertilization modes

2.2 不同施肥模式對(duì)春小麥干物質(zhì)積累的影響

地上部干物質(zhì)積累量隨著生育時(shí)期的推進(jìn)呈逐漸增加的趨勢(shì)，2 a 定位試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)出一致的規(guī)律。2019 年農(nóng)戶模式在抽穗期和揚(yáng)花期略高于減肥模式，而2020 年在這2 個(gè)時(shí)期略低于減肥模式，到灌漿期又基本上趨于一致（圖1）。

圖1 不同施肥模式下春小麥生育期地上部干物質(zhì)積累Fig.1 Dry matter accumulation of aboveground part during spring wheat growth stage under different fertilization modes

2.3 不同施肥模式對(duì)春小麥養(yǎng)分含量的影響

2019 年，對(duì)全生育期不同處理間植株地上部各器官的氮、磷、鉀養(yǎng)分含量進(jìn)行比較，結(jié)果表明，葉片、莖鞘和穎殼（穗）各器官中的氮、磷、鉀養(yǎng)分含量均隨著生育時(shí)期的推進(jìn)呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)（表2—4）。

表2 不同施肥模式下春小麥各器官氮素含量Tab.2 Nitrogen concent in leaf，stem，and grain of spring wheat under different fertilization modes g/kg

從表2 可以看出，不同器官絕大多數(shù)情況下處理間養(yǎng)分含量都沒(méi)有顯著性差異，減肥模式下葉片氮素含量在拔節(jié)期和灌漿期顯著低于農(nóng)戶模式（P＜0.05），莖鞘中的氮素含量在拔節(jié)期顯著低于農(nóng)戶模式（P＜0.05）。

從表3 可以看出，葉片和莖鞘中的磷素含量在拔節(jié)期和灌漿期均顯著低于農(nóng)戶模式（P＜0.05），其他時(shí)期與氮素含量的變化規(guī)律一致。

表3 不同施肥模式下春小麥各器官磷素含量Tab.3 Phosphorus concent in leaf，stem，and grain of spring wheat under different fertilization modes g/kg

從表4 可以看出，不同施肥模式下葉片和莖鞘中的鉀素含量苗期均表現(xiàn)為減肥模式顯著高于農(nóng)戶模式（P＜0.05），而在灌漿期農(nóng)戶模式均顯著高于減肥模式（P＜0.05），其他時(shí)期各器官處理間無(wú)顯著差異。

表4 不同施肥模式下春小麥各器官鉀素含量Tab.4 Potassium concent in leaf，stem，and grain of spring wheat under different fertilization modes g/kg

2.4 不同施肥模式對(duì)春小麥養(yǎng)分利用效率的影響

通過(guò)肥料偏生產(chǎn)力和生理利用效率2 個(gè)指標(biāo)對(duì)不同施肥模式的養(yǎng)分效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示（表5），減肥模式下氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于農(nóng)戶施肥模式（P＜0.05），磷肥偏生產(chǎn)力和鉀肥偏生產(chǎn)力在處理間沒(méi)有顯著差異。氮素生理效率、磷素生理效率和鉀素生理效率均表現(xiàn)為減肥模式顯著高于農(nóng)戶模式（P＜0.05），2 a 間的規(guī)律一致。

表5 不同施肥模式下春小麥養(yǎng)分利用效率Tab.5 Nutrient use efficiency of spring wheat under different fertilization modes kg/kg

2.5 春小麥對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的需求量分析

綜合2019、2020 年2 個(gè)施肥處理的結(jié)果，確定了當(dāng)?shù)刂髟云贩N龍麥35 生產(chǎn)100 kg 籽粒的需氮量為4.64 kg，需磷量為0.83 kg，需鉀量為1.43 kg（圖2）。

圖2 不同施肥模式下生產(chǎn)100 kg 春小麥籽粒的氮、磷、鉀需求量Fig.2 Nutrient requirement of nitrogen，phosphorus，and potassium producing 100 kg of spring wheat grain under different fertilization modes

3 結(jié)論與討論

內(nèi)蒙古是我國(guó)主要的春小麥產(chǎn)區(qū)，播種面積約占全國(guó)春小麥的45%，其中呼倫貝爾旱作春小麥種植面積占內(nèi)蒙古小麥總面積的60%，在國(guó)家糧食安全和地方農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)舉足輕重的重要地位[9]。但是，關(guān)于該區(qū)域養(yǎng)分需求的特征和規(guī)律鮮有報(bào)道，也缺乏對(duì)施肥技術(shù)的研究。結(jié)合國(guó)家化肥減施戰(zhàn)略，在呼倫貝爾市旱作春小麥上進(jìn)行了養(yǎng)分需求特征和減施技術(shù)的研究。2 a 的定位試驗(yàn)結(jié)果表明，在氮肥減量20%的條件下，小麥的產(chǎn)量并沒(méi)有顯著下降，氮肥偏生產(chǎn)力和生理利用效率顯著提升，這與賈立國(guó)等[10]在內(nèi)蒙古西部灌區(qū)取得的結(jié)果基本一致。本研究結(jié)果是在2 a 定位試驗(yàn)的基礎(chǔ)上獲得，并且減肥模式?jīng)]有采取其他的技術(shù)手段，如采用先進(jìn)的秸稈還田、有機(jī)替代、監(jiān)控施肥等技術(shù)[4,11-13]，當(dāng)?shù)氐拇盒←溸€有化肥進(jìn)一步減施的潛力。但是，農(nóng)戶模式下作物氮素的帶走量高于化學(xué)氮肥的投入量，減肥條件下產(chǎn)量的維持可能主要依賴當(dāng)?shù)馗叻柿ν寥垒^強(qiáng)的緩沖能力，從養(yǎng)分平衡的角度來(lái)看是不可持續(xù)的，因此，當(dāng)?shù)卮盒←湹臏p肥潛力還需長(zhǎng)期定位試驗(yàn)進(jìn)一步明確。

隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，葉片、莖鞘和穎殼（穗）中的氮、磷、鉀含量均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這與前期的研究一致[14]。不同器官絕大多數(shù)情況下處理間養(yǎng)分含量都沒(méi)有顯著性差異，只有在拔節(jié)期和灌漿期個(gè)別器官表現(xiàn)為減肥模式低于農(nóng)戶模式，導(dǎo)致收獲時(shí)減肥模式養(yǎng)分積累量相對(duì)較少，氮、磷、鉀養(yǎng)分的生理利用效率均顯著高于農(nóng)戶模式。減肥模式把積累的養(yǎng)分高效地用于物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成，表現(xiàn)出較高的養(yǎng)分利用效率。

本研究確定了當(dāng)?shù)刂髟云贩N龍麥35生產(chǎn)100 kg籽粒的需氮量為4.64 kg，需磷量為0.83 kg，需鉀量為1.43 kg。研究結(jié)果說(shuō)明，當(dāng)?shù)卮盒←湹识唐趦?nèi)減量20%是可行的，但是長(zhǎng)期效應(yīng)和氮肥減量潛力還需要進(jìn)一步研究。黃倩楠等[4]對(duì)我國(guó)各麥區(qū)農(nóng)戶的小麥養(yǎng)分需求量進(jìn)行了系統(tǒng)分析，結(jié)果表明，春麥區(qū)生產(chǎn)100 kg 籽粒的平均需氮量為2.86 kg，需磷量為0.45 kg，需鉀量為2.65 kg，氮磷需求量低于本研究結(jié)果，而需鉀量高于本研究結(jié)果。原因是小麥養(yǎng)分需求和產(chǎn)量水平、土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力和品種特性都有關(guān)系。研究指出，隨產(chǎn)量增加,小麥氮、磷、鉀養(yǎng)分需求量呈降低趨勢(shì)，冬小麥和春小麥的需求量也有很大差異[15-16]。本研究集中在呼倫貝爾旱作春小麥產(chǎn)區(qū)，獨(dú)特的氣候、土壤和主栽品種和其他春麥區(qū)均有巨大差異，導(dǎo)致與前期研究結(jié)果有所差異[17-20]。研究結(jié)果將為進(jìn)一步確定呼倫貝爾春小麥合理的養(yǎng)分需求量，制定針對(duì)區(qū)域的春小麥養(yǎng)分管理技術(shù)提供理論依據(jù)。