氮?磷減施對(duì)滴灌春小麥干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響

李懷勝 張磊

摘要 針對(duì)北疆區(qū)域水肥一體化條件下氮、磷減施保量問題，調(diào)研了農(nóng)戶施肥情況，以滴灌春小麥為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了氮、磷2因素4水平9種不同施肥處理方式進(jìn)行試驗(yàn)，通過對(duì)滴灌春小麥干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的分析，結(jié)果表明，化肥減施處理的干物質(zhì)積累量、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益提高。為了預(yù)測(cè)滴灌春小麥氮肥（N）最佳用量、磷肥（P2O5）最佳用量以及氮磷肥適宜配施比例，構(gòu)建了二元二次擬合曲線，建立施肥量和產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益的肥料模型。結(jié)果表明，水肥一體化條件下的氮、磷減施有利于滴灌春小麥干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的增加。

關(guān)鍵詞 滴灌春小麥;化肥減施;干物質(zhì)積累;產(chǎn)量;肥料效應(yīng)

中圖分類號(hào) S 512.1+2? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2022）12-0141-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.10.036

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effects of Reduced Application of Nitrogen and Phosphorus on Dry Matter Accumulation and Yield of Spring Wheat under Drip Irrigation

LI Huai-sheng1， ZHANG Lei2，3

（1.Institute of Agricultural Sciences，Ninth Division of Xinjiang Production and Construction Crops，Emin，Xinjiang 834300;2.College of Plant Sciences，Tarim University， Aral，Xinjiang? 843300;3.Xinjiang Academy of Agricultural Reclamation Science， Shihezi， Xinjiang 832000）

Abstract To address the problem of nitrogen and phosphorus reduction and conservation under water and fertilizer integration in the northern Xinjiang region， the fertilizer application was investigated. The method that focused on 9 different fertilizer application treatments with 2 factors and 4 levels of nitrogen and phosphorus for the drip irrigated spring wheat was designed. Dry matter accumulation， yield and economic benefit were analyzed. The result showed that dry matter accumulation，grain yield and economic benefit of chemical fertilizer reduction treatment were improved. To predict the optimal amount of nitrogen （N）， phosphorus （P2O5） and fertilizer application rate for drip irrigated spring wheat， a binary quadratic fitting curve was constructed to establish a fertilizer model based on fertilizer application rate， yield and economic efficiency. The results showed that the reduced application of N and P under the conditions of water fertilization was beneficial to the dry matter accumulation， seed yield and economic benefits of drip irrigated spring wheat.

Key words Drip irrigated spring wheat;Fertilizer reduction;Dry matter accumulation;Yield;Fertilizer effect

小麥作為新疆主要糧食作物，常年種植面積為118萬hm2，其中春麥36萬hm2左右，確保春小麥健康生產(chǎn)，對(duì)保障區(qū)域糧食安全具有重要意義[1]。研究表明，化肥投入費(fèi)用占新疆春小麥種植成本的24.17%[2]。目前，春小麥種植過程中化肥過施的現(xiàn)象普遍存在，化肥過施容易造成土壤污染、酸化、板結(jié)，顯著改變耕作層土壤理化性質(zhì)。從經(jīng)濟(jì)層面，降低小麥?zhǔn)找?，在一定程度上影響了農(nóng)戶種植小麥的積極性。如何在穩(wěn)定產(chǎn)量的基礎(chǔ)上合理使用減量施肥技術(shù)，將成為小麥生產(chǎn)的研究熱點(diǎn)。關(guān)于化肥減施前人已經(jīng)做了大量研究，楊啟航等[3]研究發(fā)現(xiàn)，水肥一體化模式下適當(dāng)減少肥料用量，可以提高肥料利用率、降低土壤養(yǎng)分盈余。李彥旬等[4]研究表明，適當(dāng)減量施氮可改善滴灌春小麥籽粒灌漿特性以及氮代謝酶活性。石元強(qiáng)等[5]研究表明，籽粒產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)利用率均隨施氮量的增加有所提高，但當(dāng)超過一定值時(shí)，產(chǎn)量和農(nóng)學(xué)利用效率不再明顯提升。研究表明減量施肥對(duì)提升作物產(chǎn)量、優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)、提升肥料利用率等方面都有顯著作用[6-8]。但有關(guān)水肥一體化條件下氮、磷減施對(duì)北疆區(qū)域春小麥產(chǎn)量、干物質(zhì)積累和經(jīng)濟(jì)效益的綜合研究較少。筆者研究了氮、磷減施對(duì)滴灌春小麥干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和效益的影響，以期為新疆北疆區(qū)域肥料減施成效研究提供參考。F9B57ECE-6143-440D-9FE3-977D76C47B17

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

于2020年3—8月在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第九師團(tuán)結(jié)農(nóng)場(chǎng)4連進(jìn)行（83°29′E，46°31′N）。該試驗(yàn)區(qū)屬典型的中溫帶大陸性干旱氣候，四季分明，春季冷暖波動(dòng)大，夏季熱而短促，秋季降溫迅速，冬季寒冷漫長，干燥，年均氣溫5.6 ℃，年均降水271 mm。前茬作物為醬用番茄。供試土壤有機(jī)質(zhì)29.34 g/kg，堿解氮101.51 mg/kg，速效磷46.66 mg/kg，速效鉀371.97 mg/kg，pH 8.10。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探究氮肥、磷肥減施對(duì)春小麥干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響，在對(duì)60戶團(tuán)場(chǎng)農(nóng)工習(xí)慣施肥量調(diào)研基礎(chǔ)上，采用“3414”不完全設(shè)計(jì)方案，設(shè)置氮、磷2因素4水平，其中0水平為不施肥;1水平為減量施肥，施肥量為常量施肥的50%，;2水平為常量施肥（通過土壤條件監(jiān)測(cè)下的推薦施肥）;3水平為過量施肥（農(nóng)戶習(xí)慣施肥量）。共9個(gè)處理，分別為①N、P不施肥空白對(duì)照（N0P0）;②不施氮，磷肥常量（N0P2）;③氮肥減量，磷肥常量（N1P2）;④不施磷，氮肥常量（N2P0）;⑤磷肥減量，氮肥常量（N2P1）;⑥氮肥、磷肥均為常量（N2P2）;⑦氮肥常量，磷肥為過量（N2P3）;⑧氮肥過量，磷肥常量（N3P2）;⑨氮肥、磷肥均為過量（N3P3）。②～⑨各處理鉀肥施用量均相同，各處理均 3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。具體設(shè)計(jì)方案見表1。N0、N1、N2、N3分別表示氮肥（N）用量為0、130、260、390 kg/hm2，P0、P1、P2、P3分別表示磷肥（P2O5）0、69、138、207 kg/hm2，鉀肥（K2O）用量為37.5 kg/hm2。供試肥料為尿素（N 46.4%）、滴灌磷酸二銨（N 18%、P2O5 46%）、硫酸鉀（K2O 52%）。針對(duì)不同生育期的施肥需求，均采取滴灌水肥一體化技術(shù)施肥。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

（1）干物質(zhì)積累量。于成熟期收獲前，在各小區(qū)分別取50個(gè)單莖，按照莖稈（葉鞘）、葉片、穗、籽粒分成4個(gè)部分，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重并稱量，按照公式計(jì)算單位面積干物質(zhì)積累（kg/hm2）：單位面積干物質(zhì)積累=單株各器官干物質(zhì)積累量×單位面積株數(shù)。

（2）籽粒產(chǎn)量。于收獲期利用小型收割機(jī)對(duì)試驗(yàn)小區(qū)分別實(shí)收測(cè)產(chǎn)。

（3）經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算。以籽粒2.36元/kg、N 1.6元/kg、P2O5 5.5元/kg、K2O 4.5元/kg的價(jià)格計(jì)算（因田間管理一致，故不計(jì)入），按照以下公式計(jì)算單位面積經(jīng)濟(jì)效益（元/hm2）。

E=Z×P1-N×P2-P×P3-K×P4（1）

式中，E為單位面積經(jīng)濟(jì)效益;Z為單位面積產(chǎn)量;P1為作物單價(jià);N為單位面積氮肥施用量;P2為氮肥單價(jià);P為單位面積磷肥施用量;P3為磷肥單價(jià);K為單位面積鉀肥施用量;P4為鉀肥單價(jià)。

（4）農(nóng)學(xué)利用率。計(jì)算公式：

氮肥農(nóng)學(xué)利用率（kg/kg）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-無氮區(qū)產(chǎn)量）/施氮量

磷肥農(nóng)學(xué)利用率（kg/kg）=（施磷區(qū)產(chǎn)量-無磷區(qū)產(chǎn)量）/施磷量

1.4 數(shù)據(jù)處理

分別采用Microsoft Office Excel 2007 和SPSS 17進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)滴灌春小麥干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表2可知，常量施肥（N2P2）處理的干物質(zhì)積累量、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的平均值分別為20 493.62 kg/hm2、7 857.06 kg/hm2和17 198.91元/hm2，較不施肥處理（N0P0）分別提高41.25%、50.13%、39.25%。減量施肥（N2P1、N1P2）處理的干物質(zhì)積累量、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的平均值分別為18 804.07 kg/hm2、7 232.03 kg/hm2和16 017.59元/hm2，較不施肥處理（N0P0）分別提高29.60%、38.18%、29.68%，較常量施肥分別降低8.24%、7.96%、6.87%。過量施肥（N2P3、N3P2、N3P3）的干物質(zhì)積累量、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的平均值分別為18 701.89 kg/hm2、7 121.47 kg/hm2 和14 517.93元/hm2，較不施肥處理（N0P0）分別提高28.90%、36.07%、17.54%，較常量施肥分別降低8.74%、9.36%、15.59%。缺素處理（N0P2、N2P0）的干物質(zhì)積累量、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的平均值分別16 257.54、6 308.65 kg/hm2 和14 962.14元/hm2。較不施肥處理（N0P0）分別提高12.05%、20.54%、21.14%，較常量施肥分別降低20.67%、19.71%和13.00%。由此可見，在鉀肥相同的基礎(chǔ)上，合理施用氮、磷肥有利于滴灌春小麥干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的增加;過量施肥和缺素施肥降低干物質(zhì)積累與籽粒產(chǎn)量，同時(shí)降低作物經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 氮、磷減施對(duì)滴灌小麥肥料利用及經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.2.1 氮肥減施對(duì)滴灌春小麥干物質(zhì)、籽粒產(chǎn)量、肥料利用及經(jīng)濟(jì)效益的影響。

以不施氮肥（N0P2）、氮肥減量（N1P2）、氮肥常量（N2P2）和氮肥過量（N3P2）4個(gè)處理分析施用氮肥的效應(yīng)。由表3、圖1和圖2可知，干物質(zhì)積累量氮肥效應(yīng)表現(xiàn)為氮肥過量>氮肥常量>氮肥減量>不施氮肥;氮肥常量、氮肥減量和氮肥過量處理較不施氮肥干物質(zhì)積累量分別增加 41.25%、39.20%和51.03%，3種施肥方式差異不顯著，減量施肥在節(jié)約投入成本的基礎(chǔ)上保證作物質(zhì)量。籽粒產(chǎn)量的氮肥效應(yīng)表現(xiàn)為氮肥常量>氮肥過量>氮肥減量>不施氮肥，氮肥常量、氮肥減量、氮肥過量處理的籽粒產(chǎn)量較不施氮肥分別增加24.97%、11.51%、14.21%，且氮肥減量與氮肥過量無顯著差異，氮肥常量顯著大于其他處理，表明施氮有利于產(chǎn)量提高，其中常量施氮對(duì)籽粒產(chǎn)量的增加更加有利;從不同施氮處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用率看，減量施氮表現(xiàn)為1 kg 氮肥（N）可使春小麥增產(chǎn)5.56 kg。而經(jīng)濟(jì)效益的施氮效應(yīng)表現(xiàn)與籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)一致，與不施氮相比，氮肥常量、氮肥減量和氮肥過量分別增加23.65%、10.78%、10.67%，氮肥減量增幅高于氮肥過量，低于氮肥常量，由此可知，氮肥減量有利于經(jīng)濟(jì)效益的提高，過量增施抑制作物各項(xiàng)指標(biāo)。F9B57ECE-6143-440D-9FE3-977D76C47B17

2.2.2 磷肥施用對(duì)滴灌春小麥干物質(zhì)、產(chǎn)量、肥料利用及經(jīng)濟(jì)效益的影響。

以不施磷（N0P2）、磷肥減量（N2P1）、磷肥常量（N2P2）和磷肥過量（N2P3）處理進(jìn)行施磷效應(yīng)分析。由表4、圖3和圖4可知，干物質(zhì)積累量施磷效應(yīng)表現(xiàn)出與氮肥效應(yīng)相似的趨勢(shì)，且磷肥減量、磷肥常量和磷肥過量干物質(zhì)積累量分別增加0.07%、17.78%、5.05%，磷肥減量與磷肥常量差異顯著，與磷肥過量差異不顯著，說明磷肥的投入對(duì)春小麥干物質(zhì)積累有促進(jìn)作用，且減量施磷不影響干物質(zhì)的積累。籽粒產(chǎn)量效應(yīng)表現(xiàn)為磷肥常量>磷肥減量>磷肥過量>不施磷，磷肥減量、磷肥常量和磷肥過量比不施磷肥籽粒產(chǎn)量分別增加17.75%、24.12%、11.11%，且磷肥常量、磷肥減量與磷肥過量差異顯著;從磷肥農(nóng)學(xué)利用率來看，減量施磷的磷肥農(nóng)學(xué)利用率最高，1 kg 磷肥（P2O5）可使春小麥增產(chǎn)16.28 kg，均高于磷肥常量與磷肥過量。經(jīng)濟(jì)效益磷肥效應(yīng)表現(xiàn)為磷肥常量>磷肥減量>磷肥過量>不施磷，與不施磷肥相比，磷肥減量、磷肥常量和磷肥過量分別提高25.80%、3013%、21.17%，但磷肥減量與磷肥常量、磷肥過量無顯著差異，說明磷肥減量更加有利于經(jīng)濟(jì)效益的增加。

2.3 氮磷配施及化肥減施肥效模型的建立與應(yīng)用

2.3.1 肥料模型的建立。

（1）采用一元二次模型Y=b0+b1x+b2x2，將P固定在138 kg/hm2 條件下，對(duì)氮素效應(yīng)模型進(jìn)行擬合，得出氮肥肥料效應(yīng)回歸方程：

Y=6 204.64+10.79N-0.02N2（2）

F=4.10（P=0.33>0.05）未達(dá)顯著水平，不能進(jìn)行回歸分析，表明試驗(yàn)不能完成滴灌春小麥氮素單因素效應(yīng)分析，具體預(yù)測(cè)見圖5。

將N肥固定在260 kg/hm2條件下，對(duì)磷素效應(yīng)模型進(jìn)行擬合，其肥料效應(yīng)回歸方程：

Y=6 304.986+24.803 2P-0.102 2P2（3）

F=49.21（P=0.000 2<0.05），R2=0.99，表明該試驗(yàn)?zāi)軌蛲瓿闪姿氐膯我蛩匦?yīng)分析（圖6）。

（2）實(shí)際種植過程中，肥料之間存在一定的耦合關(guān)系，為預(yù)測(cè)籽粒產(chǎn)量與2種肥料的施用關(guān)系，建立二元二次方程，考慮到2種肥的耦合關(guān)系對(duì)表2籽粒產(chǎn)量數(shù)據(jù)建立回歸方程，可得到籽粒產(chǎn)量與氮肥、磷肥施用量的關(guān)系：

Y=5 430.13+8.48N+16.04P-0.02N2-0.07P2+0.007N×P

其中F=53.58（P=0.000>0.05），R2=0.93，達(dá)顯著水平，且一次項(xiàng)系數(shù)為正值，二次項(xiàng)次數(shù)為負(fù)值，是典型的肥料效應(yīng)函數(shù)模型，可以用來對(duì)滴灌春小麥產(chǎn)量進(jìn)行肥料效應(yīng)分析（圖7）。

綜上所述，由一次性偏回歸系數(shù)可知，在K肥投入不變的情況下，N肥對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響低于P肥;N、P肥料的二次項(xiàng)回歸系數(shù)均為負(fù)數(shù)，表明2個(gè)肥料因子的效應(yīng)曲面為拋物曲面，應(yīng)存在最高產(chǎn)量的適宜氮磷肥投入量，超過該投入量會(huì)造成籽粒產(chǎn)量的下降。

2.3.2 肥料模型應(yīng)用。

通過建立一元和二元肥料效應(yīng)模型分析滴灌春小麥氮磷肥綜合效應(yīng)，認(rèn)為氮磷肥的二元二次更能反映氮磷肥的施用效果。因此，按照肥料效應(yīng)函數(shù)求解最高產(chǎn)量的方程組ay/ax1=b1+ 2b2x1+b5x2=0和ay/ax2=b2+2b4x2+b5x1=0，列出方程組：

8.48-0.04N+0.007P=0

16.04-0.14P+0.007N=0（5）

得出最高產(chǎn)量7 435.43 kg/hm2，其施肥量為N 234.05 kg/hm2，P 126.2 kg/hm2。根據(jù)二元二次模型及肥料、產(chǎn)品的價(jià)格計(jì)算，在新疆北疆中高產(chǎn)田滴灌春小麥氮肥最佳用量為214.06 kg/hm2，磷肥最佳用量為108.63 kg/hm2，最佳施肥量的產(chǎn)量為7 408.12 kg/hm2，氮磷肥適宜配施比例為1∶0.51。

3 討論

節(jié)肥、高產(chǎn)和環(huán)保是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和保障糧食安全的必然要求，也是未來小麥實(shí)際生產(chǎn)的必然選擇[9]。研究表明氮肥和磷肥的施用對(duì)滴灌春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成具有顯著的互作效應(yīng)，但過量投入并不能提高春小麥的產(chǎn)量和干物質(zhì)積累[10-11]。該研究中，平衡施肥（常量和減量）的干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益較不施肥處理分別提高35.43%、44.16%、34.47%，比過量施肥處理分別提高5.06%、5.94%、14.40%，比缺素處理分別提高20.86%、19.59%和11.00%。此外，該研究發(fā)現(xiàn)過量和缺素施肥會(huì)造成經(jīng)濟(jì)效益的降低，這表明在鉀肥確定的基礎(chǔ)上，氮磷平衡施肥有利于滴灌春小麥干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的增加，表現(xiàn)出更好的穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)效應(yīng)。

肥料的投入對(duì)作物生長發(fā)育及后期產(chǎn)量形成具有重要作用[12]。研究表明，影響籽粒產(chǎn)量、促進(jìn)花后干物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運(yùn)等的主要因素是氮磷肥的施用[13-14]。該研究中，氮、磷肥單因子效應(yīng)分析表明，隨著氮、磷肥水平的提高，滴灌春小麥干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益均表現(xiàn)為先增后降的趨勢(shì)，干物質(zhì)積累的氮、磷肥效應(yīng)雖表現(xiàn)為過量>常量>減量>不施肥，但平衡施肥與過量施肥差異不顯著，籽粒產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益的氮、磷肥效應(yīng)表現(xiàn)為常量>減量>過量>不施肥，說明適宜的氮磷減量不影響滴灌春小麥干物質(zhì)積累，有利于后期營養(yǎng)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，這與前人研究結(jié)果一致[15-19]。因此，在生產(chǎn)實(shí)際中不可盲目加大肥量投入，需結(jié)合品種特性、土壤養(yǎng)分狀況等綜合優(yōu)化施肥，才能達(dá)到高產(chǎn)、高效的目的。

擬合肥料效應(yīng)方程是諸多學(xué)者研究合理施肥和確認(rèn)區(qū)域最佳施肥量的有效措施[20-21]。在該試驗(yàn)中，通過建立以氮磷肥為變量、籽粒產(chǎn)量為目標(biāo)函數(shù)的肥料效應(yīng)一元、二元方程，明確二元二次擬合方程更加適合進(jìn)行效應(yīng)分析，并且根據(jù)計(jì)算得出在新疆北疆中高產(chǎn)田滴灌春小麥氮肥最佳用量為214.06 kg/hm2，磷肥最佳用量為108.63 kg/hm2，最佳施肥量的產(chǎn)量為7 408.12 kg/hm2，氮磷肥適宜配施比例為1∶0.51。F9B57ECE-6143-440D-9FE3-977D76C47B17

4 結(jié)論

該研究結(jié)果表明適當(dāng)?shù)牡诇p施，有利于滴灌春小麥干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的增加，過量和缺素施肥不僅會(huì)降低干物質(zhì)積累與籽粒產(chǎn)量，甚至?xí)斐山?jīng)濟(jì)效益的降低。因此，在北疆區(qū)域滴灌春小麥氮肥最佳用量為214.06 kg/hm2，較農(nóng)戶習(xí)慣施肥減少氮肥施用175.94 kg/hm2，氮肥減施45%，磷肥最佳用量為108.63 kg/hm2，較農(nóng)戶習(xí)慣施肥減少磷肥施用98.37 kg/hm2，磷肥減施47%，最佳施肥量的產(chǎn)量為7 408.12 kg/hm2，氮磷肥適宜配施比例為1∶0.51。

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