施肥量對不同小麥品種產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的影響

郭宏偉 陳曉璐 劉子山 周銀 文宏達(dá)

摘要：為探究施肥對小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響，優(yōu)選施肥方案及小麥品種，設(shè)置低施肥量F1（N、P2O5、K2O施用量分別為12、4、6 kg/hm2）、中施量肥F2（施用量分別為16、8、9 kg/hm2）、高施肥量F3（施用量分別為20、12、12 kg/hm2）這3種施肥方案，選取石新828（SX828）、魯墾麥9號（LK9號）和太麥101（TM101）3個品種開展大田試驗(yàn)，共9個處理。結(jié)果表明：（1）不同施肥水平下，3個品種小麥成熟期群體干物質(zhì)累積量均在24 000 kg/hm2以上。F2處理下，成熟期SX828和LK9號產(chǎn)量均顯著高于TM101。（2）不同施肥水平下3個小麥品種對氮（N）、磷（P）、鉀（K）3種養(yǎng)分的吸收量表現(xiàn)為F2處理顯著高于F1和F3處理，說明中等施肥量有利于作物對肥料的吸收。（3）在F2處理下下，SX828氮素和鉀素肥料偏生產(chǎn)力優(yōu)于LK9號和TM101。綜合比較分析表明，中肥處理對各品種小麥的干物質(zhì)量、養(yǎng)分吸收量、偏生產(chǎn)力和產(chǎn)量提升效果最優(yōu)，小麥產(chǎn)量從大到小依次為石新828>魯墾麥9號>太麥101。石新828+中等施肥水平為滿足區(qū)域高產(chǎn)需求的小麥高效種植模式。

關(guān)鍵詞：小麥；施肥；養(yǎng)分；產(chǎn)量；偏生產(chǎn)力；高效種植

中圖分類號：S512.106；S147.5? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）24-0038-06

化肥投入是提高作物產(chǎn)量的重要因素。在過去的50年中，我國作物生產(chǎn)中施用的氮肥量增加了20倍以上，并且預(yù)計(jì)到2050年將進(jìn)一步增加3倍［1］。現(xiàn)代作物生產(chǎn)中肥料施用量高、利用效率低的問題突出。我國自20世紀(jì)90年代以來，增加肥料施用對提高作物產(chǎn)量的效果不再顯著，肥料利用效率逐年下降［2］。氮肥在小麥（Triticum aestivum L.）生產(chǎn)的肥料施用占比最大。過度施用氮肥引起的環(huán)境問題，例如農(nóng)田中的土壤酸化、地下水中的硝酸鹽濃度過高、溫室氣體和氮氧化物排放量越來越高［3-4］。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)成本增加的同時伴隨著生態(tài)環(huán)境的破壞。

小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食作物，其產(chǎn)量和消費(fèi)量穩(wěn)居世界第一，但近10年來，我國小麥種植面積減少了2.92%［5］。因此，如何在該形勢下繼續(xù)保障小麥產(chǎn)量，成為當(dāng)前小麥生產(chǎn)中的重要一環(huán)。而施肥過量、化肥施用配比不合理、農(nóng)戶化肥利用率低等問題，嚴(yán)重制約了我國糧食生產(chǎn)的綠色可持續(xù)發(fā)展。已有研究表明，河南省農(nóng)戶化肥的施用技術(shù)效率為0.554 1，玉米的經(jīng)濟(jì)施用量為14.78 kg/667 m2，過量施用化肥11.9 kg/667 m2［6］。農(nóng)戶在施肥時不僅用量高，同時存在肥料種類和配比的不合理問題，肥料利用率僅37%左右［7］。陜西關(guān)中地區(qū)的相關(guān)研究顯示僅有36.8%的農(nóng)戶氮肥施用量合理，有27.4%的農(nóng)民磷肥施用量合理，其余均存在施肥量偏高現(xiàn)象［8］。肥料配施可以有效緩解農(nóng)作物所需肥料與土壤供肥能力之間的不平衡，根據(jù)作物所需進(jìn)行氮磷鉀及微量元素均衡搭配，提高肥料利用率，達(dá)到土壤增肥保墑、農(nóng)作物增肥提質(zhì)的目的［9］。已有試驗(yàn)結(jié)果表明，配方施肥處理小麥產(chǎn)量為 5 598 kg/hm2，較常規(guī)施肥處理的5 403 kg/hm2增產(chǎn)195 kg/hm2；同時，配方施肥下氮、磷、鉀肥料利用率分別為49.06%、10.70%、43.23%，較常規(guī)施肥分別高出8.82%、0.89%、8.92%［10］。

河北省是產(chǎn)糧大省，糧食產(chǎn)量占全國產(chǎn)量的6%，冬小麥種植面積為240萬hm2，占全國土地總面積的9.7%［5］?；蕦颖笔《←湲a(chǎn)量的平均貢獻(xiàn)率為39.3%，氮肥、磷肥、鉀肥的平均貢獻(xiàn)率分別為 25.7%、18.8%、13.1%，肥料利用效率總體處于中等偏低水平［11］ 。前人研究中有關(guān)施肥對小麥產(chǎn)量、氮素利用效率等，但不同地區(qū)的水熱資源不同種植的小麥品種不同，而不同品種小麥對水肥要素的響應(yīng)程度也不盡相同，為此本試驗(yàn)設(shè)置不同施肥處理和不同小麥品種相結(jié)合的方案，探究其對小麥產(chǎn)量和小麥養(yǎng)分吸收以及偏肥利用率的影響。尋求更適合的小麥的種植品種以及更優(yōu)的施肥方案，以期為實(shí)現(xiàn)河北省小麥水肥高產(chǎn)增效和保障糧食安全提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年10月至2021年6月在河北省保定市定興縣賢寓鎮(zhèn)賢寓村（115°61′E，39°17′N）開展2年定位試驗(yàn)。該地位于保定北部，屬于大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，年總輻射量為4 854～5 988 MJ/m2，年均日照總時長2 303～3 077 h，年均氣溫11.7 ℃，無霜期185 d，年降水量215～745 mm，6—9月份降水量約占全年降水量的80%，試驗(yàn)地土壤類型為草甸褐土。小麥播種前土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)見表1。

1.2 供試材料

供試肥料為控釋肥（含N、P2O5、K2O分別為18%、20%、5%）、尿素（含N 46%）、磷酸二銨（含N、P2O5分別為18%、46%）氯化鉀（含K2O 60%）。供試小麥品種見表2。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主處理為不同的施肥處理（低肥F1、中肥F2、高肥F3），小麥?zhǔn)┓柿恳姳?。副處理為3個不同的小麥品種［石新828（SX828）、魯墾麥9號（LK9號）、太麥101（TM101）］。種肥（磷酸二銨，N、P2O5含量分別為15%、42%）施用量為75 kg/hm2，播種時與種子一起施入土壤。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組法，3個小麥品種由東向西分別設(shè)置低肥、中肥、高肥3個水平，共9個處理，每個處理設(shè)置3次重復(fù)。每小區(qū)面積為 96 m2（8 m×12 m）。試驗(yàn)地每個小麥品種東西兩側(cè)設(shè)立 8 m 的保護(hù)行。上一季的玉米秸稈進(jìn)行還田，灌溉及病蟲草害等田間管理均按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理方式進(jìn)行。

1.4 樣品采集與項(xiàng)目測定

經(jīng)過2年的定位試驗(yàn)，于2020—2021年在小麥拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、成熟期分別采集各小區(qū)長勢較為均勻的10株小麥樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室放入烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，75 ℃烘干至恒質(zhì)量后，分別稱量，記錄植株樣品干物質(zhì)質(zhì)量。成熟期各小區(qū)取3個 1 m2 麥穗測得穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等指標(biāo)，計(jì)算產(chǎn)量，隨后在烘箱內(nèi)75 ℃恒溫烘干至恒質(zhì)量，記錄小麥樣品干物質(zhì)質(zhì)量。烘干后小麥樣品經(jīng)粉碎機(jī)粉樣之后過0.25 mm尼龍網(wǎng)篩，加入濃硫酸、過氧化氫消化樣品。采用凱氏定氮儀測定小麥植株全氮含量，釩鉬黃比色法測定植株全磷含量，火焰光度計(jì)法測定植株全鉀含量［12］。綜合測得數(shù)據(jù)計(jì)算以下指標(biāo)：

氮吸收量（kg/hm2）=籽粒氮含量×籽粒產(chǎn)量+秸稈氮含量×秸稈產(chǎn)量；

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/施氮量。

磷、鉀含量相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法與氮素相同。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，采用SPSS 26軟件進(jìn)行方差分析，LSD法進(jìn)行多重比較（α=0.05）。

2 結(jié)果與討論

2.1 施肥對小麥干物質(zhì)量的影響

由圖1可見，SX828小麥拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期植株干物質(zhì)量由大到小順序?yàn)镕2>F3＞F1、F2>F3>F1，成熟期F2>F1>F3，成熟期時F2處理下干物質(zhì)量為 25 162.01 kg/hm2，高于F1、F3處理 16.60%～20.29%。LK9號拔節(jié)期和成熟期植株干物質(zhì)量表現(xiàn)為F2、F3>F1，抽穗期時表現(xiàn)為F2>F1>F3，灌漿期時F2>F3>F1，成熟期時F2、F3處理下干物質(zhì)量分別為 24 520.62、24 674.77 kg/hm2。TM101在拔節(jié)期和成熟期植株干物質(zhì)量表現(xiàn)為 F2>F1、F3，抽穗期時F2>F3>F1，灌漿期時表現(xiàn)為F2>F1>F3，成熟期時F2處理下干物質(zhì)量為 24 278.55 kg/hm2，高于F1、F3處理? 11.45%～14.17%。相同品種小麥在全生育時期，F(xiàn)2均高于F1。

綜上，說明相同品種小麥在中肥施肥量時植株干物質(zhì)量始終處于較高水平，高施肥量不會提高小麥干物質(zhì)量。SX828全生育期在中高肥水平下保持較高干物質(zhì)量，LK9號在拔節(jié)期后干物質(zhì)量逐漸增加，二者整體優(yōu)于TM101，綜合表現(xiàn)為SX828>LK9號>TM101。

2.2 施肥對小麥養(yǎng)分吸收的影響

由圖2可見，作物品種和施肥處理對小麥養(yǎng)分的吸收存在顯著交互作用。SX828由拔節(jié)期至灌漿期，植株吸氮量表現(xiàn)為F3>F2>F1（P<0.05），成熟期表現(xiàn)為F2、F3>F1（P<0.05）；LK9號在抽穗期表現(xiàn)為F3>F2>F1（P<0.05），其他時期表現(xiàn)為F2、F3>F1（P<0.05）；TM101在拔節(jié)期時3種施肥水平下小麥吸氮量無顯著差異，抽穗期表現(xiàn)為F2>F3>F1（P<0.05），灌漿期至成熟期表現(xiàn)為F2、F3>F1（P<0.05）。抽穗期后，3個品種小麥F1處理均顯著低于F2、F3，說明低肥施肥量不利于小麥對氮素的吸收。抽穗期時，SX828和LK9號F3處理下植株吸氮量分別比F2高9.23%和5.47%，灌漿期時分別高6.15%和3.23%，成熟期時F2處理下比F3分別高3.85%和0.58%。說明抽穗期后，隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，高肥對作物吸氮量影響逐漸減小，中肥逐漸增大，高施肥量不利于小麥生育后期對的氮素的吸收。

不同小麥品種在全生育期植株吸磷量為10～54 kg/hm2，F(xiàn)1處理植株吸磷量均顯著低于F2、F3。SX828在拔節(jié)期、抽穗期和成熟期時，植株吸磷量均表現(xiàn)為F2、F3>F1（P<0.05），灌漿期時表現(xiàn)為F2、F3>F1（P<0.05）。LK9號在拔節(jié)期和灌漿期時植株吸磷量表現(xiàn)為F2、F3>F1（P<0.05），抽穗期和成熟期時表現(xiàn)為F2>F3>F1（P<0.05）。TM101在拔節(jié)期和成熟期時植株吸磷量表現(xiàn)為F2>F3、F1（P<0.05），抽穗期時表現(xiàn)為F2>F3>F1（P<0.05），灌漿期時表現(xiàn)為F2、F3>F1（P<0.05）。

SX828在拔節(jié)期時，植株吸鉀量表現(xiàn)為F2、F3>F1（P<0.05），抽穗期和灌漿期表現(xiàn)為F2>F3>F1（P<0.05），成熟期表現(xiàn)為F2>F1、F3（P<0.05）；其中抽穗期F2處理下植株吸鉀量最高，為550 kg/hm2。LK9號植株吸鉀量在拔節(jié)期和抽穗期表現(xiàn)為F2、F3>F1（P<0.05），灌漿期和成熟期表現(xiàn)為F2>F3>F1（P<0.05），其中F2與F1吸鉀量在灌漿期差異更為明顯，F(xiàn)2處理顯著高于F1處理 53.20%，F(xiàn)2與F3在成熟期差異更為明顯，F(xiàn)2處理顯著高于F3 12.50%。TM101在拔節(jié)期植株吸鉀量表現(xiàn)為F2、F3>F1（P<0.05），F(xiàn)2、F3處理分別顯著高于F1處理 34.38%、25.00%，抽穗期至成熟期表現(xiàn)為F2>F3>F1（P<0.05），其中在抽穗期差異更為明顯，F(xiàn)2處理顯著高于F3處理 17.55%，F(xiàn)3處理顯著高于F1處理 28.12%。

綜上，3個品種小麥在低肥水平植株對養(yǎng)分的吸收量較低，隨生育進(jìn)程，中肥水平下植株對養(yǎng)分的吸收量逐漸升高，高肥水平逐漸降低。說明低肥處理不利于植株對養(yǎng)分的吸收，中肥處理時植株對養(yǎng)分的吸收量優(yōu)于高肥處理，且在中高施肥水平下，SX828植株對養(yǎng)分的吸收量均處于較高水平，LK9號次之，TM101較低。

2.3 施肥對不同品種小麥產(chǎn)量的影響

由表4可見，3個品種小麥在不同施肥水平下，F(xiàn)2小麥產(chǎn)量顯著高于F1；SX828產(chǎn)量表現(xiàn)為F2>F3>F1（P<0.05），LK9號產(chǎn)量表現(xiàn)為F2、F3>F1（P<0.05），TM101產(chǎn)量表現(xiàn)為F2>F1>F3。其中，SX828在F2處理下的產(chǎn)量最高，為 9 919.59 kg/hm2，3個品種小麥在不同施肥水平下平均產(chǎn)量表現(xiàn)為LK9號>SX828>TM101。SX828 在穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量3個方面均表現(xiàn)為F2>F1、F3。LK9號基本呈現(xiàn)隨施肥量增加，穗數(shù)和穗粒數(shù)增加，千粒質(zhì)量降低的趨勢。TM101在穗數(shù)和穗粒數(shù)方面表現(xiàn)為F2>F3>F1，千粒質(zhì)量表現(xiàn)為F1>F2>F3。

SX828在F2處理時產(chǎn)量上具有明顯優(yōu)勢，LK9號F3時產(chǎn)量雖擁有不俗表現(xiàn)，但其施肥量更大，從施肥的經(jīng)濟(jì)投入、肥料的利用率和對耕地土壤肥力的保護(hù)方面考慮，并不可??；TM101產(chǎn)量上與二者差異較大。

2.4 施肥對不同品種肥料偏生產(chǎn)力的影響

由圖3可見，LK9號和TM101氮、磷、鉀肥肥料偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)為F1>F2>F3，且各施肥水平之間差異顯著；SX828磷肥偏生產(chǎn)力也呈現(xiàn)這種規(guī)律，但氮肥在F2時肥料偏生產(chǎn)力最高，表現(xiàn)為F2>F1>F3且各施肥水平間差異性顯著；鉀肥F1F2肥料偏生產(chǎn)力分別為73.479、73.478 kg/kg，表現(xiàn)F1、F2>F3，同時F1、F2與F3肥料偏生產(chǎn)力差異顯著。說明LK9號和TM101會隨著施肥量的增加，肥料偏生產(chǎn)力降低，單一肥料的利用效率降低。SX828結(jié)合籽粒產(chǎn)量（表3）來看，F(xiàn)1、F2籽粒產(chǎn)量為3個品種小麥產(chǎn)量最低值和最高值，說明SX828主要由于產(chǎn)量間差異過大導(dǎo)致F1時氮肥肥料偏生產(chǎn)力顯著低于F2（P<0.05），也使鉀肥偏生產(chǎn)力在F1、F2時差異很小。說明施肥量對SX828產(chǎn)量影響很大，同時氮肥偏生產(chǎn)力F2顯著高于F1（P<0.05），鉀肥偏生產(chǎn)力F1、F2差異很小，磷肥偏生產(chǎn)力F1顯著高于F2（P<0.05），也說明了肥料對SX828小麥籽粒產(chǎn)量影響大小為氮肥>鉀肥>磷肥。

3 討論

施肥對小麥的生長發(fā)育有顯著促進(jìn)作用，科學(xué)合理地使用各種氮、磷、鉀肥料可以有效提高小麥產(chǎn)量，改善小麥生長的品質(zhì)［13-15］。肥料配施可有效緩解肥料與土壤供肥能力之間的不平衡，同時不同養(yǎng)分元素對小麥發(fā)育和產(chǎn)量影響不同［9］。本研究中，與磷鉀2種元素相比，氮素是決定小麥生長發(fā)育的決定性因素［16-17］，其次為鉀素，最后為磷素。這與王劍英的結(jié)論不同，王劍英試驗(yàn)認(rèn)為對小麥影響最大的養(yǎng)分元素依次為氮素、磷素、鉀素［18］。本研究中，作物對氮磷鉀3種元素的吸收量均表現(xiàn)為中等施肥水平下吸收量最高，高肥次之，低肥最差，小麥成熟期干物質(zhì)量均值為 22 694.38 kg/hm2，3個品種小麥在中肥水平下的干物質(zhì)量全部高于均值，不同施肥處理下3個小麥品種干物質(zhì)累積量呈現(xiàn)中肥>高肥>低肥的趨勢，中肥水平時3個品種小麥干物質(zhì)累積量呈現(xiàn)SX828>LK9號>TM101。同時肥料偏生產(chǎn)力基本呈現(xiàn)隨施肥量的增加，肥料偏生產(chǎn)力減小，偏生產(chǎn)力呈現(xiàn)低肥＞中肥＞高肥的規(guī)律，這與李瑩瑩研究結(jié)果相同［19］。有研究認(rèn)為，拔節(jié)期至抽穗期是養(yǎng)分吸收最快的階段，在此時期小麥干物質(zhì)量迅速累積，是決定小麥產(chǎn)量的重要時期［20-21］。本研究中，拔節(jié)期至抽穗期時干物質(zhì)量增長最為明顯，平均增長量為11 803.75 kg/hm2，增長量維持在14 161.91～8 797.26 kg/hm2 之間，與其他時期相比，增長量最大。

配方施肥可以有效提高肥料的效力，使肥料對小麥產(chǎn)量的增益發(fā)揮到最大，有研究通過對8個試點(diǎn)進(jìn)行長期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氮磷鉀測土配方施肥使小麥產(chǎn)量提高3.1%［22］。本研究中，SX828與TM101在中肥水平時產(chǎn)量達(dá)到最高，LK9號則在高肥水平時產(chǎn)量最高，3個品種的最高產(chǎn)量表現(xiàn)為SX828>LK9號>TM101，SX828的最高產(chǎn)量比LK9號高3.9%。LK9號在高肥水平雖擁有較高產(chǎn)量，但其施肥量更大、經(jīng)濟(jì)投入多，并不可取。SX828在3種施肥水平下最終產(chǎn)量差異極大，且氮肥在中肥水平的偏生產(chǎn)力高于低肥，說明SX828對肥料的施入量極為敏感，在中肥水平下更有利于SX828的生長發(fā)育。SX828的穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量均在中肥水平下達(dá)到最高，呈現(xiàn)中肥>高肥>低肥的規(guī)律，LK9號與TM101的穗數(shù)和穗粒數(shù)也呈現(xiàn)這種規(guī)律，但千粒質(zhì)量隨施肥量的增加逐漸降低，這與Kato提出的穗粒數(shù)和穗數(shù)與產(chǎn)量之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，而千粒質(zhì)量與產(chǎn)量則呈現(xiàn)輕微的負(fù)相關(guān)關(guān)系的結(jié)論［23］基本相同。

4 結(jié)論

中肥處理下，小麥干物質(zhì)積累量更高，植株對氮磷鉀3種元素的吸收情況最好。SX828與TM101均以中肥處理產(chǎn)量最高；LK9號小麥以高肥處理產(chǎn)量最高，但在中肥與高肥處理下差異不顯著；在中肥條件下，小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素中的穗數(shù)和穗粒數(shù)更大。小麥最高產(chǎn)量均以SX828優(yōu)于LK9號和TM101。SX828在中高施肥水平下，小麥植株對氮素的吸收量高于LK9號和TM101，對磷素的吸收量優(yōu)于太麥101。且SX828在中肥時氮素和鉀素肥料偏生產(chǎn)力優(yōu)于LK9號和TM101，可以更好地提高肥料的利用率。

綜上，綜合考慮不同施肥水平小麥品種在干物質(zhì)量和養(yǎng)分偏生產(chǎn)力等的表現(xiàn)，推薦滿足區(qū)域高產(chǎn)需求的小麥品種為石新828，施肥量為中肥處理。

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