有機(jī)無機(jī)配施對(duì)超晚播冬小麥產(chǎn)量、氮磷養(yǎng)分吸收利用及土壤肥力的影響

賴 寧,耿慶龍,李永福,李 娜,信會(huì)男,步生兵,陳署晃

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所/新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)遙感中心,烏魯木齊 830091;2.吉木薩爾縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站,新疆吉木薩爾 831799)

0 引 言

【研究意義】新疆北疆玉米收獲后種植冬小麥?zhǔn)怯衩滋镏匾牡共绶绞?北疆玉米在10月中下旬才收獲完畢,玉米茬小麥只能在10月下旬后播種。北疆超晚播冬小麥在10月中旬至11月中旬(凍前)播種,冬前不能出苗[1],較適期播種(9月15日至25日)晚近30 d。與春小麥相比,超晚冬播小麥具有早春出苗、早成熟、降低干熱風(fēng)危害等優(yōu)點(diǎn)[2],但易出現(xiàn)春季出苗率低而不穩(wěn)、苗弱、根系發(fā)育和分蘗差[3],影響產(chǎn)量。針對(duì)超晚冬播小麥的生長發(fā)育特點(diǎn),探尋相應(yīng)的栽培措施,減弱不利影響,才能保證產(chǎn)量。研究有機(jī)無機(jī)配施對(duì)北疆超晚播冬小麥產(chǎn)量、氮磷養(yǎng)分吸收利用及土壤肥力的影響,對(duì)我區(qū)晚播冬小麥合理有機(jī)無機(jī)配施化肥減量增效、提高養(yǎng)分利用效率和產(chǎn)量、耕地地力提升有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】腐殖酸肥具有改良土壤、培肥地力、提高養(yǎng)分供應(yīng)能力等積極作用[4,5]。與單施化肥相比,有機(jī)無機(jī)配施能有效活化土壤養(yǎng)分[6-8]、改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[9,10]、有利于提高作物水肥利用效率和產(chǎn)量[11,12]。有文獻(xiàn)研究了有機(jī)無機(jī)配施對(duì)小麥[13-14]、水稻[15,16]、玉米[17,19]、棉花[20,21]、加工番茄[22,23]等作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收利用和土壤肥力的影響,認(rèn)為合理的有機(jī)無機(jī)配施可以協(xié)調(diào)作物對(duì)養(yǎng)分的需求,有助于培肥土壤與作物增產(chǎn),提高化肥的利用效率。【本研究切入點(diǎn)】有機(jī)無機(jī)配施能有效提高作物產(chǎn)量和化肥的利用效率,有助于提高土壤肥力,但針對(duì)新疆北疆晚播冬小麥有機(jī)無機(jī)配施相關(guān)研究未見報(bào)道。需研究有機(jī)無機(jī)配施對(duì)新疆北疆超晚播冬小麥產(chǎn)量、氮磷養(yǎng)分吸收利用及土壤肥力的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究化肥減量配施不同劑量腐殖酸肥對(duì)新疆北疆超晚播冬小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素、小麥氮磷養(yǎng)分吸收、利用率和土壤養(yǎng)分的影響,為新疆北疆超晚播冬小麥化肥減量增效、麥田土壤肥力提升和小麥?zhǔn)┓式Y(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2018～2019年度在新疆昌吉州奇臺(tái)縣西北灣鄉(xiāng)柳樹河子村進(jìn)行(89°31′26″E,44°5′38″N),海拔690 m。土壤類型為壤質(zhì)灰漠土,0～20 cm土層的土壤pH值為8.12,耕層鹽分含量為1.46 g/kg,有機(jī)質(zhì)含量為16.61 g/kg,全氮含量為0.94 g/kg,速效磷含量為19.31 mg/kg,速效鉀含量為272 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)置7個(gè)試驗(yàn)處理:(1)常規(guī)施氮處理NF,全生育期N 300 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2;(2)優(yōu)化施氮處理OPT,80%常規(guī)施氮,全生育期N 240 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2;(3)無氮處理N0,全生育期N 0 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2;(4)無磷處理P0,N 240 kg/hm2、P2O50 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2;(5)有機(jī)無機(jī)配施處理1,NM1(OPT配施腐殖酸肥1.80 kg/hm2);(6)有機(jī)無機(jī)配施處理2,NM2(OPT配施腐殖酸肥3.60 kg/hm2);(7)有機(jī)無機(jī)配施處理3,NM3(OPT配施腐殖酸肥5.40 kg/hm2)。每個(gè)處理重復(fù)3次,隨機(jī)排列,小區(qū)面積為7.2 m×10 m=72 m2,各試驗(yàn)小區(qū)地勢(shì)平整、地力均衡。氮肥為常規(guī)尿素(N≥46%),磷肥為重過磷酸鈣(P2O5≥47%),鉀肥為顆粒硫酸鉀(K2O≥50%),腐殖酸肥由南寧太美生物科技有限公司生產(chǎn)(養(yǎng)分含量為N∶P2O5∶K2O=6∶0∶14,腐殖酸≥55%)。30%的氮肥、全部的磷肥和鉀肥(NM1、NM2和NM3需扣除腐殖酸有機(jī)肥中的N、P2O5、K2O養(yǎng)分)做基肥施用,剩余70%氮肥作追肥隨水滴施,其中返青期、拔節(jié)期、孕穗期、揚(yáng)花期和灌漿期的施氮比例分別20%、10%、15%、15%和10%。腐殖酸有機(jī)肥分2次追施,分別在孕穗期和揚(yáng)花期施用,每次為總量的50%。

材料為當(dāng)?shù)刂髟云贩N新冬22號(hào),播種量為300 kg/hm2,全生育期總灌溉量為4 050 m3/hm2(播種后滴出苗水450 m3/hm2,冬灌900 m3/hm2,返青期、拔節(jié)期、孕穗期、揚(yáng)花期、灌漿期和乳熟期各滴水1次,每次450 m3/hm2,滴灌帶布置為1管4行(4行小麥1條滴灌帶,行距為15 cm)。其他各項(xiàng)管理與大田生產(chǎn)相同,無明顯病蟲草害。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 植株取樣與測(cè)產(chǎn)

在小麥成熟期每試驗(yàn)小區(qū)取有代表性2 m2(1 m×2 m)樣方測(cè)產(chǎn),調(diào)查割方總莖數(shù)、有效穗數(shù)、千粒重、容重,按照籽粒12.5%折算出產(chǎn)量。每小區(qū)取10株小麥植株樣,按莖、葉、穗分裝,帶回實(shí)驗(yàn)室放入烘箱中105℃殺青30 min,75℃烘24 h至恒重,測(cè)試分析全氮、全磷和全鉀含量。

植株的全氮、全磷、全鉀含量分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法、火焰光度計(jì)法測(cè)定。

1.2.2.2 土壤取樣

小麥成熟期每試驗(yàn)小區(qū)取0～20 cm土樣,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)剔除根系、殘膜、石塊等,自然風(fēng)干后測(cè)試分析有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量。

采用常規(guī)分析方法測(cè)定,土壤有機(jī)質(zhì)(OM)采用重鉻酸鉀外加熱氧化法測(cè)定,全氮(TN)采用凱氏蒸餾法測(cè)定;速效磷(AP)采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法測(cè)定,速效鉀(AK)采用1 mol/L NH4Ac浸提火焰光度法測(cè)定。

1.2.2.3 相關(guān)指標(biāo)計(jì)算

地上部氮(磷)素積累量=莖葉干物重×莖葉干物質(zhì)含氮(磷)量+籽粒干物重×籽粒干物質(zhì)含氮(磷)量;

氮(磷)肥利用率(REN/P)=(全肥區(qū)植株地上部氮(磷)素積累量-缺氮(磷)區(qū)植株地上部氮(磷)素積累量)/施氮(磷)肥量×100%。

氮(磷)肥農(nóng)學(xué)效率(AEN/P)=(全肥區(qū)籽粒產(chǎn)量-缺氮(磷)區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮(磷)肥量;

氮(磷)肥偏生產(chǎn)力(PFPN/P)=全肥區(qū)產(chǎn)量/施氮(磷)肥量×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007和IBM SPSS Statistics 20軟件下進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)無機(jī)配施對(duì)晚播冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

研究表明,有機(jī)無機(jī)配施促進(jìn)了晚播冬小麥穗數(shù)的增加,有機(jī)無機(jī)配施處理晚播冬小麥穗數(shù)顯著高于常規(guī)施氮處理,NM1、NM2、NM3分別較NF增加16.42%、18.64%和24.16%,分別較OPT增加1.05%、2.98%、7.77%;有機(jī)無機(jī)配施對(duì)晚播冬小麥穗粒數(shù)的增加具有積極作用,隨著腐殖酸肥配施量的增加,穗粒數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì),NM3處理穗粒數(shù)顯著高于NM1、NM2、OPT和NF處理,穗粒數(shù)分別增加7.74%、5.36%、8.50%和12.42%,NM1、NM2、OPT和NF處理間穗粒數(shù)差異不顯著;各處理間千粒重差異不顯著,NM3最大,NM2次之;NM3產(chǎn)量最大,顯著高于其他處理,較NF處理增產(chǎn)32.48%,較OPT處理增產(chǎn)20.48%,NM1和NM2處理產(chǎn)量顯著高于NF處理,但與OPT處理差異不顯著,分別較NF處理增產(chǎn)13.93%和18.05%,較OPT處理增產(chǎn)3.61%和7.36%。表1

表1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.2 有機(jī)無機(jī)配施對(duì)晚播冬小麥植株氮磷吸收的影響

研究表明,有機(jī)無機(jī)配施有助于提高晚播冬小麥植株對(duì)氮、磷元素的吸收利用,不同處理超晚冬播小麥氮磷吸收量整體表現(xiàn)全肥處理高于缺素處理,優(yōu)化施肥OPT高于常規(guī)施氮NF,有機(jī)無機(jī)配施處理高于單是化肥處理,且隨著腐殖酸肥配施量的增加而增加。NM3處理的莖葉吸氮量、籽粒吸氮量和地上部總吸氮量最高,顯著高于N0和P0處理,與OPT、NM1、NM2和NF處理差異不顯著。NM3莖葉吸氮量分別較OPT和NF提高了11.64%和12.12%,籽粒吸氮量分別較OPT和NF提高了7.71%和9.36%,地上部總吸氮量分別較OPT和NF提高了8.38%和9.83%

NM3處理莖葉吸磷量最大,顯著高于N0和NF處理,與P0、OPT、NM1和NM2處理差異不顯著,NM3莖葉吸磷量分別較OPT和NF提高了27.39%和53.58%。NM3處理籽粒吸磷量最大,與NM2差異不顯著,顯著高于其他處理,NM2與NM1差異不顯著,顯著高于N0、P0、OPT和NF處理,NM2和NM3籽粒吸磷量分別較OPT提高了11.14%和17.60%,分別較NF提高了21.15%和28.61%。NM3地上部總吸磷量最大,與NM2差異不顯著,顯著高于其他處理,NM2與NM1差異不顯著,顯著高于N0、P0、OPT和NF處理,NM2、NM3地上部總吸磷量分別較OPT提高了12.16%和18.46%,分別較NF提高了23.68%和30.62%。表2

表2 不同處理下超晚冬播小麥氮磷吸收量變化

2.3 有機(jī)無機(jī)配施對(duì)晚播冬小麥氮磷利用效率的影響

研究表明,有機(jī)無機(jī)配施處理REN和REP顯著高于NF,均隨著腐殖酸肥配施量的增加而增加。NM3處理REN和REP最大,均顯著高于NM1和OPT,與NM2差異不顯著。NM1、NM2、NM3較NF處理REN分別提高34.92%、53.32%和71.68%,REP分別提高了87.23%、124.03%和166.09%,較OPT處理REN分別提高了2.67%、16.67%和30.65%,REP分別提高了20.26%、43.90%和70.92%。

有機(jī)無機(jī)配施處理AEN和AEP顯著高于NF,均隨著腐殖酸肥配施量的增加而增加,NM3處理AEN和AEP最大,均顯著高于NM1、NM2和OPT,NM1、NM2和OPT間差異不顯著。NM1、NM2、NM3較NF處理相比,AEN分別提高164.49%、205.97%和350.28%,AEP分別提高了166.67%、215.78%和388.30%,較OPT處理相比,AEN分別提高了17.55%、35.98%和100.13%,AEP分別提高了21.72%、44.13%和122.88%。

有機(jī)無機(jī)配施處理PFPN和PFPP顯著高于NF,均隨著腐殖酸肥配施量的增加而增加,NM3處理PFPN和PFPP最大,均顯著高于NM1、NM2和OPT,NM1、NM2和OPT間差異不顯著。NM1、NM2、NM3較NF處理相比,PFPN分別提高42.41%、47.59%和65.61%,PFPP分別提高了13.92%、18.05%和32.49%,較OPT處理相比,PFPN分別提高了3.59%、7.36%和20.47%,PFPP分別提高了3.60%、7.36%和20.48%。表3

表3 不同處理下超晚冬播小麥氮磷利用效率變化

2.4 有機(jī)無機(jī)配施對(duì)土壤肥力因素的影響

研究表明,0～20 cm土壤全氮含量NM3最高,NM2次之,NM2和NM3顯著高于其他處理,NM1高于OPT和NF處理,但與二者差異不顯著;NM1、NM2和NM3分別較OPT提高了13.33%、44.00%和54.67%,分別較NF提高了7.59%、36.71%和46.84%。20～40 cm土壤全氮含量NM3最高,NM2次之,NM2和NM3顯著高于N0、P0、OPT和NF處理,NM1顯著高于OPT,與NF差異不顯著;NM1、NM2和NM320～40 cm土壤全氮含量分別比OPT提高了36.41%、42.44%和45.51%,分別較NF提高了9.13%、13.95%和16.41%。

0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量NM3最高,NM2次之,NM2和NM3顯著高于N0、P0、OPT和NF處理,與NM1差異不顯著。 NM10～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量高于OPT和NF處理,但與二者差異不顯著;NM1、NM2和NM3分別較OPT提高了31.48%、39.51%和50.40%,分別較NF提高了31.79%、39.84%和50.76%。20～40 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量NM3最高,NM2次之,NM1、NM2和NM3顯著高于P0和OPT處理,與N0和NF差異不顯著;NM1、NM2和NM3分別比OPT 提高了32.54%、35.56%和38.15%,分別較NF提高了8.85%、11.33%和13.45%。

0～20 cm土壤有效磷含量NM3最高,NM2次之,NM1、NM2和NM3顯著高于N0、P0和NF處理,與N0和OPT差異不顯著;NM1、NM2和 NM2分別較OPT提高了30.06%、33.35%和42.50%,分別較NF提高了63.31%、67.44%和78.92%。20～40 cm土壤有效磷含量NM2最高,NM3次之,NM1顯著高于N0、P0和OPT,與NF差異不顯著;NM1、NM2和NM3分別比OPT 提高了92.43%、110.58%和100.11%,分別較NF提高了38.13%、51.16%和43.65%。

0～20 cm土壤速效鉀含量N0最高,但與其他處理差異不顯著;NM1、NM2和NM3均高于OPT和NF,但之間差異不顯著,NM1、NM2和NM3分別較OPT提高了8.32%、6.02%、12.71%,分別較NF提高了12.63%、10.24%和17.20%。20～40 cm土壤速效鉀含量N0最高,顯著高于其他處理,P0、NM1、NM2、NM3、OPT和NF間顯著不顯著;NM1、NM2處理20～40 cm土壤速效鉀含量均低于OPT 和NF處理,NM3較OPT提高了6.51%,與NF相當(dāng)。表4

表4 不同處理下超晚冬播小麥麥田土壤養(yǎng)分含量變化

3 討 論

土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量均為衡量土壤肥力的指標(biāo)[14]?；士梢匝杆俑纳仆寥鲤B(yǎng)分的供應(yīng),但易損失,而有機(jī)肥中養(yǎng)分釋放相比較緩慢,養(yǎng)分不易損失,有機(jī)無機(jī)配施可以改善土壤微生物的活性,提高土壤養(yǎng)分的釋放能力,改善土壤供應(yīng),減少養(yǎng)分損失,為作物生長提供充足的養(yǎng)分環(huán)境,延緩衰老,延長灌漿時(shí)間,提高作物養(yǎng)分吸收利用,實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)效果[23]。試驗(yàn)結(jié)果表明,80%常規(guī)施氮配施不同劑量腐殖酸肥對(duì)提高晚播冬小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量的提高具有積極作用,與常規(guī)施氮相比,當(dāng)80%常規(guī)施氮配施腐殖酸肥5.40 kg/hm2時(shí),穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量分別提高了24.16%、12.42%和32.48%,與以往的研究結(jié)果基本一致,張晶等[24]研究表明,有機(jī)無機(jī)配施可以增加成穗數(shù)、穗粒數(shù)并可以改善光合特性,延長灌漿持續(xù)期,提高小麥對(duì)養(yǎng)分的吸收利用,促進(jìn)增產(chǎn)。申長衛(wèi)等[25]研究表明,適宜的有機(jī)無機(jī)配施能提高小麥各生育階段的吸氮強(qiáng)度和籽粒中的氮素分配率,對(duì)提高冬小麥植株氮素具有積極作用。研究發(fā)現(xiàn),有機(jī)無機(jī)配施超晚冬播小麥莖葉、籽粒和地上部總氮磷積累量均高于其他處理,與前人研究結(jié)果一致。與常規(guī)施氮相比,當(dāng)80%常規(guī)施氮配施腐殖酸肥5.40 kg/hm2時(shí),莖葉吸氮量、籽粒吸氮量、地上部總吸氮量分別提高12.12%、9.36%和9.83%,莖葉吸磷量、籽粒吸磷量、地上部總吸磷量分別提高53.58%、28.61%和30.62%。

肥料利用率低是我國作物種植管理的突出問題,有機(jī)無機(jī)配施可以優(yōu)化改善化肥管理,是提高肥料利用率行之有效的措施之一[26]。孟琳等[27]研究表明,與單施化肥相比,有機(jī)無機(jī)配施能顯著提高水稻對(duì)氮素利用率和農(nóng)學(xué)效率。魏文良等[28]在長期定位試驗(yàn)研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,基于用文獻(xiàn)計(jì)量,研究了有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)我國小麥、玉米、水稻產(chǎn)量、氮肥利用效率的影響,結(jié)果表明,有機(jī)無機(jī)配施相比單施化肥產(chǎn)量平均提高了18.2%,氮肥偏生產(chǎn)力提高了32.5%。張麗麗等[22]研究表明,在堿性土壤條件下,有機(jī)無機(jī)配施可以顯著提升磷肥利用率和肥料產(chǎn)量貢獻(xiàn)率。研究結(jié)果表明,與常規(guī)施氮相比,有機(jī)無機(jī)配施REN提高了34.92%～71.68%,AEN提高了164.49%～350.28%,PFPN提高了42.41%～65.61%,REP提高了87.23%～166.09%,AEP提高了166.67%～388.30%,PFPP提高了13.92%～32.49%,與前人研究結(jié)果基本一致。有機(jī)無機(jī)配施可以顯著降低土壤pH值,改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu),提高土壤養(yǎng)分含量,促進(jìn)根系生長,有利于作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用[14,26],提高作物生物量和產(chǎn)量,最終提肥料利用效率。

施用有機(jī)肥對(duì)提高土壤肥力具有積極作用[28-32]。胡明芳等[33]研究表明,申長衛(wèi)等[25]研究表明,與單施化肥相比,有機(jī)無機(jī)配施可顯著提高土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量。于昕陽等[34]研究表明,有機(jī)無機(jī)配施可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。Yang 等[35]等通過長期定位試驗(yàn)研究表明,與單施化肥相比,有機(jī)無機(jī)配施后,土壤全氮的含量顯著提高46%～55%,而且隨有機(jī)肥投入量增加而增加。試驗(yàn)結(jié)果表明,與常規(guī)施氮相比,有機(jī)無機(jī)配施后,土壤中全氮含量、有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量都有不同程度地提高,且隨腐殖酸肥配施量的增加而增加,與前述結(jié)論一致。

4 結(jié) 論

4.1有機(jī)無機(jī)配施對(duì)不同程度提高了超晚播冬小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、產(chǎn)量和氮磷吸收積累量。與常規(guī)施氮相比,穗數(shù)提高了16.42%～24.16%,穗粒數(shù)提高了4.35%～12.42%,產(chǎn)量提高了13.93%～32.48%,地上部植株氮積累量提高了2.08%～9.83%,磷積累量提高了16.08%～30.62%。

4.2有機(jī)無機(jī)配施均不同程度的提高了超晚播冬小麥氮磷肥料利用效率。與常規(guī)施氮相比,有機(jī)無機(jī)配施REN34.92%～71.68%,AEN提高了164.49%～350.28%,PFPN提高了42.41%～65.61%,REP提高了87.23%～166.09%,AEP提高了166.67%～388.30%,PFPP提高了13.92%～32.49%。

4.3有機(jī)無機(jī)配施均不同程度的提高了麥田土壤養(yǎng)分含量,對(duì)土壤肥力的提高具有積極作用。與常規(guī)施氮相比,有機(jī)無機(jī)配施0～20 cm土壤全氮含量提高7.59%～46.84%,有機(jī)質(zhì)含量提高了31.79%～50.76%,有效磷含量提高63.31%～78.92%,速效鉀含量提高12.63%～17.20%。