隴中黃土高原春小麥品種和優(yōu)化施肥

劉興宇,袁建鈺,李 廣 ,張 娟,徐萬恒,張霞霞

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院,蘭州 730070;2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,蘭州 730070;3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,蘭州 730070)

0 引 言

【研究意義】春小麥是隴中黃土高原地區(qū)主要的糧食作物之一[1]。但隴中黃土高原地區(qū)較貧瘠的黃綿土養(yǎng)分承載能力弱,養(yǎng)分固持效率低,加之降雨的時節(jié)分布與小麥關(guān)鍵需水期經(jīng)常錯位,使旱地春小麥在基肥種植的情況下,極易發(fā)生無機氮淋失、生育期氮素供需不平衡的現(xiàn)象,導(dǎo)致春小麥生產(chǎn)潛力不能穩(wěn)定且有效地發(fā)揮[2]。研究合理有效的施肥方式及選用高產(chǎn)高效的小麥品種,對提高農(nóng)田土壤養(yǎng)分和小麥產(chǎn)量以及區(qū)域農(nóng)田的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。 【前人研究進展】南學(xué)軍等[3]認為氮肥有機肥配施可顯著提高小麥產(chǎn)量,增加營養(yǎng)器官碳、氮、磷含量。陳磊等[4]通過20年長期定位實驗研究表明,有機肥化肥配施較單施有機肥、單施化肥能顯著提高生物量和產(chǎn)量;董召娣等[5]認為不同小麥品種間肥料利用率存在差異;田中偉等[6]研究表明,高產(chǎn)高效品種具有較高根系生物量,較高的氮、磷吸收能力,有利于小麥灌漿,進而提高粒重,協(xié)調(diào)產(chǎn)量三要素,提高產(chǎn)量和養(yǎng)分效率。【本研究切入點】針對于隴中黃土高原地區(qū),不同施肥和品種對旱作春小麥的共同作用規(guī)律以及高產(chǎn)高效優(yōu)化組合的研究鮮有報道。在春小麥需肥與土壤供肥關(guān)系難以協(xié)調(diào)的隴中黃土高原,研究施肥與品種對春小麥養(yǎng)分含量和產(chǎn)量、的影響,篩選施肥與品種的高產(chǎn)高效組合?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究隴中黃土高原地區(qū)不同施肥處理對春小麥(甘春32號和甘春27號)干物質(zhì)量及根、莖、葉化學(xué)計量特征和產(chǎn)量的影響,分析半干旱區(qū)氮肥有機肥配施對不同品種春小麥保產(chǎn)增產(chǎn)的可行性,篩選施肥與品種的高產(chǎn)高效組合,為該地區(qū)春小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗地位于甘肅省定西市安定區(qū)安家坡村旱農(nóng)綜合實驗站,該地區(qū)屬于典型黃土高原丘陵溝壑區(qū),土壤為黃綿土,土質(zhì)綿軟,養(yǎng)分承載能力弱,抗侵蝕能力弱。土壤容重1.26 g/cm3,土壤全氮0.96 g/kg、有機質(zhì)含量12.01 g/kg,平均海拔2 000 m,無霜期占約全年1/3,年均降水量為385 mm,年均蒸發(fā)量1 537 mm,年日照時數(shù)2 476.6 h,年平均氣溫6.4℃,≥10℃的積溫2 239.1℃,為典型的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)[7]。

選則2個有較高推廣面積的供試品種甘春27號、甘春32號。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

于2020年3月28日播種,7月30日收獲。在研究確定的干旱脅迫下春小麥增產(chǎn)最優(yōu)補償補灌的基礎(chǔ)上[8],布設(shè)3種施肥方式:單施氮肥(N)、單施有機肥(M)、氮肥有機肥配施(NM),共計6個處理,各處理設(shè)置3個重復(fù),共計18個小區(qū),小區(qū)面積為24 m2(長6 m,寬4 m),各小區(qū)間設(shè)0.5 m寬隔離帶,采用隨機區(qū)組排列,播種量187.5 kg/hm2,免耕播種機播種,播深均為7 cm,行列距0.25 m。供試化肥為尿素(含N 46.2%)和過磷酸鈣(16% P2O5),有機肥為農(nóng)家肥(主要為豬糞,養(yǎng)分含量為N 0.56%、P2O50.40%、K2O 0.46%)。各處理施肥量以當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶種植春小麥常規(guī)施肥(純N 105 kg/hm2)用量為基準,根據(jù)含氮量折算尿素和有機肥的施用量,尿素施用量228 kg/hm2,有機肥估算施用量21 000 kg/hm2。各施肥處理統(tǒng)一施加60 kg/hm2過磷酸鈣作為基肥在播種時一次性施入,其他田間管理措施與當(dāng)?shù)匾恢隆１?

表1 樣地情況

1.2.2 指標測定

在春小麥成熟期取樣,每塊樣地隨機選取具有代表性的小麥植株15株,在105℃下殺青30 min,放置烘箱內(nèi)80℃烘至恒重,分別測量各植株的根、莖、葉和穗干重,粉碎后過1 mm篩,測定有機碳(OC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量。各小區(qū)單打單收,人工脫粒,籽粒曬干后統(tǒng)計產(chǎn)量。

植株全氮含量采用濃H2SO4-H2O2消煮,凱氏定氮法測定[9]。全磷含量采用濃H2SO4-H2O2溶液消解,釩鉬黃比色法測定[10]。有機碳含量采用H2SO4- KCr2O7氧化外加熱法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft excel 2010進行實驗數(shù)據(jù)的初步整理,使用SPSS 24.0軟件進行顯著性和相關(guān)性分析,用平均值±標準誤表示測定結(jié)果,采用origin2018軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥與品種下春小麥干物質(zhì)量

研究表明,甘春27號春小麥根和葉干重在M處理下最小,且與其它處理間存在顯著差異(P<0.05),而甘春32號春小麥根和葉干重在不同施肥處理下差異不顯著(P>0.05);春小麥莖和穗干重均在甘春27號M處理下最小,甘春32號 NM處理下最大,且與其它處理間存在顯著差異(P<0.05);同一施肥處理下甘春27號春小麥根、莖、葉、穗干重均小于甘春32號。表2

表2 不同施肥處理下春小麥干物質(zhì)量和收獲指數(shù)變化

2.2 不同施肥及品種下春小麥根、莖、葉、穗化學(xué)計量特征

研究表明,根系TN、N∶P在甘春32號NM處理下達到最大值,且顯著高于其它處理(P<0.05),C∶N在甘春32號NM處理下最小,且與其它各處理間存在顯著差異(P<0.05)。OC、TP、C∶P在不同處理下差異均不顯著(P>0.05)。

莖稈TN在甘春32號NM處理下最大,在甘春27號M處理下最小,且與其它各處理間存在顯著差異(P<0.05)。C∶N在甘春32號NM處理下最小,N∶P在甘春32號NM處理下最大,且與其它各處理間存在顯著差異(P<0.05)。OC、TP、C∶P在不同處理下差異均不顯著(P>0.05)。

葉片TN含量在甘春32號NM處理下最大,在甘春27號M處理下最小,且甘春32號品種葉片TN含量在同施肥處理下顯著大于甘春27號品種(P<0.05)。C∶N、N∶P均與莖稈呈現(xiàn)出相同的變化趨勢。OC、TP、C∶P在各處理下差異均不顯著(P>0.05)。圖1

注：不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著

2.3 不同施肥及品種下春小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

研究表明,同一施肥處理下甘春32號品種春小麥穗粒數(shù)均高于甘春27號品種,在甘春32號NM處理下達到最大值,且與其它各處理間存在顯著差異(P<0.05);春小麥穗數(shù)也表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律,在甘春32號NM處理下最大,且顯著高于其它處理(P<0.05);春小麥千粒重在甘春27號N處理下最大,在甘春27號M處理下最小;春小麥產(chǎn)量均在NM處理下達到最大值,且呈現(xiàn)出同一施肥處理下甘春32號品種顯著大于甘春27號品種的結(jié)果(P<0.05)。表3

表3 不同施肥處理下春小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量變化

3 討 論

3.1 不同施肥及品種對旱地春小麥營養(yǎng)器官養(yǎng)分含量的影響

施肥通過外源物質(zhì)的添加直接干預(yù)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中作物元素的運移循環(huán)過程,引起各器官養(yǎng)分含量的變化[11]。研究表明,NM處理較N、M處理顯著提高了根、莖、葉中的TN含量。這是因為春小麥各營養(yǎng)器官中TN的積累容易受到土壤中氮素含量和地下微生物的影響,土壤中氮素主要來自于施肥等外源物的添加及枯落物的分解,NM處理增加了土壤中氮素含量的同時促進了微生物對枯落物的分解,影響了土壤氮素的輸入速度和數(shù)量[12-13]。NM提供的氮素不僅能夠滿足春小麥前期生長,且固持的氮素在春小麥生長中后期發(fā)生釋放,促進土壤供給養(yǎng)分與春小麥需要養(yǎng)分的時機相一致[14]。研究中,不同施肥處理下兩種春小麥營養(yǎng)器官中OC含量無明顯變化,主要原因為碳是組成植物體的結(jié)構(gòu)性物質(zhì),受環(huán)境影響較小[15]。不同施肥處理對兩種春小麥營養(yǎng)器官中TP含量無顯著影響,與王天一等[16]的研究結(jié)果相似。春小麥營養(yǎng)器官養(yǎng)分含量不僅與施肥有關(guān),還受到品種的制約[17]。試驗結(jié)果表明,甘春32號NM處理下根、莖、葉中TN含量最高,且同一施肥處理下甘春32號春小麥的莖和葉中TN含量均顯著高于甘春27號。這可能是因為NM處理下土壤具有良好的通氣環(huán)境,能促進根系的呼吸作用,從而影響到養(yǎng)分的吸收。但良好的通氣環(huán)境會加快土壤水分的流失,對抗旱能力弱的甘春27號春小麥造成一定的不利影響。此外隨著品種的改良,甘春32號較甘春27號具有更高的干物質(zhì)量,更加健碩的根系,更大的養(yǎng)分吸收面積。甘春32號春小麥TN含量高于甘春27號。研究表明,葉片N∶P> 16反映植物生長受P限制,14

3.2 不同施肥與品種對春小麥干物質(zhì)量的影響

通過光合作用積累干物質(zhì),較高的物質(zhì)積累量是保證作物高產(chǎn)的前提[21]。研究結(jié)果表明,NM處理顯著提升了春小麥干物質(zhì)量。因為NM處理顯著促進土壤腐殖質(zhì)的更新和活化,更有利于腐殖質(zhì)的積累,不僅可提高土壤有機碳含量、改善腐殖質(zhì)品質(zhì)[22],且提升了土壤供肥強度,保障春小麥正常生長的同時有效解決了春小麥在生長發(fā)育中后期肥料不足的問題,增加了植株葉綠素含量,增強了葉片光合作用,有效提升了春小麥物質(zhì)積累量[23-24]。另一方面化學(xué)氮肥養(yǎng)分單一,有機肥肥效緩慢,兩者配合施用既能優(yōu)勢互補,發(fā)揮用地與養(yǎng)地的雙重作用,又能提高土壤活性、保持地力更新,使土壤中養(yǎng)分積累量增加,從而使得小麥根系更易從土壤中吸收養(yǎng)分,提高養(yǎng)分的供給率[25]。品種改良提高了春小麥物質(zhì)生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率和不同生育階段的物質(zhì)積累量,平衡了花前和花后干物質(zhì)對籽粒的貢獻[26],也改變了春小麥對肥料的動態(tài)需求特征。研究中,同施肥處理下甘春32號干物質(zhì)量均大于甘春27號,且甘春32號在各處理下干物質(zhì)含量比甘春27號更為穩(wěn)定。造成這一差異的主要原因是不同施肥處理下養(yǎng)分供應(yīng)與春小麥本身需肥之間存在矛盾,各施肥處理下甘春32號根系干重相對穩(wěn)定且均明顯高于甘春27號,健碩的根系使甘春32號對土壤肥力的變化具有較強的適應(yīng)性,能高效利用有限資源,充分發(fā)揮品種潛力。甘春27號抗逆性較低,使得有機肥肥效釋放緩慢且容易發(fā)生病蟲害的負面影響被放大,造成甘春27號根系生長受限,甘春27號營養(yǎng)器官干物質(zhì)量均較低。

3.3 不同施肥及品種對春小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

穗粒數(shù)、穗數(shù)和千粒重是組成小麥產(chǎn)量的基本要素[27]。研究中,NM處理顯著提升了穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量。因為NM處理為麥田提供了充足的碳源和氮源,促進了土壤微生物的活動和生長繁殖,加快了土壤有機質(zhì)的分解速率,增強了春小麥根系活性,從而在保障春小麥生長的同時提高抗病、抗逆性能,為春小麥高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)[28]。而M處理肥效釋放緩慢,難以有效契合春小麥生長過程中對養(yǎng)分吸收的需求,且增加了反硝化過程中氣態(tài)氮的損失,降低了土壤中的養(yǎng)分含量,對春小麥增產(chǎn)造成了一定的影響[29]。N處理較M處理雖能增加春小麥的產(chǎn)量,但易造成土壤板結(jié),降低微生物活力,導(dǎo)致其對產(chǎn)量構(gòu)成要素的促進作用低于氮肥有機肥配施[30]。研究中,甘春32號NM處理下產(chǎn)量最高,且同一施肥處理下甘春32號產(chǎn)量顯著高于甘春27號,這是因為甘春32號春小麥發(fā)達的根系,有利于養(yǎng)分獲取,NM處理養(yǎng)分穩(wěn)定且長效,二者的結(jié)合充分提高了養(yǎng)分的利用為春小麥的高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。春小麥穗數(shù)遺傳力低,受環(huán)境因素影響較大。試驗區(qū)降雨少,甘春27號抗旱能力弱不利于春小麥分蘗成穗,因此在同一施肥處理下甘春27號穗數(shù)低于甘春32號。穗粒數(shù)主要受限于春小麥品種本身的遺傳特性,其對春小麥增產(chǎn)的影響較小[31]。研究還發(fā)現(xiàn),M處理下兩種春小麥產(chǎn)量差距最大,NM處理下最小。由于M處理嚴重限制了甘春27號品種春小麥根系的生長,導(dǎo)致其干物質(zhì)量顯著低于甘春32號,進而影響到春小麥產(chǎn)量。而NM處理緩解了有機肥對甘春27號根系生長限制,且長效的肥力保障了甘春27號籽粒的飽滿,顯著提高了千粒重,縮小了品種間產(chǎn)量的差距。

4 結(jié) 論

4.1NM處理較N、M處理可以顯著提高春小麥干物質(zhì)量、全氮含量和產(chǎn)量。

4.2同一施肥處理下甘春32號干物質(zhì)量,莖、葉中TN含量,穗粒數(shù),單位面積有效穗數(shù)和產(chǎn)量均高于甘春27號。

4.3不同施肥與品種組合處理下春小麥TN含量和產(chǎn)量均存在顯著差異,其中,甘春32號NM處理下春小麥干物質(zhì)量、TN含量和產(chǎn)量最高。NM處理可以縮小不同品種春小麥產(chǎn)量差距。

4.4在隴中黃土高原地區(qū),氮肥有機肥配施處理下選種高產(chǎn)高效組合為甘春32號春小麥。