免耕覆蓋下不同氮磷鉀配比對旱地小麥產(chǎn)量效益和養(yǎng)分利用的影響

陳檢鋒，陳 華，付利波，王志遠(yuǎn)，洪麗芳，蘇 帆，尹 梅

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，昆明650205）

0 引言

云貴高原屬于低緯度高原，地形地貌復(fù)雜，氣候區(qū)域差異顯著，年溫差較小，日溫差大，大部分地區(qū)的降雨量在800～1300 mm之間，一般5—10月為雨季，降水量占全年85%左右，11月到次年4月為旱季，降水量占全年15%[1]。因為干濕季節(jié)分明，所以雨季水土流失嚴(yán)重，旱季墑情較差，直接影響作物生長發(fā)育。小麥?zhǔn)窃颇鲜〉乃拇蠹Z食作物之一，2015 年，種植面積達(dá)到43.3 萬hm2[2]，小麥在云南屬于典型的小春作物，于頭年10月播種，次年4月收獲，其生長期是云南降水量全年最少的時期，旱地小麥全生育期的水分全部來源于種植土壤中儲藏的水分和自然降水，但太少的降水難于滿足小麥的需求，水分一直是制約和影響旱地小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一[3]。

免耕覆蓋是一種抗旱保墑的栽培模式，是保護(hù)性耕作的主要方式。保護(hù)性耕作免耕覆蓋研究始于上世紀(jì)30 年代，在眾多國家相繼進(jìn)行了研究與推廣[4]，其中，到2009 年底，美國的保護(hù)性耕作面積約占總耕地面積的68.3%[5]，拉丁美洲的免耕面積占保護(hù)性耕作面積的95%[6]，亞洲國家也對旱作農(nóng)業(yè)進(jìn)行了保護(hù)性耕作的研究和應(yīng)用[7]，中國從20世紀(jì)70年代開始了免耕覆蓋的研究[8]。各研究表明，免耕覆蓋可以調(diào)節(jié)土壤的溫度和濕度[9]，改變土壤酶活性和微生物群落[10-12]，提高土壤養(yǎng)分和有機質(zhì)含量[13-15]，改善土壤結(jié)構(gòu)[9,16]，減少水土流失[17-18]，對作物的生理特性[19-20]和產(chǎn)量[21-23]也會產(chǎn)生影響，是增強旱地農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。

合理施用氮、磷和鉀肥是作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基礎(chǔ)，可以提高肥料利用率，減少環(huán)境污染[24-25]。通過匯總中國多年多點的小麥氮磷鉀試驗結(jié)果研究表明，每生產(chǎn)1 t小麥的籽粒對氮素、磷素和鉀素的需求量分別是15.1～50.5 kg（平均值為25.8 kg）、2.6～6.8 kg（平均值為3.7 kg）和 11.5～57.5 kg（平均值為 23.3 kg）[26]，可見不同的區(qū)域、不同小麥品種和不同的管理水平下小麥對氮磷鉀的需求量差異是非常大的。前人對小麥氮磷鉀養(yǎng)分的研究多集中于一般耕作條件下[27-29]，而對于免耕覆蓋條件下旱地小麥的氮磷鉀配施效應(yīng)研究較少，特別是針對云貴高原旱地小麥免耕覆蓋下的氮磷鉀配施效應(yīng)研究鮮見。為此，針對云貴高原旱地小麥長期生長在持續(xù)干旱的地區(qū)，開展了比較相同養(yǎng)分管理下傳統(tǒng)耕作和免耕覆蓋對小麥生長、土壤溫度水分、小麥產(chǎn)量、效益和對NPK養(yǎng)分利用影響的研究，研究免耕覆蓋模式下不同氮磷鉀配比對小麥產(chǎn)量效益和養(yǎng)分利用的影響，為免耕覆蓋小麥的優(yōu)化養(yǎng)分管理和資源高效利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

研究地位于云南省文山州硯山縣，海拔1526 m，是云南省典型山原紅壤坡耕地。氣候?qū)俦眮啛釒夂蝾愋停昃鶞?5～16℃。前茬作物為玉米，產(chǎn)量為7875 kg/hm2。試驗地土壤養(yǎng)分狀況為pH 5.6，有機質(zhì)為28.4 g/kg，堿解氮111.0 mg/kg，有效磷22.5 mg/kg，速效鉀為170.0 mg/kg。

供試小麥品種為‘云麥47’。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)12個處理，見表1。

供試的氮肥為尿素，含氮量46%，磷肥為12%P2O5的過磷酸鈣，鉀肥為50%K2O 的硫酸鉀。小區(qū)面積18 m2，3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。

施肥方法：20%氮肥和全部磷鉀肥作為底肥施用，80%氮肥分2次視天氣狀況在苗期和孕穗期作追肥施用。

小麥播種量為180 kg/hm2。

除了N2P2K2(CK)處理是按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶傳統(tǒng)深耕不覆蓋耕作方式外，其他每個處理都采用免耕的耕作方式并用上季玉米秸稈覆蓋，2016年10月19日播種，2017 年4 月15 日成熟收獲。試驗各處理除耕作方式和養(yǎng)分用量不同外，其他的管理措施一樣，完全靠自然降水，無人工灌溉。

1.3 數(shù)據(jù)收集和測定方法

試驗前采集基礎(chǔ)土樣1個，重1 kg左右，帶回室內(nèi)風(fēng)干后分析，分析指標(biāo)主要為堿解N，有效P，速效K，pH值和有機質(zhì)。其中有機質(zhì)分析采用鉻酸鉀容量法，pH 值采用玻璃電位法，土壤堿解N 用堿解擴(kuò)散法，有效P 用0.5mol/L NaHCO3浸提·鉬銻抗比色法，速效K用乙酸銨溶液浸提·火焰光度計法測定[30-31]。

試驗結(jié)束時每個小區(qū)小麥單獨測產(chǎn)。

肥料農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力[32]的計算見公式(1)、(2)。

表1 試驗設(shè)計

其中，Y為施肥后所獲得的作物產(chǎn)量；Y0為不施肥條件下作物的產(chǎn)量；F代表化肥的投入量。它是指單位施氮量所增加的作物籽粒產(chǎn)量。

其中，Y為施肥后所獲得的作物產(chǎn)量；F代表化肥的投入量。它是指單位投入的肥料氮所能生產(chǎn)的作物籽粒產(chǎn)量。

P肥和K肥的農(nóng)學(xué)效率與偏生產(chǎn)力計算方法同上。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用SPSS和DPS法。

2 結(jié)果與分析

2.1 深耕不覆蓋與免耕覆蓋處理在不同生育期的小麥株高和土壤溫度與含水量

表2顯示了深耕不覆蓋與免耕覆蓋方式下小麥不同生育期株高和種植土壤的溫度與含水量的數(shù)值。從表2可知，2種種植模式下小麥的株高和種植土壤的水分、地溫的數(shù)值相差較大。不同的生育期，免耕覆蓋種植處理的小麥株高比傳統(tǒng)種植深耕不覆蓋的小麥株高高2.8～13.9cm(13.15%～24.56%)；在苗期差異最小，隨著小麥的生長，株高差異漸大。在深耕不覆蓋種植的土壤中，10 cm和20 cm深度的土壤水分含量差異大于免耕覆蓋種植土壤，深耕不覆蓋處理2 個深度土壤水分含量差異為5.1%～9.7%，而免耕覆蓋處理2 個深度土壤水分含量差異為2.5%～6.3%。免耕覆蓋種植小麥種植地的土壤水分和地溫幾乎高于深耕不覆蓋。免耕覆蓋種植小麥種植地的土壤水分在10 cm 和20 cm 深度分別比深耕不覆蓋處理的高出4.2%～8.2%和2.5%～4.8%，免耕覆蓋種植小麥種植地的土壤溫度在10 cm深度比深耕不覆蓋處理的高出0.3℃～1.6℃。從以上結(jié)果可知，相同的施肥處理下，免耕覆蓋種植的小麥長勢明顯優(yōu)于傳統(tǒng)種植深耕不覆蓋，免耕覆蓋種植土壤的土壤含水量和土壤溫度均高于深耕不覆蓋，免耕覆蓋種植對土壤的保水性和保溫性有影響。

2.2 不同處理對旱地小麥產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響

表3分析了不同處理小麥的產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益。由表3 可知，深耕不覆蓋N2P2K2(CK)處理和免耕覆蓋N2P2K2 處理的養(yǎng)分用量一樣，由于兩者的耕作栽培方式不一樣，它們產(chǎn)量和凈收益的差異顯著。免耕覆蓋N2P2K2處理的小麥產(chǎn)量和凈收益分別比深耕不覆蓋N2P2K2(CK)處理高366.9 kg/hm2（高13.14%）和503.05元/hm2（高12.80%）。說明在該試驗地免耕覆蓋的耕作方式可以顯著提高小麥的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。

在免耕覆蓋的模式下，不同的小麥養(yǎng)分管理對小麥的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益也有較大的影響。各處理小麥產(chǎn)量從高到低為 N3P2K2 ＞ N2P2K3 ＞ N2P3K2 ＞N2P2K2 ＞ N2P1K2 ＞ N2P2K1 ＞ N2P2K2(CK) ＞N2P2K0 ＞ N1P2K2 ＞ N2P0K2 ＞ N0P2K2 ＞ N0P0K0，經(jīng)濟(jì)效益從高到低為N3P2K2 ＞ N2P1K2 ＞ N2P2K2 ＞N2P2K3 ＞ N2P3K2 ＞ N2P2K1 ＞ N2P2K0 ＞ N2P0K2 ＞N2P2K2(CK) ＞ N0P0K0 ＞ N0P2K2。 無 肥 處 理（N0P0K0）的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益是所有處理中最差的，N0P2K2處理的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益也較差。較高養(yǎng)分處理的N3P2K2小麥產(chǎn)量最高，經(jīng)濟(jì)效益也最高；其次為N2P1K2 處理、N2P2K2 處理和 N2P2K3 處理的小麥產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益也較高，三者的經(jīng)濟(jì)效益均比CK 高出12%以上。

2.3 不同處理的小麥養(yǎng)分利用

表4分析了不同處理小麥的肥料農(nóng)學(xué)效率和肥料偏生產(chǎn)力，肥料農(nóng)學(xué)效率和肥料偏生產(chǎn)力是國際上常用來表述農(nóng)田肥料利用效率的參數(shù)[32]。施肥的量、作物種類和管理都會影響肥料農(nóng)學(xué)效率[33]。試驗中，免耕覆蓋處理的小麥NPK 肥料農(nóng)學(xué)效率均隨著施肥量增加而降低，N 肥農(nóng)學(xué)效率為7.20～8.80 kg/kg，P 肥農(nóng)學(xué)效率為 5.73～13.20 kg/kg，K 肥農(nóng)學(xué)效率為 5.93～6.85 kg/kg。化肥偏生產(chǎn)力綜合體現(xiàn)土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分和肥料農(nóng)學(xué)效率，增加基礎(chǔ)土壤的肥力和提高肥料農(nóng)學(xué)效率都可提高化肥偏生產(chǎn)力[33]。免耕覆蓋N2P2K2處理的NPK肥料偏生產(chǎn)力均高于深耕不覆蓋的N2P2K2(CK)處理，深耕不覆蓋的小麥對NPK肥料的利用均低于免耕覆蓋處理。在各個免耕覆蓋小麥的處理中，同農(nóng)學(xué)效率一樣，N、P和K肥偏生產(chǎn)力均隨著用肥量增加而降低，N1P2K2處理N肥偏生產(chǎn)力最高，為34.02 kg/kg，N2P1K2 處理的P 肥偏生產(chǎn)力最高為80.64 kg/kg，N2P2K1處理的K肥偏生產(chǎn)力最高為76.64 kg/kg。

3 結(jié)論與討論

免耕栽培通過輕簡化的農(nóng)藝流程，避免了土壤的翻動，降低田間作業(yè)勞動強度，減少機械耕作能源消耗和費用，降低生產(chǎn)成本[34]。免耕覆蓋栽培調(diào)節(jié)土壤的溫度和濕度，有利于充分利用光溫水等自然資源，改善土壤，減少水土流失，有利于作物生長發(fā)育和農(nóng)業(yè)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展[35]。

前人的研究表明，少免耕覆蓋栽培可提高小麥的產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益[35-36]，該試驗中，在小麥的不同生育期，免耕覆蓋種植土壤的土壤含水量和土壤溫度均高于深耕不覆蓋，這與前人的研究結(jié)果相似[37-38]。免耕覆蓋種植N2P2K2處理的小麥長勢明顯優(yōu)于傳統(tǒng)種植深耕不覆蓋種植N2P2K2(CK)處理；免耕覆蓋N2P2K2處理的小麥產(chǎn)量和凈收益分別比深耕不覆蓋N2P2K2(CK)處理高 366.9 kg/hm2(13.14%)和 503.05 元/hm2(12.80%)；免耕覆蓋 N2P2K2 處理的 NPK 肥料的利用均高于深耕不覆蓋的N2P2K2(CK)處理。這些研究結(jié)果與有些研究類同[39]，與有些研究相悖[40]，這應(yīng)與免耕覆蓋作物的產(chǎn)量形成和養(yǎng)分利用因地點不同、土壤養(yǎng)分狀況、土壤質(zhì)地或同一地點的不同年份降水量不同而異。

表3 不同處理旱地小麥產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益

表4 不同處理的小麥養(yǎng)分利用 kg/kg

氮磷鉀是植物生長中必需的營養(yǎng)物質(zhì)，氮磷鉀肥對小麥的生長和發(fā)育有重要作用，合理施用氮磷鉀可節(jié)本增效[41-42]。在本試驗中，免耕覆蓋的栽培條件下，較高養(yǎng)分處理的N3P2K2 小麥產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益最高；N2P1K2 處理、N2P2K2 處理和 N2P2K3 處理的小麥產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益也較高，三者的經(jīng)濟(jì)效益均比深耕不覆蓋的N2P2K2 處理高出12%以上。有研究表明[39]，在旱地小麥生產(chǎn)中為保證籽粒產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)，需增加秸稈覆蓋處理的氮肥用量，該試驗也證明增加氮肥用量可保證或增加籽粒產(chǎn)量，對籽粒營養(yǎng)品質(zhì)的影響有待進(jìn)一步研究。同時，長期的免耕覆蓋對土壤的養(yǎng)分狀況和質(zhì)地會有所改變，而相應(yīng)的氮磷鉀施用策略也應(yīng)隨之變化，這也需要長期的定位試驗來進(jìn)行研究。

在云貴高原旱區(qū)，小麥的生長深受水分條件的影響，其生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量均不高，小麥的肥料農(nóng)學(xué)效率和肥料偏生產(chǎn)力數(shù)值均較低，小麥的N、P和K肥農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力均隨著用肥量增加而降低的趨勢。該試驗中，免耕覆蓋種植明顯促進(jìn)了小麥長勢、增加了產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)效益和提高肥料效益，不同的生育期免耕覆蓋處理小麥株高比傳統(tǒng)種植高2.8～13.9 cm(13.15%～24.56%)，免耕覆蓋小麥種植地土壤水分在10 cm 和20 cm 深度分別比傳統(tǒng)種植高出4.2%～8.2%和2.5%～4.8%，溫度在10 cm 深度比傳統(tǒng)種植高0.3℃～1.6℃。免耕覆蓋N2P2K2處理產(chǎn)量和凈收益分別比傳統(tǒng)種植N2P2K2(CK)處理高366.9 kg/hm2(13.14%)和503.05元/hm2(12.80%)。在各個免耕覆蓋處理中，不同氮磷鉀的配比也影響小麥的生長，綜合產(chǎn)量、收益和肥料利用效率，該地免耕覆蓋下的N3P2K2處理為最佳處理，即在該地試驗條件下，免耕覆蓋小麥種植的最佳氮磷鉀經(jīng)濟(jì)施肥量分別為：純N 225.00 kg/hm2、P2O575.00 kg/hm2和 K2O 75.00 kg/hm2。