立式旋耕方式下氮肥不同減施量對(duì)小麥產(chǎn)量效應(yīng)的影響

聶勝委，張浩光，許紀(jì)東，張巧萍，張玉亭

（1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州450002；2.遂平縣農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗(yàn)站，河南遂平463100）

小麥作為我國(guó)的三大糧食作物之一，在滿足人們食物需求、保障國(guó)家糧食安全等方面占據(jù)重要的地位。近年來，小麥生產(chǎn)雖獲得了較高產(chǎn)量，但是依賴于大量化學(xué)肥料的投入，有數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)農(nóng)田化肥施用量由2000 年的4 146.4 萬t 增長(zhǎng)到2015 年的6 022.6 萬t，年均增長(zhǎng)達(dá)3%[1]。長(zhǎng)期過多的化學(xué)肥料投入導(dǎo)致農(nóng)田氮肥淋失、土壤板結(jié)以及環(huán)境惡化等不容忽視的問題[2-3]。

立式旋耕技術(shù)是近年來新研發(fā)的新型農(nóng)田耕作技術(shù)，其是用動(dòng)力機(jī)械帶動(dòng)立式旋耕的垂直螺旋鉆頭直立旋轉(zhuǎn)切磨粉碎土壤，以達(dá)到深松、旋耕整地的效果[4]。鉆軸入土深度可達(dá)30～60 cm，能深度打破犁底層，改善土壤結(jié)構(gòu)，機(jī)械作業(yè)1 次，可達(dá)到犁地、耙地2 道作業(yè)程序的效果，從而實(shí)現(xiàn)作物較高的產(chǎn)量[5]。在同等施肥量條件下，與旋耕、翻耕等耕作方式相比，立式旋耕（粉壟）可以提高小麥[5-7]、玉米[8-9]、水稻[10]、木薯[11-13]、大豆[14]、飼草[15]等多種作物的產(chǎn)量，改善水稻[10]、鮮薯[11-13]、甘蔗[16]等作物的品質(zhì)，促進(jìn)根系生長(zhǎng)[14]。這為解決我國(guó)小麥生產(chǎn)中化肥投入量過高的問題提供了重要的思路和參考。

本研究以黃淮平原區(qū)小麥季氮肥減量施用不降低產(chǎn)量為目標(biāo)，采用農(nóng)戶調(diào)查的文獻(xiàn)資料和國(guó)家統(tǒng)計(jì)資料綜合分析得出的氮肥施用基準(zhǔn)（300 kg/hm2）[1]，研究立式旋耕方式下氮肥不同減施量對(duì)小麥產(chǎn)量和氮肥利用率的影響，旨在為實(shí)現(xiàn)小麥氮肥減量、適量施用和養(yǎng)分高效利用提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于河南省遂平縣農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗(yàn)站（33°15′N、113°98′E）。該地屬亞熱帶濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)型氣候，光照充足，氣候溫和，雨量充沛，四季分明，亞熱帶向暖溫帶過渡性氣候特性比較明顯。年平均氣溫15.1 ℃，日照時(shí)數(shù)2 126 h，年均降水量927 mm，無霜期226 d。土壤類型為砂姜黑土，重壤偏黏，中性偏弱酸性（pH 值為5.9），土地肥沃。試驗(yàn)地基礎(chǔ)土壤有機(jī)質(zhì)含量6.52 g/kg、堿解氮含量18.6 mg/kg、有效磷含量110.40 mg/kg、速效鉀含量139.10 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試小麥品種為遂選101（豫審麥2015004，由河南平安種業(yè)有限公司、遂平縣農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗(yàn)站選育）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，氮肥過量投入基準(zhǔn)為300 kg/hm2，小麥生長(zhǎng)季試驗(yàn)設(shè)置常規(guī)過量施氮（300 kg/hm2）、減氮10%、減氮20%、減氮30%4 個(gè)氮肥處理，處理間磷肥、鉀肥施用量相同，磷肥82.5 kg/hm2，鉀肥82.5 kg/hm2；每個(gè)處理重復(fù)3 次，共計(jì)12 個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積24.5 m×6.0 m。各處理的施氮量分別為：常規(guī)過量施肥（EF，CK）.氮肥300kg/hm2；減氮10%（RF10）.氮肥270 kg/hm2；減氮20%（RF20）.氮肥240 kg/hm2；減氮30%（RF30）.氮肥210 kg/hm2。

同時(shí)輔設(shè)不施肥（空白）小區(qū)，用于計(jì)算氮肥利用率。其中，70%的氮肥和全部磷、鉀肥作為基肥在整地時(shí)一次性施入，剩余30%的氮肥在拔節(jié)期作為追肥施入。前茬作物為青貯玉米，收獲后粉碎滅茬，后用立式旋耕機(jī)深旋耕一遍，整地深度為（30±5）cm；再用常規(guī)旋耕機(jī)平整一遍（深度5～10 cm）。分別在2017、2018 年10 月下旬采用機(jī)播樓播種，播量為150 kg/hm2，行距20 cm，于次年（2018、2019 年）6 月上旬收獲。其他田間管理措施等保持一致。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

于小麥成熟期，每個(gè)小區(qū)選取有代表性的2 行各取1 m 雙行樣段進(jìn)行田間群體數(shù)調(diào)查；取0.5 m雙行長(zhǎng)度測(cè)定莖、根、葉及總干物質(zhì)質(zhì)量；室內(nèi)選取有代表性的10 株測(cè)定穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等性狀；各處理實(shí)收4 m2用于測(cè)產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel、SPSS 等軟件進(jìn)行整理，用LSD法進(jìn)行顯著性分析（P≤0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 立式旋耕方式下氮肥不同減施量對(duì)小麥穗長(zhǎng)與干物質(zhì)積累的影響

從表1 可以看出，2018 年，與EF（CK）處理相比，減氮30%（RF30）處理的穗長(zhǎng)變小，減氮10%（RF10）、20%（RF20）處理的穗長(zhǎng)則持平，但所有處理之間差異均不顯著；2019 年，與EF（CK，6.40 cm）處理相比，減氮10%（RF10，7.23 cm）、30%（RF30，6.87 cm）處理的穗長(zhǎng)增加，減氮20%（RF20，6.33 cm）處理的穗長(zhǎng)減小，但差異均不顯著。

表1 立式旋耕方式下氮肥不同減施量對(duì)小麥穗長(zhǎng)和干物質(zhì)積累的影響

干物質(zhì)積累方面，2018 年，與EF（CK）相比，減氮10%（RF10）、20%（RF20）、30%（RF30）處理的莖部干物質(zhì)質(zhì)量均增加，但處理之間差異均不顯著；2019 年，與EF（CK）相比，減氮10%（RF10）、20%（RF20）、30%（RF30）處理的莖部干物質(zhì)質(zhì)量均下降，干物質(zhì)質(zhì)量大小依次為EF（CK）＞RF10＞RF20＞RF30。與EF（CK）相比，2018、2019 年，減氮10%、20%、30%處理的根干物質(zhì)質(zhì)量均下降，但是差異不顯著。與EF（CK）相比，減氮10%、20%、30%處理的葉部干物質(zhì)質(zhì)量在2018、2019 年均增加，但處理間差異均不顯著，說明氮肥減施有利于葉片生長(zhǎng)和干物質(zhì)積累。

2.2 立式旋耕方式下氮肥不同減施量對(duì)小麥產(chǎn)量及構(gòu)成的影響

由表2 可知，2018 年，與EF（CK，502.0 萬穗/hm2）相比，RF10（552.0 萬穗/hm2）、RF20（575.0 萬穗/hm2）、RF30（522.0 萬穗/hm2）處理的群體穗數(shù)均有增加，但處理間差異均不顯著，其中，減氮20%處理群體穗數(shù)最大；2019 年，與EF（CK，527.1 萬穗/hm2）相比，RF20（577.1 萬穗/hm2）處理有效穗數(shù)增加，RF10、RF30 處理有效穗數(shù)減少，但差異均不顯著。

從表2 還可看出，2018 年，RF10、RF20、RF30處理的穗粒數(shù)與EF（CK）相比均有減少，但處理間差異均不顯著；連續(xù)減施后，2019 年，與EF（CK，36.67 粒/穗）相比，RF10、RF20、RF30 處理的穗粒數(shù)均有增加，分別達(dá)到48.67、37.67、47.67 粒/穗。氮肥減施后，與EF（CK）相比，RF10、RF20、RF30 處理的千粒質(zhì)量在2018、2019 年2 a 間均增加，但是處理間差異均不顯著，其中，EF（CK）、RF10、RF20、RF30 處理2018 年千粒質(zhì)量分別為50.47、50.70、51.80、50.57 g；2019 年，千粒質(zhì)量分別為49.90、50.92、51.35、50.70 g。

表2 立式旋耕方式下氮肥不同減施量對(duì)小麥產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由圖1 可知，2018 年，與EF（CK，7 647.5 kg/hm2）相比，RF10、RF30 處理小麥產(chǎn)量均減少，減產(chǎn)幅度分別為4.79%、15.65%，其中，RF30 處理減產(chǎn)達(dá)顯著水平（P≤0.05）；RF20（7 878.1 kg/hm2）處理小麥產(chǎn)量較CK 增加3.02%，但二者間差異不顯著，RF20處理小麥產(chǎn)量也顯著高于RF30 處理（P≤0.05）。

2019 年，與EF（CK，9 904.4 kg/hm2）相比，RF10（10 023.7 kg/hm2）、RF20（10 119.6 kg/hm2）處理均增產(chǎn)，增幅分別為1.20%、2.17%，但差異不顯著；RF30（9 707.5 kg/hm2）處理則比CK 減產(chǎn)2.00%，但二者間差異不顯著。說明在300 kg/hm2氮肥施用量水平下，采用立式旋耕耕作方式，氮肥減少10%～20%，不會(huì)顯著降低產(chǎn)量；相反，減施20%氮肥，可以使小麥獲得更高產(chǎn)量，從而實(shí)現(xiàn)減施增產(chǎn)。

綜上所述，立式旋耕方式下，在300 kg/hm2施氮量基礎(chǔ)上，減氮10%～20%，不會(huì)顯著影響小麥產(chǎn)量，其中，減氮20%能夠連續(xù)獲得較高的群體穗數(shù)、千粒質(zhì)量，為取得高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

2.3 立式旋耕方式下氮肥不同減施量對(duì)氮肥利用率的影響

由圖2 可知，2018 年，減氮10%、30%后，氮肥農(nóng)學(xué)利用率低于CK；減氮20%后，氮肥農(nóng)學(xué)利用率較CK 提高0.64 kg/kg，提高13.35%，但各處理之間差異均不顯著。2019 年，與EF（CK，12.52 kg/kg）相比，RF10（14.35 kg/kg）、RF20（16.54 kg/kg）、RF30（16.95 kg/kg）處理氮肥農(nóng)學(xué)利用率分別提高1.83、4.02、4.43 kg/kg，分別提高14.62%、32.11%、35.38%。說明立式旋耕方式下，在300 kg/hm2氮肥施用量基礎(chǔ)上，減少20%的氮肥投入，更有利于提高氮肥農(nóng)學(xué)利用率，增加氮肥對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)。

從圖3 可 以看出，2018 年，EF（CK）、RF10、RF20、RF30 處理氮肥偏生產(chǎn)力分別為25.49、26.97、32.83、30.72 kg/kg，減氮10%、20%、30%處理的氮肥偏生產(chǎn)力較CK 分別提高1.48、7.34、5.23 kg/kg，分別提高5.81%、28.80%、20.52%，其中，減氮20%處理顯著高于CK。2019 年趨勢(shì)與2018 年相同，與EF（CK，33.01 kg/kg）相比，RF10（37.12 kg/kg）、RF20（42.16 kg/kg）、RF30（46.23 kg/kg）處理的氮肥偏生產(chǎn)力分別提高4.11、9.15、13.22 kg/kg，分別提高12.45%、27.72%、40.05%。

3 結(jié)論與討論

已有研究表明，黃淮平原小麥季氮肥在225 kg/hm2施用量基礎(chǔ)上，減施10%～20%不會(huì)大幅降低小麥產(chǎn)量，而且能增加產(chǎn)投比，提高經(jīng)濟(jì)效益[19]；在180 kg/hm2施肥量基礎(chǔ)上減少5%～10%的氮肥可實(shí)現(xiàn)小麥增產(chǎn)4%～7%[20]。本研究采用農(nóng)戶調(diào)查的文獻(xiàn)資料和國(guó)家統(tǒng)計(jì)資料綜合分析得出的300 kg/hm2氮肥投入基準(zhǔn)值[1]，從改善土壤自身功能出發(fā)，深耕深旋松土壤，增加土層厚度，改善土壤結(jié)構(gòu)，通過2017—2018、2018—2019 年2 個(gè)小麥生長(zhǎng)季的研究，得出氮肥減少10%～20%的投入量，不會(huì)顯著降低產(chǎn)量，其中，減氮20%能夠增加成熟期群體穗數(shù)、千粒質(zhì)量，最終獲得較高產(chǎn)量，提高養(yǎng)分利用效率，實(shí)現(xiàn)減施增效。本研究是在同一塊試驗(yàn)田連續(xù)2 個(gè)小麥生長(zhǎng)季（2017—2018、2018—2019 年）中進(jìn)行研究，在300 kg/hm2氮肥投入基礎(chǔ)上，減施30%氮肥（210 kg/hm2）導(dǎo)致連續(xù)2 季減產(chǎn)，且減施當(dāng)季減產(chǎn)顯著，這與225 kg/hm2的施肥水平相比，僅相當(dāng)于減施6.7%的氮肥投入，與其報(bào)道的10%～20%相比，存在較大差距。說明在小麥氮肥減施的研究中，選取的氮肥減施基礎(chǔ)水平和研究持續(xù)的周期不同，得出結(jié)論的可靠性需要重新考慮，這也很難為區(qū)域性的減施技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)提供較為合理的依據(jù)和參考。此外，由于黃淮平原地域遼闊，研究所選減施基準(zhǔn)值僅以所在地小范圍農(nóng)戶尺度調(diào)查得出的施氮水平，缺乏大量有效的代表性。而本研究無論從氮肥減施選取的減施基準(zhǔn)還是研究的時(shí)間周期來看，更符合實(shí)際水平，所得結(jié)論也更具有指導(dǎo)價(jià)值。

本研究結(jié)果表明，立式旋耕方式下，在300 kg/hm2氮肥投入基礎(chǔ)上，減氮10%、20%、30%能增加小麥成熟期葉片干物質(zhì)質(zhì)量和千粒質(zhì)量，降低根干物質(zhì)質(zhì)量；減氮20%有利于提高小麥成熟期群體有效穗數(shù)，與EF 相比，RF20 處理群體有效穗數(shù)2018、2019 年均增加。減氮10%～20%不會(huì)顯著降低小麥產(chǎn)量，反而減氮20%還能連續(xù)獲得較高小麥產(chǎn)量；減氮30%則減產(chǎn)，當(dāng)季減產(chǎn)顯著。與EF（CK，2018 年7 647.5 kg/hm2；2019 年9 904.4 kg/hm2）相比，2018 年，RF10（7 280.6 kg/hm2）、RF30（6 450.6 kg/hm2）處理分別減產(chǎn)4.79%、15.65%，RF20（7 878.1 kg/hm2）處理則增產(chǎn)3.02%；2019 年，RF10（10 023.7kg/hm2）、RF20（10 119.6kg/hm2）處理分別增產(chǎn)1.20%、2.17%，RF30（9 707.5 kg/hm2）處理則減產(chǎn)2.00%。

此外，在300 kg/hm2氮肥投入基礎(chǔ)上，2018、2019 年減氮20%分別能提高13.35%、32.11%的氮肥農(nóng)學(xué)利用率；2018、2019 年減氮10%～30%分別能提高5.81%～28.80%、12.45%～40.05%的氮肥偏生產(chǎn)力。