秸稈還田條件下不同氮肥用量對冬小麥產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響

崔俊講 ，周明先，張紅英，矯巖林，王冬梅，辛慶國，嚴(yán)美玲

（1萊西市姜山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，山東萊西 266603；2萊西市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管委會，山東萊西 266603；3山東省煙臺市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東煙臺 265500）

0 引言

秸稈還田是培肥地力促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的重要途徑[1]。前人研究認(rèn)為，秸稈還田有利于土壤有機(jī)質(zhì)積累[2]，改善土壤結(jié)構(gòu)理化性狀[3-5]，改良微生物環(huán)境,有利于提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[6]。但單獨(dú)采用秸稈還田[7]，容易出現(xiàn)土壤碳氮比失衡，出苗質(zhì)量不高，病蟲害增加等問題[8]。前人研究認(rèn)為，施用氮肥可顯著提高作物產(chǎn)量改善品質(zhì)，但生產(chǎn)中存在氮肥施用如下問題：（1）施用過量；（2）氮肥施用時期和基追比例不當(dāng)；（3）肥料施用結(jié)構(gòu)單一，重氮肥，輕磷鉀肥，以上問題造成了氮肥利用效率較低，氮素水土流失嚴(yán)重造成水體污染，以及空氣中氮氧化物增加。秸稈還田配施氮肥顯著提高冬小麥全生育期干物質(zhì)積累總量，顯著降低了不同土層硝態(tài)氮積累量[9]。李瑋等[10]研究認(rèn)為，氮肥水平對作物產(chǎn)量的影響大于秸稈還田的作用，單獨(dú)秸稈還田與秸稈還田配施低量氮肥對土壤養(yǎng)分影響不顯著，隨著施氮量的增加土壤養(yǎng)分含量明顯升高；侯賢清等[11]在研究玉米秸稈全量還田配施氮肥的試驗中表明，隨著施氮水平的增加，土壤全氮、堿解氮含量增加的幅度先升高后降低，施氮量180 kg/hm2時對土壤氮素的影響最大。

前人在單一秸稈還田和單一施用氮肥方面，以及秸稈還田配施氮肥對土壤的氮素含量、土壤理化特性及土壤有機(jī)質(zhì)方面的影響研究較多，而在秸稈還田配施氮肥對超高產(chǎn)小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)及氮利用率方面研究較少。因此，筆者研究了秸稈還田條件下不同氮肥施用量對超高產(chǎn)冬小麥的產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響，以期為超高產(chǎn)小麥的高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點(diǎn)

試驗于2015—2016年在煙臺農(nóng)科院試驗農(nóng)場5號地進(jìn)行。試驗田土壤質(zhì)地為壤土。試驗地基礎(chǔ)地力情況：試驗地前茬為夏玉米，0～20 cm 耕層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、速效磷、速效鉀含量分別為12.31 g/kg、0.91 g/kg、67.58 mg/kg、35.38 mg/kg和84.54 mg/kg。

1.2 試驗材料

試驗選用品種為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)‘煙農(nóng)999’和‘濟(jì)麥22’，試驗材料由煙臺農(nóng)科院提供。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計 試驗采用裂區(qū)設(shè)計，主因素為品種‘煙農(nóng)999’和‘濟(jì)麥22’，副區(qū)為秸稈還田下5個施氮水平Nck(0 kg/hm2)，N120(120 kg/hm2)，N180(180 kg/hm2)，N240(240 kg/hm2)，N300(300 kg/hm2)和秸稈不還田下的處理Ns（施氮量為180 kg/hm2），隨機(jī)排列，3 次重復(fù)。氮肥的基追比統(tǒng)一為1:2。磷鉀肥施用量均為P2O5110 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2。試驗小區(qū)長10 m，寬1.6 m，小區(qū)面積16 m2。

1.3.2 測定項目與方法

（1）氮效率。每處理分別在開花期、成熟期取20株小麥，每株小麥分成籽粒、穎殼+穗軸、莖+葉鞘和葉，105℃下殺青30 min，70℃烘干至恒重后稱重并粉碎混勻，留樣測定氮含量。

（2）產(chǎn)量測定方法。小麥蠟熟期收獲，每處理收獲面積8 m2，重復(fù)3 次，調(diào)查公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。計算單位面積產(chǎn)量。

1.3.3 試驗儀器 每處理小麥的籽粒、穎殼+穗軸、莖+葉鞘和葉的氮含量采用Foss Tecator 2300 全自動凱氏定氮儀（瑞典FOSSTECATOR 公司生產(chǎn)）測定，樣品稱量采用METTLER TOLEDO PL 203 分析天平（產(chǎn)地：上海）。

1.3.4 統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)采用DPS統(tǒng)計軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對氮素積累量的影響

由圖1 可以看出，隨著氮肥施用量的增加，‘煙農(nóng)999’單位面積氮素積累量呈先升高后降低的趨勢。‘煙農(nóng)999’在秸稈還田條件下，N120、N180、N240、N300分別較不施氮肥處理Nck氮素積累量提高了14.0%、24.4%、43.2%、36.3%。這與籽粒產(chǎn)量對氮肥的響應(yīng)表現(xiàn)的規(guī)律性基本一致。當(dāng)施氮量超過240 kg/hm2時，氮素積累量略有降低，說明在施氮量范圍為180～240 kg/hm2時，‘煙農(nóng)999’能夠保持較高的氮素積累能力。‘煙農(nóng)999’秸稈還田處理N180和非秸稈還田處理Ns180相比較，氮素積累量顯著提高4.0%，說明秸稈還田可以顯著提高氮素積累量。2個品種相比較，‘煙農(nóng)999’每個處理的氮素積累量均高于‘濟(jì)麥22’，平均提高了7.7%。‘濟(jì)麥22’對秸稈還田條件下氮肥用量的響應(yīng)表現(xiàn)的規(guī)律性與‘煙農(nóng)999’基本一致，與不施氮處理相比，N180、N240、N300氮素積累量分別提高了24.9%、47.3%、39.0%。

2.2 不同處理對氮素利用率的影響

氮素利用效率反映了作物吸收單位氮素對籽粒產(chǎn)量形成的貢獻(xiàn)。氮素利用效率隨著施氮量的增加而降低，秸稈還田下各處理的氮素利用效率大小順序為Nck＞N120＞N180＞N300＞N240，不施氮肥處理Nck氮素利用效率最高，為37.52 kg/kg，秸稈還田處理N180的氮素利用效率較非秸稈還田處理Ns180提高了2.6%，說明秸稈還田可以促進(jìn)冬小麥氮素的積累。‘濟(jì)麥22’與‘煙農(nóng)999’相比較，對秸稈還田條件下施用氮素的響應(yīng)與‘煙農(nóng)999’表現(xiàn)的規(guī)律性一致。‘濟(jì)麥22’的氮素利用效率略高于‘煙農(nóng)999’。

2.3 不同處理對氮肥偏生產(chǎn)力的影響

氮肥偏生產(chǎn)力反映施用肥料氮對經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量產(chǎn)生的效應(yīng)。秸稈還田條件下，‘煙農(nóng)999’隨著施氮量的增加，氮肥偏生產(chǎn)力逐漸降低。‘煙農(nóng)999’在秸稈還田條件下，低氮處理N120氮肥偏生產(chǎn)力達(dá)到最高值82.71 kg/kg，‘濟(jì)麥22’達(dá)到最高值78.93 kg/kg。‘煙農(nóng)999’秸稈還田處理N180的氮肥偏生產(chǎn)力較非秸稈還田處理Ns180提高了6.8%，說明秸稈還田條件下可以提高肥料氮對籽粒產(chǎn)量的效應(yīng)。2 個品種相比較，‘煙農(nóng)999’各個處理氮肥偏生產(chǎn)力均高于‘濟(jì)麥22’，平均較‘濟(jì)麥22’提高了4.18%。

2.4 不同處理對氮肥農(nóng)學(xué)利用率的影響

氮肥農(nóng)學(xué)利用率的大小可以評價施氮肥的增產(chǎn)效果。秸稈還田條件下，隨著施氮量的增加，‘煙農(nóng)999’的氮肥農(nóng)學(xué)利用率各處理大小順序N240＞N180＞N300＞N120，N240農(nóng)學(xué)利用率高達(dá)6.18kg/kg。‘煙農(nóng)999’秸稈還田處理N180較非秸稈還田處理Ns180農(nóng)學(xué)利用率提高了160.2%，說明秸稈還田可以顯著提高氮肥的增產(chǎn)效果。‘濟(jì)麥22’在秸稈還田條件下，氮肥農(nóng)學(xué)利用率呈先升高后降低的趨勢，施氮量為240 kg/hm2時達(dá)到最高值6.07 kg/kg，2個品種相比較，煙農(nóng)999的氮肥農(nóng)學(xué)利用率各施氮處理均高于‘濟(jì)麥22’，平均高出濟(jì)麥28.8%。說明‘煙農(nóng)999’的氮肥利用效果較好，有利于籽粒產(chǎn)量的提高。

2.5 不同處理對籽粒產(chǎn)量的影響

由表1可以看出，秸稈還田條件下，隨著施氮量的增加，‘煙農(nóng)999’和‘濟(jì)麥22’的籽粒產(chǎn)量提高。‘煙農(nóng)999’在秸稈還田條件下，N120、N180、N240、N300分別較不施氮肥處理Nck產(chǎn)量提高了4.6%、11.5%、15.6%、12.9%。說明秸稈還田條件下，適當(dāng)增加氮肥施用量可以顯著提高冬小麥籽粒產(chǎn)量。當(dāng)施氮量超過240 kg/hm2時，籽粒產(chǎn)量略有降低，說明‘煙農(nóng)999’的適宜施氮量范圍為180～240 kg/hm2。‘煙農(nóng)999’秸稈還田處理N180和非秸稈還田處理Ns180相比較，籽粒產(chǎn)量顯著提高6.8%，說明秸稈還田可以顯著提高籽粒產(chǎn)量。

‘濟(jì)麥22’在秸稈還田條件下，隨著施氮量的增加，籽粒產(chǎn)量呈先升高后降低的趨勢，至施氮量為240 kg/hm2時籽粒產(chǎn)量達(dá)到最高值，與‘煙農(nóng)999’表現(xiàn)的規(guī)律性基本一致。‘濟(jì)麥22’秸稈還田處理N180和非秸稈還田處理Ns180相比較，籽粒產(chǎn)量顯著提高5.8%，說明秸稈還田可以顯著提高籽粒產(chǎn)量。2個品種相比較，‘煙農(nóng)999’各個處理籽粒產(chǎn)量均高于‘濟(jì)麥22’，籽粒產(chǎn)量平均提高4.0%。

2.6 不同處理對生物產(chǎn)量的影響

由表1可以看出，秸稈還田條件下，隨著施氮量的增加，‘煙農(nóng)999’和‘濟(jì)麥22’的生物產(chǎn)量提高。‘煙農(nóng)999’在秸稈還田條件下，N120、N180、N240、N300分別較不施氮肥處理Nck產(chǎn)量提高了7.6%、11.4%、20.2%、12.9%。說明秸稈還田條件下，適當(dāng)增加氮肥施用量可以顯著提高冬小麥的生物產(chǎn)量。當(dāng)施氮量超過240 kg/hm2時，生物產(chǎn)量開始降低，說明‘煙農(nóng)999’的適宜施氮量范圍為180～240 kg/hm2。‘煙農(nóng)999’秸稈還田處理N180和非秸稈還田處理Ns180相比較，生物產(chǎn)量顯著提高4.3%，說明秸稈還田可以顯著提高生物產(chǎn)量。

‘濟(jì)麥22’在秸稈還田條件下，隨著施氮量的增加，生物產(chǎn)量呈先升高后降低的趨勢，至施氮量為240 kg/hm2時生物產(chǎn)量達(dá)到最高值，與‘煙農(nóng)999’表現(xiàn)的規(guī)律性基本一致。2個品種相比較，‘煙農(nóng)999’各個處理生物產(chǎn)量均高于‘濟(jì)麥22’，生物產(chǎn)量平均提高5.1%。

2.7 產(chǎn)量結(jié)構(gòu)

由表2可以看出，秸稈還田條件下，增施氮肥可以顯著提高冬小麥的單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，處理之間差異顯著。‘煙農(nóng)999’秸稈還田條件下，N120、N180、N240、N300與不施氮肥處理Nck相比較，單位面積穗數(shù)提高了2.9%、14.0%、13.0%、8.9%，穗粒數(shù)提高了4.6%、5.1%、10.0%、5.7%，千粒重提高了9.6%、12.8%、15.5%、10.1%。說明秸稈還田條件下，氮肥施用量在180～240 kg/hm2，產(chǎn)量三因素穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重可以達(dá)到較高的水平，且籽粒產(chǎn)量較高。‘煙農(nóng)999’秸稈還田處理N180和非秸稈還田處理Ns180相比較，單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重分別提高了4.9%、4.3%和3.9%，說明秸稈還田可以顯著提高產(chǎn)量三因素。

‘濟(jì)麥22’在秸稈還田條件下，隨著施氮量的增加，單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重呈先升高后降低的趨勢，至施氮量為240 kg/hm2時達(dá)最高值，分別為684×104/hm2、41.7粒、45.9 g。2個品種相比較，煙‘煙農(nóng)999’單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重各個處理均高于‘濟(jì)麥22’，分別提高了4.9%、2.5%、3.1%。

表1 不同處理對籽粒產(chǎn)量及生物產(chǎn)量的影響

表2 不同處理對產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

3 討論與結(jié)論

秸稈還田影響作物生長發(fā)育主要通過2 種方式，一是作物秸稈含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀和微量元素等養(yǎng)分[12-13]，秸稈釋放營養(yǎng)物質(zhì)供給作物生長發(fā)育需求。二是秸稈還田后，可以促進(jìn)微生物進(jìn)行大量繁殖，影響土壤微生物環(huán)境和理化特性[14]，間接影響作物的生長[15-16]。氮肥在作物產(chǎn)量品質(zhì)中影響顯著[17-18]。適當(dāng)?shù)牡视昧渴亲魑铽@得較高目標(biāo)產(chǎn)量的關(guān)鍵。施肥不當(dāng)將導(dǎo)致2 個結(jié)果[19]：一是施肥用量低作物達(dá)不到較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，且會出現(xiàn)土壤肥力迅速的降低的現(xiàn)象；二是氮肥施用過高，作物產(chǎn)量不再增加或者降低，氮素流失到土壤中和水源中污染環(huán)境。秸稈還田需要配施氮肥，作物秸稈中的碳氮比較高，微生物在分解秸稈時，一般需要吸收一定量的氮素營養(yǎng)，因而造成與作物爭氮，影響作物生長發(fā)育，所以在采用秸稈還田的同時，一般還需補(bǔ)充配施一定量的速效氮肥，以保證土壤全期的肥力。

秸稈還田條件下，施氮量為240 kg/hm2時，‘煙農(nóng)999’籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量最高，分別為10974、22961.4 kg/hm2，分別高出不施氮處理15.6%、20.2%。施氮量為180 kg/hm2時‘煙農(nóng)999’籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量略低于N240處理，分別為10578.4、21265.4 kg/hm2，分別高出不施氮處理11.4%，4.3%。說明‘煙農(nóng)999’對增施氮肥的增產(chǎn)效果顯著，這與‘煙農(nóng)999’氮肥農(nóng)學(xué)利用率對秸稈還田下不同施氮量的反應(yīng)表現(xiàn)的規(guī)律性相一致。秸稈還田條件下，施氮量240 kg/hm2和施氮量180 kg/hm2兩處理相比較，‘煙農(nóng)999’氮肥農(nóng)學(xué)利用率差別不大，分別為6.18、6.05 kg/kg，

綜合考慮產(chǎn)量和氮素利用率，‘煙農(nóng)999’適宜施氮量范圍為180～240 kg/hm2。陳金研究認(rèn)為，秸稈還田配施純氮225 kg/hm2處理增產(chǎn)幅度顯著高于其他處理，這與本研究結(jié)果適宜施氮量范圍為180～240 kg/hm2相一致。苗峰等[20]研究認(rèn)為，結(jié)果表明相同施肥條件下，秸稈還田有增加冬小麥籽粒產(chǎn)量的趨勢，但只有在施氮量為150～200 kg/hm2時，其差異達(dá)顯著水平，這與本研究結(jié)果基本一致，施氮量為180 kg/hm2時，‘煙農(nóng)999’秸稈還田處理N180和非秸稈還田處理Ns180相比較，籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量顯著提高，分別提高了6.8%、4.3%。說明秸稈還田有利于光合物質(zhì)的積累和籽粒產(chǎn)量的提高。‘煙農(nóng)999’N180和Ns180相比較，單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重分別提高了4.9%、4.3%和3.9%，說明秸稈還田可以顯著提高產(chǎn)量三因素。2個品種相比較，‘煙農(nóng)999’生物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量均高于‘濟(jì)麥22’，分別提高5.1%、4.0%。‘煙農(nóng)999’氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率均高于‘濟(jì)麥22’，分別提高4.18%、28.8%。