湖北省小麥?zhǔn)┑脑霎a(chǎn)和養(yǎng)分吸收效應(yīng)及氮肥利用率研究

鄒 娟，李想成，張子豪，湯顥軍，王 鵬，嚴(yán)雙義，張宇慶，高春保

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，武漢 430064；2.湖北省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，武漢 430070；3.棗陽市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，湖北 棗陽 441200；4.隨州市曾都區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，湖北 隨州 441300）

小麥（Triticum aestivumL.）是湖北省僅次于水稻的第二大作物，在全省糧食生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位。近年來，湖北省小麥生產(chǎn)穩(wěn)步發(fā)展，播種面積和總產(chǎn)均上升至全國第8 位，是全省糧食連續(xù)增產(chǎn)的主要增長點(diǎn)，對全省糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率超過60%，但湖北省小麥單產(chǎn)與同生態(tài)區(qū)的江蘇、安徽等地有較大差距［1］。單產(chǎn)水平的提高離不開小麥品種的改良及配套栽培技術(shù)的應(yīng)用，其中氮肥的管理是栽培技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一［2，3］。小麥對氮肥的響應(yīng)和氮肥利用率是評價氮肥施用是否合理的重要參數(shù)［4，5］。余宗波等［6］在湖北省進(jìn)行的小麥肥效試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)?shù)视昧繛?80～240 kg∕hm2時，平均增產(chǎn)3 159 kg∕hm2，氮素偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率分別為31.3、14.4 kg∕kg；黨建友等［7］報(bào)道了秸稈還田下施氮模式對冬小麥產(chǎn)量和肥料利用率的影響，結(jié)果顯示增加基施氮肥比例可促進(jìn)冬小麥對養(yǎng)分的吸收及向子粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，提高肥料當(dāng)季利用率；王偉妮等［8］研究表明當(dāng)前生產(chǎn)條件下，肥料對小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為48.6%；張福鎖等［9，10］分別于2008年和2013年總結(jié)在全國小麥主產(chǎn)區(qū)大量田間試驗(yàn)指出，2008年和2013年中國小麥氮肥當(dāng)季利用率分別為28.2% 和32.0%。鄂中丘陵和鄂北崗地麥區(qū)及江漢平原麥區(qū)作為湖北省小麥主產(chǎn)區(qū)，播種面積和總產(chǎn)均占全省70% 以上，兩區(qū)域在種植方式、生態(tài)環(huán)境等方面存在較大差異。有關(guān)區(qū)域水平上湖北省小麥養(yǎng)分吸收特點(diǎn)及氮肥利用率現(xiàn)狀的報(bào)道較為鮮見。本研究在湖北省小麥主產(chǎn)區(qū)布置多年多點(diǎn)氮肥田間試驗(yàn)，探討不同麥區(qū)養(yǎng)分吸收特點(diǎn)和氮肥利用率，并從養(yǎng)分吸收利用等方面分析小麥?zhǔn)┑霎a(chǎn)的原因，以期實(shí)現(xiàn)區(qū)域精準(zhǔn)氮肥調(diào)控，提高湖北省小麥產(chǎn)量和氮肥利用率。

1 材料與方法

1.1 材料

2015—2016年、2016—2017年、2017—2018年連續(xù)3 個年度在湖北省小麥主產(chǎn)區(qū)的鄂中丘陵和鄂北崗地麥區(qū)（簡稱鄂中北麥區(qū)）及江漢平原麥區(qū)進(jìn)行32 個氮肥田間試驗(yàn)，其中位于鄂中北麥區(qū)的襄陽市、隨州市和荊門市共21 個試驗(yàn)點(diǎn)，位于江漢平原麥區(qū)的孝感市、黃岡市和荊州市共11 個試驗(yàn)點(diǎn)。

供試田塊基礎(chǔ)土壤理化性狀見表1，供試小麥品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N，包括襄麥25、襄麥55、鄂麥23、鄂麥596 和鄭麥9023 等。試驗(yàn)前茬作物為水稻、玉米或棉花。

表1 湖北省不同小麥種植區(qū)域基礎(chǔ)土壤養(yǎng)分狀況

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置3 個處理，①CK（不施肥）；②N0PK（不施氮）；③NPK（氮磷鉀配合施用），3 次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2。根據(jù)各地土壤養(yǎng)分差異、試驗(yàn)田可能獲得的目標(biāo)產(chǎn)量及農(nóng)技人員的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，NPK 處理整個生育期養(yǎng)分施用量分別為N 128～210 kg∕hm2、P2O536～75 kg∕hm2、K2O 30～90 kg∕hm2。

肥料施用量和施用比例為磷肥和鉀肥全部作基肥在播種前施用，氮肥分2 次施用，基肥占70%，拔節(jié)肥占30%。供試肥料品種分別為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 60%）。其他生產(chǎn)管理措施均采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理方法。

1.3 分析方法

小麥成熟后，各小區(qū)隨機(jī)取2 個1 m 長的樣段混合后，沿根莖結(jié)合處剪掉根系，將地上部作為1 個分析樣品，待風(fēng)干后分成子粒和莖葉（含穎殼及穗軸），分別稱重后，各取部分樣，105 ℃殺青，65 ℃烘干至恒重，磨細(xì)過0.5 mm 篩，供分析測定用。子粒產(chǎn)量以各小區(qū)實(shí)收計(jì)量，莖葉產(chǎn)量由取樣植株莖葉和子粒的比例計(jì)算得出。小麥地上部各部分用濃H2SO4-H2O2消化后，利用SEAL AA3 流動注射分析儀測定全氮、全磷含量，利用火焰光度計(jì)測定全鉀含量。

基礎(chǔ)土樣用常規(guī)法測定，采用電位法（水土比2.5∶1）測定pH，重鉻酸鉀容量法測定有機(jī)質(zhì)，濃硫酸消煮-半微量開氏法測定全氮，堿解擴(kuò)散法測定堿解氮，0.5 mol∕L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定有效磷，1 mol∕L NH4Ac 浸提-火焰光度法測定速效鉀［11］。

1.4 計(jì)算參數(shù)及方法

氮素利用率及相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法如下［12-14］：

氮肥貢獻(xiàn)率=（施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量）∕施氮區(qū)產(chǎn)量×100%；

百千克子粒吸氮量（kg）=地上部總吸氮量∕子粒產(chǎn)量×100；

氮素內(nèi)部利用效率（kg∕kg）=子粒產(chǎn)量∕地上部總吸氮量；

氮肥吸收利用率=（施氮區(qū)地上部總吸氮量-不施氮區(qū)地上部總吸氮量）∕施氮量×100%；

氮肥農(nóng)學(xué)效率（kg∕kg）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量）∕施氮量；

氮肥偏生產(chǎn)力（kg∕kg）=施氮區(qū)產(chǎn)量∕施氮量；

氮肥生理利用率（kg∕kg）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量）∕（施氮區(qū)地上部總吸氮量-不施氮區(qū)地上部總吸氮量）；

同理計(jì)算磷、鉀利用率。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010 軟件作圖，采用DPS 數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果均用LSD法檢驗(yàn)P<0.05 水平上的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 對小麥產(chǎn)量的影響

由表2 可知，施肥增加了小麥子粒及莖葉產(chǎn)量。與不施肥處理（CK）相比，NPK 處理鄂中北麥區(qū)和江漢平原麥區(qū)子粒增產(chǎn)量分別達(dá)2 537 kg∕hm2和2 227 kg∕hm2，全省平均增產(chǎn)2 430 kg∕hm2，平均增產(chǎn)率94.7%；與N0PK 處理相比，NPK 處理鄂中北麥區(qū)和江漢平原麥區(qū)子粒增產(chǎn)量分別為2 018 kg∕hm2和1 494 kg∕hm2，全省平均增產(chǎn)1 838 kg∕hm2，平均增產(chǎn)率為58.2%，鄂中北麥區(qū)增施氮肥小麥子粒增產(chǎn)效果較江漢平原麥區(qū)更明顯。根據(jù)子粒產(chǎn)量結(jié)果進(jìn)一步計(jì)算肥料貢獻(xiàn)率，表明鄂中北及江漢平原麥區(qū)氮肥對子粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為38.8% 和32.5%，全省氮肥平均貢獻(xiàn)率為36.8%；兩麥區(qū)化肥對小麥子粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率相近，全省平均貢獻(xiàn)率為48.6%。除子粒產(chǎn)量外，NPK 處理莖葉生物量亦顯著高于CK 和N0PK 處理。而各處理小麥?zhǔn)斋@指數(shù)之間的差異不明顯，說明氮素對小麥子粒的增產(chǎn)作用主要表現(xiàn)為地上部生物產(chǎn)量的提高。

2.2 對小麥氮、磷、鉀吸收的影響

由表3 可知，氮、磷、鉀配合施用，小麥子粒和莖葉氮、鉀含量呈上升趨勢。從平均含量來看，NPK處理子粒氮、鉀含量分別為2.10% 和0.46%，均顯著高于CK 及N0PK 處理；莖葉氮、鉀含量分別為0.61% 和1.31%，較CK 及N0PK 處理高，但與N0PK處理差異未達(dá)顯著水平。NPK 處理子粒和莖葉磷含量分別為0.35% 和0.07%，各處理磷含量差異不明顯。

表2 施肥對不同麥區(qū)小麥子粒和莖葉產(chǎn)量及收獲指數(shù)的影響

表3 施氮對不同麥區(qū)小麥子粒和莖葉氮、磷、鉀養(yǎng)分含量的影響

由表4 可知，磷、鉀基礎(chǔ)上增施氮肥顯著提高各區(qū)域小麥地上部氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）吸收量，全省NPK 處理地上部N、P2O5、K2O 吸收量平均分別為144.43、51.06、126.18 kg∕hm2，較CK 和N0PK 處理分別增加120.54%、94.14%、123.72% 和72.97%、56.19%、83.13%。從不同區(qū)域來看，盡管江漢平原各處理子粒養(yǎng)分含量高于鄂中北區(qū)相應(yīng)處理，但由于與鄂中北區(qū)小麥生物量上的差距，江漢平原區(qū)NPK 處理小麥氮、磷、鉀吸收量仍低于鄂中北區(qū)。

單位子粒產(chǎn)量養(yǎng)分的需求量是施肥推薦時的重要參數(shù)［15］。本研究中，全省NPK 處理小麥百千克子粒平均N、P2O5和K2O 需求量分別為2.87、1.02 和2.51 kg，N 和K2O 需求量顯著高于CK 及N0PK 處理。無論施肥與否，江漢平原麥區(qū)百千克子粒需氮、磷量均高于鄂中北區(qū)，說明江漢平原區(qū)生產(chǎn)等量的小麥需氮、磷量更高。從N、P2O5和K2O 需求比例來看，鄂中北麥區(qū)NPK 處理為1.00︰0.35︰0.91，江漢平原麥區(qū)為1.00︰0.35︰0.81，鄂中北麥區(qū)小麥需鉀量相對較高，說明推薦施肥時需考慮不同區(qū)域間小麥養(yǎng)分需求的差異，因地制宜地指導(dǎo)小麥科學(xué)施肥。

2.3 養(yǎng)分吸收量與小麥產(chǎn)量的關(guān)系

用一元二次方程擬合地上部養(yǎng)分吸收量與產(chǎn)量的關(guān)系，結(jié)果（圖1）表明，氮、磷、鉀同時施用提高小麥養(yǎng)分吸收量和子粒產(chǎn)量，分別根據(jù)氮、磷和鉀吸收量與產(chǎn)量的擬合方程計(jì)算，當(dāng)N、P2O5和K2O 吸收量分別達(dá)261.3、99.5、229.6 kg∕hm2時，小麥最高產(chǎn)量分別為6 322、6 149、5 977 kg∕hm2。此后養(yǎng)分吸收量進(jìn)一步增加，小麥產(chǎn)量則呈現(xiàn)平產(chǎn)甚至減產(chǎn)趨勢，其中，鉀吸收量增加，小麥減產(chǎn)趨勢更明顯，其原因可能是小麥對鉀吸收的調(diào)節(jié)能力弱，鉀吸收過量時，與Ca、Mg 等元素存在拮抗作用，造成Ca、Mg 元素缺乏，進(jìn)而減產(chǎn)［16］。

分別計(jì)算不同處理養(yǎng)分內(nèi)部利用效率（IE，In?ternal nutrient use efficiency），表明NPK 處理平均N、P2O5和K2O 養(yǎng)分內(nèi)部利用效率分別是35.86、101.57、43.34 kg∕kg，較CK 及N0PK 處理，IE均有所降低，這可能與養(yǎng)分的稀釋作用有關(guān)［3］。

2.4 施氮對小麥氮肥利用效率的影響

由表5 可知，湖北省小麥氮吸收利用率平均為34.0%，農(nóng)學(xué)效率、生理利用率和偏生產(chǎn)力平均分別為10.2、33.0、27.8 kg∕kg。同時，計(jì)算不同處理磷、鉀偏生產(chǎn)力，表明N0PK 處理平均磷、鉀偏生產(chǎn)力分別為59.8、53.3 kg∕kg，NPK 處理平均磷、鉀偏生產(chǎn)力分別為93.7、85.5 kg∕kg，增施氮肥顯著提高了磷、鉀肥偏生產(chǎn)力。比較不同區(qū)域肥料利用率發(fā)現(xiàn)，除N0PK處理鉀肥偏生產(chǎn)力外，其他指標(biāo)均表現(xiàn)為鄂中北麥區(qū)>江漢平原麥區(qū)。

表4 施氮對不同麥區(qū)小麥子粒和莖葉氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量的影響

圖1 小麥地上部養(yǎng)分吸收量與產(chǎn)量的關(guān)系

表5 不同區(qū)域小麥氮肥利用率

3 討論

相同小麥品種的產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用因栽培環(huán)境的改變而表現(xiàn)不同［17］。在兩麥區(qū)供試品種基本相同的條件下，鄂中北麥區(qū)施氮處理平均產(chǎn)量較江漢平原麥區(qū)高600 kg∕hm2以上，氮肥吸收利用率高3.4 個百分點(diǎn)，氣候因子的影響是產(chǎn)生此差異的主要原因之一。2015—2018年，鄂中北麥區(qū)4—5月小麥灌漿期日照時數(shù)為320～350 h，氣溫日差9～10 ℃，比江漢平原麥區(qū)高1～2 ℃，有利于小麥的光合和干物質(zhì)積累，且小麥全生育期降雨量平均在500 mm左右，總量基本滿足小麥生長要求，而江漢平原麥區(qū)全生育期降雨偏多，僅3—5月平均達(dá)350～450 mm，日照時數(shù)又相對不足，漬害及赤霉病的潛伏影響該區(qū)小麥產(chǎn)量潛力的發(fā)揮，進(jìn)而影響肥料利用效率［18］。

本試驗(yàn)中，湖北省小麥氮吸收利用率（REN）平均為34%，這與2013年農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《中國三大糧食作物肥料利用率研究報(bào)告》中指出中國小麥?zhǔn)┯玫十?dāng)季平均利用率32%接近［10］，但與柴彥君等［19］在鄂北崗地5 個小麥品種的平均氮吸收利用率63.8% 差距明顯，一方面說明受土壤、水分、氣候等多種條件的影響，肥料利用率大田試驗(yàn)結(jié)果相差較大（本研究中32 個田間試驗(yàn)氮吸收利用率在6.9%～56.4%），因此區(qū)域范圍的肥料利用率需要匯總大量試驗(yàn)結(jié)果［9］；另一方面也說明湖北省小麥氮肥利用率仍有很大的提升潛力。

近年來，湖北省小麥單產(chǎn)在3 750 kg∕hm2左右，而在供試品種為當(dāng)?shù)刂髟孕←溒贩N的條件下，氮、磷、鉀配施處理平均產(chǎn)量達(dá)4 997 kg∕hm2，顯著高于當(dāng)前湖北省小麥單產(chǎn)水平，說明從栽培管理的角度來講，湖北省小麥單產(chǎn)有較大的增產(chǎn)潛力。在一控二減三基本的前提下，為實(shí)現(xiàn)湖北省小麥綠色豐產(chǎn)高效，可選用養(yǎng)分高效小麥品種［20，21］；根據(jù)小麥需肥規(guī)律，在充分利用土壤和環(huán)境養(yǎng)分基礎(chǔ)上，合理施用氮、磷、鉀及中微量元素肥料，肥料深施，氮肥后移，施用緩∕控釋肥，水肥綜合管理等［5，9］，在不同麥區(qū)實(shí)際生產(chǎn)中篩選能兼顧經(jīng)濟(jì)效益、小麥豐產(chǎn)和資源高效的措施，同時需進(jìn)一步的田間試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

4 小結(jié)

本研究結(jié)果表明，在磷、鉀基礎(chǔ)上增施氮肥湖北省不同區(qū)域小麥產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收量均顯著增加，氮吸收利用率平均為34.0%，農(nóng)學(xué)效率和生理利用率平均分別為10.2、33.0 kg∕kg，鄂中北麥區(qū)高于江漢平原麥區(qū)。施氮后，湖北省小麥百千克子粒平均N、P2O5和K2O 需求量分別為2.87、1.02、2.51 kg，生產(chǎn)等量小麥子粒，江漢平原區(qū)氮、磷需求量高，而鄂中北麥區(qū)鉀需求量高。