不同配方肥對冬小麥群體動態(tài)、抗逆性及產(chǎn)量的影響

李宏杰，武慶慧，趙亞南，葉優(yōu)良，黃玉芳*

（1.河南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院/河南省農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450000；2.中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京 100193）

小麥是我國重要的糧食作物，提高小麥產(chǎn)量對保障我國糧食安全意義重大。科學合理的施肥是實現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵，然而當前我國不合理施肥問題比較嚴重，肥料投入量過高，施肥配方不合理現(xiàn)象非常普遍，導致肥料利用率不高，對環(huán)境危害也逐漸加重［1］。通過土壤和肥料養(yǎng)分供應(yīng)與作物需求匹配，生產(chǎn)適合于小麥的配方肥，對于提高肥料利用率，促進農(nóng)戶節(jié)本增產(chǎn)增收具有重要意義。大量研究表明，通過優(yōu)化肥料配比、施用配方肥，可實現(xiàn)作物營養(yǎng)均衡，提高土壤肥力，還可以降低過量肥料使用造成的農(nóng)業(yè)面源污染［2-5］。調(diào)整肥料中各種養(yǎng)分的配比，使配方設(shè)計更加適合作物需求，對于肥料生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、作物提質(zhì)增效也非常關(guān)鍵。我國復合肥基本上以高濃度、等養(yǎng)分、通用型配方為主，脫離了作物需肥規(guī)律，導致用肥成本增加、養(yǎng)分供應(yīng)失衡、與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求脫節(jié)。吳良泉等［6］基于區(qū)域內(nèi)土壤養(yǎng)分供應(yīng)特征、作物養(yǎng)分需求和作物肥效反應(yīng)，建立了我國小麥不同生態(tài)區(qū)域的肥料配方；農(nóng)業(yè)農(nóng)村部也曾發(fā)布我國小麥、玉米、水稻三大糧食作物的14 個大配方［7］。但是，我國糧食生產(chǎn)存在小農(nóng)戶分散經(jīng)營的特點，導致了地塊面積狹小、土壤養(yǎng)分變異大，區(qū)域施肥大配方需要根據(jù)具體情況進行調(diào)整，通過“大配方、小調(diào)整”的策略實現(xiàn)合理施肥［8-10］。近年來，智能配肥機的推廣應(yīng)用為配方肥的普及提供了載體，配方設(shè)計是影響配方肥推廣的關(guān)鍵。針對區(qū)域特點對大配方進行調(diào)整并驗證效果，是實現(xiàn)作物高產(chǎn)、養(yǎng)分高效利用、推廣配方肥的關(guān)鍵，但目前關(guān)于這方面的報道很少。本研究以河南省臨潁縣為研究區(qū)域，通過田間小區(qū)試驗，對比農(nóng)戶習慣配方、華北區(qū)大配方、調(diào)整小配方的應(yīng)用效果，驗證“大配方、小調(diào)整”區(qū)域配肥技術(shù)的可行性，為配方肥的應(yīng)用推廣提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本研究田間試驗于2017～2018 年在臨潁縣杜曲鎮(zhèn)（33°47′ N，113°50′ E）開展，土壤類型為潮土，質(zhì)地為輕黏壤，前茬作物為玉米。試驗前取0～20 cm 耕層土壤，測試基礎(chǔ)理化性質(zhì)，其pH 為7.3，有機質(zhì)含量為23.5 g·kg-1，全氮為1.68 g·kg-1，有效磷為10.0 mg·kg-1，速效鉀為80.0 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)6 個處理（表1），分別是農(nóng)戶習慣施肥配方、華北區(qū)小麥推薦大配方、調(diào)整小配方。處理1 和2：通過臨潁縣4 個代表性鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)戶調(diào)研，選用農(nóng)戶冬小麥施肥采用較多的2 個配方，其中15-15-15 為分次施肥低氮配方，25-12-8 為一次性施肥高氮配方。處理3 和4：18-15-12 和15-20-10，前者為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部推薦的華北區(qū)冬小麥配方，后者為河南省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳推薦配方。處理5 和6：依據(jù)臨潁縣冬小麥需肥狀況和土壤測定結(jié)果設(shè)計的配方，分別為20-15-10 和22-16-7。其中，高氮型配方25-12-8 為一次性基施，不追肥；其他配方均為基施＋追施尿素。所有配方總養(yǎng)分為45%，根據(jù)施肥建議確定施肥量，見表1。所有配方肥以尿素、磷酸二銨、氯化鉀為原料，通過智能配肥機配置。

表1 試驗處理及施肥量

本試驗供試品種為“新麥26”，播量225 kg·hm-2，于2017 年10 月30 日播種，11 月7 日出苗，2018 年6 月1 日收獲。試驗每個處理設(shè)3 次重復，隨機區(qū)組排列，共18 個小區(qū)，小區(qū)面積為112 m2。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 群體動態(tài)監(jiān)測

小麥出苗2～3 周后在小區(qū)內(nèi)選擇具有代表性的1 m，雙行定點，分別在小麥播種后苗期、越冬期、返青期、拔節(jié)期、揚花期和收獲期進行群體數(shù)量調(diào)查。

1.3.2 植株樣品采集與測定

在小麥越冬期、返青期、拔節(jié)期、揚花期和成熟期，在取樣區(qū)域隨機選取15 株樣品，其中10 株分成莖鞘、葉、穎殼和籽粒，剩下5 株保留整株，105℃殺青30 min，80℃烘干，稱重，粉碎，用于全氮、磷、鉀含量的測定。稱取植株樣品0.200 g，用H2SO4-H2O2消煮，獲得待測液后，采用流動注射分析儀（AA3，Seal，德國）測定消化液全氮含量，用釩鉬黃比色法測定磷含量，火焰光度計測定鉀含量。

1.3.3 SPAD 值測定

在小麥返青期、拔節(jié)期、揚花期和灌漿期每個小區(qū)隨機選取30 片葉片用葉綠素儀SPAD502 測定后取平均值，即為該處理的SPAD 值。

1.3.4 收獲與考種

收獲期各小區(qū)收割5 m2，脫粒，稱量籽粒鮮重，用谷物水分測定儀測定水分，并統(tǒng)一按含水量13%進行換算小麥最終產(chǎn)量。同時選取1 m 雙行內(nèi)具有代表性的20 個麥穗進行考種。

1.3.5 凍害和赤霉病調(diào)查方法

在小麥凍害和赤霉病發(fā)病后期（蠟熟期）調(diào)查小麥的病穗率，計算病情指數(shù)。每個小區(qū)隨機選取3 個區(qū)域，每區(qū)域點選取100 個小麥單莖進行統(tǒng)計調(diào)查計算發(fā)病率［發(fā)病率（%）=發(fā)病穗數(shù)/總穗數(shù)×100］和發(fā)病指數(shù)［發(fā)病指數(shù)（DI）=100×∑（各級病穗數(shù)×各級代表值）/（調(diào)查總穗數(shù)×最高級代表值）］。根據(jù)穗部凍害、赤霉病發(fā)病情況對小麥穗分為5 個等級，0 級為不發(fā)病，1 級為全穗0～1/4 發(fā)病，2 級為全穗1/4～1/2 發(fā)病，3 級為全穗1/2～3/4 發(fā)病，4 級為全穗3/4 以上發(fā)病。

1.4 數(shù)據(jù)處理

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量（kg·hm-2）=開花期干重-成熟期干重（非籽粒部分）

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率（%）=（花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/開花期干重）×100

花前轉(zhuǎn)移干物質(zhì)對籽粒的貢獻率（%）=（花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/籽粒重）×100

花后干物質(zhì)累積量（kg·hm-2）=成熟期干物質(zhì)累積量-開花期干物質(zhì)累積量

花后干物質(zhì)貢獻率（%）=（花后干物質(zhì)累積量/籽粒產(chǎn)量）×100

吸氮（磷、鉀）量（kg·hm-2）=（籽粒產(chǎn)量×籽粒養(yǎng)分含量+莖葉生物量×莖葉養(yǎng)分含量+穎殼生物量×穎殼養(yǎng)分含量）/1000

氮（磷、鉀）肥偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=施肥處理產(chǎn)量/氮（磷、鉀）肥用量

凈收益（元·hm-2）=經(jīng)濟產(chǎn)量×糧食價格-肥料用量×肥料價格

數(shù)據(jù)采用Excel 2016 進行整理，用SPSS 20.0進行統(tǒng)計分析，采用OriginPro 2016 繪圖，處理間差異采用單因素方差分析，用Duncan 法進行多重比較，采用5%顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配方肥對小麥群體的影響

由圖1 可見，小麥播種后24 d（苗期），不同小麥配方肥處理間基本苗數(shù)量差異不顯著。隨著生育時期的變化，在播種后75 d（越冬期）一次性施肥配方25-12-8 群體數(shù)量較其他處理高，越冬期－返青期各處理小麥群體數(shù)量迅速升至最高，不同處理間差異顯著，群體數(shù)量最多的為25-12-8，最小的為15-15-15，返青期以后群體數(shù)量逐漸減小，下降最快的為一次性施肥配方25-12-8，其他配方在拔節(jié)期進行追肥，群體數(shù)量下降較為緩慢。在成熟期，各處理間群體數(shù)量大小為：18-15-12＞25-12-8＞20-15-10＞22-16-7＞15-20-10＞15-15-15。

2.2 不同配方肥對SPAD 值的影響

由圖2 可見，不同小麥配方處理SPAD 值在整個生育時期呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，從高到低順序為拔節(jié)期＞揚花期＞灌漿期＞返青期。在返青期高氮處理25-12-8 SPAD 值顯著高于低氮處理15-15-15 和15-20-10，其他處理差異不顯著；拔節(jié)期SPAD 值上升到最大，最高的為25-12-8，最低的為15-15-15。在揚花期，SPAD 值最高的處理為15-15-15，最低的為25-12-8，到達灌漿期后，各處理之間差異不顯著，SPAD 值最高的為15-20-10，SPAD 值最低的為25-12-8。可以看出，高氮配方在前期SPAD 值較高，然后逐漸降低，低氮配方SPAD 值在各處理中先降低后升高。

2.3 不同配方肥對小麥干物質(zhì)累積及轉(zhuǎn)運的影響

小麥干物質(zhì)累積量隨生育期的進行而逐漸增加，且在拔節(jié)期后干物質(zhì)累積量增加速率較快（圖3）。拔節(jié)期前，干物質(zhì)累積較慢，一次性施肥高氮配方25-12-8的干物質(zhì)累積量要顯著高于低氮處理15-15-15 和15-20-10，干物質(zhì)累積量在拔節(jié)期－揚花期占比最大，其次為揚花期－成熟期。在揚花期干物質(zhì)累積量最大的配方為18-15-12 和15-20-10，最小為配方25-12-8。在成熟期干物質(zhì)累積量最高的為配方20-15-10，干物質(zhì)累積量為19175 kg·hm-2，最小的處理為配方25-12-8和15-15-15，干物質(zhì)累積量為17336 和17410.9 kg·hm-2。

從小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)運及對籽粒的貢獻率來看（表2），配方15-20-10 在花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量及花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率上顯著高于處理25-12-8 和20-15-10。配方20-15-10 處理下，小麥花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率都最低。由花前貯藏干物質(zhì)對籽粒貢獻率來看，最高的為15-15-15 處理，達到70.8%，最低的為20-15-10 處理，為54.2%。不同處理下花后干物質(zhì)同化量最大的為20-15-10 處理，最小的為15-15-15 處理。在花后同化物對籽粒貢獻率中，最高的為20-15-10 處理，為45.8%，顯著高于其他處理。

表2 不同配方肥對小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)運及對籽粒貢獻率的影響

2.4 不同配方肥對小麥養(yǎng)分累積的影響

氮素累積量動態(tài)趨勢圖與干物質(zhì)累積量變化趨勢極其相似，隨著生育時期的進行而呈增加趨勢（圖4）。氮素累積量各處理在拔節(jié)期之前增幅平穩(wěn)，在拔節(jié)期－揚花期氮素累積量增幅最大，各處理之間的差異性也顯現(xiàn)出來。其中一次性施肥配方25-12-8 氮素累積量最小，最大的是18-15-12 處理，配方15-15-15 在揚花期-成熟期氮素累積量增幅最小。

由磷素累積量可以看出（圖4），各處理在返青期后磷素累積量迅速增加，這也與干物質(zhì)累積量的變化密切相關(guān)。磷素累積量最大的處理為18-15-12，其次為20-15-10，最少的為15-15-15。揚花期-成熟期各處理增幅變化較大，增幅最大的處理為18-15-12，最小的為22-16-7。

鉀素累積動態(tài)變化趨勢同氮、磷不同，隨著生育時期的進行先增加后減少（圖4），小麥揚花期各處理鉀素累積量達到最大值。揚花期鉀素累積量最小的處理為25-12-8，最大的為18-15-12，揚花期－成熟期各處理下降趨勢一致，鉀素累積量最多的為18-15-12，最少的為25-12-8。

2.5 不同配方肥對小麥抗逆性的影響

不同配方肥對小麥赤霉病和凍害的影響不同（圖5）。赤霉病發(fā)病率和發(fā)病指數(shù)變化趨勢大致相同，最高的處理為15-15-15，發(fā)病率和發(fā)病指數(shù)分別為14%和8.37%，最低的為20-15-10，發(fā)病率和發(fā)病指數(shù)分別為9.3%和6.42%，處理25-12-8與15-15-15 相比差異不顯著，可以看出前期氮肥用量大或是追氮量過多會導致小麥赤霉病發(fā)病率高。小麥凍害是指麥田持續(xù)低溫天氣造成的穗部生長停滯，灌漿期只有部分小穗發(fā)育結(jié)實，其余的小穗不完全或只有軸，沒有膨脹的穎片。由各處理調(diào)查數(shù)據(jù)可以看出，低氮處理15-15-15 和15-20-10以及一次性施肥高氮處理25-12-8的凍害指數(shù)顯著高于處理20-15-10，最高的處理為15-15-15，達到3.08%，最小的為20-15-10，達2.00%；對于凍害發(fā)病率，處理20-15-10 最低，值為4.33%，最高處理為25-12-8 和15-15-15，值為5.67%，差值為1.34%，變化幅度為30.9%，其他處理之間差異不顯著。

2.6 不同配方肥對小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

從產(chǎn)量來看，產(chǎn)量最高的配方為20-15-10，達到7.63 t·hm-2，最小的配方為15-15-15，為6.44 t·hm-2，兩處理差值為1.19 t·hm-2，增幅為18.4%，其余各處理產(chǎn)量大小為18-15-12＞22-16-7＞15-20-10＞25-12-8，各處理間產(chǎn)量差異不顯著（表3）。從穗數(shù)來看，最大的為18-15-12，達520.6×104hm-2，最低為15-15-15，僅477.6×104hm-2，變化幅度為9%，配方15-20-10、22-16-7、20-15-10 和25-12-8 穗數(shù)差異不顯著。從千粒重來看，最大的處理為20-15-10，達到了44.4 g，最小的為15-15-15 配方，值為41.6 g，增幅為6.8%，其中配方18-15-12、15-20-10、22-16-7 和25-12-8 之間差異不顯著。不同配方之間穗粒數(shù)差異不顯著，最大為20-15-10配方，值為44.5，最小為25-12-8，值為43.0，變化幅度為3.5%。

表3 不同配方肥對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.7 不同配方肥對肥料偏生產(chǎn)力的影響

不同施肥處理下，氮肥偏生產(chǎn)力變化范圍為34.4～40.7 kg·kg-1，最大的處理為20-15-10，最小的為15-15-15，且兩處理之間差異顯著（表4）。磷肥偏生產(chǎn)力中，最大的處理為20-15-10，最小的為15-20-10，變化范圍為56.3～84.8 kg·kg-1，鉀肥偏生產(chǎn)力各處理之間差異顯著，變化范圍為71.6～167.9 kg·kg-1，最大值處理為22-16-7，最小值處理為15-15-15。

表4 不同配方肥對小麥肥料偏生產(chǎn)力的影響 （kg·kg-1）

2.8 不同配方肥對經(jīng)濟效益的影響

以各種肥料投入成本和產(chǎn)量帶來的產(chǎn)值作為基礎(chǔ)，不考慮各處理共同投入的種子、灌水、農(nóng)藥噴施、機械耕作以及人工等成本，計算各配方下冬小麥的經(jīng)濟效益（表5），結(jié)果顯示，肥料總成本最高的處理為15-15-15，成本為1779.8 元·hm-2，最低的處理為22-16-7，值為1539.8 元·hm-2，差值為240 元·hm-2，變化幅度為15.6%，總收益的最高處理與最低處理分別為20-15-10 與15-15-15，變化范圍為15466.1～18319.3 元·hm-2，凈效益變化范圍為13686.4～16707.5 元·hm-2，差值為3021.1 元·hm-2，變化幅度為22.1%，各處理之間凈收益大小關(guān)系為：20-15-10＞18-15-12＞22-16-7＞25-12-8＞15-20-10＞15-15-15，處理25-15-10的凈效益顯著高于其他處理。

表5 不同配方肥對小麥經(jīng)濟效益的影響 （元·hm-2）

3 討論

肥料是作物正常生長發(fā)育必不可少的，但是合理的施用肥料至關(guān)重要，合理施肥在一定程度上能夠減輕環(huán)境污染，同時還可以增產(chǎn)增效，提高經(jīng)濟效益［11］。我國目前存在很多不合理施肥的現(xiàn)象，對環(huán)境造成嚴重的破壞，而推廣配方施肥是緩解不合理施肥現(xiàn)狀的重要措施［12-13］。小麥是生育期較長的作物，根據(jù)其需肥規(guī)律，保證氮磷鉀比例平衡和前后期的養(yǎng)分供應(yīng)平衡［14］，配方肥基施結(jié)合追肥可與小麥養(yǎng)分需求的規(guī)律更匹配，且能夠保證氮磷鉀的平衡供應(yīng)，同時也避免前期養(yǎng)分投入過量而后期出現(xiàn)脫肥。

合理的群體和SPAD 值能夠保證小麥充足的穗數(shù)和光合作用，并進而決定小麥的干物質(zhì)累積和產(chǎn)量形成［15］。本研究中，農(nóng)戶習慣配方25-12-8 屬于高氮配方，一次性施用導致前期SPAD 值較大，但在后期偏小；從群體數(shù)來看，與其他處理對比高氮配方的群體數(shù)從越冬期至返青期群體數(shù)增長最快，且群體數(shù)也最大，但是在返青期之后群體數(shù)下降速度也最快。低氮配方15-15-15 在整個生育期內(nèi)群體數(shù)量和SPAD 一直處于較低水平。因此，處理25-12-8 和15-15-15 在收獲期的干物質(zhì)累積量相對于其他處理較低。調(diào)整小配方20-15-10的干物質(zhì)累積量高于其他處理，這為配方肥提高小麥產(chǎn)量奠定基礎(chǔ)。有研究表明，前期適量減少氮肥施用量有利于增加作物有效穗數(shù)和千粒重從而提高結(jié)實率［16］。本研究中，農(nóng)戶習慣一次性施肥或前期氮含量高的配方表現(xiàn)為千粒重和穗粒數(shù)較小；而配方肥20-15-10 在小麥整個生育期的養(yǎng)分供應(yīng)更加均衡，符合小麥生育時期的需肥，增加小麥的千粒重和穗粒數(shù)，使小麥產(chǎn)量增加18.4%，而相應(yīng)的經(jīng)濟效益及肥料利用率也高于其他配方。

有研究表明，不合理施氮以及過量施氮條件下，小麥赤霉病發(fā)病率會有所增加［17-18］。本研究發(fā)現(xiàn)，前期氮肥用量大或是追氮量過多會導致小麥赤霉病發(fā)病率高，其中赤霉病發(fā)病率和發(fā)病指數(shù)變化趨勢大致相同，最高的處理為15-15-15，其次為處理25-12-8，最低的為20-15-10。本試驗中農(nóng)民習慣配方15-15-15，氮磷鉀養(yǎng)分搭配不能匹配小麥生長發(fā)育對養(yǎng)分的需求，在拔節(jié)期至揚花期氮素濃度最高，可能是其赤霉病和凍害發(fā)病率高的原因。另外，磷鉀對于提高作物抗寒、抗病等有重要作用［19］。盡管農(nóng)民習慣配方施用中投入的鉀相對比較高，但其抗逆性卻很差。這可能是因為其氮磷鉀養(yǎng)分供應(yīng)不均衡，植株磷鉀累積量反而低于配方處理，因此抗逆性較差。而配方施肥處理較好的抗逆性不僅可以提高小麥產(chǎn)量，還能改善籽粒品質(zhì)，有助于實現(xiàn)農(nóng)民增產(chǎn)增收。

4 結(jié)論

與其他配方相比，根據(jù)作物養(yǎng)分需求和土壤狀況調(diào)整的小配方（20-15-10），可促進冬小麥的干物質(zhì)量，提高花后同化物轉(zhuǎn)運對籽粒的貢獻率，提高氮磷鉀養(yǎng)分的累積，降低赤霉病和凍害的發(fā)生，提高小麥抗逆性，提高產(chǎn)量、肥料利用率和經(jīng)濟效應(yīng)，“大配方、小調(diào)整”可以實現(xiàn)增產(chǎn)增收增效。