減施基肥和除草劑對(duì)四川冬小麥產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響

任夢(mèng)星，王福楷，張 洪，KALHORO Muhammad Talib，KALHORO Ghulam Mujtaba，蔣欣東，周聰穎，康曉慧

(西南科技大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院， 四川 綿陽(yáng) 621010)

0 引言

【研究意義】在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中為獲得較高的糧食產(chǎn)量，化肥和除草劑被廣泛應(yīng)用。化肥的使用為作物提供足夠養(yǎng)分，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量[1]。除草劑使用有效減少雜草對(duì)小麥養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)，解決農(nóng)田雜草危害，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量[2]。但小麥生產(chǎn)出現(xiàn)過(guò)度施用氮肥和農(nóng)藥的情況，施用氮肥僅27%可被作物利用[3-4]，大量氮資源被浪費(fèi)、土壤環(huán)境以及地下水被污染[5-8]；施用除草劑僅利用10%～30%，大量除草劑的殘留物嚴(yán)重影響作物的品質(zhì)和產(chǎn)量并導(dǎo)致環(huán)境、土壤和水資源的污染[9]。【前人研究進(jìn)展】肥料和農(nóng)藥的高效利用是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，有學(xué)者提出農(nóng)藥和氮肥的高效利用能夠提高小麥產(chǎn)量[10-11]，減少對(duì)土壤和環(huán)境的污染、保障糧食安全。小麥產(chǎn)量與構(gòu)成產(chǎn)量的3個(gè)重要因素呈正相關(guān)關(guān)系，小麥產(chǎn)量三要素穗粒數(shù)、千粒重和有效穗數(shù)與肥料中氮素營(yíng)養(yǎng)密切相關(guān)[12]。不同品種的小麥對(duì)氮素需求不同，不合適氮肥施用量將降低小麥產(chǎn)量及品質(zhì)[13-14]。劉凱等[15]研究表明，減少氮肥施用量的小麥產(chǎn)量有所提高，且氮肥的利用效率提高。伍曉軒等[16]研究表明，增施氮肥導(dǎo)致氮肥偏生產(chǎn)力顯著降低等。除草劑不能直接增加小麥產(chǎn)量，增產(chǎn)效果是由于草害減少而起到的間接效應(yīng)。除草劑過(guò)量使用導(dǎo)致田間部分雜草產(chǎn)生抗藥性而引起田間草害，與農(nóng)作物競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)和光照，致使小麥產(chǎn)量降低、農(nóng)藥殘留增加[17]。目前，綠色防治技術(shù)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究的熱點(diǎn)，在保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)的同時(shí)，也解決了除草劑帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題[18]。【研究切入點(diǎn)】合理控施氮肥和農(nóng)藥使用量對(duì)小麥產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要。四川盆地冬小麥生產(chǎn)中氮肥和農(nóng)藥的最佳施用量尚未見(jiàn)報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】2018—2019年在四川梓潼和江油以綿麥367、西科麥18為供試材料開(kāi)展田間試驗(yàn)，探明減施氮肥減除草劑，對(duì)小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成和氮肥利用效率的影響，為四川地區(qū)小麥氮肥和除草劑的合理施用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019年在四川省梓潼縣東石鄉(xiāng)和江油市青蓮鎮(zhèn)進(jìn)行，兩地前茬均為水稻。供試土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分情況見(jiàn)表1。

表1 耕層(0～20 cm)土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分情況

1.2 材料

梓潼縣小麥供試品種為綿麥367，江油市小麥供試品種為西科麥18。化肥使用復(fù)合肥(N-P2O5-K2O=24-8-8)，由尿素(N≥46%)、過(guò)磷酸鈣(P2O5≥12%)、農(nóng)業(yè)硫酸鉀(K2O≥60%)復(fù)混搭配而成，購(gòu)自綿陽(yáng)農(nóng)資批發(fā)市場(chǎng)。20%氯氟吡氧乙酸乳油購(gòu)自于江蘇中旗作物保護(hù)股份有限公司；多功能助劑激健購(gòu)自成都激健生物科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2018年10月至2019年5月進(jìn)行小麥田間試驗(yàn)，設(shè)氮肥和農(nóng)藥2因素4水平組成的正交試驗(yàn)。氮肥：以312.9 kg/hm2施用水平為常規(guī)對(duì)照，4個(gè)施用水平(A)為A1，291.00 kg/hm2(減施7%)；A2，275.35 kg/hm2(減施12%)；A3，259.7 kg/hm2(減施17%)；A4，244.06 kg/hm2(減施22%)。20%氯氟吡氧乙酸乳油：以使用劑量60 mL/667m2加水30 L/667m2為常規(guī)對(duì)照，4個(gè)施用水平(B)為B1，使用劑量48 mL/667m2加水30 L/667m2(減施20%)；B2，使用劑量42 mL/667m2加水30 L/667m2(減施30%)；B3，使用劑量24 mL/667m2加水30 L/667m2(減施40%)；B4，使用劑量20 mL/667m2加水30 L/667m2(減施50%)；氯氟吡氧乙酸減量同時(shí)配施激健助劑(添加量15 g/667m2)。試驗(yàn)過(guò)程其他條件保持一致，共16個(gè)處理、1個(gè)空白對(duì)照、1個(gè)常規(guī)對(duì)照，3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)面積為20 m2。

1.3.2 項(xiàng)目測(cè)定 小麥播種前取田間土樣測(cè)試土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分情況。小麥成熟后各小區(qū)采用3點(diǎn)隨機(jī)取樣，每個(gè)點(diǎn)收割1 m2的小麥，測(cè)其有效穗數(shù)，同時(shí)取10穗用于測(cè)量實(shí)粒數(shù)。風(fēng)干后依次測(cè)量每個(gè)小區(qū)小麥的千粒重、種子含水量，獲得含水量為13.5%理論產(chǎn)量，并計(jì)算理論產(chǎn)量(kg/667m2)、氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)和氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)。

理論產(chǎn)量=[有效穗數(shù)×穗實(shí)粒數(shù)×千粒重×(1-含水量)]/[1000×(1-13.5%)]

氮肥農(nóng)學(xué)利用率=(施氮肥區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量)/施用氮肥總量

氮肥偏生產(chǎn)力=作物施肥后的產(chǎn)量/施用氮肥總量

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及繪圖，利用SPSS 25.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥和氯氟吡氧乙酸除草劑處理對(duì)小麥的產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

2.1.1 小麥產(chǎn)量 由圖1可知，不同施氮量處理下，A1綿麥367產(chǎn)量最高，達(dá)7 581.606 kg/hm2，與常規(guī)相比增加3.22%，但無(wú)顯著性差異；隨氮肥施用量降低小麥產(chǎn)量降低，A4產(chǎn)量最低7 224.667 kg/hm2，與常規(guī)相比降低1.64%。A2西科麥18產(chǎn)量最高，達(dá)6 359.103 kg/hm2，與常規(guī)相比增加2.18%，但無(wú)顯著性差異；隨著氮肥減施量增加小麥產(chǎn)量呈先升后降趨勢(shì)，A4處理時(shí)小麥產(chǎn)量最低，為5 185.249 kg/hm2，與常規(guī)相比降低16.68%，呈現(xiàn)顯著性差異。施用氮肥不合理將造成小麥產(chǎn)量降低，以常規(guī)施氮肥量為標(biāo)準(zhǔn)，小麥氮肥減施量17%即施用259.7 kg/hm2能提高小麥產(chǎn)量，與常規(guī)相比無(wú)顯著性差異。不同施藥量處理下，隨著氯氟吡氧乙酸濃度降低，2個(gè)小麥品種產(chǎn)量呈降低趨勢(shì)，但各處理小麥產(chǎn)量與常規(guī)相比均無(wú)顯著性差異。氯氟吡氧乙酸濃度減施30%內(nèi)和激健助劑共同作用下，小麥產(chǎn)量穩(wěn)定。

注：不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)；圖中A、B為不同施氮量處理，圖C、D為不同氯氟吡氧乙酸處理，下同。

2.1.2 小麥產(chǎn)量三要素 由表2可知，小麥穗實(shí)粒數(shù)、有效穗數(shù)、千粒重均高于空白對(duì)照。西科麥18小麥穗實(shí)粒數(shù)、有效穗數(shù)與常規(guī)相比無(wú)顯著性差異，A2B1處理小麥穗實(shí)粒數(shù)最高，為62.1粒/穗；A2B4處理下小麥有效穗數(shù)最多，為296.595穗/m2；A1B4處理下，小麥千粒重最重，為43.46 g，與常規(guī)相比差，異顯著增加4.5%。綿麥367小麥麥穗粒數(shù)常規(guī)相比無(wú)顯著性差異，A1B2處理小麥穗實(shí)粒數(shù)最高，為64.30粒/穗；A1B3處理下，小麥有效穗數(shù)最多，為295穗/m2；A4B1處理下，小麥千粒重最重，為44.39 g。氮肥和氯氟吡氧乙酸的減施能提高小麥穗實(shí)粒數(shù)、有效穗數(shù)。

表2 不同氮肥和氯氟吡氧乙酸處理小麥的產(chǎn)量性狀

經(jīng)相關(guān)性分析可知，西科麥18和綿麥367小麥穗實(shí)粒數(shù)均與小麥產(chǎn)量呈極顯著性正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.728和0.659；西科麥18小麥有效穗數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.709；綿麥367小麥有效穗數(shù)與理論產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.306。西科麥18和綿麥367小麥千粒重與理論產(chǎn)量相關(guān)但不顯著。表明，影響冬小麥產(chǎn)量變化的關(guān)鍵因素是穗實(shí)粒數(shù)和有效穗數(shù)，兩者的增加能夠提高小麥產(chǎn)量。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通過(guò)提高小麥穗粒數(shù)或有效穗數(shù)能提高小麥產(chǎn)量。

由表3可知，將理論產(chǎn)量外，西科麥18小麥穗實(shí)粒數(shù)的變異系數(shù)最大，為7.38%；有效穗數(shù)次之，為7.13%；而千粒重最小，為2.04%。變異系數(shù)為理論產(chǎn)量>穗實(shí)粒數(shù)>有效穗數(shù)>千粒重。除理論產(chǎn)量外，綿麥367小麥有效穗數(shù)的變異系數(shù)最大，為3.73%；千粒重次之，為2.88%；穗實(shí)粒數(shù)最小，為2.59%。西科麥18穗實(shí)粒數(shù)和有效穗數(shù)比千粒重受外界影響大，而綿麥367有效穗數(shù)和千粒重比穗粒數(shù)更易受影響。整體看，有效穗數(shù)的變異程度較大，說(shuō)明該性狀易受外部環(huán)境條件影響。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可通過(guò)穩(wěn)定增加小麥有效穗數(shù)提高產(chǎn)量。

表3 小麥產(chǎn)量因素與理論產(chǎn)量的變異系數(shù)

2.2 小麥氮肥與除草劑的施用的優(yōu)化組合

由表4可知，氮肥和氯氟吡氧乙酸除草劑2個(gè)因素對(duì)小麥產(chǎn)量影響為A(主)>B(次)，即施肥量>施藥量。西科麥18最優(yōu)組合為A2B4，即施肥量275.35 kg/hm2，施藥量減施40%配施激健助劑。綿麥367最優(yōu)組合為A1B1，即施肥量291 kg/hm2，施藥量減施10%配施激健助劑。

表4 小麥產(chǎn)量影響因子氮素和氯氟吡氧乙酸的正交試驗(yàn)極差分析結(jié)果

2.3 不同施氮量和施藥量處理小麥氮肥的利用率

由圖2可知，隨著氮肥施用量的降低，綿麥367氮肥偏生產(chǎn)力呈逐漸增高趨勢(shì)，A4偏生產(chǎn)力最高，達(dá)29.601 7 kg/kg，與常規(guī)相比顯著增加26.1%；而A3西科麥18偏生產(chǎn)力最高，為23.383 kg/kg，與常規(guī)相比增加17.6%。從氮肥農(nóng)學(xué)利用率看，綿麥367隨著氮肥施用量的減少呈遞增趨勢(shì)，A4處理?xiàng)l件下達(dá)到最大值，為18.103 9 kg/kg，與常規(guī)相比顯著增加24.8%，西科麥18在A2處理水平下氮肥農(nóng)學(xué)利用率最高，為7.237 kg/kg，與常規(guī)相比增加21.9%。氯氟吡氧乙酸處理下，綿麥367各處理氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用率均高于常規(guī)對(duì)照，呈現(xiàn)顯著性差異，各處理間無(wú)顯著性差異。西科麥18各處理間均無(wú)顯著性差異。說(shuō)明，氯氟吡氧乙酸除草劑施用對(duì)氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率影響較小，而降低氮肥的施用量，更有利于提高氮肥吸收利用率，增加氮肥對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)。

注：不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)；圖中A、B為不同施氮量處理下小麥產(chǎn)量，圖C、D為不同氯氟吡氧乙酸處理下小麥產(chǎn)量。

3 討論

為響應(yīng)國(guó)家提出的“減少化肥、農(nóng)藥使用量，化肥農(nóng)藥用量實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)”的號(hào)召[19]，解決過(guò)度施用化肥和農(nóng)藥帶來(lái)的土壤和環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行此試驗(yàn)設(shè)計(jì)。在小麥的產(chǎn)量形成過(guò)程中，氮肥起主導(dǎo)因素，氮肥的施用量過(guò)高或過(guò)低均導(dǎo)致小麥產(chǎn)量降低，試驗(yàn)中氮肥施用量以常規(guī)施用水平減施17%，對(duì)小麥產(chǎn)量無(wú)顯著影響，與前人[20-22]關(guān)于小麥氮肥施用量的研究結(jié)果一致。除草劑在推薦使用劑量范圍內(nèi)降低30%與激健助劑配施，小麥產(chǎn)量保持穩(wěn)定。劉穎杰[17]等研究發(fā)現(xiàn)，除草劑自身對(duì)小麥?zhǔn)菬o(wú)任何增產(chǎn)、保產(chǎn)作用，即使低濃度的除草劑對(duì)小麥也有損傷，有草條件下的增產(chǎn)效果是由于草害的減少而起到的間接效應(yīng)。趙凱男等[22]研究表明，提高有效穗數(shù)可顯著增加小麥產(chǎn)量。李升東等[23-24]研究表明，適量氮肥施用量能夠顯著提高小麥單位面積有效穗數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，可以通過(guò)穩(wěn)定增加有效穗數(shù)提高小麥產(chǎn)量，由相關(guān)性分析可知小麥的穗粒數(shù)與有效穗數(shù)與理論產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。氮肥和除草劑的高效利用能夠提高小麥產(chǎn)量，減少對(duì)環(huán)境和土壤的污染、保障糧食安全[10-11，25-27]。試驗(yàn)結(jié)果表明，除草劑的施用量對(duì)氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率影響較小，氮肥施用量的降低能夠提高氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率。

4 結(jié)論

除草劑的減施對(duì)氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率影響較小，氮肥的減施能提高氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率。氮肥施用量以常規(guī)施用水平降低17%，除草劑在推薦使用劑量范圍降低30%與激健助劑配施，有利于保證小麥生產(chǎn)效益，達(dá)到小麥高產(chǎn)目的，提高氮肥和除草劑的利用率。