小麥高產優質環境友好的氮肥-固氮菌肥最佳施用量研究

孟自力 付勝昔 高磊 陳昆

摘要：以強筋冬小麥商優1號為研究對象，設置不同的氮肥-固氮菌肥處理，研究不同氮肥-固氮菌肥用量對強筋冬小麥產量、品質和硝態氮累積的影響。結果表明，在固氮菌肥用量為150 kg/hm2、施氮量在165～240 kg/hm2時，小麥品質最佳，穗數、產量等參數均達到較理想狀態，施氮過高或不施氮都會導致產量和品質的下降;施氮量在 240? kg/hm2 時，濕面筋指數、濕面筋含量、蛋白質含量達到最優;施氮量在165 kg/hm2時，取得最大產量（9 060 kg/hm2），千粒質量達到峰值（47.7 g）;不施氮處理下土壤硝態氮含量最低，隨著氮肥用量不斷加大，殘留在土壤中的硝態氮含量也不斷升高;隨著氮肥的追加，在0～315 kg/hm2之間，氮素的盈余量一直增加，變化幅度較大，在315 kg/hm2時達到最大值，對環境產生最大影響。生產實踐中的施氮量可根據需要（側重產量還是側重質量）在這一范圍內進行選擇和取舍。推薦氮肥和菌肥施用量分別約為200、150 kg/hm2，在此條件下能兼顧小麥的產量與質量，此時土壤硝態氮的累積量也在可接受范圍之內。

關鍵詞：小麥;產量;質量;氮肥;固氮菌肥

中圖分類號： S512.106? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）09-0062-04

小麥是我國第二大糧食作物，產量占全國糧食總產量的22.5%，消費量占全國總消費量的25%左右，因此在我國農業生產及國民生活中占有重要地位[1]。小麥產量與品質的研究與提高，是實現我國當前經濟效益與環境效益目標的重要前提與基礎之一[2]。

小麥體內含有一定量的蛋白質，而氮素是組成蛋白質的重要元素，小麥合理施用氮肥和固氮菌肥可以高效利用氮素，對其產量和后期小麥面粉的質量都有著非常重要的影響[3-7]。土壤中殘留氮的含量超過一定量時，再施加氮肥將影響固氮菌的作用，不會再提高小麥產量及蛋白質含量，反而會產生一定的污染問題[8-11]。因此，控制好化肥的用量，合理配肥，不僅能更有效地增加小麥產量和品質，更重要的是可以合理改善環境問題，使農作物的經濟效益和環境效益緊密貼合[12-16]。

本試驗通過分析不同濃度氮肥-固氮菌肥對小麥產量、品質及環境的影響，提出保障農田環境安全及糧食生產安全的氮肥-固氮菌肥投入閾值，以期為我國糧食安全作出貢獻。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

該試驗于2018年10月至2019年6月在河南省商丘市城鄉一體化示范區賈寨鎮保衛村進行，此地區屬于暖溫帶亞濕潤季風氣候，年平均氣溫為 14 ℃，年降水量達到700 mm，供試土壤為0～20 cm土層兩合土，全氮含量為77.8 mg/kg，有機質含量為2.2 mg/kg，速效鉀含量為93.37 mg/kg，速效磷含量為35.31 mg/kg。

1.2 試驗方案

小麥品種為商優1號，是強筋、半冬性小麥品種。固氮菌肥由河南省中農嘉吉化工有限公司提供，顆粒型、有效活菌數≥0.2億個孢子/g、有機質含量≥20%。播種日期為2018年10月6日，播種量為225 kg/hm2。

在固氮菌肥用量為150 kg/hm2時設置5個施氮量處理，分別為0（N 0）、90（N 90）、165（N 165）、240（N 240）、315 kg/hm2（N 315）;在氮肥用量為 200 kg/hm2 時設置4個固氮菌肥處理，分別為50（J 50）、100（J 100）、150（J 150）、200 kg/hm2（J 200）。各處理均施P 2O 5 150 kg/hm2，K 2O 120 kg/hm2。

小區長18 m，寬3 m，面積為54 m2，每個小區間隔 40 cm，每個處理3次重復，隨機區組排列，共15個小區。固氮菌肥、磷肥和鉀肥全部底施;氮肥70%底施，30%返青期—拔節期溝施。

1.3 樣品采集和測定

試驗前隨機選取3個點，采集0～20 cm土壤樣品，測定土壤理化性質;小麥在收獲期采集0～90 cm 土層，以30 cm為1層，從上到下分為3份。

于收獲期取冬小麥樣品，分別取其穗、莖、葉、籽粒，65 ℃烘干至恒質量，稱質量磨細，過0.5 mm篩，以供測定全氮含量。于成熟期，在各個小區隨機選擇27 m2取樣，脫粒，稱質量，計算產量。

土壤硝態氮含量采用紫外分光光度計法測定。濕面筋含量采用瑞典波通公司 Glutomatic 2200 型面筋儀測定。按照以下公式計算蛋白質含量。

蛋白質含量（%）=全氮含量（%）×5.7;

土壤硝態氮（kg/hm2）=土壤厚度（cm）×土壤容重（g/cm3）×土壤氮濃度（mg/kg）÷10。

1.4 數據統計分析

試驗數據均使用Excel 2010軟件進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 不同施氮量對冬小麥產量的影響

由表1可以看出，小麥產量在不同的施氮量下存在著明顯差別，產量的構成效應也具有很大的差異。從產量來看，施氮肥處理分別比未施氮肥增產29.4%、54.1%、42.1%、38.0%。施氮量為 165 kg/hm2 時，小麥產量達到最大值，為 9 060 kg/hm2。在施氮量持續增加到240 kg/hm2時，小麥的產量反而下降;與N 165相比，N 240產量下降了7.75%。說明小麥的產量不是隨著施氮量的增加而無限增加的，其存在著一個閾值。由產量的組成因素來看，千粒質量和穗數也是隨著施氮量的增大而上升，在施氮量165 kg/hm2時達到最大值。當不施用氮肥時產量組成因素均最低，當施用過多氮肥時，產量組成因素呈下降趨勢。

2.2 不同施氮量對冬小麥品質的影響

由表2可以看出，施氮量對小麥蛋白質含量有影響。施氮量為240 kg/hm2時，蛋白質含量（15.28%）、濕面筋含量（35.14%）、濕面筋指數（69.38%）均達到峰值，小麥品質達到理想狀態。

依照GB/T 17892—1999 《優質小麥 強筋小麥》，濕面筋含量在35%以上的為優質高筋小麥，在32%～35%之間的為二等強筋小麥。本試驗小麥的濕面筋含量均在32%之上（表2），其中N 240處理的濕面筋含量為35.14%，為優質高筋小麥，其余處理均為二等強筋小麥。硝態氮累積量歐盟標準含量為100 kg/hm2，在此條件之內為環境友好最佳狀態。由圖1可以看出，隨著施氮量的不斷增加，硝態氮累積量呈不斷增加的趨勢，但產量與濕面筋含量均有峰值，達到峰值后繼續增加施氮量并不能繼續提高產量或濕面筋含量。施氮量在165～240 kg/hm2之間時，其產量與濕面筋含量分別達到最高值，硝態氮累積量也在環境友好型可接受范圍之內。生產實踐中的施氮量可根據需要（側重產量還是側重質量）在這一范圍內進行選擇和取舍。另外，從圖1可以得知，當施氮量大約在200 kg/hm2時，能兼顧小麥產量與質量，因此，若不考慮其他特殊因素，推薦施氮量為200 kg/hm2。

2.3 不同施氮量下0～90 cm土層土壤硝態氮累積分布規律

由圖2可以看出，土壤中硝態氮的累積量隨著施氮量的不斷增加而增大，尤其是表層土壤中硝態氮的累積含量是最大的。以0～30 cm土層深度為例，不施用氮肥硝態氮含量僅為31.38 kg/hm2，4個施氮處理分別提高134.67%、155.26%、184.67%、206.82%，N 315最大（96.28 kg/hm2）。在施氮量相同的情況下，土壤中氮的累積量隨著土層深度的增加而不斷減小，在0～30 cm土層中含氮量最高。N 315處理下各個土層深度的氮累積量分別為96.28、87.36、74.13 kg/hm2，都超過其他處理。在此基礎上，若下一季夏玉米的種植不能充分地把殘留于土壤中的硝態氮吸收干凈， 這些硝態氮就會隨著下雨產生的淋洗作用，逐漸滲透進入地下水中，對地下水產生污染。

由圖3可以得出，土層厚度范圍在0～90 cm之間時，隨著施氮量的不斷增大，土壤中硝態氮的累積量不斷上升，施氮量和土壤中硝態氮的含量呈現明顯的線性相關。4個施氮肥處理土壤中硝態氮含量分別比N 0處理上升了160.1%、202.8%、260.5%、314.7%，N 315處理最大（262.77 kg/hm2）。

2.4 固氮菌肥施用量與小麥產量及濕面筋含量的關系

由表3可知，固氮菌肥用量在50～200 kg/hm2范圍內時，小麥產量和濕面筋含量均呈不斷上升的趨勢。在固氮菌肥用量增加至150 kg/hm2以后，小麥產量及濕面筋含量增長趨勢明顯放緩，考慮國家提倡的糧食作物節本增效的目的，建議固氮菌肥用量為150 kg/hm2。

3 結論與討論

本研究分析了固氮菌肥和氮肥配施對冬小麥產量和品質的影響。供試固氮菌肥替代一定量的化肥，在施氮量為165 kg/hm2時達到最大產量（9 060 kg/hm2），說明配施固氮菌肥比全量施用化肥有一定的增產效果，這與王樹鳳等關于固氮菌能有效積累氮素的結論[17]一致，曹云海亦發現固氮菌可以有效增加小麥產量[18]。在施氮量逐漸增大到240 kg/hm2及以上水平后，冬小麥產量開始負增長，這進一步驗證了郝晶等的研究結論[19-20]。施氮量在165～240 kg/hm2范圍內時，可以達到小麥產量、品質和環境友好綜合性最佳表現，其中施氮量為 240 kg/hm2 時，濕面筋指數、濕面筋含量、蛋白質含量均達到最優值，小麥品質最佳。生產實踐中的施氮量可根據需要（側重產量還是側重質量）在這一范圍內進行選擇和取舍。推薦施氮量大約為 200 kg/hm2，固氮菌肥施用量為150 kg/hm2，此時能兼顧小麥產量與質量，而且土壤硝態氮的累積量也在可接受范圍之內。

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