不同類型控釋氮肥對冬小麥群體結構、產量和氮效率的影響

劉仲陽，崔秀敏，史桂芳，董浩，李國紅，譚德水，鄭福麗

（1．山東農業大學資源與環境學院，山東泰安 271018；2．山東省農業科學院農業資源與環境研究所，山東 濟南 250100；3．泰安市農業科學研究院，山東 泰安 271000；4．鄆城縣農業農村局，山東 鄆城 274700）

小麥是我國三大糧食作物之一，在保障我國糧食安全中具有重要的地位和作用。然而，當前小麥生產中存在不合理施肥和化肥利用率低以及地區間增產效應差異明顯等現象［1-3］。過量以及不合理施氮不僅降低氮肥利用率，同時導致地下水硝酸鹽污染［4］、水體富營養化［5］和溫室氣體排放［6，7］等問題，嚴重影響農業生態環境和人類健康。控釋肥是近年來國內外肥料研究的熱點，被譽為“2l世紀發展化學肥料生產的最佳途徑”，具有養分釋放與作物吸收同步、肥效周期長、節省追肥所需勞動力投入等優點［8］。與傳統施肥方式相比，一次性基施緩控釋肥可以顯著提高玉米、小麥和水稻三大糧食作物的產量和氮肥利用率，產量、氮肥利用率分別提高3．1% ～31．7%、6．2%～86．6%［9］。近年來不少學者對緩控釋肥施用進行了大量研究，證明一次性施用緩控釋肥能夠提高肥料利用率，改善作物生長后期的供肥能力。汪強等［10］報道，一次性基施緩控釋肥可促進小麥產量增加10．0% ～11．2%，氮肥利用率提高6．2% ～11．6%。彭正萍等［11］研究表明，一次性基施控釋氮肥較農民習慣施肥小麥增產5．7%，氮肥利用率提高53．7%；與優化施肥相比增產3．1%，氮肥利用率提高35．5%。

然而，由于不同地區的土壤類型、氣候條件等差異，致使控釋氮肥在不同區域的應用效果也不盡相同，而且由于其生產原料、加工工藝、控釋機制等不同，不同肥料產品間肥效亦有較大差異［12-14］。本研究在山東省肥城市砂姜黑土區設置控釋氮肥大區試驗，分析5種不同類型控釋氮肥對冬小麥群體數量、產量和氮肥利用率的影響，為選擇適合當地小麥優質高效栽培的控釋氮肥及其在當地的推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1．1 試驗地概況及材料

試驗在山東省泰安市現代農業科研基地——肥城市良種試驗場進行。該區位于東經114°08′、北緯36°11′，屬于溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫13．6℃，年平均降水量903．2 mm。試驗地地勢平坦，四周開闊，澆排水條件良好。土壤類型為砂姜黑土，質地為粘壤；耕層土壤基本理化性質：有機質含量17．0 g/kg、全氮1．6 g/kg、有效磷47．5 mg/kg、速效鉀175．0 mg/kg，pH值6．99。前茬作物為夏玉米，基礎產量約為7 500．0 kg/hm2。供試小麥品種為魯麥22號。

1．2 試驗設計

試驗共設計7個處理（表1），分別為（1）對照（CK）：不施氮肥，只施用磷、鉀肥；（2）普通氮肥優化施用（OPT）：氮肥為普通尿素（N 46%）；（3）控釋氮肥A處理：自行研發的水基樹脂包膜氮肥（N 43%）；（4）控釋氮肥B處理：環氧樹脂包膜氮肥（N 43%）；（5）控釋氮肥C處理：聚氨脂包膜氮肥（N 44．5%）；（6）控釋氮肥D處理：水性樹脂包膜氮肥（N 41．5%）；（7）控釋氮肥E處理：聚氨脂包膜氮肥（N 44%）。B、C、D、E控釋氮肥均為市售主流產品。

表1 試驗處理 （kg/hm2）

玉米收獲后各控釋氮肥處理、OPT處理的50%氮肥及所有磷鉀肥均做基肥一次性施入。肥料均勻撒施，翻入耕層整地后機播。拔節期，OPT處理追施50%氮肥后立即灌溉，同時所有處理均采用畦灌方式統一灌溉。

本試驗為大區試驗。大區長45．0 m，寬4．4 m，面積為198．0m2，四周設置保護行。2020年10月12日耕地筑畦，10月14日劃出試驗大區，按照處理設計要求施肥，10月15日播種小麥，播量為150．0 kg/hm2，于次年6月9日收獲。其它田間管理措施各大區保持一致。

1．3 測定項目與方法

于苗期（11月12日）、越冬期（12月24日）、拔節期（4月6日）和灌漿期（5月15日），每個大區隨機選取3組1．0m2依次分別調查小麥基本苗數、冬前分蘗數、春季最大分蘗數和有效穗數。

開花授粉期（4月29日）和收獲期（6月9日），每個大區隨機取3組1．0 m2小麥地上部樣段，75℃烘干，測定植株干物質量和氮含量；成熟期將收獲的小麥植株樣品分為籽粒和莖葉兩部分，分別測定N含量和干物質量。全氮含量采用凱氏定氮法測定［15］。

成熟期每個大區連續收獲10．12 m2樣方麥穗（重復3次），裝入網袋，脫粒、曬干、去雜、稱重，計算公頃產量。同時每個大區隨機抽取3組，每組隨機抽取30穗，統計穗粒數。

各指標相關計算公式［16、17］如下：

分蘗成穗率（%）＝有效穗數/春季最大分蘗數×100；單株分蘗數＝春季最大分蘗數/基本苗數；花前營養器官貯藏同化物轉運量＝開花期營養器官干物質量-成熟期營養器官干物質量；花前營養器官貯藏同化物對籽粒的貢獻率（%）＝花前營養器官貯藏同化物轉運量/成熟期籽粒干重×100；花后同化物在籽粒中的分配量＝成熟期籽粒干重-花前營養器官貯藏同化物轉運量；花后同化物對籽粒的貢獻率（%）＝花后同化物在籽粒中的分配量/成熟期籽粒干重×100；氮肥表觀利用率（%）＝（施氮區植株氮積累量-無氮區植株氮積累量）/施氮量×100；氮肥偏生產力＝施氮區籽粒產量/施氮量；土壤氮素依存率（%）＝無氮區植株氮積累量/施氮區植株氮積累量×100。

1．4 數據處理

試驗數據利用Microsoft Excel 2016進行整理統計，采用DPS 18．10軟件進行方差分析，LSD法進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2．1 不同控釋氮肥對小麥產量及其構成的影響

由表2可知，與CK相比，氮肥各處理小麥產量均顯著增加，增幅為6．9% ～14．6%。其中控釋氮肥B處理產量最高，達8 955．8 kg/hm2，較CK增產14．6%，較OPT處理增產7．1%，且與其他處理差異顯著。其他控釋氮肥處理小麥產量，與OPT差異不顯著。

表2 不同控釋氮肥對小麥產量及其構成的影響

與OPT相比，控釋氮肥A～E處理均顯著增加小麥公頃穗數，增幅為7．5% ～10．4%，各控釋氮肥處理間無顯著差異。控釋氮肥A和E穗粒數顯著低于OPT處理，其他各控釋氮肥處理對穗粒數無顯著影響。而千粒重方面，控釋氮肥B處理千粒重最高，為47．6 g，與控釋氮肥C、D和E處理差異顯著。

2．2 不同控釋氮肥對小麥群體結構的影響

由表3可知，與CK相比，氮肥各處理小麥基本苗數均無顯著差異。各控釋氮肥處理小麥冬前分蘗數均高于OPT，其中A、E處理較高，分別比OPT顯著增加30．6%和28．0%，這說明施用控釋氮肥可以促進小麥冬前分蘗。各控釋氮肥處理均不同程度增加小麥最大分蘗數，且C、D、E處理與OPT差異達顯著水平，其中D處理增幅最大，達22．8%。小麥單株分蘗數也反映小麥的分蘗能力，基本苗數相近下春季最大分蘗數越高其單株分蘗數也越高，說明控釋氮肥C、D、E處理比普通尿素能更好地促進小麥春季分蘗。

從表3還可看出，與OPT相比，各控釋氮肥處理均顯著增加小麥有效分蘗數，但各控釋氮肥處理間無顯著差異。分蘗成穗率是有效分蘗數與最大分蘗數的比值，由于CK最大分蘗數最低，所以其分蘗成穗率最高，而控釋氮肥D處理由于最大分蘗數最高，所以其分蘗成穗率最低。

表3 不同控釋氮肥對小麥群體生長發育的影響

2．3 不同控釋氮肥對小麥干物質積累與分配的影響

由表4看出，與OPT相比，控釋氮肥C處理對花前及花后同化干物質向籽粒的轉移均無顯著影響，其他各控釋氮肥處理花前營養器官貯存干物質向籽粒的轉運量均低于OPT，花后同化干物質輸入籽粒量則高于OPT。控釋氮肥B處理花后輸入籽粒量最高，較OPT顯著提高13．3%，其次是A和E處理，D處理較低，但仍比OPT高6．9%。這說明控釋氮肥A、B、D、E處理雖然降低花前干物質向籽粒的轉運量，但顯著提高花后同化物輸入籽粒量，最終增加籽粒干物質積累量，進而提高小麥產量。

表4 不同控釋氮肥對小麥干物質積累與分配的影響

2．4 不同控釋氮肥處理的氮效率比較

從表5看出，與OPT相比，各控釋氮肥處理均顯著提高氮肥表觀利用率（31．9% ～89．0%），降低土壤氮素依存率（4．6% ～12．1%）。其中控釋氮肥B處理小麥氮肥表觀利用率最高，比OPT提高89．0%，同時其氮肥偏生產力也最高，而土壤氮素依存率最低，與其他處理間差異均達顯著水平。其他4個處理間差異不顯著。

表5 不同控釋氮肥處理的氮效率

3 討論

3．1 不同類型控釋氮肥對冬小麥產量和氮肥利用率的影響

近年來的研究和應用實踐證明，一次性施用緩控釋肥能夠提高肥料利用率，改善作物生長后期的供肥能力，促進作物增產。張春倫等［18］研究表明，在冬小麥上，一次性基施緩控釋肥比分次施用普通尿素增產18．3% ～27．8%。肖強等［19］通過冬小麥-夏玉米輪作3年6季的田間試驗表明，緩控釋肥能提高小麥氮素利用率2．8～23．4百分點、提高玉米氮素利用率1．0～21．6百分點，土壤-作物系統的氮素損失比普通化肥配施處理減少2．0～24．9百分點。劉蘋等［20］研究表明，控釋氮肥與普通尿素相比，小麥增產11．4%，氮肥利用率提高37．3%。李夢月等［21］報道，施用控釋氮肥相較于傳統氮肥能夠顯著提高冬小麥產量，其中60天釋放期的控釋氮肥小麥增產12．08%，120天釋放期的小麥增產14．31%。本試驗結果表明，各控釋氮肥處理小麥產量均實現了穩產或增產的目標，控釋氮肥B處理小麥產量最高，比優化施肥處理顯著增產7．1%，而且各控釋氮肥處理的氮肥表觀利用率顯著增加，比優化施肥處理提高31．9% ～89．0%，尤其是控釋氮肥B（環氧樹脂包膜）氮肥表觀利用率提高89．0%。由于小麥生育期長，生長季內溫濕度等土壤環境變幅大，不同包膜材料及工藝生產的控釋肥釋放性能差異很大［22，23］，因此，相同土壤類型上施用不同控釋氮肥的產量效應并不相同。

3．2 不同類型控釋氮肥對冬小麥群體發育及花后干物質轉運和分配的影響

小麥高產的實現要在穗粒數和千粒重保持相對穩定的基礎上，通過顯著提高單位面積穗數來實現［24］。本研究發現不同控釋氮肥處理較優化施肥處理小麥公頃穗數增加7．5% ～10．1%，而穗粒數和千粒重相對穩定，這也是各控釋氮肥處理均具有增產趨勢的主要原因。這與前人的研究結果一致，即公頃穗數對產量的影響程度最高，其次為穗粒數，最小為千粒重［25，26］。然而小麥公頃穗數的產生取決于小麥分蘗從產生到死亡的整個綜合過程，高產小麥群體必須有足夠的分蘗數量，同時提高群體質量和分蘗成穗率及單株的分蘗能力，才能最終獲得理想的有效穗數。本研究發現，由于控釋氮肥類型不同，對小麥群體結構發育的影響也不同：控釋氮肥A可以更好地促進小麥冬前分蘗而提高分蘗成穗率，控釋氮肥B可以促進小麥春季分蘗而增加分蘗成穗率，控釋氮肥C對小麥春季最大分蘗和單株分蘗數影響較大，控釋氮肥D、E可以顯著提高春季最大分蘗數和單株分蘗能力，但是分蘗成穗率偏低。這可能與控釋氮肥類型有關，不同的包膜控釋材料氮素的釋放不同，而合理的氮素供應可以調節小麥個體的分蘗特性，增加有效分蘗數與單株有效莖數［27］，增加最終成穗數［28］，促進花后干物質向籽粒的轉運積累，促進籽粒灌漿，這是高產足庫的基礎。從花后干物質積累看，本試驗中，除C處理外其他控釋氮肥處理比優化施肥處理均可顯著提高花后同化物輸入籽粒量，最終提高籽粒產量，尤其是控釋氮肥B花后同化物輸入籽粒量比普通尿素提高13．3%，千粒重最高，這也是控釋氮肥B處理產量明顯增加的主要原因。控釋氮肥在田間的氮素釋放性能與小麥生育期內對氮素的需求相互匹配，是小麥獲得高產群體結構的關鍵，也是提高小麥氮肥效率和產量的關鍵，更是在不同土壤類型下進行控釋氮肥產品篩選的關鍵依據。

4 結論

控釋氮肥適宜用量可改善小麥群體結構，增加有效分蘗數，提高成穗率，確保公頃穗數，同時提高小麥花后同化物向籽粒的輸入，最終增加籽粒產量；同時提高氮肥表觀利用率，降低土壤氮素依存率。本試驗條件下，各控釋氮肥處理均實現了小麥穩產或增產的目標，氮肥表觀利用率提高31．9%～89．0%，其中控釋氮肥B效果較好，是比較適合本地區冬小麥一次性施用的控釋氮肥類型。