基施樹脂包膜尿素替代追肥對冬小麥產量、氮肥利用效率及經濟效益的影響

薛亞光， 韓 笑， 劉海翠， 石 呂， 李 贏， 魏亞鳳， 石曉旭， 楊美英， 劉 建

(江蘇沿江地區農業科學研究所/江蘇省南通市循環農業重點實驗室，江蘇南通 226012)

小麥是我國主要糧食作物，保證小麥持續穩產和增產對保障國家糧食安全具有重要意義。江蘇省是我國糧食大省，小麥播種面積達到234.6萬hm，以冬小麥為主，生育期較長。為了實現增產的目的，農民習慣于“看苗施肥”，大多采用多次追施尿素或其他速效氮肥的方法來保證葉色濃綠，導致生產實際中施肥行為頻繁，追肥平均施用次數多達3次。普遍認為，相同施肥量條件下增加施肥次數，即“少量多次”施肥有利于提高肥料利用率和減少化肥用量。但據調查，施肥次數偏多已成為江蘇稻麥化肥過量投入的主要因素。過量施用氮肥會使小麥抗倒伏能力、病蟲害抗性及產量下降，并且近年來由于勞動力的缺乏，人工成本的進一步提升，多次施肥也不利于經濟效益的增加。因此，減少施肥次數是當前冬小麥化肥減量增效的主要著力點。

緩控釋肥具有肥效期長且穩定的特點，為小麥簡化施肥、減少施肥次數和數量提供了新的思路和途徑。譚德水等研究認為，小麥生產上控釋氮肥一次性施用能緩解農村勞力緊張，起到穩產增效的效果。袁嫚嫚等認為，控釋尿素一次基施能達到普通尿素分次施用的效果，可提高小麥籽粒產量和氮肥利用率。鄭文魁等研究也表明，控釋氮肥一次施用顯著影響土壤養分含量和小麥產量。相關研究報道認為，控釋肥料養分釋放需要一定時間，易造成作物生長前期短時脫肥、后期養分供應過量，導致植株生長前弱后旺，不利于作物生長發育和產量形成，另有研究則認為，冬小麥生育期較長，且在分蘗至越冬期和拔節至孕穗期分別有2個養分吸收高峰，受緩釋肥周期的影響，緩釋肥的養分供應曲線與小麥養分要求不同步，導致小麥在養分需求關鍵時期難以吸收充足的養分來滿足生長所需，造成緩釋肥與尿素配合基施或緩釋肥全量一次基施在生產上難以實現最佳的應用效果。再加上緩釋肥成本較高，農民接受程度偏低，大面積生產上推廣應用也不足。因此，本試驗以不同緩釋期的樹脂包膜尿素為材料，以常規尿素施肥模式為對照，通過基施樹脂包膜尿素替代等氮量下小麥分蘗肥、拔節孕穗肥等追肥的施用，研究其對小麥的產量形成、氮肥吸收與利用以及經濟效益的影響，從而提出既能簡化施肥次數，節約成本，又能增產增效的施肥模式，以期為小麥科學施用包膜尿素提供理論依據和科學支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019—2020年在江蘇沿江地區農業科學研究所試驗田進行。前茬種植水稻，水稻收獲后秸稈全量旋耕還田。土質為沙壤土，0～20 cm土層有機質含量為20.2 g/kg，全氮含量為1.30 g/kg，堿解氮含量為103.92 mg/kg，有效磷含量為 50.97 mg/kg，速效鉀含量為91.83 mg/kg。供試品種為春性中熟小麥品種鎮麥10號，11月10日播種，采用人工開溝條播，播種量為150 kg/hm，基本苗為225萬株/hm，行距為25 cm。

1.2 試驗設計

試驗共設8個處理。

處理1：空白處理(0N)，即不施氮肥，只施磷鉀肥。

處理2：常規尿素施肥模式為對照(CK)，全部施用普通尿素，含氮量為46%，氮肥運籌比例為基肥和追肥各占50%，追肥包括分蘗肥、拔節肥、孕穗肥，其施用比例分別為10%、20%、20%。

處理3～處理8采用裂區設計。主區為3種基施樹脂包膜尿素替代追肥模式：(1)“一基兩追+替代20%追肥”模式(T1)，基于基追比為50% ∶50%，采用樹脂包膜尿素替代20%的追肥作為基肥施用，其余80%的追肥分別作為拔節肥和孕穗肥等量施用；(2)“一基一追+替代60%追肥”模式(T2)，基于基追比為50% ∶50%，采用樹脂包膜尿素替代60%的追肥作為基肥施用，其余40%的追肥作拔節肥施用；(3)“一次性基肥施用+替代100%追肥”模式(T3)，基于基追比為50% ∶50%，采用樹脂包膜尿素替代100%的追肥作為基肥施用。裂區為2種樹脂包膜尿素：(1)緩釋期為60 d樹脂包膜尿素(S1)，含氮量為44.5%；(2)緩釋期為90 d樹脂包膜尿素(S2)，含氮量為44%；

各處理純氮施用量均為225 kg/hm，基肥于播種前施用，分蘗肥于4～5葉期施用，拔節肥于倒3葉期施用，孕穗肥于倒1葉期施用；磷、鉀肥(PO、KO)用量均為90 kg/hm，全部基施。具體施肥量和施肥方式詳見表1。試驗小區面積15 m，隨機區組排列，重復3次。

表1 不同施肥模式肥料種類及施肥量 kg/hm2

1.3 測定項目與方法

1.3.1 莖蘗動態和干物質積累量 每個小區定點1 m雙行，于越冬期、拔節期、開花期和成熟期調查莖蘗數，計算成穗率，同時每個小區取樣20株，分成莖鞘、葉片、穗(抽穗以后)，在105 ℃下殺青 60 min，80 ℃烘干至恒質量，測定干物質量。

1.3.2 花后葉片光合性能測定 于開花期、乳熟期，采用LI-6800光合儀及SPAD502葉綠素儀測定小麥旗葉凈光合速率()及SPAD值。

1.3.3 植株氮含量測定 將成熟期烘干的植株樣品粉碎，采用HSO-HO靛酚藍比色法測定植株氮含量。

1.3.4 產量及其構成因素測定 成熟期每個小區選取3個1 m行長測穗數，連續取40～60個穗，測定穗粒數、千粒質量等，計算理論產量。各小區取代表性樣段4 m割方測定實收產量。

1.4 數據計算與統計方法

氮肥表觀利用率=(施氮區吸氮量-不施氮區吸氮量)/施氮量×100%；

氮肥農學效率(kg/kg)=(施氮區籽粒產量-不施氮區籽粒產量)/施氮量；

氮素生理效率(kg/kg)=(施氮區籽粒產量-不施氮區籽粒產量)/(施氮區吸氮量-不施氮區吸氮量)；

氮素收獲指數=籽粒氮素積累量/地上部氮素積累量；

產值=籽粒產量×小麥單價；

凈效益=產值-肥料成本-追肥勞動力投入-其他成本投入。

小麥價格按江蘇省2020年上半年各地平均價格計算，肥料價格按市場價計算，小麥價格為2.3元/kg，顆粒磷肥為1 870元/t，鉀肥為2 800元/t，尿素為2 100元/t，樹脂包膜尿素S1為2 550元/t，樹脂包膜尿素S2為2 650元/t。追肥勞動力投入1次按100元/hm計算。其他成本投入主要包括小麥種子540元/hm，農藥投入為420元/hm，機械投入為1 300元/hm，除追肥外人工投入為2 400元/hm，共計4 660元/hm。

采用Excel 2003和DPS 9.50軟件進行數據統計分析，用Sigmaplot12.0進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥模式對小麥產量及其構成因素的影響

從表2可以看出，各處理的小麥產量均顯著高于0N處理。與CK相比較，T1S1、T1S2、T3S2處理的產量均無顯著差異，T3S1處理產量有所降低，但T2S1、T2S2處理則顯著提高，分別增加了5.08%、10.00%。從產量構成因素來看，T1S1、T1S2處理的單位面積穗數、每穗粒數均與對照無顯著差異；與CK相比，T2S1、T2S2、T3S1、T3S2處理單位面積穗數顯著提高，每穗粒數降低，但T2S1、T2S2處理的單位面積總粒數(單位面積穗數×每穗粒數)要明顯高于對照，分別提高了4.82%、9.02%，從而小麥產量顯著增加。

表2 不同施肥模式下小麥產量及其構成因素

2.2 不同施肥模式對小麥莖蘗動態和莖蘗成穗率的影響

不同施肥模式莖蘗動態變化規律基本一致(圖1-A)。施氮處理各生育期莖蘗數均高于不施氮肥處理(0N)。從越冬期到拔節期，各處理的莖蘗數均迅速增長，并在拔節期達到最高莖蘗數。各處理表現為隨著樹脂包膜尿素替代追肥比例的增加小麥莖蘗數越高，其中T3S1、T3S2處理均有較高的莖蘗數(圖1-A)，但生育后期莖蘗數迅速下降，最終莖蘗成穗率分別較對照降低了8.49%和11.50%(圖1-B)，而T2S1、T2S2處理高峰苗莖蘗數和最終成穗數均明顯高于CK、T1S1、T1S2處理，其莖蘗成穗率則與對照差異不明顯，甚至略有增加(圖1-B)。

2.3 不同施肥模式對小麥地上部干物質積累動態的影響

不同施肥模式下小麥地上部干物質積累量均隨生育進程推移呈上升的趨勢(表3)。施氮處理各生育期的干物質積累均顯著高于0N處理。與CK相比，T1S1、T1S2處理在各生育期干物質量以及開花至成熟期干物質積累量均無顯著性差異；T2S1、T2S2處理自拔節開始干物質積累均高于對照，其中成熟期和開花—成熟期干物質積累量分別增加了5.66%、10.34%和7.33%、12.23%。T3S1、T3S2處理均較CK顯著提高了拔節期的干物質積累，但對中后期的干物質積則無明顯增加，其中T3S1處理甚至顯著降低了成熟期和花后干物質積累量。

表3 不同施肥模式下小麥地上部干物質積累動態

2.4 不同施肥模式對小麥旗葉花后光合性能的影響

從圖2-A可以看出，各施氮處理小麥旗葉的SPAD值在開花期較為相近，只有T3S1處理較CK略有降低；在乳熟期各處理的旗葉SPAD值均迅速降低，其中T2S1、T2S2處理的旗葉SPAD值均高于其他各處理，分別比CK高6.56%、9.25%(圖 2-A)。T2S1、T2S2處理的旗葉凈光合速率在開花期與CK差異不顯著，但在乳熟期顯著高于CK，分別高2.26、2.78 μmol/(m·s)(圖2-B)。而T1S1、T1S2、T3S2處理在乳熟期的旗葉SPAD值和凈光合速率則與CK差異不顯著，T3S1處理明顯降低(圖2-A、圖2-B)。表明“一基一追+替代60%追肥”模式可有效延緩開花后旗葉光合性能的下降。

2.5 不同施肥模式對小麥氮素積累量及氮肥利用效率的影響

由表4可知，與CK相比，T1S1、T1S2、T3S2處理的氮素積累量以及氮肥表觀利用效率和農學效率均無顯著差異；T2S1和T2S2處理則有更高的氮素積累量、氮肥表觀利用率、農學效率，其增幅分別為4.31%、9.51%、11.71%和20.71%、13.11%、25.71%；但T3S1處理的上述指標則較對照均有所降低，并且氮素的生理效率也顯著降低，表明T3S1處理未能將吸收的氮素有效地轉化為經濟產量。各處理的氮素收獲指數也表現為T3S1處理最低。

表4 不同施肥模式對小麥氮素吸收與利用效率的影響

2.6 不同施肥模式對小麥經濟效益的影響

從表5可以看出，T1S1、T1S2、T3S2處理的產值與CK差異不明顯，T3S1處理則有所降低，但T2S1、T2S2處理的產值均顯著高于CK，增幅分別為5.13%、10.00%。相較于CK，樹脂包膜尿素替代追肥模式提高了肥料成本，但追肥人工投入減少的更多，其總成本均有不同程度的下降。同時，由于T2S1、T2S2處理產值均顯著提高，二者的凈效益則較CK的增長均超過800元/hm，其中以T2S2處理的凈效益最高，達到8 297.15元/hm，較CK增加了23.17%。

表5 不同施肥模式對小麥經濟效益的影響 元/hm2

3 討論與結論

緩控釋肥作為一種新型肥料，施入土壤后養分緩慢持續釋放，能有效保證養分持續供應以滿足作物的生長需求。有研究認為，控釋尿素一次性基施能達到“一次施肥保全期”的施用效果，對小麥產量構成有顯著的調控效應，能夠實現小麥增產。相關研究則認為，控釋尿素與普通尿素配施可以彌補樹脂包膜緩釋肥前期速效養分釋放較慢的弊端，有利于增加冬小麥的有效分蘗，通過增加成穗數、穗粒數來增加籽粒產量。馮愛青等研究表明，樹脂包膜尿素與普通尿素摻混施用可促進小麥生長，有利于小麥根系對養分的吸收及微生物繁殖，提高氮素利用率和土壤酶活性。本研究結果表明，與常規尿素施肥模式相比，“一基兩追+替代20%追肥”和“一次性基施+替代100%追肥”2種施肥模式的增產效果均不明顯，前者可能由于樹脂包膜尿素替代追肥用量過少，其產量構成因素與對照均無顯著差異，而后者替代了全部追肥用量，雖然顯著提高了單位面積穗數，但每穗粒數和千粒質量均有所降低，緩釋期60 d的樹脂包膜尿素尤為顯著，其小麥產量也較對照減產5%以上。但在“一基一追+替代60%追肥”模式下2種樹脂包膜尿素均顯著提高了小麥產量，分別較對照增產5.08%、10.00%。從產量構成因素來看，“一基一追+替代60%追肥”模式在顯著提高單位面積穗數的同時，仍保持較高的每穗粒數和千粒質量，千粒質量甚至較對照略有增加。推測是60%追肥用量的樹脂包膜尿素基施能持續供應氮素，既滿足了小麥分蘗期養分需求高峰的需要，促進分蘗發生與成穗，且拔節期追施尿素，也能滿足拔節孕穗期對養分的需求，促進花后干物質積累，利于千粒質量增加。本研究結果也表明，“一基一追+替代60%追肥”模式可以有效提高乳熟期旗葉SPAD值，有效延緩旗葉的衰老及乳熟期凈光合速率的下降，促進籽粒灌漿和花后物質積累，為獲得高產打下堅實基礎。

前人研究表明，施用緩釋、控釋氮肥可顯著提高氮肥利用率，減少氮損失。汪強等研究表明，施用緩釋肥能提高氮肥利用率是因為緩釋肥能持續平穩地供氮以減少苗期氮素損失，滿足小麥整個生育期的養分需求。普通尿素較緩釋尿素易造成小麥干物質積累過高，氮素大量累積在秸稈，導致氮肥利用效率較低。袁嫚嫚等研究認為，施用緩釋尿素較農民習慣施肥增加了籽粒的吸氮量，提高了氮素收獲指數。本研究結果則表明，與常規尿素施肥模式相比，“一基一追+60%追肥替代”模式能增加氮素積累量，提高氮肥的利用效率，對氮肥的吸收與利用優于其他2種模式。另外，本研究也發現，“一次性基施+替代100%追肥”模式下小麥氮素積累與氮肥利用效率則較對照未有明顯提高，其氮收獲指數甚至有所降低，但緩釋期長的樹脂包膜尿素能有更高的氮素積累量和氮肥利用效率。馬泉等研究認為，樹脂包膜緩釋肥2次施用下的氮素積累量與氮肥利用效率均要高于一次性基施。

緩控釋肥較高的肥料成本也是限制一次性全量基施大面積推廣的主要因素。相關研究認為，與單施尿素相比，控釋尿素與普通尿素配施雖然增加了一定氮肥成本，但可以顯著增加小麥產量并減少了追肥勞動力投入，使凈收入提高。本研究結果表明，基施樹脂包膜尿素替代追肥下3種模式追肥勞動力投入的減少能彌補氮肥增加的成本投入，一定程度上促進凈效益的增加。但3種模式中以“一基一追+替代60%追肥”模式凈效益最高，則主要來源于產值的顯著增加。“一次性基施+替代100%追肥”模式的產值均較對照有所減少，其中尤以緩釋期60 d的包膜尿素差異尤為明顯。

綜上所述，基施樹脂包膜尿素替代追肥的3種模式下，“一基兩追+替代20%追肥”模式緩釋肥用量較少，增產增效均不明顯；“一次性基施+替代100%追肥”模式最為省工，但緩釋肥成本投入也最多，而要實現穩產，優先選擇緩釋期長的肥料品種；“一基一追+替代60%追肥”模式，有效降低了追肥成本，又發揮了樹脂包膜緩釋肥的功效，實現小麥增產和氮肥的高效利用，最終凈效益也最高，有利于樹脂包膜緩釋肥在小麥生產上的推廣應用。