不同釋放期緩釋尿素配合一次基施對稻茬冬小麥產(chǎn)量及氮肥利用率的影響

陳 立，錢晨誠，徐東憶，錢彩虹，李春燕,2，丁錦峰,2，朱 敏,2，李天兵，郭文善,2，朱新開,2

(1.揚州大學江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術協(xié)同創(chuàng)新中心/揚州大學小麥研究中心, 江蘇揚州225009；2.教育部農(nóng)業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品安全國際合作聯(lián)合實驗室,江蘇揚州225009;3.漢楓緩釋肥料(江蘇)有限公司,江蘇姜堰 225510)

世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的實踐證明，施用化肥是最快、最有效、最重要的作物增產(chǎn)栽培措施。小麥是中國主要糧食作物之一，其高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)對于國家糧食安全和經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，化肥尤其是氮肥的過量施用,不僅會降低氮肥利用效率，且給生態(tài)環(huán)境帶來了嚴重危害；此外，隨著農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移，冬小麥追肥不合理或不追肥現(xiàn)象常有發(fā)生。如何在合理施用氮肥以獲得高產(chǎn)和高效益的同時，提高肥料利用率、減少氮素淋失成為當前農(nóng)業(yè)發(fā)展待解決的問題。緩釋肥的發(fā)展和應用為提高肥料利用率、減少氮素淋失、保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供了方向。緩/控釋肥料是結(jié)合現(xiàn)代植物營養(yǎng)與施肥理論,考慮作物營養(yǎng)需求規(guī)律,延緩或控制肥料在土壤中的釋放期與釋放量,使其養(yǎng)分釋放模式與作物養(yǎng)分吸收相協(xié)調(diào)或同步的新型肥料。相比普通尿素，緩釋尿素可以節(jié)約勞動成本，提高肥料利用率，有利于環(huán)境保護。

有關緩釋肥對小麥生長發(fā)育、產(chǎn)量的影響已有很多研究。一些研究結(jié)果表明，緩釋期120 d左右緩釋尿素一次基施可以滿足小麥整個生育期對于氮素的需求。但現(xiàn)階段市場上推廣應用的緩釋肥包膜成分不同，養(yǎng)分含量不一，其在土壤中的緩釋期存在一定的差異，導致緩釋肥的養(yǎng)分供應與小麥養(yǎng)分需求不完全同步，難以滿足小麥養(yǎng)分需求關鍵時期的生長所需。另有部分學者開展了緩釋肥料分次施用或配合施用方面的研究，得出了不一致的結(jié)果。如，周華敏等認為，冬小麥中高產(chǎn)田以脲醛氮占總氮40%～50%進行配比一次基施，可以有效提高小麥產(chǎn)量；馬 泉等認為，樹脂包膜緩釋肥兩次施可以有效增加小麥產(chǎn)量，提高肥料利用率；李 敏等認為，樹脂膜控釋尿素70%配合普通尿素30%一次基施使用，可以有效提高小麥產(chǎn)量和氮肥利用率。本試驗擬在前人研究基礎上，將不同緩釋期的緩釋尿素進行不同組合，探討新配方緩釋肥一次基施對小麥產(chǎn)量、效益及肥料利用效率的影響，以期為小麥輕簡化栽培提供技術支撐。

1 材料與方法

試驗于2020—2021年在揚州大學江蘇省作物遺傳生理重點實驗室試驗場進行。前茬為水稻，土質(zhì)為沙壤土，0～20 cm土層pH值7.44，有機質(zhì)含量21.68 g·kg，全氮含量1.25 g·kg，堿解氮含量102.66 mg·kg，速效磷含量59.87mg·kg，速效鉀含量156.21 mg·kg。小麥品種為揚麥29。

1.1 試驗設計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設計，共設10個處理，包括7種新配方緩釋肥處理和三個對照，7種新配方緩釋肥(M～M)是由40 d、120 d、160 d 三種不同釋放期的緩釋尿素按照不同比例組合而成，一次性基施；三個對照分別為現(xiàn)推廣的120 d緩釋期的緩釋尿素一次基施(CK)及二次施用(基肥和返青肥各施50%，CK),普通尿素4次分施(基肥∶分蘗肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥=50%∶10%∶20%∶20%，CK)。另設不施氮肥空白用以計算氮效率。緩釋尿素的含氮量為44%，普通尿素含氮量為46%。

各處理純氮用量均為225 kg·hm，基肥于播種前撒施，分蘗肥于4～5葉期撒施，返青肥于2月下旬撒施，拔節(jié)肥于倒3葉期(葉齡余數(shù)2.5)撒施，孕穗肥于倒1葉期(葉齡余數(shù)1.2～0.8)撒施；所有處理磷、鉀肥(PO、KO)用量一致，均為112.5 kg·hm，基施。2020年11月1日播種，基本苗統(tǒng)一為225×10株·hm，用小區(qū)播種機條播，行距27 cm，小區(qū)面積18 m(3 m× 6 m)，隨機排列，重復3次。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 產(chǎn)量及其構成因素測定

小麥成熟期每小區(qū)取3個1 m行長統(tǒng)計穗數(shù)；連續(xù)取50穗統(tǒng)計穗粒數(shù)；每小區(qū)收割1.08 m測定產(chǎn)量、千粒重。測定籽粒含水率，產(chǎn)量和千粒重統(tǒng)一按照含水率13%折算。

1.2.2 植株氮素含量測定及氮效率和效益相關指標計算

分別于小麥越冬期、拔節(jié)期、開花期和成熟期每個小區(qū)取樣20株，將樣品分器官在烘箱內(nèi)105 ℃殺青1 h，80 ℃烘干至恒重，測定干物質(zhì)積累量，重復3次。將烘干的植株樣本粉碎，采用 HSO-HO靛酚藍比色法測定植株氮含量。參照馬 泉等以及段文學等方法計算植株氮素積累、轉(zhuǎn)運及利用率。

氮積累量=干物質(zhì)積累量×含氮量

花前氮素轉(zhuǎn)運量=開花期營養(yǎng)器官氮素積累量-成熟期營養(yǎng)器官氮素積累量

花前氮素轉(zhuǎn)運率=花前氮素轉(zhuǎn)運量/開花期植株氮素積累量×100%

花前轉(zhuǎn)運氮對籽粒氮貢獻率=花前氮素轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒氮素積累量×100%

花后氮素積累量=成熟期植株氮素積累量-開花期植株氮素積累量

花后積累氮對籽粒氮貢獻率=花后氮素積累量/成熟期籽粒氮素積累量×100%

氮肥表觀利用率=(施氮區(qū)植株氮積累量-未施氮區(qū)植株氮積累量)/施氮量×100%

氮肥農(nóng)學效率=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-未施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮量

氮素生理效率=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-未施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量)/(施氮區(qū)植株氮積累量-未施氮區(qū)植株氮積累量)

氮素收獲指數(shù)=籽粒氮素積累量/地上部氮素積累量

產(chǎn)值=籽粒產(chǎn)量×小麥單價

凈效益=產(chǎn)值-氮肥成本-追肥勞動力投入-其他成本投入

小麥價格按江蘇2021年上半年各地平均價格2 291.3元·t計算，尿素肥料價格按市場價2 100元·t計算，不同釋放期緩釋尿素價格不同。其他成本投入主要包含磷鉀肥、種子、農(nóng)藥、機械、人工(除追肥外)等,共計5 926元·hm。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理和繪圖，用SPSS 19.0進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配方緩釋肥對小麥產(chǎn)量及其構成因素的影響

由表1可以看出，不同施肥處理對小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重以及產(chǎn)量均有極顯著影響。結(jié)合圖1可知，新配方緩釋肥(M～M)處理產(chǎn)量均顯著高于CK和CK，M處理產(chǎn)量最高，為 8 676 kg·hm，比CK增產(chǎn)了15.54%，比CK增產(chǎn)了16.71%；M、M處理產(chǎn)量顯著高于CK，分別增產(chǎn)了3.31%和6.29% ,M處理與CK差異不顯著，M、M、M、M處理產(chǎn)量均低于CK。分析產(chǎn)量構成發(fā)現(xiàn)，新配方緩釋肥 (M～M)處理的穗數(shù)均顯著高于CK，M處理穗數(shù)最高且高于三個對照；M、M、M、M處理的穗粒數(shù)顯著高于三個對照，處理間表現(xiàn)為M>M>M>M；千粒重表現(xiàn)為新配方緩釋肥(M～M)處理均低于CK和CK，顯著高于CK。在本試驗條件下，實現(xiàn)小麥高產(chǎn)的最佳氮肥配方為M處理，其次是M和M處理。

2.2 不同配方緩釋肥對氮素積累與轉(zhuǎn)運以及氮肥利用率的影響

2.2.1 對各時期氮素積累量的影響

由表2可以看出，施肥處理對各時期氮素積累量有極顯著的影響。越冬期，M、M、M、M處理的植株氮素積累量均低于三個對照；拔節(jié)期，新配方緩釋肥(M～M)處理的植株氮素積累量均低于CK，顯著高于CK，M、M、M處理的植株氮素積累量高于CK，M、M、M、M處理的植株氮素積累量低于CK；開花期，M、M、M處理的植株氮素積累量均高于三個對照；成熟期，以M處理植株氮素積累量最大，為241.72 kg·hm，其次為M和M處理，M、M、M處理的植株氮素積累量均顯著高于三個對照。籽粒氮素積累量表現(xiàn)為M、M、M處理顯著高于其他處理，其中M處理籽粒氮素積累量最大，為191.23 kg·hm，M、M、M、M處理間無顯著差異。

表1 不同配方緩釋肥對小麥產(chǎn)量及其構成的影響Table 1 Effect of different formulas of slow-release fertilizer on wheat yield and its components

圖1 不同配方緩釋肥相比三種對照的小麥產(chǎn)量增幅

2.2.2 對氮素積累及轉(zhuǎn)運的影響

由表3可知，施肥處理對氮素積累量及轉(zhuǎn)運率有極顯著影響，不同配方緩釋肥(M～M)處理的花前氮素轉(zhuǎn)運量和氮素轉(zhuǎn)運率均顯著高于CK、CK，M、M處理的花前氮素轉(zhuǎn)運量高于CK，M處理與CK差異不顯著。M、M、M處理的花后氮素積累量及其對籽粒氮貢獻率顯著高于CK1和CK3，M、M、M處理間無顯著差異，表明這3個處理能顯著提高花后氮素積累對籽粒的貢獻率；花前轉(zhuǎn)運氮對籽粒氮的貢獻率則以CK最高。綜上所述，本試驗條件下，M處理的花前氮素轉(zhuǎn)運量和花后氮素積累量均最高。

表2 不同配方緩釋肥對小麥氮素積累量的影響Table 2 Effect of different formulas of slow-release fertilizer on N accumulation in wheat at different stages kg·hm-2

表3 不同配方緩釋肥對小麥氮素積累及轉(zhuǎn)運的影響Table 3 Effect of different formulas of slow-release fertilizer on N accumulation and transport in wheat

2.2.3 對小麥氮肥利用率的影響

試驗表明，不同施肥處理對小麥不同氮肥利用率指標的影響不同(表4)。氮肥表觀利用率表現(xiàn)為配方緩釋肥(M～M)處理均高于CK，其中，M處理最高，為53.61%，顯著高于其他處理；M、M、M處理比CK高，且差異顯著； M～M處理顯著高于CK，M處理與CK間差異不顯著。氮肥農(nóng)學效率變化趨勢與氮肥表觀利用率基本一致；氮素生理效率不同處理間無顯著差異；氮收獲指數(shù)表現(xiàn)為新配方緩釋肥(M～M)處理均高于CK、CK，其中以M處理最高，M處理與CK間差異不顯著。這表明M處理可有效增加地上部氮素積累并促進氮素向籽粒運轉(zhuǎn)，從而有效提高氮肥利用率。

2.3 不同配方緩釋肥對小麥經(jīng)濟效益的影響

試驗結(jié)果(表5)表明，不同施肥處理下經(jīng)濟效益存在差異主要由產(chǎn)量、肥料成本以及追肥人工投入等因素造成。新配方緩釋肥(M～M)處理產(chǎn)值均高于CK和CK，M、M、M處理的產(chǎn)值均高于三個對照，M處理產(chǎn)值最高，為 19 879.31元·hm，顯著高于其他處理；氮肥成本表現(xiàn)為新配方緩釋肥(M～M)處理均低于CK和CK，高于CK；追肥人工投入表現(xiàn)為CK最高。M、M、M處理的產(chǎn)值較高且節(jié)約了人工施肥成本，凈效益均比三個對照高，表現(xiàn)為M>M>M，其中M處理比CK、CK、CK增加了29.36%、12.24%、 21.14%。說明不同釋放期緩釋尿素配合一次基施可以獲得比普通尿素多次施用和緩釋尿素兩次施用更高的經(jīng)濟效益，在勞動力匱乏的地區(qū)具有極大應用價值，相比單一緩釋期緩釋尿素一次基施減少了氮肥成本。M處理可以實現(xiàn)產(chǎn)值和經(jīng)濟效益最大化。

表4 不同配方緩釋肥對小麥氮效率的影響Table 4 Effect of different formulas of slow-release fertilizer on N efficiency of wheat

不施氮處理的產(chǎn)量和成熟期氮素積累量分別是4 150.92 kg·hm和121.11 kg·hm。

Yield and nitrogen accumulation at maturity under nonitrogen application were 4 150.92 kg·hmand 121.11 kg·hm,respectively.

表5 不同配方緩釋肥對小麥經(jīng)濟效益的影響Table 5 Effects of different formulas of slow-release fertilizer on economic benefit of wheat yuan·hm-2

圖2 不同配方緩釋肥相比三種對照對小麥經(jīng)濟效益增幅

3 討 論

3.1 不同配方緩釋肥一次基施對氮素積累與轉(zhuǎn)運以及氮肥利用率的影響

合理施肥可滿足小麥不同生育期對氮素的需求，促進植株對氮素的吸收與積累，協(xié)同提升花前氮素轉(zhuǎn)運量和花后氮素積累量，促進籽粒氮素的累積，有效提高氮肥利用效率，且實現(xiàn)增產(chǎn)。緩釋肥作為今后肥料發(fā)展的主要方向，具有環(huán)境友好且高效的優(yōu)點。研究表明，緩釋肥一次基施因受其緩釋期的限制，并不能完全符合小麥整個生育期的養(yǎng)分需求。本研究認為，相比單一釋放期緩釋肥一次基施，采用40 d、120 d、160 d 三種不同釋放期的緩釋尿素進行組合，可以滿足小麥整個生育期對氮素的需求，小麥越冬期、拔節(jié)期植株氮素積累與之相差較小，開花期植株氮素積累已基本高于單一釋放期緩釋肥一次基施，成熟期植株氮素積累和籽粒氮素積累整體均有所提高；花前氮素轉(zhuǎn)運量明顯增加，花后氮素積累量不同處理間有所差異，其中M、M、M處理明顯增加，其余處理間無顯著差異；氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學效率也不同程度地提高。說明在本試驗條件下，新配方緩釋肥(M～M)處理在滿足小麥前期氮素需求的基礎上，能維持生育中后期穩(wěn)定的氮素供應，使小麥植株氮素需求得以匹配，從而促進小麥對氮素的吸收與積累，有效提升花前氮素轉(zhuǎn)運量和花后氮素積累量，提高氮肥利用率。現(xiàn)有單一釋放期的緩釋肥一次基施雖在小麥前期供應充足氮素，但到生育中后期氮素供應不足，易導致供需不協(xié)調(diào)，最終影響產(chǎn)量形成。

有研究表明，緩釋肥兩次施用可以有效促進小麥氮素積累并向籽粒轉(zhuǎn)移，提高肥料利用率。本試驗中，M、M、M處理成熟期植株和籽粒氮積累量均高于兩次施用單一緩釋尿素處理，氮肥表觀利用率和農(nóng)學效率上顯著高于其他處理，其中M處理能更有效地滿足小麥整個生育期對氮素的需求，花前氮素轉(zhuǎn)運量和花后氮素積累量均顯著高于三個對照，成熟期地上部氮素積累量和氮收獲指數(shù)均最大，充分發(fā)揮了肥料利用率，提高氮肥利用率效果最佳。本試驗條件下，緩釋肥一次基施在成熟期植株氮素積累量和氮肥利用率上均高于普通尿素，推測可能原因與氣候條件有關，普通尿素處理越冬期植株氮素積累量較高，但由于抽穗前后的連續(xù)降雨，導致后期追施的普通尿素流失嚴重，后期氮素供應不足，而緩釋肥受小麥生育后期降雨影響較小，故最后普通尿素處理氮素積累均低于緩釋肥。

3.2 不同配方緩釋肥一次性基施的產(chǎn)量及經(jīng)濟效應

氮肥精準調(diào)控應根據(jù)作物生長發(fā)育階段需求特征來確定，小麥生育前期氮素供應充足能保證冬前苗壯并有足夠的分蘗；小麥拔節(jié)期，氮素供應充足有利于促進分蘗成穗，提高小穗分化強度，增加穗粒數(shù)；小麥生育中后期，氮素供應充足有利于延緩植株衰老，增加千粒重和產(chǎn)量。前人研究表明，緩釋肥一次基施對小麥產(chǎn)量構成因素存在不同的調(diào)控效果。如，周華敏等認為，脲醛摻混肥一次基施主要通過提高小麥的穗數(shù)和穗粒數(shù)提高產(chǎn)量；鄭文魁等認為，控釋氮肥一次基施提高產(chǎn)量的途徑是有效提高了小麥的穗粒數(shù)和千粒重；李 敏等認為，控釋尿素配合普通尿素一次基施相比普通尿素可以使穗粒數(shù)和千粒重明顯提高，促使產(chǎn)量提高。本試驗結(jié)果表明，所有施用緩釋肥一次基施的處理較常規(guī)尿素有效提高了穗粒數(shù)和千粒重，促使產(chǎn)量提高。較單一釋放期緩釋尿素，新配方緩釋肥(M～M)處理有效協(xié)調(diào)了小麥生育前后期的氮素供應，對肥料利用率有所提高，有效提高了穗數(shù)，從而提高產(chǎn)量。本試驗條件下，單一緩釋肥兩次施用在增產(chǎn)增效上有明顯成效，驗證了馬 泉等的研究結(jié)果，而M、M、M處理的產(chǎn)量高于兩次施用單一緩釋肥， M處理因更符合小麥整體生育期對于氮素的需求，發(fā)揮了肥料最大利用率，促使產(chǎn)量最大化。

緩釋肥較高的成本是限制其大面積應用的主要因素。相關研究表明，不同釋放期的控釋氮肥摻混一次基施相比常規(guī)施肥能明顯提高小麥的經(jīng)濟效益。本試驗條件下，M、M、M、M處理增產(chǎn)的收益和減少人工施肥的成本可以有效彌補肥料成本的差異，最后凈效益均明顯高于常規(guī)施肥，且有效提高了肥料利用率，可以在冬小麥生產(chǎn)上推廣使用。M處理在節(jié)約施肥人工成本、降低氮肥成本的同時能更好地匹配小麥養(yǎng)分吸收曲線，發(fā)揮肥料的最大利用率，從而更大程度提高產(chǎn)量，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化，可在小麥高產(chǎn)高效輕簡栽培中推廣。