有機無機配施對超晚播冬小麥產量、氮磷養分吸收利用及土壤肥力的影響

賴 寧,耿慶龍,李永福,李 娜,信會男,步生兵,陳署晃

(1.新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所/新疆農業科學院農業遙感中心,烏魯木齊 830091;2.吉木薩爾縣農業技術推廣站,新疆吉木薩爾 831799)

0 引 言

【研究意義】新疆北疆玉米收獲后種植冬小麥是玉米田重要的倒茬方式,北疆玉米在10月中下旬才收獲完畢,玉米茬小麥只能在10月下旬后播種。北疆超晚播冬小麥在10月中旬至11月中旬(凍前)播種,冬前不能出苗[1],較適期播種(9月15日至25日)晚近30 d。與春小麥相比,超晚冬播小麥具有早春出苗、早成熟、降低干熱風危害等優點[2],但易出現春季出苗率低而不穩、苗弱、根系發育和分蘗差[3],影響產量。針對超晚冬播小麥的生長發育特點,探尋相應的栽培措施,減弱不利影響,才能保證產量。研究有機無機配施對北疆超晚播冬小麥產量、氮磷養分吸收利用及土壤肥力的影響,對我區晚播冬小麥合理有機無機配施化肥減量增效、提高養分利用效率和產量、耕地地力提升有重要意義。【前人研究進展】腐殖酸肥具有改良土壤、培肥地力、提高養分供應能力等積極作用[4,5]。與單施化肥相比,有機無機配施能有效活化土壤養分[6-8]、改善土壤微生物群落結構[9,10]、有利于提高作物水肥利用效率和產量[11,12]。有文獻研究了有機無機配施對小麥[13-14]、水稻[15,16]、玉米[17,19]、棉花[20,21]、加工番茄[22,23]等作物產量、養分吸收利用和土壤肥力的影響,認為合理的有機無機配施可以協調作物對養分的需求,有助于培肥土壤與作物增產,提高化肥的利用效率。【本研究切入點】有機無機配施能有效提高作物產量和化肥的利用效率,有助于提高土壤肥力,但針對新疆北疆晚播冬小麥有機無機配施相關研究未見報道。需研究有機無機配施對新疆北疆超晚播冬小麥產量、氮磷養分吸收利用及土壤肥力的影響。【擬解決的關鍵問題】研究化肥減量配施不同劑量腐殖酸肥對新疆北疆超晚播冬小麥產量及構成因素、小麥氮磷養分吸收、利用率和土壤養分的影響,為新疆北疆超晚播冬小麥化肥減量增效、麥田土壤肥力提升和小麥施肥結構調整提供科學依據和參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018～2019年度在新疆昌吉州奇臺縣西北灣鄉柳樹河子村進行(89°31′26″E,44°5′38″N),海拔690 m。土壤類型為壤質灰漠土,0～20 cm土層的土壤pH值為8.12,耕層鹽分含量為1.46 g/kg,有機質含量為16.61 g/kg,全氮含量為0.94 g/kg,速效磷含量為19.31 mg/kg,速效鉀含量為272 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用隨機區組設計,設置7個試驗處理:(1)常規施氮處理NF,全生育期N 300 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2;(2)優化施氮處理OPT,80%常規施氮,全生育期N 240 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2;(3)無氮處理N0,全生育期N 0 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2;(4)無磷處理P0,N 240 kg/hm2、P2O50 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2;(5)有機無機配施處理1,NM1(OPT配施腐殖酸肥1.80 kg/hm2);(6)有機無機配施處理2,NM2(OPT配施腐殖酸肥3.60 kg/hm2);(7)有機無機配施處理3,NM3(OPT配施腐殖酸肥5.40 kg/hm2)。每個處理重復3次,隨機排列,小區面積為7.2 m×10 m=72 m2,各試驗小區地勢平整、地力均衡。氮肥為常規尿素(N≥46%),磷肥為重過磷酸鈣(P2O5≥47%),鉀肥為顆粒硫酸鉀(K2O≥50%),腐殖酸肥由南寧太美生物科技有限公司生產(養分含量為N∶P2O5∶K2O=6∶0∶14,腐殖酸≥55%)。30%的氮肥、全部的磷肥和鉀肥(NM1、NM2和NM3需扣除腐殖酸有機肥中的N、P2O5、K2O養分)做基肥施用,剩余70%氮肥作追肥隨水滴施,其中返青期、拔節期、孕穗期、揚花期和灌漿期的施氮比例分別20%、10%、15%、15%和10%。腐殖酸有機肥分2次追施,分別在孕穗期和揚花期施用,每次為總量的50%。

材料為當地主栽品種新冬22號,播種量為300 kg/hm2,全生育期總灌溉量為4 050 m3/hm2(播種后滴出苗水450 m3/hm2,冬灌900 m3/hm2,返青期、拔節期、孕穗期、揚花期、灌漿期和乳熟期各滴水1次,每次450 m3/hm2,滴灌帶布置為1管4行(4行小麥1條滴灌帶,行距為15 cm)。其他各項管理與大田生產相同,無明顯病蟲草害。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 植株取樣與測產

在小麥成熟期每試驗小區取有代表性2 m2(1 m×2 m)樣方測產,調查割方總莖數、有效穗數、千粒重、容重,按照籽粒12.5%折算出產量。每小區取10株小麥植株樣,按莖、葉、穗分裝,帶回實驗室放入烘箱中105℃殺青30 min,75℃烘24 h至恒重,測試分析全氮、全磷和全鉀含量。

植株的全氮、全磷、全鉀含量分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法、火焰光度計法測定。

1.2.2.2 土壤取樣

小麥成熟期每試驗小區取0～20 cm土樣,實驗室內剔除根系、殘膜、石塊等,自然風干后測試分析有機質、全氮、有效磷和速效鉀含量。

采用常規分析方法測定,土壤有機質(OM)采用重鉻酸鉀外加熱氧化法測定,全氮(TN)采用凱氏蒸餾法測定;速效磷(AP)采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法測定,速效鉀(AK)采用1 mol/L NH4Ac浸提火焰光度法測定。

1.2.2.3 相關指標計算

地上部氮(磷)素積累量=莖葉干物重×莖葉干物質含氮(磷)量+籽粒干物重×籽粒干物質含氮(磷)量;

氮(磷)肥利用率(REN/P)=(全肥區植株地上部氮(磷)素積累量-缺氮(磷)區植株地上部氮(磷)素積累量)/施氮(磷)肥量×100%。

氮(磷)肥農學效率(AEN/P)=(全肥區籽粒產量-缺氮(磷)區籽粒產量)/施氮(磷)肥量;

氮(磷)肥偏生產力(PFPN/P)=全肥區產量/施氮(磷)肥量×100%。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2007和IBM SPSS Statistics 20軟件下進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 有機無機配施對晚播冬小麥產量及產量構成的影響

研究表明,有機無機配施促進了晚播冬小麥穗數的增加,有機無機配施處理晚播冬小麥穗數顯著高于常規施氮處理,NM1、NM2、NM3分別較NF增加16.42%、18.64%和24.16%,分別較OPT增加1.05%、2.98%、7.77%;有機無機配施對晚播冬小麥穗粒數的增加具有積極作用,隨著腐殖酸肥配施量的增加,穗粒數呈現增加趨勢,NM3處理穗粒數顯著高于NM1、NM2、OPT和NF處理,穗粒數分別增加7.74%、5.36%、8.50%和12.42%,NM1、NM2、OPT和NF處理間穗粒數差異不顯著;各處理間千粒重差異不顯著,NM3最大,NM2次之;NM3產量最大,顯著高于其他處理,較NF處理增產32.48%,較OPT處理增產20.48%,NM1和NM2處理產量顯著高于NF處理,但與OPT處理差異不顯著,分別較NF處理增產13.93%和18.05%,較OPT處理增產3.61%和7.36%。表1

表1 產量及產量構成因素

2.2 有機無機配施對晚播冬小麥植株氮磷吸收的影響

研究表明,有機無機配施有助于提高晚播冬小麥植株對氮、磷元素的吸收利用,不同處理超晚冬播小麥氮磷吸收量整體表現全肥處理高于缺素處理,優化施肥OPT高于常規施氮NF,有機無機配施處理高于單是化肥處理,且隨著腐殖酸肥配施量的增加而增加。NM3處理的莖葉吸氮量、籽粒吸氮量和地上部總吸氮量最高,顯著高于N0和P0處理,與OPT、NM1、NM2和NF處理差異不顯著。NM3莖葉吸氮量分別較OPT和NF提高了11.64%和12.12%,籽粒吸氮量分別較OPT和NF提高了7.71%和9.36%,地上部總吸氮量分別較OPT和NF提高了8.38%和9.83%

NM3處理莖葉吸磷量最大,顯著高于N0和NF處理,與P0、OPT、NM1和NM2處理差異不顯著,NM3莖葉吸磷量分別較OPT和NF提高了27.39%和53.58%。NM3處理籽粒吸磷量最大,與NM2差異不顯著,顯著高于其他處理,NM2與NM1差異不顯著,顯著高于N0、P0、OPT和NF處理,NM2和NM3籽粒吸磷量分別較OPT提高了11.14%和17.60%,分別較NF提高了21.15%和28.61%。NM3地上部總吸磷量最大,與NM2差異不顯著,顯著高于其他處理,NM2與NM1差異不顯著,顯著高于N0、P0、OPT和NF處理,NM2、NM3地上部總吸磷量分別較OPT提高了12.16%和18.46%,分別較NF提高了23.68%和30.62%。表2

表2 不同處理下超晚冬播小麥氮磷吸收量變化

2.3 有機無機配施對晚播冬小麥氮磷利用效率的影響

研究表明,有機無機配施處理REN和REP顯著高于NF,均隨著腐殖酸肥配施量的增加而增加。NM3處理REN和REP最大,均顯著高于NM1和OPT,與NM2差異不顯著。NM1、NM2、NM3較NF處理REN分別提高34.92%、53.32%和71.68%,REP分別提高了87.23%、124.03%和166.09%,較OPT處理REN分別提高了2.67%、16.67%和30.65%,REP分別提高了20.26%、43.90%和70.92%。

有機無機配施處理AEN和AEP顯著高于NF,均隨著腐殖酸肥配施量的增加而增加,NM3處理AEN和AEP最大,均顯著高于NM1、NM2和OPT,NM1、NM2和OPT間差異不顯著。NM1、NM2、NM3較NF處理相比,AEN分別提高164.49%、205.97%和350.28%,AEP分別提高了166.67%、215.78%和388.30%,較OPT處理相比,AEN分別提高了17.55%、35.98%和100.13%,AEP分別提高了21.72%、44.13%和122.88%。

有機無機配施處理PFPN和PFPP顯著高于NF,均隨著腐殖酸肥配施量的增加而增加,NM3處理PFPN和PFPP最大,均顯著高于NM1、NM2和OPT,NM1、NM2和OPT間差異不顯著。NM1、NM2、NM3較NF處理相比,PFPN分別提高42.41%、47.59%和65.61%,PFPP分別提高了13.92%、18.05%和32.49%,較OPT處理相比,PFPN分別提高了3.59%、7.36%和20.47%,PFPP分別提高了3.60%、7.36%和20.48%。表3

表3 不同處理下超晚冬播小麥氮磷利用效率變化

2.4 有機無機配施對土壤肥力因素的影響

研究表明,0～20 cm土壤全氮含量NM3最高,NM2次之,NM2和NM3顯著高于其他處理,NM1高于OPT和NF處理,但與二者差異不顯著;NM1、NM2和NM3分別較OPT提高了13.33%、44.00%和54.67%,分別較NF提高了7.59%、36.71%和46.84%。20～40 cm土壤全氮含量NM3最高,NM2次之,NM2和NM3顯著高于N0、P0、OPT和NF處理,NM1顯著高于OPT,與NF差異不顯著;NM1、NM2和NM320～40 cm土壤全氮含量分別比OPT提高了36.41%、42.44%和45.51%,分別較NF提高了9.13%、13.95%和16.41%。

0～20 cm土壤有機質含量NM3最高,NM2次之,NM2和NM3顯著高于N0、P0、OPT和NF處理,與NM1差異不顯著。 NM10～20 cm土壤有機質含量高于OPT和NF處理,但與二者差異不顯著;NM1、NM2和NM3分別較OPT提高了31.48%、39.51%和50.40%,分別較NF提高了31.79%、39.84%和50.76%。20～40 cm土壤有機質含量NM3最高,NM2次之,NM1、NM2和NM3顯著高于P0和OPT處理,與N0和NF差異不顯著;NM1、NM2和NM3分別比OPT 提高了32.54%、35.56%和38.15%,分別較NF提高了8.85%、11.33%和13.45%。

0～20 cm土壤有效磷含量NM3最高,NM2次之,NM1、NM2和NM3顯著高于N0、P0和NF處理,與N0和OPT差異不顯著;NM1、NM2和 NM2分別較OPT提高了30.06%、33.35%和42.50%,分別較NF提高了63.31%、67.44%和78.92%。20～40 cm土壤有效磷含量NM2最高,NM3次之,NM1顯著高于N0、P0和OPT,與NF差異不顯著;NM1、NM2和NM3分別比OPT 提高了92.43%、110.58%和100.11%,分別較NF提高了38.13%、51.16%和43.65%。

0～20 cm土壤速效鉀含量N0最高,但與其他處理差異不顯著;NM1、NM2和NM3均高于OPT和NF,但之間差異不顯著,NM1、NM2和NM3分別較OPT提高了8.32%、6.02%、12.71%,分別較NF提高了12.63%、10.24%和17.20%。20～40 cm土壤速效鉀含量N0最高,顯著高于其他處理,P0、NM1、NM2、NM3、OPT和NF間顯著不顯著;NM1、NM2處理20～40 cm土壤速效鉀含量均低于OPT 和NF處理,NM3較OPT提高了6.51%,與NF相當。表4

表4 不同處理下超晚冬播小麥麥田土壤養分含量變化

3 討 論

土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀含量均為衡量土壤肥力的指標[14]。化肥可以迅速改善土壤養分的供應,但易損失,而有機肥中養分釋放相比較緩慢,養分不易損失,有機無機配施可以改善土壤微生物的活性,提高土壤養分的釋放能力,改善土壤供應,減少養分損失,為作物生長提供充足的養分環境,延緩衰老,延長灌漿時間,提高作物養分吸收利用,實現增產效果[23]。試驗結果表明,80%常規施氮配施不同劑量腐殖酸肥對提高晚播冬小麥穗數、穗粒數和產量的提高具有積極作用,與常規施氮相比,當80%常規施氮配施腐殖酸肥5.40 kg/hm2時,穗數、穗粒數和產量分別提高了24.16%、12.42%和32.48%,與以往的研究結果基本一致,張晶等[24]研究表明,有機無機配施可以增加成穗數、穗粒數并可以改善光合特性,延長灌漿持續期,提高小麥對養分的吸收利用,促進增產。申長衛等[25]研究表明,適宜的有機無機配施能提高小麥各生育階段的吸氮強度和籽粒中的氮素分配率,對提高冬小麥植株氮素具有積極作用。研究發現,有機無機配施超晚冬播小麥莖葉、籽粒和地上部總氮磷積累量均高于其他處理,與前人研究結果一致。與常規施氮相比,當80%常規施氮配施腐殖酸肥5.40 kg/hm2時,莖葉吸氮量、籽粒吸氮量、地上部總吸氮量分別提高12.12%、9.36%和9.83%,莖葉吸磷量、籽粒吸磷量、地上部總吸磷量分別提高53.58%、28.61%和30.62%。

肥料利用率低是我國作物種植管理的突出問題,有機無機配施可以優化改善化肥管理,是提高肥料利用率行之有效的措施之一[26]。孟琳等[27]研究表明,與單施化肥相比,有機無機配施能顯著提高水稻對氮素利用率和農學效率。魏文良等[28]在長期定位試驗研究結果的基礎上,基于用文獻計量,研究了有機無機肥配施對我國小麥、玉米、水稻產量、氮肥利用效率的影響,結果表明,有機無機配施相比單施化肥產量平均提高了18.2%,氮肥偏生產力提高了32.5%。張麗麗等[22]研究表明,在堿性土壤條件下,有機無機配施可以顯著提升磷肥利用率和肥料產量貢獻率。研究結果表明,與常規施氮相比,有機無機配施REN提高了34.92%～71.68%,AEN提高了164.49%～350.28%,PFPN提高了42.41%～65.61%,REP提高了87.23%～166.09%,AEP提高了166.67%～388.30%,PFPP提高了13.92%～32.49%,與前人研究結果基本一致。有機無機配施可以顯著降低土壤pH值,改善土壤團粒結構,提高土壤養分含量,促進根系生長,有利于作物對養分的吸收利用[14,26],提高作物生物量和產量,最終提肥料利用效率。

施用有機肥對提高土壤肥力具有積極作用[28-32]。胡明芳等[33]研究表明,申長衛等[25]研究表明,與單施化肥相比,有機無機配施可顯著提高土壤全氮、有機質、有效磷和速效鉀含量。于昕陽等[34]研究表明,有機無機配施可顯著提高土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。Yang 等[35]等通過長期定位試驗研究表明,與單施化肥相比,有機無機配施后,土壤全氮的含量顯著提高46%～55%,而且隨有機肥投入量增加而增加。試驗結果表明,與常規施氮相比,有機無機配施后,土壤中全氮含量、有機質、有效磷和速效鉀含量都有不同程度地提高,且隨腐殖酸肥配施量的增加而增加,與前述結論一致。

4 結 論

4.1有機無機配施對不同程度提高了超晚播冬小麥穗數、穗粒數、產量和氮磷吸收積累量。與常規施氮相比,穗數提高了16.42%～24.16%,穗粒數提高了4.35%～12.42%,產量提高了13.93%～32.48%,地上部植株氮積累量提高了2.08%～9.83%,磷積累量提高了16.08%～30.62%。

4.2有機無機配施均不同程度的提高了超晚播冬小麥氮磷肥料利用效率。與常規施氮相比,有機無機配施REN34.92%～71.68%,AEN提高了164.49%～350.28%,PFPN提高了42.41%～65.61%,REP提高了87.23%～166.09%,AEP提高了166.67%～388.30%,PFPP提高了13.92%～32.49%。

4.3有機無機配施均不同程度的提高了麥田土壤養分含量,對土壤肥力的提高具有積極作用。與常規施氮相比,有機無機配施0～20 cm土壤全氮含量提高7.59%～46.84%,有機質含量提高了31.79%～50.76%,有效磷含量提高63.31%～78.92%,速效鉀含量提高12.63%～17.20%。