施肥方式對小麥生長、產(chǎn)量及土壤硝態(tài)氮含量的影響

劉 蘋，李 燕，趙海軍，沈玉文，宋效宗，房 鋒，張柏松

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室, 山東 濟南 250100；2.山東省農(nóng)業(yè)科學院，山東 濟南 250100； 3.山東省農(nóng)業(yè)科學院 植物保護研究所, 山東 濟南250100)

施肥方式對小麥生長、產(chǎn)量及土壤硝態(tài)氮含量的影響

劉 蘋1，李 燕1，趙海軍2*，沈玉文1，宋效宗1，房 鋒3，張柏松1

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室, 山東 濟南 250100；2.山東省農(nóng)業(yè)科學院，山東 濟南 250100； 3.山東省農(nóng)業(yè)科學院 植物保護研究所, 山東 濟南250100)

采用田間小區(qū)試驗的方法，研究了5種施肥方式(處理1：1/2尿素播種前撒施旋耕，1/2尿素返青拔節(jié)期追施旋耕；處理2：全部尿素播種前撒施旋耕；處理3：全部控釋氮肥播種前撒施旋耕；處理4：全部控釋氮肥播種前在種子正下方條施；處理5：全部控釋氮肥播種前在種子側(cè)下方條施)對小麥生長、產(chǎn)量及土壤硝態(tài)氮含量的影響。結(jié)果表明，各處理間小麥株高、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量差異不顯著，基本苗數(shù)和冬前最大分蘗數(shù)以處理2最高，春季最大分蘗數(shù)以處理1、3、5較高，3個處理間差異不顯著。處理1、3、4、5的小麥生物量較高，處理間差異不顯著，但均顯著高于處理2。小麥產(chǎn)量受穗數(shù)影響最大，處理1、3、5的產(chǎn)量較高，分別為9 139、9 097、8 930 kg/hm2，三者差異不顯著；處理2產(chǎn)量最低，為8 407 kg/hm2，顯著低于其余4個處理。氮肥偏生產(chǎn)力各處理間變化趨勢與產(chǎn)量一致，處理1、3、5較高，彼此間無顯著差異，處理2最低。處理3、4、5在拔節(jié)期和孕穗期0～90 cm土層硝態(tài)氮含量與施用尿素的處理1、2差異相對較小(60～90 cm孕穗期差異相對稍大)，在小麥收獲后硝態(tài)氮含量相對較高?？傮w上，控釋氮肥一次性撒施旋耕和條施于種子側(cè)下方的施肥方式效果較好，既能保證小麥穩(wěn)產(chǎn)，又能使土壤保持較高的硝態(tài)氮含量，從而減輕面源污染的風險。

小麥； 施肥方式； 產(chǎn)量； 硝態(tài)氮含量

施用化肥是最有效、最快的增產(chǎn)措施，但是傳統(tǒng)肥料及施肥方式存在嚴重浪費、污染環(huán)境等問題，需要采取新的措施達到化肥減量增效的目的[1-2]。應用緩釋性肥料，并采取針對性的施肥技術是從根本上解決我國施肥落后現(xiàn)狀的唯一途徑，也是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然選擇[3]。控釋肥料作為一種新型肥料，不僅能夠調(diào)節(jié)土壤-植物系統(tǒng)中養(yǎng)分的有效性，而且能夠提供與作物營養(yǎng)需求相吻合的養(yǎng)分[4-6]。控釋肥料與普通肥料相比，具有養(yǎng)分持續(xù)均衡供應的特點，在用量大幅減少的情況下，還能保證對作物養(yǎng)分的充足供應[7-9]。目前，關于常規(guī)肥料施用方法的研究相對較多，而隨著控釋肥料的快速發(fā)展，其養(yǎng)分釋放特征與常規(guī)肥料有明顯區(qū)別，傳統(tǒng)的施肥方法可能不適合控釋肥料的實際應用。因此，對于控釋肥料施用方法的研究需求也更加迫切。控釋氮肥在玉米[10-14]和水稻[15-17]上的研究與應用技術已日趨成熟，而冬小麥生育期長，是水稻和玉米的2倍，對控釋氮肥的養(yǎng)分釋放性能要求更高。因此，研究適宜的控釋氮肥及其最佳施用方式對于小麥生產(chǎn)中一次性施肥技術的應用和推廣具有重要意義。為此，研究了同等養(yǎng)分投入量情況下，不同氮肥(尿素和自制控釋氮肥)的不同施用方法對小麥生長、產(chǎn)量及土壤硝態(tài)氮含量的影響，旨在探索小麥生產(chǎn)過程中適宜的氮肥類型、施用方法，以期為小麥控釋肥料的一次性機械化施用技術研究提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗地土壤類型為褐土，質(zhì)地為黏土，0～30 cm耕層土壤容重為1.23 g/cm3；0～30、30～60、60～90 cm土層土壤的養(yǎng)分含量見表1。供試小麥品種為濟麥22。

表1 供試土壤的養(yǎng)分含量

1.2 試驗設計

試驗共設5個處理，處理1：1/2氮撒施，10～15 cm旋耕后播種，1/2氮返青拔節(jié)期追施；處理2：全部氮撒施，10～15 cm旋耕后播種；處理3：全部氮撒施，10～15 cm旋耕后播種；處理4：全部氮條施(在種子正下方6～8 cm)，然后播種；處理5：全部氮在種子側(cè)下方條施(在種子下垂直距離為6～8 cm，橫向距離為5～6 cm)，然后播種。每個處理重復3次，小區(qū)面積為20 m2(12.5 m×1.6 m)，隨機區(qū)組排列。處理1—2中的氮素來源為尿素(含N 46%)；處理3—5中的氮素來源為控釋氮肥，是山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所自行研制的包膜尿素(含N 44%)。所有處理氮、磷、鉀養(yǎng)分投入量相同，均為N 210 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 105 kg/hm2，磷肥用重過磷酸鈣，鉀肥用顆粒狀硫酸鉀，磷、鉀肥全部作為底肥基施。小麥播種量為195 kg/hm2，行距為20 cm。次年收獲，每小區(qū)取5 m2的樣方收獲計產(chǎn)。

1.3 測定項目及方法

測定小麥基本苗數(shù)、冬前最大分蘗數(shù)、春季最大分蘗數(shù)、株高等。

于小麥拔節(jié)、孕穗期和收獲期，分0～30 cm、30～60 cm和60～90 cm不同土層采集土樣，分析各處理土壤硝態(tài)氮含量。硝態(tài)氮含量的測定采用紫外分光光度計法。

成熟時，每小區(qū)取5 m2小麥從根部貼地處割下，收獲后測定生物量、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量等指標，并計算各處理的氮肥偏生產(chǎn)力，氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施氮處理產(chǎn)量(kg/hm2)/施氮量(kg/hm2)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對小麥主要農(nóng)藝性狀的影響

由表2可知，不同施肥處理對小麥主要農(nóng)藝性狀有一定的影響，其中對基本苗數(shù)、冬前最大分蘗數(shù)和春季最大分蘗數(shù)的影響較為顯著，不同施肥處理間株高無顯著差異?；久鐢?shù)和冬前最大分蘗數(shù)以處理2最高，分別為172萬株/hm2和1 080萬個/hm2，比其他處理分別增加了4.88%～21.13%、3.05%～7.36%；處理4、處理5較低。春季最大分蘗數(shù)以處理1、3、5較高，3個處理間差異不顯著，但均顯著高于其他處理，其中處理1的春季最大分蘗數(shù)最大，達1 250萬個/hm2，比其他處理高出1.63%～9.17%。綜上，全部尿素撒施旋耕處理對基本苗數(shù)和冬前最大分蘗數(shù)有一定的促進作用，但是由于后期養(yǎng)分供應相對不足，因此不利于春季小麥的分蘗和穗數(shù)的形成。

表2 不同施肥處理對小麥主要農(nóng)藝性狀的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

2.2 不同施肥處理對小麥產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力的影響

由表3可知，處理1、3、4、5的小麥生物量較高，處理間差異不顯著；處理2的生物量最低，與其他4個處理相比降低了5.85%～8.96%，差異達到顯著水平。各處理之間小麥穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量沒有顯著差異，穗數(shù)差異較為明顯，以處理1、3、5的穗數(shù)較高，3個處理間差異不顯著，但均顯著高于其他處理。其中，處理1穗數(shù)最高，達到了520萬穗/hm2;處理2最低，只有468萬穗/hm2。各處理小麥產(chǎn)量受穗數(shù)的影響最大，處理1、3、5產(chǎn)量較高，分別為9 139、9 097、8 930 kg/hm2，彼此間差異不顯著，但均顯著高于其余2個處理；尿素全部撒施的處理2小麥產(chǎn)量最低，為8 407 kg/hm2，顯著低于其余4個處理。氮肥偏生產(chǎn)力的變化趨勢與小麥產(chǎn)量一致，也表現(xiàn)為處理1>處理3>處理5>處理4>處理2，處理1、3、5氮肥偏生產(chǎn)力較高，三者之間沒有顯著差異，但均顯著高于其余2個處理；處理2氮肥偏生產(chǎn)力最低，較其余4個處理顯著降低5.88%～8.05%。

表3 不同施肥處理對小麥產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力的影響

2.3 不同施肥處理對小麥不同生育時期土壤硝態(tài)氮含量的影響

由圖1可知，隨著生育進程的推進，總體上所有處理拔節(jié)期、孕穗期0～30 cm土層土壤硝態(tài)氮含量變化不大，各處理之間差異也較小，收獲期明顯升高。其中，處理1由于在拔節(jié)期補施了尿素，因此，拔節(jié)期土壤硝態(tài)氮含量最高，達24.18 mg/kg；處理2在播種時尿素全部撒施，因此，在植物后續(xù)的生長時期，土壤中的硝態(tài)氮一直處于較低水平，3個時期分別為14.81、15.87、85.72 mg/kg；處理3、處理4、處理5施用的是控釋氮肥，雖然前期含量較低，但是在收獲期仍能夠保持較高水平，處理5在孕穗期和收獲期的土壤硝態(tài)氮含量均最高，分別為28.43、117.51 mg/kg。

由圖2可知，在30～60 cm土層中，所有處理土壤硝態(tài)氮含量總體上隨著生育進程的推進而升高(處理1除外)，其中收獲期明顯升高。處理1由于在拔節(jié)期補施了尿素，因此,拔節(jié)期土壤硝態(tài)氮含量最高，達28.95 mg/kg，之后隨著小麥生長需要吸收氮素而使土壤中硝態(tài)氮含量降低，收獲期小麥植株不再吸收氮素，土壤中硝態(tài)氮開始積累；處理2土壤硝態(tài)氮含量在各時期一直較低；處理3土壤硝態(tài)氮含量一直處于較高水平，拔節(jié)期為27.55 mg/kg，收獲期為81.52 mg/kg；處理4和處理5土壤硝態(tài)氮含量前期較低，但是隨著控釋氮肥的緩慢釋放，從孕穗期開始一直處于較高水平，到收獲期時分別達到了95.96 mg/kg和99.04 mg/kg。

圖1 不同施肥處理對0～30 cm土層硝態(tài)氮含量的影響

圖2 不同施肥處理對30～60 cm土層硝態(tài)氮含量的影響

由圖3可知，在60～90 cm土層中，土壤硝態(tài)氮含量較低。除了處理1和處理3土壤硝態(tài)氮含量隨生育進程推進先升高后降低外，其余處理均呈升高趨勢。拔節(jié)期，處理1的優(yōu)勢也不再明顯，土壤硝態(tài)氮含量為7.13 mg/kg?？傮w來看，3種控釋氮肥處理的土壤中硝態(tài)氮含量在各個時期均較高(除處理5在拔節(jié)期較低外)，其中處理3土壤硝態(tài)氮含量在小麥生長期一直保持較高水平，拔節(jié)期和孕穗期分別為23.11 mg/kg和21.87 mg/kg。處理5土壤硝態(tài)氮含量前期較低，只有4.37 mg/kg，隨著時間推進，含量明顯增加，到收獲期達到42.4 mg/kg。

綜合分析可以看出，施用控釋氮肥的3個處理在小麥拔節(jié)期和孕穗期的各土層土壤硝態(tài)氮含量與施用尿素的2個處理差異較小，在小麥收獲期控釋氮肥處理的土壤硝態(tài)氮含量較高,分析其原因，可能與控釋氮肥能夠緩慢釋放氮，從而減少氮的淋溶損失有關。

圖3 不同施肥處理對60～90 cm土層硝態(tài)氮含量的影響

3 結(jié)論與討論

控釋肥作為一種新型肥料，能夠提高養(yǎng)分利用率，增加作物產(chǎn)量，減少養(yǎng)分流失，減輕對環(huán)境造成的污染，同時還可以節(jié)省勞動成本[18-22]?？蒯尫拾l(fā)揮作用時距離根系近，有利于養(yǎng)分的吸收，為一次性完成小麥的播種、施肥提供可能。施肥方式是影響肥料利用率的重要因素之一,不同養(yǎng)分供應位置顯著影響作物根系的生長和養(yǎng)分的吸收。控釋肥施肥位置不當容易引起施肥成本高、作物增產(chǎn)不理想等問題。目前，關于小麥生產(chǎn)過程中控釋氮肥施肥方式的研究較少。劉永哲等[23]對江蘇沙壤土的研究表明，控釋期為60 d的包膜尿素在小麥播種行側(cè)方3 cm、深5 cm處一次基施處理的增產(chǎn)效果最好，比當?shù)亓晳T施肥增產(chǎn)6.5%，氮肥利用率較習慣施肥提高17.3%，側(cè)施處理優(yōu)于種下深施。張務帥[24]的研究表明，控釋氮肥5、15、25 cm 3種施用深度中,施用深度5、15 cm處理較普通復合肥撒施翻耕15 cm處理顯著提高了0～20 cm土層土壤全氮、速效氮、有效磷和速效鉀的含量,施用深度15 cm處理比普通復合肥撒施翻耕增產(chǎn)15%左右；施用深度25 cm處理在小麥生長前期養(yǎng)分供應不足,不利于小麥分蘗和生長，在小麥生產(chǎn)中建議控釋氮肥施用深度為15 m。本試驗研究了3種控釋氮肥的施肥方法，除了設置側(cè)下和正下條施處理外，還設置了撒施旋耕處理的施肥方法，結(jié)果表明，在泰安褐土上，控釋氮肥一次性撒施旋耕處理與條施于種子側(cè)下方的處理小麥產(chǎn)量較高，與尿素一半撒施旋耕、一半追肥處理的產(chǎn)量接近，控釋氮肥條施于種子正下方的處理小麥產(chǎn)量相對較低，但優(yōu)于傳統(tǒng)尿素全部撒施后旋耕播種的施肥方法。這與上述研究的結(jié)論基本一致，控釋氮肥在小麥種子側(cè)下方施用效果優(yōu)于正下方施用，關于控釋氮肥撒施旋耕方法對小麥的增產(chǎn)效果研究較少，還有待于開展進一步的研究。

前人研究發(fā)現(xiàn)，施用控釋氮肥對作物增產(chǎn)的效果不僅明顯，而且還能夠減少氮素淋溶，提高耕層土壤的速效氮含量，減少對地下水的污染[25-27]。本研究對小麥不同生育時期土壤硝態(tài)氮含量的測定結(jié)果也表明，控釋氮肥處理土壤各個深度土層的硝態(tài)氮含量均較高，減輕了硝態(tài)氮向深層地下水淋溶損失的風險。

綜合各方面的因素，控釋氮肥一次性撒施旋耕和條施于種子側(cè)下方的施肥方式效果較好，既能保證小麥穩(wěn)產(chǎn)，又能使土壤保持較高的硝態(tài)氮含量。因此，在小麥生產(chǎn)過程中施用控釋氮肥，不僅有利于產(chǎn)量的提高，而且有益于土壤硝態(tài)氮的保持，減輕面源污染的風險，同時能夠減少勞動力的投入，值得推廣?？蒯尩实淖罴咽┯梅绞竭€需要在不同生態(tài)區(qū)、不同地力條件下開展廣泛的研究來進行驗證總結(jié)。

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Effects of Fertilization Modes on Wheat Growth,Yield and Content of Soil Nitrate Nitrogen

LIU Ping1,LI Yan1,ZHAO Haijun2*,SHEN Yuwen1,SONG Xiaozong1, FANG Feng3,ZHANG Bosong1

(1.Institute of Agricultural Resources and Environment,Shandong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Agro-environment of Huang-Huai-Hai Plain,Ministry of Agriculture,Ji’nan 250100,China; 2.Shandong Academy of Agricultural Sciences，Ji’nan 250100,China; 3.Institute of Plant Protection,Shandong Academy of Agricultural Sciences，Ji’nan 250100,China)

The effects of five fertilization modes(treatment 1: 1/2 urea broadcasting before sowing,1/2 urea broadcasting at root elongation stage; treatment 2: all urea broadcasting before sowing;treatment 3: all controlled release nitrogen fertilizer broadcasting before sowing;treatment 4:all controlled release nitrogen fertilizer banding blow the seed directly before sowing;treatment 5:all controlled release nitrogen fertilizer banding blow the seed on one side before sowing) on wheat growth,yield and soil content of nitrate nitrogen were studied using field plot test method.The results showed that wheat plant height,spike grain number and thousand seed weight had no significant differences among five treatments.Treatment 2 had the highest basic seedlings and winter maximum tillering.Treatments 1,3 and 5 had higher spring maximum tillering,and there was no significant difference among the three treatments.Wheat biomass of treatments 1,3,4 and 5 were significantly higher than that of treatment 2,but there was no significant difference among the four treatments.The wheat yield was most affected by spike number.Treatments 1,3 and 5 had higher wheat yield,with 9 139 kg/ha,9 097 kg/ha and 8 930 kg/ha,respectively,and there was no significant difference among them.The wheat yield of treatment 2 was the lowest with 8 407 kg/ha,and was significantly lower than that of the other four treatments.The change trend of nitrogen partial productivity among the five treatments was in accordance with that of wheat yield,which were that treatments 1,3 and 5 had higher nitrogen partial productivity and yield,and there was no significant difference between each other,treatment 2 had the lowest values.The difference of nitrate nitrogen content at wheat jointing stage and booting stage between the three controlled release nitrogen fertilizer application treatments 3,4,5 and the two urea application treatment 1,2 was small 0—90 cm soil,and relative big in 60—90 cm soil.Soil nitrate nitrogen content of treatments 3,4 and 5 was relatively higher after harvest.In general,the fertilization modes of controlled release fertilizer one-time broadcasting and banding blow the seed on one side had relatively better effect,which could not only guarantee the wheat yield,but also keep the high content of nitrate nitrogen in soil,so as to reduce the risk of non-point source pollution.

wheat; fertilization mode; yield; nitrate nitrogen content

2016-09-10

公益性行業(yè)農(nóng)業(yè)科研專項(201503112)；“十二五”國家科技支撐計劃糧豐工程項目(2013BAD07B06)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項(CARS-03)

劉 蘋(1978-),女,山東泰安人,副研究員,博士,主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)學研究。E-mail:liuapple5326@sina.com

*通訊作者：趙海軍(1976-)，男，山東單縣人，副研究員，碩士，主要從事作物栽培學研究。E-mail：83179266@163.com

S512.1;S158

A

1004-3268(2017)03-0066-05