冬小麥一次性施肥氮肥產(chǎn)品篩選與產(chǎn)量效應(yīng)

吳小賓，譚德水，林海濤，朱國梁，李子雙，和愛玲，郭建華，劉兆輝

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冬小麥一次性施肥氮肥產(chǎn)品篩選與產(chǎn)量效應(yīng)

吳小賓1，譚德水1，林海濤1，朱國梁2，李子雙3，和愛玲4，郭建華5，劉兆輝1

（1山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部廢棄物基質(zhì)化利用重點實驗室/山東省植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，濟南 250100；2泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東泰安 271000；3德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東德州 253015；4河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所， 鄭州 450002；5北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心，北京 100097）

【目的】針對不同的土壤類型，篩選適宜的控釋氮肥類型，為控釋氮肥的高效施用以及冬小麥一次性施肥提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支撐。【方法】基于2013—2016年多點的大田試驗，設(shè)置對照（CON）、優(yōu)化施肥處理（OPT）和6種不同類型的控釋氮肥（A1、A2、B、C、D和E）處理，研究控釋氮肥在不同地區(qū)（泰安、駐馬店、德州、菏澤和石家莊）的應(yīng)用效果，從作物養(yǎng)分吸收與土壤養(yǎng)分供應(yīng)兩方面研究和分析不同控釋氮肥對小麥的增產(chǎn)效應(yīng)?！窘Y(jié)果】泰安砂姜黑土試驗點A2、C、E的氮素釋放規(guī)律與小麥生長需求較為吻合，且與OPT處理相比，3年平均冬前分蘗、最大分蘗和有效分蘗分別增加5.7%—14.7%、10.9%—22.2%和4.5%—6.0%，產(chǎn)量增加2.6%—4.6%。駐馬店砂姜黑土3年平均結(jié)果表明，A2、C和E較OPT處理提高了氮肥表觀回收率和氮素吸收，分別提高7.7%—11%和4.3%—5.3%。石家莊褐土上的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，控釋氮肥A2、D可以實現(xiàn)養(yǎng)分釋放與小麥生長需求相同步，相比OPT處理，3年平均氮肥表觀回收率、氮素吸收分別提高6.4%—26%、2.8%—12%，產(chǎn)量增加1.7%—5.6%。潮土（德州、菏澤）上的結(jié)果表明，與OPT處理相比，A2連續(xù)3年均能維持小麥高產(chǎn)；其他控釋氮肥處理的應(yīng)用效果年際間差異較大，隨著試驗的進行逐年穩(wěn)定，2015—2016年，A2、C處理使德州和菏澤的小麥分別增產(chǎn)1.4%—8.3%和1.5%—4.8%；綜合3年的結(jié)果，與OPT處理相比，A2、C具有比較穩(wěn)定的增產(chǎn)趨勢?！窘Y(jié)論】控釋氮肥的應(yīng)用效果因土壤類型不同而不同，控釋氮肥田間氮素釋放與小麥氮素需求相匹配是促進小麥產(chǎn)量增加的關(guān)鍵。

控釋氮肥；土壤類型；氮素需求；養(yǎng)分釋放；時空匹配

0 引言

【研究意義】小麥是我國第三大糧食作物，其在實現(xiàn)糧食持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)、保障國家糧食安全中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。然而，當(dāng)前小麥生產(chǎn)中存在過量施肥、施肥不經(jīng)濟[1]，區(qū)域間、農(nóng)戶間施肥不均衡、化肥利用率低以及區(qū)域間增產(chǎn)效應(yīng)差異明顯[2-3]等諸多問題。過量以及不合理的施氮不僅降低氮肥利用率，而且導(dǎo)致溫室氣體排放[4-5]、大氣污染[6]、水體富營養(yǎng)化[7]以及地下水硝酸鹽污染[8]等一系列的環(huán)境問題。同時，由于當(dāng)前我國社會經(jīng)濟變革導(dǎo)致農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)移，農(nóng)業(yè)勞動力不足，小麥生產(chǎn)也由傳統(tǒng)栽培管理向現(xiàn)代簡化栽培管理方向轉(zhuǎn)變。進行簡化施肥是簡化栽培的一個重要方面，研究表明一次性基施控釋氮肥能夠滿足作物生育期內(nèi)對養(yǎng)分的需求，不僅解決中后期養(yǎng)分不足的問題，而且能簡化操作、減少環(huán)境污染，具有重要的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益[9-10]，在小麥生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，開展一次性施肥對小麥生長和產(chǎn)量影響的研究，對協(xié)同實現(xiàn)高產(chǎn)高效、減少環(huán)境污染以及節(jié)約農(nóng)業(yè)勞動力的小麥輕簡化可持續(xù)生產(chǎn)具有重大的意義?！厩叭搜芯窟M展】控釋氮肥具有養(yǎng)分釋放緩慢的特點，能夠提高氮肥利用率，已成為國內(nèi)外新型肥料的研究熱點[11]。研究表明，在山東省褐土上施用小麥配方緩釋肥較普通復(fù)合肥可提高氮肥利用率27.2%，提高產(chǎn)量12.3%；而在潮土上氮肥利用率提高13.1%，產(chǎn)量提高10.3%[12]。河北省衡水市潮土上連續(xù)4年定位試驗發(fā)現(xiàn)，與分次施用全量普通尿素相比，一次性施用減氮30%控釋氮肥仍可維持小麥產(chǎn)量不降低[13]。通過15N同位素示蹤法研究了山東棕壤小麥-玉米輪作體系中肥料氮的去向及利用率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)控釋氮肥較普通尿素相比可使小麥季氮肥利用率提高16.4%，氮素損失率降低25.5%[14]。張務(wù)帥[15]在山東棕壤上的研究結(jié)果表明，控釋氮肥與普通氮肥相比，可使小麥的氮肥利用率增加12.3%—61.2%，產(chǎn)量增加7.8%—16.5%。利用靜態(tài)箱-氣相色譜法對華北平原砂姜黑土麥-玉米輪作體系的土壤N2O排放特征進行了周年觀測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在保證產(chǎn)量的前提下，一次性施用控釋氮肥比分次施入普通尿素使N2O年排放總量顯著減少22.8%[16]。華北平原褐土上的研究結(jié)果表明，連續(xù)施用3年控釋氮肥雖然增產(chǎn)效果不顯著，但可顯著減少氨揮發(fā)損失，提高肥料利用率，且能長期保持土壤氮素平衡[17]?！颈狙芯壳腥朦c】前人關(guān)于控釋氮肥在小麥上增產(chǎn)、增效以及減少環(huán)境影響方面的研究報道較多，然而，由于不同地區(qū)的土壤類型、氣候條件等各不相同，控釋氮肥在不同區(qū)域的應(yīng)用效果也不盡相同。此外，目前市場上的控釋肥料種類繁多，養(yǎng)分配比各異，很難因地制宜地發(fā)揮其最優(yōu)的效益。因此，根據(jù)區(qū)域氣候特點和栽培模式，研究和篩選不同生產(chǎn)區(qū)域適宜的控釋肥料類型對實現(xiàn)小麥輕簡化可持續(xù)生產(chǎn)十分迫切，而現(xiàn)階段這方面的研究報道較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】通過多年多點的田間試驗，研究和篩選不同土壤類型適合的控釋氮肥類型，結(jié)合地域氣候特點，探討其同步營養(yǎng)機理，為經(jīng)濟高效地施用控釋氮肥以及冬小麥簡化栽培技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗條件概述

田間試驗于2013—2016年分別在山東省泰安市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科研基地—肥城良種試驗場（簡稱泰安，下同）、山東省德州市農(nóng)科院科技園（德州）、河南省駐馬店市農(nóng)科所實驗農(nóng)場（駐馬店）、山東省菏澤市定陶縣佃戶屯辦事處后姚莊建設(shè)責(zé)任田（菏澤）以及河北省石家莊市農(nóng)科院大河試驗站（石家莊）進行，各試驗點具體情況見表1。

上述各試驗點氣候均屬于大陸性季風(fēng)氣候，年平均日照時數(shù)2 000—3 077 h，年平均氣溫4—15.5℃，年平均降水量350—903.2 mm。冬小麥-夏玉米是主要的種植體系，冬小麥在夏玉米收獲完成后于10月初進行播種，于下一年6月中旬收獲。各試驗地點供試土壤0—30 cm土層的基礎(chǔ)理化性質(zhì)見表2。

表1 各試驗點具體情況

表2 各試驗地點基礎(chǔ)土壤理化性質(zhì)

1.2 田間試驗設(shè)計

所有試驗地點均設(shè)置相同的試驗處理，共計8個，分別為：（1）對照（CON），不施氮肥，只施用磷、鉀肥；（2）優(yōu)化施肥（OPT），所用氮肥為普通尿素（N=46%）；（3）控釋氮肥A1處理（A1），所用氮肥為項目課題組研發(fā)的水性樹脂包膜肥料（N=43%）；（4）控釋氮肥A2處理（A2），所用氮肥為項目課題組研發(fā)的水性樹脂包膜肥料（N=43%）；（5）控釋氮肥B處理（B），所用氮肥為環(huán)氧樹脂包膜（N=43%），市售主流產(chǎn)品；（6）控釋氮肥C處理（C），所用氮肥為聚氨脂包膜（N=44.5%），市售主流產(chǎn)品；（7）控釋氮肥D處理（D），所用氮肥為水性樹脂包膜（N=41.5%），市售主流產(chǎn)品；（8）控釋氮肥E處理（E），所用氮肥為聚氨脂包膜（N=44%），市售主流產(chǎn)品。各試驗地點的施肥量及施肥方式見表3，所有試驗處理的控釋氮肥、磷鉀肥均是作為基肥一次性施入。施肥時將供試肥料均勻撒施，翻入耕層整平地后進行機械播種。拔節(jié)期，OPT處理追施氮肥（尿素）后，立即灌溉以減少肥料的損失，同時所有試驗處理均采用大水漫灌的方式統(tǒng)一進行灌溉。

各試驗地點供試土壤的前茬作物均為夏玉米，所有處理在玉米季均是統(tǒng)一施用普通肥料（氮肥為普通尿素），小麥季按照以上試驗方案進行。各試驗地點不同的試驗處理隨機排列，為了便于實施，各試驗點均為大區(qū)試驗，試驗區(qū)四周設(shè)置保護行。泰安、德州、駐馬店、菏澤以及石家莊試驗大區(qū)的面積分別為198、165、200、200和200 m2。每個試驗地點不同處理之間除氮肥施用不同之外，其他的田間管理措施均相同。

表3 不同試驗地點的施肥量及各處理氮肥的基肥與追肥用量

1.3 田間取樣及測定

取樣時，在每個處理試驗大區(qū)的采樣區(qū)內(nèi)隨機進行3次取樣。收獲期，隨機選取3組1 m2的冬小麥地上部，收割后脫粒、烘干，計算產(chǎn)量；隨機選定3組取樣區(qū)，通過計數(shù)每個取樣小區(qū)中間1行的成穗數(shù)來計算和確定畝穗數(shù)；隨機選取3組、每組取30個麥穗以計算穗粒數(shù)；通過測定每個試驗區(qū)收獲的3組500粒烘干的籽粒計算千粒重。收獲期分成籽粒與秸稈兩部分計算生物量，烘干粉碎后測定各部分的氮濃度。

在灌漿期和收獲期采集土壤樣品，采樣時選取3個取樣區(qū)，每個取樣區(qū)采取5個點混勻成1個土樣，取土深度為0—30、30—60和60—90 cm，采集的土樣用0.01 mol·L-1CaCl2溶液浸提，用連續(xù)自動流動分析儀（TRAACS 2000, Bran+Luebbe, Germany）測定NH4+-N、NO3--N，兩者之和即為無機氮（Nmin）的含量。

氮效率指標(biāo)及其計算方法：吸氮量（kg·hm-2）＝植株干重×氮含量[18]；氮肥表觀回收率（NRE，%）＝（施氮區(qū)地上部分吸氮量－不施氮區(qū)地上部分吸氮量）／施氮量×100[18]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

本研究采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理和繪圖。試驗結(jié)果采用SAS（ASA-Institute-Inc., 1999）統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析，顯著性檢驗水平為0.05。

2 結(jié)果

2.1 產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成

綜合3年結(jié)果，不同年份、處理和試驗地點（土壤類型）對小麥產(chǎn)量均有影響，土壤類型對產(chǎn)量的影響相對更大（表4）。不同試驗地點一次性施用控釋氮肥的產(chǎn)量效應(yīng)不同（圖1），泰安砂姜黑土的結(jié)果表明，與OPT相比，B處理2013—2014、2015—2016年產(chǎn)量分別顯著增加7.1%、12.5%，E處理2015—2016年產(chǎn)量顯著增加9.8%，其他各控釋氮肥處理在不同年份均能維持小麥高產(chǎn)，平均3年結(jié)果，A1—E處理均具有使小麥增產(chǎn)的趨勢。駐馬店砂姜黑土的結(jié)果與泰安相一致，2013—2014年A1、A2、C、E處理較OPT處理產(chǎn)量分別顯著增加5.4%、8.3%、11.8%和8.9%，2014—2015年E處理增產(chǎn)8.1%，而2015—2016年A1處理產(chǎn)量較OPT顯著降低14.5%。平均3年結(jié)果，A2、C、E處理具有增產(chǎn)趨勢。不同控釋氮肥在褐土（石家莊）上的應(yīng)用效果穩(wěn)定，連續(xù)3年的結(jié)果表明各控釋氮肥（A1—E）處理較OPT均能維持小麥高產(chǎn)，且都具有增產(chǎn)的趨勢，平均3年結(jié)果，D處理的增產(chǎn)幅度最大。德州與菏澤潮土上的結(jié)果表明，與OPT相比，一次性施用控釋氮肥A2連續(xù)3年均能維持小麥高產(chǎn)，但其他控釋氮肥處理的結(jié)果年際間差異較大；2013—2014年菏澤A1、B、C、D和E以及德州D、E處理均顯著降低了小麥產(chǎn)量，降幅為5.7%—19.1%；2014—2015年菏澤A1、D和E處理顯著增產(chǎn)6.1%—9.5%，而B、C與德州A1處理顯著減產(chǎn)3.7%—24.5%；2015—2016年各控釋氮肥（A1—E）處理均能維持小麥產(chǎn)量不降低，菏澤A2、C、E與德州A1、A2、C處理具有增產(chǎn)趨勢，而菏澤A1、B、D與德州B、D、E處理的產(chǎn)量則趨于降低。

每個數(shù)值表示3次重復(fù)的平均值（±標(biāo)準誤），不同的小寫字母表示不同氮肥處理間達到0.05的顯著性水平。下同

表5可知，泰安砂姜黑土結(jié)果表明，與OPT處理相比，2013—2014年控釋肥A2、C、D和E處理畝穗數(shù)分別顯著增加9.6%、9.8%、8.4%和8.9%，A1、B處理趨于增加單位面積穗數(shù)；后兩年各控釋氮肥（A1—E）處理較OPT處理無明顯差異。平均3年結(jié)果，各控釋氮肥（A1—E）處理較OPT處理對穗粒數(shù)和千粒重均無顯著影響。德州潮土結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與OPT處理相比，A2處理2013—2014、2015—2016年的畝穗數(shù)分別顯著增加7.5%、7.1%。平均3年結(jié)果，A1、B、C、D和E處理較OPT處理畝穗數(shù)均無顯著差異。控釋氮肥對穗粒數(shù)的影響年度間呈現(xiàn)不一致的結(jié)果，與OPT處理相比，2013—2014年，A1—E處理均顯著降低了穗粒數(shù)，降幅達13%—20%；而2014—2015、2015—2016年，A1—E處理均趨于增加穗粒數(shù)，2014—2015年增幅為0.4%—13%，B、C和E處理達顯著水平；2015—2016年增幅為4.3%—7.2%，C、E處理達顯著水平。各控釋肥（A1—E）處理較OPT處理具有降低千粒重的趨勢，3年平均降幅為0.1%—3.2%。駐馬店砂姜黑土的結(jié)果表明，與OPT處理相比，各控釋肥（A1—E）處理畝穗數(shù)和穗粒數(shù)均無顯著差異?？蒯尫蔄1、A2、B和E處理較OPT處理顯著增加了2014—2015與2015—2016年的千粒重，兩年平均增加2.2%—2.4%。從3年平均來看，各控釋肥處理較OPT處理趨于增加千粒重。

表4 年份、地點和試驗處理對小麥產(chǎn)量、吸氮量和氮肥表觀回收率的方差分析結(jié)果

ns表示無差異，*表示0.01<<0.05，**表示0.001<<0.01，***表示<0.001

Significance levels are shown as: ns=non-significant, *=0.01<<0.05, ** = 0.001<<0.01, ***=<0.001

表5 2013—2016年不同試驗地點和氮肥處理的小麥產(chǎn)量構(gòu)成

每個數(shù)據(jù)是3次重復(fù)的平均值，不同小寫字母表示不同氮肥處理間達到0.05的顯著性水平。下同

Each value is the mean of three replicates. Different lower case letters denote significant difference (＜0.05) among different N treatments. The same as below

2.2 氮肥表觀回收率與氮吸收

氮肥表觀回收率和氮吸收受試驗處理、地點與年份的影響，試驗地點（土壤類型）的影響最大（表4）。如圖2所示，駐馬店砂姜黑土結(jié)果表明，與OPT相比，A2、C和E顯著提高2013—2014年氮肥表觀回收率和氮吸收，氮肥表觀回收率分別提高21%、28%和22%，氮吸收分別提高7.5%、9.8%和7.7%；A1、B和D較OPT氮肥表觀回收率和氮吸收均無顯著差異。2014—2015年，A2、C較OPT相比氮肥表觀回收率分別顯著提高16%、20%，E使氮肥表觀回收率、氮吸收分別顯著提高23%、9.0%。2015—2016年，各控釋肥處理較OPT處理氮肥表觀回收率均顯著降低，但A2、B、C和E處理的氮吸收并沒有降低。平均3年結(jié)果，相比OPT，A2、C和E提高了氮肥表觀回收率與氮吸收，氮肥表觀回收率提高7.7%—11%，氮吸收增加4.3%—5.3%；A1、B和D降低了氮肥表觀回收率和氮吸收，氮肥表觀回收率降低4.5%—11%，氮吸收減少0.4%—3.3%。石家莊褐土各控釋肥（A1—E）處理對小麥氮肥表觀回收率和植株氮吸收的影響具有一致的變化規(guī)律，相比OPT，D處理3年均顯著增加氮肥表觀回收率和氮吸收，分別增加21.5%—29.9%和9.4%—14.8%，而其他控釋氮肥的氮肥表觀回收率與氮吸收均無差異。平均3年結(jié)果，A1—E處理較OPT處理均具有提高氮肥表觀回收率與氮吸收的趨勢。

圖2 不同氮肥處理對小麥氮肥表觀回收率和氮吸收的影響

2.3 群體數(shù)量

由表6可見，泰安砂姜黑土結(jié)果表明，與OPT相比，A2顯著增加了3年的冬前分蘗數(shù)，增幅6.5%—23.4%；D、E分別使2015—2016和2014—2015年的冬前分蘗增加10.6%、6.8%；平均3年結(jié)果，各控釋肥（A1—E）處理的冬前分蘗均趨于增加。C、D和E處理較OPT處理顯著增加最大分蘗，平均3年結(jié)果，A1—E處理較OPT最大分蘗增加10.9%—23%。2013—2014年，A2、C、D和E處理較OPT處理顯著增加2013—2014年有效分蘗數(shù)，分別提高9.6%、9.8%、8.5%和8.9%，但后兩年各控釋氮肥較OPT處理有效分蘗無顯著差異。平均3年結(jié)果，相比OPT處理，A2—E處理均具有增加小麥有效分蘗的趨勢。德州潮土結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同控釋氮肥對小麥的冬前分蘗和最大分蘗的影響規(guī)律一致，平均3年結(jié)果，A1、A2較OPT趨于增加冬前分蘗和最大分蘗，B、C、D、E較OPT趨于減少冬前分蘗和最大分蘗。A2較OPT使2013—2014年的有效分蘗顯著增加了7.0%，綜合3年結(jié)果，與OPT相比，A1、A2、B趨于增加有效分蘗，而C、D、E趨于降低有效分蘗。

表6 不同控釋氮肥處理對群體發(fā)育的影響

2.4 土壤無機氮

圖3可知，泰安砂姜黑土結(jié)果表明，2015年小麥灌漿期，相比OPT，B顯著提高0—30 cm土層的無機氮44%，A1、C、D和E均提高了30—60 cm土層的無機氮含量，分別增加14%、25%、44%和8.9%。在60—90 cm土層，A1、A2、B和C處理的無機氮與OPT處理相比無顯著差異，D、E處理較OPT處理顯著降低，分別減少37%和48%。2016年灌漿期，A1、A2、C和D較OPT在0—30 cm、30—60 cm和60—90 cm的無機氮均無顯著差異，B分別顯著減少了30—60 cm、60—90 cm土層無機氮51%、51%，E減少了60—90 cm的無機氮44%。2015年收獲期，與OPT相比，C、E處理分別顯著增加了0—30 cm的無機氮19%、22%，A1、A2和D處理無機氮顯著降低，分別減少34%、26%和34%。A2顯著降低30—60 cm土層無機氮27%，其他控釋氮肥處理較OPT均無差異；60—90 cm土層，A1、E分別顯著降低32%、22%，A2、B、C和D處理無顯著差異。2016年收獲期，相比OPT，B顯著增加了0—30 cm、30—60 cm土層，D顯著增加了0—30 cm、60—90 cm土層的無機氮。A1、A2、C和E處理在0—30 cm、30—60 cm和60—90 cm土層的無機氮較OPT處理均無顯著差異。

圖3 不同氮肥處理對土壤無機氮的影響

德州潮土無機氮含量總體低于泰安砂姜黑土（圖3）。與OPT相比，2016年灌漿期，A1顯著提高30—60 cm土層無機氮96%，A1、D分別顯著提高60—90 cm的無機氮215%、185%。A2、B、C和E處理60—90 cm土層無機氮趨于增加，增幅達29%—80%。收獲期，與OPT處理相比，C使0—30 cm土層的無機氮顯著增加111%，E使30—60 cm土層顯著增加141%。其他控釋氮肥處理的無機氮在各土層中與OPT處理相比均無顯著差異。但總體看來，一次性施用控釋氮肥具有增加土壤無機氮的趨勢，相比OPT處理，B、D、E處理使0—30 cm，A2、B、C處理使30—60 cm，A1、A2、C、E處理使60—90 cm土層的無機氮趨于增加，增幅分別為12%—66%、5.8%—39%、53%—123%。

3 討論

小麥高產(chǎn)的實現(xiàn)要在保持相對穩(wěn)定的穗粒數(shù)和千粒重的基礎(chǔ)上，通過顯著提高畝穗數(shù)來實現(xiàn)[19]。本研究在泰安砂姜黑土上3年的試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同控釋氮肥處理較普通尿素處理具有增產(chǎn)的趨勢，主要與畝穗數(shù)有所增加而穗粒數(shù)和千粒重相對穩(wěn)定有關(guān)，畝穗數(shù)對產(chǎn)量的貢獻大于穗粒數(shù)、千粒重。這與前人的研究結(jié)果一致，即畝穗數(shù)對產(chǎn)量的決定程度最高，其次為穗粒數(shù)，最小為千粒重[20-21]。在駐馬店砂姜黑土上的研究卻有不同的結(jié)果，與普通尿素分次施入相比，控釋氮肥處理隨著產(chǎn)量的增加，千粒重具有增加的趨勢，而畝穗數(shù)和穗粒數(shù)均無顯著變化。原因可能是因為控釋氮肥處理的小麥在灌漿期土壤墑情、氮素供應(yīng)以及溫度條件均比較適宜，對灌漿較為有利，因而利于增加千粒重。在本研究中，德州與菏澤潮土上的結(jié)果表明，不同控釋氮肥處理的產(chǎn)量效應(yīng)存在較大波動，隨著試驗持續(xù)進行，與普通尿素分次施入相比，試驗進行第3年菏澤A2、C、E與德州A1、A2、C處理的產(chǎn)量趨于穩(wěn)定和提高，這可能與控釋氮肥處理能夠維持較高的土壤氮濃度（圖3），進而促進更多的畝穗數(shù)和穗粒數(shù)形成有關(guān)。已有研究表明，適量增施氮肥可提高土壤氮濃度進而促進小麥的分蘗能力和穗花的發(fā)育，使單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)增加[22]。A1、A2、C和E處理的千粒重較OPT處理顯著降低，主要原因為產(chǎn)量3個構(gòu)成因素發(fā)育階段存在部分重疊，三者之間存在 一定的相互影響，通常表現(xiàn)為產(chǎn)量構(gòu)成的互補效應(yīng)[23]。

前人研究表明小麥畝穗數(shù)的產(chǎn)生取決于小麥分蘗從產(chǎn)生到死亡的整個綜合過程[23]。因此，高產(chǎn)的小麥群體必須有足夠的分蘗數(shù)量，同時提高群體質(zhì)量[24]。在泰安砂姜黑土上，與OPT處理相比，不同控釋氮肥處理顯著增加了小麥的分蘗數(shù)量，形成更加合理的群體結(jié)構(gòu)，有利于小麥高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)（圖1）。德州潮土上的結(jié)果表明，控釋氮肥A1、A2的分蘗數(shù)量有增加的趨勢，進而促進了小麥產(chǎn)量的增加，相反，B、D和E處理的分蘗數(shù)量趨于減少，因而最終導(dǎo)致產(chǎn)量相對降低。冬小麥的群體發(fā)育主要包括兩個關(guān)鍵階段，一是冬前分蘗階段[25]，一是拔節(jié)-開花莖蘗退化階段[26]。生產(chǎn)中，許多栽培學(xué)家都非常重視小麥冬前群體發(fā)育的質(zhì)量[27-28]，冬前分蘗階段中小麥低位分蘗發(fā)育的持續(xù)期越長，數(shù)量越多，最終成穗的幾率就越大。本研究中泰安的結(jié)果表明控釋氮肥處理的冬前分蘗較OPT處理顯著增多，或具有增多的趨勢，有利于小麥形成更多的穗數(shù)，并最終獲得較高的產(chǎn)量。

根層養(yǎng)分供應(yīng)與作物生長需求時空同步是提高肥料利用率和產(chǎn)量的關(guān)鍵[29-30]。研究表明，小麥在拔節(jié)期以前以及孕穗期至成熟期的氮素需求并不高[31]。在本試驗中，小麥越冬期溫度低，控釋氮肥的養(yǎng)分幾乎沒有釋放，而此時期小麥對氮素的需求也非常少。拔節(jié)-開花階段是小麥對養(yǎng)分需求最高、積累最多的時期[32-33]，對小麥高產(chǎn)起決定性的作用[34-35]，是調(diào)控小麥生長的重要階段[36]。本研究中，小麥拔節(jié)-開花時期隨著氣溫和地溫逐漸回升，有利于控釋氮肥的快速釋放，因而能夠充分滿足小麥營養(yǎng)生長和生殖生長對氮素的大量需求。合理的氮素供應(yīng)不僅可以調(diào)節(jié)小麥個體的分蘗特性，增加小麥的有效分蘗數(shù)與單株的有效莖數(shù)[37]，而且能夠增加最終成穗數(shù)[38]。駐馬店砂姜黑土上的試驗結(jié)果表明，控釋氮肥A2、C與E處理較OPT處理顯著提高了小麥的氮肥表觀回收率，表明這幾類控釋氮肥在田間的養(yǎng)分釋放能夠與小麥關(guān)鍵生育期對氮素的需求相吻合，達到時空同步營養(yǎng)的目的，從而提高了小麥的氮吸收和產(chǎn)量。石家莊褐土上的研究結(jié)果具有類似的規(guī)律（圖1、2）。

控釋肥氮素釋放主要受土壤溫度和水分等因素的影響[39-40]。小麥生育期長，生長季內(nèi)溫濕度等土壤環(huán)境變幅大，不同包膜材料及工藝生產(chǎn)的控釋肥釋放性能差異很大[41-42]，因此，相同土壤類型上施用不同控釋肥的產(chǎn)量效應(yīng)并不相同。有研究發(fā)現(xiàn)，樹脂包膜肥料的釋放性能主要受土壤水分、溫度的影響。聚氨脂包膜肥料的養(yǎng)分釋放主要依賴于溫度的變化，水分、pH及土壤生物活性對其釋放幾乎無影響[43]。環(huán)氧樹脂包膜肥料因包膜材料性能穩(wěn)定，養(yǎng)分釋放除受溫度影響之外，還與包膜厚度有關(guān)。本研究中，相比C、E（聚氨脂包膜）和B（環(huán)氧樹脂包膜），A2（水性樹脂包膜）養(yǎng)分釋放期相對較快，C、E其次，B最長。A2釋放曲線為“S”型，起始緩慢釋放的養(yǎng)分避免了氮素流失和土壤脫氮，中間的快速釋放又能滿足小麥拔節(jié)-開花期快速生長的需求，在3種土壤類型上，A2均具有較好的穩(wěn)產(chǎn)效果。C、E養(yǎng)分隨年后溫度的回升而快速釋放，養(yǎng)分釋放曲線與小麥對養(yǎng)分的最大需求期相同步，因而能促進氮肥利用率。B在土壤中的釋放期相對更長，在小麥拔節(jié)-開花期沒有充足的氮素供應(yīng)，最終影響分蘗成穗率。本研究從產(chǎn)量和氮肥效率兩方面綜合來看，小麥生長季內(nèi)砂姜黑土上A2、C和E，褐土上A2、D以及潮土上A2、C的養(yǎng)分釋放性能能夠與小麥氮素需求較為吻合，均具有較穩(wěn)定的增產(chǎn)效果。本研究中沒有促進小麥產(chǎn)量和氮肥利用率的控釋氮肥處理，主要原因可能是控釋氮肥氮素釋放周期與小麥生長需求不匹配[44]。

4 結(jié)論

控釋氮肥在不同土壤類型上具有不同的應(yīng)用效果?？蒯尩试谔镩g的氮素釋放性能與小麥生育期內(nèi)對氮素的需求相互匹配，對提高小麥氮肥效率和產(chǎn)量至關(guān)重要，也是在不同土壤類型下進行控釋氮肥產(chǎn)品篩選的關(guān)鍵依據(jù)。綜合3年的研究結(jié)果得出，砂姜黑土上適宜的控釋氮肥品種為A2、C和E，可以實現(xiàn)冬小麥一次性施肥生產(chǎn)；褐土上適宜的控釋氮肥品種為A2和D；控釋氮肥A2在潮土上連續(xù)3年均能使小麥維持高產(chǎn)，其他控釋氮肥類型的應(yīng)用效果年際間變異較大，從3年的研究結(jié)果綜合來看，控釋氮肥A2、C可以實現(xiàn)冬小麥一次性施肥。

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（責(zé)任編輯 李云霞，趙伶俐）

Yield Effect and Nitrogen Fertilizer Screening of One-off Application of Controlled Release Fertilizer for Winter Wheat

WU XiaoBin1, TAN DeShui1, LIN HaiTao1, ZHU GuoLiang2, LI ZiShuang3, HE AiLing4, GUO JianHua5, LIU ZhaoHui1

(1Institute of Agricultural Resources and Environment, Shandong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Wastes Matrix Utilization, Ministry of Agriculture/Shandong Provincial Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer, Jinan 250100, Shandong;2Taian Academy of Agricultural Sciences, Tai’an 271000, Shandong;3Dezhou Academy of Agricultural Sciences, Dezhou, 253015 Shandong;4Institute of Plant Nutrition, Agricultural Resources and Environment Science, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002;5Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture, Beijing 100097)

【Objective】 It is very important to investigate the suitable controlled-release fertilizer (CRF) for different soil types which can provide scientific basis and technical support for one-off application of CRF during wheat production. The aim of the present study was to investigate the effect of CRF on wheat yield from the perspectives of wheat nutrient uptake and soil nutrient supplying.【Method】Field experiments were conducted at different experimental sites (TA, ZMD, DZ, HZ and SJZ) in three years (2013-2014, 2014-2015 and 2015-2016). There were eight treatments: Control (CON), OPT and CRF (A1, A2, B, C, D and E) treatments.【Result】The field results at TA showed that treatments A2, C and E were benefit for improving wheat population and increasing grain yield because of the synchronization of nitrogen (N) release with N requirement. The average result of three years showed that, compared with OPT, the early winter tillers, the maximum tillers and the effective tillers of A2, C and E treatments improved 5.7%-14.7%, 10.9%-22.2% and 4.5%-6.0%, respectively. The yield of A2, C and E treatments increased 2.6%-4.6%. The three-year results at ZMD showed that nitrogen recovery use efficiency (NRE) and total N uptake under A2, C and E treatments increased 7.7%-11% and 4.3%-5.3% than OPT treatment, respectively. The field results of SJZ showed that A2and D synchronized N release with N requirement of wheat. The average results of three years showed that the NRE and total N uptake of A2and D treatments increased by 6.4%-26% and 2.8%-12%, respectively, and the yield increased by 1.7%-5.6% compared with the OPT treatment. The results at DZ and HZ showed that A2maintained high yield of wheat in three consecutive years compared with OPT. The application effect of other CRF treatments varied greatly from year to year, but with the implementation of the experiment, the application effect had been stable year by year. Compared with OPT treatment, the yield of A2and C treatments at DZ and HZ in 2015-2016 improved 1.4%-8.3% and 1.5%-4.8%, respectively. Overall, A2and C showed a steady trend of grain yield increase compared with OPT.【Conclusion】The application effect of CRF varied with soil type. The synchronization of N release in the field with N requirement of wheat was essential to improve yield.

controlled-release nitrogen fertilizers; soil types; nitrogen requirement; nutrient release; spatio-temporal matching

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.005

2018-01-18；

2018-07-17

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201303103，201503130）、2017年度山東省博士后創(chuàng)新項目專項基金（201703051）、國家重點研發(fā)計劃（2017YFD0201700）、國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家項目（CARS-03）、山東省重點研發(fā)計劃（重大關(guān)鍵技術(shù)）（2016ZDJS08A02、2017CXGC0304）、山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年英才培養(yǎng)計劃、國家科技支撐計劃（2015BDA23B0206）

吳小賓，E-mail：xbwuferguson@163.com；通信作者譚德水，Tel：0531-66658353；E-mail：tandeshui@163.com。通信作者劉兆輝，Tel：0531-66659546；E-mail：liuzhaohui6666@sina.com