不同肥力水平土壤小麥的氮磷鉀肥料效應(yīng)及養(yǎng)分吸收利用研究

鄭網(wǎng)宇 陳功磊 吳迪 張輝 蔣國(guó)龍

摘要：研究太湖流域江蘇省丹陽(yáng)市主栽小麥品種氮磷鉀推薦用量及養(yǎng)分吸收狀況，為引導(dǎo)該區(qū)域科學(xué)施肥提供科學(xué)依據(jù)。應(yīng)用改進(jìn)的“3414”試驗(yàn)方案，設(shè)置梯度土壤肥力試驗(yàn)，研究氮磷鉀配合施用對(duì)小麥產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的影響。施用氮、磷、鉀肥料與缺素區(qū)相比相對(duì)增產(chǎn)效果為氮>鉀>磷。三元二次方程擬合結(jié)果表明，在本試驗(yàn)條件下，該區(qū)域氮、磷、鉀肥料最佳經(jīng)濟(jì)施用量分別為188.1、65.7、104.0 kg/hm2。合理施肥可促進(jìn)小麥對(duì)氮、磷、鉀的吸收，小麥對(duì)氮肥、磷肥、鉀肥的利用率分別為30.2%、43.7%、36.0%。該區(qū)域養(yǎng)分推薦用量較好地反映了該區(qū)域土壤肥效反應(yīng)，并可為其他作物的區(qū)域施肥提供理論支撐。

關(guān)鍵詞：土壤肥力;小麥;改進(jìn)的“3414”試驗(yàn);產(chǎn)量;推薦施肥量

中圖分類號(hào)： S512.106 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2019）23-0096-06

化肥施用對(duì)保障我國(guó)糧食生產(chǎn)起著舉足輕重的作用[1]。然而，近年來(lái)由于不合理施用化肥，導(dǎo)致的肥料利用率低和環(huán)境污染（如土壤酸化、地下水硝酸鹽含量超標(biāo)、湖泊富營(yíng)養(yǎng)化和溫室氣體排放量增加等）等一系列問(wèn)題，引起了人們的廣泛關(guān)注[2]。有研究報(bào)道，不同地區(qū)土壤基本施肥水平差異較大，區(qū)域間肥料施用不合理的問(wèn)題較為突出[3-4]。另外，近年來(lái)我國(guó)肥料產(chǎn)業(yè)正快速發(fā)展，然而，一些肥料產(chǎn)品在生產(chǎn)時(shí)考慮土壤地力和作物吸收需求，導(dǎo)致養(yǎng)分損失和用肥成本增加，但產(chǎn)出較低[5]。因此，優(yōu)化不同區(qū)域的肥料施用方案顯得至關(guān)重要。

小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要糧食作物之一，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有主要地位[6]。隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的追求越來(lái)越高，而肥料施用量是影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素[7]。目前針對(duì)江蘇省丹陽(yáng)市主栽小麥品種的施肥研究較少?！?414”試驗(yàn)為氮（N）、磷（P）、鉀（K）3個(gè)因素4個(gè)水平14個(gè)處理的方案，是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在測(cè)土配方施肥項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中推薦的用于確定作物最佳氮磷鉀施肥用量及配比的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，它具有回歸最優(yōu)設(shè)計(jì)處理少、效率高、信息量多等優(yōu)點(diǎn)[8]，目前已被廣泛地應(yīng)用于水稻[9]、綠豆[10]、仙草[11]、紅蕓豆[12]及小麥[13]等作物的測(cè)土配方施肥中。本研究擬采用改進(jìn)的“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，探索不同肥力狀況下農(nóng)田種植小麥最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量以及最佳氮磷鉀肥施用量等基本參數(shù)，旨在減少過(guò)量施肥帶來(lái)的危害，提高經(jīng)濟(jì)效益，為江蘇省丹陽(yáng)市乃至蘇南麥區(qū)測(cè)土配方施肥提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試地點(diǎn)及基本概況

1.1.1 試驗(yàn)地點(diǎn) 根據(jù)前茬作物產(chǎn)量來(lái)區(qū)分田塊高、中、底地力水平，2013—2017年選擇丹陽(yáng)市不同土壤肥力田塊進(jìn)行小麥“3414”試驗(yàn)。其中，2013—2014年和2014—2015年分別選擇高、中、低地力田塊設(shè)計(jì)試驗(yàn)，2015—2016年和2016—2017年選擇中等地力田塊設(shè)計(jì)試驗(yàn)，試驗(yàn)田塊基本信息如表1所示。

1.1.2 供試土壤及品種 供試土壤為黃泥土、粉沙土，是丹陽(yáng)市小麥種植的2個(gè)主要土種（表1）。供試小麥品種為當(dāng)年主推品種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用“3414”完全試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，設(shè)氮、磷、鉀3個(gè)因素4個(gè)水平（0、1、2、3）14個(gè)處理。（1）0水平指不施肥;（2）2水平指當(dāng)?shù)赝扑]施肥水平;（3）1水平=2水平×0.5;（4）3水平=2水平×1.5;（5）1.5水平=2水平×0.75;（6）2.5水平=2水平×1.25。本試驗(yàn)從2014年起氮素施用量增設(shè)2個(gè)水平，又稱3416試驗(yàn)（表2）。

試驗(yàn)小區(qū)寬4.0 m，長(zhǎng)5.0 m，小區(qū)之間開溝（溝寬 20 cm）隔離，四周保護(hù)行寬2 m以上。試驗(yàn)用氮肥為尿素（含N 46%），氮肥運(yùn)籌：基肥36%、苗肥24%、拔節(jié)孕穗肥40%（分2次施用，倒3葉期施用60%、倒2葉40%）;磷肥為過(guò)磷酸鈣（含P2O5 12%）、鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%），磷、鉀肥一次性作基肥施用，各地力等級(jí)處理施肥量見(jiàn)表3。在小麥生長(zhǎng)期間，按照當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行管理。

1.3 采樣及測(cè)定方法

在小麥成熟收獲時(shí)，各小區(qū)單割單收和稱質(zhì)量。小麥莖稈、籽粒的全氮含量用濃硫酸消解，凱式定氮法測(cè)定;全磷含量用H2SO4-HClO4消解，釩鉬黃比色法測(cè)定;全鉀含量用火焰光度法測(cè)定[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2010、“3414”田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)軟件和SPSS 20軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

2.1.1 缺素對(duì)產(chǎn)量的影響 從表4、表5可以看出，無(wú)N區(qū)小麥產(chǎn)量為2.07～3.56 t/hm2，平均為 2.87 t/hm2;其與全肥區(qū)（N2P2K2）的相對(duì)產(chǎn)量為 39.8%～76.1%，平均為54.8%;其中4個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)不施氮時(shí)的相對(duì)產(chǎn)量低于50%，最低的為2015—2016年農(nóng)場(chǎng)中東（中等地力），12個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)不施氮肥時(shí)相對(duì)產(chǎn)量大于50%，其中只有1個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)的結(jié)果大于65%。小麥不施磷肥處理產(chǎn)量為3.29～6.60 t/hm2，平均為4.49 t/hm2;其與全肥區(qū)（N2P2K2）的相對(duì)產(chǎn)量為69.3%～94.8%，平均為85.2%;其中7個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不施磷時(shí)相對(duì)產(chǎn)量低于85%。小麥不施鉀肥處理產(chǎn)量從2.99～6.32 t/hm2，平均為4.35 t/hm2（表4）;其與全肥區(qū)（N2P2K2）的相對(duì)產(chǎn)量為66.6%～96.1%，平均82.7%（表5）;其中10個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不施鉀時(shí)相對(duì)產(chǎn)量低于85%。小麥不施肥產(chǎn)量為1.62～3.45 t/hm2，平均為2.50 t/hm2;其與全肥區(qū)（N2P2K2）的相對(duì)產(chǎn)量為33.3%～60.3%，平均為47.5%;其中8個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)不施肥時(shí)相對(duì)產(chǎn)量小于50%，只有1個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)相對(duì)產(chǎn)量高于60%，最低的為2013—2014年珥陵（高等地力）試驗(yàn)地點(diǎn)。

通過(guò)對(duì)所有試驗(yàn)地點(diǎn)小麥缺素相對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行分析，可以看出，N2P0K2（缺P區(qū)）>N2P2K0（缺K區(qū)）>N0P2K2（缺N區(qū)）>N0P0K0（空白），表明氮素是影響小麥產(chǎn)量的主要因素，其次為鉀，再次為磷。

2.1.2 不同施N水平對(duì)產(chǎn)量的影響 在滿足P、K需求量（2水平）的條件下，小麥產(chǎn)量和施N量呈二次拋物線關(guān)系（表6）。2013—2014年進(jìn)行的是“3414”試驗(yàn)，其中有3個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)的小麥產(chǎn)量與氮肥施用量呈顯著相關(guān)關(guān)系。2014—2017進(jìn)行增加2個(gè)氮肥處理的“3416”試驗(yàn)，除2014—2015年陵口鎮(zhèn)東溝村外，其他試驗(yàn)地點(diǎn)的小麥產(chǎn)量與施N量均達(dá)到顯著或極顯著相關(guān)水平。從分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，最高產(chǎn)量對(duì)應(yīng)施N量為141.0～313.5 kg/hm2，平均為216.8 kg/hm2;最佳產(chǎn)量對(duì)應(yīng)施氮量為114.0～274.5 kg/hm2，平均為188.1 kg/hm2（其中高等217.5、中等192.8、低等136.5 kg/hm2）。在滿足P、K需求量（2水平）的條件下，施N量為最佳水平時(shí)小麥的產(chǎn)量為5.18 t/hm2。

2.1.3 不同施磷水平對(duì)產(chǎn)量的影響 在滿足N、K需求量（2水平）的條件下，小麥產(chǎn)量和施P量呈二次拋物線關(guān)系，關(guān)系方程見(jiàn)表7。其中有3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)小麥產(chǎn)量與施磷量呈顯著相關(guān)關(guān)系，1個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)呈極顯著相關(guān)關(guān)系。從分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，除去2013—2014年農(nóng)場(chǎng)南（施磷量最高值低于最佳值）、珥陵（1）高等地力（R2太小）試驗(yàn)地點(diǎn)外，最高產(chǎn)量對(duì)應(yīng)施磷量為51～126 kg/hm2，平均為 76.1 kg/hm2; 最佳施磷量為43.5～91.5 kg/hm2之間，平均為65.7 kg/hm2（其中高等713、中等67.1、低等58.0 kg/hm2）。在滿足N、K需求量（2水平）的條件下，施磷量為最佳水平時(shí)小麥的產(chǎn)量為 5.18 t/hm2。

2.1.4 不同施鉀水平對(duì)產(chǎn)量的影響 在滿足N、P需求量（2水平）的條件下，小麥產(chǎn)量和施K量呈二次拋物線關(guān)系（表8）。其中有1個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)小麥產(chǎn)量與施鉀量呈顯著相關(guān)關(guān)系，2個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)呈極顯著相關(guān)關(guān)系。從分析結(jié)果可以得出，最高產(chǎn)量對(duì)應(yīng)施鉀量為67.5～222.0 kg/hm2，平均為 126.6 kg/hm2;最佳施鉀量在57.0～187.5 kg/hm2之間，平均為104.0 kg/hm2（其中高等108.0、中等114.6、低等 70.5 kg/hm2）。在滿足N、P需求量（2水平）的條件下，施K量為最佳水平時(shí)小麥的產(chǎn)量為 5.32 t/hm2。

注：表中一元二次方程中的X代表單位面積土壤的施肥量，Y代表單位面積小麥產(chǎn)量。*表示在0.05水平上顯著，* *表示在0.01水平上顯著。下表同。

注：表中的平均數(shù)值是除去2013—2014年寶林農(nóng)場(chǎng)南和珥陵（1）試驗(yàn)地點(diǎn)后計(jì)算的平均值。

2.2 不同處理對(duì)植株養(yǎng)分吸收的影響

由表9可知，氮、磷、鉀肥影響著小麥對(duì)氮、磷、鉀元素的吸收，3種肥料合理配施更能促進(jìn)小麥對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收。無(wú)N（N0P2K2）處理氮素吸收量為51.3 kg/hm2，其余有氮處理氮素吸收量為76.7～110.0 kg/hm2，隨著氮素水平提升，植株吸氮總量增加。小麥對(duì)磷、鉀的吸收也存在著類似的趨勢(shì)。該地區(qū)種植小麥所需的土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分N、P2O5、K2O的供應(yīng)量，即處理N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0的吸氮總量、吸磷總量及吸鉀總量，分別為51.3、26.4、60.6 kg/hm2。

2.3 不同處理對(duì)肥料利用率的影響

氮磷鉀肥料的合理配施能明顯提高肥料利用率。在本研究中，不施氮處理的磷、鉀肥利用率極低，相同氮鉀水平（2水平，下同）下，不施磷處理氮肥利用率為22.0%，鉀肥利用率為21.2%;相同氮磷水平，不施鉀處理氮肥利用率為20.1%，磷肥利用率為8.9%，而氮磷鉀配合施用時(shí)其利用率均增加，氮、磷、鉀肥利用率分別為30.2%、43.7%和36.0%（表9）。

相同磷鉀施用水平下，隨氮肥用量增加，肥料利用率先升高后降低，施氮水平為1、2、3時(shí)，氮肥利用率分別為26.1%、30.2%、20.2%;相同氮鉀施用條件下，施磷水平為1、2、3時(shí)，磷肥利用率分別為42.4、43.7、29.5%;相同氮磷施用條件下，施鉀為水平1、2、3時(shí)，鉀肥利用率分別為35.1、36.0、24.3%。

3 討論

自全國(guó)第2次土壤普查以來(lái)，由于缺少全國(guó)性田間試驗(yàn)結(jié)果的積累，同時(shí)經(jīng)過(guò)30多年來(lái)土壤培肥肥料的使用，土壤地力發(fā)生了巨大的變化[15-16]。因此，研究不同農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)、不同作物種植土壤肥力分級(jí)指標(biāo)及相應(yīng)的推薦施肥量，將對(duì)我國(guó)測(cè)土配方施肥工作給予很好的補(bǔ)充[16]。針對(duì)某局部地區(qū)，在特定土壤和作物條件下對(duì)施肥推薦量的研究已有報(bào)道[17]，而本研究則以土壤地力不同，灌溉條件和耕作制度相對(duì)一致的生態(tài)類型區(qū)域?yàn)檠芯繂卧_定最佳經(jīng)濟(jì)施肥量，強(qiáng)化太湖流域小麥?zhǔn)┓实尼槍?duì)性，研究結(jié)果對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐有一定的指導(dǎo)意義。

氮磷鉀肥料的施用對(duì)小麥的產(chǎn)量影響很大，雖然已有大量研究報(bào)道了小麥的推薦施肥量，但不同的生態(tài)區(qū)土壤類型、氣候因子等條件差異導(dǎo)致研究結(jié)果間存在差異[18]。由于區(qū)域差異較大，各地小麥推薦施肥量也不盡相同，本研究基于改進(jìn)的“3414”試驗(yàn)研究了丹陽(yáng)市小麥在不同土壤肥力水平下的N、P2O5、K2O最佳推薦施肥量，分別為188.1、65.7、104.0 kg/hm2。其中高等地力最佳施肥量N、P2O5、K2O分別為217.5、71.3、108.0 kg/hm2，三者比為1 ∶ 0.33 ∶ 0.50;中等地力最佳施肥量N、P2O5、K2O分別為192.8、67.1、114.6 kg/hm2，三者比為1 ∶ 0.35 ∶ 0.59;低等地力最佳施肥量N、P2O5、K2O分別為136.5、58.0、70.5 kg/hm2，三者比為 1 ∶ 0.42 ∶ 0.52。本研究結(jié)果對(duì)該地區(qū)不同土壤地力條件下小麥生產(chǎn)具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

氮磷鉀合理配施往往能提高作物對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收，從而提高肥料的利用率[19-20]。本研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，隨施肥量增加小麥產(chǎn)量遞增，當(dāng)施肥量過(guò)量時(shí)，小麥的產(chǎn)量和肥料利用率呈下降趨勢(shì)，該現(xiàn)象反映了肥料施用的“報(bào)酬遞減”規(guī)律[21-22]。龍素霞等發(fā)現(xiàn)，適宜的氮磷鉀配施能有效調(diào)控生育期間土壤的養(yǎng)分供應(yīng)特性，進(jìn)而增強(qiáng)植株養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量形成的能力[23]?？傊棺魑锓€(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)并提高作物養(yǎng)分吸收率，需要重視氮磷鉀肥的科學(xué)配施。本研究發(fā)現(xiàn)，氮素是影響小麥產(chǎn)量的主要因素，其次為鉀，再次為磷，這與譚和芳等的研究結(jié)果[13]一致。馬志超等研究發(fā)現(xiàn)，合理地施用鉀肥可以促進(jìn)冬小麥產(chǎn)量的提高[24]。另外，本研究發(fā)現(xiàn)小麥推薦的鉀肥施用量較大，一方面可能與農(nóng)民傳統(tǒng)施肥習(xí)慣有關(guān)，另一方面有利于小麥的生長(zhǎng)。黨紅凱等通過(guò)對(duì)小麥生育時(shí)期植株進(jìn)行采樣分析發(fā)現(xiàn)，小麥對(duì)鉀的吸收和分配特點(diǎn)關(guān)系到小麥的生長(zhǎng)發(fā)育與鉀肥施用技術(shù)的選擇[25]。

總之，由于近些年人們耕作和施肥方式的改變，土壤地力及有效養(yǎng)分的不同，作物相對(duì)產(chǎn)量水平發(fā)生了很大變化[26-27]。雖然可以應(yīng)用“3414”設(shè)計(jì)試驗(yàn)技術(shù)建立作物氮、磷、鉀的測(cè)土配方施肥指標(biāo)體系，確定最佳施肥量，但在實(shí)際應(yīng)用中，也需要注意與施肥方法相結(jié)合，這將在未來(lái)展開研究[28-29]。

4 結(jié)論

在不同土壤肥力條件下，與缺素區(qū)相比，施用氮、磷、鉀肥料對(duì)小麥產(chǎn)量的相對(duì)增產(chǎn)效果為N>K>P。該地區(qū)土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分供應(yīng)量N、P2O5、K2O分別為51.3、26.4、60.6 kg/hm2。在一定范圍內(nèi)，隨施肥量增加產(chǎn)量遞增，一旦過(guò)量使用，作物產(chǎn)量反而出現(xiàn)下降趨勢(shì)，同時(shí)肥料利用率呈下降趨勢(shì)。在本試驗(yàn)條件下，氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）施用量分別為1881、65.7、104.0 kg/hm2是丹陽(yáng)市主栽小麥品種的最佳經(jīng)濟(jì)施肥量，小麥對(duì)氮肥、磷肥、鉀肥利用率分別為30.2%、437%、36.0%。

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收稿日期：2019-09-12

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2016YFD0200805）;江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：BE2019378）;江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號(hào)：CX（18）3002]。

作者簡(jiǎn)介：鄭網(wǎng)宇（1979—），男，江蘇丹陽(yáng)人，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事土壤肥力質(zhì)量研究與推廣工作。E-mail：458987107@qq.com。

通信作者：蔣國(guó)龍，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理研究。Tel：（025）84390356;E-mail：j.guolong@163.com。