微噴灌水肥一體化下磷鉀肥減量分期施用對小麥產(chǎn)量和養(yǎng)分利用的影響

張 晶 黨建友 裴雪霞 張定一 王姣愛 程麥鳳

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所,山西 臨汾 041000)

近年來我國施用化肥過量現(xiàn)象普遍,導(dǎo)致肥料利用率偏低,不僅不能促進(jìn)作物增產(chǎn),而且會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,不利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1-4]。在小麥生長發(fā)育所需的氮、磷、鉀3種大量營養(yǎng)元素中,氮肥對小麥產(chǎn)量效應(yīng)最大[5-8],其次是磷、鉀肥,但磷肥易固定[9-10],鉀肥易流失,因而人們對合理施用氮磷鉀肥的研究較多[11-13]。目前,在小麥/玉米一年兩熟種植區(qū),水肥一體化條件下磷鉀肥減量分期施用的研究報道較少。微噴灌是利用微噴帶將水噴射至空中,并散成細(xì)小霧滴,均勻地噴灑到植物根區(qū)的一種節(jié)水灌溉技術(shù),相比水分利用效率僅為45%的傳統(tǒng)灌溉方式[14-16],其節(jié)水效果明顯。研究表明,采用微噴灌水肥一體化技術(shù)能將溶解后的肥料直接輸送到小麥根系最集中的部位,促進(jìn)根系對肥料的吸收,同時可以防止水肥深層滲漏,提高肥料的利用效率,改善土壤小環(huán)境,有利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[17-19]。鑒于山西省的土壤以石灰為主,成土母質(zhì)中主要含鉀礦物長石,具有較高或中等偏高供鉀水平[20]。本研究通過微噴灌水肥一體化方式,將傳統(tǒng)的磷鉀肥用量進(jìn)行減量并分期施用處理,研究其對小麥產(chǎn)量及養(yǎng)分利用效率的影響,以期為山西省南部小麥玉米一年兩熟區(qū)小麥節(jié)水節(jié)肥穩(wěn)產(chǎn)增效栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗地概況

供試小麥品種為良星99,由山東良星種業(yè)有限公司提供。

試驗于2016-2017年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所韓村試驗基地(36°8′N、111°34′E,海拔441 m)進(jìn)行。試驗田0～20 cm 土層土壤肥力為有機(jī)質(zhì)10.15 g·kg-1、堿解氮48.36 mg·kg-1、速效磷13.91 mg·kg-1、速效鉀133 mg·kg-1。小麥生育期降水量188.7 mm,玉米秸稈還田后,旋耕兩遍播種,播量187.5 kg·hm-2,2016年10月8日播種。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置灌水和施肥處理:施純氮225 kg·hm-2,施用方式為70%底施+30%拔節(jié)期追施;磷鉀肥設(shè)置常規(guī)施肥量(P2O5,135 kg·hm-2;K2O,90 kg·hm-2)和減量30%,施用方式鉀肥全部底施,磷肥設(shè)100%底施(P底)、50%底施+50%冬前追施(P底+冬)、50%底施+50%拔節(jié)期追施(P底+拔)3個處理。對照(CK):常規(guī)施肥量,漫灌。灌溉及施肥情況詳見表1。每個處理3次重復(fù),每小區(qū)面積40 m×2.3 m=92 m2,等行距種植12行小麥,在第6和第7行之間沿小麥種植方向鋪設(shè)一條微噴帶,進(jìn)水端安裝壓力表、水表和閥門,根據(jù)試驗設(shè)計的灌水量用微噴灌方式補(bǔ)灌,底肥和CK 追肥采用撒施,其他處理追肥采用水肥一體化施入。

表1 試驗設(shè)計Table1 Experimental design

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株干重及全氮含量的測定 于小麥成熟期在每個小區(qū)連續(xù)選取20株完整植株的葉片、莖稈、穎殼(穎殼+穗軸)和籽粒,105℃殺青20 min,80℃烘干至恒重,稱干重,然后粉碎,備用。氮含量采用凱氏定氮法測定;磷含量用釩鉬黃比色法測定;鉀含量采用火焰光度計法測定[21]。

1.3.2 植株氮、磷、鉀素積累轉(zhuǎn)運(yùn)與利用的相關(guān)計算

氮(磷、鉀)素積累量=氮(磷、鉀)素含量×干物質(zhì)質(zhì)量;

植株氮(磷、鉀)素利用效率=籽粒產(chǎn)量/成熟期植株氮(磷、鉀)積累量×100%;

氮(磷、鉀)收獲指數(shù)=籽粒氮(磷、鉀)素積累量/植株氮(磷、鉀)素積累量;

氮(磷、鉀)肥偏生產(chǎn)力=產(chǎn)量/施氮(磷、鉀)量;

氮(磷、鉀)素產(chǎn)投比=植株氮(磷、鉀)積累量/[氮(磷、鉀)肥施用量×0.865]。

1.3.3 產(chǎn)量測定 成熟時每小區(qū)收獲1 m2植株,3次重復(fù),脫粒風(fēng)干,稱重記產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Office Excel 2003和DPS 15.10軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷鉀肥減施與常量施肥的微噴灌小麥成熟期各器官氮素積累量及分配比例

由表2可知,成熟期磷鉀肥減施和常量施肥植株氮素積累量均表現(xiàn)為P底+拔K＞P底K＞P底+冬K,磷鉀肥減施和常量施肥P底+拔K 植株氮素積累量差異不顯著(P＞0.05)。營養(yǎng)器官葉片氮素積累量以常量施肥中P底+拔K 最高,磷鉀肥減施P底+拔K 次之;莖桿氮素積累量和分配比例均以磷鉀肥減施P底K 最高,磷鉀肥減施P底+拔K 次之;穎殼和籽粒中氮素積累量均以常量施肥P底+拔K 最高,常量施肥P底+拔K 籽粒氮素積累量最高,為158.02 kg·hm-2,顯著高于其余處理(P＜0.05)。由此可見,磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施更有利于成熟期小麥植株和籽粒的氮素積累。

2.2 磷鉀肥減施與常量施肥的微噴灌小麥成熟期各器官磷素積累量及分配比例

由表3可知,成熟期植株磷素積累量以常量施肥P底+冬K 最高,且與其他處理差異顯著(P＜0.05),磷鉀肥減施處理表現(xiàn)為P底+拔K＞P底+冬K＞P底K。營養(yǎng)器官葉片磷素積累量和磷素分配比例均以常量施肥P底+拔K 最高;莖桿磷素積累量以常量施肥P底+冬K和磷鉀肥減施P底+拔K 較高,二者之間無顯著差異(P＞0.05),磷素分配比例以磷鉀肥減施P底+拔K 最高,與除磷鉀肥減施P底K 外的其他處理差異顯著(P＜0.05);穎殼磷素積累量以磷鉀肥減施P底K和常量施肥P底+冬K 較高,二者間差異不顯著(P＞0.05),磷素分配比例則以磷鉀肥減施P底K 最高,且與其他處理差異顯著(P＜0.05);籽粒中磷素積累量和分配比例均以常量施肥P底+拔K 最高。成熟期磷素積累量表現(xiàn)為籽粒＞莖桿＞穎殼＞葉片,常量施肥處理50%底施+50%冬前追施能夠提高成熟期小麥植株磷素積累,而常量施肥處理50%底施+50%拔節(jié)期追施的籽粒磷素積累量和分配比例最高。

表2 磷鉀肥減施與常量施肥的微噴灌小麥成熟期各器官氮素積累量及分配比例Table2 N accumulation (NA) and N distribution ratio(NDR) of maturation period in micro-sprinkler irrigation wheat under phosphorus,potassium fertilizer reduced and normal fertilization

表3 磷鉀肥減施與常量施肥的微噴灌小麥成熟期各器官磷素積累量及分配比例Table3 P accumulation (PA) and P distribution ratio(PDR) of maturation period in micro-sprinkler irrigation wheat under phosphorus,potassium fertilizer reduced and normal fertilization

2.3 磷鉀肥減施與常量施肥的微噴灌小麥成熟期各器官鉀素積累與分配比例

由表4可知,成熟期植株鉀素積累量以磷鉀肥減施P底+拔K 最高,但且與其他處理差異顯著(P＜0.05)。營養(yǎng)器官葉片鉀素積累量和分配比例以常量施肥P底+拔K 最高,磷鉀肥減施P底+拔K 鉀素積累量與其差異不顯著(P＞0.05),其他處理鉀素積累量均與其差異顯著(P＜0.05);莖桿及穎殼鉀素積累量均以磷鉀肥減施P底+拔K 最高;籽粒鉀素積累量和分配比例均以常量施肥P底+冬K 最高,常量施肥P底+拔K 次之。成熟期鉀素積累量表現(xiàn)為莖桿＞籽粒＞穎殼＞葉片,磷鉀肥減施處理磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施能夠提高成熟期小麥植株、葉片、莖桿及穎殼的鉀素積累。

表4 磷鉀肥減施與常量施肥的微噴灌小麥成熟期各器官鉀素積累量及分配比例Table4 K accumulation (KA) and K distribution ratio (KDR) of maturation period in micro- sprinkler irrigation wheat under phosphorus,potassium fertilizer reduced and normal fertilization

2.4 磷鉀肥減施與常量施肥小麥產(chǎn)量及氮磷鉀利用效率相關(guān)指標(biāo)

由表5可知,常量施肥和磷鉀肥減施P底+拔K 小麥產(chǎn)量均較高。植株氮素利用效率以CK 最高;磷素利用效率以常量施肥P底K 最高,且與其他處理差異顯著(P＜0.05);鉀素利用效率以磷鉀肥減施P底K 最高,常量施肥P底K 次之。氮肥偏生產(chǎn)力以磷鉀肥減施P底+拔K 最高;磷、鉀肥偏生產(chǎn)力及其相應(yīng)產(chǎn)投比均以磷鉀肥減施P底+拔K 最高。由此可知,在微噴灌水肥一體化磷鉀肥減量30%的條件下,通過合理施用氮磷鉀肥可以提高小麥產(chǎn)量和氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力及其產(chǎn)投比。

表5 磷鉀肥減施與常量施肥小麥產(chǎn)量及氮磷鉀利用效率相關(guān)指標(biāo)Table5 Grain yield and corresponding indicators under phosphorus,potassium fertilizer reduced and normal fertilization

3 討論

研究表明,適量施磷可顯著提高冬小麥產(chǎn)量,但施磷量過低或過高會抑制小麥的生長與產(chǎn)量的形成;此外,施磷還可促進(jìn)冬小麥營養(yǎng)生長(拔節(jié)期)和生長前期的植株發(fā)育,但由于磷在土壤中極易被固定,其橫縱向遷移距離不會超過5 cm,導(dǎo)致磷肥的當(dāng)季利用率偏低[22-24]。因此,要實現(xiàn)小麥高產(chǎn),在確定氮、鉀肥用量的同時,更要重視磷肥的施用。本研究采用的微噴灌水肥一體化施肥方式,有利于磷肥垂直向下擴(kuò)散,分期施磷肥更能促進(jìn)小麥對磷素的吸收利用。結(jié)果表明,磷鉀肥減施處理成熟期植株氮磷鉀積累量均表現(xiàn)為P底+拔K 最高,說明微噴灌水肥一體化磷鉀肥減施30%條件下,磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施可以提高小麥成熟期植株氮磷鉀積累量。此外,籽粒中氮素積累量以常量施肥P底+拔K 最高,磷鉀肥減施P底+拔K 次之,說明磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施的方式可以提高籽粒的氮素積累量。王榮輝等[25]對旱地小麥的研究表明,由產(chǎn)量增加引起的養(yǎng)分稀釋效應(yīng)導(dǎo)致適量施磷顯著降低了小麥籽粒的含氮量,這與本試驗結(jié)果不一致,可能與本試驗采用微噴灌水肥體化且磷肥分次施用有關(guān)。黨紅凱等[26]認(rèn)為小麥器官中較高的含磷量能夠促進(jìn)植株生長,有利于提高籽粒產(chǎn)量;崔正勇等[27]研究表明,增加施氮量和施磷量,可以提高冬小麥成熟期籽粒磷素積累量,但增加施磷量會導(dǎo)致磷素利用效率降低。本試驗中,成熟期磷素積累量為籽粒＞莖桿＞穎殼＞葉片,常量施肥處理50%底施+50%拔節(jié)期追施籽粒磷素積累和分配比例最高。磷肥對小花和花粉粒的形成發(fā)育及籽粒灌漿有明顯的促進(jìn)作用,因此小麥拔節(jié)期噴施磷肥可以及時供應(yīng)磷素,促進(jìn)籽粒灌漿。

前人研究表明,小麥生長發(fā)育所需的氮磷鉀3種大量營養(yǎng)元素中,氮肥對小麥的產(chǎn)量效應(yīng)最大,其次為鉀肥和磷肥,且3種肥料配合施用更有利于提高小麥產(chǎn)量、促進(jìn)小麥對營養(yǎng)元素的吸收,提高肥料的利用率[28-29]。黃倩楠等[30]通過對中國小麥主產(chǎn)區(qū)多點(diǎn)的農(nóng)戶調(diào)研分析表明,隨著產(chǎn)量的增加,小麥對氮、磷、鉀養(yǎng)分需求量呈降低趨勢。本研究結(jié)果表明,小麥產(chǎn)量,成熟期植株氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力及其產(chǎn)投比均以磷鉀肥減施P底+拔K 最高,說明采用微噴灌水肥一體化技術(shù)在磷鉀肥減施30%條件可以提高小麥產(chǎn)量并滿足生育期氮磷鉀需求量。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明,與傳統(tǒng)栽培模式及微噴灌常量施肥相比,利用微噴灌水肥一體化技術(shù)生育期灌水3次(越冬水+拔節(jié)水+灌漿水),灌水量1 500 m3·hm-2,磷鉀肥較常量減施30%條件下磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施能夠提高小麥產(chǎn)量、成熟期植株氮磷鉀積累量、氮磷鉀偏生產(chǎn)力及其產(chǎn)投比,從而實現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥穩(wěn)產(chǎn)高效。本研究將傳統(tǒng)大水漫灌改為微噴灌,將農(nóng)民傳統(tǒng)的施肥量進(jìn)行適度減量以水噴施,為山西省南部小麥節(jié)水節(jié)肥穩(wěn)產(chǎn)高效栽培技術(shù)提供了理論依據(jù)。