不同施氮处理对冬小麦产量及氮肥利用率相关指标的影响

胡斌，孙可心，李林，李升东，薛艳芳，傅晓岩，朱培丰，霍瑞风，刘延生

（1.山东省土壤肥料总站，山东 济南 250100；2.山东农业大学资源与环境学院，山东泰安 271018；3.山东省农业科学院作物研究所，山东济南 250100；4.山东省农业科学院玉米研究所，山东 济南 250100；5.山东谷丰源生物科技集团有限公司，山东聊城 252300）

施肥是提高粮食产量的主要措施之一。自20世纪50年代化肥引入我国后，其逐步取代有机肥料成为农业增产的主要方式。我国作为化肥生产及消费大国，自1984年以来化肥用量连年增加，至20世纪末平均用量达400 kg／hm2，氮素盈余达 579.4万吨，氮肥过量施用尤为严重。2006—2016年我国粮食产量增加27%，单产增加31.7%，但同期氮肥施用量却增加93.6%。研究表明，过量施用氮肥会导致小麦抗倒伏能力、病虫害抗性及产量下降［1，2］。常年过量施用氮肥导致耕地养分失衡、土壤酸化、土壤生物多样性降低及土壤生产力下降；土壤氮素大量进入环境引起的地下水、地表水及大气环境污染等问题得到日益广泛的关注。可见，农业生产上推广实行氮肥减量技术对提高产量及经济效益、降低环境风险、发展农业绿色生产均具有至关重要的意义。我国农业科研人员在氮肥减量技术方面进行了大量研究并取得丰硕成果，其中一次性施用控释肥从可操作性及产量上均取得理想效果［3-7］。不同地区、气候条件、肥料用量、肥料类型、小麦品种等均是影响产量结果的重要因素。本研究以山东省主推小麦品种济麦22为供试材料，在山东省泰安市肥城实验站设置减量施氮及不同控释尿素处理，探讨不同氮肥用量及控释尿素类型对小麦产量的影响，以期为该地区小麦高产栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及设计

试验在肥城实验站（116.81°E，36.14°N）进行。供试小麦品种为济麦22。土壤类型为褐土，主要肥力指标：有机质含量10.6 g／kg、速效氮89 mg／kg、速效磷 32 mg／kg和速效钾 127 mg／kg。

试验采用随机区组设计，以不施氮肥为对照，设5个施氮量处理（见表1），重复3次。播种前，除控释肥处理（F4b、F4c和F4d）外，其余各处理施用 P2O590 kg／hm2、K2O 90 kg／hm2作基肥，一次性施入。

播种密度为基本苗270万株／hm2，等行距播种，行距 23.5 cm。小区面积72 m2（6 m×12 m）。2018年10月1日播种，2019年6月3日收获。

表1 试验处理

1.2 测定项目及方法

1.2.1 生物量及待测样品制备 收获期各处理均随机选取长势均匀的植株10株，拔单株剪掉根部，清理泥土后，105℃杀青30 min，65℃下烘至恒重，百分之一天平称重，记录。然后整株粉碎：先初步粗略粉碎，然后随机取样后细粉，过0.25 mm筛备用。

1.2.2 产量及其构成因素 成熟时，各处理小麦随机选取长势均匀的5 m双行，数2个1 m行长的穗数，然后随机测定20个穗的穗粒数。收获5 m双行后风干、脱粒，测定籽粒总产量，然后各随机选取3个200粒测定重量，最终折算成含14%水分的籽粒产量和千粒重，并折算成公顷产量。

1.2.3 叶绿素含量测定 采用手持叶绿素仪分别在开花期（4月26日）和灌浆期10（5月9日）、20（5月19日）、25（5月24日）、27（5月26日）、29（5月28日）、30（5月29日）、31天（5月30）测定旗叶的SPAD值，测定15个单株主茎，每片叶测3次，取平均值。

1.2.4 茎秆强度测定 5月30日，采用DDY-2植物茎秆强度测定仪折断式测定法测定，各处理分别随机测定3个单株所有单茎的茎秆强度，取平均值。

1.2.5 地上部氮素含量测定 样品经H2SO4-H2O2消煮，凯氏定氮仪测定。

1.3 统计分析

采用Microsoft Excel进行数据整理和作图，SPSS软件进行方差分析，LSD法检验差异显著性水平。

2 结果与分析

2.1 不同施氮处理对冬小麦产量及其构成因素的影响

由表2可以看出，随着施氮量逐渐递增，F1、F2、F3和F4a处理的籽粒产量呈现递增趋势，但再进一步增加，F5和F6处理的产量下降，分别比F4a处理降低3.3%和1.7%。F1处理产量最低，F3和F6处理产量无显著差异。

优化施氮量180 kg／hm2的4个处理产量整体高于其他处理，其中F4b和F4c的小麦籽粒产量均显著高于其他处理，分别比F4a处理高17.3%和13.4%，比热固树脂尿素F4d处理高13.3%和9.5%，比不施氮 F1处理高45.9%和41.0%。4个优化处理的穗数和穗粒数整体处于较高水平，但是千粒重整体偏低。F4b和F4c处理的穗粒数最高，但与等氮量的尿素F4a处理无显著差异，显著高于等氮量的F4d处理。F4d处理的穗数最高，与F4a、F4b和F4c差异不显著。

表2 不同施氮处理冬小麦产量及产量构成要素

2.2 不同施氮处理对小麦灌浆期旗叶叶绿素SPAD值的影响

由图1可以看出，小麦旗叶叶绿素含量在灌浆最后几天迅速下降；不同氮肥处理对维持旗叶叶绿素含量有明显差异；氮素供应水平的增加对于维持旗叶叶绿素含量有显著影响，快速下降明显延后。优化施氮量180 kg／km2的4个处理以及234 kg／km2的F5处理旗叶叶绿素含量快速下降时间延后1～2天，5月28日才开始显著下降，其他常规施肥处理的旗叶叶绿素SPAD值在5月26日即开始显著下降。

图1 不同氮肥处理小麦灌浆期旗叶叶绿素SPAD值的动态变化

2.3 不同施氮处理下小麦成熟期茎秆强度的差异

由图2可以看出，不同施氮处理成熟期小麦茎秆强度存在显著差异，随着施氮量的增加，茎秆强度出现先增加后降低趋势，多项式方程拟合决定系数R2达到0.9123。优化施肥处理的茎秆强度显著增加，其中F4a、F4b和F4c处理的茎秆强度均显著高于所有非优化施肥处理。

图2 不同施氮处理小麦成熟期茎秆强度

2.4 不同施氮处理对小麦地上部生物量及氮素累积量的影响

不同施氮处理下济麦22的生物量与产量呈现出相似规律，即优化施肥的3个包膜尿素处理F4b、F4c和F4d地上部生物量均高于其他处理。其中，F4b和F4c处理的生物量分别比F4a处理显著提高12.1%和14.7%；比F4d处理高3.1%和5.5%；比不施肥的F1处理显著提高59.8%和63.5%。随着施氮量增加，济麦22地上部氮含量逐渐增加，施氮量为126 kg／hm2的 F3及 F4、F5处理地上部氮素含量均无显著差异，F6处理地上部氮含量最高，与其他处理差异达显著水平。F4b、F4c和F4d处理的氮素累积量均显著高于其他处理。

表3 不同施氮处理的小麦地上部生物量、氮含量及氮素累积量

2.5 不同施氮处理对小麦氮肥利用率的影响

由图3可以看出，随着施氮量的增加，常规尿素处理氮肥利用率有逐渐下降趋势，优化施肥处理的3个包膜尿素处理F4b、F4c和F4d的氮肥利用效率显著高于 F4a，分别比 F4a处理提高73.91%、77.75%和 51.92%。F4a、F4b、F4c和F4d 4个优化施肥处理的氮肥利用率分别比高施肥量的 F6处理提高 34.83%、134.48%、139.66%和104.83%。

图3 不同施氮处理的小麦氮肥利用率

3 讨论

氮素是影响作物产量的首要因素，在一定用量范围内，小麦各干物质量随施氮量的增加而增加［8］。合理的施氮量是小麦实现优质高产高效的重要举措［9］。当前农业生产上所用氮肥以尿素为主，但长期不合理的大量施用，不仅造成浪费，还会导致水体污染和土壤酸化［10］。本研究中，当施氮量在180 kg／hm2以下时，冬小麦籽粒产量和地上部生物量均随施氮量的增加呈现递增趋势，180 kg／hm2时达到最大值，继续增加用量，籽粒产量和地上部生物量开始下降。这与周洁等［11］的研究结果类似。

施氮量180 kg／hm2时，施用硫加树脂尿素、树脂尿素和热固树脂尿素均能获得更高产量，并且硫加树脂尿素处理能获得最高产量，树脂尿素处理能获得最高生物量。热固树脂尿素的肥效减弱，产量和生物量均不同程度降低。可见，播前一次性施用硫加树脂尿素、树脂尿素控释肥且控制施氮量在180 kg／hm2时，冬小麦产量可显著提高。

氮肥对小麦产量的调控是一个极其复杂的过程。从本研究结果看，F4b和F4c处理（硫加树脂尿素和树脂尿素处理）高产量的出现伴随着旗叶衰老的延缓、茎秆质量以及氮肥利用率的提高；从产量三要素来看，F4b和F4c两个处理增加了济麦22的穗数和穗粒数，但是降低了千粒重。可见，硫加树脂尿素和树脂尿素引起济麦22增产的原因是多方面的。随着施氮量的增加，常规尿素处理F6（250 kg／hm2）的小麦产量却与 F2（72 kg／hm2）、F3（126 kg／hm2）、F4a（180 kg／hm2）和F5（234 kg／hm2）无显著差异，但其氮肥利用率急剧下降到29.0%，茎秆强度也显著低于F4及F5处理，最终可能导致倒伏风险增加。

4 结论

优化施氮量180 kg／hm2的硫加树脂尿素和树脂尿素处理均能在泰安肥城地区获得济麦22的高产，两处理均能显著延缓灌浆后期旗叶衰老，增强茎秆强度并提高氮肥利用率。因此本试验条件下，180 kg／hm2纯氮用量的硫加树脂尿素和树脂尿素适合当地土壤条件及小麦高产栽培。