袁天佑, 冀建華, 王俊忠, 孫笑梅, 閆軍營, 王志勇, ?？×x

?

腐植酸與氮肥配施對冬小麥氮素吸收利用及產量的影響*

袁天佑1,2, 冀建華2, 王俊忠2, 孫笑梅2, 閆軍營2, 王志勇2, ?？×x1**

(1. 甘肅農業(yè)大學農學院 蘭州 730070; 2. 河南省土壤肥料站 鄭州 450002)

研究腐植酸與氮肥配施對冬小麥產量、氮素吸收及經濟效益的影響, 可為提高氮肥的增產效益, 減少氮肥對生態(tài)環(huán)境的污染提供理論指導。在河南褐土區(qū)冬小麥-夏玉米輪作制度下, 于2014年開始在河南省南陽市臥龍區(qū)開展田間定位試驗, 共設置單施磷鉀肥、常規(guī)施肥、單施腐植酸、常規(guī)施肥+腐植酸、常規(guī)施肥減氮15%+腐植酸、常規(guī)施肥減氮30%+腐植酸6個處理, 分析不同氮肥與腐植酸配施下冬小麥產量和氮肥利用的特征。結果表明, 腐植酸與氮肥配施可以有效提高冬小麥的產量及其構成要素, 促進植株對氮素的累積, 提高氮肥利用率。其中, 常規(guī)施肥減氮15%+腐植酸處理下冬小麥產量、籽粒氮含量、籽粒氮累積量、地上部總氮累積量、氮肥利用效率和純收益均增加, 與常規(guī)施肥相比, 冬小麥產量增加4.96%, 氮肥利用效率增加23.42%, 純收益增加2.18%。常規(guī)施肥減氮30%+腐植酸條件下冬小麥產值和收益降低。因此, 在施用腐植酸的基礎上, 配施適量氮肥才能獲得較高的產值和收益。常規(guī)施肥減氮15%+腐植酸是本研究區(qū)域最佳的施肥模式, 對實現(xiàn)現(xiàn)代化農業(yè)生產的高產高效、資源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境保護具有重要意義。

腐植酸; 氮肥; 冬小麥; 產量; 氮素吸收; 氮肥效率

化肥是糧食的“糧食”, 我國每年化肥施用量占世界生產化肥總量的1/3[1-2]。但是, 目前我國農田氮肥的當季利用率僅為30%~35%[3-4]?；蕮p失不僅對環(huán)境造成污染, 還影響作物的品質。因此, 減少氮肥用量、提高氮肥利用效率和作物產量對實現(xiàn)農業(yè)的環(huán)境友好發(fā)展具有重要意義[5-7]。腐植酸是近年來研究比較熱門的新型肥料品種, 具有良好的化學活性和生物活性[8-10]。腐殖酸含有多種活性基團, 如羧基、羥基和甲氧基等, 具有較強的離子交換能力和吸附能力[11]。腐植酸與氮肥結合施用能促進作物生長及對氮的吸收, 提高肥效[12-13]。孫建好等[14]相關研究表明: 腐植酸與氮、磷配施提高冬小麥()產量305.60 kg·hm-2, 腐植酸與磷肥配施能提高大豆()產量261.90 kg·hm-2, 另外, 施用腐植酸對紫花苜蓿()產量和品質的提升具有促進作用; 郝青等[15]研究表明, 腐植酸配施不僅促進作物生長發(fā)育、提升夏玉米()產量, 還能培肥地力、提高土壤肥效。配施一定量的腐植酸不僅可以提高肥效達到活化、改良土壤的作用, 還能刺激作物生長、提高作物產量和品質, 在農田生態(tài)系統(tǒng)上應用潛力巨大[16-18]。

南陽盆地褐土區(qū)是我國重要的糧食生產區(qū), 冬小麥又是最主要的種植作物。已有的腐植酸研究多集中于敘述性論述或者機理性研究, 鮮有腐植酸直接配施無機肥對冬小麥生產影響的報道, 尤其是在河南褐土區(qū)的研究鮮見報道。同時, 我國人多地少的國情決定了我國的新型現(xiàn)代農業(yè)必須走集約化環(huán)境友好的發(fā)展道路, 必須解決既能在培肥地力的基礎上獲得作物高產, 又能減輕對生態(tài)環(huán)境壓力的化肥使用技術即減氮增效技術。本文旨在通過施用腐植酸減少氮肥用量的氮肥運籌模式, 探求在保證冬小麥穩(wěn)產、增產及農民增收的前提下, 提高氮肥利用率, 降低生態(tài)環(huán)境污染的合理施氮措施, 以期為實現(xiàn)農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)高產、高效和促進農業(yè)環(huán)境友好發(fā)展提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2014年(田間定位試驗第3年)在河南省南陽市臥龍區(qū)英莊鎮(zhèn)前英莊村進行, 供試土壤為黃褐土, 前茬作物為玉米, 玉米收獲后秸稈全部還田, 并在冬小麥播種前進行深耕深松, 試驗前0~20 cm土層土壤理化性狀分別為: pH 6.57, 堿解氮69.97 mg·kg-1,速效磷23.57 mg·kg-1, 速效鉀84.25 mg·kg-1, 有機質11.32 g·kg-1。

試驗田設在永久性耕地上, 設6個處理, 即: 1)不施氮肥即單施磷鉀肥(T1); 2)常規(guī)施肥, 全生育期施純氮180 kg·hm-2(T2); 3)單施腐植酸3 000 kg·hm-2(T3); 4)常規(guī)施肥+腐植酸, 全生育期施純氮180 kg·hm-2, 配施腐植酸3 000 kg·hm-2(T4); 5)常規(guī)施肥減氮15%+腐植酸, 全生育期施純氮153 kg·hm-2, 配施腐植酸3 000 kg·hm-2(T5); 6)常規(guī)施肥減氮30%+腐植酸, 全生育期施純氮126 kg·hm-2, 配施腐植酸3 000 kg·hm-2(T6)。試驗采取隨機區(qū)組排列, 3次重復, 小區(qū)面積 6 m×8 m=48 m2, 同時設置保護行和觀察道。供試小麥品種為‘周麥16’。供試肥料品種氮肥為尿素(46%), 磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%), 鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%); 腐植酸: pH為4.74, 有機質為809.2 g×kg-1,全氮為7.6 g×kg-1, 全磷為3.8 g×kg-1, 全鉀為2.3 g×kg-1,試驗中所使用的腐植酸均由南陽市沃泰肥業(yè)有限公司提供。

除T3處理(單施腐植酸)外, 其他所有處理(T1、T2、T4、T5、T6)全生育期磷肥用量為P2O590 kg·hm-2、鉀肥用量為K2O 75 kg·hm-2, 均用做基肥一次性施入。其中T2、T4、T5、T6處理的氮肥均采用基追配合的模式: 50%氮肥做基肥, 剩余50%氮肥于冬小麥拔節(jié)期追施。腐植酸為粉狀、撒施, 全部用做基肥一次性施入。所有處理的種植密度及其他水肥管理措施按照當?shù)馗弋a優(yōu)質小麥生產技術規(guī)程進行, 各項措施由專人在同一個工作日內完成。

1.2 采樣與測定方法

冬小麥成熟后, 1 m2實收計產, 按照1 m雙行法調查產量構成要素。取每個小區(qū)植株樣, 分為籽粒、穎殼、莖葉等, 計算各部位生物量, 并烘干粉碎, 測定各部位氮含量及其累積量, 計算氮肥利用效率。植株樣品采用硫酸-雙氧水法消煮, 全氮采用凱氏定氮法進行測定[19]。

以下參數(shù)計算公式參考彭少兵等[20]及鄒娟等[21]的方法, 用以表征肥料的利用效率。

氮素積累量(kg·hm-2)=非收獲物干重×非收獲物氮含量+收獲物干重×收獲物氮含量 (1)

氮肥偏生產力(kg·kg-1)=施氮肥區(qū)產量/施氮肥量(2)

氮肥農學效率(kg·kg-1)=(施氮肥區(qū)產量?不施氮肥區(qū)產量)/施氮肥量 (3)

氮肥利用效率=(施氮肥區(qū)植株地上部氮素積累量?不施氮肥區(qū)植株地上部氮素積累量)/施氮量 (4)

氮肥貢獻率(%)=(施氮肥區(qū)產量-不施氮肥區(qū)產量)/施氮肥區(qū)產量×100% (5)

試驗數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 2003和SAS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 腐植酸與氮肥配施對冬小麥產量及其構成要素的影響

試驗結果表明(表1), 不同施肥處理2014年和2015年兩年的平均有效穗數(shù)方面總體呈如下趨勢: T5>T6>T2>T4>T3>T1, T5處理顯著高于其他處理, T1處理顯著低于其他處理; 穗粒數(shù)和千粒重均呈現(xiàn): T5>T6>T4>T2>T1>T3; 產量指標表現(xiàn)為: T5>T6> T4>T2>T3>T1。總體上顯示, 施氮處理顯著優(yōu)于不施氮處理, 腐植酸與氮肥配施優(yōu)于單施化肥, 其中, 以T5處理最佳, 其兩年平均有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產量較T2處理分別高2.97%、1.30%、0.62%和4.96%。然而, T6處理兩年平均有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、產量等方面稍優(yōu)于T2和T4處理, 但均低于T5處理。

表1 不同施肥處理對冬小麥產量及產量構成要素的影響

T1: 不施氮肥, 全生育期施P2O590 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2; T2: 常規(guī)施肥, 全生育期施N 180 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2; T3:單施腐植酸3 000 kg·hm-2; T4: 常規(guī)施肥+腐植酸3 000 kg·hm-2; T5: 常規(guī)施肥減氮15%+腐植酸3 000 kg·hm-2; T6: 常規(guī)施肥減氮30%+腐植酸3 000 kg·hm-2。同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。T1: application of 90 kg·hm-2P2O5and 75 kg·hm-2K2O without N application; T2: conventional fertilization, application of 180 kg·hm-2N, 90 kg·hm-2P2O5, and 75 kg·hm-2K2O; T3: application of 3 000 kg·hm-2humic acid; T4: conventional fertilization + 3 000 kg·hm-2humic acidapplication; T5: conventional fertilization with 15% nitrogen reduction + 3 000 kg·hm-2humic acid application; T6: conventional fertilization with 30% nitrogen reduction + 3 000 kg·hm-2humic acid application. Different letters in the same column mean significant differences at 5% level.

2.2 腐植酸與氮肥配施對冬小麥各部位氮含量和累積量的影響

由圖1可知, 不同施肥處理冬小麥各器官的氮含量高低趨勢為: T5>T6>T4>T2>T1>T3。T5、T6、T4和T2處理各器官氮含量顯著高于T1和T3處理。說明施用氮肥能夠增加植株各器官氮含量, 單施腐植酸不能滿足氮素需求, 影響氮素吸收和積累。T4、T5、T6處理的籽粒氮含量較T2處理分別高3.97%、23.02%和17.46%, 其中T5與T2處理間差異達顯著水平(<0.05)。說明在常規(guī)施肥的基礎上配施一定量的腐植酸較常規(guī)施肥相比, 可以促進植株各器官對氮素的吸收。

T1: 不施氮肥, 全生育期施P2O590 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2; T2: 常規(guī)施肥, 全生育期施N 180 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2; T3:單施腐植酸3 000 kg·hm-2; T4: 常規(guī)施肥+腐植酸3 000 kg·hm-2; T5: 常規(guī)施肥減氮15%+腐植酸3 000 kg·hm-2; T6: 常規(guī)施肥減氮30%+腐植酸3 000 kg·hm-2。圖中數(shù)據(jù)為2014年和2015年的平均值; 不同小寫字母表示同一測定部位不同處理間差異顯著(<0.05)。T1: application of 90 kg·hm-2P2O5and 75 kg·hm-2K2O without N application; T2: conventional fertilization, application of 180 kg·hm-2N, 90 kg·hm-2P2O5, and 75 kg·hm-2K2O; T3: application of 3 000 kg·hm-2humic acid; T4: conventional fertilization + 3 000 kg·hm-2humic acidapplication; T5: conventional fertilization with 15% nitrogen reduction + 3 000 kg·hm-2humic acid application; T6: conventional fertilization with 30% nitrogen reduction + 3 000 kg·hm-2humic acid application. Figure data are mean value of 2014 and 2015. Different lowercase letters indicate significant differences under various treatments in the same part of plant at< 0.05.

由圖2可知, 不同施肥處理冬小麥各器官總氮累積量高低趨勢為: T5>T6>T4>T2>T3>T1, 施氮處理(T2、T4、T5、T6)顯著高于不施氮處理(T3、T1)。其中, T3處理各部位的氮素累積量均高于T1處理, 但差異未達顯著水平(<0.05); T2、T4、T5和T6處理較T1處理籽粒氮累積量、總氮累積量增加幅度分別達88.49%~143.77%和80.71%~114.89%。說明施用氮素可以大幅度提升植株各器官的氮素累積量, 在促進植株各器官對氮素的累積上, 單施腐植酸稍優(yōu)于單施磷鉀肥。

T1: 不施氮肥, 全生育期施P2O590 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2; T2: 常規(guī)施肥, 全生育期施N 180 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2; T3:單施腐植酸3 000 kg·hm-2; T4: 常規(guī)施肥+腐植酸3 000 kg·hm-2; T5: 常規(guī)施肥減氮15%+腐植酸3 000 kg·hm-2; T6: 常規(guī)施肥減氮30%+腐植酸3 000 kg·hm-2。圖中數(shù)據(jù)為2014年和2015年的平均值; 不同小寫字母表示同一測定部位不同處理間差異顯著(<0.05)。T1: application of 90 kg·hm-2P2O5and 75 kg·hm-2K2O without N application; T2: conventional fertilization, application of 180 kg·hm-2N, 90 kg·hm-2P2O5, and 75 kg·hm-2K2O; T3: application of 3 000 kg·hm-2humic acid; T4: conventional fertilization + 3 000 kg·hm-2humic acidapplication; T5: conventional fertilization with 15% nitrogen reduction + 3 000 kg·hm-2humic acid application; T6: conventional fertilization with 30% nitrogen reduction + 3 000 kg·hm-2humic acid application. Figure data are mean value of 2014 and 2015. Different lowercase letters indicate significant differences under various treatments in the same part of plant at< 0.05.

T4、T5、T6處理的籽粒氮累積量、總氮累積量均高于T2處理, 其中T5處理與T2處理間的總氮累積量差異達顯著水平(<0.05)。但T4、T5、T6處理的莖葉氮累積量較T2處理分別降低3.22%、18.81%和36.61%, 說明在常規(guī)施肥的基礎上配施一定量的腐植酸在提升植株地上部總氮累積量的同時, 降低了植株莖葉部分的氮累積量, 提升了植株籽粒氮累積量。在所有處理中T5處理(減氮15%)效果最佳, 不僅能促進植株對氮素的累積, 更能進一步促進籽粒對氮素的累積。

2.3 腐植酸與氮肥配施對冬小麥氮肥利用效率的影響

由表2可知, 氮肥偏生產力高低趨勢為: T6> T5>T4>T2; 氮肥農學效率和氮肥利用效率均呈如下趨勢: T5>T6>T4>T2; 氮肥貢獻率為: T5>T4>T2> T6。說明在常規(guī)施肥的基礎上配施一定量的腐植酸能提高氮肥的偏生產力、農學效率、貢獻率和氮肥利用效率。在所有處理中, T5處理效果最佳, 即在減氮15%的條件下, 氮肥利用效率、氮肥貢獻率、氮肥農學效率均達到最大值, 均顯著高于T2處理; 在減氮30%的條件下氮肥利用效率有所降低, 但仍高于常規(guī)施肥處理。

表2 不同施肥處理對冬小麥氮肥利用效率的影響

T1: 不施氮肥, 全生育期施P2O590 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2; T2: 常規(guī)施肥, 全生育期施N 180 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2; T3:單施腐植酸3 000 kg·hm-2; T4: 常規(guī)施肥+腐植酸3 000 kg·hm-2; T5: 常規(guī)施肥減氮15%+腐植酸3 000 kg·hm-2; T6: 常規(guī)施肥減氮30%+腐植酸3 000 kg·hm-2。同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。T1: application of 90 kg·hm-2P2O5and 75 kg·hm-2K2O without N application; T2: conventional fertilization, application of 180 kg·hm-2N, 90 kg·hm-2P2O5, and 75 kg·hm-2K2O; T3: application of 3 000 kg·hm-2humic acid; T4: conventional fertilization + 3 000 kg·hm-2humic acidapplication; T5: conventional fertilization with 15% nitrogen reduction + 3 000 kg·hm-2humic acid application; T6: conventional fertilization with 30% nitrogen reduction + 3 000 kg·hm-2humic acid application. Different letters in the same column mean significant differences at 0.05 level.

2.4 腐植酸與氮肥配施對冬小麥經濟效益的影響

由表3可知, 與T1處理相比, 其他各處理產值、純收益等指標均高于T1處理, 且差異達顯著水平(<0.05)。其中, 不同處理的產值大小趨勢為: T5> T6>T4>T2>T3>T1, 純收益為: T5>T2>T6>T4>T3> T1, 但產投比的高低趨勢為: T2>T5>T6>T3>T4> T1。說明施用氮肥可以顯著提高冬小麥的產值、純收益和產投比。

在所有處理中減氮15%配施腐植酸處理的產值和純收益最高, 產值分別比T1、T2、T3、T4和T6高44.46%、4.96%、34.54%、4.80%和3.68%, 純收益分別比T1、T2、T3、T4和T6高52.57%、2.18%、36.44%、10.66%和3.89%, 且差異達顯著水平(<0.05)。但是減氮30%會導致冬小麥產值和收益降低。由于施用腐植酸增加了農資投入和其他投入, 腐植酸配施化肥的產投比低于單施化肥即常規(guī)施肥處理。綜上可知, T5處理即減氮15%配施腐植酸在研究區(qū)域最具有實用價值。

表3 不同施肥處理對冬小麥經濟效益的影響

T1: 不施氮肥, 全生育期施P2O590 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2; T2: 常規(guī)施肥, 全生育期施N 180 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2; T3:單施腐植酸3 000 kg·hm-2; T4: 常規(guī)施肥+腐植酸3 000 kg·hm-2; T5: 常規(guī)施肥減氮15%+腐植酸3 000 kg·hm-2; T6: 常規(guī)施肥減氮30%+腐植酸3 000 kg·hm-2。表中數(shù)據(jù)為2014年和2015年的平均值; 農資投入包括種子、化肥和農藥, 其中, 尿素為1.6 元?kg-1, 過磷酸鈣0.6 元?kg-1, 氯化鉀3.0 元?kg-1, 腐植酸0.3 元?kg-1。其他投入包括機械作業(yè)和人工投入, 2015年冬小麥市場價格為2.2 元?kg-1。同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理間在0.05水平上差異顯著。T1: application of 90 kg·hm-2P2O5and 75 kg·hm-2K2O without N application; T2: conventional fertilization, application of 180 kg·hm-2N, 90 kg·hm-2P2O5, and 75 kg·hm-2K2O; T3: application of 3 000 kg·hm-2humic acid; T4: conventional fertilization + 3 000 kg·hm-2humic acidapplication; T5: conventional fertilization with 15% nitrogen reduction + 3 000 kg·hm-2humic acid application; T6: conventional fertilization with 30% nitrogen reduction + 3 000 kg·hm-2humic acid application. Table data are mean value of 2014 and 2015. Agricultural inputs include inputs of seeds, fertilizers and pesticides. The prices of urea, superphosphate, potassium chloride and humic acid are 1.6 ￥?kg-1, 0.6 ￥?kg-1, 3.0 ￥?kg-1, 0.3 ￥?kg-1, respectively. Other inputs include machinery and manual inputs in operation, straw to field. The price of wheat is 2.2 ￥?kg-1in 2015. Different lowercase letters in the same column mean significant differences at 0.05 level.

3 討論與結論

在農業(yè)生產中, 合理的氮肥施用量不僅能夠增加冬小麥的產量、產量構成要素, 還能夠提升土壤肥力, 提高氮肥利用效率, 達到節(jié)約資源、保護環(huán)境的目的。成紹鑫[22]、李善祥等[23]通過對腐植酸和尿素的混合施用研究表明, 腐植酸對尿素的緩釋增效作用十分明顯, 不但能提高作物產量, 還可使氮利用率提高6.9%~11.9%。趙國林等[24]研究表明, 腐植酸能促進作物對養(yǎng)分的吸收利用, 顯著提高作物產量。徐鈺等[25]和孫占祥等[26]研究發(fā)現(xiàn), 施用氮肥能明顯改善夏玉米的生物學性狀, 且能夠顯著提高玉米產量, 但氮肥投入需要一個適宜量, 并不是越高越好。國外相關研究也表明, 適宜的氮肥用量可以顯著增加冬小麥的產量, 同時配施一定量的腐植酸能夠起到增加產量及其構成要素的效果[27]。本試驗結果表明, 施用氮肥可以促進冬小麥植株的生長, 顯著提高冬小麥產量及其構成要素, 其中以常規(guī)施肥減氮15%配施腐植酸3 000 kg·hm-2的效果最佳, 較常規(guī)施肥處理冬小麥增產幅度達4.96%。說明在配施腐植酸的基礎上, 適量減氮是可行的, 不僅能增加小麥產量, 也會提升整體效益。這一結論與孫志梅等[28]的研究結果相似。

冬小麥植株各部位的氮素吸收及累積與施氮量有著密切關系, 農作物對氮素的吸收和累積是作物產量和干物質形成的基礎, 適當?shù)牡视昧坎粌H能夠促進作物生長發(fā)育, 還能促進植株對氮素的吸收及累積[29-30]。王珂等[31]研究表明, 腐植酸可以促進小麥對M2+或Fe2+的吸收, 促進干物質積累增加。陳振德等[32]通過在玉米上研究發(fā)現(xiàn), 腐植酸能明顯促進玉米植株對N、P、K養(yǎng)分的吸收, 但運轉分配到籽粒中N素的相對量較常規(guī)施肥低, 即腐植酸對N素的運轉分配并未受到同步促進。本研究結果表明, 施用氮肥可以顯著提高冬小麥各器官氮含量, 進而提高冬小麥各器官氮素累積量。在常規(guī)施肥的基礎上配施一定量的腐植酸更能顯著提高冬小麥各器官氮含量, 進而提高冬小麥各器官氮素累積量, 并能促進氮素向籽粒的轉移, 降低植株莖、葉、穎殼的氮素累積量, 提升植株籽粒氮累積量。其中以常規(guī)施肥減氮15%配施腐植酸3 000 kg·hm-2的效果最佳, 其籽粒氮含量、籽粒氮累積量和氮肥利用效率都顯著高于常規(guī)施肥處理。腐植酸配施氮肥能大幅度提高氮肥利用效率。這可能與腐植酸含有多種較強的活性官能團(氨基、醌基、羥基等)有關[12,33-34]。

氮肥吸收利用特征是氮肥運籌是否合理的重要指示, 通常研究采用氮肥利用率、氮肥貢獻率、氮肥農學效率和氮肥偏生產力等參數(shù)來表示。本研究氮肥利用結果為: 氮肥農學效率12.60~17.51 kg·kg-1、氮肥利用率34.72%~58.14%、氮肥偏生產力46.07~ 64.24 kg·kg-1和氮肥貢獻率34.35%~44.46%, 較其他研究相對偏高[4,35-38]。說明施用腐植酸能顯著提高氮肥的利用效率。另外由于本試驗區(qū)的施氮量在腐植酸的配施下相對較低, 為126~180 kg·hm-2, 腐植酸促進了氮素的吸收利用, 再加上本試驗條件下不施氮肥區(qū)的冬小麥產量和養(yǎng)分積累量相對較低, 用差減法計算出的農學效率和肥料利用率勢必較高。這說明腐植酸與氮肥配施具有兼顧冬小麥高產、高效、節(jié)肥而不導致土壤養(yǎng)分降低的重要措施。

評價某項技術的社會實際應用價值, 不但要有增產效果, 最重要的還是經濟效益。本研究中, 所有施氮處理均獲得了較高的冬小麥產值和純收益。然而, 常規(guī)施肥減氮15%+腐植酸3 000 kg·hm-2處理的產值和純收益最高, 但是減氮30%的條件下會導致冬小麥產值和收益降低。這充分說明, 在施用腐植酸的基礎上配施適宜的氮肥用量才能獲得較高的產值和收益。

綜上所述: 在冬小麥實際生產中, 腐植酸與氮肥配施可以促進冬小麥的生長發(fā)育, 有效改善冬小麥構成要素、提高冬小麥的產量、促進植株對氮素的累積和提高氮肥的利用率。其中, 以常規(guī)施肥減氮15%+腐植酸3 000 kg·hm-2處理效果最佳, 不僅起到增產增效的效果, 還能實現(xiàn)節(jié)約資源、保護環(huán)境的目的。因此, 在現(xiàn)代化農業(yè)生產中配施一定量的腐植酸, 對構造環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會有著十分重要的意義。

References

[1] 張煥軍, 郁紅艷, 項劍, 等. 氮磷用量對豫北地區(qū)小麥產量的交互效應研究[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2010, 18(6): 1163–1169 Zhang H J, Yu H Y, Xiang J, et al. Interactive influence of nitrogen and phosphorus application rate on wheat yield in North Henan, China[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2010, 18(6): 1163–1169

[2] Ju X T, Xing G X, Chen X P, et al. Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2009, 106(9): 3041–3046

[3] 巨曉棠, 張福鎖. 關于氮肥利用率的思考[J]. 生態(tài)環(huán)境, 2003, 12(2): 192–197 Ju X T, Zhang F S. Thinking about nitrogen recovery rate[J]. Ecology and Environment, 2003, 12(2): 192–197

[4] 門明新, 李新旺, 許皞. 長期施肥對華北平原潮土作物產量及穩(wěn)定性的影響[J]. 中國農業(yè)科學, 2008, 41(8): 2339–2346 Men M X, Li X W, Xu H. Effects of long-term fertilization on crop yields and stability[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2008, 41(8): 2339–2346

[5] 朱兆良. 農田中氮肥的損失與對策[J]. 土壤與環(huán)境, 2000, 9(1): 1–6 Zhu Z L. Loss of fertilizer N from plants-soil system and the strategies and techniques for its reduction[J]. Soil and Environmental Sciences, 2000, 9(1): 1–6

[6] Cui Z L, Yue S C, Wang G L, et al. In-season root-zone N management for mitigating greenhouse gas emission and reactive N losses in intensive wheat production[J]. Environmental Science & Technology, 2013, 47(11): 6015–6022

[7] 楊青林, 桑利民, 孫吉茹, 等. 我國肥料利用現(xiàn)狀及提高化肥利用率的方法[J]. 山西農業(yè)科學, 2011, 39(7): 690–692 Yang Q L, Sang L M, Sun J R, et al. Current situation of fertilizer use in China and the method to improve chemical fertilizer utilization efficiency[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2011, 39(7): 690–692

[8] 周爽, 其力莫格, 譚鈞, 等. 腐植酸提高土壤氮磷鉀養(yǎng)分利用效率的機制[J]. 腐植酸, 2015(2): 1–8 Zhou S, Qilimoge, Tan J, et al. Strategies in efficient utilization of soil NPK nutrients with humic acid amendments[J]. Humic Acid, 2015(2): 1–8

[9] Brown K H, Bach E M, Drijber R A, et al. A long-term nitrogen fertilizer gradient has little effect on soil organic matter in a high-intensity maize production system[J]. Global Change Biology, 2014, 20(4): 1339–1350

[10] 梁宗存, 成邵鑫, 武麗萍. 煤中腐植酸與尿素相互作用機理的研究[J]. 燃料化學學報, 1999, 27(2): 176–181Liang Z C, Cheng S X, Wu L P. Study on mechanism of interaction between coal humic acid and urea[J]. Journal of Fuel Chemistry and Technology, 1999, 27(2): 176–181

[11] 孫克剛, 張夢, 李玉順. 腐植酸尿素對冬小麥增產效果及氮肥利用率的影響[J]. 腐植酸, 2016(3): 18–21 Sun K G, Zhang M, Li Y S. Effects of urea humate on winter-wheat yield increase and utilization rate of nitrogen fertilizer[J]. Humic Acid, 2016(3): 18–21

[12] 許俊香, 鄒國元, 孫欽平, 等. 腐植酸尿素對土壤氨揮發(fā)和玉米生長的影響[J]. 土壤通報, 2013, 44(4): 934–939 Xu J X, Zou G Y, Sun Q P, et al. Effects of mixing humic acid and urea on ammonia volatilization and maize growth[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2013, 44(4): 934–939

[13] 劉增兵, 趙秉強, 林治安. 腐植酸尿素氨揮發(fā)特性及影響因素研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2010, 16(1): 208–213 Liu Z B, Zhao B Q, Lin Z A. Ammonia volatilization characteristics and related affecting factors of humic acid urea[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2010, 16(1): 208–213

[14] 孫建好, 郭天文, 楊思存, 等. 腐殖酸類肥料對小麥/大豆帶田產量的影響[J]. 甘肅農業(yè)科技, 2001(1): 35–36 Sun J H, Guo T W, Yang S C, et al. Effect of humic acids fertilizer on yield of wheat soybean strip fields[J]. Gansu Agricultural Science and Technology, 2001(1): 35–36

[15] 郝青, 梁亞勤, 劉二保. 腐植酸復混肥對玉米產量及土壤肥力的影響[J]. 山西農業(yè)科學, 2012, 40(8): 853–856 Hao Q, Liang Y Q, Liu E B. Effect of humic acid compound fertilizer on maize yield and soil fertility[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2012, 40(8): 853–856

[16] 馬斌, 劉景輝, 張興隆. 褐煤腐殖酸對旱作燕麥土壤微生物量碳、氮、磷含量及土壤酶活性的影響[J]. 作物雜志, 2015(5): 134–140 Ma B, Liu J H, Zhang X L. Effects of applying brown coal humic acid on soil enzyme activity and microbial biomass C, N and P content of oat in dry farming[J]. Crops, 2015(5): 134–140

[17] 付保東. 腐殖酸在土壤改良中的應用研究進展[J]. 防護林科技, 2016(3): 83–84Fu B D. Research progress on application of humic acid in soil improvement[J]. Protection Forest Science and Technology, 2016(3): 83–84

[18] 劉秀梅, 張夫道, 馮兆濱, 等. 風化煤腐殖酸對氮、磷、鉀的吸附和解吸特性[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2005, 11(5): 641–646 Liu X M, Zhang F D, Feng Z B, et al. N, P and K adsorption and desorption characteristics of humic acids made from the airslake-coal[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2005, 11(5): 641–646

[19] 鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 第3版. 北京: 中國農業(yè)出版社, 2000: 56–57, 79–83, 106–107, 30–34, 265–271 Bao S D. Soil and Agricultural Chemistry Analysis[M]. 3rd ed. Beijing: China Agricultural Press, 2000: 56–57, 79–83, 106–107, 30–34, 265–271

[20] 彭少兵, 黃見良, 鐘旭華, 等. 提高中國稻田氮肥利用率的研究策略[J]. 中國農業(yè)科學, 2002, 35(9): 1095–1103 Peng S B, Huang J L, Zhong X H, et al. Research strategy in improving fertilizer-nitrogen use efficiency of irrigated rice in China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2002, 35(9): 1095–1103

[21] 鄒娟, 魯劍巍, 陳防, 等. 長江流域油菜氮磷鉀肥料利用率現(xiàn)狀研究[J]. 作物學報, 2011, 37(4): 729–734 Zou J, Lu J W, Chen F, et al. Status of nutrient use efficiencies of rapeseed in the Yangtze River basin[J]. Acta Agronomica Sinica, 2011, 37(4): 729–734

[22] 成紹鑫. 重新認識腐植酸對化肥的增效作用及有關對策[J]. 腐植酸, 1998(3): 1–9 Cheng S X. A new understanding of the synergistic effect and relevant countermeasures of humic acid on chemical fertilizer[J]. Humic Acid, 1998(3): 1–9

[23] 李善祥, 晁兵, 蘇書文, 等. 腐植酸涂層尿素及其在玉米上施用的增產效應研究[J]. 腐植酸, 1999(3): 12–14 Li S X, Chao B, Su S W, et al. Study on the yield increasing effect of humic acid coated urea and its application in rice[J]. Humic Acid, 1999(3): 12–14

[24] 趙國林, 閻晗, 劉志偉, 等. 腐植酸類復混肥料的應用前景[J]. 現(xiàn)代化農業(yè), 2000(9): 13–15 Zhao G L, Yan H, Liu Z W, et al. The application prospect of humic acid compound fertilizer[J]. Modernizing Agriculture, 2000(9): 13–15

[25] 徐鈺, 江麗華, 林海濤, 等. 不同氮肥運籌對玉米產量、效益及土壤硝態(tài)氮含量的影響[J]. 土壤通報, 2011, 42(5): 1196–1199 Xu Y, Jiang L H, Lin H T, et al. Effects of different nitrogen regulation on maize yield, economic benefit and the content of soil nitrate-N[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2011, 42(5): 1196–1199

[26] 孫占祥, 鄒曉錦, 張鑫, 等. 施氮量對玉米產量和氮素利用效率及土壤硝態(tài)氮累積的影響[J]. 玉米科學, 2011, 19(5): 119–123 Sun Z X, Zou X J, Zhang X, et al. Effects of maize yield and N application on N utilization and content of soil nitrate[J]. Journal of Maize Sciences, 2011, 19(5): 119–123

[27] Johnston A E, Poulton P R. Nitrogen in agriculture: An overview and definitions of nitrogen use efficienc[C]// Proceedings of the International Fertilizer Society. Harpenden, Herts: Rothamsted Research, 2009: 651

[28] 孫志梅, 劉歡, 苗澤蘭, 等. 腐植酸肥料對玉米和小麥生長發(fā)育的影響[J]. 腐植酸, 2015(2): 20–24 Sun Z M, Liu H, Miao Z L, et al. Effects of humic acid fertilizer on the growth of maize and wheat[J]. Humic Acid, 2015(2): 20–24

[29] 趙俊曄, 于振文. 高產條件下施氮量對冬小麥氮素吸收分配利用的影響[J]. 作物學報, 2006, 32(4): 484–490 Zhao J Y, Yu Z W. Effects of nitrogen fertilizer rate on uptake, distribution and utilization of nitrogen in winter wheat under high yielding cultivated condition[J]. Acta Agronomica Sinica, 2006, 32(4): 484–490

[30] 段敏, 同延安, 魏樣, 等. 不同施肥條件下冬小麥氮素吸收、轉運及累積的研究[J]. 麥類作物學報, 2010, 30(3): 464–468 Duan M, Tong Y A, Wei Y, et al. Study on nitrogen uptake, transformation and accumulation in winter wheat under different fertilization[J]. Journal of Triticeae Crops, 2010, 30(3): 464–468

[31] 王珂, 范潔紅. 腐殖質促進小麥生長的生理機制研究[J]. 腐植酸, 1998(3): 32–34 Wang K, Fan J H. Study on the physiological mechanism of humus promoting wheat growth[J]. Humic Acid, 1998(3): 32–34

[32] 陳振德, 何金明, 李祥云, 等. 施用腐殖酸對提高玉米氮肥利用率的研究[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2007, 15(1): 52–54 Chen Z D, He J M, Li X Y, et al. Studies on increasing N utilizing efficiency in maize by applying humic acid[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2007, 15(1): 52–54

[33] Jezierski A, Czechowski F, Jerzykiewicz M, et al. Electron Paramagnetic resonance (EPR) studies on stable and transient radicals in humic acids from compost, soil, peat and brown coal[J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2000, 56(2): 379–385

[34] Peuravuori J, ?bánková P, Pihlaja K. Aspects of structural features in lignite and lignite humic acids[J]. Fuel Processing Technology, 2006, 87(9): 829–839

[35] 宇萬太, 姜子紹, 周樺, 等. 不同施肥制度對作物產量及肥料貢獻率的影響[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2007, 15(6): 54–58Yu W T, Jiang Z S, Zhou H, et al. Crop yield and fertilizer contribution under different fertilization systems[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2007, 15(6): 54–58

[36] 張福鎖, 王激清, 張衛(wèi)峰, 等. 中國主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑[J]. 土壤學報, 2008, 45(5): 915–924 Zhang F S, Wang J Q, Zhang W F, et al. Nutrient use efficiencies of major cereal crops in china and measures for improvement[J]. Acta Pedologica Sinica, 2008, 45(5): 915–924

[37] 馬迎輝, 王玲敏, 葉優(yōu)良, 等. 栽培管理模式對冬小麥干物質積累、氮素吸收及產量的影響[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2012, 20(10): 1282–1288Ma Y H, Wang L M, Ye Y L, et al. Effects of different cultivation management modes on dry matter accumulation, nitrogen uptake and yield of winter wheat[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2012, 20(10): 1282–1288

[38] 薛正平, 楊星衛(wèi), 段項鎖, 等. 土壤養(yǎng)分與春小麥產量關系及最佳施肥量研究[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2004, 12(4): 110–112 Xue Z P, Yang X W, Duan X S, et al. Study on the relationship between soil nutrient and spring wheat yield and optimum fertilization[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2004, 12(4): 110–112

Effect of combined application of humic acid and nitrogen fertilizer on nitrogen uptake, utilization and yield of winter wheat*

YUAN Tianyou1,2, JI Jianhua2, WANG Junzhong2, SUN Xiaomei2, YAN Junying2, WANG Zhiyong2, NIU Junyi1**

(1. College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2. Henan Soil and Fertilizer Station, Zhengzhou 450002, China)

Studies on the effects of combined humic acid and nitrogen fertilizer application on nitrogen (N) uptake, utilization and yield of winter wheat can provide theoretical basis for increasing the productivity of N fertilizers and reducing N fertilizer pollution in the winter wheat-summer maize rotation cropping system. A field experiment was conducted in 2014 at Wolong District in Nanyang City, Henan Province, an area with a predominant winter wheat and summer maize rotation cropping system and drab soils. The experiment was consisted of 6 treatments — no N fertilizer (only P and K fertilizers), conventional fertilization (P and K fertilization with N application rate of 180 kg·hm-2), single humic acid (3 000 kg·hm-2), conventional fertilization plus humic acid, conventional fertilization with 15% less N plus humic acid and conventional fertilization with 30% less N plus humic acid. The characteristics of yield and N fertilizer utilization of winter wheat under different fertilization modes were analyzed. The results showed that combined application of humic acid and N fertilizers increased winter wheat yield, and promoted N accumulation and utilization rate. Among treatments, the treatment of conventional fertilization with 15% less N plus humic acid treatment had the best effects. Winter wheat yield, grain N content, grain N accumulation, aboveground total N accumulation, N use efficiency and net income increased. Compared with conventional fertilization, yield increased by 4.96%, N use efficiency by 23.42% and net income by 2.18%. However, the 30% less N treatment reduced winter wheat productivity and revenue. Thus, on the basis of the application of humic acid, the appropriate dose of N fertilizer was recommended to ensure high productivity and income. The conventional fertilization with 15% less N plus humic acid was the best fertilization mode in the study area. The results are beneficial for improving productivity efficiency of agricultural, resources and environmental protection.

Humic acid; N fertilizer; Winter wheat; Yield; Nitrogen uptake; Nitrogen fertilizer use efficiency

10.13930/j.cnki.cjea.160700

S143.1; S512.1+1

A

1671-3990(2017)03-0365-08

2016-08-10 接受日期: 2016-11-22

* 科技部糧食豐產科技工程項目(2013BAD07b07)和河南省政府與中國科學院科技服務網(wǎng)絡計劃(KFJ-SW-STS-142)項目資助

* Supported by the Food Science and Technology Project of Ministry of Science and Technology of China (2013BAD07b07) and the Science and Technology Service Network Initiative of Chinese Academy of Sciences (KFJ-SW-STS-142)

** Corresponding author, E-mail: niujy@gsau.edu.cn

**通訊作者:牛俊義, 主要從事作物栽培與生理生態(tài)研究。E-mail: niujy@gsau.edu.cn

袁天佑, 主要從事土壤肥料與作物栽培方面的研究。E-mail: tianyouyuan_2010@163.com

Aug. 10, 2016; accepted Nov. 22, 2016