湯云川,張 帆,凌俊英,沈 超,李 蘭,徐小軍,楊 進(jìn),宋小勤,梁 義

(1.成都市農(nóng)林科學(xué)院作物研究所，成都 溫江 611130；2.四川省大邑縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，成都 大邑 611330)

四川是糧食生產(chǎn)大省，小麥播種面積在眾多糧食作物中占有較大比例。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年全省小麥播種面積為65.3萬(wàn)hm2，成都市占全省總面積的11.16%，達(dá)7.29萬(wàn)hm2[1-2]。小麥作為重要的糧食作物，對(duì)養(yǎng)分需求旺盛，每形成100kg籽粒，需從土壤中吸收氮素2.5～3kg、磷素(P2O5)1～1.7kg、鉀素(K2O)1.5～3.3kg。在大面積生產(chǎn)中，規(guī)模化經(jīng)營(yíng)主體以施用復(fù)合肥為主，但往往由于科學(xué)施肥意識(shí)不足，片面追求產(chǎn)量，肥料過(guò)量施用的情況普遍存在，氮素利用率僅為25%，顯著低于世界平均水平(42%)和北美水平(65%)[3]，造成養(yǎng)分資源浪費(fèi)，水體富營(yíng)養(yǎng)化、土壤酸化板結(jié)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)由此增大。

“化肥零增長(zhǎng)行動(dòng)”自2015年提出以來(lái)，已在多個(gè)作物體系得到踐行。通過(guò)前期調(diào)研，發(fā)現(xiàn)成都平原小麥生產(chǎn)與其他許多地區(qū)一樣，存在化肥品類(lèi)選擇不當(dāng)、肥料投入過(guò)多、最佳養(yǎng)分需求量不明晰等問(wèn)題。為此，筆者選用小麥專(zhuān)用復(fù)合肥，通過(guò)設(shè)置肥料梯度試驗(yàn)，建立回歸模型，擬探究最佳施肥量，為成都平原小麥生產(chǎn)用肥提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于大邑縣蘇家鎮(zhèn)永興村，前茬作物為水稻，地勢(shì)平緩，肥力均勻。小麥供試品種為川麥104，用種量10kg/667m2；小麥專(zhuān)用肥總養(yǎng)分含量為40%，氮磷鉀養(yǎng)分配比為N-22、P2O5-8、K2O-10。

試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理(表1)，每個(gè)處理125m2，不設(shè)重復(fù)。土地深翻旋耕平整后，采用小麥播種機(jī)，將種子、肥料一次性播入小區(qū)。播種機(jī)具為農(nóng)哈哈2BXF-9J，播種行數(shù)為9行，播種深度為20～50mm。小麥專(zhuān)用肥實(shí)物用量從15～60kg依次遞增，設(shè)置4個(gè)梯度，對(duì)照為空白(施肥量為0)，所有處理采用底肥一次性施入的方式，與大面積實(shí)際生產(chǎn)相同。

表1 各處理試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2 試驗(yàn)實(shí)施及田間管理

試驗(yàn)于2018年10月25日播種，播種前，結(jié)合犁地、旋耕，理好邊溝、廂溝和圍溝，溝做到能灌能排，平整田面，清潔田園，排除積水，播種前5～10d化學(xué)除草。播種后保持田土濕潤(rùn)，如果田間墑情差，可根據(jù)天氣情況，適當(dāng)淹水，保持土壤濕潤(rùn)。雨季來(lái)臨前，必須進(jìn)行清溝，做到溝溝相通，雨停水泄，田中無(wú)漬水。根據(jù)植保部門(mén)的預(yù)側(cè)預(yù)報(bào)和病蟲(chóng)防治要求，做好條銹病、白粉病、赤霉病、蚜蟲(chóng)、紅蜘蛛等病蟲(chóng)害的防治工作。適時(shí)收割，一般在蠟熟中期到末期，收割時(shí)要精收細(xì)打，顆粒歸倉(cāng)。本試驗(yàn)于2019年5月10日收獲。

1.3 數(shù)據(jù)采集及指標(biāo)測(cè)算

調(diào)查各處理株高、穗密度、有效穗數(shù)、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、百粒重等指標(biāo)。

計(jì)算肥料農(nóng)學(xué)效率(AE)

計(jì)算公式：AE=(Yf-Y0)/F (式1)

式中：AE是指肥料農(nóng)學(xué)效率，單位為kg/kg；Yf為某一特定的化肥施用下作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，單位為kg/667m2；Y0為對(duì)照(不施特定化肥條件下)作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，單位為kg/667m2；F為肥料純養(yǎng)分(是指N、P2O5和K2O)投入總量，單位為kg/667m2，F(xiàn)在此用氮磷鉀純養(yǎng)分之和計(jì)算。

計(jì)算復(fù)合肥PFP

計(jì)算公式：PFP=Y/F (式2)

式中：PFP為化肥偏生產(chǎn)力，單位為kg/kg，是指施用某一特定肥料下的作物產(chǎn)量與施肥量的比值，是反映當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用量綜合效應(yīng)的重要指標(biāo)。Y是指作物產(chǎn)量，單位為kg/667m2；F在此用氮磷鉀純養(yǎng)分之和計(jì)算，單位為kg/667m2。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量構(gòu)成因素

經(jīng)過(guò)室內(nèi)考種，如表2所示，各處理間穗密度不盡相同，但施肥處理均比不施肥的對(duì)照有所增加；其中，T1和T3的穗密度最高，達(dá)到232.0穗/m2。穗長(zhǎng)指標(biāo)方面，隨著施肥量的增加，各處理穗長(zhǎng)呈現(xiàn)遞增態(tài)勢(shì)，T4的穗長(zhǎng)在所有施肥處理中最高，達(dá)到8.75cm。各處理穗粒數(shù)、百粒重也隨著施肥量的增加而緩慢遞增，處理5的穗粒數(shù)達(dá)到44.1粒、百粒重達(dá)5.38g，說(shuō)明施肥量的增加對(duì)于穗粒數(shù)的構(gòu)成、百粒重有促進(jìn)作用。

2.2 產(chǎn)量及肥料利用率

經(jīng)過(guò)田間測(cè)產(chǎn)(表3)，將各處理實(shí)測(cè)產(chǎn)量換算成標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量(標(biāo)準(zhǔn)含水量13.5%)，各處理產(chǎn)量均較T0(不施肥)產(chǎn)量有不同程度增加，且隨著施肥量的增加，產(chǎn)量遞增。但隨著施肥量的進(jìn)一步增加，產(chǎn)量遞增效應(yīng)逐漸減弱，單位質(zhì)量肥料的增產(chǎn)貢獻(xiàn)力度明顯減小。T4的產(chǎn)量最高，達(dá)到378.64kg/667m2，較CK增產(chǎn)211.69kg，增幅126.80%，AE為8.82kg/kg，PFP為15.78kg/kg。與其余各施肥處理相比，T4的AE和PFP兩項(xiàng)指標(biāo)為最低，且試驗(yàn)整體上述兩項(xiàng)指標(biāo)呈現(xiàn)隨施肥量遞增而相應(yīng)減小的趨勢(shì)。該兩項(xiàng)指標(biāo)的變化趨勢(shì)進(jìn)一步印證，當(dāng)施肥量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，再持續(xù)增加肥料投入量，增產(chǎn)效應(yīng)弱化，將會(huì)增加生產(chǎn)成本和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。T3的產(chǎn)量排名第2，達(dá)373.90kg/667m2，較CK增產(chǎn)206.95kg，增幅123.96%，AE為11.50kg/kg，PFP為20.77kg/kg。T1在所有施肥處理中的產(chǎn)量最低，達(dá)311.01kg/667m2，較CK增產(chǎn)144.06kg，增幅86.29%，AE為24.01kg/kg，PFP為51.84kg/kg。

表2 各處理產(chǎn)量構(gòu)成因素

表3 各處理產(chǎn)量及肥料利用率

注：產(chǎn)量為含水量13.5%的標(biāo)準(zhǔn)值

2.3 肥料效應(yīng)函數(shù)擬合

如圖1，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行肥料效應(yīng)回歸模型模擬，得到產(chǎn)量與肥料實(shí)物量之間的數(shù)學(xué)模型為：

y=-0.094x2+8.915x+176.7

式中：y為單位面積小麥產(chǎn)量；x為復(fù)合肥實(shí)物用量。從回歸方程可以看出，二次項(xiàng)系數(shù)小于0，拋物線開(kāi)口向下，符合生物學(xué)規(guī)律。復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.9863，決定系數(shù)R2=0.9729，F(xiàn)=0.0270，調(diào)整相關(guān)系數(shù)Ra=0.9459，回歸方程達(dá)到顯著性水平。表明參加試驗(yàn)的5個(gè)處理在產(chǎn)量上差異達(dá)到顯著，施用小麥專(zhuān)用肥對(duì)于小麥有顯著的增產(chǎn)效果。隨著施肥量的增加，小麥產(chǎn)量先增加后下降。

圖1 肥料效應(yīng)函數(shù)模型

如表4所示，按照邊際成本和邊際效益的原理，小麥價(jià)格取2.5元/kg，肥料實(shí)物價(jià)格取4.2元/kg，計(jì)算最佳經(jīng)濟(jì)效益施肥量和最大產(chǎn)量施肥量。當(dāng)邊際成本和邊際收益相等時(shí)，可計(jì)算最佳經(jīng)濟(jì)施肥量；當(dāng)邊際產(chǎn)量趨于零時(shí)，可計(jì)算出最高產(chǎn)量施肥量。因此，根據(jù)上述原則，該試驗(yàn)小麥最佳經(jīng)濟(jì)效益施肥量為38.26kg/667m2(實(shí)物用量)，產(chǎn)量達(dá)到379.39kg/667m2，較不施肥處理增產(chǎn)202.69kg，單位面積施肥利潤(rùn)此時(shí)最大，達(dá)到346.04元/667m2；當(dāng)小麥專(zhuān)用肥實(shí)物用量為47.14kg/667m2時(shí)，小麥單位面積產(chǎn)量達(dá)到最大，為386.85kg/667m2，單位面積施肥利潤(rùn)為327.38元/667m2。

表4 最佳經(jīng)濟(jì)效益施肥量和最高產(chǎn)量施肥量

3 結(jié)論與討論

該試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，施用小麥專(zhuān)用肥(22-8-10)對(duì)小麥增產(chǎn)有顯著的促進(jìn)作用，但當(dāng)施肥量達(dá)到一定數(shù)量后，再持續(xù)增加肥料投入量，產(chǎn)量增長(zhǎng)幅度減小，反而會(huì)增大肥料成本，壓縮利潤(rùn)空間，增大環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)田間實(shí)測(cè)和回歸分析，當(dāng)試驗(yàn)選用的小麥專(zhuān)用肥實(shí)物用量為38.26kg/667m2時(shí)，小麥?zhǔn)┓式?jīng)濟(jì)利潤(rùn)最高，可達(dá)346.04元/667m2。