徐杰，王錫玖，薛艷芳，何昕楠，劉靈艷，孟維偉，南鎮(zhèn)武，王娜，劉開昌

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，山東 濟(jì)南 250100；2.桓臺(tái)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 桓臺(tái) 255000；3.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所，山東 濟(jì)南 250100）

小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食作物之一，適量施氮可以提高其產(chǎn)量并改善品質(zhì)，但近年來農(nóng)民盲目追求高產(chǎn)而導(dǎo)致過量施氮和不合理施氮，產(chǎn)量并未進(jìn)一步增加［1］，反而導(dǎo)致氮肥利用效率降低和地下水污染加重［2，3］。隨著土地流轉(zhuǎn)的加快，小麥生產(chǎn)需要高效集約化種植。緩控釋肥的發(fā)展和應(yīng)用為減少農(nóng)業(yè)氮素投入、提高氮肥利用率提供了思路，因其有長效穩(wěn)定的肥效、省時(shí)省工和減少環(huán)境污染等特點(diǎn)已逐漸成為未來農(nóng)業(yè)肥料發(fā)展的重要趨勢［4，5］。因此，研究新形勢下小麥生產(chǎn)過程中緩控釋肥高效利用技術(shù)，對促進(jìn)冬小麥種植增產(chǎn)增效和實(shí)現(xiàn)輕簡化生產(chǎn)具有重要意義。

包膜緩控釋肥因其成熟的制備工藝和較好的緩釋效果，已成為當(dāng)前國外市場應(yīng)用最廣泛的緩釋肥料，其主要是在肥料顆粒表層包被上控制養(yǎng)分釋放的包膜材料，使養(yǎng)分釋放與作物養(yǎng)分吸收基本同步［6］。其主要種類有物理型和物理化學(xué)型，其中最為常見的是樹脂包膜肥料和硫包膜尿素等［7］。前人研究表明，包膜緩釋肥一次基施在水稻和玉米等作物上的應(yīng)用效果顯著［8，9］。但冬小麥的生育期普遍在200 d以上，養(yǎng)分需求具有前期少、后期多的特點(diǎn)，且拔節(jié)至孕穗期對氮素營養(yǎng)的需求最為旺盛，難以實(shí)現(xiàn)最大化的增產(chǎn)效果［10，11］。另外包膜肥料養(yǎng)分釋放受土壤溫度和水分等環(huán)境因素影響較大［12］。因此，針對特定區(qū)域?qū)で箴B(yǎng)分釋放規(guī)律與冬小麥整個(gè)生育期養(yǎng)分需求相吻合的緩控釋肥成為亟待解決的問題。

本研究在魯西北地區(qū)開展大田試驗(yàn)，研究不同包膜緩控釋氮肥減量施用條件下小麥產(chǎn)量、氮肥利用效率和土壤硝態(tài)氮含量的差異，篩選有利于冬小麥高產(chǎn)及氮素高效利用的包膜肥料，以期為冬小麥輕簡化栽培技術(shù)體系建設(shè)和控釋氮肥在魯西北地區(qū)冬小麥生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及材料

于2017—2019年在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院濟(jì)陽綜合試驗(yàn)示范基地（36°58′28″N、116°57′33″E）進(jìn)行兩季大田小區(qū)試驗(yàn)。該地位于魯西北平原南部，屬于暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，年平均氣溫12.8℃，年平均無霜期195 d，年太陽輻射量5.2×105MJ/m2，年降水量583.3 mm，降水多集中在7—9月份。冬小麥生育季平均氣溫為8.96℃，日照時(shí)數(shù)為1 570.2 h，≥0℃積溫為2 021.4℃，年均降水量為147.9 mm。

試驗(yàn)地為潮土，為冬小麥－夏玉米輪作定位試驗(yàn)地，0～20 cm耕層土壤基礎(chǔ)肥力為全氮0.53 g/kg、堿解氮54.73 mg/kg、速效磷10.58 mg/kg、速效鉀96.45 mg/kg、有機(jī)質(zhì)12.42 g/kg，鹽分0.15%，pH值7.6。供試小麥品種為濟(jì)麥22。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置6個(gè)氮肥梯度，施氮量（N）分別為:0、72、126、180、234、250 kg/hm2，其中以不施氮為空白對照，N 234 kg/hm2和250 kg/hm2為農(nóng)民傳統(tǒng)施氮對照，施氮量180 kg/hm2為優(yōu)化施氮量；根據(jù)優(yōu)化施氮量，設(shè)置3種新型緩控釋氮肥（硫加樹脂尿素、樹脂包膜尿素、熱固樹脂尿素）等氮量處理，共計(jì)9個(gè)處理（表1），重復(fù)3次。小區(qū)面積為90 m2（10 m×9 m）。

表1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)所用控釋肥由金正大公司生產(chǎn)。普通尿素、硫加樹脂尿素、樹脂包膜尿素、熱固樹脂尿素含氮量分別為46%、35%、44%、43%，其中硫加樹脂尿素含硫20%。所有處理磷鉀養(yǎng)分投入量相同且均作基肥一次性施入，磷肥為重過磷酸鈣（P2O590 kg/hm2），鉀肥為顆粒狀硫酸鉀（K2O 90 kg/hm2）。試驗(yàn)田其它管理按照高產(chǎn)田標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 分蘗數(shù) 小麥苗期調(diào)查田間基本苗數(shù)，每小區(qū)標(biāo)記1 m雙行樣區(qū)。于越冬期、拔節(jié)期、開花期和成熟期采集植株樣品，調(diào)查群體數(shù)量。

1.3.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成 成熟期調(diào)查公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。每小區(qū)收獲3 m2脫粒，自然風(fēng)干至籽粒含水率為13%左右時(shí)稱重，并折算成公頃產(chǎn)量。

1.3.3 干物質(zhì)量 小麥開花期和成熟期每小區(qū)隨機(jī)取0.5 m雙行樣品，其中開花期樣品分為莖鞘、葉片和穗三部分，成熟期分為莖鞘、葉片、穎殼、籽粒四部分。分樣后，裝入牛皮紙袋中，放入烘箱105℃殺青30 min、80℃烘干至恒重，稱干物質(zhì)重。

1.3.4 籽粒全氮含量 將成熟期籽粒樣品磨粉，采用濃硫酸消煮，國標(biāo)GB 2905—1982半微量凱氏定氮法測定全氮含量。

1.3.5 土壤硝態(tài)氮 于小麥成熟期取0～100 cm土層土壤樣品，－20℃冰箱低溫保存。稱取12 g土樣，加入KCl溶液50 mL浸提，用連續(xù)流動(dòng)分析儀測定土壤硝態(tài)氮含量。

1.3.6 氮肥指標(biāo)計(jì)算公式 氮肥農(nóng)學(xué)利用效率（kg/kg）＝（施氮處理籽粒產(chǎn)量－不施氮處理籽粒產(chǎn)量）/施氮量；氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）＝籽粒產(chǎn)量/施氮量；氮肥生理利用效率（kg/kg）＝（施氮處理籽粒產(chǎn)量－不施氮處理籽粒產(chǎn)量）/（施氮處理地上部氮素積累量－不施氮處理地上部氮素積累量）。

1.3.7 干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)指標(biāo)計(jì)算公式 營養(yǎng)器官花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量（t/hm2）＝開花期干重－成熟期干重；營養(yǎng)器官花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率（%）＝（開花期干重－成熟期干重）/開花期干重×100；花后干物質(zhì)積累量（t/hm2）＝成熟期籽粒干重－營養(yǎng)器官花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量；對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率（%）＝花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量（或花后干物質(zhì)物量）/成熟期籽粒干重×100。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019處理數(shù)據(jù)及作圖，用SAS 9.4軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對冬小麥莖蘗動(dòng)態(tài)的影響

由圖1可知，2017—2018年度和2018—2019年度越冬前和拔節(jié)期，除T2外各施氮處理的總莖蘗數(shù)均顯著高于無氮處理T1，傳統(tǒng)施氮處理T9和T8較高，說明增施氮肥促進(jìn)了拔節(jié)前冬小麥的莖蘗數(shù)，以T8處理總莖蘗數(shù)增長最快，表明更多的春季分蘗發(fā)生在傳統(tǒng)施氮處理上。2017—2018年度和2018—2019年度拔節(jié)期緩控釋肥處理間平均莖蘗數(shù)以T6處理最低，與T4處理無顯著差異，但是較T8處理平均降低36.1%。拔節(jié)后無效分蘗逐漸死亡，成熟期莖蘗數(shù)仍以T8處理最高，T6處理與其相比兩年僅降低5.9%，說明傳統(tǒng)施氮絕大部分的春季分蘗是無效分蘗，對成穗數(shù)影響較小，而緩控釋肥T6處理顯著抑制了無效分蘗的生長。

圖1 不同處理對冬小麥莖蘗動(dòng)態(tài)的影響

2.2 不同處理對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2看出，與不施氮T1相比，不同氮肥處理均顯著提高冬小麥產(chǎn)量，且隨著施氮量的增加而增加，以傳統(tǒng)施氮處理T8產(chǎn)量最高，再進(jìn)一步增施氮肥產(chǎn)量無明顯增加。緩控釋肥各處理以樹脂包膜尿素T6處理產(chǎn)量最高，與T8相比無顯著差異，較T1兩年平均增產(chǎn)137.2%；與T4處理相比，2018、2019兩年分別增產(chǎn)7.8%、10.6%。進(jìn)一步分析產(chǎn)量構(gòu)成發(fā)現(xiàn)，與T1相比，T6處理可以顯著提高公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重；與T4處理相比，T6處理2018年穗粒數(shù)顯著增加8.0%，2019年公頃穗數(shù)顯著提高9.8%；兩年公頃穗數(shù)T6較T8處理平均降低7.7%，但是其千粒重增加6.2%。說明在等量施氮條件下施用樹脂包膜尿素緩控釋肥（T6）可以通過獲得較高的穗數(shù)或穗粒數(shù)提高產(chǎn)量；氮肥投入等量情況下，與傳統(tǒng)施氮相比，雖然公頃穗數(shù)略有降低，但是可以通過增加千粒重來保證冬小麥獲得較高產(chǎn)量。

2.3 不同處理對冬小麥的干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

由表3可知，不施氮處理T1營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及其對籽粒干物質(zhì)的貢獻(xiàn)率均低于施氮處理，但是其花后干物質(zhì)積累量的貢獻(xiàn)率高于施氮處理，表明不施氮抑制了冬小麥營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)。施氮處理間比較，營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及其貢獻(xiàn)率呈先升高后降低變化趨勢；其中，轉(zhuǎn)運(yùn)量以T6處理最高，其次是T5和T7處理，表明T6、T5和T7處理有利于提高營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)的效率。隨施氮量增加花后干物質(zhì)積累量總體不斷升高，以T9處理最高；干物質(zhì)積累量的貢獻(xiàn)率以T6處理最低，而T8處理有利于提高花后干物質(zhì)積累量，且其貢獻(xiàn)率亦較高，而再增施氮肥的T9處理對花后干物質(zhì)貢獻(xiàn)率無顯著促進(jìn)作用。

表3 不同處理對冬小麥花后營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量和干物質(zhì)再分配量的影響

2.4 不同處理對冬小麥氮肥利用效率的影響

由表4可知，優(yōu)化施氮量處理較高施氮量處理均顯著提高了冬小麥氮肥農(nóng)學(xué)利用效率。與T8處理相比，T6處理2017—2018年度和2018—2019年度分別增加27.7%和33.3%。氮肥偏生產(chǎn)力隨著施氮量的增加而顯著降低，與T4相比，2018—2019年度T6處理氮肥偏生產(chǎn)力增加10.6%；T6較T8處理2017—2018年度和2018—2019年度分別增加28.9%和32.4%，兩年平均增加30.6%。氮肥生理利用效率隨著施氮量的增加先增加后降低，以T6處理最高，與優(yōu)化施氮量T4處理無顯著差異，較T8處理2017—2018年度和2018—2019年度分別增加57.1%和61.7%，兩年度平均增加59.4%。說明樹脂包膜尿素T6處理在降低氮肥投入量的同時(shí)，可以獲得較高的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥生理利用效率。

表4 不同處理對冬小麥氮肥利用效率的影響

2.5 不同處理對土壤硝態(tài)氮含量的影響

從圖2可以看出，2017—2018年施氮顯著增加小麥?zhǔn)斋@時(shí)1 m土體中的硝態(tài)氮含量，特別是顯著提高0～40 cm土體的硝態(tài)氮含量，以T8處理最高。而氮肥優(yōu)化各處理0～40 cm土體硝態(tài)氮含量顯著降低，T6處理0～40 cm土體的硝態(tài)氮含量較T8處理顯著降低49.5%，與優(yōu)化氮肥處理T4相比無顯著差異。

圖2 不同處理對0～100 cm土層土壤硝態(tài)氮含量的影響

2018—2019年冬小麥?zhǔn)斋@后，施氮處理顯著提高60～100 cm土層硝態(tài)氮含量，特別是80～100 cm土層硝態(tài)氮含量，以T8處理最高。施用緩控釋肥可以降低土體中硝態(tài)氮含量，樹脂包膜尿素T6處理80～100 cm土層硝態(tài)氮含量比T8處理低49.5%，與優(yōu)化氮肥處理T4相比無顯著差異。

兩年度比較，2018—2019年土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅肯鄬^少，原因主要與2018—2019年降雨量較大有關(guān)，土壤硝態(tài)氮淋洗嚴(yán)重。如果下季作物繼續(xù)高施氮，土壤中的氮素不能被作物吸收利用，將大部分隨著降雨向下淋洗，可能引起地下水污染。

3 討論與結(jié)論

合理的氮肥運(yùn)籌是提高小麥產(chǎn)量的重要途徑。農(nóng)民傳統(tǒng)施肥方式是施用大量氮肥作基肥，但冬小麥生長早期需要養(yǎng)分?jǐn)?shù)量少，根系吸收弱，大量施用氮肥不能被作物及時(shí)充分吸收利用導(dǎo)致大量損失，一方面造成肥料利用率低，同時(shí)造成巨大的環(huán)境壓力［10，11］。而緩控釋肥是通過包膜層來調(diào)節(jié)肥料內(nèi)部速效養(yǎng)分的釋放速率，通過包膜材料的組成設(shè)計(jì)，最有可能實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的釋放速率與作物的需肥規(guī)律相匹配［13］。研究表明，與等氮量尿素相比，施用合適的控釋氮肥可以顯著提高作物產(chǎn)量［8，9，14］。本研究中緩控釋肥T6處理較等氮量T4處理兩年平均增產(chǎn)9.2%，與傳統(tǒng)施肥T8處理相比，在降低23%的施氮量時(shí)，產(chǎn)量無顯著差異。研究表明適當(dāng)提高氮肥的施用量可提高小麥分蘗的發(fā)生速率［15，16］，但避免用量過大，否則容易增加無效分蘗數(shù)量［17，18］。本研究中，拔節(jié)期T6處理莖蘗數(shù)與T4處理無顯著差異，較T8處理低36.1%。拔節(jié)后無效分蘗逐漸死亡，成熟期T6處理莖蘗數(shù)部分年份較T4處理增加6.8%；但兩年平均比T8處理僅低5.9%，說明控釋肥T6處理可以顯著抑制春季無效分蘗的生長，與傳統(tǒng)施氮相比，雖然穗數(shù)略有降低，但是可通過提高營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)的效率、增加千粒重來保證冬小麥獲得較高產(chǎn)量。

生育期土壤硝態(tài)氮含量水平可以體現(xiàn)出不同控釋氮肥的養(yǎng)分釋放特性，而不同緩控釋肥料的養(yǎng)分釋放性能也與其包膜材料有關(guān)［19］。本研究中，緩控肥T6處理0～100 cm土壤中硝態(tài)氮含量與優(yōu)化氮肥處理T4相比無顯著差異；較T8處理2017—2018年度0～40 cm土體的硝態(tài)氮含量顯著降低49.5%，2018—2019年度80～100 cm土層硝態(tài)氮含量降低49.5%；氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥生理利用效率分別增加30.5%、30.6%和59.4%。因此，本試驗(yàn)條件下，純氮量180 kg/hm2的樹脂包膜尿素一次性基施可提高小麥產(chǎn)量和氮肥利用率，降低土壤硝態(tài)氮含量，達(dá)到高產(chǎn)、高效、節(jié)肥的目的，適合在該區(qū)域推廣應(yīng)用。馬富亮等［20］研究表明，硫膜控釋尿素和樹脂包膜控釋尿素在增加小麥產(chǎn)量、改善小麥籽粒品質(zhì)和提高氮素利用率方面均起到較好的作用，其中樹脂包膜控釋尿素比硫膜控釋尿素表現(xiàn)出更好的增產(chǎn)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了氮素的高效利用，與本研究結(jié)果一致。蔣麗萍等［21］研究表明，與本試驗(yàn)中同一家公司生產(chǎn)的樹脂包膜尿素，一次性基施較農(nóng)民習(xí)慣施肥小麥產(chǎn)量提高2.2%，氮肥利用率提高16.9%，氮肥偏生產(chǎn)力提高58.8%。說明樹脂包膜尿素釋放速率較慢，更能有效防止硝態(tài)氮淋失和氨揮發(fā)損失，降低土壤氮素依存率，使小麥對土壤氮的依賴性逐漸減弱，對肥料氮的依賴性逐漸增強(qiáng)，進(jìn)而提高小麥氮素吸收能力，有效提高氮素利用率。

綜上所述，在本試驗(yàn)區(qū)域，樹脂包膜尿素T6處理一次性基施較等量優(yōu)化施氮180 kg/hm2處理顯著降低春季無效分蘗數(shù)，獲得較高的穗數(shù)或穗粒數(shù)，增產(chǎn)9.2%；在降低春季無效分蘗數(shù)、公頃穗數(shù)略有降低時(shí)，較T8處理提高營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)的效率、增加千粒重，保證冬小麥穩(wěn)產(chǎn)。并且與傳統(tǒng)施氮相比，T6處理顯著降低土壤硝態(tài)氮含量，提高氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥生理利用效率30.5%、30.6%和59.4%，可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效、輕簡化栽培的目的。因此，在魯西北地區(qū)小麥生產(chǎn)中，推廣樹脂包膜尿素一次性基施具有重要的實(shí)踐意義。然而在“減肥增效”的背景下，減量施用控釋氮肥能否持續(xù)保持小麥高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)性生產(chǎn)，還有待更深入地研究。