劉虹丹,劉文成,顧穎慧,朱 敏,2,李天兵,朱新開,2
(1.揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇揚(yáng)州 225009;2.糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/教育部農(nóng)業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品安全國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,江蘇揚(yáng)州 225009;3.漢楓緩釋肥料(江蘇)有限公司,江蘇姜堰 225510)
小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要的糧食作物之一,其產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)于保證人民健康、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保障國(guó)家糧食安全具有重要意義。在實(shí)際生產(chǎn)中,人們?yōu)樽非蟾弋a(chǎn)不斷增大氮肥施用量,忽略氮、磷、鉀平衡和過量施肥等栽培措施,不僅導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失調(diào),氮肥利用率降低,甚至?xí)l(fā)氮素污染[1-3]。針對(duì)氮素浪費(fèi)現(xiàn)象,近年來相關(guān)學(xué)者已展開緩控釋肥研究[4],發(fā)現(xiàn)緩釋肥相比普通尿素和復(fù)合肥可以明顯延長(zhǎng)肥效期,滿足作物生育后期對(duì)養(yǎng)分的需求,在氮、磷、鉀利用率方面,緩釋肥比普通復(fù)合肥分別提高9.14%、17.52%及8.35%,籽粒增產(chǎn)幅度達(dá)10%以上,蛋白質(zhì)、濕面筋、沉降值等品質(zhì)指標(biāo)均有所改善[5-6],一次性基施含腐殖酸的控釋肥或樹脂包膜尿素可以達(dá)到傳統(tǒng)小麥高產(chǎn)施肥處理產(chǎn)量水平[7],且減少了人工費(fèi)。但也有學(xué)者指出,緩釋肥養(yǎng)分釋放速率與小麥生育期內(nèi)吸收氮素特性不協(xié)調(diào),阻礙作物正常生長(zhǎng)發(fā)育[8],此外,由于緩釋肥價(jià)格偏高,單獨(dú)大量施用會(huì)導(dǎo)致成本增加,降低經(jīng)濟(jì)效益[9]。因此,出現(xiàn)較多緩釋肥減量與尿素配施的大量研究[9-10]。李 敏等[9]研究認(rèn)為,70%控釋尿素與30%普通尿素配施較全量基施控釋尿素小麥增產(chǎn)3.4%,并顯著提高氮肥利用率;胡迎春等[10]研究證實(shí),氮肥減量20%條件下,緩釋肥與尿素7∶3配施可以獲得小麥高產(chǎn)。適量減氮有益于作物增產(chǎn),超過常規(guī)施氮量1/2不利于保持作物產(chǎn)量[11]。生產(chǎn)中可以通過增大播種量提高群體密度,改善部分產(chǎn)量構(gòu)成因素[12],調(diào)節(jié)氮密比例[13]等措施,在提高氮素利用率的同時(shí)獲得高產(chǎn)。
目前,大多數(shù)學(xué)者主要針對(duì)緩釋肥與尿素配施、肥料與密度互作方面展開研究[13-15],有關(guān)尿素與密度互作、緩釋肥與密度互作研究較多,但緩釋肥與尿素不同配比與密度互作對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響方面報(bào)道較少。本研究在前人研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)不同的緩釋肥與尿素配比與種植密度組合,以小麥產(chǎn)量和品質(zhì)為目標(biāo)確定最佳尿素與緩釋肥配比和密度、施氮量組合,為制定合理的小麥栽培措施、提高氮肥利用率、實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效目標(biāo)提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)于2019-2020年在江蘇省儀征市新集鎮(zhèn)試驗(yàn)田進(jìn)行。前茬為水稻,土質(zhì)為黏土,0~20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量30.41 g·kg-1,全氮含量 1.74 mg·g-1,速效磷含量8.21mg·kg-1,速效鉀含量117.08 mg·kg-1。供試小麥品種為中筋小麥揚(yáng)麥25。試驗(yàn)所用肥料:氮肥為普通尿素(含N46%),硫包膜緩釋肥(N∶P2O5∶K2O=26∶12∶12,漢楓緩釋肥料(江蘇)有限公司生產(chǎn));磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%);鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)。
試驗(yàn)采用二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),以氮肥種類為主區(qū)(S),設(shè)100%普通尿素(S1)、50%緩釋肥與50%尿素(S2)配施、100%緩釋肥(S3)3種處理;以氮密模式為副區(qū),設(shè)施氮量225 kg·hm-2、種植密度225×104株·hm-2(A1);施氮量 191.25 kg·hm-2、種植密度258.75×104株·hm-2(A2);施氮量157.5 kg·hm-2、種植密度292.5×104株·hm-2(A3);施氮量123.75 kg·hm-2、種植密度326.25×104株·hm-2(A4),共4種氮密模式[即在施氮量225 kg·hm-2+基本苗225×104株·hm-2(A1)基礎(chǔ)上分別減氮15%+增密15%(A2)、減氮30%+增密30%(A3)、減氮45%+增密45%(A4)],肥料基追比均為6∶4,追肥中緩釋肥于返青期追施,尿素于拔節(jié)期追施,另設(shè)置不施氮肥處理以計(jì)算氮素農(nóng)學(xué)效率。各小區(qū)磷、鉀肥用量相同,均為120 kg·hm-2,50%基肥和50%拔節(jié)肥。2019年11月4日播種,2020年5月28日收獲,三葉期間苗,小區(qū)面積18 m2,重復(fù)3次。
1.3.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測(cè)定
成熟期選取1 m 3行數(shù)穗數(shù),5粒以上算有效穗;連續(xù)取40~60個(gè)穗,統(tǒng)計(jì)穗粒數(shù)。人工計(jì)數(shù)測(cè)定千粒重,測(cè)定水分后以13%水分計(jì)算千粒重。每個(gè)小區(qū)收割1 m2測(cè)產(chǎn)。重復(fù)3次。
1.3.2 蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉降值測(cè)定
采用近紅外谷物快速分析儀(Infratec 1241,Foss公司,USA)測(cè)定籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉降值。
1.3.3 硬度和容重測(cè)定
采用浙江伯利恒公司JYDB100X40型硬度儀測(cè)定籽粒硬度;采用上海東方衡器有限公司HGT-1000型容重儀測(cè)定籽粒容重。
1.3.4 出粉率和粉質(zhì)參數(shù)測(cè)定
使用德國(guó)Brabender公司880101.003型試驗(yàn)?zāi)ツシ郏?jì)算出粉率。
出粉率(%)=面粉重量/籽粒重量×100%。
按照GB/T 14614-1993方法,使用德國(guó)Brabender公司880101.003型粉質(zhì)儀測(cè)定粉質(zhì)參數(shù)穩(wěn)定時(shí)間、形成時(shí)間、吸水率、弱化度等。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2016和DPS 7.05進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式為:
氮肥利用率(NUR)=(施肥處理氮素吸收 量-不施肥處理氮素吸收量)/施氮量×100%
氮素農(nóng)學(xué)效率(NAE)=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮量
由表1可知,氮密模式對(duì)穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量均有極顯著影響(P<0.01),對(duì)穗數(shù)影響不顯著。隨著種植密度增大、施氮量減少,穗數(shù)呈先上升后下降的趨勢(shì),A2、A3與A4均高于 A1模式,但處理間差異均不顯著;穗粒數(shù)也呈先升后降趨勢(shì),以A2模式最高,具體表現(xiàn)為A2> A1>A3>A4,A2與 A1間差異不顯著,二者顯著高于A3和A4處理;千粒重產(chǎn)量呈持續(xù)下降趨勢(shì),且各處理間差異顯著, A1與A2模式較A4模式分別增產(chǎn)14.19%、12.38%。
緩釋肥配比對(duì)穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量均有顯著(P<0.05)或極顯著影響。隨緩釋肥用量增加,穗數(shù)呈先增后減趨勢(shì),S2與S3處理均高于S1處理,其中S2與S1處理間差異顯著,較S1處理提高5.51%;穗粒數(shù)持續(xù)增加,且各處理間差異顯著,S2與S3處理較S1處理分別提高 1.06%、4.23%;千粒重以S1處理最高,顯著高于S2、S3處理;產(chǎn)量以S2處理最高,S3處理次之,二者較S1處理分別增產(chǎn)6.48%與3.39%,各處理間差異顯著(表1)。說明相同施氮水平下,施用緩釋肥有利于實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。
表1 氮密模式和緩釋肥配比對(duì)冬小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響Table 1 Effect of nitrogen-planting density modes and ratio of slow-release fertilizer on yield and its components of winter wheat
分析12個(gè)氮密模式與緩釋肥配比組合的結(jié)果(表2)可知,氮密模式與緩釋肥配比的交互作用對(duì)穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量均具有極顯著影響。 A1S2組合產(chǎn)量最高,其次是A2S3與A2S2組合,三者差異不大表明增密+施用緩釋肥減氮可以獲得與常規(guī)施氮量同樣產(chǎn)量。組合A3S3、A4S1與A4S3的穗粒數(shù)與千粒重偏低,導(dǎo)致產(chǎn)量明顯下降,說明過高種植密度不利于小麥高產(chǎn)。
表2 氮密模式(A)和不同緩釋肥配比(S)互作對(duì)冬小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響Table 2 Effect of nitrogen-planting density modes(A) and different ratio of slow-release fertilizer(S) interaction on yield and its components of winter wheat
由圖1可知,氮密模式和緩釋肥配比對(duì)氮肥利用率有顯著影響。隨著緩釋肥比例增加, A1與A3模式氮肥利用率呈先降后增趨勢(shì),A2與A4模式呈連續(xù)上升趨勢(shì)。相同緩釋肥配比處理下,A2、A3與A4模式較 A1模式氮肥利用率平均值高,A3B3模式達(dá)最高值,處理間差異不顯著,說明增密減氮15%~30%可提高氮肥利用率。相同氮密模式下,S2和S3處理的氮肥利用率均高于S1處理,說明施用緩釋肥可以提高氮肥利用率。
氮密模式和緩釋肥配比均對(duì)氮素農(nóng)學(xué)效率有顯著影響(圖1B)。隨減氮增密的持續(xù),氮素農(nóng)學(xué)效率顯著增加,以A4模式最高,較A1、A2模式分別提高35.07%、15.63%,差異顯著;其中在S1處理下呈先升后降趨勢(shì),在S2與S3處理下持續(xù)上升。相同氮密模式下,以S2處理的氮素農(nóng)學(xué)效率最高,且顯著高于其他兩個(gè)處理(A2處理除外),在A4模式下,S2、S3處理較S1處理提高了32.26%、21.70%。說明增密減氮可顯著提高氮素農(nóng)學(xué)效率;增密減氮15%~45%條件下,緩釋肥與尿素配施更有利于提高氮素農(nóng)學(xué)效率。結(jié)合氮肥利用率分析,本試驗(yàn)條件下,推薦緩釋肥配比為S2、S3處理,氮密模式為A2、A3模式,即增密減氮15%~30%。
圖中柱上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Different letters above the bars indicate significant difference at 0.05 level.圖1 不同處理對(duì)小麥氮肥利用率和氮素農(nóng)學(xué)效率的影響Fig.1 Effect of different treatments on nitrogen use efficiency and agronomic nitrogen utilization of wheat
2.3.1 對(duì)一次加工品質(zhì)的影響
由表3可知,緩釋肥配比和氮密模式均對(duì)小麥出粉率、硬度、容重、蛋白質(zhì)含量有顯著效應(yīng)。氮密模式間比較,出粉率以A1模式最高,表現(xiàn)為A1>A3>A4>A2;容重以A3模式最低,與其他處理均差異顯著,A1、A2、A4模式間差異不顯著,較A3模式分別提高1.79%、2.07%、1.89%;硬度A1模式最高,各處理間差異顯著,較A2、A3、A4模式分別提高4.91%、2.60%、10.91%;蛋白質(zhì)含量以A3模式含量最高,達(dá)到13.4%,A1模式最低,二者差異顯著。緩釋肥配比間比較,出粉率和蛋白質(zhì)含量均以S3處理最高,較S2處理提高5.98%和3.10%,S1與S3處理間差異不顯著;容重與硬度均表現(xiàn)為S1>S3>S2,前兩者間差異不顯著,二者顯著高于S2處理。
表3 不同處理對(duì)冬小麥一次加工品質(zhì)的影響Table 3 Effect of different treatmentson primaryprocessing quality of winter wheat
A1S2組合出粉率最高,較最低組合A4S2提高21.58%,說明增密減氮45%不利于提高出粉率;容重以A2S1處理最高,以A3S1、A3S2及A3S3處理較低,且與其他組合差異顯著;硬度以A1S3組合最高,其次是A3S3、A3S1組合,三種組合硬度均達(dá)到61.0以上;蛋白質(zhì)含量以A1S1、A1S2及A1S3組合偏低,以A4S3、A3S3組合為較優(yōu),說明氮密模式對(duì)蛋白質(zhì)含量影響大于緩釋肥配比效應(yīng),施用全量緩釋肥,減氮增密度30%~45%,可以有效提高蛋白質(zhì)含量。
2.3.2 對(duì)二次加工品質(zhì)的影響
由表4可知,氮密模式對(duì)濕面筋含量、沉降值、穩(wěn)定時(shí)間、形成時(shí)間及吸水率有顯著效應(yīng)。隨著種植密度的增加、氮肥施用量減少,除弱化度以外,其他被測(cè)品質(zhì)指標(biāo)均呈先增后降的趨勢(shì),濕面筋含量以A2模式最高,顯著高于A1和A4模式,較之分別提高9.25%、10.83%,與A3模式無顯著差異;沉降值以A2與A3模式較高,兩模式間無顯著差異,均顯著高于A1和A4模式;穩(wěn)定時(shí)間與形成時(shí)間均在A3模式下達(dá)到最高值,較A4模式分別提高30%、29.17%;吸水率以A3模式最高,與其他處理間差異顯著,氮密模式對(duì)弱化度無顯著效應(yīng)。說明減氮氮肥增密度30%,有利于改善小麥籽粒二次加工品質(zhì)。
表4 不同處理對(duì)冬小麥二次加工品質(zhì)的影響Table 4 Effect of different treatments on the secondary processing quality of winter wheat
緩釋肥配比對(duì)沉降值、吸水率、弱化度有顯著效應(yīng),對(duì)濕面筋含量、穩(wěn)定時(shí)間和形成時(shí)間無顯著效應(yīng)。沉降值以S2處理最高,較S1、S3處理分別提高4.91%、2.40%,處理間差異均顯著;S1處理的吸水率最高,其次為S3處理,各處理間差異均顯著;弱化度以S2處理最高,與其他處理差異顯著,較S1、S3處理分別提高22.14%、31.71%。說明緩釋肥和尿素配施有利于改善小麥部分二次加工品質(zhì)。
氮密模式與緩釋肥配比對(duì)濕面筋、沉降值、穩(wěn)定時(shí)間、形成時(shí)間、吸水率與弱化度的交互作用不盡相同。濕面筋含量以A2S2組合含量最高,其次是A3S3組合,兩個(gè)組合較最低A4S1組合分別提高22.01%、15.30%,差異顯著;沉降值以A3S2組合最高,為34.8 mL,與A1S1、A1S2、A1S3、A2S1、A4S1、A4S3組合均差異顯著,并較A4S1組合提高14.9%;穩(wěn)定時(shí)間與形成時(shí)間均以A3S3組合最高,說明全量施用緩釋肥基礎(chǔ)上增密減氮30%,可以顯著改善面團(tuán)品質(zhì);吸水率以A4S1組合最高,與其他組合間差異顯著;弱化度以A2S2、A3S2組合較高。總體來看,緩釋肥與尿素配施或全量緩釋肥處理下,減氮增密15%~30%組合有利于改善小麥二次加工品質(zhì)。
氮是植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素,合理施用氮肥可以協(xié)調(diào)小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素,有效提高產(chǎn)量[16],緩釋肥與尿素配施處理通過協(xié)調(diào)小麥群體與個(gè)體生長(zhǎng)的矛盾,構(gòu)建合理群體,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小麥增產(chǎn)[15]。郭熙盛[9]研究認(rèn)為,相比普通尿素與控釋尿素全量底施,70%控釋尿素與30%普通尿素配施使小麥產(chǎn)量顯著增加。孫克剛等[17]研究結(jié)果顯示,施用100%控釋尿素小麥產(chǎn)量最高,相比100%尿素處理,兩試驗(yàn)點(diǎn)分別增產(chǎn)10.2%和 8.9%。在同等施氮量條件下,與常規(guī)尿素處理相比,緩釋肥處理可以顯著增加小麥穗數(shù),協(xié)調(diào)產(chǎn)量構(gòu)成因素,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)[18]。本試驗(yàn)研究表明,50%緩釋肥配施50%尿素處理(S2)與100%緩釋肥處理(S3)的產(chǎn)量較高,主要通過提高穗數(shù)與穗粒數(shù)來實(shí)現(xiàn),相比100%尿素處理(S1)分別增產(chǎn)6.48%與3.39%,與Zheng等[18]研究結(jié)果一致,生產(chǎn)上可以優(yōu)先考慮這兩種模式。
前人研究認(rèn)為,種植密度與施氮量互作對(duì)于小麥產(chǎn)量有顯著影響,通常增加種植密度會(huì)使穗數(shù)增加,穗粒數(shù)下降,種植密度增加時(shí)可減少施氮量,當(dāng)種植密度與施氮量均過高時(shí)會(huì)導(dǎo)致穗數(shù)降低,產(chǎn)量下降[19-20]。寧麥24種植密度270×104株·hm-2配合施氮量270 kg·hm-2的組合產(chǎn)量最高[21];糯小麥以密度240×104株·hm-2配施純氮270 kg·hm-2的模式產(chǎn)量最高[20]。鄒東月等[22]研究則認(rèn)為,小麥純N 97.5 kg·hm-2和650×104株·hm-2)組合下產(chǎn)量最高。本研究認(rèn)為,隨著種植密度增加、氮肥施用量減少,小麥穗數(shù)與穗粒數(shù)呈先升后降趨勢(shì),千粒重顯著下降,以施氮量225 kg·hm-2、種植密度225×104株·hm-2(A1)與施氮量191.25 kg·hm-2、種植密度258.75×104株·hm-2(A2)的模式產(chǎn)量較高。
施用氮肥可以改變土壤的供肥能力,影響小麥植株體的C、N代謝與土壤中的礦質(zhì)離子,進(jìn)而調(diào)控蛋白質(zhì)合成[23];種植密度會(huì)影響小麥群體結(jié)構(gòu)進(jìn)而造成溫光等生態(tài)條件的差異,對(duì)小麥品質(zhì)產(chǎn)生調(diào)控作用[24]。于立河等[24]研究認(rèn)為, 450×104株·hm-2與600×104株·hm-2的中等密度配施180 kg·hm-2的中等施肥水平有利于籽粒蛋白質(zhì)積累,改善降落值,提高沉淀值,明顯延長(zhǎng)面團(tuán)形成時(shí)間,提高吸水率,隨著種植密度的增加,適量增施氮肥有利于改善濕面筋、面團(tuán)形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間等品質(zhì)。姚金保等[21]研究則認(rèn)為,種植密度對(duì)寧麥24的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間影響不顯著,增施氮肥可以顯著改善這些指標(biāo),兩者間互作作用不顯著。本研究表明,施氮量225 kg·hm-2、種植密度225×104株·hm-2(A1)模式有利于保證出粉率、容重與硬度,施氮量157.5 kg·hm-2、種植密度292.5×104株·hm-2(A3)模式在濕面筋、沉降值與粉質(zhì)參數(shù)方面表現(xiàn)最優(yōu),說明增密減氮可以在一定程度上改善小麥品質(zhì),但結(jié)合產(chǎn)量來看仍推薦A1與A2模式。
合理施用氮肥可以提高籽粒和莖葉中轉(zhuǎn)氨酶、硝酸還原酶活性,促進(jìn)花前營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累與后期根系活力,進(jìn)而改善品質(zhì)[25]。有研究表明,較相同施氮量的尿素與樹脂膜控釋肥,尿素與樹脂膜控釋肥配施可以顯著改善小麥蛋白質(zhì)含量、硬度、濕面筋含量與沉降值[9],摻混型緩釋肥較等量N、P、K養(yǎng)分處理的小麥蛋白質(zhì)含量高出3.49%,濕面筋提高4.58%,沉降值增加 10.73%[26]。本試驗(yàn)研究表明,100%緩釋肥處理(S3)的蛋白質(zhì)含量、出粉率、濕面筋含量、面團(tuán)形成時(shí)間與面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間均優(yōu)于100%普通尿素處理(S1)和50%緩釋肥配施50%尿素處理(S2),S2處理沉降值最高,除沉降值、吸水率與弱化度之間差異顯著,其余二次加工品質(zhì)指標(biāo)在三種氮肥處理下差異不顯著,與前人研究不完全一致。這種情況可能是由于不同試驗(yàn)所使用的品種、緩釋肥中養(yǎng)分含量、試驗(yàn)區(qū)域土壤地力、氣象條件等存在差異所導(dǎo)致。此外,本研究?jī)H綜合了小麥產(chǎn)量與品質(zhì),有關(guān)緩釋肥與尿素配施的經(jīng)濟(jì)效益仍需進(jìn)一步進(jìn)行研究。
本試驗(yàn)條件下,施氮量225 kg·hm-2、種植密度225×104株·hm-2模式與施氮量191.25 kg·hm-2、種植密度258.75×104株·hm-2模式均可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn);50%緩釋肥與50%尿素配施處理和100%緩釋肥處理在產(chǎn)量、氮肥利用率與氮素農(nóng)學(xué)效率方面優(yōu)于100%普通尿素處理;品質(zhì)以施氮量225 kg·hm-2、種植密度225×104株·hm-2模式和施氮量157.5 kg·hm-2、種植密度292.5×104株·hm-2模式,50%緩釋肥與50%尿素配施和100%緩釋肥處理下較好,但處理間差異不顯著,氮密模式與緩釋肥配比對(duì)產(chǎn)量、二次加工品質(zhì)具有顯著互作效應(yīng),從減氮目的出發(fā)綜合考慮,推薦施氮量191.25 kg·hm-2、種植密度258.75×104株·hm-2模式下的50%緩釋肥與50%尿素配施和100%緩釋肥方式,分基肥與返青肥二次施用。