耕作和施肥方式對(duì)隴中旱作春小麥氮素利用與硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?/h1>
2023-04-25 09:10:34祁小平閆麗娟袁建鈺杜夢(mèng)寅
麥類作物學(xué)報(bào) 2023年4期
祁小平,李 廣,閆麗娟,袁建鈺,杜夢(mèng)寅,龐 燁
(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,甘肅蘭州 730070;2.臨夏市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,甘肅臨夏 731100;3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,甘肅蘭州 730070)
氮肥的大量施用對(duì)我國(guó)糧食作物的增產(chǎn)產(chǎn)生了不可磨滅的貢獻(xiàn)。然而,隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、集約化的發(fā)展及糧食需求的增長(zhǎng),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不合理施肥和過(guò)量施用氮肥的現(xiàn)象普遍存在。目前,我國(guó)已成為世界上化肥消費(fèi)量最大的國(guó)家,其中氮肥的用量達(dá)到了全球水平的1/3以上。我國(guó)作物的氮肥利用效率僅有30%～35%,較發(fā)達(dá)國(guó)家低15～20個(gè)百分點(diǎn),氮素的損失率高達(dá)45%[1-2]。為片面追求作物高產(chǎn),長(zhǎng)期大量施用氮肥及采用傳統(tǒng)的耕作方式導(dǎo)致農(nóng)田土壤退化、養(yǎng)分流失嚴(yán)重,降低肥料利用效率,也造成了氮素淋溶、溫室氣體排放等一系列環(huán)境問(wèn)題[3]。因此,如何在作物穩(wěn)產(chǎn)的前提下通過(guò)優(yōu)化施肥和改善耕作措施來(lái)提高作物氮素利用效率和生產(chǎn)力、降低土壤硝態(tài)氮淋溶等農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)我國(guó)應(yīng)對(duì)糧食安全和農(nóng)田環(huán)境污染的挑戰(zhàn)具有重要意義。
近年來(lái),為實(shí)現(xiàn)我國(guó)化肥用量零增長(zhǎng)目標(biāo)和加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展,保護(hù)性耕作和有機(jī)肥替代技術(shù)已成為減少化肥用量、提高氮素利用效率和減少農(nóng)業(yè)面源污染的有效措施之一[3]。大量研究表明,化肥和有機(jī)肥配合施用在一定程度可以達(dá)到“緩急相濟(jì)”的效果,使土壤養(yǎng)分供應(yīng)與作物生長(zhǎng)相協(xié)調(diào),提高作物的養(yǎng)分利用效率,實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[4-8];有機(jī)肥配施化學(xué)氮肥較單施氮肥可以顯著促進(jìn)小麥籽粒中氮素的積累,使氮素利用效率提高20.2%,并且降低硝態(tài)氮當(dāng)季殘留量和淋失比例[9];在長(zhǎng)期定位試驗(yàn)中,氮肥與有機(jī)肥配施既顯著提升了土壤肥力,又降低了硝酸鹽在土壤中的累積和淋失[10]。保護(hù)性耕作可以改善土壤結(jié)構(gòu),促進(jìn)土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與釋放,進(jìn)而影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用,可提高土壤養(yǎng)分固持和降低養(yǎng)分流失[3]。Wang等[11]研究發(fā)現(xiàn),在2個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)免耕較翻耕增加了0～100 cm土層土壤全氮積累量,提高了作物生產(chǎn)力,降低了土壤硝態(tài)氮淋失對(duì)環(huán)境的危害。通過(guò)RZWQM2模型分析,免耕后,麥田氮素淋失較傳統(tǒng)耕作減少了55.6%,小麥產(chǎn)量和氮素利用效率顯著提升[12]。然而,目前有關(guān)旱作區(qū)作物氮素利用與土壤硝態(tài)氮?dú)埩舴矫娴难芯慷嗉性谑┓史矫?而就耕作措施和施肥交互作用的研究較少。
隴中地處黃土高原半干旱區(qū),是甘肅省重要的糧食生產(chǎn)區(qū)。該地區(qū)的小麥生產(chǎn)廣泛采用翻耕與長(zhǎng)期單一施用化學(xué)氮肥的管理方式,農(nóng)田土壤養(yǎng)分流失嚴(yán)重,施入土壤中的氮素殘留嚴(yán)重,環(huán)境問(wèn)題突出[13]。本試驗(yàn)依托隴中黃土高原旱農(nóng)綜合試驗(yàn)站,研究了耕作與施肥方式對(duì)春小麥氮素的積累特征,綜合分析了不同耕作與施肥方式對(duì)春小麥氮素利用效率、土壤硝態(tài)氮?dú)埩艉彤a(chǎn)量的影響,以期為該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)一步推廣保護(hù)性耕作與有機(jī)肥配施技術(shù),推進(jìn)有機(jī)肥資源化利用和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展提供理論和技術(shù)支持。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)概況
本試驗(yàn)于2020年3月14日至8月5日在甘肅省定西市安定區(qū)安家坡村甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)旱農(nóng)綜合試驗(yàn)站(35°64′N,104°64′E)進(jìn)行,供試春小麥品種為甘春27號(hào)(該品種抗旱性強(qiáng)、適應(yīng)性廣,已在甘肅隴中地區(qū)有較高的推廣面積)。該地區(qū)平均海拔2 000 m,年均氣溫為6.4 ℃,年均降水量433.94 mm,生育期平均降水量229.24 mm,年均蒸發(fā)量1 531 mm[14]。全年降水的60%集中在7-9月,降水季節(jié)分布不均勻與作物關(guān)鍵需水時(shí)期不一致,屬于典型的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)作區(qū)(圖1)[14]。試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為黃綿土,土壤養(yǎng)分含量、地貌特征在隴中黃土高原旱作區(qū)有一定代表性。試驗(yàn)前耕層(0～ 40 cm)土壤理化性質(zhì)如表1所示[14]。
表1 試驗(yàn)前供試土壤理化性質(zhì)
圖1 小麥生育期間日均降雨量和日平均氣溫
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
本試驗(yàn)采用耕作與施肥二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)。耕作方式為主區(qū),設(shè)傳統(tǒng)翻耕(CT)和免耕(NT)兩種方式。施肥為副區(qū),以不施肥為對(duì)照(CK),按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)氮肥用量(純N 105 kg·hm-2)為標(biāo)準(zhǔn),設(shè)置3種等氮的施肥方式即單施氮肥(N,施純氮105 kg N·hm-2)、單施有機(jī)肥(M,21.0 t·hm-2有機(jī)肥)和氮肥與有機(jī)肥配施(NM,施純氮52.5 kg·hm-2+10.5 t·hm-2有機(jī)肥)。耕作和施肥組合形成8個(gè)處理,每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù),共24個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。其中,翻耕+單施氮肥(CT-N)為當(dāng)?shù)赜脩舴N植春小麥的常規(guī)耕作和施肥組合。小區(qū)面積為24 m2(6 m×4 m)。春小麥于2020年3月15日播種,8月5日收獲,播種量為150 kg·hm-2。
本試驗(yàn)所用氮肥為尿素(含N 46.2%),所用有機(jī)肥為農(nóng)家肥(主要為腐熟的豬糞,養(yǎng)分含量為N 0.56%、P2O50.40%、K2O 0.46%、有機(jī)質(zhì) 15.2%)。各處理磷肥施用量相同,磷肥為過(guò)磷酸鈣(60 kg·hm-2P2O5)。所有肥料均在播前全部作為底肥施入,翻耕處理中有機(jī)肥和化肥均勻撒在規(guī)定小區(qū)地表后用犁翻入。免耕撒施后采用耙磨結(jié)合播前開(kāi)溝施入[14],各施肥處理間遵循等氮量原則,具體耕作方法見(jiàn)表2。為避免樣地間產(chǎn)生邊際效應(yīng),各樣地之間設(shè)計(jì)約0.35 m寬的隔離帶,其他田間管護(hù)措施與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)耕作水平一致[14]。
表2 不同耕作法描述
1.3 樣品采集及測(cè)定方法
1.3.1 土樣采集及測(cè)定
(1)土壤容重:在小麥成熟期用環(huán)刀法測(cè)定 0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm土層的土壤容重,每個(gè)處理3次重復(fù)[14]。
(2)土壤硝態(tài)氮含量:在春小麥成熟期用土鉆在研究樣地按“S”型5點(diǎn)取樣法,分別采集 0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm土層土壤原狀土樣,相同土層土樣混合均勻,去除植物殘根、石塊等雜物后裝入無(wú)菌密封袋,每個(gè)樣品3次重復(fù)[15]。將采集的土樣放置在裝有冰袋的整理箱中低溫運(yùn)輸。土樣解凍后過(guò)2 mm篩,稱取10 g鮮土,加入50 mL 2 mol·L-1的KCl溶液振蕩、浸取、過(guò)濾后取上清液,用間斷分析儀測(cè)定硝態(tài)氮含量[5]。用以下公式計(jì)算土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅縖7]。
式中,M為土壤硝態(tài)氮的積累量 (kg·hm-2);C為土壤硝態(tài)氮含量(mg·kg-1);H為土層深度(cm);Y為土壤容重(g·cm-3)。
1.3.2 植株干物質(zhì)量和全氮含量測(cè)定
在小麥關(guān)鍵生育期(分蘗期、拔節(jié)期、開(kāi)花期和成熟期)每小區(qū)隨機(jī)取植株15株,采集地上部分,分蘗期和拔節(jié)期樣品分成莖、葉兩部分,開(kāi)花期和成熟期樣品分成莖、葉、穗3部分,再置于恒溫烘箱在105 ℃下殺青半小時(shí),然后80 ℃下烘至恒重[5]。將烘干后的樣品稱重后用粉碎機(jī)粉碎,裝入密封袋保存[6]。樣品采用濃H2SO4-H2O2消煮,用凱氏定氮法測(cè)定其全氮含量[6]。
1.3.3 籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成
春小麥成熟時(shí),小區(qū)邊緣剔除0.25 m(避免邊際效應(yīng)),按小區(qū)(3.5 m×5.5 m)單打單收估測(cè)春小麥公頃產(chǎn)量,并在各試驗(yàn)小區(qū)中間區(qū)域隨機(jī)選取3個(gè)1 m2樣方,調(diào)查單位面積有效穗數(shù)、穗粒數(shù)(隨機(jī)取15穗);籽粒風(fēng)干脫粒后取500粒稱重,換算成千粒重[14]。
1.4 氮素利用效率指標(biāo)計(jì)算
用氮素收獲指數(shù)、氮素偏生產(chǎn)力、氮素回收率和氮素農(nóng)學(xué)利用效率對(duì)不同耕作和施肥方式下春小麥氮素利用效率進(jìn)行評(píng)價(jià),這些指標(biāo)的計(jì)算公式[7]:如下
(1)籽粒氮素積累量=籽粒產(chǎn)量×籽粒含氮量;
(2)植株氮素積累量=植株生物量×植株含氮量×種植密度;
(2)氮素收獲指數(shù)=籽粒吸氮量/地上部分吸氮量×100%;
(3)氮素偏生產(chǎn)力=作物產(chǎn)量/施氮量;
(4)氮素回收率=(施氮處理植株吸氮量-未施肥處理植株吸氮量)/施氮量×100%;
(5)氮肥農(nóng)學(xué)利用效率=(施氮處理籽粒產(chǎn)量-未施肥處理籽粒產(chǎn)量)/施肥量。
1.5 數(shù)據(jù)處理
利用Origin 2019繪圖,用SPSS 24.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,用LSD法進(jìn)行處理間多重比較(α=0.05)。
2 結(jié)果與分析
2.1 耕作和施肥方式對(duì)春小麥氮素積累量與氮素利用效率的影響
2.1.1 耕作和施肥方式對(duì)春小麥氮素積累的影響
隨生育期的推進(jìn),春小麥氮素積累量持續(xù)增加(圖2)。從拔節(jié)到開(kāi)花期,氮素積累量的增幅最大,表明該階段是春小麥氮素積累的關(guān)鍵時(shí)期。與傳統(tǒng)翻耕相比,免耕后春小麥氮素積累量顯著增加;與不施肥(CK)相比,施肥(N、M和NM)后春小麥氮素積累量均不同程度提高,其中NM的效果最顯著。從全生育期來(lái)看,NT-NM處理的春小麥氮素積累量均高于其他處理,其中在成熟期NT-NM處理較CT-N處理提高了 31.85%,表明免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施更有助于春小麥氮素積累。
同時(shí)期圖柱上不同小寫(xiě)字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)。
2.1.2 耕作和施肥方式對(duì)春小麥氮素利用效率的影響
方差分析表明,耕作與施肥對(duì)春小麥氮素偏生產(chǎn)力、氮素回收率和氮素收獲指數(shù)均有極顯著影響(P<0.01),而氮素農(nóng)學(xué)利用效率僅受施肥的影響,耕作和施肥的交互作用對(duì)氮素回收率和氮素收獲指數(shù)有顯著影響。由圖3可知,與翻耕相比,免耕后春小麥氮素偏生產(chǎn)力、氮素回收率、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮素收獲指數(shù)均提高;施肥對(duì)此4個(gè)指標(biāo)的影響均表現(xiàn)為NM>N>M,且不同施肥方式間差異顯著(P<0.05)。從整體來(lái)看,NT-NM處理的4個(gè)指標(biāo)均高于其他處理,較CT-N處理分別提高了42.93%、20.13%、 83.83%和2.55%,說(shuō)明免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施可促進(jìn)春小麥氮素高效利用。
圖柱上不同小寫(xiě)字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)。**:P<0.01;*:P<0.05。 F、T和F×T分別代表施肥、耕作和二者互作的F值。
2.2 耕作與施肥方式對(duì)土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?/h3>
小麥?zhǔn)斋@后翻耕和免耕下土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅孔兓秶謩e為72.44～124.49和55.99～ 113.07 kg·hm-2,免耕的平均值低于翻耕(圖4)。不同施肥方式的平均土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅勘憩F(xiàn)為N>M>NM>CK,且施肥方式間差異顯著。在0～100 cm土層,與CT-N處理相比,NT-NM處理的土壤硝態(tài)氮?dú)埩魷p小52.56 kg·hm-2,說(shuō)明免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施可有效減少土壤硝態(tài)氮的殘留。方差分析表明,耕作與施肥對(duì)各土層土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅烤袠O顯著影響,耕作和施肥的互作僅對(duì)20～40、60～80和80～100 cm土層土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅烤袠O顯著影響。
圖柱上不同小寫(xiě)字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)。**:P<0.01;*:P<0.05。 F、T和F×T分別代表施肥、耕作和二者互作的F值。
2.3 耕作和施肥方式對(duì)春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響
方差分析表明,耕作、施肥方式對(duì)春小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成和生物產(chǎn)量均有顯著影響,而二者的交互效應(yīng)僅在生物產(chǎn)量上表現(xiàn)顯著。免耕的春小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素平均值均高于翻耕(表3),收獲指數(shù)對(duì)耕作、施肥方式及其互作均無(wú)明顯反應(yīng),不同施肥方式的春小麥籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素平均值均表現(xiàn)為NM>N>M>CK。從整體來(lái)看,在所有處理中NT-NM處理的春小麥籽粒產(chǎn)量、有效穗數(shù)、千粒重、穗粒數(shù)和生物產(chǎn)量均最高,較CT-N處理分別提高了56.21%、34.10%、6.29%、11.09%和35.46%,表明免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施可促進(jìn)春小麥生長(zhǎng),協(xié)同提高穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重,實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。
表3 耕作和施肥方式對(duì)春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響
3 討 論
3.1 耕作與施肥對(duì)春小麥氮素吸收利用的影響
隨著生育期的推進(jìn),春小麥植株氮素積累量會(huì)不斷增加。本研究中,施肥對(duì)春小麥氮素積累有明顯的促進(jìn)作用,其中NT-NM處理的效果更顯著,與前人研究結(jié)果基本一致[7,16]。這可能是隴中黃土高原半干旱區(qū)土壤多為黃綿土,土壤有機(jī)質(zhì)含量低,通氣性良好,氮肥施入土壤后易通過(guò)反硝化、氨化及淋溶等作用損失,導(dǎo)致春小麥生長(zhǎng)后期養(yǎng)分供應(yīng)不足,減少了小麥對(duì)氮素的吸收利用[17],而氮肥與有機(jī)肥配施延長(zhǎng)了氮肥的肥效,實(shí)現(xiàn)了肥料中養(yǎng)分持續(xù)穩(wěn)定的供應(yīng)[18];土壤免耕具有良好的保水保肥能力,能夠有效降低施肥之后土壤中氮素的損失,提高氮素有效性,因此免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施可以促進(jìn)春小麥對(duì)氮素的吸收利用,使小麥獲得較高的氮素積累量。此外,本研究中從拔節(jié)到開(kāi)花期春小麥氮素積累量的增幅度最大,表明此階段是春小麥氮素積累的關(guān)鍵時(shí)期;其中,NT-NM處理此階段的氮素積累量較CT-N處理提高了13.46%,也說(shuō)明免耕結(jié)合氮肥有機(jī)肥配施可提高拔節(jié)之后小麥對(duì)氮素的吸收能力。拔節(jié)期至開(kāi)花期是小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期,此時(shí)較高的氮素積累量對(duì)提高植株后期氮素積累和籽粒產(chǎn)量形成具有積極作用,這也是NT-NM處理導(dǎo)致小麥高產(chǎn)的重要原因[19]。
氮素利用效率是評(píng)估施肥合理性和有效性的直接體現(xiàn)。免耕條件下氮肥減量配施有機(jī)肥可顯著提高作物的氮素利用效率[18,20],且與全國(guó)其他地區(qū)相比,在有機(jī)質(zhì)含量低、降雨量較少的西北地區(qū)配施有機(jī)肥后氮肥利用效率的提高幅度最大[21]。本研究結(jié)果與前人研究一致,這可能因?yàn)槊飧Y(jié)合氮肥有機(jī)肥配施在促進(jìn)小麥對(duì)氮素吸收及干物質(zhì)積累的同時(shí),增加氮素向籽粒中再分配的能力,從而提高小麥籽粒氮素積累量和產(chǎn)量[22],進(jìn)而提高了氮素偏生產(chǎn)力、氮素回收率、氮素農(nóng)學(xué)利用效率及氮素收獲指數(shù)。此外,有機(jī)肥中含有大量有機(jī)質(zhì)和微生物,加之免耕可改善土壤結(jié)構(gòu),協(xié)調(diào)了土壤中“水、肥、氣、熱”間的關(guān)系,進(jìn)而為土壤微生物的活動(dòng)提供有利環(huán)境[24]。因此,免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施可有效提高土壤微生物的活性,活化土壤中的養(yǎng)分,有利于小麥植株吸收利用,同時(shí)促進(jìn)小麥植株生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成[22]。
3.2 耕作和施肥對(duì)土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻恼{(diào)控
作物收獲后硝態(tài)氮淋溶是黃土高原旱作區(qū)農(nóng)田土壤氮素?fù)p失的重要途徑之一[24]。在本研究中,土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅勘憩F(xiàn)為NM低于N和M,免耕低于翻耕;在0～100 cm土層,NT-NM處理的土壤硝態(tài)氮?dú)埩糨^CT-N處理減小52.56 kg·hm-2,表明免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施可減少土壤硝態(tài)氮?dú)埩?從而降低土壤氮素淋溶風(fēng)險(xiǎn),這與前人研究結(jié)果一致[25-26],這也與免耕結(jié)合氮肥有機(jī)肥配施顯著提高春小麥氮素利用效率相一致,也說(shuō)明促進(jìn)小麥植株對(duì)土壤中的無(wú)機(jī)態(tài)氮吸收利用是減少土壤硝態(tài)氮?dú)埩糁匾緩絒18]。此外,免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施有效改善土壤活力和耕層土壤微生物環(huán)境,增強(qiáng)了土壤微生物對(duì)氮素的固持與轉(zhuǎn)化,使土壤殘留的無(wú)機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)氮儲(chǔ)存在土壤中,從而增加了土壤有機(jī)氮庫(kù)的容量,有效降低了因土壤中無(wú)機(jī)氮的殘留而對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境造成潛在危害[5,22]。
3.3 不同耕作與施肥方式對(duì)春小麥產(chǎn)量的影響
高產(chǎn)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要目標(biāo)之一。本研究中,NT-NM處理顯著提高了春小麥籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量,優(yōu)化了產(chǎn)量構(gòu)成,與前人研究結(jié)果基本一致[27-28]。這可能是一方面氮肥與有機(jī)肥配施具有良好的保肥供肥能力,能夠調(diào)節(jié)土壤中氮素固持、釋放與小麥吸收之間的關(guān)系,促進(jìn)養(yǎng)分吸收利用,從而增加產(chǎn)量[28];另一方面,免耕具有良好的蓄水保墑能力,可有效緩解水分對(duì)小麥生長(zhǎng)的脅迫,提高其水肥利用效率,實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)[29]。
從方差分析結(jié)果看,公頃有效穗數(shù)和千粒重的提高對(duì)春小麥增產(chǎn)的貢獻(xiàn)最大,是導(dǎo)致小麥產(chǎn)量提高的主要因素。這與李廷亮等[30]和王嘉男等[31]的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)樵诖汉当容^突出的隴中黃土高原半干旱雨養(yǎng)農(nóng)作區(qū),播種期水分脅迫是影響作物出苗和成活的關(guān)鍵因素[14],免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施的方式有效改善了土壤水熱條件,提高小麥的成活率和出苗率[22]。同時(shí)氮肥與有機(jī)肥配施具有較好的保水保肥能力,可促進(jìn)小麥的生長(zhǎng)使小麥根系在發(fā)生有效分蘗的基礎(chǔ)上保證較多的有效穗數(shù)[18,22]。另外,與單施氮肥相比氮肥與有機(jī)肥配施在小麥生長(zhǎng)中后期有更好的供氮能力,可以延緩小麥的衰老,促進(jìn)籽粒中光合產(chǎn)物和養(yǎng)分的積累和轉(zhuǎn)運(yùn),進(jìn)而提高小麥成穗數(shù)和千粒重,為產(chǎn)量的提高奠定基礎(chǔ)[22]。
4 結(jié) 論
免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施可促進(jìn)春小麥對(duì)氮素的積累,提高了氮素偏生產(chǎn)力、氮素回收率、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮素收獲指數(shù),在氮肥減施條件下實(shí)現(xiàn)了氮素的高效利用,同時(shí)顯著降低土壤硝態(tài)氮?dú)埩?。免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施能夠顯著優(yōu)化春小麥產(chǎn)量構(gòu)成,提高籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量。
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祁小平,李 廣,閆麗娟,袁建鈺,杜夢(mèng)寅,龐 燁
(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,甘肅蘭州 730070;2.臨夏市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,甘肅臨夏 731100;3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,甘肅蘭州 730070)
氮肥的大量施用對(duì)我國(guó)糧食作物的增產(chǎn)產(chǎn)生了不可磨滅的貢獻(xiàn)。然而,隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、集約化的發(fā)展及糧食需求的增長(zhǎng),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不合理施肥和過(guò)量施用氮肥的現(xiàn)象普遍存在。目前,我國(guó)已成為世界上化肥消費(fèi)量最大的國(guó)家,其中氮肥的用量達(dá)到了全球水平的1/3以上。我國(guó)作物的氮肥利用效率僅有30%～35%,較發(fā)達(dá)國(guó)家低15～20個(gè)百分點(diǎn),氮素的損失率高達(dá)45%[1-2]。為片面追求作物高產(chǎn),長(zhǎng)期大量施用氮肥及采用傳統(tǒng)的耕作方式導(dǎo)致農(nóng)田土壤退化、養(yǎng)分流失嚴(yán)重,降低肥料利用效率,也造成了氮素淋溶、溫室氣體排放等一系列環(huán)境問(wèn)題[3]。因此,如何在作物穩(wěn)產(chǎn)的前提下通過(guò)優(yōu)化施肥和改善耕作措施來(lái)提高作物氮素利用效率和生產(chǎn)力、降低土壤硝態(tài)氮淋溶等農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)我國(guó)應(yīng)對(duì)糧食安全和農(nóng)田環(huán)境污染的挑戰(zhàn)具有重要意義。
近年來(lái),為實(shí)現(xiàn)我國(guó)化肥用量零增長(zhǎng)目標(biāo)和加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展,保護(hù)性耕作和有機(jī)肥替代技術(shù)已成為減少化肥用量、提高氮素利用效率和減少農(nóng)業(yè)面源污染的有效措施之一[3]。大量研究表明,化肥和有機(jī)肥配合施用在一定程度可以達(dá)到“緩急相濟(jì)”的效果,使土壤養(yǎng)分供應(yīng)與作物生長(zhǎng)相協(xié)調(diào),提高作物的養(yǎng)分利用效率,實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[4-8];有機(jī)肥配施化學(xué)氮肥較單施氮肥可以顯著促進(jìn)小麥籽粒中氮素的積累,使氮素利用效率提高20.2%,并且降低硝態(tài)氮當(dāng)季殘留量和淋失比例[9];在長(zhǎng)期定位試驗(yàn)中,氮肥與有機(jī)肥配施既顯著提升了土壤肥力,又降低了硝酸鹽在土壤中的累積和淋失[10]。保護(hù)性耕作可以改善土壤結(jié)構(gòu),促進(jìn)土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與釋放,進(jìn)而影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用,可提高土壤養(yǎng)分固持和降低養(yǎng)分流失[3]。Wang等[11]研究發(fā)現(xiàn),在2個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)免耕較翻耕增加了0～100 cm土層土壤全氮積累量,提高了作物生產(chǎn)力,降低了土壤硝態(tài)氮淋失對(duì)環(huán)境的危害。通過(guò)RZWQM2模型分析,免耕后,麥田氮素淋失較傳統(tǒng)耕作減少了55.6%,小麥產(chǎn)量和氮素利用效率顯著提升[12]。然而,目前有關(guān)旱作區(qū)作物氮素利用與土壤硝態(tài)氮?dú)埩舴矫娴难芯慷嗉性谑┓史矫?而就耕作措施和施肥交互作用的研究較少。
隴中地處黃土高原半干旱區(qū),是甘肅省重要的糧食生產(chǎn)區(qū)。該地區(qū)的小麥生產(chǎn)廣泛采用翻耕與長(zhǎng)期單一施用化學(xué)氮肥的管理方式,農(nóng)田土壤養(yǎng)分流失嚴(yán)重,施入土壤中的氮素殘留嚴(yán)重,環(huán)境問(wèn)題突出[13]。本試驗(yàn)依托隴中黃土高原旱農(nóng)綜合試驗(yàn)站,研究了耕作與施肥方式對(duì)春小麥氮素的積累特征,綜合分析了不同耕作與施肥方式對(duì)春小麥氮素利用效率、土壤硝態(tài)氮?dú)埩艉彤a(chǎn)量的影響,以期為該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)一步推廣保護(hù)性耕作與有機(jī)肥配施技術(shù),推進(jìn)有機(jī)肥資源化利用和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展提供理論和技術(shù)支持。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)概況
本試驗(yàn)于2020年3月14日至8月5日在甘肅省定西市安定區(qū)安家坡村甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)旱農(nóng)綜合試驗(yàn)站(35°64′N,104°64′E)進(jìn)行,供試春小麥品種為甘春27號(hào)(該品種抗旱性強(qiáng)、適應(yīng)性廣,已在甘肅隴中地區(qū)有較高的推廣面積)。該地區(qū)平均海拔2 000 m,年均氣溫為6.4 ℃,年均降水量433.94 mm,生育期平均降水量229.24 mm,年均蒸發(fā)量1 531 mm[14]。全年降水的60%集中在7-9月,降水季節(jié)分布不均勻與作物關(guān)鍵需水時(shí)期不一致,屬于典型的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)作區(qū)(圖1)[14]。試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為黃綿土,土壤養(yǎng)分含量、地貌特征在隴中黃土高原旱作區(qū)有一定代表性。試驗(yàn)前耕層(0～ 40 cm)土壤理化性質(zhì)如表1所示[14]。
表1 試驗(yàn)前供試土壤理化性質(zhì)
圖1 小麥生育期間日均降雨量和日平均氣溫
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
本試驗(yàn)采用耕作與施肥二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)。耕作方式為主區(qū),設(shè)傳統(tǒng)翻耕(CT)和免耕(NT)兩種方式。施肥為副區(qū),以不施肥為對(duì)照(CK),按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)氮肥用量(純N 105 kg·hm-2)為標(biāo)準(zhǔn),設(shè)置3種等氮的施肥方式即單施氮肥(N,施純氮105 kg N·hm-2)、單施有機(jī)肥(M,21.0 t·hm-2有機(jī)肥)和氮肥與有機(jī)肥配施(NM,施純氮52.5 kg·hm-2+10.5 t·hm-2有機(jī)肥)。耕作和施肥組合形成8個(gè)處理,每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù),共24個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。其中,翻耕+單施氮肥(CT-N)為當(dāng)?shù)赜脩舴N植春小麥的常規(guī)耕作和施肥組合。小區(qū)面積為24 m2(6 m×4 m)。春小麥于2020年3月15日播種,8月5日收獲,播種量為150 kg·hm-2。
本試驗(yàn)所用氮肥為尿素(含N 46.2%),所用有機(jī)肥為農(nóng)家肥(主要為腐熟的豬糞,養(yǎng)分含量為N 0.56%、P2O50.40%、K2O 0.46%、有機(jī)質(zhì) 15.2%)。各處理磷肥施用量相同,磷肥為過(guò)磷酸鈣(60 kg·hm-2P2O5)。所有肥料均在播前全部作為底肥施入,翻耕處理中有機(jī)肥和化肥均勻撒在規(guī)定小區(qū)地表后用犁翻入。免耕撒施后采用耙磨結(jié)合播前開(kāi)溝施入[14],各施肥處理間遵循等氮量原則,具體耕作方法見(jiàn)表2。為避免樣地間產(chǎn)生邊際效應(yīng),各樣地之間設(shè)計(jì)約0.35 m寬的隔離帶,其他田間管護(hù)措施與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)耕作水平一致[14]。
表2 不同耕作法描述
1.3 樣品采集及測(cè)定方法
1.3.1 土樣采集及測(cè)定
(1)土壤容重:在小麥成熟期用環(huán)刀法測(cè)定 0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm土層的土壤容重,每個(gè)處理3次重復(fù)[14]。
(2)土壤硝態(tài)氮含量:在春小麥成熟期用土鉆在研究樣地按“S”型5點(diǎn)取樣法,分別采集 0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm土層土壤原狀土樣,相同土層土樣混合均勻,去除植物殘根、石塊等雜物后裝入無(wú)菌密封袋,每個(gè)樣品3次重復(fù)[15]。將采集的土樣放置在裝有冰袋的整理箱中低溫運(yùn)輸。土樣解凍后過(guò)2 mm篩,稱取10 g鮮土,加入50 mL 2 mol·L-1的KCl溶液振蕩、浸取、過(guò)濾后取上清液,用間斷分析儀測(cè)定硝態(tài)氮含量[5]。用以下公式計(jì)算土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅縖7]。
式中,M為土壤硝態(tài)氮的積累量 (kg·hm-2);C為土壤硝態(tài)氮含量(mg·kg-1);H為土層深度(cm);Y為土壤容重(g·cm-3)。
1.3.2 植株干物質(zhì)量和全氮含量測(cè)定
在小麥關(guān)鍵生育期(分蘗期、拔節(jié)期、開(kāi)花期和成熟期)每小區(qū)隨機(jī)取植株15株,采集地上部分,分蘗期和拔節(jié)期樣品分成莖、葉兩部分,開(kāi)花期和成熟期樣品分成莖、葉、穗3部分,再置于恒溫烘箱在105 ℃下殺青半小時(shí),然后80 ℃下烘至恒重[5]。將烘干后的樣品稱重后用粉碎機(jī)粉碎,裝入密封袋保存[6]。樣品采用濃H2SO4-H2O2消煮,用凱氏定氮法測(cè)定其全氮含量[6]。
1.3.3 籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成
春小麥成熟時(shí),小區(qū)邊緣剔除0.25 m(避免邊際效應(yīng)),按小區(qū)(3.5 m×5.5 m)單打單收估測(cè)春小麥公頃產(chǎn)量,并在各試驗(yàn)小區(qū)中間區(qū)域隨機(jī)選取3個(gè)1 m2樣方,調(diào)查單位面積有效穗數(shù)、穗粒數(shù)(隨機(jī)取15穗);籽粒風(fēng)干脫粒后取500粒稱重,換算成千粒重[14]。
1.4 氮素利用效率指標(biāo)計(jì)算
用氮素收獲指數(shù)、氮素偏生產(chǎn)力、氮素回收率和氮素農(nóng)學(xué)利用效率對(duì)不同耕作和施肥方式下春小麥氮素利用效率進(jìn)行評(píng)價(jià),這些指標(biāo)的計(jì)算公式[7]:如下
(1)籽粒氮素積累量=籽粒產(chǎn)量×籽粒含氮量;
(2)植株氮素積累量=植株生物量×植株含氮量×種植密度;
(2)氮素收獲指數(shù)=籽粒吸氮量/地上部分吸氮量×100%;
(3)氮素偏生產(chǎn)力=作物產(chǎn)量/施氮量;
(4)氮素回收率=(施氮處理植株吸氮量-未施肥處理植株吸氮量)/施氮量×100%;
(5)氮肥農(nóng)學(xué)利用效率=(施氮處理籽粒產(chǎn)量-未施肥處理籽粒產(chǎn)量)/施肥量。
1.5 數(shù)據(jù)處理
利用Origin 2019繪圖,用SPSS 24.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,用LSD法進(jìn)行處理間多重比較(α=0.05)。
2 結(jié)果與分析
2.1 耕作和施肥方式對(duì)春小麥氮素積累量與氮素利用效率的影響
2.1.1 耕作和施肥方式對(duì)春小麥氮素積累的影響
隨生育期的推進(jìn),春小麥氮素積累量持續(xù)增加(圖2)。從拔節(jié)到開(kāi)花期,氮素積累量的增幅最大,表明該階段是春小麥氮素積累的關(guān)鍵時(shí)期。與傳統(tǒng)翻耕相比,免耕后春小麥氮素積累量顯著增加;與不施肥(CK)相比,施肥(N、M和NM)后春小麥氮素積累量均不同程度提高,其中NM的效果最顯著。從全生育期來(lái)看,NT-NM處理的春小麥氮素積累量均高于其他處理,其中在成熟期NT-NM處理較CT-N處理提高了 31.85%,表明免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施更有助于春小麥氮素積累。
同時(shí)期圖柱上不同小寫(xiě)字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)。
2.1.2 耕作和施肥方式對(duì)春小麥氮素利用效率的影響
方差分析表明,耕作與施肥對(duì)春小麥氮素偏生產(chǎn)力、氮素回收率和氮素收獲指數(shù)均有極顯著影響(P<0.01),而氮素農(nóng)學(xué)利用效率僅受施肥的影響,耕作和施肥的交互作用對(duì)氮素回收率和氮素收獲指數(shù)有顯著影響。由圖3可知,與翻耕相比,免耕后春小麥氮素偏生產(chǎn)力、氮素回收率、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮素收獲指數(shù)均提高;施肥對(duì)此4個(gè)指標(biāo)的影響均表現(xiàn)為NM>N>M,且不同施肥方式間差異顯著(P<0.05)。從整體來(lái)看,NT-NM處理的4個(gè)指標(biāo)均高于其他處理,較CT-N處理分別提高了42.93%、20.13%、 83.83%和2.55%,說(shuō)明免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施可促進(jìn)春小麥氮素高效利用。
圖柱上不同小寫(xiě)字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)。**:P<0.01;*:P<0.05。 F、T和F×T分別代表施肥、耕作和二者互作的F值。
2.2 耕作與施肥方式對(duì)土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?/h3>
小麥?zhǔn)斋@后翻耕和免耕下土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅孔兓秶謩e為72.44～124.49和55.99～ 113.07 kg·hm-2,免耕的平均值低于翻耕(圖4)。不同施肥方式的平均土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅勘憩F(xiàn)為N>M>NM>CK,且施肥方式間差異顯著。在0～100 cm土層,與CT-N處理相比,NT-NM處理的土壤硝態(tài)氮?dú)埩魷p小52.56 kg·hm-2,說(shuō)明免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施可有效減少土壤硝態(tài)氮的殘留。方差分析表明,耕作與施肥對(duì)各土層土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅烤袠O顯著影響,耕作和施肥的互作僅對(duì)20～40、60～80和80～100 cm土層土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅烤袠O顯著影響。
圖柱上不同小寫(xiě)字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)。**:P<0.01;*:P<0.05。 F、T和F×T分別代表施肥、耕作和二者互作的F值。
2.3 耕作和施肥方式對(duì)春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響
方差分析表明,耕作、施肥方式對(duì)春小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成和生物產(chǎn)量均有顯著影響,而二者的交互效應(yīng)僅在生物產(chǎn)量上表現(xiàn)顯著。免耕的春小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素平均值均高于翻耕(表3),收獲指數(shù)對(duì)耕作、施肥方式及其互作均無(wú)明顯反應(yīng),不同施肥方式的春小麥籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素平均值均表現(xiàn)為NM>N>M>CK。從整體來(lái)看,在所有處理中NT-NM處理的春小麥籽粒產(chǎn)量、有效穗數(shù)、千粒重、穗粒數(shù)和生物產(chǎn)量均最高,較CT-N處理分別提高了56.21%、34.10%、6.29%、11.09%和35.46%,表明免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施可促進(jìn)春小麥生長(zhǎng),協(xié)同提高穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重,實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。
表3 耕作和施肥方式對(duì)春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響
3 討 論
3.1 耕作與施肥對(duì)春小麥氮素吸收利用的影響
隨著生育期的推進(jìn),春小麥植株氮素積累量會(huì)不斷增加。本研究中,施肥對(duì)春小麥氮素積累有明顯的促進(jìn)作用,其中NT-NM處理的效果更顯著,與前人研究結(jié)果基本一致[7,16]。這可能是隴中黃土高原半干旱區(qū)土壤多為黃綿土,土壤有機(jī)質(zhì)含量低,通氣性良好,氮肥施入土壤后易通過(guò)反硝化、氨化及淋溶等作用損失,導(dǎo)致春小麥生長(zhǎng)后期養(yǎng)分供應(yīng)不足,減少了小麥對(duì)氮素的吸收利用[17],而氮肥與有機(jī)肥配施延長(zhǎng)了氮肥的肥效,實(shí)現(xiàn)了肥料中養(yǎng)分持續(xù)穩(wěn)定的供應(yīng)[18];土壤免耕具有良好的保水保肥能力,能夠有效降低施肥之后土壤中氮素的損失,提高氮素有效性,因此免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施可以促進(jìn)春小麥對(duì)氮素的吸收利用,使小麥獲得較高的氮素積累量。此外,本研究中從拔節(jié)到開(kāi)花期春小麥氮素積累量的增幅度最大,表明此階段是春小麥氮素積累的關(guān)鍵時(shí)期;其中,NT-NM處理此階段的氮素積累量較CT-N處理提高了13.46%,也說(shuō)明免耕結(jié)合氮肥有機(jī)肥配施可提高拔節(jié)之后小麥對(duì)氮素的吸收能力。拔節(jié)期至開(kāi)花期是小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期,此時(shí)較高的氮素積累量對(duì)提高植株后期氮素積累和籽粒產(chǎn)量形成具有積極作用,這也是NT-NM處理導(dǎo)致小麥高產(chǎn)的重要原因[19]。
氮素利用效率是評(píng)估施肥合理性和有效性的直接體現(xiàn)。免耕條件下氮肥減量配施有機(jī)肥可顯著提高作物的氮素利用效率[18,20],且與全國(guó)其他地區(qū)相比,在有機(jī)質(zhì)含量低、降雨量較少的西北地區(qū)配施有機(jī)肥后氮肥利用效率的提高幅度最大[21]。本研究結(jié)果與前人研究一致,這可能因?yàn)槊飧Y(jié)合氮肥有機(jī)肥配施在促進(jìn)小麥對(duì)氮素吸收及干物質(zhì)積累的同時(shí),增加氮素向籽粒中再分配的能力,從而提高小麥籽粒氮素積累量和產(chǎn)量[22],進(jìn)而提高了氮素偏生產(chǎn)力、氮素回收率、氮素農(nóng)學(xué)利用效率及氮素收獲指數(shù)。此外,有機(jī)肥中含有大量有機(jī)質(zhì)和微生物,加之免耕可改善土壤結(jié)構(gòu),協(xié)調(diào)了土壤中“水、肥、氣、熱”間的關(guān)系,進(jìn)而為土壤微生物的活動(dòng)提供有利環(huán)境[24]。因此,免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施可有效提高土壤微生物的活性,活化土壤中的養(yǎng)分,有利于小麥植株吸收利用,同時(shí)促進(jìn)小麥植株生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成[22]。
3.2 耕作和施肥對(duì)土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻恼{(diào)控
作物收獲后硝態(tài)氮淋溶是黃土高原旱作區(qū)農(nóng)田土壤氮素?fù)p失的重要途徑之一[24]。在本研究中,土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅勘憩F(xiàn)為NM低于N和M,免耕低于翻耕;在0～100 cm土層,NT-NM處理的土壤硝態(tài)氮?dú)埩糨^CT-N處理減小52.56 kg·hm-2,表明免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施可減少土壤硝態(tài)氮?dú)埩?從而降低土壤氮素淋溶風(fēng)險(xiǎn),這與前人研究結(jié)果一致[25-26],這也與免耕結(jié)合氮肥有機(jī)肥配施顯著提高春小麥氮素利用效率相一致,也說(shuō)明促進(jìn)小麥植株對(duì)土壤中的無(wú)機(jī)態(tài)氮吸收利用是減少土壤硝態(tài)氮?dú)埩糁匾緩絒18]。此外,免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施有效改善土壤活力和耕層土壤微生物環(huán)境,增強(qiáng)了土壤微生物對(duì)氮素的固持與轉(zhuǎn)化,使土壤殘留的無(wú)機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)氮儲(chǔ)存在土壤中,從而增加了土壤有機(jī)氮庫(kù)的容量,有效降低了因土壤中無(wú)機(jī)氮的殘留而對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境造成潛在危害[5,22]。
3.3 不同耕作與施肥方式對(duì)春小麥產(chǎn)量的影響
高產(chǎn)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要目標(biāo)之一。本研究中,NT-NM處理顯著提高了春小麥籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量,優(yōu)化了產(chǎn)量構(gòu)成,與前人研究結(jié)果基本一致[27-28]。這可能是一方面氮肥與有機(jī)肥配施具有良好的保肥供肥能力,能夠調(diào)節(jié)土壤中氮素固持、釋放與小麥吸收之間的關(guān)系,促進(jìn)養(yǎng)分吸收利用,從而增加產(chǎn)量[28];另一方面,免耕具有良好的蓄水保墑能力,可有效緩解水分對(duì)小麥生長(zhǎng)的脅迫,提高其水肥利用效率,實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)[29]。
從方差分析結(jié)果看,公頃有效穗數(shù)和千粒重的提高對(duì)春小麥增產(chǎn)的貢獻(xiàn)最大,是導(dǎo)致小麥產(chǎn)量提高的主要因素。這與李廷亮等[30]和王嘉男等[31]的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)樵诖汉当容^突出的隴中黃土高原半干旱雨養(yǎng)農(nóng)作區(qū),播種期水分脅迫是影響作物出苗和成活的關(guān)鍵因素[14],免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施的方式有效改善了土壤水熱條件,提高小麥的成活率和出苗率[22]。同時(shí)氮肥與有機(jī)肥配施具有較好的保水保肥能力,可促進(jìn)小麥的生長(zhǎng)使小麥根系在發(fā)生有效分蘗的基礎(chǔ)上保證較多的有效穗數(shù)[18,22]。另外,與單施氮肥相比氮肥與有機(jī)肥配施在小麥生長(zhǎng)中后期有更好的供氮能力,可以延緩小麥的衰老,促進(jìn)籽粒中光合產(chǎn)物和養(yǎng)分的積累和轉(zhuǎn)運(yùn),進(jìn)而提高小麥成穗數(shù)和千粒重,為產(chǎn)量的提高奠定基礎(chǔ)[22]。
4 結(jié) 論
免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施可促進(jìn)春小麥對(duì)氮素的積累,提高了氮素偏生產(chǎn)力、氮素回收率、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮素收獲指數(shù),在氮肥減施條件下實(shí)現(xiàn)了氮素的高效利用,同時(shí)顯著降低土壤硝態(tài)氮?dú)埩?。免耕結(jié)合氮肥與有機(jī)肥配施能夠顯著優(yōu)化春小麥產(chǎn)量構(gòu)成,提高籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量。
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