糧棉輪作模式下氮·磷·鉀用量對小麥產量及產量構成的影響

王樹林，祁 虹，王 燕，張 謙，馮國藝，林永增，梁青龍

( 河北省農林科學院棉花研究所，農業部黃淮海半干旱區棉花生物學與遺傳育種重點實驗室，河北石家莊 050051)

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糧棉輪作模式下氮·磷·鉀用量對小麥產量及產量構成的影響

王樹林，祁 虹，王 燕，張 謙，馮國藝，林永增*，梁青龍

( 河北省農林科學院棉花研究所，農業部黃淮海半干旱區棉花生物學與遺傳育種重點實驗室，河北石家莊 050051)

摘要[目的]明確糧棉輪作模式下小麥適宜肥料用量。[方法]在大田條件下，采用隨機區組試驗，分別設置了氮、磷、鉀肥料的0(對照)、75、150、225、300 kg/hm2 5個用量梯度，研究不同肥料用量對小麥產量及產量構成因素的影響。[結果]隨著氮肥用量的增加，小麥穗數與產量增加，千粒質量下降，小麥產量在氮肥用量超過150 kg/hm2后穩定在8 442～8 474 kg/hm2；隨磷肥用量增加，小麥收獲穗數與產量先上升后下降，磷肥用量為75 kg/hm2時產量最高，達8 617 kg/hm2，穗粒數、千粒質量變化不大，過量施用磷肥顯著降低小麥收獲穗數與產量，減產幅度達5.1%；鉀肥用量對小麥穗數、產量影響不顯著，但隨施鉀量的增加，穗粒數提高，千粒質量下降。[結論]糧棉輪作模式下，小麥季節肥料適宜用量為氮肥225 kg/hm2，磷肥150 kg/hm2，免施鉀肥。

關鍵詞糧棉輪作；氮；磷；鉀；小麥產量

Effects of Nitrogen, Phosphorus and Potassium Rates on Wheat Yield and Yield Components in Cotton-wheat-maize Rotation System

WANG Shu-lin, QI Hong, WANG Yan, LIN Yong-zeng*et al

(Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Cotton in Huanghuaihai Semiarid Area of Ministry of Agriculture, Cotton Research Institute, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Science, Shijiazhuang, Hebei 050051)

Abstract[Objective] The aim was to identify the optimum fertilizer rates for wheat in cotton-wheat-maize rotation system. [Method] Five treatments(0, 75, 150, 225, 300 kg/hm2) for N, P2O5, K2O were designed to study the effect of fertilizer rates on wheat yield and components. [Result] The results showed that with the increase of nitrogen, panicles per unit area, grains per ear and wheat yield increased, 1 000-grain weight decreased, and wheat yield tended to be stable from 8 442 to 8 474 kg/hm2when nitrogen rate exceeded 150 kg/hm2. With the increase of phosphorus, panicles per unit area and wheat yield increased firstly then decreased, yield reached peak(8 617 kg/hm2) when P2O5rate was 75 kg/hm2. Grains per ear and 1 000-grain weight changed little. Too much phosphorus decreased panicles per unit area and wheat yield significantly, wheat yield decreased by 5.1%. Potassium had no effect on panicles and wheat yield, but with the increase of K2O rate grains per ear increased and 1 000-grain weight decreased. [Conclusion] According to wheat yield the optimum fertilizer for wheat in cotton-wheat-maize rotation system was N 225 kg/hm2, P2O5150 kg/hm2without K2O.

Key wordsCotton-wheat-maize rotation system; Nitrogen; Phosphorous; Potassium; Wheat yield

河北省既是種糧大省，又是植棉大省，糧棉爭地矛盾突出[1-2]。隨著水利條件的改善，河北省具備種植糧食的生產條件，但受水資源限制[3]，完全改種糧食存在地下水供給不足的問題。河北省中南地區傳統一熟旱地棉區較適合開展棉花-小麥-玉米兩年三熟糧棉輪作種植模式(即種植1年棉花，棉花收獲后改種小麥、玉米，玉米收獲后進行一次土壤深翻，第2年再種植棉花)，該種植模式既可有效提高糧食產量，又能兼顧河北省壓采地下水任務。棉花與小麥需肥特點差異很大，汪洋等[4-7]研究表明，棉花對氮、鉀肥需求量大，對磷肥需求量小；何傳龍等[8-11]研究指出，小麥對氮、磷肥需求量大，對鉀肥需求量小[8-11]。因此，如何利用兩種作物需肥差異及傳統棉區土壤養分含量特點，制訂經濟高效的施肥原則，對于減少化肥投入、降低環境污染、實現節本增效的目標具有重要意義。筆者在由棉花長期連作向糧棉輪作種植模式轉變的背景下，研究了氮、磷、鉀肥對小麥產量及肥料利用效率的影響，旨在為制訂合理施肥原則提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況試驗于2014～2015年在河北省農林科學院棉花研究所威縣試驗站(河北省威縣棗元鄉東張莊村)進行，前茬棉花，土壤為沙壤土，肥力中等，有機質含量為7.600 g/kg，全氮0.565 g/kg，速效磷24.800 mg/kg，速效鉀112.00 mg/kg。

1.2試驗材料小麥品種為冀麥585，氮肥為普通尿素，純氮含量46.4%；磷肥為重過磷酸鈣，P2O5含量為46.0%；鉀肥為氯化鉀，K2O含量為60.0%。

1.3試驗設計按照氮、磷、鉀肥設置3個單因素試驗，每種肥料分別設置0(CK)、75、150、225、300 kg/hm25個用量梯度，采用隨機區組設計，每個試驗設3次重復。小區寬6.0 m，長10.0 m，播種36行小麥。

1.4試驗方法于2014年10月28日將前茬棉花秸稈粉碎還田后，施底肥旋耕，播種小麥，播量為225 kg/hm2，2015年3月25日結合灌水(1 050 m3/hm2)進行追肥，4月24日灌水900 m3/hm2，6月11日收獲小麥，其他管理措施同大田。試驗小區中，氮肥處理統一施P2O5150 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2，磷肥處理統一施純N 225 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2，鉀肥處理統一施純N 225 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，其中磷、鉀肥一次底施，氮肥底施50%，拔節期追施50%。

1.5項目測定與方法小麥收獲前每小區取3個點，每個點取1 m2調查穗數，同時隨機收取50個穗進行室內考種，調查穗粒數與千粒質量；每個小區收獲5 m2，脫粒風干后稱重，計算小麥產量。

2結果與分析

2.1氮肥用量對小麥產量及產量構成因素的影響由表1可知，在小麥播量一致的情況下，隨施氮量的增加，小麥收獲穗數大幅提高，其中施氮量為300 kg/hm2時，穗數達1 051.1萬穗/hm2，顯著高于其他處理，施氮量75、150、225、300 kg/hm2處理下，穗數分別較CK高出9.1%、12.9%、13.9%和32.2%；穗粒數也隨著施氮量的增加而增加，以225 kg/hm2處理最高，達38.5粒，但150、225、300 kg/hm2處理間差異不顯著；千粒質量以施氮量75 kg/hm2處理最高，為46.4 g，隨著施氮量的增加，千粒質量下降，其中75、150 kg/hm2高于CK，而225、300 kg/hm2處理低于CK；從產量看，施氮處理的小麥產量高于CK，且產量隨施氮量的增加而提高，75、150、225、300 kg/hm2處理分別較CK增產3.5%、7.3%、7.6%與7.7%，施氮量超過150 kg/hm2小麥增產幅度減小，150、225、300 kg/hm2處理間差異不顯著，但顯著高于75 kg/hm2處理和CK。由此可知，在小麥生產中，氮肥施用量不低于150 kg/hm2。

表1氮肥用量對小麥產量及產量構成的影響

Table 1Effect of nitrogen rate on wheat yield and yield components

施氮量Nitrogenratekg/hm2穗數Paniclesperunitarea萬穗/hm2穗粒數Grainsperear∥粒千粒質量1000-grainweightg產量Yieldkg/hm20(CK)795.2c35.5b44.5ab7870b75867.8bc36.2b46.4a8142b150897.8b36.8ab44.8ab8442a225905.7b38.5a43.9b8469a3001051.1a38.4a43.5b8474a

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant differences among treatments(P<0.05).

2.2磷肥用量對小麥產量及產量構成因素的影響由表2可知，隨著磷肥施用量的增加，小麥收獲穗數先升高后降低，以施磷量150 kg/hm2處理最高，達927.8萬穗/hm2，300 kg/hm2處理的穗數低于CK，差異不顯著；穗粒數隨磷肥用量的增加而升高，以施磷量225 kg/hm2處理最高，較CK多1.4粒，不同處理間差異不顯著；磷肥對小麥千粒質量影響不大，不同處理間差異不顯著；從產量結果看，施磷處理的產量與CK相差不大，增產幅度最高僅有1.4%(施磷量75 kg/hm2處理)，隨著施磷量的增加，小麥產量下降，施磷量300 kg/hm2處理的產量顯著低于施磷量75與150 kg/hm2處理。這表明在糧棉輪作模式下，土壤磷素可能不是小麥產量限制性因素，過量施磷反而不利于小麥的增產。

2.3鉀肥用量對小麥產量及產量構成因素的影響由表3可知，鉀肥對小麥穗數影響不大，不同處理間差異不顯著；隨著鉀肥用量的增加，穗粒數上升，以施鉀量300 kg/hm2處理最高，顯著高于CK，但鉀肥4個不同用量間差異不顯著；隨著鉀肥施用量的增加，千粒質量明顯下降，其中施鉀量225和300 kg/hm2處理均顯著低于CK；從產量結果來看，鉀肥對小麥產量影響不大，各處理之間差異不顯著。這表明在糧棉輪作模式下，鉀肥可能不是小麥產量的限制因子。

表2磷肥用量對小麥產量及產量構成的影響

Table 2Effect of phosphorus rate on wheat yield and yield components

施磷量Phosphorusratekg/hm2穗數Paniclesperunitarea萬穗/hm2穗粒數Grainsperear∥粒千粒質量1000-grainweightg產量Yieldkg/hm20(CK)837.8b37.0a44.2a8500ab75875.8ab37.5a44.9a8617a150927.8a37.1a43.5a8607a225846.5b38.4a44.2a8567ab300829.8b38.2a43.9a8197b

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant differences among treatments(P<0.05).

表3鉀肥用量對小麥產量及產量構成的影響

Table 3Effect of potassium rate on wheat yield and yield components

施鉀量Potassiumratekg/hm2穗數Paniclesperunitarea萬穗/hm2穗粒數Grainsperear∥粒千粒質量1000-grainweightg產量Yieldkg/hm20(CK)961.8a36.4b45.8a9020a75971.1a37.7ab44.9a8957a150961.1a37.8ab43.9ab9064a225976.5a37.3ab42.1b8969a300966.5a38.9a42.1b9059a

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant differences among treatments(P<0.05).

3結論與討論

3.1氮肥對小麥產量構成、養分吸收及利用效率的影響張睿等[12]研究表明，在磷、鉀水平相同的條件下增加氮肥，小麥穗粒數和粒重均增加，以穗粒數變化最大；李瑞奇等[13]研究表明，河北平原的小麥穗數和穗粒數均隨施氮量增加而增加，千粒重則隨施氮量增加而降低；王月福等[14]研究表明，由于產量構成因素的相互作用，穗數和穗粒數增加彌補了千粒質量降低對小麥的影響，產量也隨施氮量的增加而提高。該研究也得到了類似的結果，表明在糧棉輪作模式下氮肥對小麥的影響與小麥玉米連作模式下相似，前茬棉花對后茬小麥的影響不大。總體來看，在不同肥力條件下，氮肥對于提高小麥穗數、穗粒數和產量具有顯著作用，因此在糧棉輪作模式下需要注重小麥季氮肥的施用。

3.2磷肥對小麥產量構成、養分吸收與利用效率的影響王旭東等[15]研究表明，小麥是對磷反應敏感的作物，當耕層土壤速效磷含量小于10 mg/kg時，小麥施磷的增產率為30%左右，速效磷含量為10～20 mg/kg時，增產20%左右，20 mg/kg以上時，增產率顯著下降[16]；岳壽松等[16]、李建民等[17]、姜宗慶等[18]在低磷土壤上均發現隨著施磷量的增加，籽粒產量也隨之增加，但過量施磷對產量構成因素的影響報道不一致，王旭東等[15]認為過高的磷素使千粒質量降低，區沃恒等[19]認為，在高產階段，磷素營養對穗數、粒數、粒重均有促進作用，但效果不明顯。該研究結果表明，在糧棉輪作模式下，增施磷肥對小麥增產作用微弱，而過量施用磷肥反而降低產量；磷肥對小麥穗數有一定影響，隨著磷肥施用量的增加，小麥收獲穗數先增加后減小；磷肥對小麥穗粒數與千粒質量影響不大。在傳統一熟棉田，化學肥料的應用經歷了重施磷肥(主要是磷酸二銨、過磷酸鈣等)階段[20]，由于棉花對磷肥的需要量較少，導致土壤中富集了大量磷素，因此在由棉花一熟向糧棉輪作兩年三熟種植模式的轉變過程中，小麥季節無需大量施用磷肥，可充分利用土壤磷素含量偏高的特點合理施磷，提高磷肥利用率。

3.3鉀肥對小麥產量構成、養分吸收與利用效率的影響關于鉀肥對小麥產量的影響，前人做了大量研究，譚金芳等[21]與董合林等[22]研究認為，鉀肥對小麥產量、千粒質量存在正效應，施鉀處理穗粒數顯著高于不施鉀處理，但不同用量間差異不顯著，千粒質量隨施鉀量的增加而顯著提高，當施鉀量超過105 kg/hm2后千粒質量趨于穩定；張會民等[23]和張定一等[24]研究認為，隨著鉀肥用量增加，小麥單位面積穗數、穗粒數、千粒質量和產量逐漸增加，但過量施用鉀肥，穗數、穗粒數、千粒質量和產量反而下降，這可能是由過量鉀素供應導致小麥對鉀的奢侈吸收引起的。筆者研究發現，在糧棉輪作模式下，小麥季節施用鉀肥無增產效果，但鉀肥不同用量對穗粒數與千粒質量的影響不同，穗粒數的增加被千粒質量的降低所抵消，最終小麥產量無顯著差異，這一結果可能與土壤鉀素含量偏高有關。近年來，隨著轉基因棉花品種的推廣，其需鉀量大的特點被廣泛認知[25]，棉田大量增施鉀肥，導致棉田鉀素含量逐漸上升。因此，筆者認為在由棉花一熟向糧棉輪作種植模式轉變的過程中，棉花季節土壤殘留鉀素可滿足小麥生長需求，小麥季節無需施用鉀肥。

3.4糧棉輪作模式下適宜的氮、磷、鉀、肥料用量關于氮、磷、鉀肥對小麥產量的影響，胡鳳桂等[26]認為，氮肥是影響產量的主要因素，鉀肥次之，磷肥的影響較小；王遠玲等[27]研究表明，氮是影響產量的主要因素，磷次之，鉀的影響較小；氮肥是影響小麥產量的重要因素，這一觀點基本得到了學者的認可，但磷素與鉀素的作用隨土壤基礎地力的不同而存在差異，筆者通過試驗認為，在糧棉輪作種植模式下，小麥季節適宜肥料用量為純氮 225 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，免施鉀肥，其機理有待于進一步研究。

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中圖分類號S 143.5

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)06-154-03

收稿日期2016-02-14

作者簡介王樹林(1978- )，男，河北巨鹿人，副研究員，從事棉花栽培與麥棉兩熟雙高產栽培技術研究。*通訊作者，研究員，從事棉花栽培與生理生態研究。

基金項目科技部支撐計劃“渤海糧倉科技示范工程”(2013BA D05B00)；河北省現代農業產業技術體系棉花產業創新建設。