樹脂包膜緩釋肥與尿素配施對稻茬冬小麥產量、氮肥利用率與效益的影響

馬 泉，唐紫妍，王夢堯，李福建，李春燕,2，丁錦峰,2，朱 敏,2，郭文善,2，朱新開,2

(1.揚州大學江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/揚州大學小麥研究中心，江蘇揚州 225009;2.糧食作物現代產業技術協同創新中心，江蘇揚州 225009)

近幾十年來，化學肥料尤其是氮肥的過量盲目投入導致大量氮素以揮發、淋失、徑流等不同方式進入大氣和水體[1]，造成嚴重的環境污染和肥料利用率低下等問題；并且普通肥料常需多次施用，施肥成本隨著勞動力成本的不斷提升也不斷上升，因此在肥料用量持續增長的同時，產量和經濟效益并沒有得到同步的提升[2]。如何科學合理地施肥以保證在不增加氮肥用量的條件下實現糧食穩產高產、增加經濟效益并提高氮肥利用率以減輕環境污染已經成為亟待解決的重要問題。緩釋肥由于其高效且環境友好的特點，成為解決這一難題的有效措施之一[3]。薛高峰等[4]認為，普通尿素氮肥利用率較低的原因主要是肥料施用后土壤養分濃度在短時間內過高，加大了向地下滲漏或徑流等的損失量，而且土壤養分供應與作物養分需求不同步也導致作物難以持續獲得充足的養分。而緩釋肥施入土壤后養分緩慢持續釋放，能有效保證養分持續供應以滿足作物的生長需求。因此緩釋氮肥的氮肥利用率和農學效率顯著高于普通尿素，同時可顯著減少徑流損失量，減輕對環境的負擔[5-8]。

目前，緩釋肥全量基施對冬小麥的增產效果及其環境效應已有較多研究，主要集中在一次性基施對小麥生長發育和氮肥利用率的影響。袁嫚嫚等[9]認為，控釋尿素一次基施能達到普通尿素分次施用的效果，可提高小麥籽粒產量和氮肥利用率；鄭文魁等[3]研究也表明，控釋氮肥一次施用顯著影響土壤養分含量和小麥產量。施用緩釋肥對小麥種植的減氮增效具有重要意義[10]。目前，因緩釋肥成本較高，農民接受程度偏低，大面積生產上推廣應用不足。因此，已有學者展開緩釋肥與尿素配合一次基施的研究[11]，以尋求肥料高效利用和提高經濟效益的平衡。冬小麥生育期較長，且在分蘗至越冬期和拔節至孕穗期分別有兩個養分吸收高峰，受緩釋肥緩釋周期的影響，緩釋肥的養分供應曲線與小麥養分需求不同步，導致小麥在養分需求關鍵時期難以吸收充足的養分來滿足生長所需，造成緩釋肥與尿素配合基施或緩釋肥全量一次基施在生產上難以實現最佳的應用效果。本研究在前人研究的基礎上，設計樹脂包膜緩釋肥和普通尿素在不同生育期配合施用的不同組合，分析其對小麥群體質量、產量及其結構、氮效率和經濟效益等方面的影響，探討樹脂包膜緩釋肥在冬小麥生產上的合理施用方式，為樹脂包膜緩釋肥在冬小麥高產、高效栽培中的合理應用提供技術支撐。

1 材料與方法

試驗于2017-2018年在揚州大學江蘇省作物遺傳生理重點實驗室試驗場進行。前茬為水稻，土質為沙壤土，0～20 cm 土層有機質含量14.14 g·kg-1，全氮含量1.06 g·kg-1，速效氮含量65.52 mg·kg-1，速效磷含量76.78 mg·kg-1，速效鉀含量38.14 mg·kg-1。

1.1 試驗設計

試驗共設5個處理：(1)常規尿素施肥模式為對照(CK)，全部為尿素，基肥：分蘗肥：拔節肥：孕穗肥施用比例分別為50%：10%：20%：20%；(2)100%樹脂包膜緩釋肥一次基施(M1)；(3)60%樹脂包膜緩釋肥基施，40%普通尿素拔節期追施(M2)；(4)60%樹脂包膜緩釋肥基施，40%樹脂包膜緩釋肥返青期追施(M3)；(5)30%樹脂包膜緩釋肥與30%尿素混合基施，20%樹脂包膜緩釋肥與20%尿素返青期混合追施(M4)。設不施任何氮肥處理為空白對照以計算氮肥效率。

各處理純氮用量均為225 kg·hm-2，基肥于播種前施用，分蘗肥于4～5葉期施用，返青肥于2月下旬施用，拔節肥于倒3葉期(葉齡余數2.5)施用，孕穗肥于倒1葉期(葉齡余數1.2～0.8)施用；磷、鉀肥(P2O5、K2O)用量均為112.5 kg·hm-2，全部基施。供試氮肥為樹脂包膜緩釋肥和普通尿素，樹脂包膜緩釋肥含氮量為45%，緩釋期90～120 d；普通尿素含氮量為46.3%。供試小麥品種為揚麥23。2017年11月3日適期播種，小區播種機條播，基本苗統一為225×104株·hm-2，行距27 cm，小區面積8.1 m2，隨機排列。重復3次。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 產量及其構成因素測定

成熟期每個小區選取3個1 m行長測穗數；連續取40～60個穗，測定穗粒數。人工計數測定千粒重，測定水分后，按13%水分計算千粒重。 重復3次。成熟期每小區收割1.08 m2測定 產量。

1.2.2 莖蘗動態、干物質積累量、葉面積指數(LAI)的測定

于越冬期、拔節期、孕穗期、開花期、成熟期分別在每個小區取樣20株，調查莖蘗數，測定葉面積，計算LAI；樣品在105 ℃殺青60 min，80 ℃烘干至恒重，測定干物質積累量。重復3次。

1.2.3 花后葉片光合性能測定

于開花期和乳熟期，采用LI-6400光合儀及SPAD 502葉綠素儀測定小麥旗葉凈光合速率(Pn)及SPAD值。重復5次。

1.2.4 植株氮含量測定

將1.2.2中烘干的植株樣品粉碎，采用 H2SO4-H2O2靛酚藍比色法測定植株氮含量。重復3次。

1.3 數據計算與統計分析

氮肥表觀利用率(%)=(施氮區吸氮量-不施氮區吸氮量)/施氮量×100%[12]

氮肥農學效率(kg·kg-1)=(施氮區籽粒產量-不施氮區籽粒產量)/施氮量[12]

氮素生理效率(kg·kg-1)=(施氮區籽粒產量-不施氮區籽粒產量)/(施氮區吸氮量-不施氮區吸氮量)[12]

氮素收獲指數=籽粒氮素積累量/地上部氮素積累量[12]

產值=籽粒產量×小麥單價[13]

凈效益=產值-氮肥成本-追肥勞動力投入-其他成本投入[13]

小麥價格按江蘇2018年上半年各地平均價格計算，肥料價格按市場價計算，小麥2 330.3 元·t-1，尿素2 100元·t-1，樹脂包膜緩釋肥 3 500元·t-1。其他成本投入主要包括：磷鉀肥 1 260元·hm-2，種子546元·hm-2，農藥420元·hm-2，機械1 300元·hm-2，除追肥外人工 2 400元·hm-2，共計5 926元·hm-2。

采用Excel 2003進行數據統計和繪圖，用SPSS 19.0進行統計分析，采用Duncan新復極差法檢驗處理間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同施肥模式對小麥產量及其構成因素的影響

由表1可以看出，不同施肥模式間產量的差異程度不同，M1模式產量高于CK，但差異不顯著；M2、M3和M4模式的產量均顯著高于CK，其中，M4模式的產量最高，為8 426.06 kg·hm-2，比CK增產了17.44%。在產量構成因素中，對產量影響較大的是穗數和千粒重，M2、M3和M4模式的穗數分別比CK高了2.07%、 4.56%和4.08%；不同施肥模式對千粒重的影響表現為M3>M4>M2>M1>CK，M3和M4模式的千粒重顯著高于CK和M1模式，不同施肥模式對穗粒數的影響不顯著。表明樹脂包膜緩釋肥兩次施用較常規尿素施肥模式和樹脂包膜緩釋肥一次基施有效提高了小麥的有效穗數和千粒重。

綜合來看，在本試驗條件下，四種樹脂包膜緩釋肥施肥模式均可以實現穩產、高產的目的。M4模式的穗數和千粒重略低于M3模式，而穗粒數和產量高于M3模式，差異均不顯著，由于M4模式以部分尿素代替樹脂包膜緩釋肥，在一定程度上降低了肥料成本，建議在小麥上推廣應用。

表1 不同施肥模式對小麥產量及其構成因素的影響Table 1 Effect of different fertilization models on grain yield and its components of wheat

CK：常規尿素，基肥∶分蘗肥∶拔節肥∶孕穗肥分別為50%∶10%∶20%∶20%；M1：100%PCU全部基施；M2：60%PCU基施，40%U拔節期追施；M3：60%PCU基施，40%PCU返青期追施；M4：30%PCU與30%U基施，20%PCU與20%U返青期追施。同列數據后的不同小寫字母代表處理間差異達5%顯著水平。下表同。

CK:Urea,basal∶tillering∶jointing∶booting is 50%∶10%∶20%∶:20%; M1:100% PCU as base fertilizer; M2:60% PCU as base fertilizer,and 40% U as jointing fertilizer; M3:60% PCU as base fertilizer,and 40% PCU as reviving fertilizer; M4:30% PCU and 30% U as base fertilizer,and 20% PCU and 20% U as reviving fertilizer. Different small letters following values in same column mean significant difference among treatments at 0.05 level. The same in tables 2-5.

2.2 不同施肥模式對小麥經濟效益的影響

由表2可以看出，M2、M3和M4模式的產值顯著高于CK，增幅分別為6.53%、15.11%、 17.44%，CK的追肥勞動力成本均高于其他四種模式。M1模式由于氮肥成本較高，凈效益與CK相當，僅增值19.89元·hm-2；M3和M4模式的產值較高，且M4模式降低了氮肥成本，因此凈效益最高，分別較CK和M3模式提高了29.05%和6.58%。說明樹脂包膜緩釋肥一次基施可以獲得普通尿素多次施肥的經濟效益，勞動力缺乏時可以采用；樹脂包膜緩釋肥兩次施用可以省工、增產，有效提高小麥種植的經濟效益。

表2 不同施肥模式對小麥經濟效益的影響Table 2 Effect of different fertilization models on economic benefit of wheat yuan·hm-2

2.3 不同施肥模式對小麥群體質量的影響

2.3.1 群體莖蘗動態

由表3可知，M2、M3和M4模式的穗數和莖蘗成穗率均顯著高于CK，表明樹脂包膜緩釋肥基施并在返青期追肥可以顯著增加冬小麥的成穗數。M1模式越冬期和拔節期的莖蘗數最高，后期莖蘗數迅速下降，最終莖蘗成穗率最低，僅為43.57%；M2 模式在拔節期莖蘗數最低，比CK低了8.27%，追肥后孕穗期和開花期莖蘗數下降緩慢，莖蘗成穗率最大，比CK高了5.00%；M3和M4模式在整個生育進程中莖蘗數變化較為平緩，在孕穗期后莖蘗數下降緩慢，最終有效穗數較高，分別比CK高了4.56%和4.01%。結果表明，不同緩釋肥施肥模式對不同生育期莖蘗數和成穗率的影響程度不同，M1模式前期氮素供應充足，利于促進分蘗的發生，但生育后期氮素供應不足，不利于分蘗成穗，成穗數最低；M2 模式雖然莖蘗成穗率最大，但拔節期和成熟期的莖蘗數不高；M3和M4模式整體表現較佳，成穗數和莖蘗成穗率均較高。

表3 不同施肥模式對小麥群體莖蘗動態的影響Table 3 Effect of different fertilization models on dynamics of stem number of wheat

2.3.2 干物質積累量動態

不同施肥模式下小麥干物質積累量均隨生育進程推移呈持續上升的趨勢(表4)，拔節期前干物質積累量較小，拔節后迅速增加。越冬期不同施肥模式的干物質積累量表現為M1>CK>M4>M2>M3；拔節期M1、M3和M4模式的干物質積累量顯著高于CK，分別高了24.58%、 4.59%和5.89%，M2模式與CK差異不顯著；在孕穗期和開花期，干物質積累量最高的分別為M2模式和CK；成熟期干物質積累量表現為M4>M3>CK>M2>M1。M3和M4模式的花后干物質積累量顯著高于其他處理，有利于籽粒產量形成。

表4 不同施肥模式對小麥干物質積累動態的影響Table 4 Effect of different fertilization models on dynamics of dry matter accumulation amount of wheat kg·hm-2

2.3.3 葉面積指數(LAI)動態

小麥全生育期內的LAI整體呈現先增加后下降的變化趨勢，在孕穗期達到最大值(圖1)。不同施肥模式下LAI變化動態略有差異，M1模式由于前期氮素供應較多，越冬期和拔節期LAI顯著高于其他處理，在孕穗期以后迅速下降；樹脂包膜緩釋肥對拔節期之后的 LAI促進效應較為明顯，尤其乳熟期，M3和M4模式的LAI均顯著高于CK，分別達4.40和4.37，較CK高了45%以上，表明樹脂包膜緩釋肥兩次施用可以有效延緩花后葉片的衰老。

2.4 不同施肥模式對小麥花后葉片光合性能的影響

不同施肥模式處理小麥旗葉的SPAD值在開花期較為接近，只有M4模式顯著高于CK；但在乳熟期CK和M1模式的旗葉SPAD值迅速下降，M3和M4模式分別比CK高9.30%和 8.39%(圖2)。M3和M4模式的旗葉凈光合速率在開花期與CK差異不顯著，但在乳熟期顯著高于CK，分別高 2.67和2.28 μmol·m-2·s-1(圖2)。表明樹脂包膜緩釋肥兩次施用可有效延緩開花后旗葉光合性能的下降。

2.5 不同施肥模式對小麥氮素積累量及氮肥利用率的影響

由表5可知，不同施肥模式對地上部氮素積累量的影響表現為M2、M3和M4顯著高于CK和M1模式。M1模式氮肥表觀利用率和CK相當，M2、M3和M4模式較前二者顯著提高了氮肥表觀利用率，較CK增幅為6.04%～8.43%，表明樹脂包膜緩釋肥基施并在返青期追肥較常規尿素施肥模式和樹脂包膜緩釋肥一次基施，可以有效地提高氮肥利用率。M3和M4模式的氮肥農學效率顯著高于其他模式，分別比CK增加了33.66%和38.83%；氮素生理效率分別比CK增加了 14.76%和18.50%。不同施肥模式對氮素收獲指數的影響與氮肥利用率一致。

圖柱上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Different small letters above columns mean significant difference between treatments at 0.05 level. The same in figure 2.

圖1 不同施肥模式對小麥葉面積指數的影響

Fig.1 Effect of different fertilization models on leaf area index(LAI)of wheat

圖2 不同施肥模式對小麥旗葉SPAD值和凈光合速率的影響

表5 不同施肥模式對氮素積累量和氮肥利用率的影響Table 5 Effect of different fertilization models on N accumulation and N use efficiency

NAR：氮肥表觀利用率；NAE：氮肥農學效率；NPE：氮素生理效率；NHI：氮收獲指數。

NAR:Nitrogen application rate;NAE:Nitrogen agronomic efficiency;NPE:Nitrogen physiology efficiency; NHI:Nitrogen harvest index.

3 討 論

3.1 樹脂包膜緩釋肥與尿素配施的增產效應及機制

施用緩釋肥所產生的增產效應是其在小麥生產上能夠推廣應用的主要動力。研究表明，緩釋肥在不同的施用方式下均能產生不同程度的增產效果。鄭文魁等[3]研究表明，樹脂包膜和硫包膜緩釋肥一次基施均能夠實現10%以上的增產效果；衣文平等[11]研究表明，包膜控釋尿素與尿素配施全部基施可使小麥增產1.3%～5.6%；周華敏等[14]認為，脲醛緩釋肥與尿素不同比例配合全部基施較普通氮肥全部基施增產幅度達3.27%～13.67%。在本試驗條件下，樹脂包膜緩釋肥處理均較單施尿素增產，其中全部基施增產 2.69%，兩次施肥增產6.53%～17.44%，緩釋肥兩次施肥的增產效果明顯優于一次基施。

樹脂包膜緩釋肥與尿素配施實現小麥增產增效在于協調小麥群體與個體生長的矛盾。較多研究表明，緩釋肥對小麥的產量構成有顯著的調控效應，紀雄輝等[15]認為，緩控釋肥氮肥全部基施主要通過提高單位面積穗數和穗粒數來提高產量；符建榮等[16]研究認為，緩控釋肥氮肥與普通尿素配施提高產量的途徑也是通過提高單位面積穗數和穗粒數；汪 強等[28]研究表明，緩釋尿素全部基施可有效提高小麥穗粒數，對千粒重沒有顯著影響；而鄭文魁[3]等認為，包膜尿素全部基施顯著增加了冬小麥千粒重和穗粒數，對穗數沒有顯著影響。本研究結果表明，樹脂包膜緩釋肥提高產量主要在于顯著增加了有效穗數和千粒重，其中以兩次施肥效果更為明顯，推測是樹脂包膜緩釋肥可持續供應氮素，既滿足了小麥分蘗期養分需求高峰的需要，促進分蘗發生與成穗，且中后期氮素充足，能滿足拔節孕穗期及花后對養分的需求，花后干物質積累充足，利于千粒重增加，單穗重 提高。

適宜的穗數和較高的莖蘗成穗率、較高的花后干物質積累量、適宜的葉面積指數等都是高產小麥的重要群體指標[17-20]。王茹芳等[21]研究認為，緩釋肥和普通尿素相比，能協調小麥莖蘗動態，并顯著促進花后干物質的積累，有利于獲得高產；王玉紅等[22]也認為，緩釋肥與尿素配施可以彌補樹脂包膜緩釋肥前期速效養分釋放較慢的弊端，有利于小麥生育初期形成壯苗，構建合理的群體結構，減少無效分蘗的發生，顯著提高成穗率和結實率。本研究結果表明，樹脂包膜緩釋肥能有效調控小麥分蘗與成穗，樹脂包膜緩釋肥兩次施肥方式下的群體質量更滿足高產群體質量要求，有效穗數達530×104·hm-2，花后干物質積累達5 600 kg·hm-2以上，為高產穩產創造了有利 條件。

花后干物質積累量是高產甚至超高產的關鍵，而花后葉片較高的光合能力是花后干物質積累的主要動力[23]。本試驗結果表明，樹脂包膜緩釋肥兩次施用可以有效提高乳熟期LAI和旗葉SPAD值，有效延緩旗葉的衰老及乳熟期凈光合速率的下降，顯著促進籽粒灌漿和花后物質積累，為獲得高產打下堅實基礎。

3.2 樹脂包膜緩釋肥與尿素配施對氮肥利用效率的影響

氮素吸收利用是作物生長和發育的重要基礎，與作物產量的形成密切相關[24]。普通尿素較緩釋尿素易造成小麥干物質積累過高，氮素大量累積在秸稈，導致氮肥利用率較低[25]。馬富亮等[26]認為，緩釋尿素能有效地控制氮素釋放，使氮素釋放后移，滿足小麥生長發育需求；袁嫚嫚等[27]也認為，和農民習慣施肥相比，施用緩釋尿素增加了籽粒的吸氮量，提高了氮素收獲指數；汪 強等[28]研究表明，施用緩釋肥能提高氮肥利用率是因為緩釋肥能持續平穩地供氮以減少苗期氮素損失，滿足小麥整個生育期的養分需求。本研究結果表明，樹脂包膜緩釋肥兩次施用使小麥成熟期地上部氮素積累量和氮素收獲指數均高于常規尿素施肥模式，提高了氮肥利用率，增幅達 8.08%～ 8.43%。與前人研究結果基本一致。

3.3 樹脂包膜緩釋肥與尿素配施對經濟效益的影響

緩釋肥較高的肥料成本是限制其大面積推廣應用的主要因素。楊雯玉等[29]研究表明，控釋尿素與普通尿素配施和單施尿素相比雖然增加了氮肥成本，但可以顯著增加小麥產量并減少了追肥勞動力投入，使凈收入提高。在本試驗條件下，樹脂包膜緩釋肥一次基施獲得了小幅度的增產，增產的收益和減少的追肥勞動力成本基本可以彌補肥料成本的差異；樹脂包膜緩釋肥兩次施肥的方式均獲得較高的凈效益，尤其是緩釋肥與尿素兩次配施的施肥方式，有效降低了肥料成本，又發揮了樹脂包膜緩釋肥的功效，最終凈效益最高，達12 223.99元·hm-2，有利于樹脂包膜緩釋肥在小麥上的推廣應用。

本試驗條件下，樹脂包膜緩釋肥的幾種施肥模式均可以實現穩產或高產。其中，樹脂包膜緩釋肥一次基施較常規尿素施肥雖然經濟效益沒有明顯增加，但能增加一定的產量，且減少后期追肥勞動力成本，同時有利于提高小麥生產的機械化程度，適合在勞動力缺乏地區推廣應用。采用樹脂包膜緩釋肥與尿素各30%作基肥和20%作返青肥兩次配施的施肥方式，協調了肥料成本和經濟效益之間的矛盾，且施肥人工成本減少，可以實現經濟效益的最大化，氮肥利用率也有一定程度的提升，適合大面積推廣應用。