不同氮肥用量對小麥產量及氮素利用的影響

王立艷　高偉　李明悅　金修寬

摘 ? ?要：為實現小麥增產與氮素高效利用的目標，以天津地區主推小麥品種‘衡觀35、‘衡4399和‘濟麥22為供試材料，于2018—2019年在冬小麥生長季內開展不同小麥品種和施氮水平的田間試驗，施氮水平為不施氮（N1），225 kg·hm-2（N2）和300 kg·hm-2（N3） 3個。結果表明， N2和N3比N1的小麥產量分別增加38.85%～94.88%和62.03%～131.51 %;3個小麥品種氮肥利用率為25.5 %～35.6 %，N3的氮肥利用率與N2相比降低了8.02 %～20.32 %;‘衡觀35的氮肥偏生產力提高了4.64%，‘衡4399、‘濟麥22的氮肥偏生產力分別降低了23.83 %和12.48 %。綜合考慮三個小麥產量及氮素利用率，225 kg·hm-2為本研究條件下的最佳施肥量。

關鍵詞：小麥品種;氮肥;產量;氮素利用率;氮收獲指數

中圖分類號：S512.1;S311 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.01.004

Effects of Different Nitrogen Application Rates on Wheat Yield and Nitrogen Use Efficiency

WANG Liyan， GAO Wei， LI Mingyue， ?JIN Xiukuan

（Tianjin Institute of Agricultural Resources and Environment， Tianjin ?300192， China）

Abstract： In order to achieve the goal of increasing wheat yield and nitrogen use efficiency， 'Hengguan 35'， 'Jimai 22' and' Heng 4399' were used as the experimental materials to determine the effects of nitrogen rate on ?wheat yield and nitrogen use efficiency， which were the main commercial wheat varieties in Tianjin region. ?The field experiments of different varieties and nitrogen levels were carried out in 2018—2019 growth seasons of winter wheat. The nitrogen application levels were as fouows： no nitrogen（N1）， 225 kg·hm-2 （N2） and 300 kg·hm-2 （N3） ?respectively. The results showed that wheat yields of N2 and N3 were increased by 38.85 %～94.88 % and 62.03 %～131.51 %， which compared with ?non-nitrogen ?application treatment; the nitrogen use efficiency of ?three wheat varieties was 25.5 %～35.6 %， meanwhile nitrogen use efficiency of N3 decreased by 8.02 %～20.32 % compared with N2; and partial productivity of nitrogen fertilizer was increased by 4.64 % for 'Hengguan 35'， partial productivity of nitrogen fertilizer was decreased by 23.83 and 12.48 % for'Heng 4399' and 'Jimai 22'，respectively. Taking grain yield and nitrogen use efficiency into account， 225 kg·hm-2 was the optimum application rate under similar situation.

Key words： wheat cultivars; nitrogen fertilizer; yield; nitrogen use efficiency; nitrogen ?harvest index

施肥是影響農田土壤養分庫和作物產量的主要因素之一[1-3]。氮肥投入是農業生產中保障作物高產的重要手段，也是影響小麥籽粒產量和品質的主要因子[4]。近年來對于氮肥的規模化施用，小麥的產量水平得到顯著提高[5]。國際上一般認為化肥對作物產量的貢獻率在35%～66%之間，而我國有關報道認為化肥對作物產量的貢獻率在35%～45%之間[6]。隨著氮肥施用量的持續增加，其邊緣效應也日益顯現，大量無效的氮素投入不僅造成了大量的養分資源浪費、肥料貢獻率低，而且導致肥料增產效應和產量均有所下降[7]。過量施用氮素不但不利于小麥產量潛力的發揮，還極易造成田間小氣候的惡化，加劇植株病蟲害的發生，同時還造成嚴重的土壤酸化以及地下水和空氣等的污染[8-9]。因此，如何打破這種惡性循環，實現節氮增產已成為當前農業科研工作者的主要研究方向[10]。在保持小麥較高產量水平下研究如何減少氮肥的施用量，實現氮素化肥的高效利用，對保障糧食可持續生產和環境安全有重要意義。

華北地區小麥總產占到全國的67%[11]，是小麥的優勢產區，同時也是典型的高投入高產出地區[12-13]。華北地區農用化肥施用量自2005年的1 916萬t 增至2014年的2 174萬t，增加了13%[14]。由于氮素過量投入使得該區產量、施肥量和氮素管理差異更加突出。所以培育和應用氮高效品種，在不降低產量和品質的同時減少氮肥使用量，提高氮肥利用率，降低農業生產成本，是實現“高產、優質、高效、生態、安全”的農業可持續發展的必要措施。本研究選用以天津地區主要推廣小麥品種，分析在不施氮，225 kg·hm-2和300 kg·hm-2三個氮肥水平條件下，對不同品種的產量和氮素利用的影響，以期為小麥品種在華北地區的應用及改良提供數據支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗于2018年9月—2019年6月在天津市武清區天津市農業科學院現代農業科技創新基地進行。供試土壤為重壤質潮土，0～20 cm土壤的基本性狀為：硝態氮37.5 mg·kg-1，銨態氮9.2 mg·kg-1，速效磷25.8 mg·kg-1，速效鉀426.8 mg·kg-1，有機質18.50 g·kg-1，全鹽0.59 g·kg-1，pH 8.86，土壤容重1.05 g·cm-3。

1.2 試驗設計

供試作物為主推品種：‘衡觀35（河北省農林科學院旱作農業研究所選育，矮桿大穗、抗旱節水，高產型小麥品種）、‘衡4399（河北省農林科學院旱作農業研究所選育，節水高產、抗逆廣適）、‘濟麥22（山東省農業科學院作物研究所育成，株型緊湊，抗寒性好），分別標記為Hg35、H4399、Jm22。每個品種設有3個處理。采用完全隨機區組排列，小區面積為25 m2（5 m×5 m），3次重復，共計27個小區。

供試肥料為尿素含N 46%，過磷酸鈣含P2O5 12%，氯化鉀含K2O 60%。肥料施用方法：過磷酸鈣、氯化鉀全部底施，尿素50 %底施，50 %在返青期進行追施，追施結合灌水進行。具體處理及施肥量見表1。

為減少試驗誤差，將小區分為取樣區和測產區，各生育期采樣在采樣區進行，測產區在收獲期測定產量。2018年10月15日播種，15-16日澆水，行距20 cm，3葉期定苗，基本苗450×104株·hm-2，分別在越冬前、返青期和拔節期灌水，并及時除草滅蟲。其余管理方法同一般大田。

1.3 樣品采集及測定項目

根據小麥長勢分別在苗期、返青期、拔節、灌漿期、成熟期進行采樣。在小麥成熟期時，每個處理各選取20株具有代表性的單株，將其分為莖稈、葉片、穗軸、穎殼和籽粒5部分，于105 ℃殺青30 min，然后75 ℃烘干至恒重，測定干物質量。

測定干物質量后將各部分樣品粉碎，采用魯如坤[15]的方法測定植株氮含量、籽粒氮吸收量和植株氮吸收量。

小麥成熟期在各小區分別取1 m2代表性樣品測定單位面積穗重。每小區均設3次重復。再按照含水率折算產量。

1.4 數據計算與統計分析

籽粒氮吸收量=籽粒生物量×籽粒氮含量/100

營養器官氮吸收量=莖葉氮吸收量+穎殼氮吸收量

地上部氮吸收量=籽粒吸收量+營養器官氮吸收量

氮收獲指數=籽粒氮吸收量/地上部氮吸收量×100%

氮肥利用率（%）=（施氮區小麥地上部吸氮量-對照區小麥地上部吸氮量）/施氮量×100

氮肥偏生產力（kg·kg-1）=施氮處理產量/施氮量

式中，吸收量、籽粒產量和生物量單位均為kg·hm-2。

試驗數據采用Excel2007和SPSS13.0進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同氮肥用量對不同小麥品種生物量的影響

施用氮肥能顯著提高冬小麥產量，施氮與不施氮之間差異均達顯著水平（圖1），其中濟麥22在N3水平產量最高，與N1水平之間差異達顯著水平。‘衡觀35、‘衡4399、‘濟麥22的籽粒和秸稈平均產量分別為6 039.0，5 955.1，7 162.1和5 516.7，

6 315.1，6 768.6 kg·hm-2。

3個品種隨著施用氮肥含量的增加，小麥籽粒產量也存在增加的趨勢，且每個品種施氮與不施氮之間差異均達顯著水平。施氮水平之間差異顯著性不同，其中‘衡觀35和‘濟麥22的N3水平和N2水平之間差異達顯著水平，‘衡4399的N3水平和N2水平之間差異不顯著。‘衡觀35在N3水平和N2水平分別比N1水平高出131.51 %和65.94 %;‘衡4399在N3水平和N2水平分別比N1水平高出97.93 %和94.88 %;‘濟麥22在N3水平和N2水平分別比N1水平高出62.03%和38.85%。表明施氮對提高小麥籽粒產量效果明顯。

3個品種隨著施用氮肥含量的增加，小麥秸稈產量也存在增加的趨勢。其中‘衡觀35在N2水平和N3水平分別比N1水平高出33.69 %和58.37 %，‘衡4399在N2水平和N3水平分別比N1水平高出62.08%和80.81%;‘濟麥22在N2水平和N3水平分別比N1水平高出49.55 %和94.94 %。表明施氮對提高小麥秸稈產量效果明顯。

2.2 不同氮肥用量對小麥氮吸收的影響

隨著施氮量的增加，不同小麥品種整體的吸氮量都有所增加（圖2）。‘衡觀35在N2水平與N1水平的吸氮量差異不顯著，N3水平與N1水平之間的吸氮量差異達顯著水平;‘衡4399與‘濟麥22，兩者在N2水平和N3水平均與N1水平之間的吸氮量差異達顯著水平。N1水平、N2水平和N3水平下，‘衡觀35、‘衡4399、‘濟麥22從苗期到成熟期的吸氮量分別為240.3～315.1 kg·hm-2、568.4～665.3 kg·hm-2和660.8～741.6 kg·hm-2。‘衡觀35、‘衡4399、‘濟麥22的N2水平比N1水平的吸氮量平均增加96.6%，159.5%和92.7%，N3水平比N2水平的吸氮量平均增加12.2%，15.9%和14.9%。‘衡觀35、‘衡4399、‘濟麥22，N3水平與N2水平之間的吸氮量差異不顯著，表明氮施肥量300 kg·hm-2與225 kg·hm-2相比，增施氮肥并未顯著提高小麥吸氮量。

2.3 不同小麥品種氮響應度的差異

從表2中可以看出，3個小麥品種氮響應度整體均處于較高水平。供試小麥品種的氮響應度都大于9，‘衡觀35和‘衡4399的氮響應度均大于10。其中，‘衡4399在N2水平和‘衡觀35在N3水平，每增加1 kg氮肥的施用量均可增產15 kg以上，雖然‘衡4399的N2水平的氮響應度比N3水平的氮響應度要高，但是兩者產量差異不顯著。所以，在種植小麥過程中，對于在低施氮量水平下產量高而且氮響應度較高的品種，可以考慮在適宜種植的區域廣泛開展種植;對于產量相當品種，可以適當考慮控制低氮水平的施用，減少氮肥施用量;對于產量一般但響應度較高品種就要控制施氮量，充分發揮氮肥單位增產作用。

2.4 不同氮肥用量對小麥氮肥利用效率的影響

從表3中可以看出，不同品種隨著施氮量的增加，其收獲指數變化趨勢不同。‘衡觀35、‘衡4399、‘濟麥22的收獲指數最高分別為0.60，0.55，0.62，分別在N2水平下。

3個小麥品種氮肥利用率差異顯著性不同。‘衡4399的N2水平和N3水平之間差異不顯著，‘衡觀35和‘濟麥22的N2水平和N3水平之間差異均達顯著水平，3個小麥品種氮肥利用率為25.5 %～35.6 %。在相同施氮條件下，‘濟麥22氮肥利用率要高于‘衡4399，兩者要高于‘衡觀35，且氮素利用率隨著施氮量的增加而降低。N3水平與N2水平相比，‘衡觀35、‘衡4399、‘濟麥22氮肥利用率降低了8.02 %～20.32 %，平均降低了13.18 %。

氮肥偏生產力的表現趨勢與氮肥利用率不完全一致，其中‘衡4399和‘濟麥22的氮肥利用率與氮肥偏生產力的表現趨勢一致。N3水平與N2水平相比，‘衡觀35的氮肥偏生產力提高了4.6 %，‘衡4399、‘濟麥22的氮肥偏生產力分別降低了23.8 %和12.5 %。‘衡4399和‘濟麥22，N2水平和N3水平的氮肥偏生產力差異均達顯著水平。所以，氮肥合理施用能夠在降低氮肥投入量的同時提高氮肥利用率。

3 結論與討論

作物產量是衡量肥料效果的一項重要指標。氮素是影響作物優質高產的首要因素。1978—2006年間化肥投入對糧食產量增長的貢獻率達56.81%，氮肥是主要因素，對糧食增產的貢獻率高達40%[16-17]，農業生產中多通過增施氮量來提高產量，然而實際生產中，作物產量并非隨施氮量的增加成比例增加，反而呈現報酬遞減規律[18]。徐鳳嬌研究表明，施氮量控制在180～270 kg·hm-2范圍內，可以有效提高產量，超過270 kg·hm-2開始下降[19]。本研究中，在氮肥使用量為225 kg·hm-2時的小麥產量，比不施氮肥的小麥產量增加38.85～94.88%;在氮肥使用量為300 kg·hm-2時的小麥產量，比不施氮肥的小麥產量增加62.03～131.51%，表明施用氮肥對小麥增產具有顯著效果。

本研究表明，隨著施氮量的增加，不同的小麥品種整體的吸氮量都有所增加。‘衡觀35在N2水平與N1水平的吸氮量差異不顯著，N3水平與N1水平之間的吸氮量差異達顯著水平;‘衡4399與‘濟麥22，兩者在N2水平和N3水平均與N1水平之間的吸氮量差異達顯著水平。3個小麥品種N3水平與N2水平之間的吸氮量差異不顯著，表明氮施肥量300 kg·hm-2與225 kg·hm-2相比，增施氮肥并未顯著提高小麥吸氮量。3個小麥品種氮響應度整體均處于較高水平。供試小麥品種的氮響應度都大于9，‘衡觀35和‘衡4399的氮響應度均大于10，但是由于不同品種在不同N水平下氮響應度的不同，在施用氮肥時要控制氮肥的施用量，充分發揮氮肥單位增產作用。

在小麥生產中，氮肥利用率是衡量施氮是否合理的一個重要指標。許多研究指出，隨著施氮量的增加小麥氮肥利用率遞減[20-21]，與本研究結果與其一致。本研究發現，3個小麥品種氮肥利用率為25.5%～35.6%，氮施肥量300 kg·hm-2與225 kg·hm-2相比，‘衡觀35、‘衡4399、‘濟麥22氮肥利用率降低了8.02%～20.32 %，平均降低了13.18 %。3個小麥品種氮肥利用率與氮肥偏生產力的表現趨勢不完全一致，其中‘衡4399和‘濟麥22的氮肥利用率與氮肥偏生產力的表現趨勢一致。氮施肥量在300 kg·hm-2與225 kg·hm-2相比，‘衡觀35的氮肥偏生產力提高了4.6%，‘衡4399、‘濟麥22的氮肥偏生產力分別降低了23.8 %和12.5 %。‘衡4399和‘濟麥22，N2水平和N3水平的氮肥偏生產力差異均達顯著水平。

已有研究表明，氮肥合理運籌可以增加氮的積累量并提高氮肥利用率[22]。為使小麥品種達到穩產、高效、優質的目的，需要適量施用氮肥。綜合考慮三個小麥施氮處理與不施氮處理的地上生物量、籽粒產量、氮吸收量、氮肥利用率、偏生產力、氮響應度因素，施氮量 225 kg·hm-2為本研究條件下的最佳施肥量，該條件下顯著提高了氮肥利用率，實現了小麥減氮增產的協同目標。在小麥的生產中，應該根據當地的自然條件和小麥品種來確定適宜的施氮量，對于其它地區小麥生產中適宜施氮量的確定，還需要進一步研究。

致謝：

此數據來源與中國農業科學院農業信息研究所合作項目，特別感謝其對本試驗開展所提供的大力支持與幫助！

參考文獻：

[1] 關焱， 宇萬太， 李建東. 長期施肥下中國主要糧食作物產量的變化[J]. 中國農業科學， 2016， 42（7）： 2407-2414.

[2] 廖育林， 魯艷紅， 聶軍， 等. 長期施肥稻田土壤基礎地力和養分利用效率變化特征[J]. 植物營養與肥料學報， 2016， 22（5）： 1249-1258.

[3] 唐繼偉， 徐久凱， 溫延臣， 等. 長期單施有機肥和化肥對土壤養分和小麥產量的影響[J]. 植物營養與肥料學報， 2019， 25（11）： 1827-1834.

[4] 石玉， 于振文. 施氮量和氮肥底追比例對濟麥20產量、品質及氮肥利用率的影響[J]. 麥類作物學報， 2010， 30（4）： 710-714.

[5] 李朝蘇， 吳曉麗， 湯永祿， 等. 小麥產量對中后期氮素脅迫的響應及品種間差異[J]. 作物學報， 2019， 45（8）： 1260-1269.

[6] 奚振邦. 關于化肥對作物產量貢獻的評估問題[J]. 磷肥與復肥， 2004， 19（3）： 68-71.

[7] 宇萬太， 趙鑫， 張璐， 等. 長期施肥對作物產量的貢獻[J]. 生態學雜志， 2007， 26（12）： 2040-2044.

[8] LIU Z， GAO J， GAO F， et al. Integrated agronomic practices management improve yield and Nitrogen balance in double cropping of winter wheat-summer maize[J]. Field Crops Research， 2018， 221： 196-206.

[9] 武良， 張衛峰， 陳新平， 等. 中國農田氮肥投入和生產效率[J]. 中國土壤與肥料， 2016（4）： 76-83.

[10] 趙亞南， 徐霞， 黃玉芳， 等. 河南省小麥、玉米氮肥需求及節氮潛力[J]. 中國農業科學， 2018， 51（14）： 2747-2757.

[11] LU C H， FAN L. Winter wheat yield potentials and yield gaps in the North China Plain[J]. Field Crops Research， 2013， 143（SI）： 98-105.

[12] JU X T， XING G X， CHEN X P， et al. Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems[J]. Proceedings of the National Academy Sciences of the United States of America， 2009， 106（9）： 3041-3046.

[13] CHEN X P. Optimization of the N fertilizer management of a winter wheat-summer maize rotation system in the Northern China Plain [D]. Stuttgart：University of Hohenheim， 2003.

[14] 中華人民共和國農業部. 中國農業統計資料[M]. 北京： 中國農業出版社， 1987-2017.

[15] 魯如坤. 土壤農業化學分析方法[M]. 北京： 中國農業科技出版社， 2000： 129-130.

[16] 王祖力， 肖海峰. 化肥施用對糧食產量增長的作用分析[J]. 農業經濟問題， 2008（8）： 65-68.

[17] DOBERMANN A， CASSMAN K G. Plant nutrient management for enhanced productivity in intensive grain production systems of the United States and Asia[J]. Plant and Soil， 2002， 247（1）： 153-175.

[18]戴健， 王朝輝， 李強， 等. 氮肥用量對旱地冬小麥產量及夏閑期土壤硝態氮變化的影響[J]. 土壤學報， 2013， 50（5）： 956-965.

[19] 徐鳳嬌， 趙廣才， 田奇卓， 等. 施氮量對不同品質類型小麥產量和加工品質的影響[J]. 植物營養與肥料學報， 2012， 18（2）： 300-306.

[20] 霍中洋， 葛鑫， 張洪程， 等. 施氮方式對不同專用小麥氮素吸收及氮肥利用率的影響[J]. 作物學報， 2004， 30（5）： 449-454.

[21] JIANG LG， DAI T B， JIANG D， et al. Characterizing physiological N-use efficiency as influenced by Nitrogen management in three rice cultivars[J]. Field Crops Research， 2004， 88（2）： 239-250.

[22] 趙廣才， 李春喜， 張保明， 等. 不同施氮比例和時期對冬小麥氮素利用的影響[J]. 華北農學報， 2000， 15（3）： 99-102.

收稿日期： 2020-11-16

基金項目： 國家重點研發計劃（2017YFD02017）

作者簡介： 王立艷（1981—），女，黑龍江海倫人，助理研究員，碩士，主要從事鹽堿地改良及植物營養方面研究。

通訊作者簡介： 高偉（1978—），女，黑龍江佳木斯人，副研究員，博士，主要從事植物營養方面研究。