不同配方肥對冬小麥群體動態、抗逆性及產量的影響

李宏杰，武慶慧，趙亞南，葉優良，黃玉芳*

（1.河南農業大學資源與環境學院/河南省農業綠色發展工程技術研究中心，河南 鄭州 450000；2.中國農業大學資源與環境學院，北京 100193）

小麥是我國重要的糧食作物，提高小麥產量對保障我國糧食安全意義重大。科學合理的施肥是實現作物高產穩產的關鍵，然而當前我國不合理施肥問題比較嚴重，肥料投入量過高，施肥配方不合理現象非常普遍，導致肥料利用率不高，對環境危害也逐漸加重［1］。通過土壤和肥料養分供應與作物需求匹配，生產適合于小麥的配方肥，對于提高肥料利用率，促進農戶節本增產增收具有重要意義。大量研究表明，通過優化肥料配比、施用配方肥，可實現作物營養均衡，提高土壤肥力，還可以降低過量肥料使用造成的農業面源污染［2-5］。調整肥料中各種養分的配比，使配方設計更加適合作物需求，對于肥料生產企業轉型升級、作物提質增效也非常關鍵。我國復合肥基本上以高濃度、等養分、通用型配方為主，脫離了作物需肥規律，導致用肥成本增加、養分供應失衡、與農業生產需求脫節。吳良泉等［6］基于區域內土壤養分供應特征、作物養分需求和作物肥效反應，建立了我國小麥不同生態區域的肥料配方；農業農村部也曾發布我國小麥、玉米、水稻三大糧食作物的14 個大配方［7］。但是，我國糧食生產存在小農戶分散經營的特點，導致了地塊面積狹小、土壤養分變異大，區域施肥大配方需要根據具體情況進行調整，通過“大配方、小調整”的策略實現合理施肥［8-10］。近年來，智能配肥機的推廣應用為配方肥的普及提供了載體，配方設計是影響配方肥推廣的關鍵。針對區域特點對大配方進行調整并驗證效果，是實現作物高產、養分高效利用、推廣配方肥的關鍵，但目前關于這方面的報道很少。本研究以河南省臨潁縣為研究區域，通過田間小區試驗，對比農戶習慣配方、華北區大配方、調整小配方的應用效果，驗證“大配方、小調整”區域配肥技術的可行性，為配方肥的應用推廣提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本研究田間試驗于2017～2018 年在臨潁縣杜曲鎮（33°47′ N，113°50′ E）開展，土壤類型為潮土，質地為輕黏壤，前茬作物為玉米。試驗前取0～20 cm 耕層土壤，測試基礎理化性質，其pH 為7.3，有機質含量為23.5 g·kg-1，全氮為1.68 g·kg-1，有效磷為10.0 mg·kg-1，速效鉀為80.0 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗設6 個處理（表1），分別是農戶習慣施肥配方、華北區小麥推薦大配方、調整小配方。處理1 和2：通過臨潁縣4 個代表性鄉鎮的農戶調研，選用農戶冬小麥施肥采用較多的2 個配方，其中15-15-15 為分次施肥低氮配方，25-12-8 為一次性施肥高氮配方。處理3 和4：18-15-12 和15-20-10，前者為農業農村部推薦的華北區冬小麥配方，后者為河南省農業農村廳推薦配方。處理5 和6：依據臨潁縣冬小麥需肥狀況和土壤測定結果設計的配方，分別為20-15-10 和22-16-7。其中，高氮型配方25-12-8 為一次性基施，不追肥；其他配方均為基施＋追施尿素。所有配方總養分為45%，根據施肥建議確定施肥量，見表1。所有配方肥以尿素、磷酸二銨、氯化鉀為原料，通過智能配肥機配置。

表1 試驗處理及施肥量

本試驗供試品種為“新麥26”，播量225 kg·hm-2，于2017 年10 月30 日播種，11 月7 日出苗，2018 年6 月1 日收獲。試驗每個處理設3 次重復，隨機區組排列，共18 個小區，小區面積為112 m2。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 群體動態監測

小麥出苗2～3 周后在小區內選擇具有代表性的1 m，雙行定點，分別在小麥播種后苗期、越冬期、返青期、拔節期、揚花期和收獲期進行群體數量調查。

1.3.2 植株樣品采集與測定

在小麥越冬期、返青期、拔節期、揚花期和成熟期，在取樣區域隨機選取15 株樣品，其中10 株分成莖鞘、葉、穎殼和籽粒，剩下5 株保留整株，105℃殺青30 min，80℃烘干，稱重，粉碎，用于全氮、磷、鉀含量的測定。稱取植株樣品0.200 g，用H2SO4-H2O2消煮，獲得待測液后，采用流動注射分析儀（AA3，Seal，德國）測定消化液全氮含量，用釩鉬黃比色法測定磷含量，火焰光度計測定鉀含量。

1.3.3 SPAD 值測定

在小麥返青期、拔節期、揚花期和灌漿期每個小區隨機選取30 片葉片用葉綠素儀SPAD502 測定后取平均值，即為該處理的SPAD 值。

1.3.4 收獲與考種

收獲期各小區收割5 m2，脫粒，稱量籽粒鮮重，用谷物水分測定儀測定水分，并統一按含水量13%進行換算小麥最終產量。同時選取1 m 雙行內具有代表性的20 個麥穗進行考種。

1.3.5 凍害和赤霉病調查方法

在小麥凍害和赤霉病發病后期（蠟熟期）調查小麥的病穗率，計算病情指數。每個小區隨機選取3 個區域，每區域點選取100 個小麥單莖進行統計調查計算發病率［發病率（%）=發病穗數/總穗數×100］和發病指數［發病指數（DI）=100×∑（各級病穗數×各級代表值）/（調查總穗數×最高級代表值）］。根據穗部凍害、赤霉病發病情況對小麥穗分為5 個等級，0 級為不發病，1 級為全穗0～1/4 發病，2 級為全穗1/4～1/2 發病，3 級為全穗1/2～3/4 發病，4 級為全穗3/4 以上發病。

1.4 數據處理

花前干物質轉移量（kg·hm-2）=開花期干重-成熟期干重（非籽粒部分）

花前干物質轉移效率（%）=（花前干物質轉移量/開花期干重）×100

花前轉移干物質對籽粒的貢獻率（%）=（花前干物質轉移量/籽粒重）×100

花后干物質累積量（kg·hm-2）=成熟期干物質累積量-開花期干物質累積量

花后干物質貢獻率（%）=（花后干物質累積量/籽粒產量）×100

吸氮（磷、鉀）量（kg·hm-2）=（籽粒產量×籽粒養分含量+莖葉生物量×莖葉養分含量+穎殼生物量×穎殼養分含量）/1000

氮（磷、鉀）肥偏生產力（kg·kg-1）=施肥處理產量/氮（磷、鉀）肥用量

凈收益（元·hm-2）=經濟產量×糧食價格-肥料用量×肥料價格

數據采用Excel 2016 進行整理，用SPSS 20.0進行統計分析，采用OriginPro 2016 繪圖，處理間差異采用單因素方差分析，用Duncan 法進行多重比較，采用5%顯著水平。

2 結果與分析

2.1 不同配方肥對小麥群體的影響

由圖1 可見，小麥播種后24 d（苗期），不同小麥配方肥處理間基本苗數量差異不顯著。隨著生育時期的變化，在播種后75 d（越冬期）一次性施肥配方25-12-8 群體數量較其他處理高，越冬期－返青期各處理小麥群體數量迅速升至最高，不同處理間差異顯著，群體數量最多的為25-12-8，最小的為15-15-15，返青期以后群體數量逐漸減小，下降最快的為一次性施肥配方25-12-8，其他配方在拔節期進行追肥，群體數量下降較為緩慢。在成熟期，各處理間群體數量大小為：18-15-12＞25-12-8＞20-15-10＞22-16-7＞15-20-10＞15-15-15。

2.2 不同配方肥對SPAD 值的影響

由圖2 可見，不同小麥配方處理SPAD 值在整個生育時期呈現先升高后降低的趨勢，從高到低順序為拔節期＞揚花期＞灌漿期＞返青期。在返青期高氮處理25-12-8 SPAD 值顯著高于低氮處理15-15-15 和15-20-10，其他處理差異不顯著；拔節期SPAD 值上升到最大，最高的為25-12-8，最低的為15-15-15。在揚花期，SPAD 值最高的處理為15-15-15，最低的為25-12-8，到達灌漿期后，各處理之間差異不顯著，SPAD 值最高的為15-20-10，SPAD 值最低的為25-12-8。可以看出，高氮配方在前期SPAD 值較高，然后逐漸降低，低氮配方SPAD 值在各處理中先降低后升高。

2.3 不同配方肥對小麥干物質累積及轉運的影響

小麥干物質累積量隨生育期的進行而逐漸增加，且在拔節期后干物質累積量增加速率較快（圖3）。拔節期前，干物質累積較慢，一次性施肥高氮配方25-12-8的干物質累積量要顯著高于低氮處理15-15-15 和15-20-10，干物質累積量在拔節期－揚花期占比最大，其次為揚花期－成熟期。在揚花期干物質累積量最大的配方為18-15-12 和15-20-10，最小為配方25-12-8。在成熟期干物質累積量最高的為配方20-15-10，干物質累積量為19175 kg·hm-2，最小的處理為配方25-12-8和15-15-15，干物質累積量為17336 和17410.9 kg·hm-2。

從小麥干物質轉運及對籽粒的貢獻率來看（表2），配方15-20-10 在花前干物質轉運量及花前干物質轉運率上顯著高于處理25-12-8 和20-15-10。配方20-15-10 處理下，小麥花前干物質轉運量和花前干物質轉運率都最低。由花前貯藏干物質對籽粒貢獻率來看，最高的為15-15-15 處理，達到70.8%，最低的為20-15-10 處理，為54.2%。不同處理下花后干物質同化量最大的為20-15-10 處理，最小的為15-15-15 處理。在花后同化物對籽粒貢獻率中，最高的為20-15-10 處理，為45.8%，顯著高于其他處理。

表2 不同配方肥對小麥干物質轉運及對籽粒貢獻率的影響

2.4 不同配方肥對小麥養分累積的影響

氮素累積量動態趨勢圖與干物質累積量變化趨勢極其相似，隨著生育時期的進行而呈增加趨勢（圖4）。氮素累積量各處理在拔節期之前增幅平穩，在拔節期－揚花期氮素累積量增幅最大，各處理之間的差異性也顯現出來。其中一次性施肥配方25-12-8 氮素累積量最小，最大的是18-15-12 處理，配方15-15-15 在揚花期-成熟期氮素累積量增幅最小。

由磷素累積量可以看出（圖4），各處理在返青期后磷素累積量迅速增加，這也與干物質累積量的變化密切相關。磷素累積量最大的處理為18-15-12，其次為20-15-10，最少的為15-15-15。揚花期-成熟期各處理增幅變化較大，增幅最大的處理為18-15-12，最小的為22-16-7。

鉀素累積動態變化趨勢同氮、磷不同，隨著生育時期的進行先增加后減少（圖4），小麥揚花期各處理鉀素累積量達到最大值。揚花期鉀素累積量最小的處理為25-12-8，最大的為18-15-12，揚花期－成熟期各處理下降趨勢一致，鉀素累積量最多的為18-15-12，最少的為25-12-8。

2.5 不同配方肥對小麥抗逆性的影響

不同配方肥對小麥赤霉病和凍害的影響不同（圖5）。赤霉病發病率和發病指數變化趨勢大致相同，最高的處理為15-15-15，發病率和發病指數分別為14%和8.37%，最低的為20-15-10，發病率和發病指數分別為9.3%和6.42%，處理25-12-8與15-15-15 相比差異不顯著，可以看出前期氮肥用量大或是追氮量過多會導致小麥赤霉病發病率高。小麥凍害是指麥田持續低溫天氣造成的穗部生長停滯，灌漿期只有部分小穗發育結實，其余的小穗不完全或只有軸，沒有膨脹的穎片。由各處理調查數據可以看出，低氮處理15-15-15 和15-20-10以及一次性施肥高氮處理25-12-8的凍害指數顯著高于處理20-15-10，最高的處理為15-15-15，達到3.08%，最小的為20-15-10，達2.00%；對于凍害發病率，處理20-15-10 最低，值為4.33%，最高處理為25-12-8 和15-15-15，值為5.67%，差值為1.34%，變化幅度為30.9%，其他處理之間差異不顯著。

2.6 不同配方肥對小麥產量及構成因素的影響

從產量來看，產量最高的配方為20-15-10，達到7.63 t·hm-2，最小的配方為15-15-15，為6.44 t·hm-2，兩處理差值為1.19 t·hm-2，增幅為18.4%，其余各處理產量大小為18-15-12＞22-16-7＞15-20-10＞25-12-8，各處理間產量差異不顯著（表3）。從穗數來看，最大的為18-15-12，達520.6×104hm-2，最低為15-15-15，僅477.6×104hm-2，變化幅度為9%，配方15-20-10、22-16-7、20-15-10 和25-12-8 穗數差異不顯著。從千粒重來看，最大的處理為20-15-10，達到了44.4 g，最小的為15-15-15 配方，值為41.6 g，增幅為6.8%，其中配方18-15-12、15-20-10、22-16-7 和25-12-8 之間差異不顯著。不同配方之間穗粒數差異不顯著，最大為20-15-10配方，值為44.5，最小為25-12-8，值為43.0，變化幅度為3.5%。

表3 不同配方肥對小麥產量及其構成因素的影響

2.7 不同配方肥對肥料偏生產力的影響

不同施肥處理下，氮肥偏生產力變化范圍為34.4～40.7 kg·kg-1，最大的處理為20-15-10，最小的為15-15-15，且兩處理之間差異顯著（表4）。磷肥偏生產力中，最大的處理為20-15-10，最小的為15-20-10，變化范圍為56.3～84.8 kg·kg-1，鉀肥偏生產力各處理之間差異顯著，變化范圍為71.6～167.9 kg·kg-1，最大值處理為22-16-7，最小值處理為15-15-15。

表4 不同配方肥對小麥肥料偏生產力的影響 （kg·kg-1）

2.8 不同配方肥對經濟效益的影響

以各種肥料投入成本和產量帶來的產值作為基礎，不考慮各處理共同投入的種子、灌水、農藥噴施、機械耕作以及人工等成本，計算各配方下冬小麥的經濟效益（表5），結果顯示，肥料總成本最高的處理為15-15-15，成本為1779.8 元·hm-2，最低的處理為22-16-7，值為1539.8 元·hm-2，差值為240 元·hm-2，變化幅度為15.6%，總收益的最高處理與最低處理分別為20-15-10 與15-15-15，變化范圍為15466.1～18319.3 元·hm-2，凈效益變化范圍為13686.4～16707.5 元·hm-2，差值為3021.1 元·hm-2，變化幅度為22.1%，各處理之間凈收益大小關系為：20-15-10＞18-15-12＞22-16-7＞25-12-8＞15-20-10＞15-15-15，處理25-15-10的凈效益顯著高于其他處理。

表5 不同配方肥對小麥經濟效益的影響 （元·hm-2）

3 討論

肥料是作物正常生長發育必不可少的，但是合理的施用肥料至關重要，合理施肥在一定程度上能夠減輕環境污染，同時還可以增產增效，提高經濟效益［11］。我國目前存在很多不合理施肥的現象，對環境造成嚴重的破壞，而推廣配方施肥是緩解不合理施肥現狀的重要措施［12-13］。小麥是生育期較長的作物，根據其需肥規律，保證氮磷鉀比例平衡和前后期的養分供應平衡［14］，配方肥基施結合追肥可與小麥養分需求的規律更匹配，且能夠保證氮磷鉀的平衡供應，同時也避免前期養分投入過量而后期出現脫肥。

合理的群體和SPAD 值能夠保證小麥充足的穗數和光合作用，并進而決定小麥的干物質累積和產量形成［15］。本研究中，農戶習慣配方25-12-8 屬于高氮配方，一次性施用導致前期SPAD 值較大，但在后期偏小；從群體數來看，與其他處理對比高氮配方的群體數從越冬期至返青期群體數增長最快，且群體數也最大，但是在返青期之后群體數下降速度也最快。低氮配方15-15-15 在整個生育期內群體數量和SPAD 一直處于較低水平。因此，處理25-12-8 和15-15-15 在收獲期的干物質累積量相對于其他處理較低。調整小配方20-15-10的干物質累積量高于其他處理，這為配方肥提高小麥產量奠定基礎。有研究表明，前期適量減少氮肥施用量有利于增加作物有效穗數和千粒重從而提高結實率［16］。本研究中，農戶習慣一次性施肥或前期氮含量高的配方表現為千粒重和穗粒數較小；而配方肥20-15-10 在小麥整個生育期的養分供應更加均衡，符合小麥生育時期的需肥，增加小麥的千粒重和穗粒數，使小麥產量增加18.4%，而相應的經濟效益及肥料利用率也高于其他配方。

有研究表明，不合理施氮以及過量施氮條件下，小麥赤霉病發病率會有所增加［17-18］。本研究發現，前期氮肥用量大或是追氮量過多會導致小麥赤霉病發病率高，其中赤霉病發病率和發病指數變化趨勢大致相同，最高的處理為15-15-15，其次為處理25-12-8，最低的為20-15-10。本試驗中農民習慣配方15-15-15，氮磷鉀養分搭配不能匹配小麥生長發育對養分的需求，在拔節期至揚花期氮素濃度最高，可能是其赤霉病和凍害發病率高的原因。另外，磷鉀對于提高作物抗寒、抗病等有重要作用［19］。盡管農民習慣配方施用中投入的鉀相對比較高，但其抗逆性卻很差。這可能是因為其氮磷鉀養分供應不均衡，植株磷鉀累積量反而低于配方處理，因此抗逆性較差。而配方施肥處理較好的抗逆性不僅可以提高小麥產量，還能改善籽粒品質，有助于實現農民增產增收。

4 結論

與其他配方相比，根據作物養分需求和土壤狀況調整的小配方（20-15-10），可促進冬小麥的干物質量，提高花后同化物轉運對籽粒的貢獻率，提高氮磷鉀養分的累積，降低赤霉病和凍害的發生，提高小麥抗逆性，提高產量、肥料利用率和經濟效應，“大配方、小調整”可以實現增產增收增效。