華北地區(qū)減量施氮和秸稈還田對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響 淵綜述冤

薛志偉，贠超，楊春玲

（安陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000）

小麥為我國(guó)三大糧食作物之一，是我國(guó)人民的重要口糧，在糧食生產(chǎn)中具有重要地位。然而，當(dāng)前我國(guó)多地存在耕地質(zhì)量偏低、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。冬小麥從播種到子粒成熟經(jīng)歷多個(gè)生育階段，其中栽培技術(shù)對(duì)小麥子粒產(chǎn)量具有明顯的調(diào)控作用。同一品種在不同地區(qū)、不同土壤條件、不同栽培措施下，特性呈現(xiàn)出明顯差異。氮肥減量施用技術(shù)是一種平衡作物氮養(yǎng)分需求與土壤養(yǎng)分供應(yīng)關(guān)系的技術(shù)，對(duì)提高肥料利用率具有積極影響[1]。華北地區(qū)種植制度為冬小麥—夏玉米一年兩熟制，秸稈資源十分豐富[2]。近年來，華北地區(qū)農(nóng)民秸稈還田意識(shí)不斷增強(qiáng)，秸稈還田率逐步提高。

減量施氮和秸稈還田措施在保證小麥產(chǎn)量的同時(shí)，可提高肥料利用率，減輕生態(tài)環(huán)境惡化的壓力。對(duì)減量施氮和秸稈還田的迫切性及其對(duì)小麥生長(zhǎng)與產(chǎn)量的影響進(jìn)行綜述，旨為推動(dòng)小麥科學(xué)施肥和資源高效利用提供參考。

1 氮肥對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

1.1 氮肥的重要性及過量施用的危害

氮是小麥高產(chǎn)必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)也是限制作物產(chǎn)量提高的重要養(yǎng)分因子[3]。氮肥在小麥產(chǎn)量形成過程中發(fā)揮著極其重要的作用，可影響小麥葉片葉綠素含量和光合速率，調(diào)節(jié)多種酶活性，協(xié)調(diào)碳氮代謝水平，調(diào)控可溶性糖和淀粉等同化物含量，促進(jìn)干物質(zhì)積累[4，5]。

建國(guó)以來，為提高作物產(chǎn)量，農(nóng)民對(duì)化肥的依賴性強(qiáng)，不斷增加化肥投入。黃淮海麥區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，過量施氮現(xiàn)象非常普遍，尤其在創(chuàng)建高產(chǎn)、超高產(chǎn)栽培中持續(xù)大量施用氮肥。近年來，小麥產(chǎn)量的增加趨勢(shì)并未與氮肥施用量的增加呈正比。以華北地區(qū)為例，農(nóng)民在冬小麥生長(zhǎng)季節(jié)氮肥施用量約為300 kg/hm2，而氮肥利用率僅為20%[6～8]。

過量施用氮肥不僅造成氮肥利用和效率經(jīng)濟(jì)效益降低，影響小麥產(chǎn)量潛力的發(fā)揮，還造成子粒品質(zhì)下降[9～12]。長(zhǎng)期大量施用氮肥導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境不斷惡化，氮素淋失、氧化亞氮等溫室氣體排放量增加、地表水富營(yíng)養(yǎng)化、地下水污染嚴(yán)重、耕地質(zhì)量退化等負(fù)面影響不斷出現(xiàn)[13～15]。

過量施用氮肥不利于小麥健壯生長(zhǎng)，易導(dǎo)致小麥生長(zhǎng)前期葉片肥大、植株旺長(zhǎng)，后期出現(xiàn)葉色濃綠，植株貪青、晚熟等一系列問題[16]；還易導(dǎo)致莖稈重心高度明顯提高，基部節(jié)間厚度和抗倒指數(shù)顯著降低，造成小麥減產(chǎn)[17]。研究表明，在一定施氮水平內(nèi)，子粒產(chǎn)量隨著施氮量的增加而明顯增加；但施氮水平超過一定程度后，繼續(xù)增施氮肥，產(chǎn)量增加不明顯，甚至出現(xiàn)降低[18，19]。

1.2 減量施氮對(duì)小麥生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

氮肥主要通過為根系提供必需的氮源和能源，改善個(gè)體根系性狀，增加個(gè)體光合速率和干物重，進(jìn)而提高光合性能和產(chǎn)量。常規(guī)施氮量為240 kg/hm2時(shí)，減氮15%對(duì)華成3366根表面積和根體積影響不顯著，減氮30%會(huì)導(dǎo)致小麥根長(zhǎng)、根表面積和根體積均顯著降低[18]。在保持土壤適墑的情況下，當(dāng)施氮量從270 kg/hm2減至195 kg/hm2，即施氮量減少25%～30%時(shí)，小麥旗葉仍保持較強(qiáng)的光合性能[20]。養(yǎng)分積累是作物干物質(zhì)生產(chǎn)的前提，干物質(zhì)積累是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。施用氮肥可增加小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)，擴(kuò)大子粒庫(kù)容，但較高的施氮量不利于營(yíng)養(yǎng)器官貯存物質(zhì)向子粒中的再分配，最終導(dǎo)致小麥粒重降低，影響小麥產(chǎn)量的進(jìn)一步提高。研究表明，當(dāng)施氮量從270 kg/hm2減至225 kg/hm2時(shí)，子粒產(chǎn)量雖有所下降，但差異并未達(dá)到顯著水平[21]。合理施氮可提高干物質(zhì)積累速率，增加小麥干物質(zhì)積累量，保證子粒穩(wěn)產(chǎn)[22，23]。與施用全氮196 kg/hm2相比，鶴壁市高產(chǎn)區(qū)減施氮肥20%對(duì)地上部干物質(zhì)積累量影響很小，仍擁有較高的養(yǎng)分積累量，能夠保證冬小麥穩(wěn)產(chǎn)[24]。

2 秸稈資源對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

2.1 秸稈資源的重要性

農(nóng)作物秸稈為一種重要的生物資源，既含有作物必需的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，又具有改善土壤理化性狀、提高土壤肥力等重要作用[25]。近年來，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)連年豐收，秸稈資源十分豐富，且呈現(xiàn)連年遞增的趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年我國(guó)農(nóng)作物秸稈資源總量約為9.3億t，其中可利用秸稈量為7.7億t[26]。農(nóng)作物秸稈不合理利用，不僅是巨大的資源浪費(fèi)，而且還可能成為污染源危害環(huán)境[27]。隨著農(nóng)民生活水平的提高，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)村能源不斷發(fā)展，大部分農(nóng)民不再將秸稈作為主要的燃料和有機(jī)肥，而是將農(nóng)作物秸稈就地丟棄或焚燒，不僅會(huì)造成空氣污染，危害人們身體健康，而且還會(huì)造成破壞土壤結(jié)構(gòu)等一系列的不良影響[28，29]。

2.2 秸稈還田對(duì)土壤質(zhì)量的影響

秸稈還田措施是保護(hù)性耕作技術(shù)的重要組成部分，可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提升地力[30，31]；促進(jìn)氮素礦化，改變微生物群落[32，33]；降低土壤容重，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤通透性和蓄水保肥能力[34]；有效增加作物產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的雙贏[35]。秸稈還田對(duì)表層土壤濕度影響較大，秸稈覆蓋可增加土壤孔隙度，更好地保護(hù)土壤物理結(jié)構(gòu)[36]。秸稈翻埋可增加土壤表層的無機(jī)氮量，對(duì)土壤氮礦化有正向效應(yīng)。與不還田相比，秸稈還田在小麥生育期開始和結(jié)束時(shí)均會(huì)增加土壤微生物的氮含量[37]。秸稈還田有提高土壤活性有機(jī)碳氮的作用，土壤中的有機(jī)碳會(huì)隨著施氮量的增加而增加，但過量施用氮肥對(duì)活性碳氮的提高有抑制作用[38]。

2.3 秸稈還田對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響

秸稈還田可以改變耕層土壤的供肥特性，影響小麥生育前期的分蘗情況[39]。適量的秸稈還田能明顯提高冬小麥葉片SPAD值，使灌漿中后期旗葉的葉綠素含量保持在一定水平，延緩旗葉衰老；同時(shí)改善旗葉的光合性能，顯著抑制光合速率的下降[40，41]。秸稈還田條件下，產(chǎn)量三要素也會(huì)發(fā)生變化。適量玉米秸稈還田可提高冬小麥的結(jié)實(shí)小穗數(shù)和小穗結(jié)實(shí)數(shù)，降低不孕小穗數(shù)；提高小麥千粒重，明顯降低有效穗數(shù)，總體來說秸稈還田對(duì)子粒產(chǎn)量的提高具有促進(jìn)作用[41，42]。

3 減量施氮和秸稈還田對(duì)小麥生產(chǎn)及產(chǎn)量的影響

減量施氮和秸稈還田后，小麥的生長(zhǎng)和產(chǎn)量受多因素影響。單鶴翔等[43]在盆栽試驗(yàn)中使用同位素標(biāo)記研究了不同肥力下施氮與秸稈還田對(duì)冬小麥氮素吸收利用的影響，結(jié)果表明，在施用等量氮肥的條件下，秸稈還田可降低冬小麥地上部氮素積累量，增加氮肥土壤殘留率；施氮量從150 kg/hm2提高至300 kg/hm2時(shí)，地上部氮素積累量也隨之增加。與不還田相比，秸稈還田小麥對(duì)無機(jī)氮固持增加，且生育中期固持量遠(yuǎn)高于前期[44]。

施氮量為180kg/hm2時(shí)，秸稈還田能增加鄭麥366的成穗數(shù)和千粒重，并提高產(chǎn)量；施氮量為270 kg/hm2時(shí)，秸稈還田會(huì)抑制小麥分蘗和穗的發(fā)育，導(dǎo)致穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量降低[45]。與單施氮肥相比，秸稈還田配施氮肥處理的冬小麥植株干物質(zhì)積累在抽穗前后呈先低后高的趨勢(shì)，這種變化動(dòng)態(tài)有利于提高千粒重和子粒產(chǎn)量[46，47]。與單施氮肥相比，秸稈還田配施氮肥可改善土壤理化性質(zhì)，提高冬小麥根系活力；增加葉綠素含量，延長(zhǎng)花后旗葉SPAD值高水平持續(xù)期；增強(qiáng)光合作用，進(jìn)而提高生育后期干物質(zhì)積累量，改善光合產(chǎn)物分配比例，提高氮素利用效率[48，49]。秸稈還田配施氮肥（施氮量225 kg/hm2）可增加冬小麥冬前分蘗和春季最大分蘗，提高成穗率，產(chǎn)量分別較單施氮肥、單純秸稈還田增加7.7%和6.1%[50]。與單施氮肥90、180、270、360 kg/hm2相比，秸稈還田配施氮肥處理的小麥?zhǔn)斋@指數(shù)逐漸下降，子粒產(chǎn)量呈先增加后降低的變化，綜合考慮認(rèn)為，秸稈還田配施氮肥180～270 kg/hm2為宜[46]。河南省浚縣秸稈還田配施不同水平氮肥的試驗(yàn)結(jié)果表明，在充分考慮氮素利用效率、麥田氮素平衡和子粒產(chǎn)量的情況下，推薦施氮量為225 kg/hm2[51]。

4 問題與展望

減量施氮和秸稈還田是一種對(duì)環(huán)境友好的農(nóng)藝措施，并對(duì)小麥產(chǎn)量起到一定的保障。長(zhǎng)期的減量施氮和秸稈還田是否可以持續(xù)穩(wěn)定小麥產(chǎn)量，尚有待進(jìn)一步研究。長(zhǎng)期定位試驗(yàn)被認(rèn)為是一種比較好的選擇，但是長(zhǎng)時(shí)間種植一種作物帶來的連作障礙、土壤板結(jié)、犁底層加厚以及秸稈還田帶來的病蟲害等問題都需要考慮。在華北地區(qū)由于前茬玉米秸稈量過大，影響冬小麥免耕播種的出苗質(zhì)量，進(jìn)而對(duì)小麥產(chǎn)量造成一定的負(fù)面影響。因此，進(jìn)行減量施氮和秸稈還田時(shí)，應(yīng)注意改善秸稈還田方式，降低前茬玉米秸稈對(duì)小麥出苗的不利影響。此外，目前的研究集中于減量施氮和秸稈還田整體對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響，2種農(nóng)藝管理措施對(duì)小麥生長(zhǎng)的交互影響還有待進(jìn)一步研究。