減量施肥對滴灌冬小麥生長、產量及養分利用的影響

李懷勝，艾海峰，王賀亞，張 磊，李金科 ，楊 杰

(1.新疆生產建設兵團第九師農業科學研究所，新疆塔城 834300 2.新疆農墾科學院農田水利與土壤肥料研究所，新疆石河子 832000;3.塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】化肥施用是影響糧食產量增長的重要因素之一[1-2]。史常亮、郭巧苓等[3-4]研究表明，在小麥、玉米和水稻生產上存在過量施肥的現象, 其過量施肥程度分別為 34.58%、32.76%、44.47%。在保證作物產量穩定的前提下，減量化技術研究受到關注。【前人研究進展】蔬菜[5-6]、水稻[7-9]、小麥[10-13]和玉米[14-16]等；對化肥減量技術方面主要是集中在有機替代、測土配方、新型肥料、水肥一體化等研究[5]，此類化肥減量技術研究主要集中在植物生長、產量品質、肥料利用效率以及土壤環境優化方面。【本研究切入點】有關研究新疆區域內化肥減量對滴灌冬小麥的影響主要集中于氮肥單一元素的減量[17-20]，對氮、磷肥共同減施對滴灌冬小麥的研究鮮有報道，而且作為新疆主要糧食作物的滴灌冬小麥在實際生產過程存在因盲目追求高產導致過量施肥、重氮輕磷鉀、養分投入比例不平衡等問題，缺乏水肥協同增效調控的施肥模式，造成增產不增收現象較為普遍，嚴重制約著水肥一體化效益的發揮。亟需研究減量施肥對滴灌冬小麥生長、產量及養分利用的影響。【擬解決的關鍵問題】以常規施肥(N240P105K37.5)和空白處理(N0P0K0)為對照，設置4個減肥處理，在不同施肥模式下，分析滴灌冬小麥的農藝性狀、干物質積累與轉運、產量及肥料利用率指標，研究適宜該地區滴灌冬小麥生產的最佳施肥模式。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018年9月～2019年8月在新疆生產建設兵團第九師農業科學研究所試驗基地(E83°29′，N46°31′)進行，供試小麥品種為新冬22號，前茬作物玉米。供試土壤有機質19.52 g/kg,堿解氮57 g/kg，速效磷21 mg/kg，速效鉀222 mg/kg，pH值為8.10。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗共設6個處理，其中1個常規施肥模式、4個肥料減施對比模式和1個空白處理，重復3次，隨機排列，共計18個小區，每個小區面積324 m2(5.4 m×60 m)，試驗總面積0.58 hm2。施肥組合為①N0P0K0(T0)、②N120P52.5K37.5(T1)、③N120P105K37.5(T2)、④N240P52.5K37.5(T3)、⑤N240P105K37.5(T4)、⑥N240P105K37.5(T5)(常規施肥模式)。供試肥料為尿素(N 46.4%)、三料磷肥(P2O546%)、磷酸二銨(N 18%、P2O546%)、氯化鉀(K2O 52%)，除常規施肥模式(氮肥70%及全部磷鉀肥做基肥)外，其它處理均以磷肥20%作為基施，剩余肥料全部隨水滴施。

1.2.2.1 產量及構成因素

成熟期利用小型收割機對每個小區的產量進行實測。并在每個小區選擇3個樣點隨機選擇20穗進行室內考種。

1.2.2.2 干物質積累與分配

于冬小麥拔節期、孕穗期、開花期、成熟期選取生長正常50個單莖，剪去根部，按照葉片、莖稈(莖+鞘)、穗(穗+穗軸)、籽粒進行分樣處理，之后分別將各器官于105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，稱干物質重。

花后干物質生產量=籽粒產量-花前營養器官貯藏干物質向籽粒轉運量;

花后干物質生產對籽粒產量貢獻率(%)=花后干物質生產量/籽粒產量×100；

花前營養器官同化物轉移量=開花期整株干重—成熟期秸稈干重；

試驗采用耕作方式為主區，密度為副區的3次重復裂區設計。耕作方式設3個水平，分別為：深松 45 cm（S45）、30 cm（S30）和淺旋耕 15 cm（RT）；密度設 3個水平，分別為：30 000株/hm2（D1）、45 000株/hm2（D2）和60 000株/hm2（D3）。施純N 465.0 kg/hm2，P2O5210.0 kg/hm2，K2O 202.5 kg/hm2；其中，現蕾期追施尿素，P2O5和K2O作基肥一次性施入，其他管理同大田生產。

花前營養器官同化物轉移率=(開花期整株干重—成熟期秸稈干重)/開花期整株干重×100；

花前干物質對籽粒產量貢獻率(%)=花前營養器官同化物轉移量/籽粒產量×100。

1.2.2.3 化肥利用率

氮肥農學效率(kg /kg) =(施肥區產量-不施肥區產量) /氮肥施用量；

磷肥農學效率(kg/kg)=(施肥區產量-不施肥區產量) /磷肥施用量；

氮肥偏生產力( kg /kg) = 施肥區產量/氮肥施用量；

磷肥偏生產力(kg/kg)=施肥區產量/磷肥施用量；

氮素收獲指數%=籽粒氮素累積量/植株氮素總累積量；

磷素收獲指數%=籽粒林素積累量/植株磷素總積累量。

1.3 數據處理

采用Excel進行數據整理、處理分析，SPSS 19.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 產量與產量構成因素

研究表明，4種減肥模式對比常規施肥和不施肥的籽粒產量均呈顯著性差異；其中，與不施肥相比，T1、T2、T3、T4分別增產33.89%、47.99%、59.10%和25.16%，氮磷施用有利于籽粒產量的增加；較常規施肥，T1、T2、T3、T4分別增產15.12%、27.25%、36.80%、7.62%。在N 240、P2O5105、K2O 37.5 kg/hm2基礎上，N肥或P肥投入減量50%時籽粒產量、穗粒數、千粒重呈顯著性增加，但T3模式明顯優于T2模式，常規施肥的基礎上減量磷肥投入更加有利于產量的增加；在N、P肥投入均減量50%時收獲穗數穗粒數、收獲穗數、千粒重無明顯差異。表1

表1 化肥減施下滴灌冬小麥產量及產量構成變化Table 1 Effects of fertilizer reduction on yield and yield components of winter wheat under drip irrigation

2.2 干物質積累與轉運

2.2.1 干物質積累

研究表明，各施肥處理干物質積累變化均表現為拔節后迅速增加，到成熟期達到最大值，整體呈現“S”型增長趨勢；另外，T3處理在不同生育時期的干物質積累量最高，分別為4 605.6、8 369.46、14 681.16和21 041.7 kg/hm2。與不施肥相比，T1、T2、T3的干物質積累量均在拔節期、孕穗期、開花期、成熟期表現出顯著性差異，而T4處理在孕穗期、成熟期差異不顯著。對比常規施肥模式，T2、T3處理在拔節期、孕穗期、開花期、成熟期干物質積累表現出顯著性差異，而T1處理差異不顯著。4種減肥模式相比，T3處理在各時期干物質積累顯著大于其他處理，表現最為顯著。圖1

注：方柱上不同字母表示處理間在P<0.05差異顯著

2.2.2 干物質轉運

研究表明，不同施肥模式下滴灌冬小麥同化物轉運量、轉運率和對籽粒貢獻率均以T3減肥模式最高；較農戶施肥，T3處理花前同化物轉運量、轉運率、籽粒貢獻率分別高44.6%、18.9%和16.6%，花后轉運量、籽粒貢獻率分別高16.5%、6.8%。4種減肥模式下的花前同化物轉運量差異顯著，T1、T2、T4處理的轉運率差異不顯著，T3處理存在顯著性差異，對籽粒產量貢獻率除T2外其他處理顯著大于T0，適宜的氮磷肥施用有利于滴灌冬小麥花前營養器官轉移到穗部形成產量。表2

表2 化肥減施下滴灌冬小麥同化物轉運變化Table 2 Effects of fertilizer reduction on assimilate transport of winter wheat under drip irrigation

2.3 農藝性狀

研究表明，在成熟期T3處理的小穗數、穗長、株高、單穗粒重4項指標上表現最佳，為16.57個、6.69 cm、84.87 cm、2.13 g。與不施肥處理相比，T3處理的小穗數、穗長、單穗粒重與其他處理相比差異顯著，株高上差異均不顯著；與常規相比，T3處理的小穗數、單穗粒重與其他處理呈顯著性差異，T2處理的單穗粒重與其他各處理相比表現出顯著性差異，其他各項指標差異性均不顯著；4種減肥處理之間相比，在T4處理的基礎上，氮、磷肥各減50%時，單穗粒重顯著性增加，其他指標變化不大，氮、磷肥均減50%時，各項農藝性狀指標差異性不顯著，合理的氮磷減施并不影響小麥小穗數、穗長、株高、單穗粒重的變化。表3

表3 化肥減施下滴灌冬小麥農藝性狀變化Table 3 Effects of fertilizer reduction on agronomic characters of winter wheat under drip irrigation

2.4 農學效率、偏生產力及收獲指數

研究表明，各減肥處理氮肥農學效率在5.73～24.32 kg/kg，表現為T2>T1>T3>T4，磷肥農學效率在14.57～68.44 kg/kg，表現為T3>T1>T2>T4。與T5相比，各減肥處理的氮、磷肥農學效率顯著高于常規施肥模式，適宜的化肥減量并不影響滴灌冬小麥的增產。在磷鉀肥投入相同的情況下，氮肥農學效率表現為T2>T4、T1>T3，磷肥農學效率表現為T2>T4、T1

在鉀肥投入等量的基礎上，減肥處理的氮磷肥偏生產力均高于常規施肥模式，其表現農學效率一致。與T4處理相比，減磷50%(T3)和減氮50%(T2)的氮磷肥偏生產力均顯著提高，其中氮肥偏生產力提高分別為8.60、43.28 kg/kg，磷肥偏生產力提高111.78、13.22 kg/kg。滴灌冬小麥氮素收獲指數在58.93%～64.94%，存在一定的差異性；磷素收獲指數在61.00%～62.78%，差異不顯著。表4

表4 化肥減施下滴灌冬小麥肥料利用率變化Table 4 Effects of fertilizer reduction on fertilizer use efficiency of winter wheat under drip irrigation

3 討 論

與常規施肥相比，試驗中的減肥處理T3、T2、T1、T4分別增產36.80%、27.25%、15.12% 、7.62%，化肥減量并不影響滴灌冬小麥產量的增加，合理的氮磷配施在不同程度上有助于產量提高，與其他研究結果一致[12-16]；在N 240 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2、K2O 37.5 kg/hm2水平下，N、P肥分別減量50%，籽粒產量、穗粒數、收獲穗數、千粒重呈顯著性差異，且均有所增加，以T3模式最為優異；在N、P肥投入均減量50%時收獲穗數穗粒數、收獲穗數、千粒重無明顯差異。

減量施肥下干物質積累隨生育進程的推進，均表現為拔節后迅速增加，到成熟期達到最大值，整體呈現“S”型增長趨勢；對比常規農戶施肥差異性表現有所不同，其中T2、T3處理在拔節期、孕穗期、開花期、成熟期干物質積累表現出顯著性差異，而T1、T4處理差異不顯著，并且只有T3處理的干物質物質轉運量呈顯著性差異，花前為0.72 g/株、花后為1.41 g/株；另外，各減肥處理的轉運率和籽粒貢獻率均不顯著。

T3處理在成熟期的小穗數、穗長、株高、單穗粒重4項指標上表現最佳，為16.57個、6.69 cm、84.87 cm、2.13 g。減肥處理氮肥農學效率表現為T2>T1>T3>T4，磷肥農學效率表現為T3>T1>T2>T4；與T4處理相比，減磷50%(T3)和減氮50%(T2)的氮磷肥偏生產力均顯著提高，其中氮肥偏生產力提高分別為8.60、43.28 kg/kg，磷肥偏生產力提高111.78 kg/kg、13.22 kg/kg；滴灌冬小麥氮、磷素收獲指數分別在58.93%～64.94%、61.00%～62.78%。

4 結 論

4.1減量施肥與常規農戶施肥的差異性不顯著，只有磷肥減量50%(T3)表現出顯著性差異，各項指標均表現最佳。

4.2減量施肥隨生育進程推進呈現“S”型增長趨勢，與農戶施肥與空白對照表現一致；對比農戶施肥各減量施肥處理差異性表現有所不同，T2、T3處理在拔節期、孕穗期、開花期、成熟期干物質積累表現出顯著性差異，而T1處理差異不顯著；4種減肥模式相比，T3處理在各時期干物質積累顯著大于其他處理，表現最為顯著；只有T3處理的干物質物質轉運量呈顯著性差異，花前為0.72 g/株、花后為1.41 g/株。

4.3減肥處理氮肥農學效率表現為T2>T1>T3>T4，磷肥農學效率表現為T3>T1>T2>T4；與T4處理相比，減磷50%(T3)和減氮50%(T2)的氮磷肥偏生產力均顯著提高，其中氮肥偏生產力提高分別為8.60、43.28 kg/kg，磷肥偏生產力提高111.78、13.22 kg/kg；滴灌冬小麥氮、磷素收獲指數分別在58.93%～64.94%、61.00%～62.78%。

4.4產量：對比農戶施肥，減肥處理T3、T2、T1、T4分別增產36.80%、27.25%、15.12% 、7.62%，以T3處理產量最高，達到9 673.54 kg/hm2。

化肥減量對滴灌冬小麥產量影響不顯著，且氮磷肥的合理配施有利于產量的增加；T3減肥模式(N240P52.5K37.5)在新疆更為適合。