氮肥和磷肥用量對小麥產量的影響

趙敬美，丁文峰，王 琳

(1.臨沂市羅莊區農業農村局，山東 臨沂 276017； 2.臨沂市農業技術推廣服務中心，山東 臨沂 276000)

0 引言

在農業生產技術持續發展的過程中，化肥占據重要地位，對提高作物產量起到了不容小覷的作用，與此同時，化肥的大量施用造成了一系列嚴重的環境污染問題，因此探究一種合理的化肥品種與種植模式迫在眉睫[1-2]。綠肥是指針對植株在生長過程中產生的植物鮮體，在人工手段或機械處理的作用下，選擇全部或部分鮮體翻壓至土壤中，充當主作物生長的肥料[3]。作為綠肥種植時間最早、種植面積最大的國家，我國利用綠肥種植的技術已然極為嫻熟，在綠色生態發展的理念下，綠肥種植技術受到了越來越多的重視[4-5]。鑒于此，本研究將探究不同綠肥播種條件下，氮肥與磷肥用量對土壤有機質含量、小麥產量等指標的影響，旨在顯著提高小麥產量。

1 田間試驗設計

1.1 基于綠肥混播的田間試驗及測定

綠肥作物是指可有效促進主作物生長、顯著改善土壤性狀的作物，其鮮體即綠肥，故綠肥混播表示將不同種類的綠肥應用至同一個試驗小區中[6-7]。本研究選擇地處山東南部的Y村進行田間試驗，該地屬暖溫帶季風型半濕潤性氣候；全年總日照時間2 380.0 h，年均降雨量652.8 mm，年均氣溫12.3 ℃；無霜期198.4 d[8]。鑒于該種氣候條件，Y村將夏空閑-冬小麥種植模式作為其主要種植制度。在Y村設置的試驗地土壤種類為潮土，該種土壤屬半水成土，是由河流沉積物在人們耕作活動和地下水運動的共同影響下形成的，其腐殖積累過程較弱，具有明顯的沉積層理，通常表現出土層深厚、地勢平坦的特點[9-10]。2015—2020年，Y村所處地區在小麥不同時期的降雨量情況如圖1所示。

圖1 2015—2020年Y村不同時期的降雨量Fig.1 Rainfall in different periods of Y Village from 2015 to 2020

由圖1可知，Y村全年降雨量與綠肥生長期的降雨量總體呈現出下降趨勢，各年份間小麥生育期的降雨量整體波動幅度較小。2019年與2020年夏空閑期內，綠肥生長期的降雨量分別為228.5和136.6 mm，顯著低于6年同期平均降雨量；小麥生長期內的降雨量分別僅為207.6和308.9 mm，同樣明顯低于6年同期平均值；這兩年的全年降雨量較低，分別為435.7和455.2 mm，均為干旱年份，對小麥產量造成了一定的影響。通過設置試驗1與試驗2的方式，判斷氮肥用量與磷肥用量對小麥生長及產量的影響，二者均為裂區試驗。令田間裂區試驗中存在A、B、C共3個試驗因素，其中A表示主區因素，B與C均表示區因素；各試驗因素中均存在a、b、c共3個不同水平，r次重復，其布局如圖2所示[11]。

圖2 裂區試驗設計田間布局Fig.2 Field layout of split plot test design

圖2中顯示出每個裂區均被劃分為a個大區，并按照隨機排入的方式設置其中具有a個A因素的水平；隨后可看到每個a區均被劃分為b行c列，涵蓋了b個B因素的水平與c個C因素的水平。處于播種期與栽插期的主區，均以田埂進行分割；密度主區、其他因素小區之間均以走道進行間隔處理。裂區試驗能夠實現對3個要素的集中處理，具有較強的完全試驗平衡性[12]。試驗1與試驗2具有一致性，如采用相同的主處理方式，即綠肥混播(麥豆+油菜，空閑為對照)；相同的小區間距30 cm，相同的小區面積即4.5 m×6.0 m=27.0 m2；相同的重復施肥次數，4次。兩項試驗的差異在于副處理方式，其中前者為冬小麥季施氮量，3個氮肥用量分別為0、120和240 kg N/hm2，底肥為80 kg/hm2的施氮量；后者為冬小麥季施磷量，3個磷肥用量分別為0、80和160 kg P2O5/hm2，底肥為120 kg/hm2的施氮量。試驗期結束后，收獲并稱取全區綠肥與地上部分生物量，從每個小區中挖取出4個極具顯著性與代表性的1 m綠肥根部樣品，分別對其地上部與根部進行稱量處理，進而計算得出其根冠比，為后續計算全區地下部分生物量提供數據支撐。在完成對冬小麥的收獲后，需要從每個小區中挖取出3個長度為1 m的小麥樣品，測量并計算其產量與各器官含氮量、含磷量；隨后殺青、烘干等處理，計算各小區小麥樣品中的含水量。

1.2 基于單種綠肥的田間試驗及測定項目

與基于綠肥混播的田間試驗相同，基于單種綠肥的田間試驗將Y村作為試驗區域，故此處不再贅述該地區的氣候、全年總日照時間、年均降雨量、年均氣溫等指標。田間試驗采用裂區試驗設計的方式，設置試驗3與試驗4，其處理方式如表1所示。

表1 單種綠肥條件下試驗3與試驗4的處理方式Tab.1 Treatment methods of Test 3 and Test 4 under condition of single green fertilizer

二者主處理方式存在差異，其中前者將麥豆作為主處理的作物品種，后者將油菜作為主處理的作物品種，二者均將空閑作為對照。兩項試驗的副處理方式完全一致，均在小麥生長季中設置5個不同梯度的施磷水平，分別為0、40、80、120和160 kg P2O5/hm2；底肥量均為80 kg/hm2。采用重復處理的方式實施完全方案，共計15個處理，試驗3與試驗4的副區面積與小區間隙寬度分別設置為8 m×4 m=32 m2與30 cm。在2019年6月27日分別對麥豆與油菜兩種不同綠肥進行種植，且在播種兩種綠肥前均不進行施肥處理；同年9月15日對麥豆與油菜分別收獲與翻壓處理，令翻壓深度保持在10～20 cm范圍內；10月4日在不同試驗地中一次性施入磷肥，并按照80 kg/hm2的量施入底肥，后期不再追施，隨后對冬小麥進行播種。

試驗期結束后的測定項目與方法，與基于綠肥混播的田間試驗存在一定的共性，需要對各區進行綠肥的全區收獲，且對地上部分生物量進行精確稱取。從試驗3與試驗4的各個小區中，分別挖取4個足以代表整個小區的綠肥根系樣品，其長度定為1 m，隨后對綠肥的地上部與根部進行分割處理，稱量并記錄數據，用以計算相應綠肥的根冠比，進而可成功估算出整個小區中地下部的生物量。在小麥苗期對所有小區中的基本苗進行調查，冬季與春季對小麥進行調查的指標存在差異，前者的調查指標對象為小麥的單株分蘗數目，后者則為小麥的總莖數。在完成對小麥的收獲處理后，需要對其產量進行細致的記錄，并計算其穗粒數、千粒質量、公頃穗數。除此以外，冬小麥收獲后需要對各個小區進行隨機采樣處理，各小區中均需挖取出3個長為1 m的小麥樣段，測定其不同器官中的氮含量與磷含量。不同施肥處理方式下，土壤中的氮、磷含量必然存在一定的差異，因此需要在3個不同的時間節點對土壤進行采樣處理，即綠肥翻壓前、冬小麥播種前及其收獲時。

2 氮磷肥用量差異對小麥產量的影響

2.1 綠肥混播對土壤肥力與水分的影響

對不同時期的土壤肥力情況進行實時監測與計算，在綠肥混播條件下，試驗地中土壤肥力的狀態產生了顯著的變化。

2020年小麥收獲后綠肥混播對土壤肥力的影響如圖3所示。圖3a為試驗地中不同小區的土壤有機質含量對比情況，在綠肥混播的作用下，土壤有機質含量得到了大幅提升，其增幅約為14%。空閑小區的土壤有機質含量約為15.7 g/kg，而綠肥混播小區中土壤有機質含量約為17.3 g/kg，二者誤差均已在圖3a中進行標注。圖3b為不同小區中的全氮含量，相較于空閑小區而言，綠肥混播小區中的全氮含量表現出顯著的提高，提高幅度為17%左右。兩個不同小區中的全氮含量均存在一定的誤差，已在圖3b中進行相應的標注。

圖3 2020年小麥收獲后綠肥混播對土壤肥力的影響Fig.3 Effect of green manure mixed sowing on soil fertility after wheat harvest in 2020

2020年綠肥混播處理對土壤硝態氮的影響結果如圖4所示。由圖4a可知，在對綠肥進行翻壓處理前，空閑小區土層0～20 cm中的硝態氮含量高于綠肥混播小區的硝態氮含量。由圖4b可知，經過約3周的腐解作用后，在小麥播種前，綠肥混播小區的硝態氮含量顯著高于空閑小區中的硝態氮含量。由圖4c可知，小麥收獲時期，綠肥混播小區與空閑小區中的硝態氮含量幾乎保持一致，不存在明顯的差異。

圖4 2020年綠肥混播對土壤硝態氮含量的影響Fig.4 Effect of mixed sowing of green manure on soil nitrate content in 2020

在不同的施肥處理條件下，各時期的土壤水分含量存在一定的差異，試驗結果如圖5所示。由圖5a可知，2020年綠肥翻壓前，綠肥混播與空閑處理小區中0～80 cm土層間的含水量存在差異較小，且隨著土層深度的增加，兩者幾乎保持一致。由圖5b與圖5c可知，在小麥播種前與小麥收獲時，綠肥混播小區與空閑小區中的土壤水分含量在0～200 cm中均保持一致，未表現出明顯的差異。

圖5 2020年綠肥混播對土壤水分含量的影響Fig.5 Effect of mixed sowing of green manure on soil water content in 2020

2.2 綠肥混播與氮肥用量對小麥產量的影響

為了進一步探究氮肥和磷肥用量對小麥產量的影響，在綠肥混播條件下，將不同氮肥用量作為研究變量，發現其對小麥產量有較大的影響，如表2所示。

表2 綠肥混播與不同氮肥用量對小麥產量的影響Tab.2 Effects of mixed sowing of green fertilizer and different nitrogen application rates on wheat yield 單位：kg/hm2

2019—2020年，綠肥混播與氮肥用量對小麥產量的影響作用存在顯著差異。相較于空閑小區而言，綠肥混播小區中的小麥產量表現出顯著的降低，2019年與2020年分別降低了12.5和12.9個百分點。在氮肥用量持續增加的過程中，小麥的籽粒產量呈現出先增后降的發展趨勢。當氮肥用量為120 kg/hm2時，小麥的籽粒產量在2019年與2020年分別比空閑處理高10.9%與20.6%；此時綠肥混播與空閑處理的小麥籽粒產量均可達到最高值。基于此，氮肥用量的最佳值為120 kg/hm2，若將氮肥用量由240 kg/hm2降至120 kg/hm2，對冬小麥的產量不會造成負面影響。

2.3 單種綠肥與磷肥用量對小麥產量的影響

單種綠肥即種植麥豆與種植油菜作為綠肥的方式，與磷肥用量對小麥產量的影響情況如表3所示，不同綠肥種類對小麥產量的影響作用極為顯著。

表3 單種綠肥與不同磷肥用量對小麥產量的影響Tab.3 Effects of single green fertilizer and different amounts of phosphorus fertilizer on wheat yield 單位：kg/hm2

通過表3可知，單種麥豆作為綠肥的試驗小區中，其小麥籽粒產量相較于空閑小區而言降低了16.2%；單種油菜的試驗小區小麥籽粒產量的降幅較小，降低了12.3%。不同磷肥用量對小麥產量作用的影響較小，當磷肥用量為120 kg N/hm2時，小麥產量可達到最高值，比空閑小區中的小麥產量提高了6.3%。單種綠肥的不同類型與磷肥交互作用對小麥產量具有明顯的作用，單種麥豆小區中小麥的最大產量出現在最大磷肥用量為160 kg/hm2時，較空閑處理提高了11.7%。

3 結論

各類化肥在農業生產中的施用頻率越來越高，在提高小麥等各種作物產量的同時，對環境也造成了一定的污染。為了探究氮肥與磷肥用量對小麥產量的影響，篩選出最為恰當的化肥用量，本研究通過裂區試驗設計的方式，對綠肥混播與單種綠肥條件下不同氮磷肥料用量對小麥產量等相關指標進行研究。結果顯示，在綠肥混播的作用下，土壤有機質含量與全氮含量均表現出顯著提升；當氮肥用量為120 kg N/hm2時，小麥籽粒產量可達到最高值；不同類型的綠肥與磷肥交互作用對小麥產量具有著明顯的作用，當磷肥用量降為80 kg P2O5/hm2時，單種麥豆小區中小麥可達到其最大產量。這顯示出氮肥與磷肥用量可對小麥產量造成不同的影響，在小麥播種前對無機氮磷化肥用量均進行合理的控制，對提高小麥產量與肥料利用率有重要的指導意義。