不同類型控釋氮肥對(duì)冬小麥群體結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量和氮效率的影響

劉仲陽(yáng)，崔秀敏，史桂芳，董浩，李國(guó)紅，譚德水，鄭福麗

（1．山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安 271018；2．山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，山東 濟(jì)南 250100；3．泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 泰安 271000；4．鄆城縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 鄆城 274700）

小麥?zhǔn)俏覈?guó)三大糧食作物之一，在保障我國(guó)糧食安全中具有重要的地位和作用。然而，當(dāng)前小麥生產(chǎn)中存在不合理施肥和化肥利用率低以及地區(qū)間增產(chǎn)效應(yīng)差異明顯等現(xiàn)象［1-3］。過(guò)量以及不合理施氮不僅降低氮肥利用率，同時(shí)導(dǎo)致地下水硝酸鹽污染［4］、水體富營(yíng)養(yǎng)化［5］和溫室氣體排放［6，7］等問(wèn)題，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和人類健康。控釋肥是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外肥料研究的熱點(diǎn)，被譽(yù)為“2l世紀(jì)發(fā)展化學(xué)肥料生產(chǎn)的最佳途徑”，具有養(yǎng)分釋放與作物吸收同步、肥效周期長(zhǎng)、節(jié)省追肥所需勞動(dòng)力投入等優(yōu)點(diǎn)［8］。與傳統(tǒng)施肥方式相比，一次性基施緩控釋肥可以顯著提高玉米、小麥和水稻三大糧食作物的產(chǎn)量和氮肥利用率，產(chǎn)量、氮肥利用率分別提高3．1% ～31．7%、6．2%～86．6%［9］。近年來(lái)不少學(xué)者對(duì)緩控釋肥施用進(jìn)行了大量研究，證明一次性施用緩控釋肥能夠提高肥料利用率，改善作物生長(zhǎng)后期的供肥能力。汪強(qiáng)等［10］報(bào)道，一次性基施緩控釋肥可促進(jìn)小麥產(chǎn)量增加10．0% ～11．2%，氮肥利用率提高6．2% ～11．6%。彭正萍等［11］研究表明，一次性基施控釋氮肥較農(nóng)民習(xí)慣施肥小麥增產(chǎn)5．7%，氮肥利用率提高53．7%；與優(yōu)化施肥相比增產(chǎn)3．1%，氮肥利用率提高35．5%。

然而，由于不同地區(qū)的土壤類型、氣候條件等差異，致使控釋氮肥在不同區(qū)域的應(yīng)用效果也不盡相同，而且由于其生產(chǎn)原料、加工工藝、控釋機(jī)制等不同，不同肥料產(chǎn)品間肥效亦有較大差異［12-14］。本研究在山東省肥城市砂姜黑土區(qū)設(shè)置控釋氮肥大區(qū)試驗(yàn)，分析5種不同類型控釋氮肥對(duì)冬小麥群體數(shù)量、產(chǎn)量和氮肥利用率的影響，為選擇適合當(dāng)?shù)匦←渻?yōu)質(zhì)高效栽培的控釋氮肥及其在當(dāng)?shù)氐耐茝V應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)地概況及材料

試驗(yàn)在山東省泰安市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科研基地——肥城市良種試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。該區(qū)位于東經(jīng)114°08′、北緯36°11′，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫13．6℃，年平均降水量903．2 mm。試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，四周開(kāi)闊，澆排水條件良好。土壤類型為砂姜黑土，質(zhì)地為粘壤；耕層土壤基本理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)含量17．0 g/kg、全氮1．6 g/kg、有效磷47．5 mg/kg、速效鉀175．0 mg/kg，pH值6．99。前茬作物為夏玉米，基礎(chǔ)產(chǎn)量約為7 500．0 kg/hm2。供試小麥品種為魯麥22號(hào)。

1．2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)7個(gè)處理（表1），分別為（1）對(duì)照（CK）：不施氮肥，只施用磷、鉀肥；（2）普通氮肥優(yōu)化施用（OPT）：氮肥為普通尿素（N 46%）；（3）控釋氮肥A處理：自行研發(fā)的水基樹(shù)脂包膜氮肥（N 43%）；（4）控釋氮肥B處理：環(huán)氧樹(shù)脂包膜氮肥（N 43%）；（5）控釋氮肥C處理：聚氨脂包膜氮肥（N 44．5%）；（6）控釋氮肥D處理：水性樹(shù)脂包膜氮肥（N 41．5%）；（7）控釋氮肥E處理：聚氨脂包膜氮肥（N 44%）。B、C、D、E控釋氮肥均為市售主流產(chǎn)品。

表1 試驗(yàn)處理 （kg/hm2）

玉米收獲后各控釋氮肥處理、OPT處理的50%氮肥及所有磷鉀肥均做基肥一次性施入。肥料均勻撒施，翻入耕層整地后機(jī)播。拔節(jié)期，OPT處理追施50%氮肥后立即灌溉，同時(shí)所有處理均采用畦灌方式統(tǒng)一灌溉。

本試驗(yàn)為大區(qū)試驗(yàn)。大區(qū)長(zhǎng)45．0 m，寬4．4 m，面積為198．0m2，四周設(shè)置保護(hù)行。2020年10月12日耕地筑畦，10月14日劃出試驗(yàn)大區(qū)，按照處理設(shè)計(jì)要求施肥，10月15日播種小麥，播量為150．0 kg/hm2，于次年6月9日收獲。其它田間管理措施各大區(qū)保持一致。

1．3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

于苗期（11月12日）、越冬期（12月24日）、拔節(jié)期（4月6日）和灌漿期（5月15日），每個(gè)大區(qū)隨機(jī)選取3組1．0m2依次分別調(diào)查小麥基本苗數(shù)、冬前分蘗數(shù)、春季最大分蘗數(shù)和有效穗數(shù)。

開(kāi)花授粉期（4月29日）和收獲期（6月9日），每個(gè)大區(qū)隨機(jī)取3組1．0 m2小麥地上部樣段，75℃烘干，測(cè)定植株干物質(zhì)量和氮含量；成熟期將收獲的小麥植株樣品分為籽粒和莖葉兩部分，分別測(cè)定N含量和干物質(zhì)量。全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定［15］。

成熟期每個(gè)大區(qū)連續(xù)收獲10．12 m2樣方麥穗（重復(fù)3次），裝入網(wǎng)袋，脫粒、曬干、去雜、稱重，計(jì)算公頃產(chǎn)量。同時(shí)每個(gè)大區(qū)隨機(jī)抽取3組，每組隨機(jī)抽取30穗，統(tǒng)計(jì)穗粒數(shù)。

各指標(biāo)相關(guān)計(jì)算公式［16、17］如下：

分蘗成穗率（%）＝有效穗數(shù)/春季最大分蘗數(shù)×100；單株分蘗數(shù)＝春季最大分蘗數(shù)/基本苗數(shù)；花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏同化物轉(zhuǎn)運(yùn)量＝開(kāi)花期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)量-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)量；花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏同化物對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率（%）＝花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏同化物轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒干重×100；花后同化物在籽粒中的分配量＝成熟期籽粒干重-花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏同化物轉(zhuǎn)運(yùn)量；花后同化物對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率（%）＝花后同化物在籽粒中的分配量/成熟期籽粒干重×100；氮肥表觀利用率（%）＝（施氮區(qū)植株氮積累量-無(wú)氮區(qū)植株氮積累量）/施氮量×100；氮肥偏生產(chǎn)力＝施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/施氮量；土壤氮素依存率（%）＝無(wú)氮區(qū)植株氮積累量/施氮區(qū)植株氮積累量×100。

1．4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Microsoft Excel 2016進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)，采用DPS 18．10軟件進(jìn)行方差分析，LSD法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同控釋氮肥對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

由表2可知，與CK相比，氮肥各處理小麥產(chǎn)量均顯著增加，增幅為6．9% ～14．6%。其中控釋氮肥B處理產(chǎn)量最高，達(dá)8 955．8 kg/hm2，較CK增產(chǎn)14．6%，較OPT處理增產(chǎn)7．1%，且與其他處理差異顯著。其他控釋氮肥處理小麥產(chǎn)量，與OPT差異不顯著。

表2 不同控釋氮肥對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

與OPT相比，控釋氮肥A～E處理均顯著增加小麥公頃穗數(shù)，增幅為7．5% ～10．4%，各控釋氮肥處理間無(wú)顯著差異。控釋氮肥A和E穗粒數(shù)顯著低于OPT處理，其他各控釋氮肥處理對(duì)穗粒數(shù)無(wú)顯著影響。而千粒重方面，控釋氮肥B處理千粒重最高，為47．6 g，與控釋氮肥C、D和E處理差異顯著。

2．2 不同控釋氮肥對(duì)小麥群體結(jié)構(gòu)的影響

由表3可知，與CK相比，氮肥各處理小麥基本苗數(shù)均無(wú)顯著差異。各控釋氮肥處理小麥冬前分蘗數(shù)均高于OPT，其中A、E處理較高，分別比OPT顯著增加30．6%和28．0%，這說(shuō)明施用控釋氮肥可以促進(jìn)小麥冬前分蘗。各控釋氮肥處理均不同程度增加小麥最大分蘗數(shù)，且C、D、E處理與OPT差異達(dá)顯著水平，其中D處理增幅最大，達(dá)22．8%。小麥單株分蘗數(shù)也反映小麥的分蘗能力，基本苗數(shù)相近下春季最大分蘗數(shù)越高其單株分蘗數(shù)也越高，說(shuō)明控釋氮肥C、D、E處理比普通尿素能更好地促進(jìn)小麥春季分蘗。

從表3還可看出，與OPT相比，各控釋氮肥處理均顯著增加小麥有效分蘗數(shù)，但各控釋氮肥處理間無(wú)顯著差異。分蘗成穗率是有效分蘗數(shù)與最大分蘗數(shù)的比值，由于CK最大分蘗數(shù)最低，所以其分蘗成穗率最高，而控釋氮肥D處理由于最大分蘗數(shù)最高，所以其分蘗成穗率最低。

表3 不同控釋氮肥對(duì)小麥群體生長(zhǎng)發(fā)育的影響

2．3 不同控釋氮肥對(duì)小麥干物質(zhì)積累與分配的影響

由表4看出，與OPT相比，控釋氮肥C處理對(duì)花前及花后同化干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)移均無(wú)顯著影響，其他各控釋氮肥處理花前營(yíng)養(yǎng)器官貯存干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量均低于OPT，花后同化干物質(zhì)輸入籽粒量則高于OPT。控釋氮肥B處理花后輸入籽粒量最高，較OPT顯著提高13．3%，其次是A和E處理，D處理較低，但仍比OPT高6．9%。這說(shuō)明控釋氮肥A、B、D、E處理雖然降低花前干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量，但顯著提高花后同化物輸入籽粒量，最終增加籽粒干物質(zhì)積累量，進(jìn)而提高小麥產(chǎn)量。

表4 不同控釋氮肥對(duì)小麥干物質(zhì)積累與分配的影響

2．4 不同控釋氮肥處理的氮效率比較

從表5看出，與OPT相比，各控釋氮肥處理均顯著提高氮肥表觀利用率（31．9% ～89．0%），降低土壤氮素依存率（4．6% ～12．1%）。其中控釋氮肥B處理小麥氮肥表觀利用率最高，比OPT提高89．0%，同時(shí)其氮肥偏生產(chǎn)力也最高，而土壤氮素依存率最低，與其他處理間差異均達(dá)顯著水平。其他4個(gè)處理間差異不顯著。

表5 不同控釋氮肥處理的氮效率

3 討論

3．1 不同類型控釋氮肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

近年來(lái)的研究和應(yīng)用實(shí)踐證明，一次性施用緩控釋肥能夠提高肥料利用率，改善作物生長(zhǎng)后期的供肥能力，促進(jìn)作物增產(chǎn)。張春倫等［18］研究表明，在冬小麥上，一次性基施緩控釋肥比分次施用普通尿素增產(chǎn)18．3% ～27．8%。肖強(qiáng)等［19］通過(guò)冬小麥-夏玉米輪作3年6季的田間試驗(yàn)表明，緩控釋肥能提高小麥氮素利用率2．8～23．4百分點(diǎn)、提高玉米氮素利用率1．0～21．6百分點(diǎn)，土壤-作物系統(tǒng)的氮素?fù)p失比普通化肥配施處理減少2．0～24．9百分點(diǎn)。劉蘋(píng)等［20］研究表明，控釋氮肥與普通尿素相比，小麥增產(chǎn)11．4%，氮肥利用率提高37．3%。李夢(mèng)月等［21］報(bào)道，施用控釋氮肥相較于傳統(tǒng)氮肥能夠顯著提高冬小麥產(chǎn)量，其中60天釋放期的控釋氮肥小麥增產(chǎn)12．08%，120天釋放期的小麥增產(chǎn)14．31%。本試驗(yàn)結(jié)果表明，各控釋氮肥處理小麥產(chǎn)量均實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)產(chǎn)或增產(chǎn)的目標(biāo)，控釋氮肥B處理小麥產(chǎn)量最高，比優(yōu)化施肥處理顯著增產(chǎn)7．1%，而且各控釋氮肥處理的氮肥表觀利用率顯著增加，比優(yōu)化施肥處理提高31．9% ～89．0%，尤其是控釋氮肥B（環(huán)氧樹(shù)脂包膜）氮肥表觀利用率提高89．0%。由于小麥生育期長(zhǎng)，生長(zhǎng)季內(nèi)溫濕度等土壤環(huán)境變幅大，不同包膜材料及工藝生產(chǎn)的控釋肥釋放性能差異很大［22，23］，因此，相同土壤類型上施用不同控釋氮肥的產(chǎn)量效應(yīng)并不相同。

3．2 不同類型控釋氮肥對(duì)冬小麥群體發(fā)育及花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和分配的影響

小麥高產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)要在穗粒數(shù)和千粒重保持相對(duì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，通過(guò)顯著提高單位面積穗數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)［24］。本研究發(fā)現(xiàn)不同控釋氮肥處理較優(yōu)化施肥處理小麥公頃穗數(shù)增加7．5% ～10．1%，而穗粒數(shù)和千粒重相對(duì)穩(wěn)定，這也是各控釋氮肥處理均具有增產(chǎn)趨勢(shì)的主要原因。這與前人的研究結(jié)果一致，即公頃穗數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響程度最高，其次為穗粒數(shù)，最小為千粒重［25，26］。然而小麥公頃穗數(shù)的產(chǎn)生取決于小麥分蘗從產(chǎn)生到死亡的整個(gè)綜合過(guò)程，高產(chǎn)小麥群體必須有足夠的分蘗數(shù)量，同時(shí)提高群體質(zhì)量和分蘗成穗率及單株的分蘗能力，才能最終獲得理想的有效穗數(shù)。本研究發(fā)現(xiàn)，由于控釋氮肥類型不同，對(duì)小麥群體結(jié)構(gòu)發(fā)育的影響也不同：控釋氮肥A可以更好地促進(jìn)小麥冬前分蘗而提高分蘗成穗率，控釋氮肥B可以促進(jìn)小麥春季分蘗而增加分蘗成穗率，控釋氮肥C對(duì)小麥春季最大分蘗和單株分蘗數(shù)影響較大，控釋氮肥D、E可以顯著提高春季最大分蘗數(shù)和單株分蘗能力，但是分蘗成穗率偏低。這可能與控釋氮肥類型有關(guān)，不同的包膜控釋材料氮素的釋放不同，而合理的氮素供應(yīng)可以調(diào)節(jié)小麥個(gè)體的分蘗特性，增加有效分蘗數(shù)與單株有效莖數(shù)［27］，增加最終成穗數(shù)［28］，促進(jìn)花后干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)積累，促進(jìn)籽粒灌漿，這是高產(chǎn)足庫(kù)的基礎(chǔ)。從花后干物質(zhì)積累看，本試驗(yàn)中，除C處理外其他控釋氮肥處理比優(yōu)化施肥處理均可顯著提高花后同化物輸入籽粒量，最終提高籽粒產(chǎn)量，尤其是控釋氮肥B花后同化物輸入籽粒量比普通尿素提高13．3%，千粒重最高，這也是控釋氮肥B處理產(chǎn)量明顯增加的主要原因。控釋氮肥在田間的氮素釋放性能與小麥生育期內(nèi)對(duì)氮素的需求相互匹配，是小麥獲得高產(chǎn)群體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，也是提高小麥氮肥效率和產(chǎn)量的關(guān)鍵，更是在不同土壤類型下進(jìn)行控釋氮肥產(chǎn)品篩選的關(guān)鍵依據(jù)。

4 結(jié)論

控釋氮肥適宜用量可改善小麥群體結(jié)構(gòu)，增加有效分蘗數(shù)，提高成穗率，確保公頃穗數(shù)，同時(shí)提高小麥花后同化物向籽粒的輸入，最終增加籽粒產(chǎn)量；同時(shí)提高氮肥表觀利用率，降低土壤氮素依存率。本試驗(yàn)條件下，各控釋氮肥處理均實(shí)現(xiàn)了小麥穩(wěn)產(chǎn)或增產(chǎn)的目標(biāo)，氮肥表觀利用率提高31．9%～89．0%，其中控釋氮肥B效果較好，是比較適合本地區(qū)冬小麥一次性施用的控釋氮肥類型。