內蒙古東部旱作區春小麥養分需求特征

賈立國 ，郭祥金 ，孟憲文 ，張建民 ，唐廣彬 ，于宏心 ，田貴云 ，駱瓔珞 ，樊明壽

（1.內蒙古農業大學 農學院，內蒙古 呼和浩特 010019；2.呼倫貝爾農墾謝爾塔拉農牧場有限公司，內蒙古 呼倫貝爾 021012）

內蒙古呼倫貝爾市是我國重要的春小麥產區，常年種植面積超過26 萬hm2，在保障國家糧食安全方面具有重要的戰略作用。當地土壤肥沃、有機質含量高，是我國彌足珍貴的“黑土地”耕作區[1-2]。相對于內蒙古中西部農業產區降雨量相對充沛，當地的春小麥生產主要以旱作為主。該區氣候冷涼，病蟲害發生較輕，是我國重要的春小麥綠色生產基地。由于歷史原因，當地春小麥生產主要通過農牧場集中管理，配備有專門的技術人員，產區地勢平坦，規?；?、機械化水平高。但是，對于當地特定氣候土壤條件下春小麥的養分需求規律缺少科學研究。最近關于呼倫貝爾春小麥的研究還要追蹤到21 世紀初，劉克禮等[3]研究了不同氮、磷、鉀養分供應條件下干物質積累規律。在此之后近20 a 的時間，再未見該產區關于春小麥營養規律及養分管理的系統研究。黃倩楠等[4]通過農戶調研分析發現，北方春小麥每100 kg 籽粒氮、磷、鉀的需求量分別為2.7～3.0、0.37～0.56、2.4～2.8 kg，但是沒有對呼倫貝爾地區春小麥的養分需求進行具體分析。

近20 a 來，呼倫貝爾地區的土壤養分發生了巨大變化，表現為有機質、全氮、速效鉀含量減少，有效磷含量增加[5]。許多新的品種在產區進行了推廣應用，如龍麥系列、太空格萊尼等[6-8]。當前生產條件下春小麥的養分需求特征如何，生產中的習慣施肥量是否適宜、是否還有減施的空間缺乏科學的研究，也沒有最新的資料可供參考。為響應“十三五”國家化肥農藥減施戰略，本研究通過田間定位試驗，探索該區域春小麥養分需求特征，明確肥料減施潛力，以期為區域春小麥綠色生產提供技術支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019—2020 年在內蒙古呼倫貝爾市謝爾塔拉農牧場（49°17′N，119°54′E）進行，該試驗區屬典型中溫帶半干旱大陸性草原氣候，年平均氣溫為-1～-2 ℃，年平均降水量為350～370 mm，年日照時數平均為2 800 h，無霜期平均為130 d。試驗地土壤類型為暗栗鈣土，2019 年播前土壤pH 值為7.2，有機質含量為36.0 g/kg，全氮含量為2.3 g/kg，速效磷含量為25.2 mg/kg，速效鉀含量為178.6 mg/kg。2019、2020 年小麥生育期（5—8 月）降水量分別為257、297 mm。

1.2 試驗材料

供試小麥品種為當地主推的龍麥35（黑龍江省農業科學院選育）。

1.3 試驗設計

試驗設置農戶模式（FP）和減肥模式（RF）2 個處理，每個處理3 次重復，共6 個小區，小區面積為180 m2（60 m×3 m）,行距0.15 m，20 行區，試驗采用完全隨機區組排列。2020 年在2019 年的基礎上進行定位試驗。小麥播種量300 kg/hm2，播前采用10%吡蟲啉375 g/hm2+黑穗停450 g/hm2+禾稼歡樂225 g/hm2拌種。氮肥為尿素（N 46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O514%），鉀肥為硫酸鉀（K2O≥50%），均以基肥一次性施入。農戶模式氮肥用量為N 90 kg/hm2,減肥模式為N 75 kg/hm2（減氮20%）,磷肥（P2O560 kg/hm2）和鉀肥（K2O 39 kg/hm2）各處理間一致。

2019 年試驗地前茬作物為小麥，于5 月12 日播種，8 月14 日收獲；2020 年 于5 月1 日播種，8 月11 日收獲。采用小型播種機進行播種。于2019 年5 月21日、6月17日，2020年5月18日、6月19日各灌水40 mm，灌溉方式為噴灌。病蟲草害防治等按照常規大田管理執行，各田間管理等措施在處理間保持一致。

1.4 測定項目及方法

分別于小麥苗期、拔節期、抽穗期、開花期、灌漿期和成熟期對植株進行取樣，各個時期取50 cm小麥樣段，重復3 次，分葉片、莖鞘、穗（穎殼）和籽粒稱量各器官鮮質量，然后放入烘箱105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質量稱干質量。

2019 年全生育期對小麥植株養分含量進行分析測定，植株各器官干樣粉碎后過0.5 mm 篩，采用H2SO4-H2O2消煮后測定氮、磷、鉀含量，氮素含量采用凱氏定氮儀測定，磷素含量采用鉬銻抗比色法測定，全鉀含量通過火焰分光度計測定。

收獲時每小區選取2個代表性樣點，每個樣點面積3.14 m2，對小麥穗數、穗粒數、籽粒產量等進行考種，并測定含水率，脫粒風干后換算含水率為13%的小麥籽粒產量，3 個小區的平均產量為各處理的小麥產量。

1.5 數據分析

用SPSS 19.0 統計軟件對各處理間差異采用最小顯著極差法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥模式對春小麥產量及其構成因子的影響

2019 年的研究結果顯示，與農戶模式相比，化學氮肥減量20%的條件下（減肥模式）春小麥的產量并沒有顯著降低，進一步分析穗數、穗粒數和千粒質量等產量構成因子發現，減肥模式和農戶模式之間均沒有顯著差異；2020 年減肥模式的穗粒數顯著低于農戶模式（P＜0.05），產量及其構成因子在處理間均沒有顯著差異（表1）。

表1 不同施肥模式下春小麥產量及其構成因子Tab.1 Yield and its components of spring wheat under different fertilization modes

2.2 不同施肥模式對春小麥干物質積累的影響

地上部干物質積累量隨著生育時期的推進呈逐漸增加的趨勢，2 a 定位試驗結果呈現出一致的規律。2019 年農戶模式在抽穗期和揚花期略高于減肥模式，而2020 年在這2 個時期略低于減肥模式，到灌漿期又基本上趨于一致（圖1）。

圖1 不同施肥模式下春小麥生育期地上部干物質積累Fig.1 Dry matter accumulation of aboveground part during spring wheat growth stage under different fertilization modes

2.3 不同施肥模式對春小麥養分含量的影響

2019 年，對全生育期不同處理間植株地上部各器官的氮、磷、鉀養分含量進行比較，結果表明，葉片、莖鞘和穎殼（穗）各器官中的氮、磷、鉀養分含量均隨著生育時期的推進呈現不斷下降的趨勢（表2—4）。

表2 不同施肥模式下春小麥各器官氮素含量Tab.2 Nitrogen concent in leaf，stem，and grain of spring wheat under different fertilization modes g/kg

從表2 可以看出，不同器官絕大多數情況下處理間養分含量都沒有顯著性差異，減肥模式下葉片氮素含量在拔節期和灌漿期顯著低于農戶模式（P＜0.05），莖鞘中的氮素含量在拔節期顯著低于農戶模式（P＜0.05）。

從表3 可以看出，葉片和莖鞘中的磷素含量在拔節期和灌漿期均顯著低于農戶模式（P＜0.05），其他時期與氮素含量的變化規律一致。

表3 不同施肥模式下春小麥各器官磷素含量Tab.3 Phosphorus concent in leaf，stem，and grain of spring wheat under different fertilization modes g/kg

從表4 可以看出，不同施肥模式下葉片和莖鞘中的鉀素含量苗期均表現為減肥模式顯著高于農戶模式（P＜0.05），而在灌漿期農戶模式均顯著高于減肥模式（P＜0.05），其他時期各器官處理間無顯著差異。

表4 不同施肥模式下春小麥各器官鉀素含量Tab.4 Potassium concent in leaf，stem，and grain of spring wheat under different fertilization modes g/kg

2.4 不同施肥模式對春小麥養分利用效率的影響

通過肥料偏生產力和生理利用效率2 個指標對不同施肥模式的養分效率進行評價，結果顯示（表5），減肥模式下氮肥偏生產力顯著高于農戶施肥模式（P＜0.05），磷肥偏生產力和鉀肥偏生產力在處理間沒有顯著差異。氮素生理效率、磷素生理效率和鉀素生理效率均表現為減肥模式顯著高于農戶模式（P＜0.05），2 a 間的規律一致。

表5 不同施肥模式下春小麥養分利用效率Tab.5 Nutrient use efficiency of spring wheat under different fertilization modes kg/kg

2.5 春小麥對氮、磷、鉀養分的需求量分析

綜合2019、2020 年2 個施肥處理的結果，確定了當地主栽品種龍麥35 生產100 kg 籽粒的需氮量為4.64 kg，需磷量為0.83 kg，需鉀量為1.43 kg（圖2）。

圖2 不同施肥模式下生產100 kg 春小麥籽粒的氮、磷、鉀需求量Fig.2 Nutrient requirement of nitrogen，phosphorus，and potassium producing 100 kg of spring wheat grain under different fertilization modes

3 結論與討論

內蒙古是我國主要的春小麥產區，播種面積約占全國春小麥的45%，其中呼倫貝爾旱作春小麥種植面積占內蒙古小麥總面積的60%，在國家糧食安全和地方農業經濟發展中占據舉足輕重的重要地位[9]。但是，關于該區域養分需求的特征和規律鮮有報道，也缺乏對施肥技術的研究。結合國家化肥減施戰略，在呼倫貝爾市旱作春小麥上進行了養分需求特征和減施技術的研究。2 a 的定位試驗結果表明，在氮肥減量20%的條件下，小麥的產量并沒有顯著下降，氮肥偏生產力和生理利用效率顯著提升，這與賈立國等[10]在內蒙古西部灌區取得的結果基本一致。本研究結果是在2 a 定位試驗的基礎上獲得，并且減肥模式沒有采取其他的技術手段，如采用先進的秸稈還田、有機替代、監控施肥等技術[4,11-13]，當地的春小麥還有化肥進一步減施的潛力。但是，農戶模式下作物氮素的帶走量高于化學氮肥的投入量，減肥條件下產量的維持可能主要依賴當地高肥力土壤較強的緩沖能力，從養分平衡的角度來看是不可持續的，因此，當地春小麥的減肥潛力還需長期定位試驗進一步明確。

隨著生育時期的推進，葉片、莖鞘和穎殼（穗）中的氮、磷、鉀含量均呈現下降的趨勢，這與前期的研究一致[14]。不同器官絕大多數情況下處理間養分含量都沒有顯著性差異，只有在拔節期和灌漿期個別器官表現為減肥模式低于農戶模式，導致收獲時減肥模式養分積累量相對較少，氮、磷、鉀養分的生理利用效率均顯著高于農戶模式。減肥模式把積累的養分高效地用于物質積累和產量形成，表現出較高的養分利用效率。

本研究確定了當地主栽品種龍麥35生產100 kg籽粒的需氮量為4.64 kg，需磷量為0.83 kg，需鉀量為1.43 kg。研究結果說明，當地春小麥氮肥短期內減量20%是可行的，但是長期效應和氮肥減量潛力還需要進一步研究。黃倩楠等[4]對我國各麥區農戶的小麥養分需求量進行了系統分析，結果表明，春麥區生產100 kg 籽粒的平均需氮量為2.86 kg，需磷量為0.45 kg，需鉀量為2.65 kg，氮磷需求量低于本研究結果，而需鉀量高于本研究結果。原因是小麥養分需求和產量水平、土壤養分供應能力和品種特性都有關系。研究指出，隨產量增加,小麥氮、磷、鉀養分需求量呈降低趨勢，冬小麥和春小麥的需求量也有很大差異[15-16]。本研究集中在呼倫貝爾旱作春小麥產區，獨特的氣候、土壤和主栽品種和其他春麥區均有巨大差異，導致與前期研究結果有所差異[17-20]。研究結果將為進一步確定呼倫貝爾春小麥合理的養分需求量，制定針對區域的春小麥養分管理技術提供理論依據。