隴中黃土高原春小麥品種和優化施肥

劉興宇,袁建鈺,李 廣 ,張 娟,徐萬恒,張霞霞

(1.甘肅農業大學信息科學技術學院,蘭州 730070;2.甘肅農業大學林學院,蘭州 730070;3.甘肅農業大學農學院,蘭州 730070)

0 引 言

【研究意義】春小麥是隴中黃土高原地區主要的糧食作物之一[1]。但隴中黃土高原地區較貧瘠的黃綿土養分承載能力弱,養分固持效率低,加之降雨的時節分布與小麥關鍵需水期經常錯位,使旱地春小麥在基肥種植的情況下,極易發生無機氮淋失、生育期氮素供需不平衡的現象,導致春小麥生產潛力不能穩定且有效地發揮[2]。研究合理有效的施肥方式及選用高產高效的小麥品種,對提高農田土壤養分和小麥產量以及區域農田的高產穩產具有重要意義。 【前人研究進展】南學軍等[3]認為氮肥有機肥配施可顯著提高小麥產量,增加營養器官碳、氮、磷含量。陳磊等[4]通過20年長期定位實驗研究表明,有機肥化肥配施較單施有機肥、單施化肥能顯著提高生物量和產量;董召娣等[5]認為不同小麥品種間肥料利用率存在差異;田中偉等[6]研究表明,高產高效品種具有較高根系生物量,較高的氮、磷吸收能力,有利于小麥灌漿,進而提高粒重,協調產量三要素,提高產量和養分效率。【本研究切入點】針對于隴中黃土高原地區,不同施肥和品種對旱作春小麥的共同作用規律以及高產高效優化組合的研究鮮有報道。在春小麥需肥與土壤供肥關系難以協調的隴中黃土高原,研究施肥與品種對春小麥養分含量和產量、的影響,篩選施肥與品種的高產高效組合。【擬解決的關鍵問題】研究隴中黃土高原地區不同施肥處理對春小麥(甘春32號和甘春27號)干物質量及根、莖、葉化學計量特征和產量的影響,分析半干旱區氮肥有機肥配施對不同品種春小麥保產增產的可行性,篩選施肥與品種的高產高效組合,為該地區春小麥高產穩產提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗地位于甘肅省定西市安定區安家坡村旱農綜合實驗站,該地區屬于典型黃土高原丘陵溝壑區,土壤為黃綿土,土質綿軟,養分承載能力弱,抗侵蝕能力弱。土壤容重1.26 g/cm3,土壤全氮0.96 g/kg、有機質含量12.01 g/kg,平均海拔2 000 m,無霜期占約全年1/3,年均降水量為385 mm,年均蒸發量1 537 mm,年日照時數2 476.6 h,年平均氣溫6.4℃,≥10℃的積溫2 239.1℃,為典型的半干旱雨養農業區[7]。

選則2個有較高推廣面積的供試品種甘春27號、甘春32號。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

于2020年3月28日播種,7月30日收獲。在研究確定的干旱脅迫下春小麥增產最優補償補灌的基礎上[8],布設3種施肥方式:單施氮肥(N)、單施有機肥(M)、氮肥有機肥配施(NM),共計6個處理,各處理設置3個重復,共計18個小區,小區面積為24 m2(長6 m,寬4 m),各小區間設0.5 m寬隔離帶,采用隨機區組排列,播種量187.5 kg/hm2,免耕播種機播種,播深均為7 cm,行列距0.25 m。供試化肥為尿素(含N 46.2%)和過磷酸鈣(16% P2O5),有機肥為農家肥(主要為豬糞,養分含量為N 0.56%、P2O50.40%、K2O 0.46%)。各處理施肥量以當地農戶種植春小麥常規施肥(純N 105 kg/hm2)用量為基準,根據含氮量折算尿素和有機肥的施用量,尿素施用量228 kg/hm2,有機肥估算施用量21 000 kg/hm2。各施肥處理統一施加60 kg/hm2過磷酸鈣作為基肥在播種時一次性施入,其他田間管理措施與當地一致。表1

表1 樣地情況

1.2.2 指標測定

在春小麥成熟期取樣,每塊樣地隨機選取具有代表性的小麥植株15株,在105℃下殺青30 min,放置烘箱內80℃烘至恒重,分別測量各植株的根、莖、葉和穗干重,粉碎后過1 mm篩,測定有機碳(OC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量。各小區單打單收,人工脫粒,籽粒曬干后統計產量。

植株全氮含量采用濃H2SO4-H2O2消煮,凱氏定氮法測定[9]。全磷含量采用濃H2SO4-H2O2溶液消解,釩鉬黃比色法測定[10]。有機碳含量采用H2SO4- KCr2O7氧化外加熱法測定。

1.3 數據處理

利用Microsoft excel 2010進行實驗數據的初步整理,使用SPSS 24.0軟件進行顯著性和相關性分析,用平均值±標準誤表示測定結果,采用origin2018軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥與品種下春小麥干物質量

研究表明,甘春27號春小麥根和葉干重在M處理下最小,且與其它處理間存在顯著差異(P<0.05),而甘春32號春小麥根和葉干重在不同施肥處理下差異不顯著(P>0.05);春小麥莖和穗干重均在甘春27號M處理下最小,甘春32號 NM處理下最大,且與其它處理間存在顯著差異(P<0.05);同一施肥處理下甘春27號春小麥根、莖、葉、穗干重均小于甘春32號。表2

表2 不同施肥處理下春小麥干物質量和收獲指數變化

2.2 不同施肥及品種下春小麥根、莖、葉、穗化學計量特征

研究表明,根系TN、N∶P在甘春32號NM處理下達到最大值,且顯著高于其它處理(P<0.05),C∶N在甘春32號NM處理下最小,且與其它各處理間存在顯著差異(P<0.05)。OC、TP、C∶P在不同處理下差異均不顯著(P>0.05)。

莖稈TN在甘春32號NM處理下最大,在甘春27號M處理下最小,且與其它各處理間存在顯著差異(P<0.05)。C∶N在甘春32號NM處理下最小,N∶P在甘春32號NM處理下最大,且與其它各處理間存在顯著差異(P<0.05)。OC、TP、C∶P在不同處理下差異均不顯著(P>0.05)。

葉片TN含量在甘春32號NM處理下最大,在甘春27號M處理下最小,且甘春32號品種葉片TN含量在同施肥處理下顯著大于甘春27號品種(P<0.05)。C∶N、N∶P均與莖稈呈現出相同的變化趨勢。OC、TP、C∶P在各處理下差異均不顯著(P>0.05)。圖1

注：不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著

2.3 不同施肥及品種下春小麥產量及產量構成因素

研究表明,同一施肥處理下甘春32號品種春小麥穗粒數均高于甘春27號品種,在甘春32號NM處理下達到最大值,且與其它各處理間存在顯著差異(P<0.05);春小麥穗數也表現出相同的變化規律,在甘春32號NM處理下最大,且顯著高于其它處理(P<0.05);春小麥千粒重在甘春27號N處理下最大,在甘春27號M處理下最小;春小麥產量均在NM處理下達到最大值,且呈現出同一施肥處理下甘春32號品種顯著大于甘春27號品種的結果(P<0.05)。表3

表3 不同施肥處理下春小麥產量構成因素和產量變化

3 討 論

3.1 不同施肥及品種對旱地春小麥營養器官養分含量的影響

施肥通過外源物質的添加直接干預農田生態系統中作物元素的運移循環過程,引起各器官養分含量的變化[11]。研究表明,NM處理較N、M處理顯著提高了根、莖、葉中的TN含量。這是因為春小麥各營養器官中TN的積累容易受到土壤中氮素含量和地下微生物的影響,土壤中氮素主要來自于施肥等外源物的添加及枯落物的分解,NM處理增加了土壤中氮素含量的同時促進了微生物對枯落物的分解,影響了土壤氮素的輸入速度和數量[12-13]。NM提供的氮素不僅能夠滿足春小麥前期生長,且固持的氮素在春小麥生長中后期發生釋放,促進土壤供給養分與春小麥需要養分的時機相一致[14]。研究中,不同施肥處理下兩種春小麥營養器官中OC含量無明顯變化,主要原因為碳是組成植物體的結構性物質,受環境影響較小[15]。不同施肥處理對兩種春小麥營養器官中TP含量無顯著影響,與王天一等[16]的研究結果相似。春小麥營養器官養分含量不僅與施肥有關,還受到品種的制約[17]。試驗結果表明,甘春32號NM處理下根、莖、葉中TN含量最高,且同一施肥處理下甘春32號春小麥的莖和葉中TN含量均顯著高于甘春27號。這可能是因為NM處理下土壤具有良好的通氣環境,能促進根系的呼吸作用,從而影響到養分的吸收。但良好的通氣環境會加快土壤水分的流失,對抗旱能力弱的甘春27號春小麥造成一定的不利影響。此外隨著品種的改良,甘春32號較甘春27號具有更高的干物質量,更加健碩的根系,更大的養分吸收面積。甘春32號春小麥TN含量高于甘春27號。研究表明,葉片N∶P> 16反映植物生長受P限制,14

3.2 不同施肥與品種對春小麥干物質量的影響

通過光合作用積累干物質,較高的物質積累量是保證作物高產的前提[21]。研究結果表明,NM處理顯著提升了春小麥干物質量。因為NM處理顯著促進土壤腐殖質的更新和活化,更有利于腐殖質的積累,不僅可提高土壤有機碳含量、改善腐殖質品質[22],且提升了土壤供肥強度,保障春小麥正常生長的同時有效解決了春小麥在生長發育中后期肥料不足的問題,增加了植株葉綠素含量,增強了葉片光合作用,有效提升了春小麥物質積累量[23-24]。另一方面化學氮肥養分單一,有機肥肥效緩慢,兩者配合施用既能優勢互補,發揮用地與養地的雙重作用,又能提高土壤活性、保持地力更新,使土壤中養分積累量增加,從而使得小麥根系更易從土壤中吸收養分,提高養分的供給率[25]。品種改良提高了春小麥物質生產能力、生產效率和不同生育階段的物質積累量,平衡了花前和花后干物質對籽粒的貢獻[26],也改變了春小麥對肥料的動態需求特征。研究中,同施肥處理下甘春32號干物質量均大于甘春27號,且甘春32號在各處理下干物質含量比甘春27號更為穩定。造成這一差異的主要原因是不同施肥處理下養分供應與春小麥本身需肥之間存在矛盾,各施肥處理下甘春32號根系干重相對穩定且均明顯高于甘春27號,健碩的根系使甘春32號對土壤肥力的變化具有較強的適應性,能高效利用有限資源,充分發揮品種潛力。甘春27號抗逆性較低,使得有機肥肥效釋放緩慢且容易發生病蟲害的負面影響被放大,造成甘春27號根系生長受限,甘春27號營養器官干物質量均較低。

3.3 不同施肥及品種對春小麥產量和產量構成要素的影響

穗粒數、穗數和千粒重是組成小麥產量的基本要素[27]。研究中,NM處理顯著提升了穗數、穗粒數、千粒重和產量。因為NM處理為麥田提供了充足的碳源和氮源,促進了土壤微生物的活動和生長繁殖,加快了土壤有機質的分解速率,增強了春小麥根系活性,從而在保障春小麥生長的同時提高抗病、抗逆性能,為春小麥高產奠定了基礎[28]。而M處理肥效釋放緩慢,難以有效契合春小麥生長過程中對養分吸收的需求,且增加了反硝化過程中氣態氮的損失,降低了土壤中的養分含量,對春小麥增產造成了一定的影響[29]。N處理較M處理雖能增加春小麥的產量,但易造成土壤板結,降低微生物活力,導致其對產量構成要素的促進作用低于氮肥有機肥配施[30]。研究中,甘春32號NM處理下產量最高,且同一施肥處理下甘春32號產量顯著高于甘春27號,這是因為甘春32號春小麥發達的根系,有利于養分獲取,NM處理養分穩定且長效,二者的結合充分提高了養分的利用為春小麥的高產奠定了基礎。春小麥穗數遺傳力低,受環境因素影響較大。試驗區降雨少,甘春27號抗旱能力弱不利于春小麥分蘗成穗,因此在同一施肥處理下甘春27號穗數低于甘春32號。穗粒數主要受限于春小麥品種本身的遺傳特性,其對春小麥增產的影響較小[31]。研究還發現,M處理下兩種春小麥產量差距最大,NM處理下最小。由于M處理嚴重限制了甘春27號品種春小麥根系的生長,導致其干物質量顯著低于甘春32號,進而影響到春小麥產量。而NM處理緩解了有機肥對甘春27號根系生長限制,且長效的肥力保障了甘春27號籽粒的飽滿,顯著提高了千粒重,縮小了品種間產量的差距。

4 結 論

4.1NM處理較N、M處理可以顯著提高春小麥干物質量、全氮含量和產量。

4.2同一施肥處理下甘春32號干物質量,莖、葉中TN含量,穗粒數,單位面積有效穗數和產量均高于甘春27號。

4.3不同施肥與品種組合處理下春小麥TN含量和產量均存在顯著差異,其中,甘春32號NM處理下春小麥干物質量、TN含量和產量最高。NM處理可以縮小不同品種春小麥產量差距。

4.4在隴中黃土高原地區,氮肥有機肥配施處理下選種高產高效組合為甘春32號春小麥。