免耕覆盖下不同氮磷钾配比对旱地小麦产量效益和养分利用的影响

陈检锋，陈 华，付利波，王志远，洪丽芳，苏 帆，尹 梅

（云南省农业科学院农业环境资源研究所，昆明650205）

0 引言

云贵高原属于低纬度高原，地形地貌复杂，气候区域差异显著，年温差较小，日温差大，大部分地区的降雨量在800～1300 mm之间，一般5—10月为雨季，降水量占全年85%左右，11月到次年4月为旱季，降水量占全年15%[1]。因为干湿季节分明，所以雨季水土流失严重，旱季墒情较差，直接影响作物生长发育。小麦是云南省的四大粮食作物之一，2015 年，种植面积达到43.3 万hm2[2]，小麦在云南属于典型的小春作物，于头年10月播种，次年4月收获，其生长期是云南降水量全年最少的时期，旱地小麦全生育期的水分全部来源于种植土壤中储藏的水分和自然降水，但太少的降水难于满足小麦的需求，水分一直是制约和影响旱地小麦产量和品质的重要因素之一[3]。

免耕覆盖是一种抗旱保墒的栽培模式，是保护性耕作的主要方式。保护性耕作免耕覆盖研究始于上世纪30 年代，在众多国家相继进行了研究与推广[4]，其中，到2009 年底，美国的保护性耕作面积约占总耕地面积的68.3%[5]，拉丁美洲的免耕面积占保护性耕作面积的95%[6]，亚洲国家也对旱作农业进行了保护性耕作的研究和应用[7]，中国从20世纪70年代开始了免耕覆盖的研究[8]。各研究表明，免耕覆盖可以调节土壤的温度和湿度[9]，改变土壤酶活性和微生物群落[10-12]，提高土壤养分和有机质含量[13-15]，改善土壤结构[9,16]，减少水土流失[17-18]，对作物的生理特性[19-20]和产量[21-23]也会产生影响，是增强旱地农业可持续发展的重要手段。

合理施用氮、磷和钾肥是作物优质高产的基础，可以提高肥料利用率，减少环境污染[24-25]。通过汇总中国多年多点的小麦氮磷钾试验结果研究表明，每生产1 t小麦的籽粒对氮素、磷素和钾素的需求量分别是15.1～50.5 kg（平均值为25.8 kg）、2.6～6.8 kg（平均值为3.7 kg）和 11.5～57.5 kg（平均值为 23.3 kg）[26]，可见不同的区域、不同小麦品种和不同的管理水平下小麦对氮磷钾的需求量差异是非常大的。前人对小麦氮磷钾养分的研究多集中于一般耕作条件下[27-29]，而对于免耕覆盖条件下旱地小麦的氮磷钾配施效应研究较少，特别是针对云贵高原旱地小麦免耕覆盖下的氮磷钾配施效应研究鲜见。为此，针对云贵高原旱地小麦长期生长在持续干旱的地区，开展了比较相同养分管理下传统耕作和免耕覆盖对小麦生长、土壤温度水分、小麦产量、效益和对NPK养分利用影响的研究，研究免耕覆盖模式下不同氮磷钾配比对小麦产量效益和养分利用的影响，为免耕覆盖小麦的优化养分管理和资源高效利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

研究地位于云南省文山州砚山县，海拔1526 m，是云南省典型山原红壤坡耕地。气候属北亚热带气候类型，年均温15～16℃。前茬作物为玉米，产量为7875 kg/hm2。试验地土壤养分状况为pH 5.6，有机质为28.4 g/kg，碱解氮111.0 mg/kg，有效磷22.5 mg/kg，速效钾为170.0 mg/kg。

供试小麦品种为‘云麦47’。

1.2 试验设计

试验共设12个处理，见表1。

供试的氮肥为尿素，含氮量46%，磷肥为12%P2O5的过磷酸钙，钾肥为50%K2O 的硫酸钾。小区面积18 m2，3次重复，随机区组排列。

施肥方法：20%氮肥和全部磷钾肥作为底肥施用，80%氮肥分2次视天气状况在苗期和孕穗期作追肥施用。

小麦播种量为180 kg/hm2。

除了N2P2K2(CK)处理是按照当地农户传统深耕不覆盖耕作方式外，其他每个处理都采用免耕的耕作方式并用上季玉米秸秆覆盖，2016年10月19日播种，2017 年4 月15 日成熟收获。试验各处理除耕作方式和养分用量不同外，其他的管理措施一样，完全靠自然降水，无人工灌溉。

1.3 数据收集和测定方法

试验前采集基础土样1个，重1 kg左右，带回室内风干后分析，分析指标主要为碱解N，有效P，速效K，pH值和有机质。其中有机质分析采用铬酸钾容量法，pH 值采用玻璃电位法，土壤碱解N 用碱解扩散法，有效P 用0.5mol/L NaHCO3浸提·钼锑抗比色法，速效K用乙酸铵溶液浸提·火焰光度计法测定[30-31]。

试验结束时每个小区小麦单独测产。

肥料农学效率和偏生产力[32]的计算见公式(1)、(2)。

表1 试验设计

其中，Y为施肥后所获得的作物产量；Y0为不施肥条件下作物的产量；F代表化肥的投入量。它是指单位施氮量所增加的作物籽粒产量。

其中，Y为施肥后所获得的作物产量；F代表化肥的投入量。它是指单位投入的肥料氮所能生产的作物籽粒产量。

P肥和K肥的农学效率与偏生产力计算方法同上。

数据统计采用SPSS和DPS法。

2 结果与分析

2.1 深耕不覆盖与免耕覆盖处理在不同生育期的小麦株高和土壤温度与含水量

表2显示了深耕不覆盖与免耕覆盖方式下小麦不同生育期株高和种植土壤的温度与含水量的数值。从表2可知，2种种植模式下小麦的株高和种植土壤的水分、地温的数值相差较大。不同的生育期，免耕覆盖种植处理的小麦株高比传统种植深耕不覆盖的小麦株高高2.8～13.9cm(13.15%～24.56%)；在苗期差异最小，随着小麦的生长，株高差异渐大。在深耕不覆盖种植的土壤中，10 cm和20 cm深度的土壤水分含量差异大于免耕覆盖种植土壤，深耕不覆盖处理2 个深度土壤水分含量差异为5.1%～9.7%，而免耕覆盖处理2 个深度土壤水分含量差异为2.5%～6.3%。免耕覆盖种植小麦种植地的土壤水分和地温几乎高于深耕不覆盖。免耕覆盖种植小麦种植地的土壤水分在10 cm 和20 cm 深度分别比深耕不覆盖处理的高出4.2%～8.2%和2.5%～4.8%，免耕覆盖种植小麦种植地的土壤温度在10 cm深度比深耕不覆盖处理的高出0.3℃～1.6℃。从以上结果可知，相同的施肥处理下，免耕覆盖种植的小麦长势明显优于传统种植深耕不覆盖，免耕覆盖种植土壤的土壤含水量和土壤温度均高于深耕不覆盖，免耕覆盖种植对土壤的保水性和保温性有影响。

2.2 不同处理对旱地小麦产量和经济效益的影响

表3分析了不同处理小麦的产量与经济效益。由表3 可知，深耕不覆盖N2P2K2(CK)处理和免耕覆盖N2P2K2 处理的养分用量一样，由于两者的耕作栽培方式不一样，它们产量和净收益的差异显著。免耕覆盖N2P2K2处理的小麦产量和净收益分别比深耕不覆盖N2P2K2(CK)处理高366.9 kg/hm2（高13.14%）和503.05元/hm2（高12.80%）。说明在该试验地免耕覆盖的耕作方式可以显著提高小麦的产量和经济效益。

在免耕覆盖的模式下，不同的小麦养分管理对小麦的产量和经济效益也有较大的影响。各处理小麦产量从高到低为 N3P2K2 ＞ N2P2K3 ＞ N2P3K2 ＞N2P2K2 ＞ N2P1K2 ＞ N2P2K1 ＞ N2P2K2(CK) ＞N2P2K0 ＞ N1P2K2 ＞ N2P0K2 ＞ N0P2K2 ＞ N0P0K0，经济效益从高到低为N3P2K2 ＞ N2P1K2 ＞ N2P2K2 ＞N2P2K3 ＞ N2P3K2 ＞ N2P2K1 ＞ N2P2K0 ＞ N2P0K2 ＞N2P2K2(CK) ＞ N0P0K0 ＞ N0P2K2。 无 肥 处 理（N0P0K0）的产量和经济效益是所有处理中最差的，N0P2K2处理的产量和经济效益也较差。较高养分处理的N3P2K2小麦产量最高，经济效益也最高；其次为N2P1K2 处理、N2P2K2 处理和 N2P2K3 处理的小麦产量和经济效益也较高，三者的经济效益均比CK 高出12%以上。

2.3 不同处理的小麦养分利用

表4分析了不同处理小麦的肥料农学效率和肥料偏生产力，肥料农学效率和肥料偏生产力是国际上常用来表述农田肥料利用效率的参数[32]。施肥的量、作物种类和管理都会影响肥料农学效率[33]。试验中，免耕覆盖处理的小麦NPK 肥料农学效率均随着施肥量增加而降低，N 肥农学效率为7.20～8.80 kg/kg，P 肥农学效率为 5.73～13.20 kg/kg，K 肥农学效率为 5.93～6.85 kg/kg。化肥偏生产力综合体现土壤基础养分和肥料农学效率，增加基础土壤的肥力和提高肥料农学效率都可提高化肥偏生产力[33]。免耕覆盖N2P2K2处理的NPK肥料偏生产力均高于深耕不覆盖的N2P2K2(CK)处理，深耕不覆盖的小麦对NPK肥料的利用均低于免耕覆盖处理。在各个免耕覆盖小麦的处理中，同农学效率一样，N、P和K肥偏生产力均随着用肥量增加而降低，N1P2K2处理N肥偏生产力最高，为34.02 kg/kg，N2P1K2 处理的P 肥偏生产力最高为80.64 kg/kg，N2P2K1处理的K肥偏生产力最高为76.64 kg/kg。

3 结论与讨论

免耕栽培通过轻简化的农艺流程，避免了土壤的翻动，降低田间作业劳动强度，减少机械耕作能源消耗和费用，降低生产成本[34]。免耕覆盖栽培调节土壤的温度和湿度，有利于充分利用光温水等自然资源，改善土壤，减少水土流失，有利于作物生长发育和农业环境可持续发展[35]。

前人的研究表明，少免耕覆盖栽培可提高小麦的产量、经济和生态效益[35-36]，该试验中，在小麦的不同生育期，免耕覆盖种植土壤的土壤含水量和土壤温度均高于深耕不覆盖，这与前人的研究结果相似[37-38]。免耕覆盖种植N2P2K2处理的小麦长势明显优于传统种植深耕不覆盖种植N2P2K2(CK)处理；免耕覆盖N2P2K2处理的小麦产量和净收益分别比深耕不覆盖N2P2K2(CK)处理高 366.9 kg/hm2(13.14%)和 503.05 元/hm2(12.80%)；免耕覆盖 N2P2K2 处理的 NPK 肥料的利用均高于深耕不覆盖的N2P2K2(CK)处理。这些研究结果与有些研究类同[39]，与有些研究相悖[40]，这应与免耕覆盖作物的产量形成和养分利用因地点不同、土壤养分状况、土壤质地或同一地点的不同年份降水量不同而异。

表3 不同处理旱地小麦产量和经济效益

表4 不同处理的小麦养分利用 kg/kg

氮磷钾是植物生长中必需的营养物质，氮磷钾肥对小麦的生长和发育有重要作用，合理施用氮磷钾可节本增效[41-42]。在本试验中，免耕覆盖的栽培条件下，较高养分处理的N3P2K2 小麦产量和经济效益最高；N2P1K2 处理、N2P2K2 处理和 N2P2K3 处理的小麦产量和经济效益也较高，三者的经济效益均比深耕不覆盖的N2P2K2 处理高出12%以上。有研究表明[39]，在旱地小麦生产中为保证籽粒产量和营养品质，需增加秸秆覆盖处理的氮肥用量，该试验也证明增加氮肥用量可保证或增加籽粒产量，对籽粒营养品质的影响有待进一步研究。同时，长期的免耕覆盖对土壤的养分状况和质地会有所改变，而相应的氮磷钾施用策略也应随之变化，这也需要长期的定位试验来进行研究。

在云贵高原旱区，小麦的生长深受水分条件的影响，其生物产量和经济产量均不高，小麦的肥料农学效率和肥料偏生产力数值均较低，小麦的N、P和K肥农学效率和偏生产力均随着用肥量增加而降低的趋势。该试验中，免耕覆盖种植明显促进了小麦长势、增加了产量经济效益和提高肥料效益，不同的生育期免耕覆盖处理小麦株高比传统种植高2.8～13.9 cm(13.15%～24.56%)，免耕覆盖小麦种植地土壤水分在10 cm 和20 cm 深度分别比传统种植高出4.2%～8.2%和2.5%～4.8%，温度在10 cm 深度比传统种植高0.3℃～1.6℃。免耕覆盖N2P2K2处理产量和净收益分别比传统种植N2P2K2(CK)处理高366.9 kg/hm2(13.14%)和503.05元/hm2(12.80%)。在各个免耕覆盖处理中，不同氮磷钾的配比也影响小麦的生长，综合产量、收益和肥料利用效率，该地免耕覆盖下的N3P2K2处理为最佳处理，即在该地试验条件下，免耕覆盖小麦种植的最佳氮磷钾经济施肥量分别为：纯N 225.00 kg/hm2、P2O575.00 kg/hm2和 K2O 75.00 kg/hm2。