湖北省小麦施氮的增产和养分吸收效应及氮肥利用率研究

邹 娟，李想成，张子豪，汤颢军，王 鹏，严双义，张宇庆，高春保

（1.湖北省农业科学院粮食作物研究所，武汉 430064；2.湖北省农业技术推广总站，武汉 430070；3.枣阳市农业技术推广中心，湖北 枣阳 441200；4.随州市曾都区农业技术推广中心，湖北 随州 441300）

小麦（Triticum aestivumL.）是湖北省仅次于水稻的第二大作物，在全省粮食生产中具有举足轻重的地位。近年来，湖北省小麦生产稳步发展，播种面积和总产均上升至全国第8 位，是全省粮食连续增产的主要增长点，对全省粮食增产的贡献率超过60%，但湖北省小麦单产与同生态区的江苏、安徽等地有较大差距［1］。单产水平的提高离不开小麦品种的改良及配套栽培技术的应用，其中氮肥的管理是栽培技术的关键环节之一［2，3］。小麦对氮肥的响应和氮肥利用率是评价氮肥施用是否合理的重要参数［4，5］。余宗波等［6］在湖北省进行的小麦肥效试验结果表明，当氮肥用量为180～240 kg∕hm2时，平均增产3 159 kg∕hm2，氮素偏生产力和农学效率分别为31.3、14.4 kg∕kg；党建友等［7］报道了秸秆还田下施氮模式对冬小麦产量和肥料利用率的影响，结果显示增加基施氮肥比例可促进冬小麦对养分的吸收及向子粒的转运，提高肥料当季利用率；王伟妮等［8］研究表明当前生产条件下，肥料对小麦产量的贡献率为48.6%；张福锁等［9，10］分别于2008年和2013年总结在全国小麦主产区大量田间试验指出，2008年和2013年中国小麦氮肥当季利用率分别为28.2% 和32.0%。鄂中丘陵和鄂北岗地麦区及江汉平原麦区作为湖北省小麦主产区，播种面积和总产均占全省70% 以上，两区域在种植方式、生态环境等方面存在较大差异。有关区域水平上湖北省小麦养分吸收特点及氮肥利用率现状的报道较为鲜见。本研究在湖北省小麦主产区布置多年多点氮肥田间试验，探讨不同麦区养分吸收特点和氮肥利用率，并从养分吸收利用等方面分析小麦施氮增产的原因，以期实现区域精准氮肥调控，提高湖北省小麦产量和氮肥利用率。

1 材料与方法

1.1 材料

2015—2016年、2016—2017年、2017—2018年连续3 个年度在湖北省小麦主产区的鄂中丘陵和鄂北岗地麦区（简称鄂中北麦区）及江汉平原麦区进行32 个氮肥田间试验，其中位于鄂中北麦区的襄阳市、随州市和荆门市共21 个试验点，位于江汉平原麦区的孝感市、黄冈市和荆州市共11 个试验点。

供试田块基础土壤理化性状见表1，供试小麦品种为当地主栽品种，包括襄麦25、襄麦55、鄂麦23、鄂麦596 和郑麦9023 等。试验前茬作物为水稻、玉米或棉花。

表1 湖北省不同小麦种植区域基础土壤养分状况

1.2 试验设计

试验设置3 个处理，①CK（不施肥）；②N0PK（不施氮）；③NPK（氮磷钾配合施用），3 次重复，小区面积20 m2。根据各地土壤养分差异、试验田可能获得的目标产量及农技人员的生产经验，NPK 处理整个生育期养分施用量分别为N 128～210 kg∕hm2、P2O536～75 kg∕hm2、K2O 30～90 kg∕hm2。

肥料施用量和施用比例为磷肥和钾肥全部作基肥在播种前施用，氮肥分2 次施用，基肥占70%，拔节肥占30%。供试肥料品种分别为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O512%）、氯化钾（含K2O 60%）。其他生产管理措施均采用当地常规管理方法。

1.3 分析方法

小麦成熟后，各小区随机取2 个1 m 长的样段混合后，沿根茎结合处剪掉根系，将地上部作为1 个分析样品，待风干后分成子粒和茎叶（含颖壳及穗轴），分别称重后，各取部分样，105 ℃杀青，65 ℃烘干至恒重，磨细过0.5 mm 筛，供分析测定用。子粒产量以各小区实收计量，茎叶产量由取样植株茎叶和子粒的比例计算得出。小麦地上部各部分用浓H2SO4-H2O2消化后，利用SEAL AA3 流动注射分析仪测定全氮、全磷含量，利用火焰光度计测定全钾含量。

基础土样用常规法测定，采用电位法（水土比2.5∶1）测定pH，重铬酸钾容量法测定有机质，浓硫酸消煮-半微量开氏法测定全氮，碱解扩散法测定碱解氮，0.5 mol∕L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定有效磷，1 mol∕L NH4Ac 浸提-火焰光度法测定速效钾［11］。

1.4 计算参数及方法

氮素利用率及相关指标计算方法如下［12-14］：

氮肥贡献率=（施氮区产量-不施氮区产量）∕施氮区产量×100%；

百千克子粒吸氮量（kg）=地上部总吸氮量∕子粒产量×100；

氮素内部利用效率（kg∕kg）=子粒产量∕地上部总吸氮量；

氮肥吸收利用率=（施氮区地上部总吸氮量-不施氮区地上部总吸氮量）∕施氮量×100%；

氮肥农学效率（kg∕kg）=（施氮区产量-不施氮区产量）∕施氮量；

氮肥偏生产力（kg∕kg）=施氮区产量∕施氮量；

氮肥生理利用率（kg∕kg）=（施氮区产量-不施氮区产量）∕（施氮区地上部总吸氮量-不施氮区地上部总吸氮量）；

同理计算磷、钾利用率。

试验数据用Microsoft Excel 2010 软件作图，采用DPS 数据处理软件进行统计分析，结果均用LSD法检验P<0.05 水平上的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 对小麦产量的影响

由表2 可知，施肥增加了小麦子粒及茎叶产量。与不施肥处理（CK）相比，NPK 处理鄂中北麦区和江汉平原麦区子粒增产量分别达2 537 kg∕hm2和2 227 kg∕hm2，全省平均增产2 430 kg∕hm2，平均增产率94.7%；与N0PK 处理相比，NPK 处理鄂中北麦区和江汉平原麦区子粒增产量分别为2 018 kg∕hm2和1 494 kg∕hm2，全省平均增产1 838 kg∕hm2，平均增产率为58.2%，鄂中北麦区增施氮肥小麦子粒增产效果较江汉平原麦区更明显。根据子粒产量结果进一步计算肥料贡献率，表明鄂中北及江汉平原麦区氮肥对子粒产量的贡献率分别为38.8% 和32.5%，全省氮肥平均贡献率为36.8%；两麦区化肥对小麦子粒产量的贡献率相近，全省平均贡献率为48.6%。除子粒产量外，NPK 处理茎叶生物量亦显著高于CK 和N0PK 处理。而各处理小麦收获指数之间的差异不明显，说明氮素对小麦子粒的增产作用主要表现为地上部生物产量的提高。

2.2 对小麦氮、磷、钾吸收的影响

由表3 可知，氮、磷、钾配合施用，小麦子粒和茎叶氮、钾含量呈上升趋势。从平均含量来看，NPK处理子粒氮、钾含量分别为2.10% 和0.46%，均显著高于CK 及N0PK 处理；茎叶氮、钾含量分别为0.61% 和1.31%，较CK 及N0PK 处理高，但与N0PK处理差异未达显著水平。NPK 处理子粒和茎叶磷含量分别为0.35% 和0.07%，各处理磷含量差异不明显。

表2 施肥对不同麦区小麦子粒和茎叶产量及收获指数的影响

表3 施氮对不同麦区小麦子粒和茎叶氮、磷、钾养分含量的影响

由表4 可知，磷、钾基础上增施氮肥显著提高各区域小麦地上部氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）吸收量，全省NPK 处理地上部N、P2O5、K2O 吸收量平均分别为144.43、51.06、126.18 kg∕hm2，较CK 和N0PK 处理分别增加120.54%、94.14%、123.72% 和72.97%、56.19%、83.13%。从不同区域来看，尽管江汉平原各处理子粒养分含量高于鄂中北区相应处理，但由于与鄂中北区小麦生物量上的差距，江汉平原区NPK 处理小麦氮、磷、钾吸收量仍低于鄂中北区。

单位子粒产量养分的需求量是施肥推荐时的重要参数［15］。本研究中，全省NPK 处理小麦百千克子粒平均N、P2O5和K2O 需求量分别为2.87、1.02 和2.51 kg，N 和K2O 需求量显著高于CK 及N0PK 处理。无论施肥与否，江汉平原麦区百千克子粒需氮、磷量均高于鄂中北区，说明江汉平原区生产等量的小麦需氮、磷量更高。从N、P2O5和K2O 需求比例来看，鄂中北麦区NPK 处理为1.00︰0.35︰0.91，江汉平原麦区为1.00︰0.35︰0.81，鄂中北麦区小麦需钾量相对较高，说明推荐施肥时需考虑不同区域间小麦养分需求的差异，因地制宜地指导小麦科学施肥。

2.3 养分吸收量与小麦产量的关系

用一元二次方程拟合地上部养分吸收量与产量的关系，结果（图1）表明，氮、磷、钾同时施用提高小麦养分吸收量和子粒产量，分别根据氮、磷和钾吸收量与产量的拟合方程计算，当N、P2O5和K2O 吸收量分别达261.3、99.5、229.6 kg∕hm2时，小麦最高产量分别为6 322、6 149、5 977 kg∕hm2。此后养分吸收量进一步增加，小麦产量则呈现平产甚至减产趋势，其中，钾吸收量增加，小麦减产趋势更明显，其原因可能是小麦对钾吸收的调节能力弱，钾吸收过量时，与Ca、Mg 等元素存在拮抗作用，造成Ca、Mg 元素缺乏，进而减产［16］。

分别计算不同处理养分内部利用效率（IE，In⁃ternal nutrient use efficiency），表明NPK 处理平均N、P2O5和K2O 养分内部利用效率分别是35.86、101.57、43.34 kg∕kg，较CK 及N0PK 处理，IE均有所降低，这可能与养分的稀释作用有关［3］。

2.4 施氮对小麦氮肥利用效率的影响

由表5 可知，湖北省小麦氮吸收利用率平均为34.0%，农学效率、生理利用率和偏生产力平均分别为10.2、33.0、27.8 kg∕kg。同时，计算不同处理磷、钾偏生产力，表明N0PK 处理平均磷、钾偏生产力分别为59.8、53.3 kg∕kg，NPK 处理平均磷、钾偏生产力分别为93.7、85.5 kg∕kg，增施氮肥显著提高了磷、钾肥偏生产力。比较不同区域肥料利用率发现，除N0PK处理钾肥偏生产力外，其他指标均表现为鄂中北麦区>江汉平原麦区。

表4 施氮对不同麦区小麦子粒和茎叶氮、磷、钾养分吸收量的影响

图1 小麦地上部养分吸收量与产量的关系

表5 不同区域小麦氮肥利用率

3 讨论

相同小麦品种的产量和养分吸收利用因栽培环境的改变而表现不同［17］。在两麦区供试品种基本相同的条件下，鄂中北麦区施氮处理平均产量较江汉平原麦区高600 kg∕hm2以上，氮肥吸收利用率高3.4 个百分点，气候因子的影响是产生此差异的主要原因之一。2015—2018年，鄂中北麦区4—5月小麦灌浆期日照时数为320～350 h，气温日差9～10 ℃，比江汉平原麦区高1～2 ℃，有利于小麦的光合和干物质积累，且小麦全生育期降雨量平均在500 mm左右，总量基本满足小麦生长要求，而江汉平原麦区全生育期降雨偏多，仅3—5月平均达350～450 mm，日照时数又相对不足，渍害及赤霉病的潜伏影响该区小麦产量潜力的发挥，进而影响肥料利用效率［18］。

本试验中，湖北省小麦氮吸收利用率（REN）平均为34%，这与2013年农业部发布的《中国三大粮食作物肥料利用率研究报告》中指出中国小麦施用氮肥当季平均利用率32%接近［10］，但与柴彦君等［19］在鄂北岗地5 个小麦品种的平均氮吸收利用率63.8% 差距明显，一方面说明受土壤、水分、气候等多种条件的影响，肥料利用率大田试验结果相差较大（本研究中32 个田间试验氮吸收利用率在6.9%～56.4%），因此区域范围的肥料利用率需要汇总大量试验结果［9］；另一方面也说明湖北省小麦氮肥利用率仍有很大的提升潜力。

近年来，湖北省小麦单产在3 750 kg∕hm2左右，而在供试品种为当地主栽小麦品种的条件下，氮、磷、钾配施处理平均产量达4 997 kg∕hm2，显著高于当前湖北省小麦单产水平，说明从栽培管理的角度来讲，湖北省小麦单产有较大的增产潜力。在一控二减三基本的前提下，为实现湖北省小麦绿色丰产高效，可选用养分高效小麦品种［20，21］；根据小麦需肥规律，在充分利用土壤和环境养分基础上，合理施用氮、磷、钾及中微量元素肥料，肥料深施，氮肥后移，施用缓∕控释肥，水肥综合管理等［5，9］，在不同麦区实际生产中筛选能兼顾经济效益、小麦丰产和资源高效的措施，同时需进一步的田间试验加以验证。

4 小结

本研究结果表明，在磷、钾基础上增施氮肥湖北省不同区域小麦产量及养分吸收量均显著增加，氮吸收利用率平均为34.0%，农学效率和生理利用率平均分别为10.2、33.0 kg∕kg，鄂中北麦区高于江汉平原麦区。施氮后，湖北省小麦百千克子粒平均N、P2O5和K2O 需求量分别为2.87、1.02、2.51 kg，生产等量小麦子粒，江汉平原区氮、磷需求量高，而鄂中北麦区钾需求量高。