氮肥运筹对豫北冬小麦产量、品质及氮素利用率的影响

吴秀萍

(河南省濮阳市南乐县农业农村局,河南 南乐 457400)

小麦是世界主要粮食作物,也是我国三大主粮之一,持续提高小麦的综合产能是确保国家粮食安全的有效途径[1]。随着人口的增加和经济的发展,对小麦的需求量也日益增加,而我国总耕地面积有限,依靠增加播种面积来增加小麦总产量难以实现,因此,如何提高小麦单产、改善小麦品质,充分挖掘品种潜能是缓解小麦产需矛盾的主要途径[2]。近年来,化肥对提高粮食单产的作用不可替代,也是缓解我国小麦产需矛盾的主要措施。氮肥是作物生长的必需元素,参与作物的光合作用及多种代谢活动,对提高作物单产、改善品质具有重要作用[3～6],但作物的单产与氮肥呈二次曲线关系,即作物单产随氮素施用量先增加后降低,存在最合理的氮肥施用量,超过此氮肥施用量,作物的单产和品质均有所下降,并对土壤环境带来负面影响[7,8]。小麦生长周期较长,运筹氮素的施用量、施用时期和施用比例,在小麦需肥关键期补充氮素是获得优质高产的有效管理措施。大量研究表明,重施基肥和拔节肥可协调小麦品质和产量的关系,显著提高籽粒产量及产量构成因素,增加收获指数,但关于氮肥基施和追施比例的研究存在差异[9,10]。为此,结合豫北地区小麦生产情况,探究氮肥基施和追施比例对冬小麦生长、产量及品质的影响,以期为氮肥的合理利用和农民增产增收提供参考和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验地位于南乐县北部的谷金楼乡,属于温带大陆性季风气候。特点是四季分明,冬寒夏热、春旱秋凉,年平均温度13.3 ℃, 无霜期210 d,年平均日照时数2 400 h;平均降雨量650 mm,夏秋季节降雨量占72%左右,且多暴雨;年太阳辐射为118.3 kcal/cm2,年有效辐射为57.9 kcal/cm2。试验地土壤类型为潮土,土体疏松,耕性良好,酸碱适度,肥力较高。土壤中有机质含量为1.31%,全氮含量为1.12 g/kg,碱解氮含量为68.53 mg/kg,速效磷含量为19.27 mg/kg,速效钾含量为86.41 mg/kg。

1.2 试验设计与方法

试验供试品种为中麦578,在钾肥和磷肥底施的基础上,通过调节氮肥基施(基肥)和追施(拔节肥)的比例,设置4个比例水平,以不施氮肥作为对照处理(CK),设置氮肥全部基施(N1),基肥∶拔节肥=7∶3(N2),基肥∶拔节肥=5∶5(N3),基肥∶拔节肥=3∶7(N4)。田间试验采用随机区组设计,小区种植面积为 60 m2(4 m×15 m),重复3次,共15 个小区。 除对照处理外,各处理施用总量为磷肥(P2O5)8 kg/667m2,钾肥(K2O)8 kg/667m2,氮肥(N)15 kg/667m2。

试验 于2019年10月10日播种,播种量为12 kg/667m2,采用等行播种,行距为20 cm。抢墒播种,若墒情不足,播种后及时浇灌蒙头水,保证一播全苗。其他栽培管理同一般大田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 小麦群体的测定 待小麦生长到3叶期时,每个处理随机选取长势均匀、长1 m的双行固定样点进行标记,用于田间群体指标的测定。测定3叶期各处理小麦的基本苗数;并于越冬期、返青期、拔节期、开花期和成熟期5个时期测定记录各处理小麦的分蘖数。

1.3.2 产量性状的测定 于小麦成熟后,每个处理选择同一位置的5 m2进行产量及产量构成因素的测定。取其中1 m2进行穗数统计,并选出30个主茎穗进行考种,统计穗粒数、千粒重,然后对5 m2进行实收测产,换算成亩产。

1.3.3 品质性状的测定 小麦收获后,清除杂质和麸皮,利用近红外广谱测定仪测定小麦的品质指标(容重、蛋白质、沉降值、面团稳定时间、出粉率和吸水率)。

1.3.4 氮肥利用效率 分别于拔节期、开花期和成熟期选择各个处理代表性小麦10株,采用105 ℃杀青后,75 ℃恒温烘干至恒重,称重后采用半微量凯氏定氮法测定小麦植株、籽粒氮素的含量。计算不同处理小麦的氮农学利用率、氮素吸收率和氮素利用率,具体计算方法如下:

农学利用效率(%)=(施氮产量- 不施氮区产量)/施氮量×100%

氮肥偏生产力(kg/kg)=籽粒产量/施氮量

氮吸收利用率(%) = (施氮区氮吸收量-不施氮区氮吸收量)/施氮量×100%

氮素收获指数=籽粒含氮量/植株吸氮量

1.4 数据统计与分析

采用Microsoft Excel2010和SPSS19.0对数据进行统计与分析,采用Turkey 法(P＜0.05)进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同施氮处理对小麦分蘖群体及成穗率的影响

由表1可知,小麦的分蘖群体随着生育期呈先增加后降低趋势。苗期—越冬期各处理分蘖数增长迅速;越冬期—返青期分蘖数增加缓慢;返青期—开花期分蘖数呈增长迅速,并在开花期分蘖数达到最大;开花期—成熟期分蘖数迅速下降。

苗期—越冬期,除N4处理的分蘖数与CK相比差异不显著外,N1、N2和N3处理的分蘖数显著高于对照处理。返青期—成熟期,N1～N4处理的分蘖数显著高于CK处理。在开花期时,各处理茎蘖数达到最大,以N4处理的分蘖数最多,达到201.84万/667m2,比CK处理增加了30.95%;N3、N2处 理 次 之,分 别 比CK处 理 增 加 了17.89%、17.73%;N1处理的分蘖数为173.65万/667m2,比CK处理增加了12.66%,差异均达到显著水平。

小麦茎蘖成穗率随着追施氮肥比例的增加先增加后降低,其中N3、N2和N1处理间的茎蘖成穗率差异不显著,但显著高于CK处理,分别增加了11.28%、7.27%、6.17%;N4处理与CK相比,差异不显著。

由此可见,增加氮肥追施比例能够增加最高茎蘖数和有效穗数,并以N4处理效果最佳,但因有效穗数不足导致成穗率下降,成穗率以N3处理效果最佳。

2.2 不同施氮处理对小麦产量及产量性状的影响

由表2可知,小麦的穗数随着氮肥追施比例的增加而逐渐增加,施肥处理以N4处理的穗数最高,达到54.11万/667m2,比CK处理增加了35.75%;以N1处理的穗数最低,达到47.98万/667m2,比CK处理增加了20.37%。小麦的穗粒数随氮肥追施比例增加而增加;千粒重随氮肥追施比例增加先增加后降低。穗粒数和千粒重均以施肥处理(N1～N4)显著高于对照处理,且施肥处理间(N1～N4)的差异不显著。

小麦的产量也随着追施氮肥比例的增加先增加后降低,以N3处理的产量最高,达到615.73 kg/667m2,比CK处理增加了54.99%;N4处理次之,与N3处理相比差异不显著,但比CK处理增加了49.11%;N1处理的产量比对照处理增加了32.45%,但显著低于N2、N3和N4处理。

由此可见,增加氮肥追施比例能够显著提高小麦的穗数,但氮肥追施比例过高容易造成穗粒数和千粒重下降,导致产量降低。试验条件下以N3处理效果最佳、N4处理次之。

2.3 不同施氮处理对小麦品质性状的影响

由表3可知,与CK处理相比,各施肥处理的小麦的容重、吸水率和出粉率增加不显著;但各施肥处理的小麦湿面筋含量、蛋白质含量和沉降值显著增加,并随着氮肥追施比例的增加而增加。与CK相比,N2、N3和N4处理的蛋白质含量分别增加了 35.33%、37.20%、35.68%,差异显著;N2、N3和N4处理的湿面筋含量分别增加了44.67%、47.32%、49.14%,差异显著。与N1处理相比,N2、N3和N4处理的蛋白质含量分别增加了2.29%、3.71%、2.56%;N2、N3和N4处理的湿面筋含量分别增加了6.44%、8.39%、9.69%,这说明与单一基施氮肥相比,追施氮肥能够增加小麦的蛋白质和湿面筋含量。

小麦施肥处理的沉降值以N4处理最高,达到26.14 ml,比CK处理增加了47.93%,差异显著;以N1处理的沉 降 值 最 低,为20.29 ml,比CK处 理 增 加 了14.83%,差异显著。小麦最大阻力以CK对照最高,达到172.14%;以N1处理的最大阻力最低,比对照处理降低了13.82%,差异显著。

由此可见,施用氮肥能够显著改善小麦的品质,并随着氮肥追施比例的增加呈增加趋势,以N4处理效果最佳,N3处理次之。

2.4 不同施氮处理对小麦氮积累及利用率的影响

由表4可知,小麦氮素积累总量和籽粒氮素积累均随着氮肥追施比例的增加先增加后呈降低趋势,以N3处理的植株氮素积累量最高,达到20.43 kg/667m2,籽粒氮素积累量达到14.91 kg/667m2,分别比CK处理增加了64.23%、57.07%,差异显著;N4处理次之。各处理小麦的氮素收获指数在0.65～0.75之间,差异不显著。

氮吸收利用率和农学利用率均随着氮肥追施比例的增加先增加后降低。氮吸收利用率和农学利用率均以N3处理最高,分别达到53.25%、14.56%,N4处理次之。与一次性基施氮肥的N1处理相比,N3处理的氮吸收利用率增加了54.53%,氮农学利用率增加了69.50%;N4处理的氮吸收利用率增加了35.66%,氮农学利用率增加了51.46%;N2处理的氮吸收利用率增加了9.84%,氮农学利用率增加了46.80%。说明追施氮肥能够提高小麦的氮吸收利用率和氮农学利用率。N2、N3和N4氮偏生产力差异不显著,但均显著高于N1处理。

表1 不同处理对小麦分蘖群体及成穗率的影响

表2 不同处理对小麦产量及产量性状的影响

表3 不同处理对小麦品质性状的影响

表4 不同处理对小麦小麦氮肥利用率的影响

由此可见,施用氮肥能够增加小麦植株氮素的积累量,而随着氮肥追施比例的增加,氮吸收利用率和氮农学利用率呈先增加后降低趋势,并以N3处理效果最佳,N4处理次之。

3 结论与讨论

化肥的使用大幅度的提高了粮食产量,缓解了人口增长和耕地资源短缺带来的产需矛盾,但我国化肥利用率较低,氮肥的当季利用率仅为30%左右,不仅造成资源浪费,甚至污染了环境,严重威胁着粮食安全[8]。由于我国土壤环境多样化,土壤基础肥力差异对氮肥施时期施用量的要求也不尽相同。合理的氮肥运筹。是提高群体质量的关键方式,适量氮肥基施和拔节肥追肥。能够显著增加小麦各个生育期分蘖数、最高茎蘖数和有效穗数[9],这与本研究结果相同,但氮肥追施比例过高会因有效穗数不足导致成穗率下降。

小麦的产量与氮肥施用量呈二次曲线关系,合适的氮肥运筹可以提高小麦的单产水平,协调小麦子粒产量、籽粒蛋白质含量和湿面筋含量之间的关系,但过量施氮尽管能提高子粒蛋白质含量,但会引起子粒产量的降低[10]。拔节期是小麦第二需氮高峰期,合理的氮肥供应有利于小花分化、提高结实率,最终达到高产、优质的效果。武际等认为氮肥基施 50%、拔节期追施 30%、孕穗期追施 20%能够协调产量和品质的关系[11]。乔玉强等认为小麦达到产量最高的处理是基肥∶孕穗肥为 4∶6。这与本研究结果表明基本相似[12]。本研究表明,追施氮肥能够显著提高小麦的穗数、穗粒数和千粒重,显著改善小麦籽粒的品质,并以氮肥基施∶追施=5∶5的N3处理产量最高。各施肥处理的小麦湿面筋含量、蛋白质含量和沉降值显著增加,并随着氮肥追施比例的增加而增加,但各施肥处理的小麦容重、吸水率和出粉率差异不显著。

氮农学利用率、氮吸收利用率和氮偏生产力是提现氮肥利用率的重要指标,并随着施氮量的增加而降低[13]。在总的氮肥量一定的情况下,减小氮肥基施比例,增加拔节期氮肥的追施量,更有利于氮素的吸收利用,提高小麦氮肥利用效率,但拔节期过量的施用氮肥反而不利于提高氮素的利用率[14],这与试验结果研究相同。随着氮肥追施比例的增加,氮吸收利用率和氮农学利用率呈先增加后降低趋势,并以N3处理效果最佳。

综上所述,氮肥对提高小麦产量、改善籽粒品质具有重要作用,而氮肥施用时期后移(拔节期)的效果更为明显,试验以氮肥基施∶追施=5∶5的N3处理效果最佳。在保证小麦生长期氮素总量不变的条件下,将施肥时期和施肥量后移,可有效改善土壤的 N 素利用,但对土壤物理性质和肥力的影响尚不明确,有待进一步研究。