小麦专用肥在河南省典型地区的应用效果研究

王好斌 ，范钧翔，谷守玉，侯翠红，刘祖锋，叶优良

(1.郑州大学化工学院，河南郑州 450001； 2.湖北宜施壮农业科技有限公司，湖北宜昌 443100； 3.河南农业大学，河南郑州 450002)

小麦作为我国三大粮食作物之一，具有较高的营养价值和耐储性，是重要的商品粮和战略性安全储备粮[1]。河南省是全国小麦生产和调出第一大省，小麦面积在566.7万hm2以上，每年向市场提供的商品小麦占全国的25%～30%[2]。维持河南省小麦高产不仅对本省的粮食生产有重要意义，对保障全国粮食供给，维护国家粮食安全也具有重要意义[3-4]。河南小麦在产量不断提高的同时，化肥施用量也在持续上升。过量施肥不仅造成肥料浪费和利用率下降，还给农业生态环境带来危害[5]。

小麦生产除肥料用量和基追比例存在问题外，肥料产品中不合理的养分配比也是限制农户小麦高产的重要原因。农户习惯施用高氮复合肥产品，而轻施磷、钾肥，较少使用有机肥和生物肥料，忽视中、微量元素的投入[6]。不合理施肥导致河南省小麦肥料利用率一直较低，氮、磷、钾肥利用率分别只有32%、19%、44%[7]；同时，养分失衡引起土壤质量下降、病虫害加剧、小麦产量和品质不稳定、环境污染等问题，进而导致经济效益难以提升[8]。

为解决以上问题，郑州大学联合河南农业大学、湖北宜施壮农业科技有限公司、中国农业大学、河南好上好农业科技有限公司，依据河南省土壤养分供应状况、小麦养分吸收规律，共同研制开发了小麦专用肥，并在河南省四个典型地区进行试验，研究专用肥对小麦的应用效果，以期进一步改良专用肥的配方和工艺，提高小麦产量和肥料利用率，减少环境污染，实现节肥增效。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

小区试验：2017-2018年在河南省禹州市康城村(北纬34.27°，东经113.34°)进行，土壤类型为褐土，播前取0～30 cm耕层土壤测试其基本理化性状，具体参数见表1。

示范试验：2018-2019年分别在河南省禹州市康城村(北纬34.27°，东经113.34°)、临颍县大郭村(北纬33.79°，东经113.80°)、杞县陈楼村(北纬34.52°，东经114.82°)和温县祥云村(北纬34.92°，东经112.99°)四个地点开展。从生态区域上来说，禹州地处中部丘陵区，其他三个示范点地处平原适宜区[9]。禹州属小农户种植区，临颍属大户种植区，杞县属经作区，温县属粮作高产示范区，可有效代表河南省不同小麦种植区域，试验结果具有较强的现实指导意义。四个示范点土壤类型分别为褐土、砂姜黑土、潮土和潮土，质地为粘壤土、中壤土、砂壤土和中壤土，播前取其0～30 cm耕层土壤测试其基本理化性状，具体参数见表1。

表1 0～30 cm耕层土壤基本理化性状Table 1 Basic physical and chemical properties of 0-30 cm soil level

1.2 试验设计

小区试验和示范试验均设置5个处理：不施肥(CK)、农民习惯施肥(FP1)、农民习惯减施20%(FP2)、小麦专用肥(SF1)、小麦专用肥减施20%(SF2)。其中，禹州地区基肥农民习惯施用24-14-7复合肥，临颍地区基肥农民习惯施用22-16-7复合肥，杞县地区基肥农民习惯施用24-16-5复合肥，温县地区基肥农民习惯施用25-15-5复合肥，施用量均为750 kg·hm-2，四个示范地点农户均在小麦返青至拔节期追施尿素(含纯N 46.4%)225 kg·hm-2；小麦专用肥处理为郑州大学和河南农业大学基于河南省土壤状况和小麦养分需求规律而设计的N∶P2O5∶K2O配比为18∶15∶12的专用肥，并添加了中、微量元素Mg、S、Zn、B，与氮磷钾肥料一并采用转鼓造粒工艺生产，施用量为750 kg·hm-2，返青至拔节期追施尿素(含纯N 46.4%)150 kg·hm-2。四个示范点CK、SF1和SF2处理肥料养分投入量一样。减量施肥处理(FP2和SF2)，仅基肥时减施20%，追肥用量与各自全量施肥处理保持一致，试验各处理养分投入量见表2。小区试验各处理设三次重复，小区面积100 m2；示范区试验不设重复，其中CK处理占地面积为0.67 hm2，其余各处理占地面积均为6.67 hm2。

小区试验于2017年10月10日播种，2018年6月1日收获，播种量为187.5 kg·hm-2；示范试验于2018年10月15日播种，2019年6月5日收获，播种量为187.5 kg·hm-2。越冬期和拔节期各灌水一次，于返青期进行化学除草，在开花期进行一喷三防。

表2 各处理肥料养分投入量Table 2 Nutrient input of each treatment kg·hm-2

1.3 样品采集与测定

2017-2018年，在禹州小区试验点，各处理于分蘖期(播后35 d)、越冬期(播后约70 d)、返青期(播后约135 d)、拔节期(播后约160 d)、扬花期(播后约197 d)和成熟期(播后约234 d)使用GreenSeeker(Trimble，美国)测定小麦茎蘖数量，并于播后70、135、160和197 d测定小麦植被归一化指数(NDVI)，然后各小区选取20株具有代表性的小麦植株，在105 ℃杀青后，80 ℃烘干至恒重后，测定干物质积累量。

于小麦成熟期，小区试验各小区人工收获 5 m2样方；示范试验各处理机械收获1 333 m2，使用谷物水分测定仪测定含水量，按13%的水分折算籽粒产量。

1.4 数据处理与分析

肥料贡献率=(施肥区产量-无肥区产量)/施肥区产量×100%；

肥料农学利用率=(施肥区产量-无肥区产量)/化肥纯养分的投入量；

肥料偏生产力=产量/化肥纯养分的投入量；

经济效益=小麦产值-肥料成本-其他生产成本。

用Excel 2010、SPSS 21.0和Origin 9.0进行数据计算、绘图和统计分析，采用LSD法进行处理间差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 专用肥对小麦群体分蘖动态的影响

从表3可以看出，随着播种天数的延长，小麦群体茎蘖数量表现为先上升后下降的趋势，播种后35～70 d为茎蘖数量第一个快速增长期，播后135～160 d经历第二个快速增长期，之后无效分蘖开始大量消亡。与CK处理相比，SF1、FP1处理的茎蘖数量在各生育期都有显著提高；在播后35、135和160 d FP2、SF2处理的茎蘖数量与CK处理差异不明显，而在其他生育期其茎蘖数量都显著高于CK。从播后35 d至234 d SF1和FP1处理的茎蘖数量均高于SF2和FP2处理。从播后160 d至234 d，处理间茎蘖数量差异不断加大，成熟期大小表现为SF1>FP1>SF2>FP2>CK，其中，FP1、SF1、SF2处理间无显著差异，但均与FP2、CK处理间差异显著，且FP2、CK处理间差异也显著。成穗率(成熟期穗数除以最大茎蘖数)以SF2(55.6%)处理最大，与FP1 (52.1%)、SF1(54.8%)处理间无显著差异，但与FP2(44.2%)处理间差异显著，各处理茎蘖成穗率均显著高于CK(35.5%)处理。

2.2 专用肥对小麦植被归一化指数(NDVI)的影响

NDVI常用于表征绿色植被生长状况，分蘖数量多、叶面积大、叶绿素含量高都会明显提高NDVI。从表4可以看出，播后135～160 d为NDVI快速增长期，FP1、SF1处理的NDVI显著高于CK处理；播后160～197 d，FP2处理的NDVI降幅明显高于其他三个施肥处理，其NDVI最接近CK处理。在播后70～197 d，各施肥处理间的NDVI无显著差异。

表3 不同施肥处理对小麦茎蘖数量的影响Table 3 Effect of different fertilization treatments on wheat tiller number ×104·hm-2

表4 不同施肥处理对小麦NDVI动态的影响Table 4 Effect of different fertilization treatments on wheat NDVI dynamics

2.3 专用肥对小麦干物质积累的影响

从表5可以看出，从越冬期开始，四个施肥处理的干物质重都显著高于CK处理(除扬花期FP2处理以及成熟期FP2和SF2处理外)，且这种差异随生育期进程的推进不断加大。越冬至扬花期，SF1处理的干物质量都显著高于SF2处理；返青至扬花期，FP1处理的干物质积累量显著高于FP2处理，越冬期和成熟期FP1和FP2处理间的干物质积累量无显著差异。此外，SF1处理的干物质积累量仅在越冬期显著高于FP1处理，其他生育期阶段SF1、FP1处理间无显著差异。

表5 不同施肥处理对干物质积累的影响Table 5 Effect of different fertilization treatments on dry matter accumulation kg·hm-2

2.4 专用肥对小麦产量及其构成因子的影响

从表6可以看出，2017-2018年，禹州小区试验在SF1处理下产量最高，其次为FP1和SF2处理，且SF1与SF2处理间差异显著，与FP1处理间无显著差异，FP2处理的产量在四个施肥处理中最低，但显著高于CK处理。从产量构成来看，FP1、SF1和SF2处理的穗数无显著差异，都显著高于FP2和CK处理；穗粒数以SF1处理最高，其次为FP1和SF2处理，且两处理间无显著差异，FP2处理的穗粒数最少，且与CK处理无显著差异；SF1处理的千粒重最高，显著高于CK和FP2处理，但与FP1和SF2处理无显著差异。

表6 不同施肥处理对产量及产量构成的影响Table 6 Effect of different fertilization treatments on yield and yield components

2017-2018年，专用肥在小区试验中效果表现良好，因而2018-2019年接着在河南省四个不同县域设置大面积的推广示范试验。相比不施肥处理，施肥后四个地点的产量都有显著升高，禹州、临颍、杞县和温县平均增产46.4%、22.9%、26.9%和57.0%(表6)。与FP1处理相比，不同示范试验点SF1处理增产6.9%～14.8%，以禹州增幅最高，温县增幅最低。与FP2处理相比，不同示范试验点SF2处理增产0.9%～6.4%，但二者之间的差异均未达显著水平。且SF2处理的产量与FP1处理间也无显著差异。

产量的提升与穗数、穗粒数和千粒重密切相关。穗数方面，与CK处理相比，除温县FP2、SF2处理的穗数无显著差异外，温县FP1、SF1处理及其他地区施肥处理的穗数都有显著提高；穗粒数方面，除温县FP2处理与CK处理无显著差异外，温县其他处理及其他地区各施肥处理的穗粒数均显著高于CK处理，且FP1处理与FP2处理无显著差异，SF1处理显著高于SF2处理。

千粒重方面，四个示范试验点均以SF1处理的千粒重最大，禹州示范试验点FP2和SF2处理的千粒重显著低于FP1和SF1处理，且各施肥处理与CK处理均无显著差异；杞县示范点SF1处理的千粒重显著高于FP2和SF2处理，但均与CK和FP1处理无显著差异；温县示范试验点SF1处理的千粒重显著高于CK和FP2处理，但均与FP1和SF2处理无显著差异；临颍示范试验点不同施肥处理的千粒重均无显著差异。

2.5 专用肥对小麦养分利用效率的影响

从表7可以看出，全量施肥条件下，与FP1处理相比，SF1处理的肥料贡献率、农学利用率、偏生产力分别提高25.3%、46.9%和19.3%；肥料减施20%条件下，与FP2处理相比，SF2处理的肥料贡献率、农学利用率和偏生产力分别提高10.0%、25.0%和13.2%。农民习惯施肥条件下，肥料减施20%后肥料贡献率下降12.3%，农学利用率基本不变(2.0%)，而肥料偏生产力提高13.4%。专用肥施用条件下，肥料减施20%后肥料贡献率和农学利用率分别下降22.9%和 16.7%，肥料偏生产力提高7.6%。

2.6 专用肥对小麦经济效益的影响

从表8可以看出，不同施肥处理下示范试验点小麦的产值和经济效益也不同，产值大小表现为CK

表7 不同施肥处理对小麦养分利用效率的影响Table 7 Effect of different fertilization treatments on nutrient use efficiency of wheat

表8 不同施肥处理对小麦经济效益的影响Table 8 Effect of different fertilization treatments on economic benefits of wheat

3 讨 论

3.1 小麦节肥增产潜力

专用肥处理在小麦产值提升方面效果良好，与农户习惯施肥处理相比，施用专用肥处理提升了经济效益。市场上复合肥产品种类繁多，小麦种植收益较低，肥料的价格是农民关注的重点，本研究中，小麦专用肥价格与农户用复合肥价格基本一致，因专用肥处理追施尿素量更少，因此，专用肥处理的肥料成本比农户习惯施肥处理还要低100元·hm-2。良好的增产效果和较低的价格保障了该小麦专用肥产品可以大面积推广应用。

3.2 小麦专用肥的应用效果

市场上现有的大部分复合肥产品没有充分考虑区域土壤养分供应和作物需肥规律，本研究针对特定作物、特定区域设计生产的作物专用肥对区域作物有较强的针对性和技术操作性，其效果明显好于普通复混肥料。如在小区试验中，专用肥处理的小麦群体茎蘖数量在各生育期均高于农户习惯施肥处理(除播后135、160 d SF2处理的小麦茎蘖数量低于FP2处理外)，提高了叶面积NDVI指数，进而促进小麦群体积累更多的干物质。从返青至成熟期，专用肥处理与农户习惯施肥处理间的干物质积累量在全量施肥和肥料减施20%条件下差异均不显著，但在成熟期处理间的产量差异达到显著水平，原因可能与施用专用肥提高小麦收获指数有关，且农户习惯施肥中氮肥占比高，而钾含量不足，容易造成植株茎叶徒长，难以将光合产物转移至籽粒。

2017-2018年专用肥在小区试验中表现较好，因此，于2018-2019年进行大面积示范试验，示范试验中产量在专用肥全量施用时最大，专用肥全量施肥处理具有较好的节肥增产效果。

致谢：感谢中国农业大学、河南好上好农业科技有限公司大力支持。