滴灌水肥一体化下氮磷减施对春小麦产量及养分利用的影响

张 磊，李怀胜，刘金霞，王贺亚，梁 飞，王国栋，李金科，杨 杰

（1.塔里木大学 植物科学学院，新疆 阿拉尔 843300；2.新疆农垦科学院，新疆 石河子 832000；3.新疆兵团第九师农业科学研究所，新疆 塔城 834700；4.新疆昌吉州木垒县农技推广站，新疆 昌吉 831100）

小麦是我国第三大粮食作物[1]，新疆维吾尔自治区滴灌小麦播种面积已达到15.6万hm2，占新疆维吾尔自治区小麦总播种面积的13.6%[2]。化肥是农业持续发展的物质保证，也是农业的基础。合理使用化肥是保障小麦产量和品质的重要途径。水肥一体化是一种先进的灌水施肥模式，其在新疆维吾尔自治区乃至全国的发展非常迅速，目前已经在各种作物上应用，应用面积最大的为棉花，其次为小麦、玉米等粮食作物[3]。随着水肥一体化技术的发展，滴灌小麦水肥管理方法越来越重要，特别是小麦生长发育较敏感的氮素的管理[4]。在滴灌小麦种植区存在过量施肥现象，造成增产不增收，严重制约水肥一体化效益的发挥。农业农村部于2015年提出到2020年要实现“控制农业用水总量，减少化肥、农药使用量，化肥、农药用量实现零增长”。因此，在进行化肥减量施用的同时保证小麦的产量和经济效益是一项重要的研究课题。目前，减量施肥已经在不同作物上进行了研究，适当减量施肥可保障作物产量、优化群体结构、提升肥料利用率等[5-32]；但是在水肥一体化下的减量施肥研究较少，有关水肥一体化条件下氮磷减施对滴灌春小麦产量、肥料利用的影响研究尚未见报道。为此，采用监控施肥技术[33]研究水肥一体化下氮磷减施对滴灌春小麦产量及养分利用的影响，以期为新疆维吾尔自治区滴灌春小麦水肥一体化化肥减施提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2019年3—7月在新疆生产建设兵团第九师农业科学研究所试验基地（83°29′E、46°31′N）进行，前茬作物为玉米。供试土壤含有机质19.52 g/kg、硝态氮30.5 mg/kg、铵态氮1.7 mg/kg、速效磷23.4 mg/kg、速效钾219.5 mg/kg，pH值8.20。

供试春小麦品种为新春37。供试肥料为尿素（含N 46.4%）、重过磷酸钙（含P2O546%）、磷酸二铵（含N 18%、P2O546%）、氯化钾（含K2O 52%）。

1.2 试验设计

试验共设5个处理，分别为不施肥处理（T1）、监控施肥处理（T2）、监控施肥不施氮处理（T3-N）、监控施肥不施磷处理（T4-P）、农户常规施肥处理（当地农户经验施肥量，T5）（表1）。由于土壤速效钾含量较高，达到了219.5 mg/kg，因此，本试验监控施肥处理不施钾肥，但农户常规施肥处理施用钾肥。小区面积324 m2（5.4 m×60 m），重复3次，随机排列，共15个小区。除农户常规施肥处理（滴灌条件下，氮肥70%及全部磷钾肥基施，30%氮肥追施）外，其他处理磷肥20%基施，其余肥料全部随水滴施。灌水施肥方式（表2）参考滴灌春小麦水肥一体化技术模式[34]。春小麦于3月25日播种，播种量330 kg/hm2，7月20日收获。

表1 不同处理施肥量Tab.1 Application rate of fertilizer of different treatments kg/hm2

表2 春小麦滴灌水肥一体化技术灌水施肥模式Tab.2 The irrigation and fertilization model of spring wheat under drip irrigation of water-fertilizer integration

1.3 测定项目及方法

1.3.1 干物质积累量 在春小麦拔节期、抽穗期、开花期、成熟期,选取生长正常的50个单茎，剪去根部，按照茎叶、颖壳+穗轴、籽粒分开取样，于105℃杀青30 min，80℃烘干至恒质量，称干质量。

1.3.2 氮、磷含量 在春小麦成熟期，选取生长一致的单茎20个，分成茎叶、颖壳和籽粒3部分，于105℃杀青30 min，80℃烘干至恒质量。各小区样品混合后粉碎，用于氮、磷含量测定。氮含量采用凯氏定氮法测定，所用仪器为自动凯氏定氮仪。磷含量采用H2SO4-H2O2消解—钒钼黄比色法测定。

1.3.3 产量及其构成因素 成熟期，对每个小区春小麦实收计产，并调查穗数，然后计算收获指数，收获指数=经济产量（籽粒、果实等）/生物产量。同时在每个小区选择3个样点随机取20穗进行室内考种，调查千粒质量和穗粒数。

1.3.4 氮肥和磷肥利用效率 计算氮肥和磷肥农学效率、偏生产力、利用率。其中，氮肥或磷肥农学效率=(施肥区产量-不施肥区产量)/氮肥或磷肥施用量；氮肥或磷肥偏生产力=施肥区产量/氮肥或磷肥施用量；氮肥或磷肥利用率=（施肥区作物吸收的养分量-不施肥区作物吸收的养分量）/氮肥或磷肥施用量×100%。

1.4 数据处理

采用Excel 2003进行数据整理，采用SPSS 19.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 水肥一体化及氮磷减施对滴灌春小麦干物质积累的影响

由图1可知，拔节期—成熟期，各处理春小麦干质量均表现出逐渐增加的趋势，其中，T1和T5处理干质量较低，T3-N和T4-P处理较高。拔节期和抽穗期，均以T4-P处理干质量最高；开花期，T3-N处理干质量最高，其次为T4-P处理；成熟期，T2处理干质量最高，其次为T4-P、T3-N处理。成熟期，3个监控施肥处理籽粒干质量相近，均高于T1和T5处理，以T1处理最低；茎叶干质量以T4-P处理最高，较T5处理提高19.6%，T2处理与T4-P处理相近；颖壳和穗轴干质量以T1处理最高。综上，监控施肥均能提高滴灌春小麦干物质积累量，从监控施肥氮肥减施和磷肥减施所表现出来的效果看，两者对春小麦干物质积累的影响程度相近，同时接近T2处理。

图1 不同处理滴灌春小麦干物质积累量动态变化Fig.1 Dynamic changes of dry matter accumulation of spring wheat of different treatments under drip irrigation

2.2 水肥一体化及氮磷减施对滴灌春小麦氮、磷含量的影响

氮素是植物需要量大、含量高的营养元素之一，施用氮肥可以明显提高营养器官的含氮量。通过对不同施肥处理成熟期籽粒、颖壳和茎叶的含氮量分析（表3）可以看出，3个监控施肥处理籽粒氮含量较高，处理间差异不显著，但均显著高于T5处理，以T4-P处理最高，显著高于T1和T5处理，分别较T1和T5处理提高15.90%和22.62%，T1处理与T5处理无显著差异，表明施肥方法可能会影响收获期籽粒对氮素的吸收利用。3个监控施肥处理颖壳氮含量较高，处理间差异不显著，但均显著高于T5处理，以T3-N处理最高，显著高于T1和T5处理,T1处理与T5处理无显著差异。茎叶氮含量以T3-N处理最高，与另外2个监控施肥处理差异不显著，但显著高于T1和T5处理。对比T4-P和T2处理不同部位氮含量发现，2个处理间差异均不显著，说明磷肥的施用对氮素的吸收无显著影响。一般而言，磷在作物体内比较集中分布于含核蛋白较多的幼芽和根尖生长点，并随着生长中心的转移而转移，表现出明显的顶端优势。对比不同处理不同部位磷含量发现，施肥方式对籽粒和颖壳的含磷量影响不大，而茎叶含磷量则表现为T2处理最高，显著高于T4-P、T3-N、T5处理，这可能与磷肥的施用和吸收有关，也可能和土壤本底磷含量低有关。

表3 不同处理滴灌春小麦成熟期不同部位氮、磷含量Tab.3 N，Pcontents in different parts of spring wheat of different treatments under drip irrigation g/kg

2.3 水肥一体化及氮磷减施对滴灌春小麦产量及其构成因素的影响

由表4可知，春小麦穗数在不同处理间差异不显著；施肥处理穗粒数均高于不施肥处理，但差异不显著；施肥处理千粒质量均高于不施肥处理，其中，T3-N处理达到显著水平。施肥处理产量均高于不施肥处理，除T5处理不显著外，其余施肥处理均达到显著水平；T2、T3-N、T4-P处理产量均高于T5处理，其中，T2、T3-N处理达到显著水平。总体来看，T2处理产量最高，较T1处理显著提高33.44%，较T5处理显著提高20.07%；T3-N处理次之，较T1处理显著提高32.22%，较T5处理显著提高18.97%；T4-P处理较T1处理显著提高19.59%，较T5处理提高1.60%，说明合理施肥有利于提高春小麦产量。综上可知，水肥一体化条件下的氮磷减施处理产量均高于农户常规施肥处理，而农户常规施肥处理氮肥用量较T2处理高25%，磷肥用量较T2处理高112%，农户常规施肥处理施用钾肥37.5 kg/hm2，而监控施肥处理未施用钾肥。因此，水肥一体化条件下化肥减施具有相当的潜力，在相对富钾地区不施钾肥情况下，水肥一体化技术下氮肥减施25%、磷肥减施112%可达到30%以上的增产效果。

表4 不同处理滴灌春小麦产量及其构成因素、收获指数Tab.4 Yield and its components and harvest index of spring wheat of different treatments under drip irrigation

收获指数反映了作物群体光合同化物转化为经济产品的能力，是评价作物品种产量水平和栽培成效的重要指标。由表4可知，收获指数最高的是T3-N处理，为0.407；其次为T4-P、T2处理，分别为0.382、0.377，均明显高于不施肥处理和农户常规施肥处理，而农户常规施肥处理肥料施用量高于其他施肥处理。

2.4 水肥一体化及氮磷减施对滴灌春小麦氮肥和磷肥利用效率的影响

由表5可以看出，滴灌春小麦氮肥的农学效率和偏生产力表现出相同的趋势，均以T2处理最大，其次为T4-P处理，T5处理最小，这与T5处理施肥量较高有关。滴灌春小麦氮肥利用率表现为T2、T4-P处理明显高于T5处理，T2、T4-P处理氮肥利用率分别为27.58%、33.04%，而T5处理仅为9.04%，这可能与农户的施肥方式有关，农户常规施肥模式为70%氮肥基施，30%氮肥在作物生长期随水追施，这大大降低了肥料的利用效率，而且农户根据习惯、经验施肥，施肥量比较高，这也会导致肥料利用率偏低。

表5 不同处理滴灌春小麦氮肥利用效率Tab.5 Nitrogen use efficiency of spring wheat of different treatments under drip irrigation

滴灌春小麦磷肥的农学效率、偏生产力、利用率表现出与氮肥相同的规律（表6）。磷肥农学效率、磷肥偏生产力均以T2处理最大，其次为T3-N处理，T5处理最小，说明利用水肥一体化技术模式较农户常规施肥处理提高了养分利用效率。磷肥利用率以T3-N处理最高，为15.70%；其次为T2处理，为12.67%；而农户常规施肥处理仅为8.01%，这与磷肥利用率整体不高有关，新疆维吾尔自治区土壤属于盐基饱和土壤，较多的磷肥在土壤中化学固定影响了磷肥的利用效率。

表6 不同处理滴灌春小麦磷肥利用效率Tab.6 Phosphorus use efficiency of spring wheat of different treatments under drip irrigation

3 结论与讨论

养分吸收是小麦干物质积累的基础，干物质和养分的积累是产量形成的前提[35]。小麦植株氮磷含量随着施肥量的增加呈现升高趋势，同一氮肥施用量情况下，配施磷肥促进了植物对氮素的吸收；同一磷肥施用量条件下，配施氮肥促进了植株对磷素的吸收[36]。本研究结果表明，在春小麦成熟期监控施肥处理籽粒、茎叶和颖壳的氮含量均显著高于农户常规施肥处理，不施肥处理与农户常规施肥处理籽粒氮含量无显著差异。因此，施肥方法对植株氮的吸收有一定的影响，合理的水肥运筹均能有效提高滴灌春小麦干物质的积累量。

合理施肥能显著提高作物产量，并且具有较高的经济效益。研究表明，滴灌和磷肥配施能显著提高小麦产量，在等量施肥条件下，随水施肥即水肥一体化技术可以明显提高作物产量，基础地力对小麦产量也有一定的影响，施肥对小麦产量的贡献率随着基础地力的提升呈现显著下降的趋势[37]。本研究结果表明，与农户常规施肥和不施肥处理相比，水肥一体化下氮磷合理配施的T2处理可显著提高春小麦产量，分别增产20.07%和33.44%，可见水肥一体化技术可显著提高春小麦产量，且与农户常规施肥处理相比，T2处理施N量减少25%、施P2O5量减少112%，而滴灌春小麦不减产。收获指数可以反映栽培措施等的合理性，从不同处理春小麦的收获指数来看，以农户常规施肥处理最低，而T3-N、T4-P、T2处理较高。

研究表明，水肥一体化技术应用在滴灌水稻上具有较好效果，水肥一体化条件下施用配方肥更能提高作物产量[38]。肥料的偏生产力是指肥料所能产生的籽粒产量，其意义在于施肥对经济产量产生的效益；肥料的农学效率是指单位施肥量所增加的作物产量，意义在于评价肥料的增产效益；而肥料的利用率则反映肥料施入土壤以后的综合利用效率。本研究结果表明，与农户常规施肥处理相比，水肥一体化条件下的施肥处理（T2、T3-N、T4-P处理）均能提高氮肥和磷肥的农学效率、偏生产力、利用率。总体来看，水肥一体化条件下的施肥处理T2、T3-N、T4-P均可提高春小麦产量和肥料利用效率，并减少化肥施用量，达到了减肥不减产的目的。