不同释放期缓释尿素配合一次基施对稻茬冬小麦产量及氮肥利用率的影响

陈 立，钱晨诚，徐东忆，钱彩虹，李春燕,2，丁锦峰,2，朱 敏,2，李天兵，郭文善,2，朱新开,2

(1.扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/扬州大学小麦研究中心, 江苏扬州225009；2.教育部农业与农产品安全国际合作联合实验室,江苏扬州225009;3.汉枫缓释肥料(江苏)有限公司,江苏姜堰 225510)

世界农业发展的实践证明，施用化肥是最快、最有效、最重要的作物增产栽培措施。小麦是中国主要粮食作物之一，其高产和稳产对于国家粮食安全和经济发展具有重要意义。在农业生产中，化肥尤其是氮肥的过量施用,不仅会降低氮肥利用效率，且给生态环境带来了严重危害；此外，随着农村劳动力转移，冬小麦追肥不合理或不追肥现象常有发生。如何在合理施用氮肥以获得高产和高效益的同时，提高肥料利用率、减少氮素淋失成为当前农业发展待解决的问题。缓释肥的发展和应用为提高肥料利用率、减少氮素淋失、保护农业生态环境的可持续发展提供了方向。缓/控释肥料是结合现代植物营养与施肥理论,考虑作物营养需求规律,延缓或控制肥料在土壤中的释放期与释放量,使其养分释放模式与作物养分吸收相协调或同步的新型肥料。相比普通尿素，缓释尿素可以节约劳动成本，提高肥料利用率，有利于环境保护。

有关缓释肥对小麦生长发育、产量的影响已有很多研究。一些研究结果表明，缓释期120 d左右缓释尿素一次基施可以满足小麦整个生育期对于氮素的需求。但现阶段市场上推广应用的缓释肥包膜成分不同，养分含量不一，其在土壤中的缓释期存在一定的差异，导致缓释肥的养分供应与小麦养分需求不完全同步，难以满足小麦养分需求关键时期的生长所需。另有部分学者开展了缓释肥料分次施用或配合施用方面的研究，得出了不一致的结果。如，周华敏等认为，冬小麦中高产田以脲醛氮占总氮40%～50%进行配比一次基施，可以有效提高小麦产量；马 泉等认为，树脂包膜缓释肥两次施可以有效增加小麦产量，提高肥料利用率；李 敏等认为，树脂膜控释尿素70%配合普通尿素30%一次基施使用，可以有效提高小麦产量和氮肥利用率。本试验拟在前人研究基础上，将不同缓释期的缓释尿素进行不同组合，探讨新配方缓释肥一次基施对小麦产量、效益及肥料利用效率的影响，以期为小麦轻简化栽培提供技术支撑。

1 材料与方法

试验于2020—2021年在扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室试验场进行。前茬为水稻，土质为沙壤土，0～20 cm土层pH值7.44，有机质含量21.68 g·kg，全氮含量1.25 g·kg，碱解氮含量102.66 mg·kg，速效磷含量59.87mg·kg，速效钾含量156.21 mg·kg。小麦品种为扬麦29。

1.1 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，共设10个处理，包括7种新配方缓释肥处理和三个对照，7种新配方缓释肥(M～M)是由40 d、120 d、160 d 三种不同释放期的缓释尿素按照不同比例组合而成，一次性基施；三个对照分别为现推广的120 d缓释期的缓释尿素一次基施(CK)及二次施用(基肥和返青肥各施50%，CK),普通尿素4次分施(基肥∶分蘖肥∶拔节肥∶孕穗肥=50%∶10%∶20%∶20%，CK)。另设不施氮肥空白用以计算氮效率。缓释尿素的含氮量为44%，普通尿素含氮量为46%。

各处理纯氮用量均为225 kg·hm，基肥于播种前撒施，分蘖肥于4～5叶期撒施，返青肥于2月下旬撒施，拔节肥于倒3叶期(叶龄余数2.5)撒施，孕穗肥于倒1叶期(叶龄余数1.2～0.8)撒施；所有处理磷、钾肥(PO、KO)用量一致，均为112.5 kg·hm，基施。2020年11月1日播种，基本苗统一为225×10株·hm，用小区播种机条播，行距27 cm，小区面积18 m(3 m× 6 m)，随机排列，重复3次。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 产量及其构成因素测定

小麦成熟期每小区取3个1 m行长统计穗数；连续取50穗统计穗粒数；每小区收割1.08 m测定产量、千粒重。测定籽粒含水率，产量和千粒重统一按照含水率13%折算。

1.2.2 植株氮素含量测定及氮效率和效益相关指标计算

分别于小麦越冬期、拔节期、开花期和成熟期每个小区取样20株，将样品分器官在烘箱内105 ℃杀青1 h，80 ℃烘干至恒重，测定干物质积累量，重复3次。将烘干的植株样本粉碎，采用 HSO-HO靛酚蓝比色法测定植株氮含量。参照马 泉等以及段文学等方法计算植株氮素积累、转运及利用率。

氮积累量=干物质积累量×含氮量

花前氮素转运量=开花期营养器官氮素积累量-成熟期营养器官氮素积累量

花前氮素转运率=花前氮素转运量/开花期植株氮素积累量×100%

花前转运氮对籽粒氮贡献率=花前氮素转运量/成熟期籽粒氮素积累量×100%

花后氮素积累量=成熟期植株氮素积累量-开花期植株氮素积累量

花后积累氮对籽粒氮贡献率=花后氮素积累量/成熟期籽粒氮素积累量×100%

氮肥表观利用率=(施氮区植株氮积累量-未施氮区植株氮积累量)/施氮量×100%

氮肥农学效率=(施氮区籽粒产量-未施氮区籽粒产量)/施氮量

氮素生理效率=(施氮区籽粒产量-未施氮区籽粒产量)/(施氮区植株氮积累量-未施氮区植株氮积累量)

氮素收获指数=籽粒氮素积累量/地上部氮素积累量

产值=籽粒产量×小麦单价

净效益=产值-氮肥成本-追肥劳动力投入-其他成本投入

小麦价格按江苏2021年上半年各地平均价格2 291.3元·t计算，尿素肥料价格按市场价2 100元·t计算，不同释放期缓释尿素价格不同。其他成本投入主要包含磷钾肥、种子、农药、机械、人工(除追肥外)等,共计5 926元·hm。

1.3 数据分析

采用Excel 2010进行数据整理和绘图，用SPSS 19.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同配方缓释肥对小麦产量及其构成因素的影响

由表1可以看出，不同施肥处理对小麦穗数、穗粒数、千粒重以及产量均有极显著影响。结合图1可知，新配方缓释肥(M～M)处理产量均显著高于CK和CK，M处理产量最高，为 8 676 kg·hm，比CK增产了15.54%，比CK增产了16.71%；M、M处理产量显著高于CK，分别增产了3.31%和6.29% ,M处理与CK差异不显著，M、M、M、M处理产量均低于CK。分析产量构成发现，新配方缓释肥 (M～M)处理的穗数均显著高于CK，M处理穗数最高且高于三个对照；M、M、M、M处理的穗粒数显著高于三个对照，处理间表现为M>M>M>M；千粒重表现为新配方缓释肥(M～M)处理均低于CK和CK，显著高于CK。在本试验条件下，实现小麦高产的最佳氮肥配方为M处理，其次是M和M处理。

2.2 不同配方缓释肥对氮素积累与转运以及氮肥利用率的影响

2.2.1 对各时期氮素积累量的影响

由表2可以看出，施肥处理对各时期氮素积累量有极显著的影响。越冬期，M、M、M、M处理的植株氮素积累量均低于三个对照；拔节期，新配方缓释肥(M～M)处理的植株氮素积累量均低于CK，显著高于CK，M、M、M处理的植株氮素积累量高于CK，M、M、M、M处理的植株氮素积累量低于CK；开花期，M、M、M处理的植株氮素积累量均高于三个对照；成熟期，以M处理植株氮素积累量最大，为241.72 kg·hm，其次为M和M处理，M、M、M处理的植株氮素积累量均显著高于三个对照。籽粒氮素积累量表现为M、M、M处理显著高于其他处理，其中M处理籽粒氮素积累量最大，为191.23 kg·hm，M、M、M、M处理间无显著差异。

表1 不同配方缓释肥对小麦产量及其构成的影响Table 1 Effect of different formulas of slow-release fertilizer on wheat yield and its components

图1 不同配方缓释肥相比三种对照的小麦产量增幅

2.2.2 对氮素积累及转运的影响

由表3可知，施肥处理对氮素积累量及转运率有极显著影响，不同配方缓释肥(M～M)处理的花前氮素转运量和氮素转运率均显著高于CK、CK，M、M处理的花前氮素转运量高于CK，M处理与CK差异不显著。M、M、M处理的花后氮素积累量及其对籽粒氮贡献率显著高于CK1和CK3，M、M、M处理间无显著差异，表明这3个处理能显著提高花后氮素积累对籽粒的贡献率；花前转运氮对籽粒氮的贡献率则以CK最高。综上所述，本试验条件下，M处理的花前氮素转运量和花后氮素积累量均最高。

表2 不同配方缓释肥对小麦氮素积累量的影响Table 2 Effect of different formulas of slow-release fertilizer on N accumulation in wheat at different stages kg·hm-2

表3 不同配方缓释肥对小麦氮素积累及转运的影响Table 3 Effect of different formulas of slow-release fertilizer on N accumulation and transport in wheat

2.2.3 对小麦氮肥利用率的影响

试验表明，不同施肥处理对小麦不同氮肥利用率指标的影响不同(表4)。氮肥表观利用率表现为配方缓释肥(M～M)处理均高于CK，其中，M处理最高，为53.61%，显著高于其他处理；M、M、M处理比CK高，且差异显著； M～M处理显著高于CK，M处理与CK间差异不显著。氮肥农学效率变化趋势与氮肥表观利用率基本一致；氮素生理效率不同处理间无显著差异；氮收获指数表现为新配方缓释肥(M～M)处理均高于CK、CK，其中以M处理最高，M处理与CK间差异不显著。这表明M处理可有效增加地上部氮素积累并促进氮素向籽粒运转，从而有效提高氮肥利用率。

2.3 不同配方缓释肥对小麦经济效益的影响

试验结果(表5)表明，不同施肥处理下经济效益存在差异主要由产量、肥料成本以及追肥人工投入等因素造成。新配方缓释肥(M～M)处理产值均高于CK和CK，M、M、M处理的产值均高于三个对照，M处理产值最高，为 19 879.31元·hm，显著高于其他处理；氮肥成本表现为新配方缓释肥(M～M)处理均低于CK和CK，高于CK；追肥人工投入表现为CK最高。M、M、M处理的产值较高且节约了人工施肥成本，净效益均比三个对照高，表现为M>M>M，其中M处理比CK、CK、CK增加了29.36%、12.24%、 21.14%。说明不同释放期缓释尿素配合一次基施可以获得比普通尿素多次施用和缓释尿素两次施用更高的经济效益，在劳动力匮乏的地区具有极大应用价值，相比单一缓释期缓释尿素一次基施减少了氮肥成本。M处理可以实现产值和经济效益最大化。

表4 不同配方缓释肥对小麦氮效率的影响Table 4 Effect of different formulas of slow-release fertilizer on N efficiency of wheat

不施氮处理的产量和成熟期氮素积累量分别是4 150.92 kg·hm和121.11 kg·hm。

Yield and nitrogen accumulation at maturity under nonitrogen application were 4 150.92 kg·hmand 121.11 kg·hm,respectively.

表5 不同配方缓释肥对小麦经济效益的影响Table 5 Effects of different formulas of slow-release fertilizer on economic benefit of wheat yuan·hm-2

图2 不同配方缓释肥相比三种对照对小麦经济效益增幅

3 讨 论

3.1 不同配方缓释肥一次基施对氮素积累与转运以及氮肥利用率的影响

合理施肥可满足小麦不同生育期对氮素的需求，促进植株对氮素的吸收与积累，协同提升花前氮素转运量和花后氮素积累量，促进籽粒氮素的累积，有效提高氮肥利用效率，且实现增产。缓释肥作为今后肥料发展的主要方向，具有环境友好且高效的优点。研究表明，缓释肥一次基施因受其缓释期的限制，并不能完全符合小麦整个生育期的养分需求。本研究认为，相比单一释放期缓释肥一次基施，采用40 d、120 d、160 d 三种不同释放期的缓释尿素进行组合，可以满足小麦整个生育期对氮素的需求，小麦越冬期、拔节期植株氮素积累与之相差较小，开花期植株氮素积累已基本高于单一释放期缓释肥一次基施，成熟期植株氮素积累和籽粒氮素积累整体均有所提高；花前氮素转运量明显增加，花后氮素积累量不同处理间有所差异，其中M、M、M处理明显增加，其余处理间无显著差异；氮肥表观利用率、氮肥农学效率也不同程度地提高。说明在本试验条件下，新配方缓释肥(M～M)处理在满足小麦前期氮素需求的基础上，能维持生育中后期稳定的氮素供应，使小麦植株氮素需求得以匹配，从而促进小麦对氮素的吸收与积累，有效提升花前氮素转运量和花后氮素积累量，提高氮肥利用率。现有单一释放期的缓释肥一次基施虽在小麦前期供应充足氮素，但到生育中后期氮素供应不足，易导致供需不协调，最终影响产量形成。

有研究表明，缓释肥两次施用可以有效促进小麦氮素积累并向籽粒转移，提高肥料利用率。本试验中，M、M、M处理成熟期植株和籽粒氮积累量均高于两次施用单一缓释尿素处理，氮肥表观利用率和农学效率上显著高于其他处理，其中M处理能更有效地满足小麦整个生育期对氮素的需求，花前氮素转运量和花后氮素积累量均显著高于三个对照，成熟期地上部氮素积累量和氮收获指数均最大，充分发挥了肥料利用率，提高氮肥利用率效果最佳。本试验条件下，缓释肥一次基施在成熟期植株氮素积累量和氮肥利用率上均高于普通尿素，推测可能原因与气候条件有关，普通尿素处理越冬期植株氮素积累量较高，但由于抽穗前后的连续降雨，导致后期追施的普通尿素流失严重，后期氮素供应不足，而缓释肥受小麦生育后期降雨影响较小，故最后普通尿素处理氮素积累均低于缓释肥。

3.2 不同配方缓释肥一次性基施的产量及经济效应

氮肥精准调控应根据作物生长发育阶段需求特征来确定，小麦生育前期氮素供应充足能保证冬前苗壮并有足够的分蘖；小麦拔节期，氮素供应充足有利于促进分蘖成穗，提高小穗分化强度，增加穗粒数；小麦生育中后期，氮素供应充足有利于延缓植株衰老，增加千粒重和产量。前人研究表明，缓释肥一次基施对小麦产量构成因素存在不同的调控效果。如，周华敏等认为，脲醛掺混肥一次基施主要通过提高小麦的穗数和穗粒数提高产量；郑文魁等认为，控释氮肥一次基施提高产量的途径是有效提高了小麦的穗粒数和千粒重；李 敏等认为，控释尿素配合普通尿素一次基施相比普通尿素可以使穗粒数和千粒重明显提高，促使产量提高。本试验结果表明，所有施用缓释肥一次基施的处理较常规尿素有效提高了穗粒数和千粒重，促使产量提高。较单一释放期缓释尿素，新配方缓释肥(M～M)处理有效协调了小麦生育前后期的氮素供应，对肥料利用率有所提高，有效提高了穗数，从而提高产量。本试验条件下，单一缓释肥两次施用在增产增效上有明显成效，验证了马 泉等的研究结果，而M、M、M处理的产量高于两次施用单一缓释肥， M处理因更符合小麦整体生育期对于氮素的需求，发挥了肥料最大利用率，促使产量最大化。

缓释肥较高的成本是限制其大面积应用的主要因素。相关研究表明，不同释放期的控释氮肥掺混一次基施相比常规施肥能明显提高小麦的经济效益。本试验条件下，M、M、M、M处理增产的收益和减少人工施肥的成本可以有效弥补肥料成本的差异，最后净效益均明显高于常规施肥，且有效提高了肥料利用率，可以在冬小麦生产上推广使用。M处理在节约施肥人工成本、降低氮肥成本的同时能更好地匹配小麦养分吸收曲线，发挥肥料的最大利用率，从而更大程度提高产量，实现经济效益的最大化，可在小麦高产高效轻简栽培中推广。