施肥量对不同小麦品种产量及养分吸收的影响

郭宏伟 陈晓璐 刘子山 周银 文宏达

摘要：为探究施肥对小麦生长发育和产量的影响，优选施肥方案及小麦品种，设置低施肥量F1（N、P2O5、K2O施用量分别为12、4、6 kg/hm2）、中施量肥F2（施用量分别为16、8、9 kg/hm2）、高施肥量F3（施用量分别为20、12、12 kg/hm2）这3种施肥方案，选取石新828（SX828）、鲁垦麦9号（LK9号）和太麦101（TM101）3个品种开展大田试验，共9个处理。结果表明：（1）不同施肥水平下，3个品种小麦成熟期群体干物质累积量均在24 000 kg/hm2以上。F2处理下，成熟期SX828和LK9号产量均显著高于TM101。（2）不同施肥水平下3个小麦品种对氮（N）、磷（P）、钾（K）3种养分的吸收量表现为F2处理显著高于F1和F3处理，说明中等施肥量有利于作物对肥料的吸收。（3）在F2处理下下，SX828氮素和钾素肥料偏生产力优于LK9号和TM101。综合比较分析表明，中肥处理对各品种小麦的干物质量、养分吸收量、偏生产力和产量提升效果最优，小麦产量从大到小依次为石新828>鲁垦麦9号>太麦101。石新828+中等施肥水平为满足区域高产需求的小麦高效种植模式。

关键词：小麦；施肥；养分；产量；偏生产力；高效种植

中图分类号：S512.106；S147.5  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）24-0038-06

化肥投入是提高作物产量的重要因素。在过去的50年中，我国作物生产中施用的氮肥量增加了20倍以上，并且预计到2050年将进一步增加3倍［1］。现代作物生产中肥料施用量高、利用效率低的问题突出。我国自20世纪90年代以来，增加肥料施用对提高作物产量的效果不再显著，肥料利用效率逐年下降［2］。氮肥在小麦（Triticum aestivum L.）生产的肥料施用占比最大。过度施用氮肥引起的环境问题，例如农田中的土壤酸化、地下水中的硝酸盐浓度过高、温室气体和氮氧化物排放量越来越高［3-4］。农业生产经济成本增加的同时伴随着生态环境的破坏。

小麦是我国主要的粮食作物，其产量和消费量稳居世界第一，但近10年来，我国小麦种植面积减少了2.92%［5］。因此，如何在该形势下继续保障小麦产量，成为当前小麦生产中的重要一环。而施肥过量、化肥施用配比不合理、农户化肥利用率低等问题，严重制约了我国粮食生产的绿色可持续发展。已有研究表明，河南省农户化肥的施用技术效率为0.554 1，玉米的经济施用量为14.78 kg/667 m2，过量施用化肥11.9 kg/667 m2［6］。农户在施肥时不仅用量高，同时存在肥料种类和配比的不合理问题，肥料利用率仅37%左右［7］。陕西关中地区的相关研究显示仅有36.8%的农户氮肥施用量合理，有27.4%的农民磷肥施用量合理，其余均存在施肥量偏高现象［8］。肥料配施可以有效缓解农作物所需肥料与土壤供肥能力之间的不平衡，根据作物所需进行氮磷钾及微量元素均衡搭配，提高肥料利用率，达到土壤增肥保墒、农作物增肥提质的目的［9］。已有试验结果表明，配方施肥处理小麦产量为 5 598 kg/hm2，较常规施肥处理的5 403 kg/hm2增产195 kg/hm2；同时，配方施肥下氮、磷、钾肥料利用率分别为49.06%、10.70%、43.23%，较常规施肥分别高出8.82%、0.89%、8.92%［10］。

河北省是产粮大省，粮食产量占全国产量的6%，冬小麦种植面积为240万hm2，占全国土地总面积的9.7%［5］。化肥对河北省冬小麦产量的平均贡献率为39.3%，氮肥、磷肥、钾肥的平均贡献率分别为 25.7%、18.8%、13.1%，肥料利用效率总体处于中等偏低水平［11］ 。前人研究中有关施肥对小麦产量、氮素利用效率等，但不同地区的水热资源不同种植的小麦品种不同，而不同品种小麦对水肥要素的响应程度也不尽相同，为此本试验设置不同施肥处理和不同小麦品种相結合的方案，探究其对小麦产量和小麦养分吸收以及偏肥利用率的影响。寻求更适合的小麦的种植品种以及更优的施肥方案，以期为实现河北省小麦水肥高产增效和保障粮食安全提供理论依据和数据支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2019年10月至2021年6月在河北省保定市定兴县贤寓镇贤寓村（115°61′E，39°17′N）开展2年定位试验。该地位于保定北部，属于大陆性季风气候，四季分明，年总辐射量为4 854～5 988 MJ/m2，年均日照总时长2 303～3 077 h，年均气温11.7 ℃，无霜期185 d，年降水量215～745 mm，6—9月份降水量约占全年降水量的80%，试验地土壤类型为草甸褐土。小麦播种前土壤基础理化性质见表1。

1.2 供试材料

供试肥料为控释肥（含N、P2O5、K2O分别为18%、20%、5%）、尿素（含N 46%）、磷酸二铵（含N、P2O5分别为18%、46%）氯化钾（含K2O 60%）。供试小麦品种见表2。

1.3 试验设计

本试验采用裂区试验设计，主处理为不同的施肥处理（低肥F1、中肥F2、高肥F3），小麦施肥量见表3。副处理为3个不同的小麦品种［石新828（SX828）、鲁垦麦9号（LK9号）、太麦101（TM101）］。种肥（磷酸二铵，N、P2O5含量分别为15%、42%）施用量为75 kg/hm2，播种时与种子一起施入土壤。试验采用随机区组法，3个小麦品种由东向西分别设置低肥、中肥、高肥3个水平，共9个处理，每个处理设置3次重复。每小区面积为 96 m2（8 m×12 m）。试验地每个小麦品种东西两侧设立 8 m 的保护行。上一季的玉米秸秆进行还田，灌溉及病虫草害等田间管理均按当地常规管理方式进行。

1.4 样品采集与项目测定

经过2年的定位试验，于2020—2021年在小麦拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期分别采集各小区长势较为均匀的10株小麦样品，带回实验室放入烘箱内105 ℃杀青30 min，75 ℃烘干至恒質量后，分别称量，记录植株样品干物质质量。成熟期各小区取3个 1 m2 麦穗测得穗数、穗粒数、千粒质量等指标，计算产量，随后在烘箱内75 ℃恒温烘干至恒质量，记录小麦样品干物质质量。烘干后小麦样品经粉碎机粉样之后过0.25 mm尼龙网筛，加入浓硫酸、过氧化氢消化样品。采用凯氏定氮仪测定小麦植株全氮含量，钒钼黄比色法测定植株全磷含量，火焰光度计法测定植株全钾含量［12］。综合测得数据计算以下指标：

氮吸收量（kg/hm2）=籽粒氮含量×籽粒产量+秸秆氮含量×秸秆产量；

氮肥偏生产力（kg/kg）=施氮区籽粒产量/施氮量。

磷、钾含量相关指标计算方法与氮素相同。

1.5 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2010进行数据整理和作图，采用SPSS 26软件进行方差分析，LSD法进行多重比较（α=0.05）。

2 结果与讨论

2.1 施肥对小麦干物质量的影响

由图1可见，SX828小麦拔节期、抽穗期、灌浆期植株干物质量由大到小顺序为F2>F3＞F1、F2>F3>F1，成熟期F2>F1>F3，成熟期时F2处理下干物质量为 25 162.01 kg/hm2，高于F1、F3处理 16.60%～20.29%。LK9号拔节期和成熟期植株干物质量表现为F2、F3>F1，抽穗期时表现为F2>F1>F3，灌浆期时F2>F3>F1，成熟期时F2、F3处理下干物质量分别为 24 520.62、24 674.77 kg/hm2。TM101在拔节期和成熟期植株干物质量表现为 F2>F1、F3，抽穗期时F2>F3>F1，灌浆期时表现为F2>F1>F3，成熟期时F2处理下干物质量为 24 278.55 kg/hm2，高于F1、F3处理  11.45%～14.17%。相同品种小麦在全生育时期，F2均高于F1。

综上，说明相同品种小麦在中肥施肥量时植株干物质量始终处于较高水平，高施肥量不会提高小麦干物质量。SX828全生育期在中高肥水平下保持较高干物质量，LK9号在拔节期后干物质量逐渐增加，二者整体优于TM101，综合表现为SX828>LK9号>TM101。

2.2 施肥对小麦养分吸收的影响

由图2可见，作物品种和施肥处理对小麦养分的吸收存在显著交互作用。SX828由拔节期至灌浆期，植株吸氮量表现为F3>F2>F1（P<0.05），成熟期表现为F2、F3>F1（P<0.05）；LK9号在抽穗期表现为F3>F2>F1（P<0.05），其他时期表现为F2、F3>F1（P<0.05）；TM101在拔节期时3种施肥水平下小麦吸氮量无显著差异，抽穗期表现为F2>F3>F1（P<0.05），灌浆期至成熟期表现为F2、F3>F1（P<0.05）。抽穗期后，3个品种小麦F1处理均显著低于F2、F3，说明低肥施肥量不利于小麦对氮素的吸收。抽穗期时，SX828和LK9号F3处理下植株吸氮量分别比F2高9.23%和5.47%，灌浆期时分别高6.15%和3.23%，成熟期时F2处理下比F3分别高3.85%和0.58%。说明抽穗期后，随生育进程的推进，高肥对作物吸氮量影响逐渐减小，中肥逐渐增大，高施肥量不利于小麦生育后期对的氮素的吸收。

不同小麦品种在全生育期植株吸磷量为10～54 kg/hm2，F1处理植株吸磷量均显著低于F2、F3。SX828在拔节期、抽穗期和成熟期时，植株吸磷量均表现为F2、F3>F1（P<0.05），灌浆期时表现为F2、F3>F1（P<0.05）。LK9号在拔节期和灌浆期时植株吸磷量表现为F2、F3>F1（P<0.05），抽穗期和成熟期时表现为F2>F3>F1（P<0.05）。TM101在拔节期和成熟期时植株吸磷量表现为F2>F3、F1（P<0.05），抽穗期时表现为F2>F3>F1（P<0.05），灌浆期时表现为F2、F3>F1（P<0.05）。

SX828在拔节期时，植株吸钾量表现为F2、F3>F1（P<0.05），抽穗期和灌浆期表现为F2>F3>F1（P<0.05），成熟期表现为F2>F1、F3（P<0.05）；其中抽穗期F2处理下植株吸钾量最高，为550 kg/hm2。LK9号植株吸钾量在拔节期和抽穗期表现为F2、F3>F1（P<0.05），灌浆期和成熟期表现为F2>F3>F1（P<0.05），其中F2与F1吸钾量在灌浆期差异更为明显，F2处理显著高于F1处理 53.20%，F2与F3在成熟期差异更为明显，F2处理显著高于F3 12.50%。TM101在拔节期植株吸钾量表现为F2、F3>F1（P<0.05），F2、F3处理分别显著高于F1处理 34.38%、25.00%，抽穗期至成熟期表现为F2>F3>F1（P<0.05），其中在抽穗期差异更为明显，F2处理显著高于F3处理 17.55%，F3处理显著高于F1处理 28.12%。

综上，3个品种小麦在低肥水平植株对养分的吸收量较低，随生育进程，中肥水平下植株对养分的吸收量逐渐升高，高肥水平逐渐降低。说明低肥处理不利于植株对养分的吸收，中肥处理时植株对养分的吸收量优于高肥处理，且在中高施肥水平下，SX828植株对养分的吸收量均处于较高水平，LK9号次之，TM101较低。

2.3 施肥对不同品种小麦产量的影响

由表4可见，3个品种小麦在不同施肥水平下，F2小麦产量显著高于F1；SX828产量表现为F2>F3>F1（P<0.05），LK9號产量表现为F2、F3>F1（P<0.05），TM101产量表现为F2>F1>F3。其中，SX828在F2处理下的产量最高，为 9 919.59 kg/hm2，3个品种小麦在不同施肥水平下平均产量表现为LK9号>SX828>TM101。SX828 在穗数、穗粒数和千粒质量3个方面均表现为F2>F1、F3。LK9号基本呈现随施肥量增加，穗数和穗粒数增加，千粒质量降低的趋势。TM101在穗数和穗粒数方面表现为F2>F3>F1，千粒质量表现为F1>F2>F3。

SX828在F2处理时产量上具有明显优势，LK9号F3时产量虽拥有不俗表现，但其施肥量更大，从施肥的经济投入、肥料的利用率和对耕地土壤肥力的保护方面考虑，并不可取；TM101产量上与二者差异较大。

2.4 施肥对不同品种肥料偏生产力的影响

由图3可见，LK9号和TM101氮、磷、钾肥肥料偏生产力均表现为F1>F2>F3，且各施肥水平之间差异显著；SX828磷肥偏生产力也呈现这种规律，但氮肥在F2时肥料偏生产力最高，表现为F2>F1>F3且各施肥水平间差异性显著；钾肥F1F2肥料偏生产力分别为73.479、73.478 kg/kg，表现F1、F2>F3，同时F1、F2与F3肥料偏生产力差异显著。说明LK9号和TM101会随着施肥量的增加，肥料偏生产力降低，单一肥料的利用效率降低。SX828结合籽粒产量（表3）来看，F1、F2籽粒产量为3个品种小麦产量最低值和最高值，说明SX828主要由于产量间差异过大导致F1时氮肥肥料偏生产力显著低于F2（P<0.05），也使钾肥偏生产力在F1、F2时差异很小。说明施肥量对SX828产量影响很大，同时氮肥偏生产力F2显著高于F1（P<0.05），钾肥偏生产力F1、F2差异很小，磷肥偏生产力F1显著高于F2（P<0.05），也说明了肥料对SX828小麦籽粒产量影响大小为氮肥>钾肥>磷肥。

3 讨论

施肥对小麦的生长发育有显著促进作用，科学合理地使用各种氮、磷、钾肥料可以有效提高小麦产量，改善小麦生长的品质［13-15］。肥料配施可有效缓解肥料与土壤供肥能力之间的不平衡，同时不同养分元素对小麦发育和产量影响不同［9］。本研究中，与磷钾2种元素相比，氮素是决定小麦生长发育的决定性因素［16-17］，其次为钾素，最后为磷素。这与王剑英的结论不同，王剑英试验认为对小麦影响最大的养分元素依次为氮素、磷素、钾素［18］。本研究中，作物对氮磷钾3种元素的吸收量均表现为中等施肥水平下吸收量最高，高肥次之，低肥最差，小麦成熟期干物质量均值为 22 694.38 kg/hm2，3个品种小麦在中肥水平下的干物质量全部高于均值，不同施肥处理下3个小麦品种干物质累积量呈现中肥>高肥>低肥的趋势，中肥水平时3个品种小麦干物质累积量呈现SX828>LK9号>TM101。同时肥料偏生产力基本呈现随施肥量的增加，肥料偏生产力减小，偏生产力呈现低肥＞中肥＞高肥的规律，这与李莹莹研究结果相同［19］。有研究认为，拔节期至抽穗期是养分吸收最快的阶段，在此时期小麦干物质量迅速累积，是决定小麦产量的重要时期［20-21］。本研究中，拔节期至抽穗期时干物质量增长最为明显，平均增长量为11 803.75 kg/hm2，增长量维持在14 161.91～8 797.26 kg/hm2 之间，与其他时期相比，增长量最大。

配方施肥可以有效提高肥料的效力，使肥料对小麦产量的增益发挥到最大，有研究通过对8个试点进行长期定位试验发现氮磷钾测土配方施肥使小麦产量提高3.1%［22］。本研究中，SX828与TM101在中肥水平时产量达到最高，LK9号则在高肥水平时产量最高，3个品种的最高产量表现为SX828>LK9号>TM101，SX828的最高产量比LK9号高3.9%。LK9号在高肥水平虽拥有较高产量，但其施肥量更大、经济投入多，并不可取。SX828在3种施肥水平下最终产量差异极大，且氮肥在中肥水平的偏生产力高于低肥，说明SX828对肥料的施入量极为敏感，在中肥水平下更有利于SX828的生长发育。SX828的穗数、穗粒数和千粒质量均在中肥水平下达到最高，呈现中肥>高肥>低肥的规律，LK9号与TM101的穗数和穗粒数也呈现这种规律，但千粒质量随施肥量的增加逐渐降低，这与Kato提出的穗粒数和穗数与产量之间存在显著正相关关系，而千粒质量与产量则呈现轻微的负相关关系的结论［23］基本相同。

4 结论

中肥处理下，小麦干物质积累量更高，植株对氮磷钾3种元素的吸收情况最好。SX828与TM101均以中肥处理产量最高；LK9号小麦以高肥处理产量最高，但在中肥与高肥处理下差异不显著；在中肥条件下，小麦产量构成因素中的穗数和穗粒数更大。小麦最高产量均以SX828优于LK9号和TM101。SX828在中高施肥水平下，小麦植株对氮素的吸收量高于LK9号和TM101，对磷素的吸收量优于太麦101。且SX828在中肥时氮素和钾素肥料偏生产力优于LK9号和TM101，可以更好地提高肥料的利用率。

综上，综合考虑不同施肥水平小麦品种在干物质量和养分偏生产力等的表现，推荐满足区域高产需求的小麦品种为石新828，施肥量为中肥处理。

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