孫 婷，馬宏衛(wèi)，王孟蘭，張 媛

華東地區(qū)小麥緩控釋配方肥技術(shù)研究

孫 婷1，馬宏衛(wèi)2*，王孟蘭1，張 媛1

(1 南京市江寧區(qū)耕地質(zhì)量保護(hù)站，南京 211100；2 南京市耕地質(zhì)量保護(hù)站，南京 210036)

根據(jù)土壤肥力水平和前期研究，設(shè)計了華東地區(qū)小麥緩控釋配方肥，研究了該配方肥對小麥產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分平衡和肥料利用率的影響。結(jié)果表明：緩控釋配方肥能在較常規(guī)施肥減氮12.5%、減磷10%、減鉀6.7% 以及一次性施用的情況下，確保小麥的穩(wěn)產(chǎn)，提高氮肥表觀利用率6.2%，且將氮肥的偏生產(chǎn)力提高20.4%，同時維持土壤的養(yǎng)分含量。配方施肥的施氮量、施磷量超過了植株的需求，盈余50% 左右，施鉀量低于作物吸鉀量，土壤鉀素平衡為虧缺狀態(tài)。因此，建議華東地區(qū)小麥緩控釋配方肥的氮肥用量可降低10% ~ 15%，磷肥用量可降低20% ~ 30%，鉀肥用量應(yīng)提高10% 左右，即配方肥的氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O) 肥推薦用量分別為180 ~ 190、80 ~ 90和90 ~ 100 kg/hm2。

小麥；緩控釋；配方肥；土壤養(yǎng)分平衡；肥料利用率

隨著我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精耕細(xì)作、松土保墑、間作套種等田間管理模式的逐漸消失，作物增產(chǎn)主要依賴化肥的投入，導(dǎo)致過量施用化肥現(xiàn)象普遍，肥料利用率偏低，報酬逐年遞減[1]。20世紀(jì)60 年代每千克化肥增產(chǎn)糧食21.0 kg，70 年代為8.8 kg，80—90 年代中期已經(jīng)降到6.3 kg[2]?；试霎a(chǎn)作用降低的主要原因在于化肥的利用率降低，損失率升高。肥料的損失不僅是肥料資源的浪費，更為人類的生存環(huán)境和生態(tài)環(huán)境帶來了不良的后果[3]。因此，當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要挑戰(zhàn)是如何優(yōu)化施肥以提高肥料的利用率及降低環(huán)境污染。

小麥?zhǔn)俏覈娜蠹Z食作物之一，同時也是經(jīng)濟(jì)效益相對較低的作物。目前小麥的施肥模式主要是少量氮肥和全部的磷、鉀肥作基肥，大部分氮肥作追肥，追肥方法為撒施于土壤表面[4]。近年來，隨著農(nóng)村勞動力向城市轉(zhuǎn)移，尤其是經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的華東地區(qū)，多次施肥技術(shù)在小麥上已難于實行。常用的速效肥料養(yǎng)分釋放速度快，肥效期短，一次施用無法滿足作物整個生長階段的養(yǎng)分需求，損失過大，肥料利用率低，其中氮素表現(xiàn)尤為突出，如果將其全部作基肥一次性施用后，易造成后期供氮不足，成穗率低，影響產(chǎn)量[5]。

緩/控釋肥養(yǎng)分釋放緩慢，延續(xù)時間長，能夠有效地減少土壤氮素的淋失，提高氮肥利用率，因此成為新型肥料的研究熱點[6]。研究表明控釋肥可以在小麥生長的拔節(jié)、抽穗、灌漿期為其供應(yīng)充足的養(yǎng)分，可有效提高小麥的產(chǎn)量[7-10]，同時提高肥料的偏生產(chǎn)力，減少土壤硝酸鹽殘留和N2O排放[11]。

但是目前國內(nèi)對緩控釋肥料在小麥上的施用效果研究主要集中在北方冬小麥上，而對于華東地區(qū)冬小麥的適用性卻不清楚。華東地區(qū)降雨量相對較大，養(yǎng)分更容易通過揮發(fā)和徑流而損失，控釋肥在華東地區(qū)小麥種植過程中可以更好地減少養(yǎng)分損失。此外在小麥的肥效試驗中，施肥量大都按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的常規(guī)施肥量確定，很少使用目標(biāo)產(chǎn)量和養(yǎng)分平衡法估算得到推薦施肥量。為此，本研究在土壤測試和肥料效果試驗基礎(chǔ)上初步確定南方小麥的控釋摻混肥配方，為我國華東地區(qū)小麥緩控釋配方肥的大面積推廣應(yīng)用提供有效的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗點位于南京市江寧區(qū)淳化街道，供試土壤為黃棕壤，耕層土壤(0 ~ 20 cm) 的基礎(chǔ)性質(zhì)見表1。

1.2 試驗設(shè)計

采用小區(qū)試驗，每個小區(qū)36 m2(6 m × 6 m)。設(shè)置常規(guī)施肥(farmers’ fertilization，F(xiàn)F)，常規(guī)施肥不施氮肥(FF-N)、不施磷肥(FF-P) 和不施鉀肥(FF-K) 處理，同時設(shè)置配方施肥(30% 緩釋肥)(recommended fertilization，RF)、配方施肥不施氮肥(RF-N)、配方施肥不施磷肥(RF-P)、配方施肥不施鉀肥(RF-K)處理，共8 個處理(表2)，每個處理重復(fù)3 次，共計24 個小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計。常規(guī)施肥處理氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O) 肥用量根據(jù)調(diào)研獲得的當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥水平確定，氮肥分基肥和追肥兩次施肥，其中基肥為 180 kg/hm2(75%)，拔節(jié)期追肥 60 kg/hm2(25%)，磷、鉀肥做基肥一次性施入。配方施肥處理的施肥量根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量和養(yǎng)分平衡法估算，氮肥用量 210 kg/hm2，其中緩釋氮肥63 kg/hm2(30%)，全部肥料一次性做基肥施入。所用肥料為尿素(含N 460 g/kg)、過磷酸鈣(含P2O5160 g/kg)、硫酸鉀(含K2O 520 g/kg)，緩釋氮肥(控釋期3個月)由江蘇艾薩斯新型肥料工程技術(shù)有限公司提供。

表1 供試土壤基礎(chǔ)肥力

表2 試驗處理氮磷鉀用量(kg/hm2)

注：FF：常規(guī)施肥，F(xiàn)F-N：常規(guī)不施氮，F(xiàn)F-P：常規(guī)不施磷，F(xiàn)F-K：常規(guī)不施鉀，RF：配方施肥，RF-N：配方施肥不施氮，RF-P：配方施肥不施磷，RF-K：配方施肥不施鉀；下同。

1.3 采樣與分析

分小區(qū)收割小麥并測產(chǎn)，每個小區(qū)均劃定1 m2取樣區(qū)，帶回實驗室脫粒。脫粒后籽粒與秸稈分別在 80℃烘箱中烘至恒重，計算含水量并測千粒重。樣品粉碎后分別測定籽粒和秸稈的氮、磷和鉀的含量，采用 H2SO4-H2O2消煮后，凱氏法測定氮素含量，鉬銻抗比色法測定磷素含量，火焰光度計法測定鉀素含量。

采集 0 ~ 20 cm 耕層土壤，風(fēng)干后磨碎分別過篩備用。土壤全氮采用凱氏法，全磷采用酸溶-鉬銻抗比色法，全鉀采用高氯酸消煮法，有效磷采用碳酸氫鈉提取比色法，速效鉀采用乙酸銨提取火焰光度法，堿解氮采取堿解擴(kuò)散法測定[12]。

1.4 統(tǒng)計分析

土壤氮(磷、鉀) 素盈余=施氮(磷、鉀)量–作物收獲氮(磷、鉀)量；小麥的肥料利用率：偏生產(chǎn)力PFP (kg/kg) =f/f；農(nóng)學(xué)效率AE (kg/kg) = (f–0)/f；肥料表觀利用率RE (%) = (f–0)/f。式中：f和0分別為施氮(磷或鉀) 和不施氮(磷或鉀)的作物籽粒產(chǎn)量；f和0分別為施氮(磷或鉀)和不施氮(磷或鉀)的作物地上部養(yǎng)分吸收量；f為氮(磷或鉀) 肥用量[13]。

試驗所有數(shù)據(jù)采用Excel 和SPSS18 進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理的小麥產(chǎn)量

不施氮肥處理的小麥籽粒產(chǎn)量顯著低于施氮肥的各處理 (圖1)。對于常規(guī)施肥的4 個處理，F(xiàn)F-N處理的小麥產(chǎn)量只有1 546 kg/hm2，僅是FF處理產(chǎn)量的33.8%，顯著低于另外3 個處理；FF-P處理的產(chǎn)量是FF處理的66.1%，也顯著低于FF和FF-K處理；FF-K處理的小麥產(chǎn)量為FF處理的96.1%，兩處理間無顯著差異。配方施肥的4 個處理中，RF-N處理也同樣顯著降低了小麥的產(chǎn)量，另3個處理間產(chǎn)量無顯著差異。RF處理的小麥產(chǎn)量為FF處理的106%，兩者的產(chǎn)量無顯著差異。不同施肥處理下小麥的秸稈產(chǎn)量同籽粒產(chǎn)量趨勢一致。

小麥的千粒重等產(chǎn)量指標(biāo)顯示，F(xiàn)F-N處理顯著地降低了小麥的千粒重、每穗粒數(shù)和株高，每穗粒數(shù)和株高降低幅度大，比FF處理每穗粒數(shù)降低了50%，株高降低了約40%(表3)。這3個指標(biāo)在FF和RF處理間無顯著差異。由此可見，試驗區(qū)土壤鉀素充足，土壤磷素處于中等水平，氮肥則是該試驗區(qū)小麥生產(chǎn)的主要限制因素。

2.2 不同施肥處理的小麥氮、磷、鉀素吸收及盈余

不施氮處理的小麥植株收獲移走的氮、磷和鉀顯著低于其他各處理，不施氮不僅大幅度影響了植株對氮的吸收，也顯著影響了對磷和鉀的吸收(表4)。不施磷顯著降低了小麥植株對磷的吸收，但對氮和鉀的吸收影響不顯著。不施鉀沒有顯著影響小麥地上部對鉀、氮、磷的積累量。兩種施肥配方中，不施氮、磷或鉀處理的小麥地上部吸氮量、吸磷量和吸鉀量分別代表土壤氮、磷和鉀素的供應(yīng)能力，分別為 29.3 ~ 35.0、28.8 ~ 38.3、89.1 ~ 91.8 kg/hm2。

(圖中不同小寫字母表示處理間差異在P<0.05 水平顯著，下圖同)

表3 不同施肥處理小麥的產(chǎn)量構(gòu)成

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同列不同小寫字母表示處理間差異在<0.05水平顯著；下同。

FF和RF處理施氮量分別為240 kg/hm2和210 kg/hm2，作物帶走的氮量分別為110.6 kg/hm2和119.3 kg/hm2，土壤氮素盈余50% 左右；施磷量分別為120 kg/hm2和108 kg/hm2，對應(yīng)的土壤磷素盈余分別為69.7 kg/hm2和52.3 kg/hm2，盈余近50%；施鉀量分別為112.5 kg/hm2和105 kg/hm2，對應(yīng)的土壤鉀素盈余分別為–11.1 kg/hm2和–17.7 kg/hm2，表明植株帶走的鉀素高于施入的鉀素(表4)。

表4 不同施肥處理下土壤的氮、磷和鉀養(yǎng)分平衡

2.3 不同施肥處理的小麥肥料利用率

表5是FF和RF處理的肥料利用率指標(biāo)。表5顯示，當(dāng)?shù)匦←湹牡时碛^利用率較高，其次是鉀肥，磷肥的利用率最低。RF處理的氮肥和鉀肥表觀利用率比FF處理分別高6.2% 和3.8%，而磷肥表觀利用率比FF處理低1.8%。RF處理的氮肥、磷肥和鉀肥偏生產(chǎn)力分別高于FF處理20.4%、17.3% 和13.0%。試驗區(qū)土壤的氮肥農(nóng)學(xué)效率為每公斤氮肥可增產(chǎn)11.2 ~ 16.2 kg，氮肥效益明顯；磷肥的農(nóng)學(xué)效率較低，每公斤磷肥增產(chǎn)效益2.3 ~ 10.7 kg；每公斤鉀肥的增產(chǎn)效率最低，為–1.4 ~ 9.4 kg。

表 5 不同施肥處理對肥料利用率的影響

2.4 不同施肥處理的土壤有效氮、磷、鉀含量

圖2顯示小麥?zhǔn)斋@后土壤有效態(tài)氮、磷、鉀含量，不同施肥量下的土壤堿解氮含量無顯著變化，F(xiàn)F-P和RF-P處理的土壤有效磷含量顯著下降；不施氮處理(FF-N、RF-N)由于其較低的生物量，植物帶走的鉀素少，其土壤速效鉀含量高于其他各處理，其他各施肥處理間的速效鉀含量無顯著差異。由此可見，試驗區(qū)土壤不施磷肥，一季小麥后其土壤有效磷含量就會顯著下降，而土壤堿解氮和速效鉀含量并不會因為一季沒有施肥而顯著降低。

圖2 不同施肥處理下土壤的堿解氮、有效磷和速效鉀含量

3 討論

3.1 基礎(chǔ)肥力

20世紀(jì)90年代以來，單純依靠大肥大水增加產(chǎn)量的粗放管理方式破壞了耕地原有的生態(tài)，導(dǎo)致了土壤肥力下降。本試驗區(qū)土壤全氮為1.13 g/kg(2017 年江寧區(qū)土壤全氮平均值為1.54 g/kg)，土壤堿解氮含量為59.97 mg/kg，試驗結(jié)果表明，當(dāng)季小麥不施氮肥，小麥的株高、穗粒數(shù)、千粒重均顯著下降，產(chǎn)量大幅下降，其不施氮肥的基礎(chǔ)產(chǎn)量僅為1 546 kg/hm2，僅是常規(guī)施肥產(chǎn)量的33.8%。試驗區(qū)土壤有效磷為19.80 mg/kg，當(dāng)季不施磷肥也會導(dǎo)致小麥產(chǎn)量的下降。試驗區(qū)土壤速效鉀含量為142.5 mg/kg，不施鉀肥不會影響小麥產(chǎn)量。不施氮、磷或鉀處理的小麥地上部吸氮量、吸磷量和吸鉀量分別代表土壤氮、磷和鉀素的供應(yīng)能力，分別為 N 29.3 ~ 35.0 kg/hm2、P2O528.8 ~ 38.3 kg/hm2和 K2O 89.1 ~ 91.8 kg/hm2，由此得出試驗區(qū)小麥基礎(chǔ)肥力的限制因素為氮，為保持耕地的生產(chǎn)能力，需要保持氮肥的投入，可施用210 kg/hm2的氮肥，并用緩釋氮肥代替30% 速效氮以節(jié)省追肥的人力投入。

3.2 肥料利用率和土壤養(yǎng)分平衡

我國主要糧食作物的氮、磷和鉀肥平均表觀利用率約為30%、15% 和30%[13]。本試驗結(jié)果顯示，當(dāng)季小麥常規(guī)施肥的氮肥表觀利用率為33.9%，而配方施肥因為降低了施氮量，且氮磷鉀施肥比例更為合理，其氮肥表觀利用率達(dá)到了40.1%；所有施氮處理的氮素平衡表現(xiàn)為盈余狀態(tài)，近50% 投入的氮肥殘余在土壤中或損失，建議配方肥再降低10% ~ 15% 的氮用量。雖然磷肥的當(dāng)季利用率較低，但其累積利用率較高，因此配方肥再降低20% ~ 30% 的磷用量，避免過量磷肥投入導(dǎo)致的潛在環(huán)境風(fēng)險。

不施鉀肥的處理，小麥鉀素吸收有一定下降，但沒有顯著影響小麥的產(chǎn)量，而且小麥吸收的鉀素大部分存在于小麥秸稈中，不施鉀肥處理小麥籽粒吸收的鉀素占小麥地上部吸鉀量的18.9% ~ 20.7%，而施鉀肥處理籽粒吸收鉀素僅占小麥地上部吸鉀量的13.6% ~ 16.6%。由此可推斷，小麥鉀素的吸收有部分為奢侈吸收，吸收量超過其需要量。但是，常規(guī)施肥和配方施肥的鉀素平衡又顯示為虧缺狀態(tài)，分別虧缺11.1% 和17.7%，而土壤速效鉀水平無顯著變化。在當(dāng)前小麥產(chǎn)量和鉀素需求水平下，長期持續(xù)此施鉀水平可能會造成土壤鉀素肥力下降，因此可提高配方肥中10% 左右鉀用量，同時推廣秸稈還田技術(shù)，以補充其帶走的鉀量。

4 結(jié)論

在華東地區(qū)小麥生產(chǎn)中，氮是主要限制因子，不施氮肥小麥大幅度減產(chǎn)，當(dāng)季不施鉀肥不會顯著降低小麥的產(chǎn)量；土壤磷素處于中等水平，不施磷肥，小麥有一定程度的減產(chǎn)。配方施肥的氮肥和鉀肥表觀利用率比常規(guī)施肥分別高6.2% 和3.8%，而磷肥表觀利用率比常規(guī)施肥低1.8%。緩控釋配方施肥的施氮量、施磷量超過了植株的需求，盈余50% 左右，但是緩控釋配方施肥的施鉀量低于作物吸鉀量，土壤鉀素平衡為虧缺狀態(tài)。因此，建議在氮 (N)、磷 (P2O5)、鉀 (K2O) 肥用量分別為 210、108 和 105 kg/hm2的華東地區(qū)小麥緩控釋配方肥中(其中含有30% 緩釋氮肥)，氮肥用量可再降低10% ~ 15%，磷肥用量再降低20% ~ 30%，而鉀肥用量需提高10% 左右，即新的華東地區(qū)小麥緩控釋配方肥的氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O) 肥用量分別為180 ~ 190、80 ~ 90和90 ~ 100 kg/hm2。

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Application of Controlled-Release Formulated Fertilizer on Winter Wheat in East China

SUN Ting1, MA Hongwei2*, WANG Menglan1, ZHANG Yuan1

(1 Jiangning Farmland Quality Protection Station, Nanjing 211100, China; 2 Nanjing Farmland Quality Protection Station, Nanjing 210036, China)

Based on the current soil fertility level from previous investigations, the controlled release formulated fertilizer (CRFF) was developed for wheat in East China, and its effects on wheat yield, soil nutrient balance and nutrient use efficiency were studied. For CRFF treatment once application was adopted to save fertilization labor, and the results showed that nitrogen was reduced by 12.5%, phosphorus by 10%, and potassium by 6.7% while the winter wheat yield remained stable, which resulted in the increase of nitrogen use efficiency by 6.20% as well as the increase of the nitrogen productivity by 20.4% while kept soil fertility level. Furthermore, the nutrient balances demonstrated that both nitrogen and phosphorus were over input with about 50%, while potassium input was less input with about 10%. Therefore, it was indicated that the CRFF could be further optimized for the winter wheat in East China, and the nitrogen input could be further reduced by 10%–15% and phosphorus by 20%–30% while potassium increased by about 10%, thus the dosage of fertilizer input rates were recommended as 180–190 kg/hm2, 80–90 kg/hm2and 90– 100 kg/hm2for nitrogen (N), phosphorus (P2O5) and potassium (K2O), respectively.

Winterwheat; Controlled release; Formulated fertilization; Soil nutrient balance; Fertilizer use efficiency

mahw18@163.com)

孫婷(1977—)，女，江蘇江寧人，大學(xué)本科，高級農(nóng)藝師，主要從事科學(xué)施肥技術(shù)推廣。E-mail:1123396719@qq.com

S147.2

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.06.003