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        小麥專(zhuān)用肥在河南省典型地區(qū)的應(yīng)用效果研究

        2021-04-12 00:46:46王好斌范鈞翔谷守玉侯翠紅劉祖鋒葉優(yōu)良
        麥類(lèi)作物學(xué)報(bào) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:溫縣專(zhuān)用肥養(yǎng)分

        王好斌 ,范鈞翔,谷守玉,侯翠紅,劉祖鋒,葉優(yōu)良

        (1.鄭州大學(xué)化工學(xué)院,河南鄭州 450001; 2.湖北宜施壯農(nóng)業(yè)科技有限公司,湖北宜昌 443100; 3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué),河南鄭州 450002)

        小麥作為我國(guó)三大糧食作物之一,具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和耐儲(chǔ)性,是重要的商品糧和戰(zhàn)略性安全儲(chǔ)備糧[1]。河南省是全國(guó)小麥生產(chǎn)和調(diào)出第一大省,小麥面積在566.7萬(wàn)hm2以上,每年向市場(chǎng)提供的商品小麥占全國(guó)的25%~30%[2]。維持河南省小麥高產(chǎn)不僅對(duì)本省的糧食生產(chǎn)有重要意義,對(duì)保障全國(guó)糧食供給,維護(hù)國(guó)家糧食安全也具有重要意義[3-4]。河南小麥在產(chǎn)量不斷提高的同時(shí),化肥施用量也在持續(xù)上升。過(guò)量施肥不僅造成肥料浪費(fèi)和利用率下降,還給農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)危害[5]。

        小麥生產(chǎn)除肥料用量和基追比例存在問(wèn)題外,肥料產(chǎn)品中不合理的養(yǎng)分配比也是限制農(nóng)戶(hù)小麥高產(chǎn)的重要原因。農(nóng)戶(hù)習(xí)慣施用高氮復(fù)合肥產(chǎn)品,而輕施磷、鉀肥,較少使用有機(jī)肥和生物肥料,忽視中、微量元素的投入[6]。不合理施肥導(dǎo)致河南省小麥肥料利用率一直較低,氮、磷、鉀肥利用率分別只有32%、19%、44%[7];同時(shí),養(yǎng)分失衡引起土壤質(zhì)量下降、病蟲(chóng)害加劇、小麥產(chǎn)量和品質(zhì)不穩(wěn)定、環(huán)境污染等問(wèn)題,進(jìn)而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益難以提升[8]。

        為解決以上問(wèn)題,鄭州大學(xué)聯(lián)合河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、湖北宜施壯農(nóng)業(yè)科技有限公司、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、河南好上好農(nóng)業(yè)科技有限公司,依據(jù)河南省土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況、小麥養(yǎng)分吸收規(guī)律,共同研制開(kāi)發(fā)了小麥專(zhuān)用肥,并在河南省四個(gè)典型地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn),研究專(zhuān)用肥對(duì)小麥的應(yīng)用效果,以期進(jìn)一步改良專(zhuān)用肥的配方和工藝,提高小麥產(chǎn)量和肥料利用率,減少環(huán)境污染,實(shí)現(xiàn)節(jié)肥增效。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

        小區(qū)試驗(yàn):2017-2018年在河南省禹州市康城村(北緯34.27°,東經(jīng)113.34°)進(jìn)行,土壤類(lèi)型為褐土,播前取0~30 cm耕層土壤測(cè)試其基本理化性狀,具體參數(shù)見(jiàn)表1。

        示范試驗(yàn):2018-2019年分別在河南省禹州市康城村(北緯34.27°,東經(jīng)113.34°)、臨潁縣大郭村(北緯33.79°,東經(jīng)113.80°)、杞縣陳樓村(北緯34.52°,東經(jīng)114.82°)和溫縣祥云村(北緯34.92°,東經(jīng)112.99°)四個(gè)地點(diǎn)開(kāi)展。從生態(tài)區(qū)域上來(lái)說(shuō),禹州地處中部丘陵區(qū),其他三個(gè)示范點(diǎn)地處平原適宜區(qū)[9]。禹州屬小農(nóng)戶(hù)種植區(qū),臨潁屬大戶(hù)種植區(qū),杞縣屬經(jīng)作區(qū),溫縣屬糧作高產(chǎn)示范區(qū),可有效代表河南省不同小麥種植區(qū)域,試驗(yàn)結(jié)果具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。四個(gè)示范點(diǎn)土壤類(lèi)型分別為褐土、砂姜黑土、潮土和潮土,質(zhì)地為粘壤土、中壤土、砂壤土和中壤土,播前取其0~30 cm耕層土壤測(cè)試其基本理化性狀,具體參數(shù)見(jiàn)表1。

        表1 0~30 cm耕層土壤基本理化性狀Table 1 Basic physical and chemical properties of 0-30 cm soil level

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        小區(qū)試驗(yàn)和示范試驗(yàn)均設(shè)置5個(gè)處理:不施肥(CK)、農(nóng)民習(xí)慣施肥(FP1)、農(nóng)民習(xí)慣減施20%(FP2)、小麥專(zhuān)用肥(SF1)、小麥專(zhuān)用肥減施20%(SF2)。其中,禹州地區(qū)基肥農(nóng)民習(xí)慣施用24-14-7復(fù)合肥,臨潁地區(qū)基肥農(nóng)民習(xí)慣施用22-16-7復(fù)合肥,杞縣地區(qū)基肥農(nóng)民習(xí)慣施用24-16-5復(fù)合肥,溫縣地區(qū)基肥農(nóng)民習(xí)慣施用25-15-5復(fù)合肥,施用量均為750 kg·hm-2,四個(gè)示范地點(diǎn)農(nóng)戶(hù)均在小麥返青至拔節(jié)期追施尿素(含純N 46.4%)225 kg·hm-2;小麥專(zhuān)用肥處理為鄭州大學(xué)和河南農(nóng)業(yè)大學(xué)基于河南省土壤狀況和小麥養(yǎng)分需求規(guī)律而設(shè)計(jì)的N∶P2O5∶K2O配比為18∶15∶12的專(zhuān)用肥,并添加了中、微量元素Mg、S、Zn、B,與氮磷鉀肥料一并采用轉(zhuǎn)鼓造粒工藝生產(chǎn),施用量為750 kg·hm-2,返青至拔節(jié)期追施尿素(含純N 46.4%)150 kg·hm-2。四個(gè)示范點(diǎn)CK、SF1和SF2處理肥料養(yǎng)分投入量一樣。減量施肥處理(FP2和SF2),僅基肥時(shí)減施20%,追肥用量與各自全量施肥處理保持一致,試驗(yàn)各處理養(yǎng)分投入量見(jiàn)表2。小區(qū)試驗(yàn)各處理設(shè)三次重復(fù),小區(qū)面積100 m2;示范區(qū)試驗(yàn)不設(shè)重復(fù),其中CK處理占地面積為0.67 hm2,其余各處理占地面積均為6.67 hm2。

        小區(qū)試驗(yàn)于2017年10月10日播種,2018年6月1日收獲,播種量為187.5 kg·hm-2;示范試驗(yàn)于2018年10月15日播種,2019年6月5日收獲,播種量為187.5 kg·hm-2。越冬期和拔節(jié)期各灌水一次,于返青期進(jìn)行化學(xué)除草,在開(kāi)花期進(jìn)行一噴三防。

        表2 各處理肥料養(yǎng)分投入量Table 2 Nutrient input of each treatment kg·hm-2

        1.3 樣品采集與測(cè)定

        2017-2018年,在禹州小區(qū)試驗(yàn)點(diǎn),各處理于分蘗期(播后35 d)、越冬期(播后約70 d)、返青期(播后約135 d)、拔節(jié)期(播后約160 d)、揚(yáng)花期(播后約197 d)和成熟期(播后約234 d)使用GreenSeeker(Trimble,美國(guó))測(cè)定小麥莖蘗數(shù)量,并于播后70、135、160和197 d測(cè)定小麥植被歸一化指數(shù)(NDVI),然后各小區(qū)選取20株具有代表性的小麥植株,在105 ℃殺青后,80 ℃烘干至恒重后,測(cè)定干物質(zhì)積累量。

        于小麥成熟期,小區(qū)試驗(yàn)各小區(qū)人工收獲 5 m2樣方;示范試驗(yàn)各處理機(jī)械收獲1 333 m2,使用谷物水分測(cè)定儀測(cè)定含水量,按13%的水分折算籽粒產(chǎn)量。

        1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

        肥料貢獻(xiàn)率=(施肥區(qū)產(chǎn)量-無(wú)肥區(qū)產(chǎn)量)/施肥區(qū)產(chǎn)量×100%;

        肥料農(nóng)學(xué)利用率=(施肥區(qū)產(chǎn)量-無(wú)肥區(qū)產(chǎn)量)/化肥純養(yǎng)分的投入量;

        肥料偏生產(chǎn)力=產(chǎn)量/化肥純養(yǎng)分的投入量;

        經(jīng)濟(jì)效益=小麥產(chǎn)值-肥料成本-其他生產(chǎn)成本。

        用Excel 2010、SPSS 21.0和Origin 9.0進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、繪圖和統(tǒng)計(jì)分析,采用LSD法進(jìn)行處理間差異顯著性檢驗(yàn)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 專(zhuān)用肥對(duì)小麥群體分蘗動(dòng)態(tài)的影響

        從表3可以看出,隨著播種天數(shù)的延長(zhǎng),小麥群體莖蘗數(shù)量表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì),播種后35~70 d為莖蘗數(shù)量第一個(gè)快速增長(zhǎng)期,播后135~160 d經(jīng)歷第二個(gè)快速增長(zhǎng)期,之后無(wú)效分蘗開(kāi)始大量消亡。與CK處理相比,SF1、FP1處理的莖蘗數(shù)量在各生育期都有顯著提高;在播后35、135和160 d FP2、SF2處理的莖蘗數(shù)量與CK處理差異不明顯,而在其他生育期其莖蘗數(shù)量都顯著高于CK。從播后35 d至234 d SF1和FP1處理的莖蘗數(shù)量均高于SF2和FP2處理。從播后160 d至234 d,處理間莖蘗數(shù)量差異不斷加大,成熟期大小表現(xiàn)為SF1>FP1>SF2>FP2>CK,其中,F(xiàn)P1、SF1、SF2處理間無(wú)顯著差異,但均與FP2、CK處理間差異顯著,且FP2、CK處理間差異也顯著。成穗率(成熟期穗數(shù)除以最大莖蘗數(shù))以SF2(55.6%)處理最大,與FP1 (52.1%)、SF1(54.8%)處理間無(wú)顯著差異,但與FP2(44.2%)處理間差異顯著,各處理莖蘗成穗率均顯著高于CK(35.5%)處理。

        2.2 專(zhuān)用肥對(duì)小麥植被歸一化指數(shù)(NDVI)的影響

        NDVI常用于表征綠色植被生長(zhǎng)狀況,分蘗數(shù)量多、葉面積大、葉綠素含量高都會(huì)明顯提高NDVI。從表4可以看出,播后135~160 d為NDVI快速增長(zhǎng)期,F(xiàn)P1、SF1處理的NDVI顯著高于CK處理;播后160~197 d,F(xiàn)P2處理的NDVI降幅明顯高于其他三個(gè)施肥處理,其N(xiāo)DVI最接近CK處理。在播后70~197 d,各施肥處理間的NDVI無(wú)顯著差異。

        表3 不同施肥處理對(duì)小麥莖蘗數(shù)量的影響Table 3 Effect of different fertilization treatments on wheat tiller number ×104·hm-2

        表4 不同施肥處理對(duì)小麥NDVI動(dòng)態(tài)的影響Table 4 Effect of different fertilization treatments on wheat NDVI dynamics

        2.3 專(zhuān)用肥對(duì)小麥干物質(zhì)積累的影響

        從表5可以看出,從越冬期開(kāi)始,四個(gè)施肥處理的干物質(zhì)重都顯著高于CK處理(除揚(yáng)花期FP2處理以及成熟期FP2和SF2處理外),且這種差異隨生育期進(jìn)程的推進(jìn)不斷加大。越冬至揚(yáng)花期,SF1處理的干物質(zhì)量都顯著高于SF2處理;返青至揚(yáng)花期,F(xiàn)P1處理的干物質(zhì)積累量顯著高于FP2處理,越冬期和成熟期FP1和FP2處理間的干物質(zhì)積累量無(wú)顯著差異。此外,SF1處理的干物質(zhì)積累量?jī)H在越冬期顯著高于FP1處理,其他生育期階段SF1、FP1處理間無(wú)顯著差異。

        表5 不同施肥處理對(duì)干物質(zhì)積累的影響Table 5 Effect of different fertilization treatments on dry matter accumulation kg·hm-2

        2.4 專(zhuān)用肥對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

        從表6可以看出,2017-2018年,禹州小區(qū)試驗(yàn)在SF1處理下產(chǎn)量最高,其次為FP1和SF2處理,且SF1與SF2處理間差異顯著,與FP1處理間無(wú)顯著差異,F(xiàn)P2處理的產(chǎn)量在四個(gè)施肥處理中最低,但顯著高于CK處理。從產(chǎn)量構(gòu)成來(lái)看,F(xiàn)P1、SF1和SF2處理的穗數(shù)無(wú)顯著差異,都顯著高于FP2和CK處理;穗粒數(shù)以SF1處理最高,其次為FP1和SF2處理,且兩處理間無(wú)顯著差異,F(xiàn)P2處理的穗粒數(shù)最少,且與CK處理無(wú)顯著差異;SF1處理的千粒重最高,顯著高于CK和FP2處理,但與FP1和SF2處理無(wú)顯著差異。

        表6 不同施肥處理對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 6 Effect of different fertilization treatments on yield and yield components

        2017-2018年,專(zhuān)用肥在小區(qū)試驗(yàn)中效果表現(xiàn)良好,因而2018-2019年接著在河南省四個(gè)不同縣域設(shè)置大面積的推廣示范試驗(yàn)。相比不施肥處理,施肥后四個(gè)地點(diǎn)的產(chǎn)量都有顯著升高,禹州、臨潁、杞縣和溫縣平均增產(chǎn)46.4%、22.9%、26.9%和57.0%(表6)。與FP1處理相比,不同示范試驗(yàn)點(diǎn)SF1處理增產(chǎn)6.9%~14.8%,以禹州增幅最高,溫縣增幅最低。與FP2處理相比,不同示范試驗(yàn)點(diǎn)SF2處理增產(chǎn)0.9%~6.4%,但二者之間的差異均未達(dá)顯著水平。且SF2處理的產(chǎn)量與FP1處理間也無(wú)顯著差異。

        產(chǎn)量的提升與穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重密切相關(guān)。穗數(shù)方面,與CK處理相比,除溫縣FP2、SF2處理的穗數(shù)無(wú)顯著差異外,溫縣FP1、SF1處理及其他地區(qū)施肥處理的穗數(shù)都有顯著提高;穗粒數(shù)方面,除溫縣FP2處理與CK處理無(wú)顯著差異外,溫縣其他處理及其他地區(qū)各施肥處理的穗粒數(shù)均顯著高于CK處理,且FP1處理與FP2處理無(wú)顯著差異,SF1處理顯著高于SF2處理。

        千粒重方面,四個(gè)示范試驗(yàn)點(diǎn)均以SF1處理的千粒重最大,禹州示范試驗(yàn)點(diǎn)FP2和SF2處理的千粒重顯著低于FP1和SF1處理,且各施肥處理與CK處理均無(wú)顯著差異;杞縣示范點(diǎn)SF1處理的千粒重顯著高于FP2和SF2處理,但均與CK和FP1處理無(wú)顯著差異;溫縣示范試驗(yàn)點(diǎn)SF1處理的千粒重顯著高于CK和FP2處理,但均與FP1和SF2處理無(wú)顯著差異;臨潁示范試驗(yàn)點(diǎn)不同施肥處理的千粒重均無(wú)顯著差異。

        2.5 專(zhuān)用肥對(duì)小麥養(yǎng)分利用效率的影響

        從表7可以看出,全量施肥條件下,與FP1處理相比,SF1處理的肥料貢獻(xiàn)率、農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)力分別提高25.3%、46.9%和19.3%;肥料減施20%條件下,與FP2處理相比,SF2處理的肥料貢獻(xiàn)率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力分別提高10.0%、25.0%和13.2%。農(nóng)民習(xí)慣施肥條件下,肥料減施20%后肥料貢獻(xiàn)率下降12.3%,農(nóng)學(xué)利用率基本不變(2.0%),而肥料偏生產(chǎn)力提高13.4%。專(zhuān)用肥施用條件下,肥料減施20%后肥料貢獻(xiàn)率和農(nóng)學(xué)利用率分別下降22.9%和 16.7%,肥料偏生產(chǎn)力提高7.6%。

        2.6 專(zhuān)用肥對(duì)小麥經(jīng)濟(jì)效益的影響

        從表8可以看出,不同施肥處理下示范試驗(yàn)點(diǎn)小麥的產(chǎn)值和經(jīng)濟(jì)效益也不同,產(chǎn)值大小表現(xiàn)為CK

        表7 不同施肥處理對(duì)小麥養(yǎng)分利用效率的影響Table 7 Effect of different fertilization treatments on nutrient use efficiency of wheat

        表8 不同施肥處理對(duì)小麥經(jīng)濟(jì)效益的影響Table 8 Effect of different fertilization treatments on economic benefits of wheat

        3 討 論

        3.1 小麥節(jié)肥增產(chǎn)潛力

        專(zhuān)用肥處理在小麥產(chǎn)值提升方面效果良好,與農(nóng)戶(hù)習(xí)慣施肥處理相比,施用專(zhuān)用肥處理提升了經(jīng)濟(jì)效益。市場(chǎng)上復(fù)合肥產(chǎn)品種類(lèi)繁多,小麥種植收益較低,肥料的價(jià)格是農(nóng)民關(guān)注的重點(diǎn),本研究中,小麥專(zhuān)用肥價(jià)格與農(nóng)戶(hù)用復(fù)合肥價(jià)格基本一致,因?qū)S梅侍幚碜肥┠蛩亓扛伲虼?,?zhuān)用肥處理的肥料成本比農(nóng)戶(hù)習(xí)慣施肥處理還要低100元·hm-2。良好的增產(chǎn)效果和較低的價(jià)格保障了該小麥專(zhuān)用肥產(chǎn)品可以大面積推廣應(yīng)用。

        3.2 小麥專(zhuān)用肥的應(yīng)用效果

        市場(chǎng)上現(xiàn)有的大部分復(fù)合肥產(chǎn)品沒(méi)有充分考慮區(qū)域土壤養(yǎng)分供應(yīng)和作物需肥規(guī)律,本研究針對(duì)特定作物、特定區(qū)域設(shè)計(jì)生產(chǎn)的作物專(zhuān)用肥對(duì)區(qū)域作物有較強(qiáng)的針對(duì)性和技術(shù)操作性,其效果明顯好于普通復(fù)混肥料。如在小區(qū)試驗(yàn)中,專(zhuān)用肥處理的小麥群體莖蘗數(shù)量在各生育期均高于農(nóng)戶(hù)習(xí)慣施肥處理(除播后135、160 d SF2處理的小麥莖蘗數(shù)量低于FP2處理外),提高了葉面積NDVI指數(shù),進(jìn)而促進(jìn)小麥群體積累更多的干物質(zhì)。從返青至成熟期,專(zhuān)用肥處理與農(nóng)戶(hù)習(xí)慣施肥處理間的干物質(zhì)積累量在全量施肥和肥料減施20%條件下差異均不顯著,但在成熟期處理間的產(chǎn)量差異達(dá)到顯著水平,原因可能與施用專(zhuān)用肥提高小麥?zhǔn)斋@指數(shù)有關(guān),且農(nóng)戶(hù)習(xí)慣施肥中氮肥占比高,而鉀含量不足,容易造成植株莖葉徒長(zhǎng),難以將光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至籽粒。

        2017-2018年專(zhuān)用肥在小區(qū)試驗(yàn)中表現(xiàn)較好,因此,于2018-2019年進(jìn)行大面積示范試驗(yàn),示范試驗(yàn)中產(chǎn)量在專(zhuān)用肥全量施用時(shí)最大,專(zhuān)用肥全量施肥處理具有較好的節(jié)肥增產(chǎn)效果。

        致謝:感謝中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、河南好上好農(nóng)業(yè)科技有限公司大力支持。

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