緱培欣,陳智勇,張陽陽,周 茹,劉 山,謝迎新,馬冬云,康國章,王晨陽,郭天財(cái)

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)/國家小麥工程技術(shù)研究中心,河南鄭州 450002)

施肥是提高小麥產(chǎn)量的重要途徑[1]，合理施肥不僅可以促進(jìn)作物對氮的吸收，降低氮素?fù)p失，減少農(nóng)田生態(tài)環(huán)境污染，還可以提高小麥的產(chǎn)量[2]。近年來，肥料的不合理施用不僅造成了肥料的浪費(fèi)，還引起作物產(chǎn)量及品質(zhì)的下降，導(dǎo)致土壤污染及溫室效應(yīng)等-系列生態(tài)環(huán)境問題[3-5]。研究表明，施用新型肥料對提高小麥產(chǎn)量、氮肥利用率以及農(nóng)業(yè)面源污染的降低起到了重要作用[6-8]。控失肥是-種新型高效環(huán)保肥料，其原理是在普通化肥中添加-種“控失劑”，通過高分子網(wǎng)捕技術(shù)，將肥料營養(yǎng)成分“固定”在植株根系周圍土壤中，從而減少肥料養(yǎng)分流失，減緩養(yǎng)分釋放速率，提高肥料利用率，并達(dá)到增產(chǎn)的目的[9-11]。有機(jī)、無機(jī)肥配施通過改變土壤理化性質(zhì)，有效增加土壤礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤的供氮能力，增加小麥吸氮量以及干物質(zhì)累積量，進(jìn)而促進(jìn)小麥籽粒產(chǎn)量提高和品質(zhì)改善[12-15]。腐殖酸肥料作為-種新型增效肥料，不僅能夠減少土壤中氮的損失，提高氮肥利用率[16]，還可增加作物產(chǎn)量[17-19]。

有關(guān)新型肥料對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究已有諸多報(bào)道，但在當(dāng)前實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，種植戶選購肥料時(shí)盲目性較大，而且在傳統(tǒng)的施肥方式中，存在施肥量高、施肥次數(shù)多等現(xiàn)象，導(dǎo)致勞動(dòng)力成本高、肥料利用率低[20-21]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，河南省每年復(fù)合肥用量在1 000萬噸以上，由于肥料產(chǎn)品選擇與施用不合理，化肥的大量施用并沒有達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)的效果。而小麥-次性施用高效肥技術(shù)可極大地減少勞動(dòng)力投入，是實(shí)施節(jié)本增效、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要栽培措施[22-23]。因此，本研究在等量氮、磷、鉀養(yǎng)分供應(yīng)條件下，以當(dāng)前市場上常見的肥料類型為研究對象，通過分析-次性施用4種類型肥料(普通復(fù)合肥、腐殖酸復(fù)合肥、控失肥及有機(jī)無機(jī)配方肥)對冬小麥籽粒產(chǎn)量、品質(zhì)以及氮素利用效率和經(jīng)濟(jì)效益的影響，為實(shí)際生產(chǎn)上肥料的合理選擇及施用提供理論 依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年10月—2020年6月在河南省溫縣祥云鎮(zhèn)(34°54′N,112°58′E)進(jìn)行。試驗(yàn)地屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均降雨量為625 mm，無霜期210 d，日照時(shí)數(shù)2 484 h。連續(xù)三年小麥種植季降雨量情況見圖1。土壤為粘質(zhì)潮土，0～20 cm耕層有機(jī)質(zhì)含量15.3 g·kg-1，全氮含量1.21 g·kg-1，速效磷含量45.4 mg·kg-1，速效鉀含量160.8 mg·kg-1，pH值為8.12。前茬種植作物為夏玉米，夏玉米收獲后秸稈粉碎全部還田。

圖1 連續(xù)三個(gè)生長季小麥生育期內(nèi)降雨量分布

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

供試小麥品種為鑫華麥818。4種肥料分別為普通復(fù)合肥(CF)、腐殖酸復(fù)合肥(HAF)、有機(jī)無機(jī)配方肥(OMF)和控失復(fù)合肥(CLF)，其中，普通復(fù)合肥、腐殖酸復(fù)合肥和控失復(fù)合肥均由河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司(原河南心連心化肥有限公司)提供，有機(jī)無機(jī)配方肥由普通復(fù)合肥與市場上商品有機(jī)肥(有機(jī)質(zhì)≥45%，氮磷鉀總養(yǎng)分≥5%)按照重量比1∶1自行配制。4種肥料氮、磷、鉀養(yǎng)分比例相同(N-P2O5-K2O=20-20-5)，各處理4次重復(fù)，小區(qū)面積為125 m2。除不施肥對照外，所有小區(qū)4種肥料均在小麥播種前作為基肥按照900 kg·hm-2-次性施用，其他田間管理同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)大田。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定

于第-年(2017-2018)、第二年(2018-2019)及第三年(2019-2020)小麥成熟期取1 m雙行樣品，帶回室內(nèi)調(diào)查產(chǎn)量構(gòu)成要素；各小區(qū)收獲6 m2脫粒風(fēng)干后稱重，測定含水量(80 ℃烘干48 h)，計(jì)算籽粒產(chǎn)量。

1.3.2 相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)測定

采用容重器(HGT-1000A,上海)測定小麥籽粒容重。用近紅外谷物籽粒分析儀(InfratecTM 1241,FOSS,Switzerland)測定籽粒蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量。采用磨粉機(jī)(Chopin CDI)磨粉，用Zeleny法測定沉降值。用快速粘度分析儀RVA4500(Perten，瑞典)測定糊化參數(shù)。

1.3.3 氮肥農(nóng)學(xué)效率計(jì)算

氮肥農(nóng)學(xué)效率=(施氮區(qū)作物產(chǎn)量-不施氮區(qū)作物產(chǎn)量)/施氮量

1.3.4 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

4種肥料成本按照普通復(fù)合肥(CF)2.5 元·kg-1,腐殖酸復(fù)合肥(HAF)2.9 元·kg-1,有機(jī)無機(jī)配方肥(OMF)3.2 元·kg-1和控失復(fù)合肥(CLF)2.9 元·kg-1計(jì)算；三年籽粒產(chǎn)量收益均按照2.24 元·kg-1計(jì)算。其他投入包括農(nóng)藥、種子、整地、播種、灌溉、收獲、人工等費(fèi)用統(tǒng)-按6 000 元·hm-2計(jì)算。

純效益=籽粒產(chǎn)量×小麥單價(jià)-(肥料投入+其他投入)

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016和 SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同肥料對潮土冬小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可知，不同肥料對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素影響不同。CLF、OMF、HAF、CF和CK 5種處理小麥產(chǎn)量平均分別為10 365、9 285、 9 062、8 261和6 744 kg·hm-2，以CLF處理產(chǎn)量最高，OMF處理次之。與不施肥處理(CK)相比，4種肥料處理均能提高冬小麥籽粒產(chǎn)量，其中，CLF、OMF和HAF處理產(chǎn)量較CK連續(xù)三年均顯著提高(P<0.05)，分別較CK平均提高 53.7%、37.7%和34.4%，CF處理僅在2018-2019年與CK差異顯著；與CF處理相比,CLF、OMF和HAF處理分別平均提高小麥產(chǎn)量 25.5%、12.4%和9.7%，其中連續(xù)三年CLF處理與之差異顯著，OMF和HAF處理僅在2017-2018年度與之差異達(dá)顯著水平。

表1 不同處理小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

從產(chǎn)量構(gòu)成來看，與CK相比，4種肥料處理對小麥千粒重?zé)o顯著影響，連續(xù)三年CLF處理的成穗數(shù)和穗粒數(shù)均顯著提高，CLF、OMF和HAF處理間的穗數(shù)和穗粒數(shù)均差異不顯著。

2.2 不同肥料對潮土冬小麥籽粒品質(zhì)及淀粉糊化特性的影響

分析不同肥料處理的小麥籽粒品質(zhì)可知，各品質(zhì)指標(biāo)在肥料處理間存在明顯年度差異(表2)。與CK相比，4種肥料處理均提高了小麥籽粒容重、蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量，對沉降值無明顯影響。其中，CLF和OMF處理連續(xù)三年均顯著提高小麥籽粒容重和蛋白質(zhì)含量 (P<0.05)。與CF處理比較，其他3種肥料處理(CLF、OMF和HAF)中，僅CLF處理連續(xù)三年均顯著提高小麥籽粒容重，對其他品質(zhì)指標(biāo)無顯著影響。因此，從整體來看，CLF和OMF處理對改善小麥籽粒品質(zhì)相對較好。

表2 不同肥料處理小麥籽粒品質(zhì)指標(biāo)

由表3可知，與CK比較，各施肥處理具有提高小麥淀粉糊化特性的趨勢，但年度間存在差異。2018-2019年度，不同處理間無明顯差異。2019-2020年度，OMF處理除稀懈值外均可顯著提高其他各淀粉糊化特性指標(biāo)；CLF處理除最終粘度和反彈值外均可顯著提高其他各淀粉糊化特性指標(biāo)。

表3 不同肥料處理小麥淀粉糊化參數(shù)

2.3 不同肥料對潮土冬小麥氮肥農(nóng)學(xué)效率及經(jīng)濟(jì)效益的影響

由圖2可知，肥料處理對氮肥農(nóng)學(xué)效率存在顯著影響(P<0.05)。4種肥料處理中，連續(xù)三年氮肥農(nóng)學(xué)效率均以CLF處理最高；其中CLF、OMF和HAF處理較CF處理3年平均分別提高139.0%、67.5%和52.8%，差異均達(dá)顯著水平 (P<0.05)。各肥料處理對氮肥農(nóng)學(xué)效率的影響在年度間存在著明顯差異。與CF處理相比，連續(xù)三年CLF和OMF處理均顯著提高氮肥農(nóng)學(xué)效率，HAF處理僅在2017-2018年度與之差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

圖柱上不同小寫字母表示同-年度不同處理間差異顯著(P<0.05); 圖柱上垂直線表示標(biāo)準(zhǔn)誤。下圖同。

由圖3可知，從三年平均值可以看出，與CK相比，CLF、OMF和HAF處理的純效益均顯著提高，提高幅度分別為60.4%、30.9%、 28.3%；與CF處理相比，CLF和OMF處理純經(jīng)濟(jì)效益顯著提高，提高幅度為42.4%和16.2%，HAF與CF處理間差異不顯著。

圖3 不同肥料處理冬小麥經(jīng)濟(jì)純效益

不同肥料處理在不同年度對小麥純效益存在明顯差異。與CK相比，連續(xù)三年，CLF、OMF和HAF處理均可顯著提高小麥純效益；CF處理與CK間在2017-2018年無顯著差異。與CF處理比較，連續(xù)三年CLF處理均可顯著提高純效益；OMF處理在2017-2018和2019-2020年度顯著提高純效益；而HAF處理僅在2017-2018年度顯著提高純效益。

3 討 論

3.1 不同類型肥料施用對小麥籽粒產(chǎn)量的影響

近年來，有關(guān)不同類型緩控釋肥對小麥籽粒產(chǎn)量效應(yīng)的研究較多。岳 克等[24]研究表明，與普通尿素相比，控失尿素可通過增加成穗數(shù)提高小麥籽粒產(chǎn)量。王小明等[25]研究表明，施用控釋復(fù)合肥主要通過增加小麥穗粒數(shù)與千粒重提高產(chǎn)量。本研究表明，控失肥處理主要通過增加小麥成穗數(shù)和穗粒數(shù)來提高籽粒產(chǎn)量，其產(chǎn)量提高原因可能是控失肥中含有“控失劑”，遇水形成-張“網(wǎng)”，養(yǎng)分被“鎖”在土壤中，可有效控制養(yǎng)分的釋放速率，減少養(yǎng)分的流失，促進(jìn)并提高了植株對養(yǎng)分的吸收利用率，進(jìn)而提高小麥產(chǎn)量[8-11]。本研究還發(fā)現(xiàn)，4種肥料處理對小麥籽粒千粒重?zé)o顯著影響，其原因可能與小麥生育后期水肥供應(yīng)有關(guān)，本研究供試農(nóng)田土壤肥力較高(見1.1試驗(yàn)地概況部分中土壤基礎(chǔ)肥力數(shù)據(jù))，所有肥料均作為基肥-次性施用，加之小麥灌漿期降雨量較多(見圖1)，不利于籽粒灌漿充實(shí)，從而使得小麥千粒重提高不明顯。白珊珊等[26]研究表明，與常規(guī)施肥相比，控失肥處理小麥籽粒產(chǎn)量提高不明顯；金丹丹等[27]研究認(rèn)為，緩控釋肥較常規(guī)施肥水稻產(chǎn)量提高不顯著。本研究中，控失肥處理較常規(guī)施肥處理顯著提高了小麥籽粒產(chǎn)量，這可能與控失肥養(yǎng)分含量、施肥總量以及試驗(yàn)地點(diǎn)土壤肥力、作物品種不同有關(guān)。有機(jī)無機(jī)配方肥處理主要是通過提高土壤有機(jī)碳含量和改善土壤理化性質(zhì)提高小麥產(chǎn)量[28-30]。申長衛(wèi)等[31]研究表明，有機(jī)無機(jī)肥較常規(guī)施肥可顯著提高小麥籽粒產(chǎn)量；本研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無機(jī)配施處理僅在2017-2018年度與常規(guī)施肥處理的差異顯著，其原因可能與小麥生育期氣溫和降雨量等環(huán)境因素有關(guān)。

3.2 不同類型肥料施用對小麥品質(zhì)的影響

小麥品質(zhì)主要與遺傳特性相關(guān)，水肥運(yùn)籌等栽培管理措施也是影響小麥品質(zhì)的重要因素[32]。氮肥對小麥籽粒蛋白質(zhì)積累起著重要作用[33]，氮素缺乏會使籽粒形成過程中蛋白質(zhì)的合成減少[34]。已有研究表明，施用氮肥可顯著提高小麥籽粒容重、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉降值[35-37]。謝培才等[38]研究亦表明，施用緩控釋肥可以顯著改善小麥品質(zhì)。本研究再次證實(shí)，施用控失肥可明顯提高小麥籽粒容重和蛋白質(zhì)含量。這可能是因?yàn)榭厥Х誓苤鸩结尫硼B(yǎng)分，滿足小麥不同生育時(shí)期對養(yǎng)分的需求。本研究還發(fā)現(xiàn)，4種肥料處理對小麥面粉沉降值無顯著影響，這可能受品種及當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候條件影響[39]。姜 東等[39]研究表明，在小麥籽粒形成中，土壤養(yǎng)分與肥料的均衡對品質(zhì)有較大的影響。曲 環(huán)等[40]研究認(rèn)為，在均衡施肥的基礎(chǔ)上，適量配施有機(jī)肥也可明顯改善小麥的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)。本研究在2017-2018小麥季施用有機(jī)無機(jī)配方肥較普通肥處理提高了蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量，這可能由于有機(jī)無機(jī)配方肥實(shí)現(xiàn)了有機(jī)無機(jī)肥平衡，提高了土壤肥力，改善了土壤結(jié)構(gòu)，在作物后期可持續(xù)供應(yīng)小麥養(yǎng)分，從而促進(jìn)了籽粒對養(yǎng)分的吸收[41-42]。但在2018-2019和2019-2020年小麥季無明顯效果，原因可能與小麥生育期降雨量較少(見圖1)，不能滿足小麥后期對籽粒的水分需求，造成品質(zhì)提高不明顯。小麥淀粉糊化特性是衡量小麥淀粉品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)[43]。淀粉糊化特性受基因型、環(huán)境及其互作的影響[44-45]，水氮措施對小麥淀粉糊化特性也具有重要影響[46]，有研究指出增施氮肥可提高小麥淀粉糊化參數(shù)[47]。本研究表明，施用控失肥可顯著提高小麥籽粒淀粉最終粘度和稀懈值，但是由于4種肥料類型氮磷鉀供應(yīng)養(yǎng)分相同，使其肥料處理對糊化特性影響不明顯。本研究還發(fā)現(xiàn)，2017-2018小麥季各施肥處理間淀粉峰值粘度無明顯差異，但4種肥料處理均可顯著提高2018-2019小麥季淀粉峰值粘度。因此，-次性基施不同類型肥料能夠?qū)δ承┬←溩蚜Ｆ焚|(zhì)產(chǎn)生-定的影響，但年度間存在差異，這可能主要與試驗(yàn)地點(diǎn)氣溫、降水等環(huán)境條件年度間不同有關(guān)。

3.3 不同類型肥料施用對小麥氮肥農(nóng)學(xué)效率及效益的影響

提高氮肥利用率是降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入和提高小麥產(chǎn)量的重要途徑[48]。鄧先亮等[49]研究認(rèn)為，施用控釋肥可提高氮肥利用率，并且起到節(jié)本增效的作用。白珊珊等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在平均減氮情況下，控失肥較普通復(fù)合肥氮肥農(nóng)學(xué)效率提高36.6%。侯紅乾等[50]研究表明，與常規(guī)普通肥比較，70%普通肥+30%有機(jī)肥組合處理可顯著提高氮肥農(nóng)學(xué)利用率，但50%普通肥+50%有機(jī)肥處理提高不明顯。本研究表明，與常規(guī)施肥比較，控失肥和有機(jī)無機(jī)配方肥處理連續(xù)三年均可顯著提高氮肥農(nóng)學(xué)效率，這與上述侯紅乾等[50]研究略有不同，其差異原因可能主要與試驗(yàn)地點(diǎn)土壤基礎(chǔ)肥力以及試驗(yàn)用的有機(jī)無機(jī)配方肥養(yǎng)分含量不同有關(guān)。

選擇適宜肥料類型的關(guān)鍵在于其最終獲取經(jīng)濟(jì)效益的高低。馬 昕等[51]研究發(fā)現(xiàn)，雖然控釋肥料投入稍有增加，但每公頃增收3 000元以上，水稻季施用控釋肥增收效果明顯。本試驗(yàn)中，控失肥、有機(jī)無機(jī)配方肥和腐殖酸處理小麥純收益分別較普通肥處理每公頃增加4 352元、1 662元和1 433元。分析認(rèn)為，施用控失肥、有機(jī)無機(jī)配方肥、腐殖酸肥雖然增加了肥料投入成本，但這3種類型肥料成本也僅略高于普通復(fù)合肥，且在人工等費(fèi)用相同的情況下，較普通肥可顯著增加小麥籽粒產(chǎn)量，最終使小麥純經(jīng)濟(jì)效益顯著增加，尤其是控失肥處理更為明顯。

在今后的研究中還需納入小麥不同生育時(shí)期的生理指標(biāo)，深入研究施用不同肥料類型情況下小麥不同生育階段的養(yǎng)分吸收規(guī)律，以期為該地區(qū)的合理肥料選擇提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。

4 結(jié) 論

-次性施用控失肥、有機(jī)無機(jī)配方肥、腐殖酸肥和普通肥處理均可以提高小麥籽粒產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學(xué)效率和經(jīng)濟(jì)效益，且以控失肥處理效果最為明顯?？厥Х屎陀袡C(jī)無機(jī)配方肥處理可改善某些小麥籽粒品質(zhì)。綜合考慮到產(chǎn)量、品質(zhì)以及氮肥農(nóng)學(xué)效率和純效益的條件下，-次性基施控失肥處理可作為當(dāng)前研究地區(qū)的簡約化肥料施用模式之-。