姚海坡 張經(jīng)廷 姚艷榮 崔永增 鄭孟靜 崔江慧 賈秀領

摘要：為探討冀中南地區(qū)優(yōu)質小麥節(jié)肥增效的適宜氮肥用量，在2016—2019年3年定位試驗基礎上，于2019—2021年開展正式試驗，以強筋品種師欒02-1、中強筋品種冀麥738、中筋品種濟麥22為研究對象，設置6個施氮處理水平0（N0）、60（N60）、120（N120）、180（N180）、240（N240）、300（N300） kg/hm2，研究其對優(yōu)質小麥產(chǎn)量、氮素利用特性及土壤硝態(tài)氮的影響。結果表明，氮肥能顯著提高小麥產(chǎn)量，且隨著施氮量增加呈先增后減的趨勢，施氮處理顯著高于不施氮處理，施氮處理之間無顯著差異。研究結果顯示，強筋小麥可以實現(xiàn)優(yōu)質并高產(chǎn)；品種籽粒產(chǎn)量為濟麥 22＞師欒02-1＞冀麥738，產(chǎn)量在N180處理時增幅最大，該處理下氮素積累、氮肥回收率、氮肥農(nóng)學效率相對較高；土壤硝態(tài)氮含量在N240和N300處理顯著高于其他處理，累積峰在80、100 cm土層，分別為11.1、17.3 mg/kg；可以看出，在高施氮（大于 180 kg/hm2）處理下，土壤硝態(tài)氮殘留明顯增加，存在淋溶風險，可見，N180處理時基本維持土壤硝態(tài)氮的平衡。綜合考慮產(chǎn)量、氮肥利用率和環(huán)境效應，施氮量180 kg/hm2左右為佳。

關鍵詞：優(yōu)質小麥；施氮水平；氮素利用特性；土壤硝態(tài)氮

中圖分類號：S512.106? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）24-0071-07

小麥是我國最主要的糧食作物，也是世界上種植最廣泛的糧食作物之一。隨著人們生活水平的提高，對優(yōu)質小麥的需求與日劇增，而河北省作為小麥大省，同時也是較適宜種植優(yōu)質小麥的省份，探索合理地氮肥栽培措施以提高小麥的品質是該地區(qū)小麥發(fā)展的重要目標。

氮是影響小麥產(chǎn)量最主要的元素［1］，適當增加施氮量可以提高小麥產(chǎn)量和品質［2-6］；然而過量施用氮肥顯著降低了冬小麥產(chǎn)量、質量和氮肥回收效率［7-17］，導致農(nóng)田環(huán)境污染［18］和水污染［19］等。如何經(jīng)濟、高效、合理地利用氮肥，對于提高小麥氮素利用率和產(chǎn)量及保護環(huán)境都有重要意義。

目前對于普通冬小麥對氮素利用特性及產(chǎn)量的關系，前人做了很多研究。但在河北地區(qū)施氮量對于優(yōu)質專用小麥產(chǎn)量、氮效率和土壤硝態(tài)氮等指標考慮適宜施氮量很少報道。本研究以小麥3年定位試驗為基礎，通過連續(xù)2年以師欒02-1、冀麥738、濟麥22為研究對象，研究不同氮素水平對小麥產(chǎn)量、氮素利用率和土壤硝態(tài)氮的含量等指標的影響，以期為優(yōu)質小麥合理施用氮肥提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

長期定位試驗于2016年10月在河北省邢臺寧晉（114° 53′E，37° 37′N）開始實施。2016年小麥播種前土壤（0～20 cm）中有機質、總氮、無機氮、有效磷和有效鉀的含量分別為19.8 g/kg、1.95 g/kg、8.1 mg/kg、15.6 mg/kg、107.6 mg/kg。

2019—2021年開展正式試驗，試驗點主區(qū)為氮處理，設6個氮肥處理，純氮量分別為0（N0）、60（N60）、120（N120）、180（N180）、240（N240）、300（N300） kg/hm2；副區(qū)為品種，分別為中筋小麥濟麥22、中強筋小麥冀麥738、強筋小麥師欒02-1，每個處理3次重復。試驗小區(qū)面積為13.50 m2（1.8 m×7.5 m），每個小區(qū)播種12行，行距15 cm，基本苗約330萬株/hm2。氮肥料為尿素，基追肥比例為 4 ∶6，磷、鉀的施肥量分別為P2O5 135 kg/hm2和K2O 45 kg/hm2，全部一次性基施。灌溉方法為畦灌，小麥拔節(jié)期和開花期灌水2次，每次灌水量75 mm。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 產(chǎn)量測定 小麥成熟期，每個小區(qū)人工收獲5.4 m2（1.8 m×3 m）的小麥，并在谷物自然干燥后稱質量。谷物的水分含量用谷物水分計測量，并轉化為13%水分含量的標準產(chǎn)量。

1.2.2 氮肥利用率相關指標 每個小區(qū)內收獲0.3 m2 （1 m雙行）的小麥，70 ℃烘干至恒質量，分別測定干物質量。利用連續(xù)流動分析儀比色方法測定籽粒秸稈全氮含量，測定溶液從全谷物面粉中提取，用硫酸和過氧化氫消化，用流動分析儀（荷蘭SKALAR的SAN++）測氮。

氮積累量（kg/hm2）=干物質量× 氮含量；

氮轉運量（kg/hm2）=開花期氮積累量-成熟期營養(yǎng)器官氮積累量；

氮轉運效率=氮轉運量/開花期氮的積累量×100%；

氮貢獻率=氮轉運量/成熟期籽粒氮的積累量×100%；

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量；

氮肥農(nóng)學效率（kg/kg）=（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量）/施氮量；

氮肥回收利用率=（施氮區(qū)吸氮量-不施氮區(qū)吸氮量）/施氮量×100%；

土壤硝態(tài)氮殘留量（kg/hm2）=土壤硝態(tài)氮含量（mg/kg）×土層厚度（cm）×土壤容重（g/cm3）/10。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和SPSS 21.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計評價，采用單因素方差分析，多重比較采用Duncans新復極差法（α=0.05）。試驗數(shù)據(jù)均為平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 施氮量對小麥產(chǎn)量的影響

由表2可知，適當?shù)氖┑梢燥@著提高小麥產(chǎn)量，不同優(yōu)質小麥的產(chǎn)量隨施肥量增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢，2020年濟麥22、冀麥738、師欒02-1籽粒產(chǎn)量均為N240處理較高，3個品種較其他處理分別提高8.2%～41.1%、5.0%～21.7%和7.1%～22.8%。對于濟麥22和師欒02-1，N240處理與N180和N300處理產(chǎn)量差異不顯著（P<0.05）；對于冀麥738，N240處理與N300處理差異不顯著（P<0.05），但顯著高于其他處理。2021年不同品種表現(xiàn)不一，師欒02-1施氮處理之間無顯著差異，濟麥22和冀麥738籽粒產(chǎn)量均為N180、N240和N300處理顯著較高，且三者間差異不顯著，但顯著高于其他處理，濟麥22分別提高7.3%～16.7%、8.7%～18.2%和7.1%～16.4%，冀麥738分別提高9.4%～56.3%、8.7%～55.3%和3.5%～47.9%?？梢姡┑恳话銥?80～240 kg/hm2即可實現(xiàn)較高的產(chǎn)量。

在相同施氮量處理下，3個品種平均籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為濟麥22＞師欒02-1＞冀麥738，傳統(tǒng)認為高產(chǎn)品種不優(yōu)質，本試驗數(shù)據(jù)得出，在不同年份可以實現(xiàn)優(yōu)質高產(chǎn)并進；濟麥22、冀麥738和師欒02-1這3個品種在2年的均值均以N240條件下產(chǎn)量最高，但施氮處理之間無顯著差異，N180處理產(chǎn)量增幅最大。

2.2 不同施氮水平對優(yōu)質小麥的氮素積累量、轉運量及貢獻率的影響

由表3可知，不同品種均表現(xiàn)為增施氮肥可顯著提高氮素累積量，3個品種施氮處理地上部氮素積累量較N0處理提高18.1%～48.6%，綜合表現(xiàn)為N240＞N180＞N300＞N120＞N60，其中濟麥22和師欒02-1品種表現(xiàn)為N180條件下最高，冀麥738在N240水平下最高，但是基于平均值，N180與N240處理趨于相同，可以看出，優(yōu)質小麥氮含量隨施氮增加而增加，如果氮肥用量超過一定量，植株中氮的積累量會繼續(xù)增加，但變化并不顯著。從氮的轉運量和貢獻率角度看，隨著施氮量增加，每個品種都呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，濟麥22、冀麥738和師欒02-1貢獻率都表現(xiàn)為N180水平下達到最大值，轉運量表現(xiàn)為濟麥22在N240條件下達到最大值，冀麥738和師欒02-1為N180處理水平下最大；濟麥22、冀麥738和師欒02-1這3個品種貢獻率最大，分別為79.1%、81.2%、78.2%；雖然冀麥738氮積累量在N240處理下很高，每個品種施氮處理間均無顯著差異，綜合3個品種來看，N180、N240處理條件下氮素積累、轉運率等表現(xiàn)好于其他處理。

2.3 不同施氮水平下優(yōu)質小麥的氮素利用特性

不同類型品種間氮素特性指標均存在顯著差異（表4），從氮肥回收利用率來看，施氮量低于N180處理時，品種表現(xiàn)為師欒02-1＞濟麥22＞冀麥738，施氮量高于N180處理時，品種表現(xiàn)為冀麥738＞師欒02-1＞濟麥22；不同品種在低氮和高氮處理下表現(xiàn)不一致，濟麥22氮素回收利用率平均值低，主要因為濟麥22在N0處理籽粒氮含量高；3個品種都表現(xiàn)為N180處理條件下最高，濟麥22、冀麥738和師欒02-1分別為32.9%、37.2%、36.2%；其中冀麥738在N180條件下顯著高于其他各處理，冀麥738和師欒02-1這2個品種的表現(xiàn)在施肥處理之間無明顯差異，也說明了冀麥738對氮素最為敏感，具有更強的氮素吸收和利用能力；從氮肥的農(nóng)學效率、氮肥偏生產(chǎn)力來看，除了濟麥22外，氮肥的農(nóng)學效率呈先增后減的趨勢，其他品種都是隨著施氮量增加呈直線下降的趨勢，由于濟麥22的N60和N120處理產(chǎn)量與N0處理無顯著差異，所以氮肥農(nóng)學效率較其他處理低；冀麥738、師欒02-1品種在N120、N240處理之間氮農(nóng)學效率值緩慢下降，N300處理下降最快。

2.4 不同施氮處理對土壤硝態(tài)氮的影響

2個年度的0～100 cm土層硝態(tài)氮含量在收獲期的表現(xiàn)如圖1所示，2個年度整體表現(xiàn)同為 N300＞N240＞N180＞N120＞N60＞N0，土壤硝態(tài)氮含量隨施氮量的增加呈增加趨勢。2020年，N300處理與其他處理相比，硝態(tài)氮含量在40～60 cm土層開始明顯上升，其次為N240處理；2021年，與其他處理相比，N240和N300處理顯著增加，二者在100 cm土層硝態(tài)氮含量最高，分別是11.1 mg/kg和17.3 mg/kg；2021年的N240和N300處理下比2020年分別增加32.4%和35.4%，2021年硝態(tài)氮含量比2020年增大，并且最大值向下層的土層中移動。綜上可以看出，在大于180 mg/kg施氮量下，土壤硝態(tài)氮含量明顯增加；可見，N180處理時基本維持土壤硝態(tài)氮的平衡。

2.5 通過綜合指標探討冀中南地區(qū)優(yōu)質小麥合理施氮量

為探討優(yōu)質小麥適宜施氮量，綜合考慮優(yōu)質小麥平均產(chǎn)量、氮肥回收利用率、偏生產(chǎn)力和0～100 cm 土層硝態(tài)氮含量指標進行多曲線回歸分析（圖2、 表5）得出， 中筋小麥濟麥22在233 kg/hm2時獲得高產(chǎn)（10 505 kg/hm2），N240條件下產(chǎn)量比233 kg/hm2增加4.3%，而N180處理產(chǎn)量與最高產(chǎn)基本相同，0～100 cm土層硝態(tài)氮含量比233 kg/hm2施氮處理降低31.4%；氮回收利用率在N180比最高產(chǎn)量施氮量增加15.0%；冀麥738在219 kg/hm2時獲得最高產(chǎn)量（9 939.9 kg/hm2），而N240處理下平均產(chǎn)量為10 123 kg/hm2，比最高產(chǎn)量增加18.5%，試驗處理N180條件下，0～100 cm土壤硝態(tài)氮殘留量同比降低33.9%，氮回收利用率在N180和N240條件下比最高產(chǎn)量施氮處理增加16.8%和9.6%；強筋小麥師欒02-1在223 kg/hm2時獲得最高產(chǎn)量（10 254 kg/hm2），N240處理產(chǎn)量比最高產(chǎn)量增加0.3%，試驗處理180 kg/hm2條件下，0～100 cm土壤硝態(tài)氮殘留量同比降低24.8%，氮回收利用率在N180條件下比最高產(chǎn)量施氮處理增加3.2%，氮肥偏生產(chǎn)力指標均保持在較高水平，由以上分析得知，施氮量180～240 kg/hm2條件下為冀中南地區(qū)優(yōu)質小麥適宜的施氮量。

3 討論

3.1 不同施氮水平對優(yōu)質小麥產(chǎn)量的影響

關于施氮量對小麥產(chǎn)量指標的影響，不同研究得出的最佳施氮量存在差異。鄭志松等認為，施氮 105 kg/hm2 時產(chǎn)量和品質最佳［20］；王茂瑩等的研究表明，施氮量為240 kg/hm2時最佳［21］；蔣進等認為施氮量達到150 kg/hm2最佳［22］；張經(jīng)廷等認為，冬小麥在河北石家莊藁城區(qū)以施氮120 kg/hm2產(chǎn)量達到最高［23］；姚艷榮等的研究表明，在長期施氮條件下，對不同筋類小麥以施氮180 kg/hm2時，產(chǎn)量和品質達到最佳［24］。不同研究得出結果不一，主要原因可能為所選小麥品種或者所選試驗地塊的基礎地力不同所導致。本研究在3年氮肥定位試驗基礎上開展，結果表明，濟麥22、冀麥738和師欒 02-1 這3個品種在2年的均值均以N240條件下產(chǎn)量最高，但施氮處理之間無顯著差異，N180處理產(chǎn)量增幅最大；3個品種平均籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為濟麥22＞師欒 02-1＞冀麥738。

3.2 施氮量對小麥氮素吸收及利用特性的影響

適宜的氮肥可以促進植株氮素積累總量的提升［25-26］，過量的施氮，氮肥利用率等降低［27］，本研究結果表明，濟麥22和師欒02-1品種氮素累積量表現(xiàn)為施氮量180 kg/hm2條件下最高，冀麥738在N240水平下最高，由氮素回收利用率表現(xiàn)可知，濟麥22、冀麥738和師欒02-1在N180條件下分別為32.9%、37.4%、36.2%；N180、N240條件下氮素積累、轉運率等指標表現(xiàn)好于其他處理。從氮肥的農(nóng)學效率、氮肥偏生產(chǎn)力看，除了濟麥22，氮肥的農(nóng)學效率呈先增后降的趨勢，其他品種都是隨著施氮量增加呈直線下降的趨勢，冀麥738、師欒02-1品種在N120～N240之間氮農(nóng)學效率值緩慢下降，N300處理下降最快。本研究認為，實現(xiàn)優(yōu)質小麥高效回收利用的目標而言，氮素供應水平應在N180處理。

3.3 不同施氮水平對土壤硝態(tài)氮含量的影響

土壤硝態(tài)氮殘留量與施氮量顯著相關［28］，土壤硝態(tài)氮含量隨施氮增加呈增加趨勢；本研究結果表明，2年度整體表現(xiàn)同為N300＞N240＞N180＞N120＞N60＞N0。2021年硝態(tài)氮含量比2020年增大并且最大值向下層的土層中移動；N240和N300處理顯著高于其他處理，二者在100 cm土壤硝態(tài)氮含量最高，分別是11.1、17.3 mg/kg；N180處理基本維持土壤硝態(tài)氮的平衡。

4 結論

氮肥能顯著提高小麥產(chǎn)量，且隨著施氮量增加呈先增后減的趨勢，本研究結果表明，N180條件下增產(chǎn)幅度最大，N240時產(chǎn)量達到最高，2個處理間無顯著差異；N180條件下氮肥回收率、農(nóng)學效率相對較高，維持土壤硝態(tài)氮含量平衡；因此綜合產(chǎn)量、氮效率及土壤環(huán)境指標，施氮量180～240 kg/hm2條件下為優(yōu)質小麥適宜的施氮量。研究結果為河北地區(qū)優(yōu)質專用小麥的選用及栽培技術提供了理論依據(jù)。

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