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        長期定位條件下氮肥對優(yōu)質(zhì)小麥氮素利用率及產(chǎn)量的影響

        2023-02-26 04:59:51姚海坡張經(jīng)廷姚艷榮崔永增鄭孟靜崔江慧賈秀領(lǐng)
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2023年24期

        姚海坡 張經(jīng)廷 姚艷榮 崔永增 鄭孟靜 崔江慧 賈秀領(lǐng)

        摘要:為探討冀中南地區(qū)優(yōu)質(zhì)小麥節(jié)肥增效的適宜氮肥用量,在2016—2019年3年定位試驗(yàn)基礎(chǔ)上,于2019—2021年開展正式試驗(yàn),以強(qiáng)筋品種師欒02-1、中強(qiáng)筋品種冀麥738、中筋品種濟(jì)麥22為研究對象,設(shè)置6個(gè)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(zhì)小麥產(chǎn)量、氮素利用特性及土壤硝態(tài)氮的影響。結(jié)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(jié)果顯示,強(qiáng)筋小麥可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)并高產(chǎn);品種籽粒產(chǎn)量為濟(jì)麥 22>師欒02-1>冀麥738,產(chǎn)量在N180處理時(shí)增幅最大,該處理下氮素積累、氮肥回收率、氮肥農(nóng)學(xué)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?dú)埩裘黠@增加,存在淋溶風(fēng)險(xiǎn),可見,N180處理時(shí)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(yīng),施氮量180 kg/hm2左右為佳。

        關(guān)鍵詞:優(yōu)質(zhì)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(xiàn)標(biāo)志碼:A

        文章編號:1002-1302(2023)24-0071-07

        小麥?zhǔn)俏覈钪饕募Z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(zhì)小麥的需求與日劇增,而河北省作為小麥大省,同時(shí)也是較適宜種植優(yōu)質(zhì)小麥的省份,探索合理地氮肥栽培措施以提高小麥的品質(zhì)是該地區(qū)小麥發(fā)展的重要目標(biāo)。

        氮是影響小麥產(chǎn)量最主要的元素[1],適當(dāng)增加施氮量可以提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)[2-6];然而過量施用氮肥顯著降低了冬小麥產(chǎn)量、質(zhì)量和氮肥回收效率[7-17],導(dǎo)致農(nóng)田環(huán)境污染[18]和水污染[19]等。如何經(jīng)濟(jì)、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(hù)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(guān)系,前人做了很多研究。但在河北地區(qū)施氮量對于優(yōu)質(zhì)專用小麥產(chǎn)量、氮效率和土壤硝態(tài)氮等指標(biāo)考慮適宜施氮量很少報(bào)道。本研究以小麥3年定位試驗(yàn)為基礎(chǔ),通過連續(xù)2年以師欒02-1、冀麥738、濟(jì)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(biāo)的影響,以期為優(yōu)質(zhì)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(yàn)概況

        長期定位試驗(yàn)于2016年10月在河北省邢臺(tái)寧晉(114° 53′E,37° 37′N)開始實(shí)施。2016年小麥播種前土壤(0~20 cm)中有機(jī)質(zhì)、總氮、無機(jī)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(yàn),試驗(yàn)點(diǎn)主區(qū)為氮處理,設(shè)6個(gè)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(jì)麥22、中強(qiáng)筋小麥冀麥738、強(qiáng)筋小麥師欒02-1,每個(gè)處理3次重復(fù)。試驗(yàn)小區(qū)面積為13.50 m2(1.8 m×7.5 m),每個(gè)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(xiàng)目及方法

        1.2.1 產(chǎn)量測定 小麥成熟期,每個(gè)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(zhì)量。谷物的水分含量用谷物水分計(jì)測量,并轉(zhuǎn)化為13%水分含量的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量。

        1.2.2 氮肥利用率相關(guān)指標(biāo) 每個(gè)小區(qū)內(nèi)收獲0.3 m2 (1 m雙行)的小麥,70 ℃烘干至恒質(zhì)量,分別測定干物質(zhì)量。利用連續(xù)流動(dòng)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(dòng)分析儀(荷蘭SKALAR的SAN++)測氮。

        氮積累量(kg/hm2)=干物質(zhì)量× 氮含量;

        氮轉(zhuǎn)運(yùn)量(kg/hm2)=開花期氮積累量-成熟期營養(yǎng)器官氮積累量;

        氮轉(zhuǎn)運(yùn)效率=氮轉(zhuǎn)運(yùn)量/開花期氮的積累量×100%;

        氮貢獻(xiàn)率=氮轉(zhuǎn)運(yùn)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(xué)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?dú)埩袅浚╧g/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(jìn)行統(tǒng)計(jì)評價(jià),采用單因素方差分析,多重比較采用Duncans新復(fù)極差法(α=0.05)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

        2 結(jié)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(dāng)?shù)氖┑梢燥@著提高小麥產(chǎn)量,不同優(yōu)質(zhì)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(jì)麥22、冀麥738、師欒02-1籽粒產(chǎn)量均為N240處理較高,3個(gè)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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)量。

        在相同施氮量處理下,3個(gè)品種平均籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為濟(jì)麥22>師欒02-1>冀麥738,傳統(tǒng)認(rèn)為高產(chǎn)品種不優(yōu)質(zhì),本試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出,在不同年份可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)并進(jìn);濟(jì)麥22、冀麥738和師欒02-1這3個(gè)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(zhì)小麥的氮素積累量、轉(zhuǎn)運(yùn)量及貢獻(xiàn)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(gè)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(jì)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(zhì)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(huì)繼續(xù)增加,但變化并不顯著。從氮的轉(zhuǎn)運(yùn)量和貢獻(xiàn)率角度看,隨著施氮量增加,每個(gè)品種都呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢,濟(jì)麥22、冀麥738和師欒02-1貢獻(xiàn)率都表現(xiàn)為N180水平下達(dá)到最大值,轉(zhuǎn)運(yùn)量表現(xiàn)為濟(jì)麥22在N240條件下達(dá)到最大值,冀麥738和師欒02-1為N180處理水平下最大;濟(jì)麥22、冀麥738和師欒02-1這3個(gè)品種貢獻(xiàn)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(gè)品種施氮處理間均無顯著差異,綜合3個(gè)品種來看,N180、N240處理?xiàng)l件下氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)率等表現(xiàn)好于其他處理。

        2.3 不同施氮水平下優(yōu)質(zhì)小麥的氮素利用特性

        不同類型品種間氮素特性指標(biāo)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(shí),品種表現(xiàn)為師欒02-1>濟(jì)麥22>冀麥738,施氮量高于N180處理時(shí),品種表現(xiàn)為冀麥738>師欒02-1>濟(jì)麥22;不同品種在低氮和高氮處理下表現(xiàn)不一致,濟(jì)麥22氮素回收利用率平均值低,主要因?yàn)闈?jì)麥22在N0處理籽粒氮含量高;3個(gè)品種都表現(xiàn)為N180處理?xiàng)l件下最高,濟(jì)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(gè)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(qiáng)的氮素吸收和利用能力;從氮肥的農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力來看,除了濟(jì)麥22外,氮肥的農(nóng)學(xué)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(jì)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(xué)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(xué)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(gè)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(gè)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(dòng)。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(shí)基本維持土壤硝態(tài)氮的平衡。

        2.5 通過綜合指標(biāo)探討冀中南地區(qū)優(yōu)質(zhì)小麥合理施氮量

        為探討優(yōu)質(zhì)小麥適宜施氮量,綜合考慮優(yōu)質(zhì)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(biāo)進(jìn)行多曲線回歸分析(圖2、 表5)得出, 中筋小麥濟(jì)麥22在233 kg/hm2時(shí)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(shí)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(yàn)處理N180條件下,0~100 cm土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅客冉档?3.9%,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(qiáng)筋小麥師欒02-1在223 kg/hm2時(shí)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(yàn)處理180 kg/hm2條件下,0~100 cm土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅客冉档?4.8%,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(biāo)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(zhì)小麥適宜的施氮量。

        3 討論

        3.1 不同施氮水平對優(yōu)質(zhì)小麥產(chǎn)量的影響

        關(guān)于施氮量對小麥產(chǎn)量指標(biāo)的影響,不同研究得出的最佳施氮量存在差異。鄭志松等認(rèn)為,施氮 105 kg/hm2 時(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)最佳[20];王茂瑩等的研究表明,施氮量為240 kg/hm2時(shí)最佳[21];蔣進(jìn)等認(rèn)為施氮量達(dá)到150 kg/hm2最佳[22];張經(jīng)廷等認(rèn)為,冬小麥在河北石家莊藁城區(qū)以施氮120 kg/hm2產(chǎn)量達(dá)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(shí),產(chǎn)量和品質(zhì)達(dá)到最佳[24]。不同研究得出結(jié)果不一,主要原因可能為所選小麥品種或者所選試驗(yàn)地塊的基礎(chǔ)地力不同所導(dǎo)致。本研究在3年氮肥定位試驗(yàn)基礎(chǔ)上開展,結(jié)果表明,濟(jì)麥22、冀麥738和師欒 02-1 這3個(gè)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(gè)品種平均籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為濟(jì)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(jìn)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(jié)果表明,濟(jì)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(jì)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(zhuǎn)運(yùn)率等指標(biāo)表現(xiàn)好于其他處理。從氮肥的農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力看,除了濟(jì)麥22,氮肥的農(nóng)學(xué)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(xué)效率值緩慢下降,N300處理下降最快。本研究認(rèn)為,實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)小麥高效回收利用的目標(biāo)而言,氮素供應(yīng)水平應(yīng)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?dú)埩袅颗c施氮量顯著相關(guān)[28],土壤硝態(tài)氮含量隨施氮增加呈增加趨勢;本研究結(jié)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(dòng);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(jié)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(jié)果表明,N180條件下增產(chǎn)幅度最大,N240時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高,2個(gè)處理間無顯著差異;N180條件下氮肥回收率、農(nóng)學(xué)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(biāo),施氮量180~240 kg/hm2條件下為優(yōu)質(zhì)小麥適宜的施氮量。研究結(jié)果為河北地區(qū)優(yōu)質(zhì)專用小麥的選用及栽培技術(shù)提供了理論依據(jù)。

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