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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