冬小麦氮养分高效利用技术集成研究

马志远，赵萍萍，王宏庭

（1.山西省农业科学院，山西太原030006；2.山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西太原030006）

养分是作物的“粮食”。在农业生产中，化肥的科学使用在提高作物产量、改善农产品品质、增加农民收益方面发挥着重要作用。施用化肥在过去、现在和将来都是我国最有效的农产品增产措施之一[1]。目前，我国的氮肥用量约占全世界氮肥总用量的1/3[2]，但当季利用率仅为30%～35%[3]。氮肥的不合理施用，一方面表现为投入增加、生产效益低下、造成资源浪费，另一方面对环境产生了负面影响[4-12]，进而影响农业的可持续发展。国内许多学者对小麦—玉米轮作的养分管理技术研究较多[13-21]，但多偏重于单项技术，而多项技术的集成应用研究较少。Bruulsema等[22]提出，肥料养分的最佳管理须同时兼顾实现农田系统的生产力、利润、持续性及环境的四大目标。因此，在保证国家粮食安全需求的前提下，如何合理管理农田养分，提高农作物产量、品质和效益，加强养分的循环利用，提高肥料利用率仍然是农业科技工作者面临的重大课题。

冬小麦是华北平原种植的主要作物，也是山西省种植的第二大作物，本研究的目的是采用综合措施发展冬小麦种植的减肥增效技术，进一步增加产量、增加农民收益、提高肥料利用率，以期为冬小麦养分高效利用提供理论依据。

1 试验设计和方法

试验在山西省冬小麦—夏玉米轮作主产区临汾市进行，属半干旱温带大陆性气候，年平均气温为该市12.6℃左右，年降水量498mm，无霜期195 d左右。试验地设在临汾市尧都区乔李镇南麻村农户梁森林承包地，前茬作物为夏玉米。播前取耕层土壤（0～20 cm）样品，在国家测土施肥实验室进行分析（ASI系统研究法）[23]，土壤的理化性质：pH值为8.48，有机质含量4.2g/kg，NH4-N为8.7 mg/L，NO3-N为14.7mg/L，速效磷为 16.32 mg/L，速效钾为72.0 mg/L，有效钙为2 256.6mg/L，有效镁为313.3mg/L，有效硫为36.0mg/L，有效硼为1.2mg/L，有效铜为1.2mg/L，有效铁为3.3mg/L，有效锰为10.6mg/L，有效锌为0.4mg/L。

试验包括6个处理（表1）：1.CK（不施肥）；2.N240P150K9（0当地施肥推荐量，50%N基施，50%N拔节期追施）；3.N180P150K90（1/3 N基施，1/3 N拔节期追施，1/3 N孕穗期追施）；4.N180P150K90Zn30（1/3 N基施，1/3 N拔节期追施，1/3 N孕穗期追施）；5.N180P150K90Zn30＋秸秆还田（1/3 N基施，1/3 N拔节期追施，1/3 N孕穗期追施）；6.N180P150K90Zn30＋秸秆还田＋菌剂（1/3 N基施，1/3 N拔节期追施，1/3N孕穗期追施）。所用的肥料为尿素（46%N）、过磷酸钙（12%P2O5）、氯化钾（60%K2O）和硫酸锌。磷、钾、锌肥全部作为基施肥料施用，氮肥按照处理设计施用。夏玉米秸秆还田量按4 500 kg/hm2计。生物菌剂由中国农业科学院农业资源与农业区划研究所提供，施用量为37.5 kg/hm2。处理小区随机排列，小区面积为40m2。

表1 试验设计方案 kg/hm2

冬小麦于2008年10月13日播种，供试品种为衡观35，播量300 kg/hm2，行距为20 cm。小麦生长期间，冬浇1次（2008年12月3日），春浇2次（2009年3月28日、4月16日）（与追肥同期），治虫2次，中耕除草1次，喷除草剂1次。冬小麦第1次追肥在拔节期（2009年3月28日，第2次则在孕穗期（4月16日）。于2009年6月12日收获，同时取土壤样品和植物样品供养分分析，植株样品按照常规方法[24]分析全氮、全磷和全钾，土壤样品则分析硝态氮、速效磷、速效钾，数据采用Excel和SPSS 16.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对冬小麦产量和收益的影响

由表2可知，不施肥CK处理产量最低，仅为5 010 kg/hm2，其他施肥处理较之均有大幅度的增产效应，增产幅度为1 644～2 069 kg/hm2，增产率在32.8%～41.3%之间，这表明施肥仍是冬小麦增产的重要措施。处理6获得最高产量，为7 080 kg/hm2，较不施肥处理增产41.3%，表明采用综合措施可以显著增加冬小麦的产量。

表2 不同处理对冬小麦产量和收益的影响

从表2还可看出，不同施肥处理对冬小麦产量的影响存在差异，但均未达显著差异水平。不同处理的产量由高到低为：处理6＞处理5＞处理2＞处理4＞处理3＞处理1。与处理2（当地推荐量）相比，处理 3，4，5，6 的氮肥施用量均减少了1/4，冬小麦产量有减有增，处理3，4的产量略有减少，处理5，6则略有增加，无论减少还是增加，差异均未达显著水平，表明冬小麦生产中可以减少1/4的氮肥用量，而产量没有明显变化，减肥增效的意义重大。在施肥的基础上，处理5，6进行了秸秆还田或施用生物菌剂，产量有增加效应，表明加强养分的循环利用有助于小麦产量的增加，而增产效果未达显著水平，可能受气候影响，因为在小麦生长期间，受到春旱和霜冻，小麦生长受到一定的影响，从而导致各种措施的效果得不到充分发挥。从纯收益看，表现为CK（不施肥）处理纯收益最低，为10 021元/hm2，各种施肥措施的纯收益均高于CK处理，且处理6的纯收益表现最高，为11 589元/hm2，增收15.6%。不同处理的纯收益由高到低为：处理6＞处理5＞处理2＞处理3＞处理4＞处理1，与产量顺序大体一致，这表明各种措施既有利于产量的提高，也有利于农民收益的增加。

2.2 不同处理对冬小麦养分吸收的影响

表3结果显示，处理1（不施肥）的氮含量明显低于施肥处理的氮含量，无论籽粒还是秸秆的氮吸收量也低于施肥处理，表明不施肥影响冬小麦对氮养分的吸收。就施肥处理而言，处理2为当地推荐量，氮吸收量为209.4 kg/hm2，肥料利用率为38.9%。处理3与处理2比较，施氮量降低1/4，氮吸收量也有所降低，但氮肥利用率较处理2提高5.9百分点，处理4是在处理3的基础上增施锌肥，氮肥利用率较处理2提高7.8百分点，这表明减氮增锌有助于氮肥利用率的提高。在施肥的基础上进行秸秆还田或施用生物菌剂（处理5和处理6），氮吸收量较处理2略有增加，但其氮肥利用率却明显高于处理2，分别较处理2提高13.7和17.1百分点，这表明减氮结合秸秆还田和施用生物菌剂可显著提高氮肥的利用率。

表3 不同处理对冬小麦养分吸收及氮肥利用率的影响

3 讨论与结论

在农田生产条件下，作物生长发育往往受水、肥、气、热及栽培管理措施等因素的影响，农作物的产量和品质也是多因素综合作用的结果。在栽培管理措施相对一致的情况下，肥料投入对于作物增产起着不可替代的基础性作用。测土施肥就是要根据不同土壤条件、不同作物解决需要什么肥，各需多少，在什么时期施，怎么施肥等一系列问题。而过量或不合理的施用氮肥造成空气和水体的污染，富含N，P养分的地表径流导致地表水富营养化[4-12]。刘学军等[14-16]针对华北冬小麦/夏玉米轮作开展了基施氮肥对冬小麦产量、氮肥利用率及氮平衡影响的研究、土壤硝态氮的适宜含量研究，分析了华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系对氮素环境承受力；王宏庭等[17，20]则开展了化肥和秸秆还田配合施用对作物产量的研究；赵炳梓等[21]则研究了水肥2因素配合对冬小麦产量及水分利用率的影响。可见，有效的氮肥管理引起了科研人员的极大关注，是农业可持续发展面临的重大挑战。

本研究在前人的基础上，从山西农业生产实际出发，针对当前存在的过量施用、肥料利用率低的问题，研究了不同施肥措施综合应用对冬小麦产量的影响，结果肯定了施肥的增产作用，揭示出在保证高产水平的条件下，通过优化施肥结合秸秆还田和生物菌剂可以明显达到减肥增效的目的，结果表明，综合措施的使用较当前的施肥推荐水平可以减少1/4的氮肥用量，增产6%以上，同时氮肥利用率明显提高17.1百分点，有利于农民降低成本、增加收益，这对于山西省南部冬小麦/夏玉米轮作区肥料养分的合理配置和农业的可持续发展具有非常重要的指导意义。

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