粮棉轮作模式下氮·磷·钾用量对小麦产量及产量构成的影响

2016-04-23王树林冯国艺林永增梁青龙

安徽农业科学 2016年6期

关键词：穗数轮作磷肥

王树林，祁虹，王燕，张谦，冯国艺，林永增，梁青龙

( 河北省农林科学院棉花研究所，农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，河北石家庄 050051)

粮棉轮作模式下氮·磷·钾用量对小麦产量及产量构成的影响

王树林，祁虹，王燕，张谦，冯国艺，林永增*，梁青龙

( 河北省农林科学院棉花研究所，农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，河北石家庄 050051)

摘要[目的]明确粮棉轮作模式下小麦适宜肥料用量。[方法]在大田条件下，采用随机区组试验，分别设置了氮、磷、钾肥料的0(对照)、75、150、225、300 kg/hm2 5个用量梯度，研究不同肥料用量对小麦产量及产量构成因素的影响。[结果]随着氮肥用量的增加，小麦穗数与产量增加，千粒质量下降，小麦产量在氮肥用量超过150 kg/hm2后稳定在8 442～8 474 kg/hm2；随磷肥用量增加，小麦收获穗数与产量先上升后下降，磷肥用量为75 kg/hm2时产量最高，达8 617 kg/hm2，穗粒数、千粒质量变化不大，过量施用磷肥显著降低小麦收获穗数与产量，减产幅度达5.1%；钾肥用量对小麦穗数、产量影响不显著，但随施钾量的增加，穗粒数提高，千粒质量下降。[结论]粮棉轮作模式下，小麦季节肥料适宜用量为氮肥225 kg/hm2，磷肥150 kg/hm2，免施钾肥。

关键词粮棉轮作；氮；磷；钾；小麦产量

Effects of Nitrogen, Phosphorus and Potassium Rates on Wheat Yield and Yield Components in Cotton-wheat-maize Rotation System

WANG Shu-lin, QI Hong, WANG Yan, LIN Yong-zeng*et al

(Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Cotton in Huanghuaihai Semiarid Area of Ministry of Agriculture, Cotton Research Institute, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Science, Shijiazhuang, Hebei 050051)

Abstract[Objective] The aim was to identify the optimum fertilizer rates for wheat in cotton-wheat-maize rotation system. [Method] Five treatments(0, 75, 150, 225, 300 kg/hm2) for N, P2O5, K2O were designed to study the effect of fertilizer rates on wheat yield and components. [Result] The results showed that with the increase of nitrogen, panicles per unit area, grains per ear and wheat yield increased, 1 000-grain weight decreased, and wheat yield tended to be stable from 8 442 to 8 474 kg/hm2when nitrogen rate exceeded 150 kg/hm2. With the increase of phosphorus, panicles per unit area and wheat yield increased firstly then decreased, yield reached peak(8 617 kg/hm2) when P2O5rate was 75 kg/hm2. Grains per ear and 1 000-grain weight changed little. Too much phosphorus decreased panicles per unit area and wheat yield significantly, wheat yield decreased by 5.1%. Potassium had no effect on panicles and wheat yield, but with the increase of K2O rate grains per ear increased and 1 000-grain weight decreased. [Conclusion] According to wheat yield the optimum fertilizer for wheat in cotton-wheat-maize rotation system was N 225 kg/hm2, P2O5150 kg/hm2without K2O.

Key wordsCotton-wheat-maize rotation system; Nitrogen; Phosphorous; Potassium; Wheat yield

河北省既是种粮大省，又是植棉大省，粮棉争地矛盾突出[1-2]。随着水利条件的改善，河北省具备种植粮食的生产条件，但受水资源限制[3]，完全改种粮食存在地下水供给不足的问题。河北省中南地区传统一熟旱地棉区较适合开展棉花-小麦-玉米两年三熟粮棉轮作种植模式(即种植1年棉花，棉花收获后改种小麦、玉米，玉米收获后进行一次土壤深翻，第2年再种植棉花)，该种植模式既可有效提高粮食产量，又能兼顾河北省压采地下水任务。棉花与小麦需肥特点差异很大，汪洋等[4-7]研究表明，棉花对氮、钾肥需求量大，对磷肥需求量小；何传龙等[8-11]研究指出，小麦对氮、磷肥需求量大，对钾肥需求量小[8-11]。因此，如何利用两种作物需肥差异及传统棉区土壤养分含量特点，制订经济高效的施肥原则，对于减少化肥投入、降低环境污染、实现节本增效的目标具有重要意义。笔者在由棉花长期连作向粮棉轮作种植模式转变的背景下，研究了氮、磷、钾肥对小麦产量及肥料利用效率的影响，旨在为制订合理施肥原则提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验地概况试验于2014～2015年在河北省农林科学院棉花研究所威县试验站(河北省威县枣元乡东张庄村)进行，前茬棉花，土壤为沙壤土，肥力中等，有机质含量为7.600 g/kg，全氮0.565 g/kg，速效磷24.800 mg/kg，速效钾112.00 mg/kg。

1.2试验材料小麦品种为冀麦585，氮肥为普通尿素，纯氮含量46.4%；磷肥为重过磷酸钙，P2O5含量为46.0%；钾肥为氯化钾，K2O含量为60.0%。

1.3试验设计按照氮、磷、钾肥设置3个单因素试验，每种肥料分别设置0(CK)、75、150、225、300 kg/hm25个用量梯度，采用随机区组设计，每个试验设3次重复。小区宽6.0 m，长10.0 m，播种36行小麦。

1.4试验方法于2014年10月28日将前茬棉花秸秆粉碎还田后，施底肥旋耕，播种小麦，播量为225 kg/hm2，2015年3月25日结合灌水(1 050 m3/hm2)进行追肥，4月24日灌水900 m3/hm2，6月11日收获小麦，其他管理措施同大田。试验小区中，氮肥处理统一施P2O5150 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2，磷肥处理统一施纯N 225 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2，钾肥处理统一施纯N 225 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，其中磷、钾肥一次底施，氮肥底施50%，拔节期追施50%。

1.5项目测定与方法小麦收获前每小区取3个点，每个点取1 m2调查穗数，同时随机收取50个穗进行室内考种，调查穗粒数与千粒质量；每个小区收获5 m2，脱粒风干后称重，计算小麦产量。

2结果与分析

2.1氮肥用量对小麦产量及产量构成因素的影响由表1可知，在小麦播量一致的情况下，随施氮量的增加，小麦收获穗数大幅提高，其中施氮量为300 kg/hm2时，穗数达1 051.1万穗/hm2，显著高于其他处理，施氮量75、150、225、300 kg/hm2处理下，穗数分别较CK高出9.1%、12.9%、13.9%和32.2%；穗粒数也随着施氮量的增加而增加，以225 kg/hm2处理最高，达38.5粒，但150、225、300 kg/hm2处理间差异不显著；千粒质量以施氮量75 kg/hm2处理最高，为46.4 g，随着施氮量的增加，千粒质量下降，其中75、150 kg/hm2高于CK，而225、300 kg/hm2处理低于CK；从产量看，施氮处理的小麦产量高于CK，且产量随施氮量的增加而提高，75、150、225、300 kg/hm2处理分别较CK增产3.5%、7.3%、7.6%与7.7%，施氮量超过150 kg/hm2小麦增产幅度减小，150、225、300 kg/hm2处理间差异不显著，但显著高于75 kg/hm2处理和CK。由此可知，在小麦生产中，氮肥施用量不低于150 kg/hm2。

表1氮肥用量对小麦产量及产量构成的影响

Table 1Effect of nitrogen rate on wheat yield and yield components

施氮量Nitrogenratekg/hm2穗数Paniclesperunitarea万穗/hm2穗粒数Grainsperear∥粒千粒质量1000-grainweightg产量Yieldkg/hm20(CK)795.2c35.5b44.5ab7870b75867.8bc36.2b46.4a8142b150897.8b36.8ab44.8ab8442a225905.7b38.5a43.9b8469a3001051.1a38.4a43.5b8474a

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant differences among treatments(P<0.05).

2.2磷肥用量对小麦产量及产量构成因素的影响由表2可知，随着磷肥施用量的增加，小麦收获穗数先升高后降低，以施磷量150 kg/hm2处理最高，达927.8万穗/hm2，300 kg/hm2处理的穗数低于CK，差异不显著；穗粒数随磷肥用量的增加而升高，以施磷量225 kg/hm2处理最高，较CK多1.4粒，不同处理间差异不显著；磷肥对小麦千粒质量影响不大，不同处理间差异不显著；从产量结果看，施磷处理的产量与CK相差不大，增产幅度最高仅有1.4%(施磷量75 kg/hm2处理)，随着施磷量的增加，小麦产量下降，施磷量300 kg/hm2处理的产量显著低于施磷量75与150 kg/hm2处理。这表明在粮棉轮作模式下，土壤磷素可能不是小麦产量限制性因素，过量施磷反而不利于小麦的增产。

2.3钾肥用量对小麦产量及产量构成因素的影响由表3可知，钾肥对小麦穗数影响不大，不同处理间差异不显著；随着钾肥用量的增加，穗粒数上升，以施钾量300 kg/hm2处理最高，显著高于CK，但钾肥4个不同用量间差异不显著；随着钾肥施用量的增加，千粒质量明显下降，其中施钾量225和300 kg/hm2处理均显著低于CK；从产量结果来看，钾肥对小麦产量影响不大，各处理之间差异不显著。这表明在粮棉轮作模式下，钾肥可能不是小麦产量的限制因子。

表2磷肥用量对小麦产量及产量构成的影响

Table 2Effect of phosphorus rate on wheat yield and yield components

施磷量Phosphorusratekg/hm2穗数Paniclesperunitarea万穗/hm2穗粒数Grainsperear∥粒千粒质量1000-grainweightg产量Yieldkg/hm20(CK)837.8b37.0a44.2a8500ab75875.8ab37.5a44.9a8617a150927.8a37.1a43.5a8607a225846.5b38.4a44.2a8567ab300829.8b38.2a43.9a8197b

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant differences among treatments(P<0.05).

表3钾肥用量对小麦产量及产量构成的影响

Table 3Effect of potassium rate on wheat yield and yield components

施钾量Potassiumratekg/hm2穗数Paniclesperunitarea万穗/hm2穗粒数Grainsperear∥粒千粒质量1000-grainweightg产量Yieldkg/hm20(CK)961.8a36.4b45.8a9020a75971.1a37.7ab44.9a8957a150961.1a37.8ab43.9ab9064a225976.5a37.3ab42.1b8969a300966.5a38.9a42.1b9059a

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant differences among treatments(P<0.05).

3结论与讨论

3.1氮肥对小麦产量构成、养分吸收及利用效率的影响张睿等[12]研究表明，在磷、钾水平相同的条件下增加氮肥，小麦穗粒数和粒重均增加，以穗粒数变化最大；李瑞奇等[13]研究表明，河北平原的小麦穗数和穗粒数均随施氮量增加而增加，千粒重则随施氮量增加而降低；王月福等[14]研究表明，由于产量构成因素的相互作用，穗数和穗粒数增加弥补了千粒质量降低对小麦的影响，产量也随施氮量的增加而提高。该研究也得到了类似的结果，表明在粮棉轮作模式下氮肥对小麦的影响与小麦玉米连作模式下相似，前茬棉花对后茬小麦的影响不大。总体来看，在不同肥力条件下，氮肥对于提高小麦穗数、穗粒数和产量具有显著作用，因此在粮棉轮作模式下需要注重小麦季氮肥的施用。

3.2磷肥对小麦产量构成、养分吸收与利用效率的影响王旭东等[15]研究表明，小麦是对磷反应敏感的作物，当耕层土壤速效磷含量小于10 mg/kg时，小麦施磷的增产率为30%左右，速效磷含量为10～20 mg/kg时，增产20%左右，20 mg/kg以上时，增产率显著下降[16]；岳寿松等[16]、李建民等[17]、姜宗庆等[18]在低磷土壤上均发现随着施磷量的增加，籽粒产量也随之增加，但过量施磷对产量构成因素的影响报道不一致，王旭东等[15]认为过高的磷素使千粒质量降低，区沃恒等[19]认为，在高产阶段，磷素营养对穗数、粒数、粒重均有促进作用，但效果不明显。该研究结果表明，在粮棉轮作模式下，增施磷肥对小麦增产作用微弱，而过量施用磷肥反而降低产量；磷肥对小麦穗数有一定影响，随着磷肥施用量的增加，小麦收获穗数先增加后减小；磷肥对小麦穗粒数与千粒质量影响不大。在传统一熟棉田，化学肥料的应用经历了重施磷肥(主要是磷酸二铵、过磷酸钙等)阶段[20]，由于棉花对磷肥的需要量较少，导致土壤中富集了大量磷素，因此在由棉花一熟向粮棉轮作两年三熟种植模式的转变过程中，小麦季节无需大量施用磷肥，可充分利用土壤磷素含量偏高的特点合理施磷，提高磷肥利用率。

3.3钾肥对小麦产量构成、养分吸收与利用效率的影响关于钾肥对小麦产量的影响，前人做了大量研究，谭金芳等[21]与董合林等[22]研究认为，钾肥对小麦产量、千粒质量存在正效应，施钾处理穗粒数显著高于不施钾处理，但不同用量间差异不显著，千粒质量随施钾量的增加而显著提高，当施钾量超过105 kg/hm2后千粒质量趋于稳定；张会民等[23]和张定一等[24]研究认为，随着钾肥用量增加，小麦单位面积穗数、穗粒数、千粒质量和产量逐渐增加，但过量施用钾肥，穗数、穗粒数、千粒质量和产量反而下降，这可能是由过量钾素供应导致小麦对钾的奢侈吸收引起的。笔者研究发现，在粮棉轮作模式下，小麦季节施用钾肥无增产效果，但钾肥不同用量对穗粒数与千粒质量的影响不同，穗粒数的增加被千粒质量的降低所抵消，最终小麦产量无显著差异，这一结果可能与土壤钾素含量偏高有关。近年来，随着转基因棉花品种的推广，其需钾量大的特点被广泛认知[25]，棉田大量增施钾肥，导致棉田钾素含量逐渐上升。因此，笔者认为在由棉花一熟向粮棉轮作种植模式转变的过程中，棉花季节土壤残留钾素可满足小麦生长需求，小麦季节无需施用钾肥。

3.4粮棉轮作模式下适宜的氮、磷、钾、肥料用量关于氮、磷、钾肥对小麦产量的影响，胡凤桂等[26]认为，氮肥是影响产量的主要因素，钾肥次之，磷肥的影响较小；王远玲等[27]研究表明，氮是影响产量的主要因素，磷次之，钾的影响较小；氮肥是影响小麦产量的重要因素，这一观点基本得到了学者的认可，但磷素与钾素的作用随土壤基础地力的不同而存在差异，笔者通过试验认为，在粮棉轮作种植模式下，小麦季节适宜肥料用量为纯氮 225 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，免施钾肥，其机理有待于进一步研究。

参考文献

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