施肥方式对小麦生长、产量及土壤硝态氮含量的影响

刘 苹，李 燕，赵海军，沈玉文，宋效宗，房 锋，张柏松

(1.山东省农业科学院 农业资源与环境研究所/农业部黄淮海平原农业环境重点实验室, 山东 济南 250100；2.山东省农业科学院，山东 济南 250100； 3.山东省农业科学院 植物保护研究所, 山东 济南250100)

施肥方式对小麦生长、产量及土壤硝态氮含量的影响

刘 苹1，李 燕1，赵海军2*，沈玉文1，宋效宗1，房 锋3，张柏松1

(1.山东省农业科学院 农业资源与环境研究所/农业部黄淮海平原农业环境重点实验室, 山东 济南 250100；2.山东省农业科学院，山东 济南 250100； 3.山东省农业科学院 植物保护研究所, 山东 济南250100)

采用田间小区试验的方法，研究了5种施肥方式(处理1：1/2尿素播种前撒施旋耕，1/2尿素返青拔节期追施旋耕；处理2：全部尿素播种前撒施旋耕；处理3：全部控释氮肥播种前撒施旋耕；处理4：全部控释氮肥播种前在种子正下方条施；处理5：全部控释氮肥播种前在种子侧下方条施)对小麦生长、产量及土壤硝态氮含量的影响。结果表明，各处理间小麦株高、穗粒数和千粒质量差异不显著，基本苗数和冬前最大分蘖数以处理2最高，春季最大分蘖数以处理1、3、5较高，3个处理间差异不显著。处理1、3、4、5的小麦生物量较高，处理间差异不显著，但均显著高于处理2。小麦产量受穗数影响最大，处理1、3、5的产量较高，分别为9 139、9 097、8 930 kg/hm2，三者差异不显著；处理2产量最低，为8 407 kg/hm2，显著低于其余4个处理。氮肥偏生产力各处理间变化趋势与产量一致，处理1、3、5较高，彼此间无显著差异，处理2最低。处理3、4、5在拔节期和孕穗期0～90 cm土层硝态氮含量与施用尿素的处理1、2差异相对较小(60～90 cm孕穗期差异相对稍大)，在小麦收获后硝态氮含量相对较高。总体上，控释氮肥一次性撒施旋耕和条施于种子侧下方的施肥方式效果较好，既能保证小麦稳产，又能使土壤保持较高的硝态氮含量，从而减轻面源污染的风险。

小麦； 施肥方式； 产量； 硝态氮含量

施用化肥是最有效、最快的增产措施，但是传统肥料及施肥方式存在严重浪费、污染环境等问题，需要采取新的措施达到化肥减量增效的目的[1-2]。应用缓释性肥料，并采取针对性的施肥技术是从根本上解决我国施肥落后现状的唯一途径，也是农业发展的必然选择[3]。控释肥料作为一种新型肥料，不仅能够调节土壤-植物系统中养分的有效性，而且能够提供与作物营养需求相吻合的养分[4-6]。控释肥料与普通肥料相比，具有养分持续均衡供应的特点，在用量大幅减少的情况下，还能保证对作物养分的充足供应[7-9]。目前，关于常规肥料施用方法的研究相对较多，而随着控释肥料的快速发展，其养分释放特征与常规肥料有明显区别，传统的施肥方法可能不适合控释肥料的实际应用。因此，对于控释肥料施用方法的研究需求也更加迫切。控释氮肥在玉米[10-14]和水稻[15-17]上的研究与应用技术已日趋成熟，而冬小麦生育期长，是水稻和玉米的2倍，对控释氮肥的养分释放性能要求更高。因此，研究适宜的控释氮肥及其最佳施用方式对于小麦生产中一次性施肥技术的应用和推广具有重要意义。为此，研究了同等养分投入量情况下，不同氮肥(尿素和自制控释氮肥)的不同施用方法对小麦生长、产量及土壤硝态氮含量的影响，旨在探索小麦生产过程中适宜的氮肥类型、施用方法，以期为小麦控释肥料的一次性机械化施用技术研究提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验地土壤类型为褐土，质地为黏土，0～30 cm耕层土壤容重为1.23 g/cm3；0～30、30～60、60～90 cm土层土壤的养分含量见表1。供试小麦品种为济麦22。

表1 供试土壤的养分含量

1.2 试验设计

试验共设5个处理，处理1：1/2氮撒施，10～15 cm旋耕后播种，1/2氮返青拔节期追施；处理2：全部氮撒施，10～15 cm旋耕后播种；处理3：全部氮撒施，10～15 cm旋耕后播种；处理4：全部氮条施(在种子正下方6～8 cm)，然后播种；处理5：全部氮在种子侧下方条施(在种子下垂直距离为6～8 cm，横向距离为5～6 cm)，然后播种。每个处理重复3次，小区面积为20 m2(12.5 m×1.6 m)，随机区组排列。处理1—2中的氮素来源为尿素(含N 46%)；处理3—5中的氮素来源为控释氮肥，是山东省农业科学院农业资源与环境研究所自行研制的包膜尿素(含N 44%)。所有处理氮、磷、钾养分投入量相同，均为N 210 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 105 kg/hm2，磷肥用重过磷酸钙，钾肥用颗粒状硫酸钾，磷、钾肥全部作为底肥基施。小麦播种量为195 kg/hm2，行距为20 cm。次年收获，每小区取5 m2的样方收获计产。

1.3 测定项目及方法

测定小麦基本苗数、冬前最大分蘖数、春季最大分蘖数、株高等。

于小麦拔节、孕穗期和收获期，分0～30 cm、30～60 cm和60～90 cm不同土层采集土样，分析各处理土壤硝态氮含量。硝态氮含量的测定采用紫外分光光度计法。

成熟时，每小区取5 m2小麦从根部贴地处割下，收获后测定生物量、穗数、穗粒数、千粒质量、产量等指标，并计算各处理的氮肥偏生产力，氮肥偏生产力(kg/kg)=施氮处理产量(kg/hm2)/施氮量(kg/hm2)。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对小麦主要农艺性状的影响

由表2可知，不同施肥处理对小麦主要农艺性状有一定的影响，其中对基本苗数、冬前最大分蘖数和春季最大分蘖数的影响较为显著，不同施肥处理间株高无显著差异。基本苗数和冬前最大分蘖数以处理2最高，分别为172万株/hm2和1 080万个/hm2，比其他处理分别增加了4.88%～21.13%、3.05%～7.36%；处理4、处理5较低。春季最大分蘖数以处理1、3、5较高，3个处理间差异不显著，但均显著高于其他处理，其中处理1的春季最大分蘖数最大，达1 250万个/hm2，比其他处理高出1.63%～9.17%。综上，全部尿素撒施旋耕处理对基本苗数和冬前最大分蘖数有一定的促进作用，但是由于后期养分供应相对不足，因此不利于春季小麦的分蘖和穗数的形成。

表2 不同施肥处理对小麦主要农艺性状的影响

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

2.2 不同施肥处理对小麦产量和氮肥偏生产力的影响

由表3可知，处理1、3、4、5的小麦生物量较高，处理间差异不显著；处理2的生物量最低，与其他4个处理相比降低了5.85%～8.96%，差异达到显著水平。各处理之间小麦穗粒数和千粒质量没有显著差异，穗数差异较为明显，以处理1、3、5的穗数较高，3个处理间差异不显著，但均显著高于其他处理。其中，处理1穗数最高，达到了520万穗/hm2;处理2最低，只有468万穗/hm2。各处理小麦产量受穗数的影响最大，处理1、3、5产量较高，分别为9 139、9 097、8 930 kg/hm2，彼此间差异不显著，但均显著高于其余2个处理；尿素全部撒施的处理2小麦产量最低，为8 407 kg/hm2，显著低于其余4个处理。氮肥偏生产力的变化趋势与小麦产量一致，也表现为处理1>处理3>处理5>处理4>处理2，处理1、3、5氮肥偏生产力较高，三者之间没有显著差异，但均显著高于其余2个处理；处理2氮肥偏生产力最低，较其余4个处理显著降低5.88%～8.05%。

表3 不同施肥处理对小麦产量和氮肥偏生产力的影响

2.3 不同施肥处理对小麦不同生育时期土壤硝态氮含量的影响

由图1可知，随着生育进程的推进，总体上所有处理拔节期、孕穗期0～30 cm土层土壤硝态氮含量变化不大，各处理之间差异也较小，收获期明显升高。其中，处理1由于在拔节期补施了尿素，因此，拔节期土壤硝态氮含量最高，达24.18 mg/kg；处理2在播种时尿素全部撒施，因此，在植物后续的生长时期，土壤中的硝态氮一直处于较低水平，3个时期分别为14.81、15.87、85.72 mg/kg；处理3、处理4、处理5施用的是控释氮肥，虽然前期含量较低，但是在收获期仍能够保持较高水平，处理5在孕穗期和收获期的土壤硝态氮含量均最高，分别为28.43、117.51 mg/kg。

由图2可知，在30～60 cm土层中，所有处理土壤硝态氮含量总体上随着生育进程的推进而升高(处理1除外)，其中收获期明显升高。处理1由于在拔节期补施了尿素，因此,拔节期土壤硝态氮含量最高，达28.95 mg/kg，之后随着小麦生长需要吸收氮素而使土壤中硝态氮含量降低，收获期小麦植株不再吸收氮素，土壤中硝态氮开始积累；处理2土壤硝态氮含量在各时期一直较低；处理3土壤硝态氮含量一直处于较高水平，拔节期为27.55 mg/kg，收获期为81.52 mg/kg；处理4和处理5土壤硝态氮含量前期较低，但是随着控释氮肥的缓慢释放，从孕穗期开始一直处于较高水平，到收获期时分别达到了95.96 mg/kg和99.04 mg/kg。

图1 不同施肥处理对0～30 cm土层硝态氮含量的影响

图2 不同施肥处理对30～60 cm土层硝态氮含量的影响

由图3可知，在60～90 cm土层中，土壤硝态氮含量较低。除了处理1和处理3土壤硝态氮含量随生育进程推进先升高后降低外，其余处理均呈升高趋势。拔节期，处理1的优势也不再明显，土壤硝态氮含量为7.13 mg/kg。总体来看，3种控释氮肥处理的土壤中硝态氮含量在各个时期均较高(除处理5在拔节期较低外)，其中处理3土壤硝态氮含量在小麦生长期一直保持较高水平，拔节期和孕穗期分别为23.11 mg/kg和21.87 mg/kg。处理5土壤硝态氮含量前期较低，只有4.37 mg/kg，随着时间推进，含量明显增加，到收获期达到42.4 mg/kg。

综合分析可以看出，施用控释氮肥的3个处理在小麦拔节期和孕穗期的各土层土壤硝态氮含量与施用尿素的2个处理差异较小，在小麦收获期控释氮肥处理的土壤硝态氮含量较高,分析其原因，可能与控释氮肥能够缓慢释放氮，从而减少氮的淋溶损失有关。

图3 不同施肥处理对60～90 cm土层硝态氮含量的影响

3 结论与讨论

控释肥作为一种新型肥料，能够提高养分利用率，增加作物产量，减少养分流失，减轻对环境造成的污染，同时还可以节省劳动成本[18-22]。控释肥发挥作用时距离根系近，有利于养分的吸收，为一次性完成小麦的播种、施肥提供可能。施肥方式是影响肥料利用率的重要因素之一,不同养分供应位置显著影响作物根系的生长和养分的吸收。控释肥施肥位置不当容易引起施肥成本高、作物增产不理想等问题。目前，关于小麦生产过程中控释氮肥施肥方式的研究较少。刘永哲等[23]对江苏沙壤土的研究表明，控释期为60 d的包膜尿素在小麦播种行侧方3 cm、深5 cm处一次基施处理的增产效果最好，比当地习惯施肥增产6.5%，氮肥利用率较习惯施肥提高17.3%，侧施处理优于种下深施。张务帅[24]的研究表明，控释氮肥5、15、25 cm 3种施用深度中,施用深度5、15 cm处理较普通复合肥撒施翻耕15 cm处理显著提高了0～20 cm土层土壤全氮、速效氮、有效磷和速效钾的含量,施用深度15 cm处理比普通复合肥撒施翻耕增产15%左右；施用深度25 cm处理在小麦生长前期养分供应不足,不利于小麦分蘖和生长，在小麦生产中建议控释氮肥施用深度为15 m。本试验研究了3种控释氮肥的施肥方法，除了设置侧下和正下条施处理外，还设置了撒施旋耕处理的施肥方法，结果表明，在泰安褐土上，控释氮肥一次性撒施旋耕处理与条施于种子侧下方的处理小麦产量较高，与尿素一半撒施旋耕、一半追肥处理的产量接近，控释氮肥条施于种子正下方的处理小麦产量相对较低，但优于传统尿素全部撒施后旋耕播种的施肥方法。这与上述研究的结论基本一致，控释氮肥在小麦种子侧下方施用效果优于正下方施用，关于控释氮肥撒施旋耕方法对小麦的增产效果研究较少，还有待于开展进一步的研究。

前人研究发现，施用控释氮肥对作物增产的效果不仅明显，而且还能够减少氮素淋溶，提高耕层土壤的速效氮含量，减少对地下水的污染[25-27]。本研究对小麦不同生育时期土壤硝态氮含量的测定结果也表明，控释氮肥处理土壤各个深度土层的硝态氮含量均较高，减轻了硝态氮向深层地下水淋溶损失的风险。

综合各方面的因素，控释氮肥一次性撒施旋耕和条施于种子侧下方的施肥方式效果较好，既能保证小麦稳产，又能使土壤保持较高的硝态氮含量。因此，在小麦生产过程中施用控释氮肥，不仅有利于产量的提高，而且有益于土壤硝态氮的保持，减轻面源污染的风险，同时能够减少劳动力的投入，值得推广。控释氮肥的最佳施用方式还需要在不同生态区、不同地力条件下开展广泛的研究来进行验证总结。

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Effects of Fertilization Modes on Wheat Growth,Yield and Content of Soil Nitrate Nitrogen

LIU Ping1,LI Yan1,ZHAO Haijun2*,SHEN Yuwen1,SONG Xiaozong1, FANG Feng3,ZHANG Bosong1

(1.Institute of Agricultural Resources and Environment,Shandong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Agro-environment of Huang-Huai-Hai Plain,Ministry of Agriculture,Ji’nan 250100,China; 2.Shandong Academy of Agricultural Sciences，Ji’nan 250100,China; 3.Institute of Plant Protection,Shandong Academy of Agricultural Sciences，Ji’nan 250100,China)

The effects of five fertilization modes(treatment 1: 1/2 urea broadcasting before sowing,1/2 urea broadcasting at root elongation stage; treatment 2: all urea broadcasting before sowing;treatment 3: all controlled release nitrogen fertilizer broadcasting before sowing;treatment 4:all controlled release nitrogen fertilizer banding blow the seed directly before sowing;treatment 5:all controlled release nitrogen fertilizer banding blow the seed on one side before sowing) on wheat growth,yield and soil content of nitrate nitrogen were studied using field plot test method.The results showed that wheat plant height,spike grain number and thousand seed weight had no significant differences among five treatments.Treatment 2 had the highest basic seedlings and winter maximum tillering.Treatments 1,3 and 5 had higher spring maximum tillering,and there was no significant difference among the three treatments.Wheat biomass of treatments 1,3,4 and 5 were significantly higher than that of treatment 2,but there was no significant difference among the four treatments.The wheat yield was most affected by spike number.Treatments 1,3 and 5 had higher wheat yield,with 9 139 kg/ha,9 097 kg/ha and 8 930 kg/ha,respectively,and there was no significant difference among them.The wheat yield of treatment 2 was the lowest with 8 407 kg/ha,and was significantly lower than that of the other four treatments.The change trend of nitrogen partial productivity among the five treatments was in accordance with that of wheat yield,which were that treatments 1,3 and 5 had higher nitrogen partial productivity and yield,and there was no significant difference between each other,treatment 2 had the lowest values.The difference of nitrate nitrogen content at wheat jointing stage and booting stage between the three controlled release nitrogen fertilizer application treatments 3,4,5 and the two urea application treatment 1,2 was small 0—90 cm soil,and relative big in 60—90 cm soil.Soil nitrate nitrogen content of treatments 3,4 and 5 was relatively higher after harvest.In general,the fertilization modes of controlled release fertilizer one-time broadcasting and banding blow the seed on one side had relatively better effect,which could not only guarantee the wheat yield,but also keep the high content of nitrate nitrogen in soil,so as to reduce the risk of non-point source pollution.

wheat; fertilization mode; yield; nitrate nitrogen content

2016-09-10

公益性行业农业科研专项(201503112)；“十二五”国家科技支撑计划粮丰工程项目(2013BAD07B06)；现代农业产业技术体系建设专项(CARS-03)

刘 苹(1978-),女,山东泰安人,副研究员,博士,主要从事农业生态学研究。E-mail:liuapple5326@sina.com

*通讯作者：赵海军(1976-)，男，山东单县人，副研究员，硕士，主要从事作物栽培学研究。E-mail：83179266@163.com

S512.1;S158

A

1004-3268(2017)03-0066-05