树脂包膜缓释肥与尿素配施对稻茬冬小麦产量、氮肥利用率与效益的影响

马 泉，唐紫妍，王梦尧，李福建，李春燕,2，丁锦峰,2，朱 敏,2，郭文善,2，朱新开,2

(1.扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室/扬州大学小麦研究中心，江苏扬州 225009;2.粮食作物现代产业技术协同创新中心，江苏扬州 225009)

近几十年来，化学肥料尤其是氮肥的过量盲目投入导致大量氮素以挥发、淋失、径流等不同方式进入大气和水体[1]，造成严重的环境污染和肥料利用率低下等问题；并且普通肥料常需多次施用，施肥成本随着劳动力成本的不断提升也不断上升，因此在肥料用量持续增长的同时，产量和经济效益并没有得到同步的提升[2]。如何科学合理地施肥以保证在不增加氮肥用量的条件下实现粮食稳产高产、增加经济效益并提高氮肥利用率以减轻环境污染已经成为亟待解决的重要问题。缓释肥由于其高效且环境友好的特点，成为解决这一难题的有效措施之一[3]。薛高峰等[4]认为，普通尿素氮肥利用率较低的原因主要是肥料施用后土壤养分浓度在短时间内过高，加大了向地下渗漏或径流等的损失量，而且土壤养分供应与作物养分需求不同步也导致作物难以持续获得充足的养分。而缓释肥施入土壤后养分缓慢持续释放，能有效保证养分持续供应以满足作物的生长需求。因此缓释氮肥的氮肥利用率和农学效率显著高于普通尿素，同时可显著减少径流损失量，减轻对环境的负担[5-8]。

目前，缓释肥全量基施对冬小麦的增产效果及其环境效应已有较多研究，主要集中在一次性基施对小麦生长发育和氮肥利用率的影响。袁嫚嫚等[9]认为，控释尿素一次基施能达到普通尿素分次施用的效果，可提高小麦籽粒产量和氮肥利用率；郑文魁等[3]研究也表明，控释氮肥一次施用显著影响土壤养分含量和小麦产量。施用缓释肥对小麦种植的减氮增效具有重要意义[10]。目前，因缓释肥成本较高，农民接受程度偏低，大面积生产上推广应用不足。因此，已有学者展开缓释肥与尿素配合一次基施的研究[11]，以寻求肥料高效利用和提高经济效益的平衡。冬小麦生育期较长，且在分蘖至越冬期和拔节至孕穗期分别有两个养分吸收高峰，受缓释肥缓释周期的影响，缓释肥的养分供应曲线与小麦养分需求不同步，导致小麦在养分需求关键时期难以吸收充足的养分来满足生长所需，造成缓释肥与尿素配合基施或缓释肥全量一次基施在生产上难以实现最佳的应用效果。本研究在前人研究的基础上，设计树脂包膜缓释肥和普通尿素在不同生育期配合施用的不同组合，分析其对小麦群体质量、产量及其结构、氮效率和经济效益等方面的影响，探讨树脂包膜缓释肥在冬小麦生产上的合理施用方式，为树脂包膜缓释肥在冬小麦高产、高效栽培中的合理应用提供技术支撑。

1 材料与方法

试验于2017-2018年在扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室试验场进行。前茬为水稻，土质为沙壤土，0～20 cm 土层有机质含量14.14 g·kg-1，全氮含量1.06 g·kg-1，速效氮含量65.52 mg·kg-1，速效磷含量76.78 mg·kg-1，速效钾含量38.14 mg·kg-1。

1.1 试验设计

试验共设5个处理：(1)常规尿素施肥模式为对照(CK)，全部为尿素，基肥：分蘖肥：拔节肥：孕穗肥施用比例分别为50%：10%：20%：20%；(2)100%树脂包膜缓释肥一次基施(M1)；(3)60%树脂包膜缓释肥基施，40%普通尿素拔节期追施(M2)；(4)60%树脂包膜缓释肥基施，40%树脂包膜缓释肥返青期追施(M3)；(5)30%树脂包膜缓释肥与30%尿素混合基施，20%树脂包膜缓释肥与20%尿素返青期混合追施(M4)。设不施任何氮肥处理为空白对照以计算氮肥效率。

各处理纯氮用量均为225 kg·hm-2，基肥于播种前施用，分蘖肥于4～5叶期施用，返青肥于2月下旬施用，拔节肥于倒3叶期(叶龄余数2.5)施用，孕穗肥于倒1叶期(叶龄余数1.2～0.8)施用；磷、钾肥(P2O5、K2O)用量均为112.5 kg·hm-2，全部基施。供试氮肥为树脂包膜缓释肥和普通尿素，树脂包膜缓释肥含氮量为45%，缓释期90～120 d；普通尿素含氮量为46.3%。供试小麦品种为扬麦23。2017年11月3日适期播种，小区播种机条播，基本苗统一为225×104株·hm-2，行距27 cm，小区面积8.1 m2，随机排列。重复3次。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 产量及其构成因素测定

成熟期每个小区选取3个1 m行长测穗数；连续取40～60个穗，测定穗粒数。人工计数测定千粒重，测定水分后，按13%水分计算千粒重。 重复3次。成熟期每小区收割1.08 m2测定 产量。

1.2.2 茎蘖动态、干物质积累量、叶面积指数(LAI)的测定

于越冬期、拔节期、孕穗期、开花期、成熟期分别在每个小区取样20株，调查茎蘖数，测定叶面积，计算LAI；样品在105 ℃杀青60 min，80 ℃烘干至恒重，测定干物质积累量。重复3次。

1.2.3 花后叶片光合性能测定

于开花期和乳熟期，采用LI-6400光合仪及SPAD 502叶绿素仪测定小麦旗叶净光合速率(Pn)及SPAD值。重复5次。

1.2.4 植株氮含量测定

将1.2.2中烘干的植株样品粉碎，采用 H2SO4-H2O2靛酚蓝比色法测定植株氮含量。重复3次。

1.3 数据计算与统计分析

氮肥表观利用率(%)=(施氮区吸氮量-不施氮区吸氮量)/施氮量×100%[12]

氮肥农学效率(kg·kg-1)=(施氮区籽粒产量-不施氮区籽粒产量)/施氮量[12]

氮素生理效率(kg·kg-1)=(施氮区籽粒产量-不施氮区籽粒产量)/(施氮区吸氮量-不施氮区吸氮量)[12]

氮素收获指数=籽粒氮素积累量/地上部氮素积累量[12]

产值=籽粒产量×小麦单价[13]

净效益=产值-氮肥成本-追肥劳动力投入-其他成本投入[13]

小麦价格按江苏2018年上半年各地平均价格计算，肥料价格按市场价计算，小麦2 330.3 元·t-1，尿素2 100元·t-1，树脂包膜缓释肥 3 500元·t-1。其他成本投入主要包括：磷钾肥 1 260元·hm-2，种子546元·hm-2，农药420元·hm-2，机械1 300元·hm-2，除追肥外人工 2 400元·hm-2，共计5 926元·hm-2。

采用Excel 2003进行数据统计和绘图，用SPSS 19.0进行统计分析，采用Duncan新复极差法检验处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同施肥模式对小麦产量及其构成因素的影响

由表1可以看出，不同施肥模式间产量的差异程度不同，M1模式产量高于CK，但差异不显著；M2、M3和M4模式的产量均显著高于CK，其中，M4模式的产量最高，为8 426.06 kg·hm-2，比CK增产了17.44%。在产量构成因素中，对产量影响较大的是穗数和千粒重，M2、M3和M4模式的穗数分别比CK高了2.07%、 4.56%和4.08%；不同施肥模式对千粒重的影响表现为M3>M4>M2>M1>CK，M3和M4模式的千粒重显著高于CK和M1模式，不同施肥模式对穗粒数的影响不显著。表明树脂包膜缓释肥两次施用较常规尿素施肥模式和树脂包膜缓释肥一次基施有效提高了小麦的有效穗数和千粒重。

综合来看，在本试验条件下，四种树脂包膜缓释肥施肥模式均可以实现稳产、高产的目的。M4模式的穗数和千粒重略低于M3模式，而穗粒数和产量高于M3模式，差异均不显著，由于M4模式以部分尿素代替树脂包膜缓释肥，在一定程度上降低了肥料成本，建议在小麦上推广应用。

表1 不同施肥模式对小麦产量及其构成因素的影响Table 1 Effect of different fertilization models on grain yield and its components of wheat

CK：常规尿素，基肥∶分蘖肥∶拔节肥∶孕穗肥分别为50%∶10%∶20%∶20%；M1：100%PCU全部基施；M2：60%PCU基施，40%U拔节期追施；M3：60%PCU基施，40%PCU返青期追施；M4：30%PCU与30%U基施，20%PCU与20%U返青期追施。同列数据后的不同小写字母代表处理间差异达5%显著水平。下表同。

CK:Urea,basal∶tillering∶jointing∶booting is 50%∶10%∶20%∶:20%; M1:100% PCU as base fertilizer; M2:60% PCU as base fertilizer,and 40% U as jointing fertilizer; M3:60% PCU as base fertilizer,and 40% PCU as reviving fertilizer; M4:30% PCU and 30% U as base fertilizer,and 20% PCU and 20% U as reviving fertilizer. Different small letters following values in same column mean significant difference among treatments at 0.05 level. The same in tables 2-5.

2.2 不同施肥模式对小麦经济效益的影响

由表2可以看出，M2、M3和M4模式的产值显著高于CK，增幅分别为6.53%、15.11%、 17.44%，CK的追肥劳动力成本均高于其他四种模式。M1模式由于氮肥成本较高，净效益与CK相当，仅增值19.89元·hm-2；M3和M4模式的产值较高，且M4模式降低了氮肥成本，因此净效益最高，分别较CK和M3模式提高了29.05%和6.58%。说明树脂包膜缓释肥一次基施可以获得普通尿素多次施肥的经济效益，劳动力缺乏时可以采用；树脂包膜缓释肥两次施用可以省工、增产，有效提高小麦种植的经济效益。

表2 不同施肥模式对小麦经济效益的影响Table 2 Effect of different fertilization models on economic benefit of wheat yuan·hm-2

2.3 不同施肥模式对小麦群体质量的影响

2.3.1 群体茎蘖动态

由表3可知，M2、M3和M4模式的穗数和茎蘖成穗率均显著高于CK，表明树脂包膜缓释肥基施并在返青期追肥可以显著增加冬小麦的成穗数。M1模式越冬期和拔节期的茎蘖数最高，后期茎蘖数迅速下降，最终茎蘖成穗率最低，仅为43.57%；M2 模式在拔节期茎蘖数最低，比CK低了8.27%，追肥后孕穗期和开花期茎蘖数下降缓慢，茎蘖成穗率最大，比CK高了5.00%；M3和M4模式在整个生育进程中茎蘖数变化较为平缓，在孕穗期后茎蘖数下降缓慢，最终有效穗数较高，分别比CK高了4.56%和4.01%。结果表明，不同缓释肥施肥模式对不同生育期茎蘖数和成穗率的影响程度不同，M1模式前期氮素供应充足，利于促进分蘖的发生，但生育后期氮素供应不足，不利于分蘖成穗，成穗数最低；M2 模式虽然茎蘖成穗率最大，但拔节期和成熟期的茎蘖数不高；M3和M4模式整体表现较佳，成穗数和茎蘖成穗率均较高。

表3 不同施肥模式对小麦群体茎蘖动态的影响Table 3 Effect of different fertilization models on dynamics of stem number of wheat

2.3.2 干物质积累量动态

不同施肥模式下小麦干物质积累量均随生育进程推移呈持续上升的趋势(表4)，拔节期前干物质积累量较小，拔节后迅速增加。越冬期不同施肥模式的干物质积累量表现为M1>CK>M4>M2>M3；拔节期M1、M3和M4模式的干物质积累量显著高于CK，分别高了24.58%、 4.59%和5.89%，M2模式与CK差异不显著；在孕穗期和开花期，干物质积累量最高的分别为M2模式和CK；成熟期干物质积累量表现为M4>M3>CK>M2>M1。M3和M4模式的花后干物质积累量显著高于其他处理，有利于籽粒产量形成。

表4 不同施肥模式对小麦干物质积累动态的影响Table 4 Effect of different fertilization models on dynamics of dry matter accumulation amount of wheat kg·hm-2

2.3.3 叶面积指数(LAI)动态

小麦全生育期内的LAI整体呈现先增加后下降的变化趋势，在孕穗期达到最大值(图1)。不同施肥模式下LAI变化动态略有差异，M1模式由于前期氮素供应较多，越冬期和拔节期LAI显著高于其他处理，在孕穗期以后迅速下降；树脂包膜缓释肥对拔节期之后的 LAI促进效应较为明显，尤其乳熟期，M3和M4模式的LAI均显著高于CK，分别达4.40和4.37，较CK高了45%以上，表明树脂包膜缓释肥两次施用可以有效延缓花后叶片的衰老。

2.4 不同施肥模式对小麦花后叶片光合性能的影响

不同施肥模式处理小麦旗叶的SPAD值在开花期较为接近，只有M4模式显著高于CK；但在乳熟期CK和M1模式的旗叶SPAD值迅速下降，M3和M4模式分别比CK高9.30%和 8.39%(图2)。M3和M4模式的旗叶净光合速率在开花期与CK差异不显著，但在乳熟期显著高于CK，分别高 2.67和2.28 μmol·m-2·s-1(图2)。表明树脂包膜缓释肥两次施用可有效延缓开花后旗叶光合性能的下降。

2.5 不同施肥模式对小麦氮素积累量及氮肥利用率的影响

由表5可知，不同施肥模式对地上部氮素积累量的影响表现为M2、M3和M4显著高于CK和M1模式。M1模式氮肥表观利用率和CK相当，M2、M3和M4模式较前二者显著提高了氮肥表观利用率，较CK增幅为6.04%～8.43%，表明树脂包膜缓释肥基施并在返青期追肥较常规尿素施肥模式和树脂包膜缓释肥一次基施，可以有效地提高氮肥利用率。M3和M4模式的氮肥农学效率显著高于其他模式，分别比CK增加了33.66%和38.83%；氮素生理效率分别比CK增加了 14.76%和18.50%。不同施肥模式对氮素收获指数的影响与氮肥利用率一致。

图柱上不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

Different small letters above columns mean significant difference between treatments at 0.05 level. The same in figure 2.

图1 不同施肥模式对小麦叶面积指数的影响

Fig.1 Effect of different fertilization models on leaf area index(LAI)of wheat

图2 不同施肥模式对小麦旗叶SPAD值和净光合速率的影响

表5 不同施肥模式对氮素积累量和氮肥利用率的影响Table 5 Effect of different fertilization models on N accumulation and N use efficiency

NAR：氮肥表观利用率；NAE：氮肥农学效率；NPE：氮素生理效率；NHI：氮收获指数。

NAR:Nitrogen application rate;NAE:Nitrogen agronomic efficiency;NPE:Nitrogen physiology efficiency; NHI:Nitrogen harvest index.

3 讨 论

3.1 树脂包膜缓释肥与尿素配施的增产效应及机制

施用缓释肥所产生的增产效应是其在小麦生产上能够推广应用的主要动力。研究表明，缓释肥在不同的施用方式下均能产生不同程度的增产效果。郑文魁等[3]研究表明，树脂包膜和硫包膜缓释肥一次基施均能够实现10%以上的增产效果；衣文平等[11]研究表明，包膜控释尿素与尿素配施全部基施可使小麦增产1.3%～5.6%；周华敏等[14]认为，脲醛缓释肥与尿素不同比例配合全部基施较普通氮肥全部基施增产幅度达3.27%～13.67%。在本试验条件下，树脂包膜缓释肥处理均较单施尿素增产，其中全部基施增产 2.69%，两次施肥增产6.53%～17.44%，缓释肥两次施肥的增产效果明显优于一次基施。

树脂包膜缓释肥与尿素配施实现小麦增产增效在于协调小麦群体与个体生长的矛盾。较多研究表明，缓释肥对小麦的产量构成有显著的调控效应，纪雄辉等[15]认为，缓控释肥氮肥全部基施主要通过提高单位面积穗数和穗粒数来提高产量；符建荣等[16]研究认为，缓控释肥氮肥与普通尿素配施提高产量的途径也是通过提高单位面积穗数和穗粒数；汪 强等[28]研究表明，缓释尿素全部基施可有效提高小麦穗粒数，对千粒重没有显著影响；而郑文魁[3]等认为，包膜尿素全部基施显著增加了冬小麦千粒重和穗粒数，对穗数没有显著影响。本研究结果表明，树脂包膜缓释肥提高产量主要在于显著增加了有效穗数和千粒重，其中以两次施肥效果更为明显，推测是树脂包膜缓释肥可持续供应氮素，既满足了小麦分蘖期养分需求高峰的需要，促进分蘖发生与成穗，且中后期氮素充足，能满足拔节孕穗期及花后对养分的需求，花后干物质积累充足，利于千粒重增加，单穗重 提高。

适宜的穗数和较高的茎蘖成穗率、较高的花后干物质积累量、适宜的叶面积指数等都是高产小麦的重要群体指标[17-20]。王茹芳等[21]研究认为，缓释肥和普通尿素相比，能协调小麦茎蘖动态，并显著促进花后干物质的积累，有利于获得高产；王玉红等[22]也认为，缓释肥与尿素配施可以弥补树脂包膜缓释肥前期速效养分释放较慢的弊端，有利于小麦生育初期形成壮苗，构建合理的群体结构，减少无效分蘖的发生，显著提高成穗率和结实率。本研究结果表明，树脂包膜缓释肥能有效调控小麦分蘖与成穗，树脂包膜缓释肥两次施肥方式下的群体质量更满足高产群体质量要求，有效穗数达530×104·hm-2，花后干物质积累达5 600 kg·hm-2以上，为高产稳产创造了有利 条件。

花后干物质积累量是高产甚至超高产的关键，而花后叶片较高的光合能力是花后干物质积累的主要动力[23]。本试验结果表明，树脂包膜缓释肥两次施用可以有效提高乳熟期LAI和旗叶SPAD值，有效延缓旗叶的衰老及乳熟期净光合速率的下降，显著促进籽粒灌浆和花后物质积累，为获得高产打下坚实基础。

3.2 树脂包膜缓释肥与尿素配施对氮肥利用效率的影响

氮素吸收利用是作物生长和发育的重要基础，与作物产量的形成密切相关[24]。普通尿素较缓释尿素易造成小麦干物质积累过高，氮素大量累积在秸秆，导致氮肥利用率较低[25]。马富亮等[26]认为，缓释尿素能有效地控制氮素释放，使氮素释放后移，满足小麦生长发育需求；袁嫚嫚等[27]也认为，和农民习惯施肥相比，施用缓释尿素增加了籽粒的吸氮量，提高了氮素收获指数；汪 强等[28]研究表明，施用缓释肥能提高氮肥利用率是因为缓释肥能持续平稳地供氮以减少苗期氮素损失，满足小麦整个生育期的养分需求。本研究结果表明，树脂包膜缓释肥两次施用使小麦成熟期地上部氮素积累量和氮素收获指数均高于常规尿素施肥模式，提高了氮肥利用率，增幅达 8.08%～ 8.43%。与前人研究结果基本一致。

3.3 树脂包膜缓释肥与尿素配施对经济效益的影响

缓释肥较高的肥料成本是限制其大面积推广应用的主要因素。杨雯玉等[29]研究表明，控释尿素与普通尿素配施和单施尿素相比虽然增加了氮肥成本，但可以显著增加小麦产量并减少了追肥劳动力投入，使净收入提高。在本试验条件下，树脂包膜缓释肥一次基施获得了小幅度的增产，增产的收益和减少的追肥劳动力成本基本可以弥补肥料成本的差异；树脂包膜缓释肥两次施肥的方式均获得较高的净效益，尤其是缓释肥与尿素两次配施的施肥方式，有效降低了肥料成本，又发挥了树脂包膜缓释肥的功效，最终净效益最高，达12 223.99元·hm-2，有利于树脂包膜缓释肥在小麦上的推广应用。

本试验条件下，树脂包膜缓释肥的几种施肥模式均可以实现稳产或高产。其中，树脂包膜缓释肥一次基施较常规尿素施肥虽然经济效益没有明显增加，但能增加一定的产量，且减少后期追肥劳动力成本，同时有利于提高小麦生产的机械化程度，适合在劳动力缺乏地区推广应用。采用树脂包膜缓释肥与尿素各30%作基肥和20%作返青肥两次配施的施肥方式，协调了肥料成本和经济效益之间的矛盾，且施肥人工成本减少，可以实现经济效益的最大化，氮肥利用率也有一定程度的提升，适合大面积推广应用。