过量施肥无益于大麦甘啤7号产量和品质形成

2020-04-14柳小宁包奇军张华瑜潘永东

土壤与作物 2020年1期

柳小宁，包奇军，张华瑜，潘永东

(甘肃省农业科学院经济作物与啤酒原料研究所，甘肃兰州 730070)

0 引言

农业可持续性发展和环境保护是当今世界现代农业发展的两大主题[1]。而我国又是一个农业大国，年施肥用量占世界总用量的30%以上[2]，而且用量逐年增加[3]。我国氮肥平均利用率不足30%，仅为世界平均水平的1/2[2]，粮食作物的磷肥利用率仅为 11.6%[4]。随着化肥用量增加，氮肥的增产效率和氮肥利用率逐年降低[3-4]。传统作物生产中以高氮肥投入来获得高产[5-6]，然而，氮肥的过量投入并不利于实现高产[7-9]，而且施氮量过大，不仅不能促进作物增产[7,10]，还易引起作物倒伏[11-12]，造成作物千粒重下降[13]，最终使得产量降低[14-15]，同时还会造成土壤酸化、环境污染及土壤微生物活力下降等严重的生态环境问题[8]。

施肥量对大麦产量的影响较为显著，施肥量过大，易造成高峰苗过多，使得田间通风透光条件变差[16-17]，导致个体发育不良，影响穗粒数和粒重的增长[18]。尽管大麦产量随施肥量的增加而增加，然而当施肥量超过225 kg·hm-2时，产量显著下降[19]。作为啤酒大麦主要生产区之一的甘肃省，生产上存在过量施肥的现象，不仅增加了生产成本，也降低了产量和品质。

本研究结合国家农业部提出农业“一控两减三基本(即：严格控制农业用水，减少化肥和农药使用量，畜禽粪便、农作物秸秆、农膜基本资源化利用)”的要求，以甘肃省农业科学院选育的优质高产啤酒大麦甘啤7号品种为参试材料，系统研究施肥量对啤酒大麦产量、品质及肥料利用效率的影响，以期为优化甘啤7号施肥措施、实现化肥零增长的目标提供技术和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验条件

试验于2016年-2017年在甘肃省农业科学院武威市黄羊镇甘啤7号试验基地(37°40′1″N，102°50′58″E)进行。黄羊镇代表河西东部平川灌区，海拔1 766 m，年日照时数2 360～2 920 h，年平均气温6.0～7.0℃，年降水量200～260 mm，无霜期135～150 d。土壤为灌漠土，耕层(0～20 cm)有机质17.1 g·kg-1，全氮1.00 g·kg-1，全磷0.87 g·kg-1，全钾38.5 g·kg-1，速效氮70.3 mg·kg-1，有效磷35.4 mg·kg-1，pH为8.30，前茬作物大麦，地力均匀，属中等肥力，水浇地。

1.2 试验设计

试验主要设4个施肥处理，分别为A(N 285 kg·hm-2+P2O5285 kg·hm-2)、B(N 240 kg·hm-2+P2O5240 kg·hm-2)、C(N 195 kg·hm-2+P2O5195 kg·hm-2) 和以当地常规施肥处理为对照的D(N 150 kg·hm-2+P2O5150 kg·hm-2)。为统计肥料利用效率增设不施肥处理，但不列入文章施肥处理的表格中。小区面积50 m2(10 m×5 m)，3次重复，处理间加2 m保护行，保护行中间起垄(垄宽0.5 m，垄高0.25 m)以便浇水，防止串肥。播种量为450万粒·hm-2，氮肥用尿素(含N 46%)，磷肥用磷酸二铵(含N 16%，P2O546%)，所有肥料均作基肥播种前一次性施入。甘啤7号大麦全生育期共浇2次水，5月初第一次浇水、6月中旬第二次浇水，其余田间管理同当地大田。

1.3 测试指标与方法

收获时按小区实际面积收获，并计算产量，在每一个小区随机取样20株进行考种，用于株高、穗长、成穗数及穗粒数的测定。脱粒进行籽粒品质检测分析，籽粒蛋白质采用1241 Grain analyzer(Foss Tecator)近红外仪测定，千粒重、饱满度(采用分级筛Sortimat Pfeuffer)按照国标GB/T 7416-2008方法，统一由甘肃省农业科学院西北啤酒大麦及麦芽品质检测实验室检测分析。

1.4 计算方法

花前贮藏干物质转运量(kg·hm-2)=抽穗扬花期干重-成熟期营养器官干重[20-21]

花后同化物输入籽粒量(kg·hm-2)=成熟期籽粒干重-营养器官花前贮藏干物质转运量[20]

氮素农学效率(kg·kg-1)=(施氮处理籽粒产量-不施氮处理籽粒产量)/施氮量

氮偏生产力(kg·kg-1)=施肥小区产量/施氮量[22]

经济系数(%)=籽粒干重/地上部干重×100%

试验数据采用Microsoft Excel 2007进行数据整理，应用DPS v6.85软件进行数据统计分析及显著性检验。

2 结果与分析

2.1 施肥量对甘啤7号产量性状的影响

从两年结果看(表1)，增量施肥抑制甘啤7号出苗率，随着施肥量的增加出苗率反而降低，两年平均对照为389万苗·hm-2，处理A为363万苗·hm-2，较对照降低6.71%，处理B为374万苗·hm-2，较对照降低3.86%，处理C为379万·hm-2，较对照降低2.56%，年际间趋势基本一致，但2016年处理间差异不显著，2017年处理A较对照差异显著(P<0.05)；分蘖成穗数随施肥量增加明显较对照增高，年际间趋势基本一致，且差异达显著水平，其中，对照为836万穗·hm-2，处理A为876万穗·hm-2，较对照增加4.82%，处理B为845万穗·hm-2，较对照增加1.13%，处理C为837万穗·hm-2，较对照增加0.1%，随着施肥量增加穗粒数无显著差异，千粒重降低，甘啤7号倒伏显著升高，年际间趋势基本一致。

从产量看，增量施肥产量先增高后降低，两年趋势基本一致，但是从两年产量的平均值看，增量施肥不仅没有明显提高甘啤7号产量，反而产量较对照降低，且差异达显著水平，仅处理C较对照增产，增幅为1.34%，其余处理均较对照减产，而且随着施肥量增加减产幅度增大，两年平均处理A为8 119 kg·hm-2，较对照减产7.00%，其次为处理B为8 414 kg·hm-2，较对照减产3.62%，处理C为8 847 kg·hm-2，较对照增产1.34%；同时增量施肥降低甘啤7号经济系数降低，且两年趋势基本一致。

可见增量施肥降低甘啤7号出苗率、籽粒千粒重、植株抗倒伏能力、经济系数和产量，但提高了分蘖成穗数。增量施肥对成穗数、穗粒数及千粒重三因素的影响程度表现为成穗数>千粒重>穗粒数。

表1 施肥量对甘啤7号主要产量性状的影响Table 1 Effects of fertilization amounts on main yield characters of Ganpi No.7

注：不同字母表示差异在0.05水平上显著(P<0.05)。下同。

Note:Different lowercase letters in each column indicate significant differences at 0.05 level.The same is as below.

2.2 施肥量对甘啤7号原麦品质的影响

施肥量对甘啤7号蛋白质含量具有极显著影响，随着施肥量增加，籽粒蛋白质含量呈升高趋势，年际间趋势一致，且处理间差异达显著水平(P<0.05)。其中处理A蛋白质含量为14.4%，较对照升高1.9个百分点，增幅为14.8%，处理B蛋白质含量为13.9%，较对照提高1.4个百分点，增幅为10.8%，处理C蛋白质含量为13.0%，较对照升高0.5个百分点，增幅为4.0%。

随着施肥量增加，甘啤7号籽粒千粒重呈下降趋势，两年趋势基本一致，但2016年处理间差异不显著，2017年处理间差异达显著水平。其中处理A千粒重为42.6 g，较对照降低6.58%;处理B千粒重为43.8 g，较对照降低4.06%，处理C千粒重为44.9 g，较对照降低1.64%。

施肥量对2017年甘啤7号饱满度(腹径≥2.5 mm)有显著影响(P<0.05)。随着施肥量的增加，饱满度(腹径≥2.5 mm)呈下降趋势，其中处理A为84.0%，较对照降低5.72%；处理B为84.5%，较对照降低5.16%；处理C为87.1%，较对照降低2.24%，年际间趋势基本一致。从籽粒原麦品质看，对照处理籽粒品质达优级标准，其余各处理籽粒原麦蛋白质含量未达国家优级标准(GB/T7416-2008：蛋白质含量10.0%～12.5%)，千粒重和饱满粒均低于对照。

表2 施肥量对甘啤7号原麦品质的影响Table 2 Effects of fertilization amounts on quality of Ganpi No.7

2.3 施肥量对籽粒产量形成与肥料效率的影响

随着施肥量增加，花前贮藏干物质转运量增加，对籽粒贡献率也随之增加(表3)。花前贮藏干物质转运量对籽粒贡献率在15.5%～23.1%之间，而花后同化物输入籽粒的输入量随施肥量增加而减少，贡献率也减少，贡献率在76.9%～84.5%之间，年际间变化基本一致，且处理间差异显著，表明籽粒产量的形成主要源于花后同化物的输入。增量施肥增加了大麦花前贮藏干物质的转运量，提高了花前贮藏干物质对籽粒的贡献，但降低了花后同化物对籽粒的输入量和花后同化物对籽粒贡献，但花前贮藏干物质的转运量显著小于花后同化物对籽粒的输入量，从而降低了大麦产量。

表3 施肥量对甘啤7号肥料效率Table 3 Fertilizer use efficiencies of Ganpi No.7 in different treatments

氮素肥料农学效率是评价作物施肥成效和产量水平的重要指标之一，反映了氮素从源到籽粒库的分配比例和施肥对光合产物的影响。随着施肥量增加，氮素农学效率和氮肥偏生产力均降低，两年各处理之间差异均达显著水平(P<0.05)，且趋势基本一致。

从表4看出，施肥量对甘啤7号经济效益有极显著影响，随着施肥量增加，各处理纯收益、产投比均较对照降低，两年趋势基本一致，且差异达极显著水平。处理A纯收益较对照降低2 577元，降幅达27.3%，产投比降低0.45，降幅达20.5%；处理B纯收益较对照降低1 535元，降幅达16.3%，产投比降低0.29，降幅为13.3%；处理C纯收益较对照降低217元，降幅达2.3%，产投比降低0.09，降幅为3.91%。从经济效益看，增量施肥不利于产量形成，降低了收益，从生态效益看，增量施肥加大了化肥用量，降低了肥料利用效益。综合经济效益和生态效益看，增量施肥不仅加大了肥料投入量，降低了纯收益，还降低了肥料的利用率和产投比。

表4 施肥量对甘啤7号经济效益影响Table 4 Effects of fertilization amounts on economic benefit of Ganpi No.7

注：种子，尿素、磷酸二胺，机耕，水费，籽粒价格分别为3.0 ￥·kg-1,2.0 ￥·kg-1，3.4 ￥·kg-1，2 625.00 ￥·hm-2，3 000.00 ￥·hm-2，2.00 ￥·kg-1。

Note:The prices of seed,urea,diammonium phosphate,machine-cultivated,water and barley are 3.0 ￥·kg-1,2.0 ￥·kg-1，3.4 ￥·kg-1，2 625.00 ￥·hm-2，3 000.00 ￥·hm-2，and 2.00 ￥·kg-1,respectively.

3 讨论

3.1 施肥量对甘啤7号产量和品质的影响

大量研究表明，适宜的施肥量是高产的关键[23-24]，在一定范围内(不同品种施肥量不同)增加施肥用量能显著提高产量，即随着施肥量的增加，产量有所增加，但达到一定水平后，产量增幅减小，这一关系被称为“产量渐减法则”[25]。本试验结果表明，增量施肥没有明显提高甘啤7号产量，除了处理C较对照小幅增产(增幅为1.34%)外，其余处理均较对照减产，两年趋势基本一致，而且随着施肥量增加减产幅度增大。从影响产量的三因素成穗数、穗粒数、千粒重看，增量施肥对成穗数影响最大，其次为千粒重和穗粒数。作物产量的形成过程本质上是群体生长发育的过程，随着施肥量增大，成穗数显著增加，在高密度条件下，甘啤7号在生长发育的中后期，由于上部叶片的遮挡，使得其下部叶片光合作用下降，且不易透风，加速了低位叶的衰老和分蘖的死亡，影响群体的干物质积累和转化，导致产量降低。

从籽粒原麦品质看，施肥量对甘啤7号蛋白质含量、千粒重和饱满度均具有极显著影响，随着施肥量增加，籽粒蛋白质含量逐渐升高、千粒重和饱满度都呈降低趋势，年际间趋势一致，除对照处理籽粒蛋白质含量达优级标准(GB/T7416-2008：蛋白质含量10.0%～12.5%)，其余各处理籽粒原麦蛋白质含量未达国家优级标准。

3.2 施肥量对甘啤7号产量形成与肥料效率的影响

籽粒灌浆物质来源包括花前合成贮藏于营养器官并在花后转移到籽粒的同化物，以及花后合成直接运移至籽粒的光合产物[26]，马冬云[20]认为增施氮肥降低了干物质转运量和对籽粒的贡献率，增加了花后的同化量和贡献率。本研究结果表明，随着施肥量增加，花前贮藏干物质转运量增加，对籽粒贡献率也随之增加，花前贮藏干物质转运量对籽粒贡献率在15.5%～23.1%之间，而花后同化物输入籽粒的输入量随施肥量的增加而减少，对籽粒的贡献率也减少，对籽粒的贡献率在76.9%～84.5%之间，年际间变化基本一致，且处理间差异显著，表明籽粒产量的形成主要源于花后同化物的输入。增量施肥增加了大麦花前贮藏干物质的转运量，提高了花前贮藏干物质对籽粒的贡献，但降低了花后同化物对籽粒的输入量和花后同化物对籽粒贡献，但花前贮藏干物质的转运量显著小于花后同化物对籽粒的输入量，从而降低大麦产量。

随着施肥量增加，氮素农学效率和氮肥偏生产力均降低，两年各处理之间差异均达极显著水平，且趋势基本一致，这与前人[27]研究基本一致。