减施基肥和除草剂对四川冬小麦产量及氮肥利用效率的影响

任梦星，王福楷，张 洪，KALHORO Muhammad Talib，KALHORO Ghulam Mujtaba，蒋欣东，周聪颖，康晓慧

(西南科技大学 生命科学与工程学院， 四川 绵阳 621010)

0 引言

【研究意义】在农业生产领域中为获得较高的粮食产量，化肥和除草剂被广泛应用。化肥的使用为作物提供足够养分，提高农作物的产量[1]。除草剂使用有效减少杂草对小麦养分的竞争，解决农田杂草危害，提高农作物的产量[2]。但小麦生产出现过度施用氮肥和农药的情况，施用氮肥仅27%可被作物利用[3-4]，大量氮资源被浪费、土壤环境以及地下水被污染[5-8]；施用除草剂仅利用10%～30%，大量除草剂的残留物严重影响作物的品质和产量并导致环境、土壤和水资源的污染[9]。【前人研究进展】肥料和农药的高效利用是我国农业生产研究的热点和难点，有学者提出农药和氮肥的高效利用能够提高小麦产量[10-11]，减少对土壤和环境的污染、保障粮食安全。小麦产量与构成产量的3个重要因素呈正相关关系，小麦产量三要素穗粒数、千粒重和有效穗数与肥料中氮素营养密切相关[12]。不同品种的小麦对氮素需求不同，不合适氮肥施用量将降低小麦产量及品质[13-14]。刘凯等[15]研究表明，减少氮肥施用量的小麦产量有所提高，且氮肥的利用效率提高。伍晓轩等[16]研究表明，增施氮肥导致氮肥偏生产力显著降低等。除草剂不能直接增加小麦产量，增产效果是由于草害减少而起到的间接效应。除草剂过量使用导致田间部分杂草产生抗药性而引起田间草害，与农作物竞争营养和光照，致使小麦产量降低、农药残留增加[17]。目前，绿色防治技术成为农业生产研究的热点，在保证农产品产量和品质的同时，也解决了除草剂带来的环境污染问题[18]。【研究切入点】合理控施氮肥和农药使用量对小麦产业至关重要。四川盆地冬小麦生产中氮肥和农药的最佳施用量尚未见报道。【拟解决的关键问题】2018—2019年在四川梓潼和江油以绵麦367、西科麦18为供试材料开展田间试验，探明减施氮肥减除草剂，对小麦产量、产量构成和氮肥利用效率的影响，为四川地区小麦氮肥和除草剂的合理施用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018—2019年在四川省梓潼县东石乡和江油市青莲镇进行，两地前茬均为水稻。供试土壤基础养分情况见表1。

表1 耕层(0～20 cm)土壤基础养分情况

1.2 材料

梓潼县小麦供试品种为绵麦367，江油市小麦供试品种为西科麦18。化肥使用复合肥(N-P2O5-K2O=24-8-8)，由尿素(N≥46%)、过磷酸钙(P2O5≥12%)、农业硫酸钾(K2O≥60%)复混搭配而成，购自绵阳农资批发市场。20%氯氟吡氧乙酸乳油购自于江苏中旗作物保护股份有限公司；多功能助剂激健购自成都激健生物科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 试验设计 2018年10月至2019年5月进行小麦田间试验，设氮肥和农药2因素4水平组成的正交试验。氮肥：以312.9 kg/hm2施用水平为常规对照，4个施用水平(A)为A1，291.00 kg/hm2(减施7%)；A2，275.35 kg/hm2(减施12%)；A3，259.7 kg/hm2(减施17%)；A4，244.06 kg/hm2(减施22%)。20%氯氟吡氧乙酸乳油：以使用剂量60 mL/667m2加水30 L/667m2为常规对照，4个施用水平(B)为B1，使用剂量48 mL/667m2加水30 L/667m2(减施20%)；B2，使用剂量42 mL/667m2加水30 L/667m2(减施30%)；B3，使用剂量24 mL/667m2加水30 L/667m2(减施40%)；B4，使用剂量20 mL/667m2加水30 L/667m2(减施50%)；氯氟吡氧乙酸减量同时配施激健助剂(添加量15 g/667m2)。试验过程其他条件保持一致，共16个处理、1个空白对照、1个常规对照，3次重复，每个小区面积为20 m2。

1.3.2 项目测定 小麦播种前取田间土样测试土壤基础养分情况。小麦成熟后各小区采用3点随机取样，每个点收割1 m2的小麦，测其有效穗数，同时取10穗用于测量实粒数。风干后依次测量每个小区小麦的千粒重、种子含水量，获得含水量为13.5%理论产量，并计算理论产量(kg/667m2)、氮肥农学利用率(kg/kg)和氮肥偏生产力(kg/kg)。

理论产量=[有效穗数×穗实粒数×千粒重×(1-含水量)]/[1000×(1-13.5%)]

氮肥农学利用率=(施氮肥区产量-空白区产量)/施用氮肥总量

氮肥偏生产力=作物施肥后的产量/施用氮肥总量

1.4 数据分析

采用Excel 2010进行数据整理及绘图，利用SPSS 25.0进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥和氯氟吡氧乙酸除草剂处理对小麦的产量及构成要素的影响

2.1.1 小麦产量 由图1可知，不同施氮量处理下，A1绵麦367产量最高，达7 581.606 kg/hm2，与常规相比增加3.22%，但无显著性差异；随氮肥施用量降低小麦产量降低，A4产量最低7 224.667 kg/hm2，与常规相比降低1.64%。A2西科麦18产量最高，达6 359.103 kg/hm2，与常规相比增加2.18%，但无显著性差异；随着氮肥减施量增加小麦产量呈先升后降趋势，A4处理时小麦产量最低，为5 185.249 kg/hm2，与常规相比降低16.68%，呈现显著性差异。施用氮肥不合理将造成小麦产量降低，以常规施氮肥量为标准，小麦氮肥减施量17%即施用259.7 kg/hm2能提高小麦产量，与常规相比无显著性差异。不同施药量处理下，随着氯氟吡氧乙酸浓度降低，2个小麦品种产量呈降低趋势，但各处理小麦产量与常规相比均无显著性差异。氯氟吡氧乙酸浓度减施30%内和激健助剂共同作用下，小麦产量稳定。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)；图中A、B为不同施氮量处理，图C、D为不同氯氟吡氧乙酸处理，下同。

2.1.2 小麦产量三要素 由表2可知，小麦穗实粒数、有效穗数、千粒重均高于空白对照。西科麦18小麦穗实粒数、有效穗数与常规相比无显著性差异，A2B1处理小麦穗实粒数最高，为62.1粒/穗；A2B4处理下小麦有效穗数最多，为296.595穗/m2；A1B4处理下，小麦千粒重最重，为43.46 g，与常规相比差，异显著增加4.5%。绵麦367小麦麦穗粒数常规相比无显著性差异，A1B2处理小麦穗实粒数最高，为64.30粒/穗；A1B3处理下，小麦有效穗数最多，为295穗/m2；A4B1处理下，小麦千粒重最重，为44.39 g。氮肥和氯氟吡氧乙酸的减施能提高小麦穗实粒数、有效穗数。

表2 不同氮肥和氯氟吡氧乙酸处理小麦的产量性状

经相关性分析可知，西科麦18和绵麦367小麦穗实粒数均与小麦产量呈极显著性正相关关系，相关系数分别为0.728和0.659；西科麦18小麦有效穗数与产量呈极显著正相关关系，相关系数为0.709；绵麦367小麦有效穗数与理论产量呈显著正相关关系，相关系数为0.306。西科麦18和绵麦367小麦千粒重与理论产量相关但不显著。表明，影响冬小麦产量变化的关键因素是穗实粒数和有效穗数，两者的增加能够提高小麦产量。农业生产中通过提高小麦穗粒数或有效穗数能提高小麦产量。

由表3可知，将理论产量外，西科麦18小麦穗实粒数的变异系数最大，为7.38%；有效穗数次之，为7.13%；而千粒重最小，为2.04%。变异系数为理论产量>穗实粒数>有效穗数>千粒重。除理论产量外，绵麦367小麦有效穗数的变异系数最大，为3.73%；千粒重次之，为2.88%；穗实粒数最小，为2.59%。西科麦18穗实粒数和有效穗数比千粒重受外界影响大，而绵麦367有效穗数和千粒重比穗粒数更易受影响。整体看，有效穗数的变异程度较大，说明该性状易受外部环境条件影响。在农业生产中可通过稳定增加小麦有效穗数提高产量。

表3 小麦产量因素与理论产量的变异系数

2.2 小麦氮肥与除草剂的施用的优化组合

由表4可知，氮肥和氯氟吡氧乙酸除草剂2个因素对小麦产量影响为A(主)>B(次)，即施肥量>施药量。西科麦18最优组合为A2B4，即施肥量275.35 kg/hm2，施药量减施40%配施激健助剂。绵麦367最优组合为A1B1，即施肥量291 kg/hm2，施药量减施10%配施激健助剂。

表4 小麦产量影响因子氮素和氯氟吡氧乙酸的正交试验极差分析结果

2.3 不同施氮量和施药量处理小麦氮肥的利用率

由图2可知，随着氮肥施用量的降低，绵麦367氮肥偏生产力呈逐渐增高趋势，A4偏生产力最高，达29.601 7 kg/kg，与常规相比显著增加26.1%；而A3西科麦18偏生产力最高，为23.383 kg/kg，与常规相比增加17.6%。从氮肥农学利用率看，绵麦367随着氮肥施用量的减少呈递增趋势，A4处理条件下达到最大值，为18.103 9 kg/kg，与常规相比显著增加24.8%，西科麦18在A2处理水平下氮肥农学利用率最高，为7.237 kg/kg，与常规相比增加21.9%。氯氟吡氧乙酸处理下，绵麦367各处理氮肥偏生产力和氮肥农学利用率均高于常规对照，呈现显著性差异，各处理间无显著性差异。西科麦18各处理间均无显著性差异。说明，氯氟吡氧乙酸除草剂施用对氮肥偏生产力、氮肥农学利用率影响较小，而降低氮肥的施用量，更有利于提高氮肥吸收利用率，增加氮肥对小麦产量的贡献。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)；图中A、B为不同施氮量处理下小麦产量，图C、D为不同氯氟吡氧乙酸处理下小麦产量。

3 讨论

为响应国家提出的“减少化肥、农药使用量，化肥农药用量实现零增长”的号召[19]，解决过度施用化肥和农药带来的土壤和环境问题进行此试验设计。在小麦的产量形成过程中，氮肥起主导因素，氮肥的施用量过高或过低均导致小麦产量降低，试验中氮肥施用量以常规施用水平减施17%，对小麦产量无显著影响，与前人[20-22]关于小麦氮肥施用量的研究结果一致。除草剂在推荐使用剂量范围内降低30%与激健助剂配施，小麦产量保持稳定。刘颖杰[17]等研究发现，除草剂自身对小麦是无任何增产、保产作用，即使低浓度的除草剂对小麦也有损伤，有草条件下的增产效果是由于草害的减少而起到的间接效应。赵凯男等[22]研究表明，提高有效穗数可显著增加小麦产量。李升东等[23-24]研究表明，适量氮肥施用量能够显著提高小麦单位面积有效穗数。试验结果表明，可以通过稳定增加有效穗数提高小麦产量，由相关性分析可知小麦的穗粒数与有效穗数与理论产量呈显著正相关。氮肥和除草剂的高效利用能够提高小麦产量，减少对环境和土壤的污染、保障粮食安全[10-11，25-27]。试验结果表明，除草剂的施用量对氮肥偏生产力、氮肥农学利用率影响较小，氮肥施用量的降低能够提高氮肥偏生产力、氮肥农学利用率。

4 结论

除草剂的减施对氮肥偏生产力、氮肥农学利用率影响较小，氮肥的减施能提高氮肥偏生产力、氮肥农学利用率。氮肥施用量以常规施用水平降低17%，除草剂在推荐使用剂量范围降低30%与激健助剂配施，有利于保证小麦生产效益，达到小麦高产目的，提高氮肥和除草剂的利用率。