不同类型肥料对潮土冬小麦产量和品质及氮肥利用效率的影响

缑培欣,陈智勇,张阳阳,周 茹,刘 山,谢迎新,马冬云,康国章,王晨阳,郭天财

(河南农业大学/国家小麦工程技术研究中心,河南郑州 450002)

施肥是提高小麦产量的重要途径[1]，合理施肥不仅可以促进作物对氮的吸收，降低氮素损失，减少农田生态环境污染，还可以提高小麦的产量[2]。近年来，肥料的不合理施用不仅造成了肥料的浪费，还引起作物产量及品质的下降，导致土壤污染及温室效应等-系列生态环境问题[3-5]。研究表明，施用新型肥料对提高小麦产量、氮肥利用率以及农业面源污染的降低起到了重要作用[6-8]。控失肥是-种新型高效环保肥料，其原理是在普通化肥中添加-种“控失剂”，通过高分子网捕技术，将肥料营养成分“固定”在植株根系周围土壤中，从而减少肥料养分流失，减缓养分释放速率，提高肥料利用率，并达到增产的目的[9-11]。有机、无机肥配施通过改变土壤理化性质，有效增加土壤矿物质和有机质含量，提高土壤的供氮能力，增加小麦吸氮量以及干物质累积量，进而促进小麦籽粒产量提高和品质改善[12-15]。腐殖酸肥料作为-种新型增效肥料，不仅能够减少土壤中氮的损失，提高氮肥利用率[16]，还可增加作物产量[17-19]。

有关新型肥料对小麦产量和品质影响的研究已有诸多报道，但在当前实际农业生产过程中，种植户选购肥料时盲目性较大，而且在传统的施肥方式中，存在施肥量高、施肥次数多等现象，导致劳动力成本高、肥料利用率低[20-21]。据统计，河南省每年复合肥用量在1 000万吨以上，由于肥料产品选择与施用不合理，化肥的大量施用并没有达到稳产和增产的效果。而小麦-次性施用高效肥技术可极大地减少劳动力投入，是实施节本增效、提高经济效益的重要栽培措施[22-23]。因此，本研究在等量氮、磷、钾养分供应条件下，以当前市场上常见的肥料类型为研究对象，通过分析-次性施用4种类型肥料(普通复合肥、腐殖酸复合肥、控失肥及有机无机配方肥)对冬小麦籽粒产量、品质以及氮素利用效率和经济效益的影响，为实际生产上肥料的合理选择及施用提供理论 依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年10月—2020年6月在河南省温县祥云镇(34°54′N,112°58′E)进行。试验地属于暖温带大陆性季风气候，年平均降雨量为625 mm，无霜期210 d，日照时数2 484 h。连续三年小麦种植季降雨量情况见图1。土壤为粘质潮土，0～20 cm耕层有机质含量15.3 g·kg-1，全氮含量1.21 g·kg-1，速效磷含量45.4 mg·kg-1，速效钾含量160.8 mg·kg-1，pH值为8.12。前茬种植作物为夏玉米，夏玉米收获后秸秆粉碎全部还田。

图1 连续三个生长季小麦生育期内降雨量分布

1.2 试验材料与设计

供试小麦品种为鑫华麦818。4种肥料分别为普通复合肥(CF)、腐殖酸复合肥(HAF)、有机无机配方肥(OMF)和控失复合肥(CLF)，其中，普通复合肥、腐殖酸复合肥和控失复合肥均由河南心连心化学工业集团股份有限公司(原河南心连心化肥有限公司)提供，有机无机配方肥由普通复合肥与市场上商品有机肥(有机质≥45%，氮磷钾总养分≥5%)按照重量比1∶1自行配制。4种肥料氮、磷、钾养分比例相同(N-P2O5-K2O=20-20-5)，各处理4次重复，小区面积为125 m2。除不施肥对照外，所有小区4种肥料均在小麦播种前作为基肥按照900 kg·hm-2-次性施用，其他田间管理同当地常规大田。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 产量及其构成因素测定

于第-年(2017-2018)、第二年(2018-2019)及第三年(2019-2020)小麦成熟期取1 m双行样品，带回室内调查产量构成要素；各小区收获6 m2脱粒风干后称重，测定含水量(80 ℃烘干48 h)，计算籽粒产量。

1.3.2 相关品质指标测定

采用容重器(HGT-1000A,上海)测定小麦籽粒容重。用近红外谷物籽粒分析仪(InfratecTM 1241,FOSS,Switzerland)测定籽粒蛋白质含量和湿面筋含量。采用磨粉机(Chopin CDI)磨粉，用Zeleny法测定沉降值。用快速粘度分析仪RVA4500(Perten，瑞典)测定糊化参数。

1.3.3 氮肥农学效率计算

氮肥农学效率=(施氮区作物产量-不施氮区作物产量)/施氮量

1.3.4 经济效益计算

4种肥料成本按照普通复合肥(CF)2.5 元·kg-1,腐殖酸复合肥(HAF)2.9 元·kg-1,有机无机配方肥(OMF)3.2 元·kg-1和控失复合肥(CLF)2.9 元·kg-1计算；三年籽粒产量收益均按照2.24 元·kg-1计算。其他投入包括农药、种子、整地、播种、灌溉、收获、人工等费用统-按6 000 元·hm-2计算。

纯效益=籽粒产量×小麦单价-(肥料投入+其他投入)

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016和 SPSS 19.0进行数据处理和相关分析。

2 结果与分析

2.1 不同肥料对潮土冬小麦籽粒产量及其构成因素的影响

由表1可知，不同肥料对小麦产量及其构成因素影响不同。CLF、OMF、HAF、CF和CK 5种处理小麦产量平均分别为10 365、9 285、 9 062、8 261和6 744 kg·hm-2，以CLF处理产量最高，OMF处理次之。与不施肥处理(CK)相比，4种肥料处理均能提高冬小麦籽粒产量，其中，CLF、OMF和HAF处理产量较CK连续三年均显著提高(P<0.05)，分别较CK平均提高 53.7%、37.7%和34.4%，CF处理仅在2018-2019年与CK差异显著；与CF处理相比,CLF、OMF和HAF处理分别平均提高小麦产量 25.5%、12.4%和9.7%，其中连续三年CLF处理与之差异显著，OMF和HAF处理仅在2017-2018年度与之差异达显著水平。

表1 不同处理小麦产量及其构成因素

从产量构成来看，与CK相比，4种肥料处理对小麦千粒重无显著影响，连续三年CLF处理的成穗数和穗粒数均显著提高，CLF、OMF和HAF处理间的穗数和穗粒数均差异不显著。

2.2 不同肥料对潮土冬小麦籽粒品质及淀粉糊化特性的影响

分析不同肥料处理的小麦籽粒品质可知，各品质指标在肥料处理间存在明显年度差异(表2)。与CK相比，4种肥料处理均提高了小麦籽粒容重、蛋白质含量和湿面筋含量，对沉降值无明显影响。其中，CLF和OMF处理连续三年均显著提高小麦籽粒容重和蛋白质含量 (P<0.05)。与CF处理比较，其他3种肥料处理(CLF、OMF和HAF)中，仅CLF处理连续三年均显著提高小麦籽粒容重，对其他品质指标无显著影响。因此，从整体来看，CLF和OMF处理对改善小麦籽粒品质相对较好。

表2 不同肥料处理小麦籽粒品质指标

由表3可知，与CK比较，各施肥处理具有提高小麦淀粉糊化特性的趋势，但年度间存在差异。2018-2019年度，不同处理间无明显差异。2019-2020年度，OMF处理除稀懈值外均可显著提高其他各淀粉糊化特性指标；CLF处理除最终粘度和反弹值外均可显著提高其他各淀粉糊化特性指标。

表3 不同肥料处理小麦淀粉糊化参数

2.3 不同肥料对潮土冬小麦氮肥农学效率及经济效益的影响

由图2可知，肥料处理对氮肥农学效率存在显著影响(P<0.05)。4种肥料处理中，连续三年氮肥农学效率均以CLF处理最高；其中CLF、OMF和HAF处理较CF处理3年平均分别提高139.0%、67.5%和52.8%，差异均达显著水平 (P<0.05)。各肥料处理对氮肥农学效率的影响在年度间存在着明显差异。与CF处理相比，连续三年CLF和OMF处理均显著提高氮肥农学效率，HAF处理仅在2017-2018年度与之差异达显著水平(P<0.05)。

图柱上不同小写字母表示同-年度不同处理间差异显著(P<0.05); 图柱上垂直线表示标准误。下图同。

由图3可知，从三年平均值可以看出，与CK相比，CLF、OMF和HAF处理的纯效益均显著提高，提高幅度分别为60.4%、30.9%、 28.3%；与CF处理相比，CLF和OMF处理纯经济效益显著提高，提高幅度为42.4%和16.2%，HAF与CF处理间差异不显著。

图3 不同肥料处理冬小麦经济纯效益

不同肥料处理在不同年度对小麦纯效益存在明显差异。与CK相比，连续三年，CLF、OMF和HAF处理均可显著提高小麦纯效益；CF处理与CK间在2017-2018年无显著差异。与CF处理比较，连续三年CLF处理均可显著提高纯效益；OMF处理在2017-2018和2019-2020年度显著提高纯效益；而HAF处理仅在2017-2018年度显著提高纯效益。

3 讨 论

3.1 不同类型肥料施用对小麦籽粒产量的影响

近年来，有关不同类型缓控释肥对小麦籽粒产量效应的研究较多。岳 克等[24]研究表明，与普通尿素相比，控失尿素可通过增加成穗数提高小麦籽粒产量。王小明等[25]研究表明，施用控释复合肥主要通过增加小麦穗粒数与千粒重提高产量。本研究表明，控失肥处理主要通过增加小麦成穗数和穗粒数来提高籽粒产量，其产量提高原因可能是控失肥中含有“控失剂”，遇水形成-张“网”，养分被“锁”在土壤中，可有效控制养分的释放速率，减少养分的流失，促进并提高了植株对养分的吸收利用率，进而提高小麦产量[8-11]。本研究还发现，4种肥料处理对小麦籽粒千粒重无显著影响，其原因可能与小麦生育后期水肥供应有关，本研究供试农田土壤肥力较高(见1.1试验地概况部分中土壤基础肥力数据)，所有肥料均作为基肥-次性施用，加之小麦灌浆期降雨量较多(见图1)，不利于籽粒灌浆充实，从而使得小麦千粒重提高不明显。白珊珊等[26]研究表明，与常规施肥相比，控失肥处理小麦籽粒产量提高不明显；金丹丹等[27]研究认为，缓控释肥较常规施肥水稻产量提高不显著。本研究中，控失肥处理较常规施肥处理显著提高了小麦籽粒产量，这可能与控失肥养分含量、施肥总量以及试验地点土壤肥力、作物品种不同有关。有机无机配方肥处理主要是通过提高土壤有机碳含量和改善土壤理化性质提高小麦产量[28-30]。申长卫等[31]研究表明，有机无机肥较常规施肥可显著提高小麦籽粒产量；本研究发现，有机无机配施处理仅在2017-2018年度与常规施肥处理的差异显著，其原因可能与小麦生育期气温和降雨量等环境因素有关。

3.2 不同类型肥料施用对小麦品质的影响

小麦品质主要与遗传特性相关，水肥运筹等栽培管理措施也是影响小麦品质的重要因素[32]。氮肥对小麦籽粒蛋白质积累起着重要作用[33]，氮素缺乏会使籽粒形成过程中蛋白质的合成减少[34]。已有研究表明，施用氮肥可显著提高小麦籽粒容重、蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值[35-37]。谢培才等[38]研究亦表明，施用缓控释肥可以显著改善小麦品质。本研究再次证实，施用控失肥可明显提高小麦籽粒容重和蛋白质含量。这可能是因为控失肥能逐步释放养分，满足小麦不同生育时期对养分的需求。本研究还发现，4种肥料处理对小麦面粉沉降值无显著影响，这可能受品种及当地环境气候条件影响[39]。姜 东等[39]研究表明，在小麦籽粒形成中，土壤养分与肥料的均衡对品质有较大的影响。曲 环等[40]研究认为，在均衡施肥的基础上，适量配施有机肥也可明显改善小麦的各项品质指标。本研究在2017-2018小麦季施用有机无机配方肥较普通肥处理提高了蛋白质含量和湿面筋含量，这可能由于有机无机配方肥实现了有机无机肥平衡，提高了土壤肥力，改善了土壤结构，在作物后期可持续供应小麦养分，从而促进了籽粒对养分的吸收[41-42]。但在2018-2019和2019-2020年小麦季无明显效果，原因可能与小麦生育期降雨量较少(见图1)，不能满足小麦后期对籽粒的水分需求，造成品质提高不明显。小麦淀粉糊化特性是衡量小麦淀粉品质优劣的重要指标[43]。淀粉糊化特性受基因型、环境及其互作的影响[44-45]，水氮措施对小麦淀粉糊化特性也具有重要影响[46]，有研究指出增施氮肥可提高小麦淀粉糊化参数[47]。本研究表明，施用控失肥可显著提高小麦籽粒淀粉最终粘度和稀懈值，但是由于4种肥料类型氮磷钾供应养分相同，使其肥料处理对糊化特性影响不明显。本研究还发现，2017-2018小麦季各施肥处理间淀粉峰值粘度无明显差异，但4种肥料处理均可显著提高2018-2019小麦季淀粉峰值粘度。因此，-次性基施不同类型肥料能够对某些小麦籽粒品质产生-定的影响，但年度间存在差异，这可能主要与试验地点气温、降水等环境条件年度间不同有关。

3.3 不同类型肥料施用对小麦氮肥农学效率及效益的影响

提高氮肥利用率是降低农业生产投入和提高小麦产量的重要途径[48]。邓先亮等[49]研究认为，施用控释肥可提高氮肥利用率，并且起到节本增效的作用。白珊珊等[26]研究发现，在平均减氮情况下，控失肥较普通复合肥氮肥农学效率提高36.6%。侯红乾等[50]研究表明，与常规普通肥比较，70%普通肥+30%有机肥组合处理可显著提高氮肥农学利用率，但50%普通肥+50%有机肥处理提高不明显。本研究表明，与常规施肥比较，控失肥和有机无机配方肥处理连续三年均可显著提高氮肥农学效率，这与上述侯红乾等[50]研究略有不同，其差异原因可能主要与试验地点土壤基础肥力以及试验用的有机无机配方肥养分含量不同有关。

选择适宜肥料类型的关键在于其最终获取经济效益的高低。马 昕等[51]研究发现，虽然控释肥料投入稍有增加，但每公顷增收3 000元以上，水稻季施用控释肥增收效果明显。本试验中，控失肥、有机无机配方肥和腐殖酸处理小麦纯收益分别较普通肥处理每公顷增加4 352元、1 662元和1 433元。分析认为，施用控失肥、有机无机配方肥、腐殖酸肥虽然增加了肥料投入成本，但这3种类型肥料成本也仅略高于普通复合肥，且在人工等费用相同的情况下，较普通肥可显著增加小麦籽粒产量，最终使小麦纯经济效益显著增加，尤其是控失肥处理更为明显。

在今后的研究中还需纳入小麦不同生育时期的生理指标，深入研究施用不同肥料类型情况下小麦不同生育阶段的养分吸收规律，以期为该地区的合理肥料选择提供理论和技术指导。

4 结 论

-次性施用控失肥、有机无机配方肥、腐殖酸肥和普通肥处理均可以提高小麦籽粒产量、氮肥农学效率和经济效益，且以控失肥处理效果最为明显。控失肥和有机无机配方肥处理可改善某些小麦籽粒品质。综合考虑到产量、品质以及氮肥农学效率和纯效益的条件下，-次性基施控失肥处理可作为当前研究地区的简约化肥料施用模式之-。