小麦高产优质环境友好的氮肥-固氮菌肥最佳施用量研究

孟自力 付胜昔 高磊 陈昆

摘要：以强筋冬小麦商优1号为研究对象，设置不同的氮肥-固氮菌肥处理，研究不同氮肥-固氮菌肥用量对强筋冬小麦产量、品质和硝态氮累积的影响。结果表明，在固氮菌肥用量为150 kg/hm2、施氮量在165～240 kg/hm2时，小麦品质最佳，穗数、产量等参数均达到较理想状态，施氮过高或不施氮都会导致产量和品质的下降;施氮量在 240  kg/hm2 时，湿面筋指数、湿面筋含量、蛋白质含量达到最优;施氮量在165 kg/hm2时，取得最大产量（9 060 kg/hm2），千粒质量达到峰值（47.7 g）;不施氮处理下土壤硝态氮含量最低，随着氮肥用量不断加大，残留在土壤中的硝态氮含量也不断升高;随着氮肥的追加，在0～315 kg/hm2之间，氮素的盈余量一直增加，变化幅度较大，在315 kg/hm2时达到最大值，对环境产生最大影響。生产实践中的施氮量可根据需要（侧重产量还是侧重质量）在这一范围内进行选择和取舍。推荐氮肥和菌肥施用量分别约为200、150 kg/hm2，在此条件下能兼顾小麦的产量与质量，此时土壤硝态氮的累积量也在可接受范围之内。

关键词：小麦;产量;质量;氮肥;固氮菌肥

中图分类号： S512.106  文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2022）09-0062-04

小麦是我国第二大粮食作物，产量占全国粮食总产量的22.5%，消费量占全国总消费量的25%左右，因此在我国农业生产及国民生活中占有重要地位[1]。小麦产量与品质的研究与提高，是实现我国当前经济效益与环境效益目标的重要前提与基础之一[2]。

小麦体内含有一定量的蛋白质，而氮素是组成蛋白质的重要元素，小麦合理施用氮肥和固氮菌肥可以高效利用氮素，对其产量和后期小麦面粉的质量都有着非常重要的影响[3-7]。土壤中残留氮的含量超过一定量时，再施加氮肥将影响固氮菌的作用，不会再提高小麦产量及蛋白质含量，反而会产生一定的污染问题[8-11]。因此，控制好化肥的用量，合理配肥，不仅能更有效地增加小麦产量和品质，更重要的是可以合理改善环境问题，使农作物的经济效益和环境效益紧密贴合[12-16]。

本试验通过分析不同浓度氮肥-固氮菌肥对小麦产量、品质及环境的影响，提出保障农田环境安全及粮食生产安全的氮肥-固氮菌肥投入阈值，以期为我国粮食安全作出贡献。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

该试验于2018年10月至2019年6月在河南省商丘市城乡一体化示范区贾寨镇保卫村进行，此地区属于暖温带亚湿润季风气候，年平均气温为 14 ℃，年降水量达到700 mm，供试土壤为0～20 cm土层两合土，全氮含量为77.8 mg/kg，有机质含量为2.2 mg/kg，速效钾含量为93.37 mg/kg，速效磷含量为35.31 mg/kg。

1.2 试验方案

小麦品种为商优1号，是强筋、半冬性小麦品种。固氮菌肥由河南省中农嘉吉化工有限公司提供，颗粒型、有效活菌数≥0.2亿个孢子/g、有机质含量≥20%。播种日期为2018年10月6日，播种量为225 kg/hm2。

在固氮菌肥用量为150 kg/hm2时设置5个施氮量处理，分别为0（N 0）、90（N 90）、165（N 165）、240（N 240）、315 kg/hm2（N 315）;在氮肥用量为 200 kg/hm2 时设置4个固氮菌肥处理，分别为50（J 50）、100（J 100）、150（J 150）、200 kg/hm2（J 200）。各处理均施P 2O 5 150 kg/hm2，K 2O 120 kg/hm2。

小区长18 m，宽3 m，面积为54 m2，每个小区间隔 40 cm，每个处理3次重复，随机区组排列，共15个小区。固氮菌肥、磷肥和钾肥全部底施;氮肥70%底施，30%返青期—拔节期沟施。

1.3 样品采集和测定

试验前随机选取3个点，采集0～20 cm土壤样品，测定土壤理化性质;小麦在收获期采集0～90 cm 土层，以30 cm为1层，从上到下分为3份。

于收获期取冬小麦样品，分别取其穗、茎、叶、籽粒，65 ℃烘干至恒质量，称质量磨细，过0.5 mm筛，以供测定全氮含量。于成熟期，在各个小区随机选择27 m2取样，脱粒，称质量，计算产量。

土壤硝态氮含量采用紫外分光光度计法测定。湿面筋含量采用瑞典波通公司 Glutomatic 2200 型面筋仪测定。按照以下公式计算蛋白质含量。

蛋白质含量（%）=全氮含量（%）×5.7;

土壤硝态氮（kg/hm2）=土壤厚度（cm）×土壤容重（g/cm3）×土壤氮浓度（mg/kg）÷10。

1.4 数据统计分析

试验数据均使用Excel 2010软件进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量对冬小麦产量的影响

由表1可以看出，小麦产量在不同的施氮量下存在着明显差别，产量的构成效应也具有很大的差异。从产量来看，施氮肥处理分别比未施氮肥增产29.4%、54.1%、42.1%、38.0%。施氮量为 165 kg/hm2 时，小麦产量达到最大值，为 9 060 kg/hm2。在施氮量持续增加到240 kg/hm2时，小麦的产量反而下降;与N 165相比，N 240产量下降了7.75%。说明小麦的产量不是随着施氮量的增加而无限增加的，其存在着一个阈值。由产量的组成因素来看，千粒质量和穗数也是随着施氮量的增大而上升，在施氮量165 kg/hm2时达到最大值。当不施用氮肥时产量组成因素均最低，当施用过多氮肥时，产量组成因素呈下降趋势。

2.2 不同施氮量对冬小麦品质的影响

由表2可以看出，施氮量对小麦蛋白质含量有影响。施氮量为240 kg/hm2时，蛋白质含量（15.28%）、湿面筋含量（35.14%）、湿面筋指数（69.38%）均达到峰值，小麦品质达到理想状态。

依照GB/T 17892—1999 《优质小麦 强筋小麦》，湿面筋含量在35%以上的为优质高筋小麦，在32%～35%之间的为二等强筋小麦。本试验小麦的湿面筋含量均在32%之上（表2），其中N 240处理的湿面筋含量为35.14%，为优质高筋小麦，其余处理均为二等强筋小麦。硝态氮累积量欧盟标准含量为100 kg/hm2，在此条件之内为环境友好最佳状态。由图1可以看出，随着施氮量的不断增加，硝态氮累积量呈不断增加的趋势，但产量与湿面筋含量均有峰值，达到峰值后继续增加施氮量并不能继续提高产量或湿面筋含量。施氮量在165～240 kg/hm2之间时，其产量与湿面筋含量分别达到最高值，硝态氮累积量也在环境友好型可接受范围之内。生产实践中的施氮量可根据需要（侧重产量还是侧重质量）在这一范围内进行选择和取舍。另外，从图1可以得知，当施氮量大约在200 kg/hm2时，能兼顾小麦产量与质量，因此，若不考虑其他特殊因素，推荐施氮量为200 kg/hm2。

2.3 不同施氮量下0～90 cm土层土壤硝态氮累积分布规律

由图2可以看出，土壤中硝态氮的累积量随着施氮量的不断增加而增大，尤其是表层土壤中硝态氮的累积含量是最大的。以0～30 cm土层深度为例，不施用氮肥硝态氮含量仅为31.38 kg/hm2，4个施氮处理分别提高134.67%、155.26%、184.67%、206.82%，N 315最大（96.28 kg/hm2）。在施氮量相同的情况下，土壤中氮的累积量随着土层深度的增加而不断减小，在0～30 cm土层中含氮量最高。N 315处理下各个土层深度的氮累积量分别为96.28、87.36、74.13 kg/hm2，都超过其他处理。在此基础上，若下一季夏玉米的种植不能充分地把残留于土壤中的硝态氮吸收干净， 这些硝态氮就会随着下雨产生的淋洗作用，逐渐渗透进入地下水中，对地下水产生污染。

由图3可以得出，土层厚度范围在0～90 cm之间时，随着施氮量的不断增大，土壤中硝态氮的累积量不断上升，施氮量和土壤中硝态氮的含量呈现明显的线性相关。4个施氮肥处理土壤中硝态氮含量分别比N 0处理上升了160.1%、202.8%、260.5%、314.7%，N 315处理最大（262.77 kg/hm2）。

2.4 固氮菌肥施用量与小麦产量及湿面筋含量的关系

由表3可知，固氮菌肥用量在50～200 kg/hm2范围内时，小麦产量和湿面筋含量均呈不断上升的趋势。在固氮菌肥用量增加至150 kg/hm2以后，小麦产量及湿面筋含量增长趋势明显放缓，考虑国家提倡的粮食作物节本增效的目的，建议固氮菌肥用量为150 kg/hm2。

3 结论与讨论

本研究分析了固氮菌肥和氮肥配施对冬小麦产量和品质的影响。供试固氮菌肥替代一定量的化肥，在施氮量为165 kg/hm2时达到最大产量（9 060 kg/hm2），說明配施固氮菌肥比全量施用化肥有一定的增产效果，这与王树凤等关于固氮菌能有效积累氮素的结论[17]一致，曹云海亦发现固氮菌可以有效增加小麦产量[18]。在施氮量逐渐增大到240 kg/hm2及以上水平后，冬小麦产量开始负增长，这进一步验证了郝晶等的研究结论[19-20]。施氮量在165～240 kg/hm2范围内时，可以达到小麦产量、品质和环境友好综合性最佳表现，其中施氮量为 240 kg/hm2 时，湿面筋指数、湿面筋含量、蛋白质含量均达到最优值，小麦品质最佳。生产实践中的施氮量可根据需要（侧重产量还是侧重质量）在这一范围内进行选择和取舍。推荐施氮量大约为 200 kg/hm2，固氮菌肥施用量为150 kg/hm2，此时能兼顾小麦产量与质量，而且土壤硝态氮的累积量也在可接受范围之内。

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