内蒙古东部旱作区春小麦养分需求特征

贾立国 ，郭祥金 ，孟宪文 ，张建民 ，唐广彬 ，于宏心 ，田贵云 ，骆璎珞 ，樊明寿

（1.内蒙古农业大学 农学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2.呼伦贝尔农垦谢尔塔拉农牧场有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021012）

内蒙古呼伦贝尔市是我国重要的春小麦产区，常年种植面积超过26 万hm2，在保障国家粮食安全方面具有重要的战略作用。当地土壤肥沃、有机质含量高，是我国弥足珍贵的“黑土地”耕作区[1-2]。相对于内蒙古中西部农业产区降雨量相对充沛，当地的春小麦生产主要以旱作为主。该区气候冷凉，病虫害发生较轻，是我国重要的春小麦绿色生产基地。由于历史原因，当地春小麦生产主要通过农牧场集中管理，配备有专门的技术人员，产区地势平坦，规模化、机械化水平高。但是，对于当地特定气候土壤条件下春小麦的养分需求规律缺少科学研究。最近关于呼伦贝尔春小麦的研究还要追踪到21 世纪初，刘克礼等[3]研究了不同氮、磷、钾养分供应条件下干物质积累规律。在此之后近20 a 的时间，再未见该产区关于春小麦营养规律及养分管理的系统研究。黄倩楠等[4]通过农户调研分析发现，北方春小麦每100 kg 籽粒氮、磷、钾的需求量分别为2.7～3.0、0.37～0.56、2.4～2.8 kg，但是没有对呼伦贝尔地区春小麦的养分需求进行具体分析。

近20 a 来，呼伦贝尔地区的土壤养分发生了巨大变化，表现为有机质、全氮、速效钾含量减少，有效磷含量增加[5]。许多新的品种在产区进行了推广应用，如龙麦系列、太空格莱尼等[6-8]。当前生产条件下春小麦的养分需求特征如何，生产中的习惯施肥量是否适宜、是否还有减施的空间缺乏科学的研究，也没有最新的资料可供参考。为响应“十三五”国家化肥农药减施战略，本研究通过田间定位试验，探索该区域春小麦养分需求特征，明确肥料减施潜力，以期为区域春小麦绿色生产提供技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2019—2020 年在内蒙古呼伦贝尔市谢尔塔拉农牧场（49°17′N，119°54′E）进行，该试验区属典型中温带半干旱大陆性草原气候，年平均气温为-1～-2 ℃，年平均降水量为350～370 mm，年日照时数平均为2 800 h，无霜期平均为130 d。试验地土壤类型为暗栗钙土，2019 年播前土壤pH 值为7.2，有机质含量为36.0 g/kg，全氮含量为2.3 g/kg，速效磷含量为25.2 mg/kg，速效钾含量为178.6 mg/kg。2019、2020 年小麦生育期（5—8 月）降水量分别为257、297 mm。

1.2 试验材料

供试小麦品种为当地主推的龙麦35（黑龙江省农业科学院选育）。

1.3 试验设计

试验设置农户模式（FP）和减肥模式（RF）2 个处理，每个处理3 次重复，共6 个小区，小区面积为180 m²（60 m×3 m）,行距0.15 m，20 行区，试验采用完全随机区组排列。2020 年在2019 年的基础上进行定位试验。小麦播种量300 kg/hm2，播前采用10%吡虫啉375 g/hm2+黑穗停450 g/hm2+禾稼欢乐225 g/hm2拌种。氮肥为尿素（N 46%），磷肥为过磷酸钙（P2O514%），钾肥为硫酸钾（K2O≥50%），均以基肥一次性施入。农户模式氮肥用量为N 90 kg/hm2,减肥模式为N 75 kg/hm2（减氮20%）,磷肥（P2O560 kg/hm2）和钾肥（K2O 39 kg/hm2）各处理间一致。

2019 年试验地前茬作物为小麦，于5 月12 日播种，8 月14 日收获；2020 年 于5 月1 日播种，8 月11 日收获。采用小型播种机进行播种。于2019 年5 月21日、6月17日，2020年5月18日、6月19日各灌水40 mm，灌溉方式为喷灌。病虫草害防治等按照常规大田管理执行，各田间管理等措施在处理间保持一致。

1.4 测定项目及方法

分别于小麦苗期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期对植株进行取样，各个时期取50 cm小麦样段，重复3 次，分叶片、茎鞘、穗（颖壳）和籽粒称量各器官鲜质量，然后放入烘箱105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量称干质量。

2019 年全生育期对小麦植株养分含量进行分析测定，植株各器官干样粉碎后过0.5 mm 筛，采用H2SO4-H2O2消煮后测定氮、磷、钾含量，氮素含量采用凯氏定氮仪测定，磷素含量采用钼锑抗比色法测定，全钾含量通过火焰分光度计测定。

收获时每小区选取2个代表性样点，每个样点面积3.14 m2，对小麦穗数、穗粒数、籽粒产量等进行考种，并测定含水率，脱粒风干后换算含水率为13%的小麦籽粒产量，3 个小区的平均产量为各处理的小麦产量。

1.5 数据分析

用SPSS 19.0 统计软件对各处理间差异采用最小显著极差法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥模式对春小麦产量及其构成因子的影响

2019 年的研究结果显示，与农户模式相比，化学氮肥减量20%的条件下（减肥模式）春小麦的产量并没有显著降低，进一步分析穗数、穗粒数和千粒质量等产量构成因子发现，减肥模式和农户模式之间均没有显著差异；2020 年减肥模式的穗粒数显著低于农户模式（P＜0.05），产量及其构成因子在处理间均没有显著差异（表1）。

表1 不同施肥模式下春小麦产量及其构成因子Tab.1 Yield and its components of spring wheat under different fertilization modes

2.2 不同施肥模式对春小麦干物质积累的影响

地上部干物质积累量随着生育时期的推进呈逐渐增加的趋势，2 a 定位试验结果呈现出一致的规律。2019 年农户模式在抽穗期和扬花期略高于减肥模式，而2020 年在这2 个时期略低于减肥模式，到灌浆期又基本上趋于一致（图1）。

图1 不同施肥模式下春小麦生育期地上部干物质积累Fig.1 Dry matter accumulation of aboveground part during spring wheat growth stage under different fertilization modes

2.3 不同施肥模式对春小麦养分含量的影响

2019 年，对全生育期不同处理间植株地上部各器官的氮、磷、钾养分含量进行比较，结果表明，叶片、茎鞘和颖壳（穗）各器官中的氮、磷、钾养分含量均随着生育时期的推进呈现不断下降的趋势（表2—4）。

表2 不同施肥模式下春小麦各器官氮素含量Tab.2 Nitrogen concent in leaf，stem，and grain of spring wheat under different fertilization modes g/kg

从表2 可以看出，不同器官绝大多数情况下处理间养分含量都没有显著性差异，减肥模式下叶片氮素含量在拔节期和灌浆期显著低于农户模式（P＜0.05），茎鞘中的氮素含量在拔节期显著低于农户模式（P＜0.05）。

从表3 可以看出，叶片和茎鞘中的磷素含量在拔节期和灌浆期均显著低于农户模式（P＜0.05），其他时期与氮素含量的变化规律一致。

表3 不同施肥模式下春小麦各器官磷素含量Tab.3 Phosphorus concent in leaf，stem，and grain of spring wheat under different fertilization modes g/kg

从表4 可以看出，不同施肥模式下叶片和茎鞘中的钾素含量苗期均表现为减肥模式显著高于农户模式（P＜0.05），而在灌浆期农户模式均显著高于减肥模式（P＜0.05），其他时期各器官处理间无显著差异。

表4 不同施肥模式下春小麦各器官钾素含量Tab.4 Potassium concent in leaf，stem，and grain of spring wheat under different fertilization modes g/kg

2.4 不同施肥模式对春小麦养分利用效率的影响

通过肥料偏生产力和生理利用效率2 个指标对不同施肥模式的养分效率进行评价，结果显示（表5），减肥模式下氮肥偏生产力显著高于农户施肥模式（P＜0.05），磷肥偏生产力和钾肥偏生产力在处理间没有显著差异。氮素生理效率、磷素生理效率和钾素生理效率均表现为减肥模式显著高于农户模式（P＜0.05），2 a 间的规律一致。

表5 不同施肥模式下春小麦养分利用效率Tab.5 Nutrient use efficiency of spring wheat under different fertilization modes kg/kg

2.5 春小麦对氮、磷、钾养分的需求量分析

综合2019、2020 年2 个施肥处理的结果，确定了当地主栽品种龙麦35 生产100 kg 籽粒的需氮量为4.64 kg，需磷量为0.83 kg，需钾量为1.43 kg（图2）。

图2 不同施肥模式下生产100 kg 春小麦籽粒的氮、磷、钾需求量Fig.2 Nutrient requirement of nitrogen，phosphorus，and potassium producing 100 kg of spring wheat grain under different fertilization modes

3 结论与讨论

内蒙古是我国主要的春小麦产区，播种面积约占全国春小麦的45%，其中呼伦贝尔旱作春小麦种植面积占内蒙古小麦总面积的60%，在国家粮食安全和地方农业经济发展中占据举足轻重的重要地位[9]。但是，关于该区域养分需求的特征和规律鲜有报道，也缺乏对施肥技术的研究。结合国家化肥减施战略，在呼伦贝尔市旱作春小麦上进行了养分需求特征和减施技术的研究。2 a 的定位试验结果表明，在氮肥减量20%的条件下，小麦的产量并没有显著下降，氮肥偏生产力和生理利用效率显著提升，这与贾立国等[10]在内蒙古西部灌区取得的结果基本一致。本研究结果是在2 a 定位试验的基础上获得，并且减肥模式没有采取其他的技术手段，如采用先进的秸秆还田、有机替代、监控施肥等技术[4,11-13]，当地的春小麦还有化肥进一步减施的潜力。但是，农户模式下作物氮素的带走量高于化学氮肥的投入量，减肥条件下产量的维持可能主要依赖当地高肥力土壤较强的缓冲能力，从养分平衡的角度来看是不可持续的，因此，当地春小麦的减肥潜力还需长期定位试验进一步明确。

随着生育时期的推进，叶片、茎鞘和颖壳（穗）中的氮、磷、钾含量均呈现下降的趋势，这与前期的研究一致[14]。不同器官绝大多数情况下处理间养分含量都没有显著性差异，只有在拔节期和灌浆期个别器官表现为减肥模式低于农户模式，导致收获时减肥模式养分积累量相对较少，氮、磷、钾养分的生理利用效率均显著高于农户模式。减肥模式把积累的养分高效地用于物质积累和产量形成，表现出较高的养分利用效率。

本研究确定了当地主栽品种龙麦35生产100 kg籽粒的需氮量为4.64 kg，需磷量为0.83 kg，需钾量为1.43 kg。研究结果说明，当地春小麦氮肥短期内减量20%是可行的，但是长期效应和氮肥减量潜力还需要进一步研究。黄倩楠等[4]对我国各麦区农户的小麦养分需求量进行了系统分析，结果表明，春麦区生产100 kg 籽粒的平均需氮量为2.86 kg，需磷量为0.45 kg，需钾量为2.65 kg，氮磷需求量低于本研究结果，而需钾量高于本研究结果。原因是小麦养分需求和产量水平、土壤养分供应能力和品种特性都有关系。研究指出，随产量增加,小麦氮、磷、钾养分需求量呈降低趋势，冬小麦和春小麦的需求量也有很大差异[15-16]。本研究集中在呼伦贝尔旱作春小麦产区，独特的气候、土壤和主栽品种和其他春麦区均有巨大差异，导致与前期研究结果有所差异[17-20]。研究结果将为进一步确定呼伦贝尔春小麦合理的养分需求量，制定针对区域的春小麦养分管理技术提供理论依据。