基施樹脂包膜尿素替代追肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量、氮肥利用效率及經(jīng)濟(jì)效益的影響

薛亞光， 韓 笑， 劉海翠， 石 呂， 李 贏， 魏亞鳳， 石曉旭， 楊美英， 劉 建

(江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/江蘇省南通市循環(huán)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南通 226012)

小麥?zhǔn)俏覈饕Z食作物，保證小麥持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)對(duì)保障國家糧食安全具有重要意義。江蘇省是我國糧食大省，小麥播種面積達(dá)到234.6萬hm，以冬小麥為主，生育期較長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的目的，農(nóng)民習(xí)慣于“看苗施肥”，大多采用多次追施尿素或其他速效氮肥的方法來保證葉色濃綠，導(dǎo)致生產(chǎn)實(shí)際中施肥行為頻繁，追肥平均施用次數(shù)多達(dá)3次。普遍認(rèn)為，相同施肥量條件下增加施肥次數(shù)，即“少量多次”施肥有利于提高肥料利用率和減少化肥用量。但據(jù)調(diào)查，施肥次數(shù)偏多已成為江蘇稻麥化肥過量投入的主要因素。過量施用氮肥會(huì)使小麥抗倒伏能力、病蟲害抗性及產(chǎn)量下降，并且近年來由于勞動(dòng)力的缺乏，人工成本的進(jìn)一步提升，多次施肥也不利于經(jīng)濟(jì)效益的增加。因此，減少施肥次數(shù)是當(dāng)前冬小麥化肥減量增效的主要著力點(diǎn)。

緩控釋肥具有肥效期長(zhǎng)且穩(wěn)定的特點(diǎn)，為小麥簡(jiǎn)化施肥、減少施肥次數(shù)和數(shù)量提供了新的思路和途徑。譚德水等研究認(rèn)為，小麥生產(chǎn)上控釋氮肥一次性施用能緩解農(nóng)村勞力緊張，起到穩(wěn)產(chǎn)增效的效果。袁嫚嫚等認(rèn)為，控釋尿素一次基施能達(dá)到普通尿素分次施用的效果，可提高小麥籽粒產(chǎn)量和氮肥利用率。鄭文魁等研究也表明，控釋氮肥一次施用顯著影響土壤養(yǎng)分含量和小麥產(chǎn)量。相關(guān)研究報(bào)道認(rèn)為，控釋肥料養(yǎng)分釋放需要一定時(shí)間，易造成作物生長(zhǎng)前期短時(shí)脫肥、后期養(yǎng)分供應(yīng)過量，導(dǎo)致植株生長(zhǎng)前弱后旺，不利于作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成，另有研究則認(rèn)為，冬小麥生育期較長(zhǎng)，且在分蘗至越冬期和拔節(jié)至孕穗期分別有2個(gè)養(yǎng)分吸收高峰，受緩釋肥周期的影響，緩釋肥的養(yǎng)分供應(yīng)曲線與小麥養(yǎng)分要求不同步，導(dǎo)致小麥在養(yǎng)分需求關(guān)鍵時(shí)期難以吸收充足的養(yǎng)分來滿足生長(zhǎng)所需，造成緩釋肥與尿素配合基施或緩釋肥全量一次基施在生產(chǎn)上難以實(shí)現(xiàn)最佳的應(yīng)用效果。再加上緩釋肥成本較高，農(nóng)民接受程度偏低，大面積生產(chǎn)上推廣應(yīng)用也不足。因此，本試驗(yàn)以不同緩釋期的樹脂包膜尿素為材料，以常規(guī)尿素施肥模式為對(duì)照，通過基施樹脂包膜尿素替代等氮量下小麥分蘗肥、拔節(jié)孕穗肥等追肥的施用，研究其對(duì)小麥的產(chǎn)量形成、氮肥吸收與利用以及經(jīng)濟(jì)效益的影響，從而提出既能簡(jiǎn)化施肥次數(shù)，節(jié)約成本，又能增產(chǎn)增效的施肥模式，以期為小麥科學(xué)施用包膜尿素提供理論依據(jù)和科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019—2020年在江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)田進(jìn)行。前茬種植水稻，水稻收獲后秸稈全量旋耕還田。土質(zhì)為沙壤土，0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量為20.2 g/kg，全氮含量為1.30 g/kg，堿解氮含量為103.92 mg/kg，有效磷含量為 50.97 mg/kg，速效鉀含量為91.83 mg/kg。供試品種為春性中熟小麥品種鎮(zhèn)麥10號(hào)，11月10日播種，采用人工開溝條播，播種量為150 kg/hm，基本苗為225萬株/hm，行距為25 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)8個(gè)處理。

處理1：空白處理(0N)，即不施氮肥，只施磷鉀肥。

處理2：常規(guī)尿素施肥模式為對(duì)照(CK)，全部施用普通尿素，含氮量為46%，氮肥運(yùn)籌比例為基肥和追肥各占50%，追肥包括分蘗肥、拔節(jié)肥、孕穗肥，其施用比例分別為10%、20%、20%。

處理3～處理8采用裂區(qū)設(shè)計(jì)。主區(qū)為3種基施樹脂包膜尿素替代追肥模式：(1)“一基兩追+替代20%追肥”模式(T1)，基于基追比為50% ∶50%，采用樹脂包膜尿素替代20%的追肥作為基肥施用，其余80%的追肥分別作為拔節(jié)肥和孕穗肥等量施用；(2)“一基一追+替代60%追肥”模式(T2)，基于基追比為50% ∶50%，采用樹脂包膜尿素替代60%的追肥作為基肥施用，其余40%的追肥作拔節(jié)肥施用；(3)“一次性基肥施用+替代100%追肥”模式(T3)，基于基追比為50% ∶50%，采用樹脂包膜尿素替代100%的追肥作為基肥施用。裂區(qū)為2種樹脂包膜尿素：(1)緩釋期為60 d樹脂包膜尿素(S1)，含氮量為44.5%；(2)緩釋期為90 d樹脂包膜尿素(S2)，含氮量為44%；

各處理純氮施用量均為225 kg/hm，基肥于播種前施用，分蘗肥于4～5葉期施用，拔節(jié)肥于倒3葉期施用，孕穗肥于倒1葉期施用；磷、鉀肥(PO、KO)用量均為90 kg/hm，全部基施。具體施肥量和施肥方式詳見表1。試驗(yàn)小區(qū)面積15 m，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。

表1 不同施肥模式肥料種類及施肥量 kg/hm2

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 莖蘗動(dòng)態(tài)和干物質(zhì)積累量 每個(gè)小區(qū)定點(diǎn)1 m雙行，于越冬期、拔節(jié)期、開花期和成熟期調(diào)查莖蘗數(shù)，計(jì)算成穗率，同時(shí)每個(gè)小區(qū)取樣20株，分成莖鞘、葉片、穗(抽穗以后)，在105 ℃下殺青 60 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定干物質(zhì)量。

1.3.2 花后葉片光合性能測(cè)定 于開花期、乳熟期，采用LI-6800光合儀及SPAD502葉綠素儀測(cè)定小麥旗葉凈光合速率()及SPAD值。

1.3.3 植株氮含量測(cè)定 將成熟期烘干的植株樣品粉碎，采用HSO-HO靛酚藍(lán)比色法測(cè)定植株氮含量。

1.3.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測(cè)定 成熟期每個(gè)小區(qū)選取3個(gè)1 m行長(zhǎng)測(cè)穗數(shù)，連續(xù)取40～60個(gè)穗，測(cè)定穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等，計(jì)算理論產(chǎn)量。各小區(qū)取代表性樣段4 m割方測(cè)定實(shí)收產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)方法

氮肥表觀利用率=(施氮區(qū)吸氮量-不施氮區(qū)吸氮量)/施氮量×100%；

氮肥農(nóng)學(xué)效率(kg/kg)=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮量；

氮素生理效率(kg/kg)=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量)/(施氮區(qū)吸氮量-不施氮區(qū)吸氮量)；

氮素收獲指數(shù)=籽粒氮素積累量/地上部氮素積累量；

產(chǎn)值=籽粒產(chǎn)量×小麥單價(jià)；

凈效益=產(chǎn)值-肥料成本-追肥勞動(dòng)力投入-其他成本投入。

小麥價(jià)格按江蘇省2020年上半年各地平均價(jià)格計(jì)算，肥料價(jià)格按市場(chǎng)價(jià)計(jì)算，小麥價(jià)格為2.3元/kg，顆粒磷肥為1 870元/t，鉀肥為2 800元/t，尿素為2 100元/t，樹脂包膜尿素S1為2 550元/t，樹脂包膜尿素S2為2 650元/t。追肥勞動(dòng)力投入1次按100元/hm計(jì)算。其他成本投入主要包括小麥種子540元/hm，農(nóng)藥投入為420元/hm，機(jī)械投入為1 300元/hm，除追肥外人工投入為2 400元/hm，共計(jì)4 660元/hm。

采用Excel 2003和DPS 9.50軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用Sigmaplot12.0進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥模式對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表2可以看出，各處理的小麥產(chǎn)量均顯著高于0N處理。與CK相比較，T1S1、T1S2、T3S2處理的產(chǎn)量均無顯著差異，T3S1處理產(chǎn)量有所降低，但T2S1、T2S2處理則顯著提高，分別增加了5.08%、10.00%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，T1S1、T1S2處理的單位面積穗數(shù)、每穗粒數(shù)均與對(duì)照無顯著差異；與CK相比，T2S1、T2S2、T3S1、T3S2處理單位面積穗數(shù)顯著提高，每穗粒數(shù)降低，但T2S1、T2S2處理的單位面積總粒數(shù)(單位面積穗數(shù)×每穗粒數(shù))要明顯高于對(duì)照，分別提高了4.82%、9.02%，從而小麥產(chǎn)量顯著增加。

表2 不同施肥模式下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.2 不同施肥模式對(duì)小麥莖蘗動(dòng)態(tài)和莖蘗成穗率的影響

不同施肥模式莖蘗動(dòng)態(tài)變化規(guī)律基本一致(圖1-A)。施氮處理各生育期莖蘗數(shù)均高于不施氮肥處理(0N)。從越冬期到拔節(jié)期，各處理的莖蘗數(shù)均迅速增長(zhǎng)，并在拔節(jié)期達(dá)到最高莖蘗數(shù)。各處理表現(xiàn)為隨著樹脂包膜尿素替代追肥比例的增加小麥莖蘗數(shù)越高，其中T3S1、T3S2處理均有較高的莖蘗數(shù)(圖1-A)，但生育后期莖蘗數(shù)迅速下降，最終莖蘗成穗率分別較對(duì)照降低了8.49%和11.50%(圖1-B)，而T2S1、T2S2處理高峰苗莖蘗數(shù)和最終成穗數(shù)均明顯高于CK、T1S1、T1S2處理，其莖蘗成穗率則與對(duì)照差異不明顯，甚至略有增加(圖1-B)。

2.3 不同施肥模式對(duì)小麥地上部干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)的影響

不同施肥模式下小麥地上部干物質(zhì)積累量均隨生育進(jìn)程推移呈上升的趨勢(shì)(表3)。施氮處理各生育期的干物質(zhì)積累均顯著高于0N處理。與CK相比，T1S1、T1S2處理在各生育期干物質(zhì)量以及開花至成熟期干物質(zhì)積累量均無顯著性差異；T2S1、T2S2處理自拔節(jié)開始干物質(zhì)積累均高于對(duì)照，其中成熟期和開花—成熟期干物質(zhì)積累量分別增加了5.66%、10.34%和7.33%、12.23%。T3S1、T3S2處理均較CK顯著提高了拔節(jié)期的干物質(zhì)積累，但對(duì)中后期的干物質(zhì)積則無明顯增加，其中T3S1處理甚至顯著降低了成熟期和花后干物質(zhì)積累量。

表3 不同施肥模式下小麥地上部干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)

2.4 不同施肥模式對(duì)小麥旗葉花后光合性能的影響

從圖2-A可以看出，各施氮處理小麥旗葉的SPAD值在開花期較為相近，只有T3S1處理較CK略有降低；在乳熟期各處理的旗葉SPAD值均迅速降低，其中T2S1、T2S2處理的旗葉SPAD值均高于其他各處理，分別比CK高6.56%、9.25%(圖 2-A)。T2S1、T2S2處理的旗葉凈光合速率在開花期與CK差異不顯著，但在乳熟期顯著高于CK，分別高2.26、2.78 μmol/(m·s)(圖2-B)。而T1S1、T1S2、T3S2處理在乳熟期的旗葉SPAD值和凈光合速率則與CK差異不顯著，T3S1處理明顯降低(圖2-A、圖2-B)。表明“一基一追+替代60%追肥”模式可有效延緩開花后旗葉光合性能的下降。

2.5 不同施肥模式對(duì)小麥氮素積累量及氮肥利用效率的影響

由表4可知，與CK相比，T1S1、T1S2、T3S2處理的氮素積累量以及氮肥表觀利用效率和農(nóng)學(xué)效率均無顯著差異；T2S1和T2S2處理則有更高的氮素積累量、氮肥表觀利用率、農(nóng)學(xué)效率，其增幅分別為4.31%、9.51%、11.71%和20.71%、13.11%、25.71%；但T3S1處理的上述指標(biāo)則較對(duì)照均有所降低，并且氮素的生理效率也顯著降低，表明T3S1處理未能將吸收的氮素有效地轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。各處理的氮素收獲指數(shù)也表現(xiàn)為T3S1處理最低。

表4 不同施肥模式對(duì)小麥氮素吸收與利用效率的影響

2.6 不同施肥模式對(duì)小麥經(jīng)濟(jì)效益的影響

從表5可以看出，T1S1、T1S2、T3S2處理的產(chǎn)值與CK差異不明顯，T3S1處理則有所降低，但T2S1、T2S2處理的產(chǎn)值均顯著高于CK，增幅分別為5.13%、10.00%。相較于CK，樹脂包膜尿素替代追肥模式提高了肥料成本，但追肥人工投入減少的更多，其總成本均有不同程度的下降。同時(shí)，由于T2S1、T2S2處理產(chǎn)值均顯著提高，二者的凈效益則較CK的增長(zhǎng)均超過800元/hm，其中以T2S2處理的凈效益最高，達(dá)到8 297.15元/hm，較CK增加了23.17%。

表5 不同施肥模式對(duì)小麥經(jīng)濟(jì)效益的影響 元/hm2

3 討論與結(jié)論

緩控釋肥作為一種新型肥料，施入土壤后養(yǎng)分緩慢持續(xù)釋放，能有效保證養(yǎng)分持續(xù)供應(yīng)以滿足作物的生長(zhǎng)需求。有研究認(rèn)為，控釋尿素一次性基施能達(dá)到“一次施肥保全期”的施用效果，對(duì)小麥產(chǎn)量構(gòu)成有顯著的調(diào)控效應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)小麥增產(chǎn)。相關(guān)研究則認(rèn)為，控釋尿素與普通尿素配施可以彌補(bǔ)樹脂包膜緩釋肥前期速效養(yǎng)分釋放較慢的弊端，有利于增加冬小麥的有效分蘗，通過增加成穗數(shù)、穗粒數(shù)來增加籽粒產(chǎn)量。馮愛青等研究表明，樹脂包膜尿素與普通尿素?fù)交焓┯每纱龠M(jìn)小麥生長(zhǎng)，有利于小麥根系對(duì)養(yǎng)分的吸收及微生物繁殖，提高氮素利用率和土壤酶活性。本研究結(jié)果表明，與常規(guī)尿素施肥模式相比，“一基兩追+替代20%追肥”和“一次性基施+替代100%追肥”2種施肥模式的增產(chǎn)效果均不明顯，前者可能由于樹脂包膜尿素替代追肥用量過少，其產(chǎn)量構(gòu)成因素與對(duì)照均無顯著差異，而后者替代了全部追肥用量，雖然顯著提高了單位面積穗數(shù)，但每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量均有所降低，緩釋期60 d的樹脂包膜尿素尤為顯著，其小麥產(chǎn)量也較對(duì)照減產(chǎn)5%以上。但在“一基一追+替代60%追肥”模式下2種樹脂包膜尿素均顯著提高了小麥產(chǎn)量，分別較對(duì)照增產(chǎn)5.08%、10.00%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，“一基一追+替代60%追肥”模式在顯著提高單位面積穗數(shù)的同時(shí)，仍保持較高的每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，千粒質(zhì)量甚至較對(duì)照略有增加。推測(cè)是60%追肥用量的樹脂包膜尿素基施能持續(xù)供應(yīng)氮素，既滿足了小麥分蘗期養(yǎng)分需求高峰的需要，促進(jìn)分蘗發(fā)生與成穗，且拔節(jié)期追施尿素，也能滿足拔節(jié)孕穗期對(duì)養(yǎng)分的需求，促進(jìn)花后干物質(zhì)積累，利于千粒質(zhì)量增加。本研究結(jié)果也表明，“一基一追+替代60%追肥”模式可以有效提高乳熟期旗葉SPAD值，有效延緩旗葉的衰老及乳熟期凈光合速率的下降，促進(jìn)籽粒灌漿和花后物質(zhì)積累，為獲得高產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

前人研究表明，施用緩釋、控釋氮肥可顯著提高氮肥利用率，減少氮損失。汪強(qiáng)等研究表明，施用緩釋肥能提高氮肥利用率是因?yàn)榫忈尫誓艹掷m(xù)平穩(wěn)地供氮以減少苗期氮素?fù)p失，滿足小麥整個(gè)生育期的養(yǎng)分需求。普通尿素較緩釋尿素易造成小麥干物質(zhì)積累過高，氮素大量累積在秸稈，導(dǎo)致氮肥利用效率較低。袁嫚嫚等研究認(rèn)為，施用緩釋尿素較農(nóng)民習(xí)慣施肥增加了籽粒的吸氮量，提高了氮素收獲指數(shù)。本研究結(jié)果則表明，與常規(guī)尿素施肥模式相比，“一基一追+60%追肥替代”模式能增加氮素積累量，提高氮肥的利用效率，對(duì)氮肥的吸收與利用優(yōu)于其他2種模式。另外，本研究也發(fā)現(xiàn)，“一次性基施+替代100%追肥”模式下小麥氮素積累與氮肥利用效率則較對(duì)照未有明顯提高，其氮收獲指數(shù)甚至有所降低，但緩釋期長(zhǎng)的樹脂包膜尿素能有更高的氮素積累量和氮肥利用效率。馬泉等研究認(rèn)為，樹脂包膜緩釋肥2次施用下的氮素積累量與氮肥利用效率均要高于一次性基施。

緩控釋肥較高的肥料成本也是限制一次性全量基施大面積推廣的主要因素。相關(guān)研究認(rèn)為，與單施尿素相比，控釋尿素與普通尿素配施雖然增加了一定氮肥成本，但可以顯著增加小麥產(chǎn)量并減少了追肥勞動(dòng)力投入，使凈收入提高。本研究結(jié)果表明，基施樹脂包膜尿素替代追肥下3種模式追肥勞動(dòng)力投入的減少能彌補(bǔ)氮肥增加的成本投入，一定程度上促進(jìn)凈效益的增加。但3種模式中以“一基一追+替代60%追肥”模式凈效益最高，則主要來源于產(chǎn)值的顯著增加?！耙淮涡曰?替代100%追肥”模式的產(chǎn)值均較對(duì)照有所減少，其中尤以緩釋期60 d的包膜尿素差異尤為明顯。

綜上所述，基施樹脂包膜尿素替代追肥的3種模式下，“一基兩追+替代20%追肥”模式緩釋肥用量較少，增產(chǎn)增效均不明顯；“一次性基施+替代100%追肥”模式最為省工，但緩釋肥成本投入也最多，而要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)，優(yōu)先選擇緩釋期長(zhǎng)的肥料品種；“一基一追+替代60%追肥”模式，有效降低了追肥成本，又發(fā)揮了樹脂包膜緩釋肥的功效，實(shí)現(xiàn)小麥增產(chǎn)和氮肥的高效利用，最終凈效益也最高，有利于樹脂包膜緩釋肥在小麥生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用。