陳冬冬，屈紅蕊，曹紅竹，王昊丹，馬文奇

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北保定 071000)

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不同苗情冬小麥氮肥追施推薦技術(shù)研究

陳冬冬，屈紅蕊，曹紅竹，王昊丹，馬文奇

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北保定 071000)

為探索適合于不同苗情冬小麥春季追施氮肥的技術(shù)，選擇45塊農(nóng)民麥田進(jìn)行追肥試驗(yàn)，在大群體、中等群體和小群體3類苗情下，分別以不追氮和農(nóng)民習(xí)慣追氮方式為對照，比較了總莖數(shù)法、莖基部硝酸鹽測定、SPAD值及土壤硝態(tài)氮測定等四種氮肥優(yōu)化推薦技術(shù)的效果和準(zhǔn)確性。結(jié)果表明，春季追氮對提高冬小麥產(chǎn)量作用顯著，與不追氮處理相比，增產(chǎn)率大于10%。推薦追氮處理與農(nóng)民習(xí)慣追氮處理相比，能顯著降低追氮量，減氮率大于40%；但其增產(chǎn)量與苗情有關(guān)，只在中等群體區(qū)差異達(dá)到顯著水平。農(nóng)民的底肥施氮量與其習(xí)慣追氮量之間呈顯著負(fù)相關(guān)，但與最高產(chǎn)推薦追氮量不存在相關(guān)關(guān)系。綜合考慮增產(chǎn)和節(jié)氮效果，小群體和中等群體區(qū)更適合采用土壤硝態(tài)氮測定和莖基部硝酸鹽測定推薦技術(shù)進(jìn)行氮肥的推薦，在大群體區(qū)則采用總莖數(shù)推薦技術(shù)更優(yōu)。

冬小麥；苗情；產(chǎn)量；氮肥推薦技術(shù)

小麥作為我國三大糧食作物之一，在糧食總產(chǎn)中所占比例基本保持在20%左右[1]，對國家糧食安全起著至關(guān)重要的作用。氮肥作為重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，在作物增產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，人們也常常把增施氮肥作為提高作物產(chǎn)量的重要手段[2]，由此也帶來了農(nóng)民在冬小麥生產(chǎn)過程中過量施氮的問題。據(jù)報(bào)道，華北冬小麥?zhǔn)┑慷鄶?shù)田塊超過300 kg·hm-2[3]，遠(yuǎn)高于陳新平等[4]提出的220 kg·hm-2的水平。施氮量過高會造成很多負(fù)面影響，首先，過量施氮會增加冬小麥后期倒伏的風(fēng)險(xiǎn)，造成減產(chǎn)；其次，過量氮素在土壤中大量積累，遇降水或灌溉會增加氮素的淋溶風(fēng)險(xiǎn)，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[5]。因此，合理施氮是冬小麥生產(chǎn)過程中，提高氮肥利用率、增加產(chǎn)量、降低環(huán)境污染的關(guān)鍵。目前氮肥推薦技術(shù)主要有兩種：一種是傳統(tǒng)的作物營養(yǎng)診斷方法[6]，如通過植株全氮含量、葉片葉綠素含量的測試[7]進(jìn)行氮肥推薦；另一種是基于土壤、植株的快速測試推薦施肥技術(shù)體系，如根據(jù)返青期群體數(shù)量[8]、植株硝酸鹽濃度、SPAD值等指標(biāo)[9]以及土壤硝態(tài)氮含量進(jìn)行氮肥推薦。較于傳統(tǒng)推薦方法，土壤、植株快速測試推薦技術(shù)省工、省時(shí)，可以適應(yīng)作物快速生長期追肥診斷的需要[10]。米慧玲等[8]的研究表明，在冬小麥返青期-拔節(jié)期，考慮土壤基礎(chǔ)地力、底肥施氮量和播量的條件下，群體較大時(shí)以追施純氮75 kg·hm-2為最佳；群體較小時(shí)則以追施純氮135 kg·hm-2為最佳。因此，冬小麥返青后進(jìn)行追氮量推薦時(shí)考慮苗情是有必要的。目前國內(nèi)有關(guān)基于土壤、植株快速測試的氮肥推薦技術(shù)對不同苗情冬小麥適用性的報(bào)道尚不多。本研究通過田間試驗(yàn)，基于對不同群體冬小麥返青期的總莖數(shù)、莖基部硝酸鹽濃度、SPAD值以及土壤硝態(tài)氮含量等指標(biāo)的測定進(jìn)行追氮量推薦，比較四種技術(shù)對不同苗情冬小麥進(jìn)行氮肥推薦管理的效果和適用性，以期為建立河北省山前平原區(qū)冬小麥追肥推薦技術(shù)體系提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2014年10月至2015年6月在河北省保定市徐水區(qū)沿公村進(jìn)行。當(dāng)?shù)囟←溨饕N植品種為石新733，土壤為壤質(zhì)潮褐土。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

自2015年3月20日起，對該村冬小麥?zhǔn)┓薁顩r和返青期群體數(shù)量進(jìn)行調(diào)查，并隨機(jī)選取45塊地，根據(jù)冬小麥群體數(shù)量，對冬小麥返青期苗情進(jìn)行分類，其中小群體(總莖數(shù)<1 050萬株·hm-2)14塊、中等群體(總莖數(shù)1 050萬～1 350 萬株·hm-2)20塊、大群體(總莖數(shù)>1 350萬株·hm-2)11塊，進(jìn)行冬小麥春季追肥試驗(yàn)。每個(gè)地塊選擇6個(gè)畦(40～50 m2)作為試驗(yàn)小區(qū)，其中1個(gè)小區(qū)作為對照區(qū)，不追施氮肥；4個(gè)小區(qū)作為技術(shù)推薦區(qū)，以8 250 kg·hm-2為目標(biāo)產(chǎn)量分別采用四種推薦技術(shù)來確定追氮量(表1)；剩余1個(gè)小區(qū)作為農(nóng)戶習(xí)慣追氮區(qū)，按每戶農(nóng)民的實(shí)際追氮量進(jìn)行追肥。所有小區(qū)隨機(jī)排列。冬小麥成熟期，45戶農(nóng)田的所有小區(qū)均取3個(gè)樣方2 m2測定產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。

1.3測定項(xiàng)目與方法

在冬小麥返青期采集樣品測定SPAD值、莖基部硝酸鹽濃度，采集0～90 cm土壤樣品(分0～30 cm，30～60 cm，60～90 cm三層)測定土壤硝態(tài)氮含量。其中總莖數(shù)調(diào)查方法是在田間隨機(jī)選取1 m雙行樣段，每塊地選取6個(gè)樣段，統(tǒng)計(jì)群體數(shù)量。植株SPAD值采用SPAD-502葉綠素儀測定，在田間6點(diǎn)隨機(jī)抽取30株冬小麥測定完全展開葉的SPAD值。莖基部硝酸鹽濃度測定采用反射儀(Reflect Meter，Merck Co.)在田間多點(diǎn)隨機(jī)采取30株小麥，剝?nèi)ネ馄?，露出主莖，以剪刀剪取莖基部1～2 cm樣段，以榨汁鉗榨汁，適當(dāng)稀釋后測定硝酸鹽濃度。土壤硝態(tài)氮的檢測采用2 mol·L-1KCl浸提，751型紫外分光光度計(jì)測定。

增產(chǎn)率=(追氮處理籽粒產(chǎn)量-不追氮處理籽粒產(chǎn)量)/不追氮處理籽粒產(chǎn)量×100%；

減氮率=(技術(shù)推薦處理追氮量-農(nóng)民習(xí)慣處理追氮量)/農(nóng)民習(xí)慣處理追氮量×100%；

推薦技術(shù)的最高產(chǎn)獲得率=利用該推薦技術(shù)獲得最高產(chǎn)量的戶數(shù)/總戶數(shù)×100%。

1.4數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007、SPSS 19.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和方差分析。

表1　不同測定指標(biāo)的追氮量推薦標(biāo)準(zhǔn)[8-12]Table 1　Recommended standard of top-dressing N rate based on different test indices[8-12]

2　結(jié)果與分析

2.1不同追肥推薦技術(shù)對三類苗情冬小麥產(chǎn)量的影響

由表2可以看出，三類苗情冬小麥追氮處理的產(chǎn)量均顯著高于不追氮處理，說明冬小麥春季追施氮肥十分必要。四種推薦追氮處理與農(nóng)民習(xí)慣追氮處理相比，在小群體區(qū)和大群體區(qū)產(chǎn)量差異不顯著，但在中等群體區(qū)有三個(gè)處理的產(chǎn)量明顯高于農(nóng)民習(xí)慣追氮區(qū)產(chǎn)量。在追氮量方面，三類苗情冬小麥根據(jù)四種方法推薦的追氮量均明顯低于農(nóng)民的習(xí)慣追氮量。說明技術(shù)推薦處理對減少氮肥用量有顯著作用，但在增產(chǎn)效果方面受到苗情影響。

三類苗情冬小麥四個(gè)推薦追氮處理之間產(chǎn)量差異均不顯著，每種推薦技術(shù)的推薦追氮量與苗情有關(guān)。在小群體區(qū)和中等群體區(qū)，根據(jù)莖基部硝酸鹽測試和土壤硝態(tài)氮測試進(jìn)行推薦的追氮量較低；在大群體區(qū)根據(jù)總莖數(shù)推薦的追氮量最低。說明針對于返青-拔節(jié)期屬于小群體和中等群體類冬小麥，采用莖基部硝酸鹽測試和土壤硝態(tài)氮測試進(jìn)行追氮量推薦更為合理；屬于大群體類冬小麥，采用總莖數(shù)推薦追氮量更為合理。

由表3可以看出，通過采用四種推薦技術(shù)進(jìn)行冬小麥追肥指導(dǎo)，中等群體區(qū)可以獲得最高產(chǎn)量，而小群體區(qū)產(chǎn)量顯著低于中等群體區(qū)和大群體區(qū)。說明確保返青期冬小麥達(dá)到中等群體標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)冬小麥高產(chǎn)的基礎(chǔ)。

表2　三類苗情冬小麥不同處理的追氮量及產(chǎn)量Table 2　Yield and top-dressing N rate of winter wheat with different population size

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同

Different letters following values mean significant difference among treatments at 0.05 level.The same as below

表3　不同苗情冬小麥的追氮量及產(chǎn)量Table 3　Yield and top-dressing N rate of winter wheat with different seedling statuses　kg·hm-2

2.2不同追肥推薦技術(shù)對三類苗情冬小麥的增產(chǎn)和減氮效果

由表4可以看出，三類苗情冬小麥的減氮率明顯高于增產(chǎn)率，說明針對當(dāng)前農(nóng)民冬小麥追氮現(xiàn)狀，減氮效果較于增產(chǎn)效果更容易實(shí)現(xiàn)。在增產(chǎn)方面，三類苗情冬小麥四個(gè)推薦處理中，小群體區(qū)平均增產(chǎn)率(13.3%)高于中等群體區(qū)(11.2%)和大群體區(qū)(11.0%)，說明實(shí)現(xiàn)冬小麥大面積增產(chǎn)，小群體區(qū)的管理尤為重要。相較于農(nóng)民習(xí)慣追氮區(qū)，中等群體和大群體區(qū)的推薦施氮處理的增產(chǎn)率都明顯高于農(nóng)民習(xí)慣追氮區(qū)，說明若合理改進(jìn)當(dāng)前農(nóng)民的春季追氮管理方式，中等群體區(qū)和大群體區(qū)的增產(chǎn)潛力較大。

在減氮方面，小群體區(qū)和中等群體區(qū)，土壤測試和莖基部硝酸鹽測試推薦處理的減氮率明顯高于其他處理；大群體區(qū)四種技術(shù)推薦處理的減氮率差異不顯著。說明在小群體區(qū)和中等群體區(qū)根據(jù)土壤硝態(tài)氮測定和莖基部硝酸鹽測定進(jìn)行追氮管理均可以顯著減少氮肥用量，而在大群體區(qū)根據(jù)四種技術(shù)進(jìn)行推薦都可以實(shí)現(xiàn)上述效果。

表4　不同追肥推薦技術(shù)對三類苗情冬小麥的增產(chǎn)和減氮效果Table 4　Effects of increased yield and reduced N rate of winter wheat with different recommendation technologies　%

2.3追氮量和底氮量之間的關(guān)系

通過擬合追氮量和底肥施氮量之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，農(nóng)民習(xí)慣追氮量隨著底肥施氮量的增加，呈線性降低，而最高產(chǎn)推薦追氮量與底肥施氮量不存在明顯相關(guān)性，最高產(chǎn)的推薦追氮量明顯低于農(nóng)民習(xí)慣追氮量(圖1)。說明在本研究區(qū)域隨著底肥追氮量投入的增加，農(nóng)民會有意降低追氮量，但追氮量整體仍偏高；本研究條件下，小麥能否獲得高產(chǎn)，不依賴于底肥施氮量的多少。由圖2可以看出，底肥施氮量和最高增產(chǎn)率相關(guān)性不顯著，說明農(nóng)民習(xí)慣底肥施氮量對于冬小麥后期產(chǎn)量的增加影響不大，也體現(xiàn)了冬小麥返青期追施氮肥對于增產(chǎn)的重要性。由表5可以看出，小群體區(qū)采用總莖數(shù)推薦法的最高產(chǎn)獲得率最高，為58.3%，在中等群體區(qū)和大群體區(qū)土壤硝態(tài)氮測定和莖基部硝酸鹽測定推薦法最高產(chǎn)獲得率最高，分別為63.6%、54.5%。說明小群體區(qū)采用總莖數(shù)推薦技術(shù)獲得高產(chǎn)機(jī)率大，中等群體區(qū)和大群體區(qū)采用土壤硝態(tài)氮測定和莖基部硝酸鹽測定推薦技術(shù)獲得高產(chǎn)的機(jī)率大。

圖1　底肥施氮量與追氮量的關(guān)系Fig.1　Relationship of top-dressing N rate and basal N rate

圖2　底肥施氮量與最高增產(chǎn)率的關(guān)系Fig.2　Relationship of the highest ratio of yield increased and basal N rate

表5　不同推薦技術(shù)的最高產(chǎn)獲得率Table 5　Ratio of the highest yield obtained with different recommendation technologies　%

3　討 論

針對小、中等、大群體三類苗情的冬小麥，總莖數(shù)推薦技術(shù)的追氮量呈現(xiàn)依次降低的變化趨勢，農(nóng)民習(xí)慣的追氮量也呈現(xiàn)相同趨勢，但農(nóng)民習(xí)慣的施氮量偏高。說明農(nóng)民在冬小麥返青期追肥管理過程中對于冬小麥苗情的把握比較準(zhǔn)確，但對于冬小麥不同時(shí)期氮素的需求量方面的知識比較缺乏。米慧玲等[8]指出，根據(jù)冬小麥返青期群體數(shù)量調(diào)節(jié)追肥量至關(guān)重要，且這種方法易于農(nóng)民接受和推廣，又可以增產(chǎn)節(jié)肥。

國外研究證明在作物旺盛生長期前，根據(jù)一定深度土層土樣的無機(jī)氮(Nmin，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮)或硝態(tài)氮含量來進(jìn)行氮肥推薦，是一項(xiàng)行之有效的技術(shù)[13]。在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)學(xué)者根據(jù)具體情況對土壤Nmin推薦施肥方法進(jìn)行簡化形成了土壤硝態(tài)氮速測箱氮肥推薦技術(shù)[14]，此項(xiàng)技術(shù)輻射范圍在迅速擴(kuò)大。在北方旱作區(qū)土壤硝態(tài)氮含量可以來表征土壤的供氮能力[15]。作物植株的全氮含量可以反映作物的氮素營養(yǎng)[16]，但測試環(huán)節(jié)復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用有一定困難。而植株硝態(tài)氮含量和全氮具有較好的相關(guān)性，因此可以較好的反映作物的氮需求，隨著硝酸鹽快速檢測技術(shù)的發(fā)展，植株硝酸鹽含量被證明可以進(jìn)行作物氮素營養(yǎng)診斷[9]。從本研究可以看出，對于三類苗情追氮量的推薦，莖基部硝酸鹽測定推薦方法和土壤硝態(tài)氮測定推薦方法的施氮量基本接近，說明這兩種技術(shù)分別對于作物氮素需求和土壤氮素供應(yīng)狀況的診斷基本一致，進(jìn)一步說明冬小麥莖基部硝酸鹽濃度可以反映冬小麥返青-拔節(jié)期土壤的供氮狀況，這一結(jié)果與賈良良等[9]的研究結(jié)果接近，其研究認(rèn)為土壤供氮量是影響冬小麥氮素營養(yǎng)狀況的直接因素，當(dāng)土壤總供氮量在0～90 kg·hm-2范圍內(nèi)時(shí)，小麥莖基部硝酸鹽濃度隨著土壤供氮量的增加而增加，當(dāng)土壤總供氮量超過90 kg·hm-2以后，莖基部硝酸鹽濃度保持穩(wěn)定。

SPAD值的高低可以反映葉片葉綠素含量的高低，而葉綠素含量可以反映作物的營養(yǎng)狀況[17]。冬小麥應(yīng)用葉綠素儀進(jìn)行氮營養(yǎng)狀況診斷時(shí)，測定部位為最上部完全展開葉的中部，該部位葉綠素儀測定值與作物全氮有較好的相關(guān)性。但葉綠素儀測定受作物品種、生長時(shí)期等的影響，實(shí)際操作中需要對不同品種和時(shí)期進(jìn)行校正[18-19]。另外葉綠素是氮素在植物體內(nèi)經(jīng)過吸收轉(zhuǎn)化形成的代謝產(chǎn)物，含量變化范圍小，不能反映作物對氮素的奢侈吸收[20]。而植株體內(nèi)硝酸鹽屬于非代謝產(chǎn)物，隨著土壤氮素供應(yīng)的變化，硝酸鹽濃度變化更為迅速、靈敏[14]。在本研究中可以看到在小群體區(qū)和中等群體區(qū)，各技術(shù)推薦處理產(chǎn)量差異不顯著的情況下，SPAD值法推薦的追氮量明顯高于莖基部硝酸鹽測定推薦量。這說明對于小群體、中等群體，莖基部硝酸鹽測定推薦方法優(yōu)于SPAD值推薦方法。這一結(jié)果和賈良良等[9]、肖焱波等[21]的研究結(jié)果相近，在賈良良的研究中，當(dāng)冬小麥莖基部硝酸鹽濃度從310 mg·kg-1增加到4 270 mg·kg-1時(shí)，SPAD值僅由39.7增加到44.5；在肖焱波的研究中，基部硝酸鹽濃度的變化范圍為7～4 148 mg·L-1，而SPAD值的變化范圍是31.0～48.5。他們的研究均證明了莖基部硝酸鹽濃度比SPAD值在氮素營養(yǎng)診斷中更靈敏。

3　結(jié) 論

(1)冬小麥?zhǔn)┓使芾磉^程中，無論底肥施氮量的高低，在本試驗(yàn)條件下，在冬小麥返青后進(jìn)行追施氮肥對于提高產(chǎn)量很重要。

(2)對于不同苗情的冬小麥，推薦追氮量是不同的。不同苗情冬小麥的四種推薦技術(shù)處理之間產(chǎn)量差異不大，考慮到推薦施氮量，土壤硝態(tài)氮測試推薦技術(shù)和莖基部硝酸鹽測試推薦技術(shù)更適合對小群體區(qū)和中等群體區(qū)進(jìn)行氮肥追施的推薦；總莖數(shù)推薦技術(shù)更適合指導(dǎo)大群體區(qū)的春季追肥管理。

(3)試驗(yàn)區(qū)農(nóng)民冬小麥返青期習(xí)慣追氮量均偏高，通過四種氮肥推薦技術(shù)進(jìn)行春季追肥指導(dǎo)均可以降低農(nóng)民追氮量，技術(shù)推薦處理較農(nóng)民習(xí)慣追氮量降低40%以上，對冬小麥產(chǎn)量影響不大。

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Study on Recommendation of Top-dressing Nitrogen Fertilizer Technologies for Different Growth Statuses of Winter Wheat Seedling

CHEN Dongdong,QU Hongrui,CAO Hongzhu,WANG Haodan,MA Wenqi

(College of Resources and Environmental Science,Hebei Agricultural University,Baoding,Hebei 071000,China)

In order to explore the appropriate recommendation technologies of spring top-dressing nitrogen fertilizer for winter wheat with different growth statuses,one-year field experiment with 45 locations from 2014 to 2015,was conducted with 6 nitrogen treatments (zero N top-dressing,farmers practices of N top-dressing and 4 recommendation N methods of total stem number,sap nitrate concentration test,SPAD chlorophyll meter test and nitrate nitrogen concentration of soil test),under the conditions of large population,medium population and small population.The results show that nitrogen fertilization by spring top-dressing could significantly increase the winter wheat yield,with the increase rate over 10%. Compared with farmers' practice treatment,the recommended nitrogen treatments could significantly reduce the nitrogen fertilizer rate of top-dressing by more than 40%; the increased yield is associated with its seedling,and is remarkably high in medium population zone.The basic N rate has significantly negative correlation with top-dressing N rate of farmers,but it has no obvious relationship with the recommended N application rate of the highest yield. Considering the effects of yield increase and nitrogen fertilizer reduction,the nitrate nitrogen concentration of soil test and sap nitrate concentration test are better technologies to be used in N fertilizer recommendation in small population and medium population zone,while the technology of total stem number is more appropriate in large population zone.

Winter wheat; Seedling; Yield; Nitrogen fertilizer recommendation technology

時(shí)間：2016-05-10

2015-12-11

2016-01-22

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201103003)；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2015CB150405)

E-mail：chendd0919@163.com

馬文奇(E-mail：mawq@hebau.edu.cn)

S512.1；S318

A

1009-1041(2016)05-0624-07

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