黃 明,吳金芝,李友軍,陳明燦,付國(guó)占,王賀正
(河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院,河南洛陽(yáng) 471003)
磷是小麥生長(zhǎng)必不可少的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素,但全球大約30%的土壤嚴(yán)重缺磷,我國(guó)大面積耕地土壤缺磷,土壤速效磷含量平均為12.89 mg·kg-1,變化范圍為0.1~228.8 mg·kg-1,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要限制因子[1]。在缺磷土壤上施用磷肥已成為小麥生產(chǎn)不可或缺的措施。長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果表明,在速效磷含量為4.2~9.1 mg·kg-1的塿土、潮土和褐潮土上,施磷小麥產(chǎn)量較不施磷提高了2~4倍[2]。合理施磷有利于小麥根系的生長(zhǎng)發(fā)育及其對(duì)深層土壤硝態(tài)氮的吸收、利用[3-4],能協(xié)調(diào)小麥產(chǎn)量構(gòu)成[4-6],調(diào)節(jié)小麥群體結(jié)構(gòu)和光合特性[7-8],促進(jìn)小麥干物質(zhì)積累及其向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)[6],從而提高產(chǎn)量[6,9]和磷肥利用效率[2-3]。過(guò)量施磷不僅會(huì)降低小麥產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和磷元素的利用效率[3-10],且使大量的磷素殘留在土壤中[11],增加農(nóng)田及環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)[2,4]。因此,在保證產(chǎn)量和效益的前提下合理施磷是小麥可持續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵。
小麥?zhǔn)┝琢繉?duì)產(chǎn)量的效應(yīng)可以用二次多項(xiàng)式較好地模擬[12],且與土壤速效磷含量關(guān)系密切,土壤速效磷含量越低,施磷肥的增產(chǎn)效果越明顯,土壤速效磷超過(guò)30 mg·kg-1后增產(chǎn)幅度一般不超過(guò)10%[13]。就小麥適宜施磷量已有較多研究,如姜宗慶等[6]研究表明,中筋和弱筋小麥?zhǔn)㏄2O5108 kg·hm-2即可獲得最高產(chǎn)量,而岳俊芹等[7]發(fā)現(xiàn),施P2O5225 kg·hm-2時(shí)小麥產(chǎn)量最高。目前的磷肥推薦用量多是基于某一品種籽粒產(chǎn)量的施磷響應(yīng)而提出,由于土壤含磷量、供試品種和試驗(yàn)環(huán)境的不同,研究結(jié)果也不盡相同。就多個(gè)小麥品種的產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和磷素農(nóng)學(xué)效率評(píng)價(jià)施磷量的研究尚鮮見(jiàn)報(bào)道。因此,本研究在黃淮海平原南部典型小麥種植區(qū),以該地區(qū)推廣面積較大的6個(gè)冬小麥品種為材料,通過(guò)連續(xù)2年的定位田間試驗(yàn),研究施磷量對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和磷肥農(nóng)學(xué)效率的影響,以期為小麥高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。
于2014年10月-2016年6月在河南省洛陽(yáng)市河南科技大學(xué)試驗(yàn)場(chǎng)(N34.36°,E112.25°)進(jìn)行定位田間試驗(yàn)。試驗(yàn)田為水澆地,試驗(yàn)開(kāi)始前0~20 cm土層pH 8.1,有機(jī)質(zhì)12.1 g·kg-1,堿解氮55.2 mg·kg-1,速效磷6.3 mg·kg-1,速效鉀125.6 mg·kg-1。
試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì),主區(qū)為施磷量,設(shè)置基施P2O50、60、120、180和240 kg·hm-25個(gè)水平,分別用P0、P60、P120、P180和P240表示;副區(qū)為品種,分別為西農(nóng)979、西農(nóng)3517、蘭考198、開(kāi)麥20、泛麥8和洛麥22。小區(qū)面積為9 m2(3 m×3 m),3次重復(fù)。2014年10月15日播種,2015年6月1日收獲;2015年10月12日播種,2016年6月2日收獲。播量均為150 kg·hm-2,3葉期定苗至270萬(wàn)株·hm-2。氮、磷、鉀肥分別為尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀。施氮量為180 kg·hm-2,50%基施,50%隨拔節(jié)期澆水追施;基施K2O 112.5 kg·hm-2。播前、拔節(jié)和孕穗期各灌水60 mm。其他田間管理同高產(chǎn)田。
成熟期從每個(gè)小區(qū)收獲代表性的小麥2行,行長(zhǎng)1 m,測(cè)定其生物產(chǎn)量、成穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。
成熟期從每個(gè)小區(qū)隨機(jī)收割2個(gè)1 m×1 m的樣方,風(fēng)干、脫粒、稱重,并測(cè)定風(fēng)干籽粒含水量。籽粒產(chǎn)量以12.5%的含水量表示。
根據(jù)He等[14]的方法計(jì)算磷肥農(nóng)學(xué)效率(PAE)和經(jīng)濟(jì)效益(EP)。PAE=(YP-Y0)/PA,其中YP、Y0和PA分別為施磷區(qū)籽粒產(chǎn)量、無(wú)磷區(qū)籽粒產(chǎn)量和施磷量;EP=Y×PW-PN×NA-PP×PA-PK×KA。其中Y表示籽粒產(chǎn)量,PW、PN、PP、PK分別表示小麥、氮、磷、鉀肥的價(jià)格,NA、PA、KA分別表示氮、磷、鉀肥用量。
采用SAS 8.0進(jìn)行方差分析和顯著性測(cè)驗(yàn),用LSD法進(jìn)行多重比較,用Excel 2010繪圖。
不同小麥品種間籽粒產(chǎn)量存在差異,施磷對(duì)各供試品種的籽粒產(chǎn)量均有顯著影響(圖1)。除2014-2015年蘭考198和泛麥8除外,小麥籽粒產(chǎn)量均隨施磷量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì),且第二生長(zhǎng)季達(dá)到產(chǎn)量峰值的施磷量低于第一生長(zhǎng)季(開(kāi)麥20除外)。不同施磷量比較,各施磷處理的產(chǎn)量均較對(duì)照P0顯著提高, 施磷60~240 kg·hm-2范圍內(nèi),處理間差異程度因生長(zhǎng)季和品種而異。在2014-2015生長(zhǎng)季,除西農(nóng)3517和泛麥8外,P120的產(chǎn)量均顯著高于P60;除開(kāi)麥20外,P120的產(chǎn)量均低于P180,其中,西農(nóng)979、蘭考198和洛麥22在兩處理間差異均達(dá)顯著水平;除蘭考198和泛麥8外,P240的產(chǎn)量均低于P180,其中,西農(nóng)979、西農(nóng)3517和洛麥22在兩處理間差異達(dá)到顯著水平。在2015-2016生長(zhǎng)季,6個(gè)小麥品種的產(chǎn)量均以P120最高,P180次之,且P120均顯著高于其他處理,P180與P60和P240之間的差異程度因品種而異。與2014-2015生長(zhǎng)季相比,2015-2016生長(zhǎng)季P0處理的產(chǎn)量降低,而施磷120 kg·hm-2處理的產(chǎn)量明顯提高。說(shuō)明施磷可提高小麥籽粒產(chǎn)量,但最佳施磷量因小麥品種和生長(zhǎng)季而異。
XN979、XN3517、LK198、KM20、FM8、LM22、平均分別表示西農(nóng)979、西農(nóng)3517、蘭考198、開(kāi)麥20、泛麥8、洛麥22和6個(gè)品種的平均值。相同品種圖柱上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。誤差線為標(biāo)準(zhǔn)差。下同。
XN979,XN3517,LK198,KM20,FM8,LM22 and Average represent Xinong 979,Xinong 3517,Lankao 198,Kaimai 20,Fanmai 8,Luomai 22 and average of 6 cultivars,respectively. Different small letters above columns of same cultivar indicate significant difference among treatments at 0.05 level.Bars denote the standard deviation. The same in figure 2.
圖1施磷量對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量的影響
Fig.1Effectsofphosphorusapplicationrateongrainyieldofwinterwheat
由表1可知,施磷量、品種和生長(zhǎng)季均對(duì)小麥的成穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和收獲指數(shù)有極顯著影響,施磷量和品種的交互作用對(duì)上述指標(biāo)有顯著或極顯著影響;對(duì)穗粒數(shù)和收獲指數(shù)而言,施磷量、品種和生長(zhǎng)季間的交互效應(yīng)達(dá)顯著水平??傮w來(lái)看,隨著施磷量的增加成穗數(shù)呈增加趨勢(shì),除2014-2015生長(zhǎng)季的蘭考198外,P60較P0處理均顯著增加;繼續(xù)增加施磷量,成穗數(shù)的增幅減緩,處理間差異程度因品種和生長(zhǎng)季而異,但P180和P240間均無(wú)顯著差異。不同小麥品種的穗粒數(shù)均隨施磷量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì),前后兩生長(zhǎng)季的峰值分別出現(xiàn)在P180和P120,在2015-2016生長(zhǎng)季,P120的穗粒數(shù)均顯著高于其他處理。千粒重總體表現(xiàn)為P120、P180>P60>P0>P240,多數(shù)品種P120、P180處理的千粒重顯著高于P0,表明適量施磷有利于提高小麥千粒重,但過(guò)量施磷反而降低千粒重。兩生長(zhǎng)季施磷可不同程度提高小麥?zhǔn)斋@指數(shù),隨著施磷量的增加,收獲指數(shù)總體呈先升后降的趨勢(shì),在2014-2015生長(zhǎng)季不同品種收獲指數(shù)達(dá)到峰值的施磷量不同,在2015-2016生長(zhǎng)季6個(gè)品種均以P120處理收獲指數(shù)最高。
表1 施磷量對(duì)冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素和收獲指數(shù)的影響Table 1 Effect of phosphorus application rate on yield components and harvest index in winter wheat
同一品種同列數(shù)據(jù)后的不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。*:P<0.05;**:P<0.01。
For same variety,different small letters following data at same column indicate significant difference among the treatments at 0.05 level.*:P<0.05; **:P<0.01.
以肥料投入和小麥產(chǎn)出計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)果(圖2)表明,6個(gè)小麥品種的經(jīng)濟(jì)效益均隨著施磷量的增加呈先升后降的趨勢(shì),在施磷0~60 kg·hm-2范圍內(nèi)迅速增加,之后增加幅度減緩甚至降低,且經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到峰值的施磷量在不同生長(zhǎng)季和品種間不同。與P0相比,施磷處理均顯著提高了各小麥品種的經(jīng)濟(jì)效益,但不同施磷處理間的差異程度因生長(zhǎng)季和品種而異。在2014-2015生長(zhǎng)季,開(kāi)麥20的經(jīng)濟(jì)效益以P120最高,其他品種均以P180最高,僅洛麥22的P180經(jīng)濟(jì)效益顯著高于P120。在2015-2016生長(zhǎng)季,各小麥品種的P120經(jīng)濟(jì)效益均顯著高于其他處理,6個(gè)品種的平均值分別較P0、P60、P180和P240提高65.0%、13.5%、12.7%和24.7%;P60的經(jīng)濟(jì)效益和P180差異不顯著,但二者均顯著高于P240。
兩生長(zhǎng)季6個(gè)小麥品種的籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益與施磷量間均可用二次曲線模型描述(表2)。最佳經(jīng)濟(jì)效益施磷量均低于最佳產(chǎn)量施磷量,降幅為6.1%~18.5%,但其在不同生長(zhǎng)季的降低幅度不同。在2014-2015生長(zhǎng)季,小麥獲得的最佳產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的施磷量在品種間差異較大,其中,西農(nóng)3517最低,分別為159.7和142.8 kg·hm-2,蘭考198最高,分別為322.2和270.4 kg·hm-2,其他品種介于二者之間。說(shuō)明冬小麥產(chǎn)量對(duì)施磷量的響應(yīng)存在品種差異。在2015-2016生長(zhǎng)季,不同小麥品種的最佳施磷量差異較小,獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益的施磷量為128.3~139.1kg·hm-2,均低于其獲得最佳產(chǎn)量的施磷量(137.9~149.6 kg·hm-2),但獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益時(shí)的產(chǎn)量較最高產(chǎn)量?jī)H略有降低(0.12%~0.68%),表明適量減施磷肥對(duì)小麥產(chǎn)量影響不明顯??梢?jiàn),根據(jù)最佳經(jīng)濟(jì)效益推薦施磷量可在一定程度上降低磷肥用量,且不影響籽粒產(chǎn)量。
圖2 施磷量對(duì)冬小麥經(jīng)濟(jì)效益的影響
生長(zhǎng)季Growingseason品種Variety籽粒產(chǎn)量Grainyield擬合方程Fittedequation最佳施磷量OptimumPrate/(kg·hm-2)經(jīng)濟(jì)效益Grossprofit擬合方程Fittedequation最佳施磷量OptimumPrate/(kg·hm-2)最高產(chǎn)量Highestyield/(kg·hm-2)最佳經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)量Yieldofoptimumprofit/(kg·hm-2)2014-2015西農(nóng)979Xinong979y=-0.0921x2+31.440x+6115170.7y=-0.1933x2+60.724x+11051157.187988781西農(nóng)3517Xinong3517y=-0.0744x2+23.768x+6712159.7y=-0.1562x2+44.613x+12304142.886108589蘭考198Lankao198y=-0.0245x2+15.788x+7157322.2y=-0.0515x2+27.854x+13239270.497009635開(kāi)麥20Kaimai20y=-0.0759x2+24.626x+5634162.2y=-0.1594x2+46.416x+10040145.676317611泛麥8Fanmai8y=-0.0284x2+13.581x+8635239.1y=-0.0596x2+23.219x+16343194.81025910203洛麥22Luomai22y=-0.0848x2+30.281x+6109178.5y=-0.1781x2+58.290x+11037163.6881287932015-2016西農(nóng)979Xinong979y=-0.1404x2+40.166x+6044143.0y=-0.2948x2+79.049x+10901134.189168905西農(nóng)3517Xinong3517y=-0.1492x2+43.332x+5668145.2y=-0.3134x2+85.697x+10112136.788148803蘭考198Lankao198y=-0.1350x2+38.255x+6465141.7y=-0.2836x2+75.036x+11786132.391759163開(kāi)麥20Kaimai20y=-0.1311x2+36.153x+5277137.9y=-0.2753x2+70.621x+9291128.377707757泛麥8Fanmai8y=-0.1169x2+34.976x+7251149.6y=-0.2455x2+68.149x+13436138.898679853洛麥22Luomai22y=-0.1393x2+41.271x+5997148.1y=-0.2925x2+81.37x+10802139.190549042
不同小麥品種的磷肥農(nóng)學(xué)效率差異較大,但均隨施磷量的增加逐漸降低,且降低幅度在不同生長(zhǎng)季表現(xiàn)不同(表3)。總體來(lái)看,不同施磷處理間磷肥農(nóng)學(xué)效率差異顯著,且2015-2016生長(zhǎng)季的P60和P120處理較2014-2015生長(zhǎng)季明顯提高,6個(gè)品種平均提高13.0 kg·kg-1和11.4 kg·kg-1。在2014-2015生長(zhǎng)季,P60的小麥磷肥農(nóng)學(xué)效率顯著高于其他施磷處理,而P240顯著低于其他處理,西農(nóng)979、西農(nóng)3517和開(kāi)麥20的P120磷肥農(nóng)學(xué)效率顯著高于P180。在2015-2016生長(zhǎng)季,P60的磷肥農(nóng)學(xué)效率較P120高8.5 kg·kg-1,各品種在兩處理間差異均顯著(除蘭考198和泛麥8),各品種P120的磷肥農(nóng)學(xué)效率也均顯著高于P180,平均較P180高13.1 kg·kg-1,而P180的磷肥農(nóng)學(xué)效率僅西農(nóng)3517和蘭考198顯著高于P240??梢?jiàn),增加施磷量會(huì)降低磷肥農(nóng)學(xué)效率。
表3 施磷量對(duì)冬小麥磷肥農(nóng)學(xué)效率的影響Table 3 Effects of phosphorus application rate on phosphorus agronomy efficiency in winter wheat kg·kg-1
同年度同列數(shù)據(jù)后的不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。
Different small letters following data within same column in same year indicate significant difference among treatments at 0.05 level.
適量施磷不僅有利于提高小麥群體結(jié)構(gòu)和開(kāi)花后干物質(zhì)積累量、葉面積指數(shù)及冠層截獲光合有效輻射值[7],且提高了小麥成穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重,從而提高了籽粒產(chǎn)量[15-16]。本研究表明,施磷較不施磷處理提高了成穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重,從而顯著提高了小麥產(chǎn)量;P240較P120和P180,成穗數(shù)維持穩(wěn)定或略有增加,但穗粒數(shù)和千粒重降低,使產(chǎn)量降低,這與前人的研究結(jié)果類似[6-9]。說(shuō)明施磷量適宜時(shí)才能提高小麥產(chǎn)量。由于生態(tài)條件、土壤肥力、施磷水平以及供試品種等因素的不同,不同研究中冬小麥適宜施磷量不同。在長(zhǎng)江中下游地區(qū),低磷土壤上強(qiáng)筋小麥?zhǔn)㏄2O5144 kg·hm-2、中筋和弱筋小麥?zhǔn)㏄2O5108 kg·hm-2時(shí)產(chǎn)量最高[6]。在豫北部潮土地區(qū),小麥產(chǎn)量以施P2O5225 kg·hm-2最高[7],也有報(bào)道認(rèn)為,施P2O590~180 kg·hm-2就可獲得最高產(chǎn)[11]。在豫西旱作區(qū),施P2O5100 kg·hm-2時(shí)產(chǎn)量最高[17]。河北地區(qū),施P2O5240 kg·hm-2的小麥產(chǎn)量與施P2O5120 kg·hm-2相當(dāng)[4]。在京郊有效磷含量30 mg·kg-1的中高產(chǎn)田,施P2O5150 kg·hm-2小麥產(chǎn)量最高[16]。本研究中,就6個(gè)品種總體而言,前后兩個(gè)生長(zhǎng)季的適宜施磷量分別為180和120 kg·hm-2,第二生長(zhǎng)季適宜施磷量降低,主要是因?yàn)榍捌谑┝琢吭谕寥乐杏幸欢ㄐ罘e,使下茬小麥獲得最高產(chǎn)量的施磷量降低[18]。
由于肥料成本投入與作物產(chǎn)出之間符合報(bào)酬遞減規(guī)則,很多學(xué)者采用肥料效應(yīng)函數(shù)法,建立肥料效應(yīng)方程來(lái)計(jì)算最佳施肥量,并用作推薦施肥的依據(jù)[19]。本研究表明,施磷量與小麥產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益間均可用二次效應(yīng)方程描述,且方程回歸獲得的最高產(chǎn)量的施磷量均高于最佳經(jīng)濟(jì)效益的施磷量,尤其是在2015-2016生長(zhǎng)季,獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益的施P2O5量為128.3~139.1 kg·hm-2,較最佳產(chǎn)量施P2O5量(137.9~149.6 kg·hm-2)降低5.7%~12.1%,但其對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量?jī)H降低0.12%~0.68%,說(shuō)明基于經(jīng)濟(jì)效益推薦施磷量能在保證產(chǎn)量的同時(shí)進(jìn)一步降低施磷量,低磷灌區(qū)小麥推薦施肥時(shí)可盡量向最佳經(jīng)濟(jì)效益施肥量靠攏。
提高磷肥農(nóng)學(xué)效率是科學(xué)施磷的主要目標(biāo)。我國(guó)由于小麥生產(chǎn)中施磷不科學(xué)特別是過(guò)量施磷,平均小麥磷肥農(nóng)學(xué)效率為10.2 kg·kg-1[20],黃淮海地區(qū)僅6.0 kg·kg-1[21],均低于世界平均水平[22]。黃淮海地區(qū)的調(diào)查結(jié)果表明,河南小麥磷肥用量為0~300 kg·hm-2[23],山東惠民縣小麥磷肥用量為0~726 kg·hm-2[24],造成了小麥磷肥農(nóng)學(xué)效率低且變異較大[20]。磷肥農(nóng)學(xué)效率還與土壤磷素狀況密切相關(guān),土壤速效磷含量中低等條件下,施磷顯著提高小麥產(chǎn)量,但土壤速效磷含量超過(guò)30 mg·kg-1,施磷不增產(chǎn)甚至減產(chǎn),磷肥農(nóng)學(xué)效率下降[25]。本研究表明,不同品種的磷肥農(nóng)學(xué)效率差異較大,但均隨施磷量增加而降低,P60、P120、P180、P240的磷肥農(nóng)學(xué)效率分別為11.5~41.4、9.8~31.0、8.5~16.1和5.7~10.5 kg·kg-1,其中P60、P120、P180普遍高于全國(guó)平均水平,P240也高于黃淮海地區(qū)的平均水平,主要原因是本研究在低磷灌區(qū)開(kāi)展,土壤速效磷含量?jī)H為6.3 mg·kg-1,施磷產(chǎn)量變化大,磷肥農(nóng)學(xué)效率也就高[21]。另外,本試驗(yàn)條件下小麥生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的水分和氮、鉀肥供應(yīng)適宜,激發(fā)了磷肥增產(chǎn)效應(yīng),是磷肥農(nóng)學(xué)效率較高的又一原因[7]。
隨施磷量的增加,小麥籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益呈先升后降的趨勢(shì),而磷肥農(nóng)學(xué)效率逐漸下降。2015-2016生長(zhǎng)季P0的小麥產(chǎn)量以及達(dá)到最高產(chǎn)量和最高經(jīng)濟(jì)效益的施磷量均較2014-2015生長(zhǎng)季低,P60和P120的磷肥農(nóng)學(xué)效率也大幅提高,說(shuō)明施磷對(duì)小麥產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響具有一定的后效性。回歸結(jié)果表明,小麥的最佳經(jīng)濟(jì)效益施磷量低于最佳產(chǎn)量施磷量,而二者對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量相差很小。綜合考慮產(chǎn)量、效益和效率,低磷灌區(qū)小麥宜施P2O5120~140 kg·hm-2。
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