張 睿,李鳳艷,文 娟,李淑琳,何佳洋,王 永,劉曼雙
(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院,陜西楊凌 712100; 2.陜西省戶縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,陜西戶縣 710300;3.山東潔晶集團(tuán)股份有限公司,山東日照 276800; 4.重慶市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站,重慶北部新區(qū) 401121;5.西安科技大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院,陜西西安 710054)
化肥是農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。據(jù)全國化肥試驗(yàn)網(wǎng)調(diào)查,施用化肥可提高小麥單產(chǎn) 50%~60%[1]。作物施肥不僅具有顯著的增產(chǎn)效果,也對(duì)保障糧食安全具有重大意義[1-5]。我國肥料當(dāng)季利用率較低,氮肥僅為30%~35%,磷肥為10%~25%,鉀肥為40%~50%[1]。近年來,化肥對(duì)糧食總產(chǎn)的貢獻(xiàn)率有所下降[1-3,6-9]。我國是肥料資源約束型國家,連續(xù)大量施用化肥,不僅浪費(fèi)資源,增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,也產(chǎn)生水體富營養(yǎng)化、溫室氣體排放、土壤酸化、病蟲害加重等一系列環(huán)境和生產(chǎn)問題[1,3-4,8]。小麥高產(chǎn)不僅與施肥量有關(guān),而且受養(yǎng)分的互作和配比影響[9-11]。施肥量過高或過低均不利于小麥高產(chǎn)高效[12-14],單純依靠持續(xù)化肥投入來提高作物產(chǎn)量的潛力十分有限[15-20]。調(diào)查結(jié)果表明,關(guān)中冬小麥種植區(qū)過量施氮的農(nóng)戶達(dá)到了55.3%[6-7]。如何改變農(nóng)民過量施肥的做法,提高施肥效益,是目前農(nóng)業(yè)研究的一個(gè)重要課題。本研究選擇渭北旱原小麥產(chǎn)區(qū)的長武縣南塬,在調(diào)查當(dāng)?shù)厝罕妭鹘y(tǒng)施肥量的基礎(chǔ)上,分析了不同施肥模式對(duì)該地區(qū)主推小麥品種長旱58產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響,以期為渭北旱塬地區(qū)小麥減肥增效技術(shù)的制定提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)于2012-2014年在陜西省長武縣巨家鎮(zhèn)巨家村進(jìn)行。試驗(yàn)地海拔 1 289 m,小麥生育期年平均降水275 mm,年平均氣溫9.1 ℃,≥1 ℃積溫3 029 ℃,無霜期171 d。試驗(yàn)地耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量14.72 g·kg-1,全氮含量0.98 g·kg-1,全磷含量0.67 g·kg-1,全鉀含量16.42 g·kg-1,速效氮含量10.18 mg·kg-1,速效磷含量13.92 mg·kg-1,速效鉀含量114.66 mg·kg-1。小麥品種為長旱58,從長武縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心試驗(yàn)基地購買。所用氮肥為尿素(純氮46.6%,價(jià)格為1.56元·kg-1,陜西復(fù)合肥廠生產(chǎn))和二銨(P2O5含量為46.6%,氮含量16.8%,價(jià)格為2.76元·kg-1,云南天安化工有限公司生產(chǎn)),均從當(dāng)?shù)剞r(nóng)資市場購得;鉀肥為氯化鉀(K2O含量為60%,價(jià)格4.6元·kg-1,青海鐵源鎂業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)),從楊凌市場購買。2012和2013年小麥分別于9月24和29日條播種植,播種量均為210 kg·hm-2,分別于11月25日噴施苯磺隆(10%,從當(dāng)?shù)厥袌鲑徺I)600 mL·hm-2進(jìn)行化學(xué)除草。2013和2014年分別于5月12日進(jìn)行一噴三防,其他管理同大田管理。兩年均于6月27日收獲。
試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理,每處理5個(gè)重復(fù),小區(qū)寬7.2 m,長18.5 m,面積133.4 m2,行距18 cm,隨機(jī)區(qū)組排列。其中,處理1為不施肥的對(duì)照;處理2為農(nóng)戶施肥模式(試驗(yàn)前調(diào)查當(dāng)?shù)?個(gè)鄉(xiāng)9個(gè)村580戶2009-2012年施肥的平均值),施純氮213 kg·hm-2、P2O5132 kg·hm-2和K2O 30 kg·hm-2;處理3為當(dāng)?shù)卦跍y定土壤養(yǎng)分基礎(chǔ)上推薦的平衡施肥模式即推薦施肥模式,施純氮150 kg·hm-2、P2O5120 kg·hm-2和K2O 90 kg·hm-2;處理4為高產(chǎn)施肥模式,施純氮270 kg·hm-2、P2O5180 kg·hm-2和K2O 120 kg·hm-2;處理5為高產(chǎn)減氮施肥模式,施純氮150 kg·hm-2、P2O5180 kg·hm-2和K2O 120 kg·hm-2。肥料在整地前一次性撒施。
在小麥越冬期、拔節(jié)期、孕穗期和成熟期定行調(diào)查基本苗、越冬總莖數(shù)和春季最高總莖數(shù),并在拔節(jié)期調(diào)查主莖葉齡、分蘗結(jié)構(gòu)及次生根數(shù)量,成熟期調(diào)查成穗數(shù)和穗粒數(shù),每個(gè)小區(qū)收獲66.7 m2計(jì)產(chǎn),并測定千粒重。根據(jù)不同處理的投入(包括種子、肥料、藥劑、機(jī)械和人工)和產(chǎn)出計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益。其中各處理種子費(fèi)672元·hm-2(3.2元·kg-1,播種量210 kg·hm-2),播種作業(yè)費(fèi)450元·hm-2,收獲作業(yè)費(fèi)用525元·hm-2,化除作業(yè)費(fèi)用150元·hm-2,病蟲害防治費(fèi)用225元·hm-2,整個(gè)小麥生產(chǎn)過程人工費(fèi)用1 350元·hm-2,合計(jì)3 405.0元·hm-2。小麥國家收購價(jià)2.2元·kg-1,秸稈市場價(jià)0.48元·kg-1。
數(shù)據(jù)用Microsoft Excel進(jìn)行整理,用SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
與對(duì)照比,施肥處理下小麥產(chǎn)量在兩年均顯著提高,增產(chǎn)幅度為4.3%~32.3%。其中高產(chǎn)減氮模式的產(chǎn)量兩年均顯著高于農(nóng)戶施肥模式、推薦施肥模式和高產(chǎn)施肥模式,后三個(gè)施肥模式間差異均不顯著。 從產(chǎn)量構(gòu)成看,不同施肥模式的增產(chǎn)原因不同,而且年份間存在差異。
相比對(duì)照,農(nóng)戶施肥模式、推薦施肥模式、高產(chǎn)施肥模式和高產(chǎn)減氮施肥模式的穗數(shù)在2013和2014年分別增加13.9~21.9%和14.4%~45.4%,穗粒數(shù)和千粒重均下降,其中高產(chǎn)減氮施肥模式的穗數(shù)增幅最大,兩年分別增加21.9%和45.4%。說明較高的穗數(shù)是4個(gè)施肥模式高產(chǎn)的主要原因。
不同施肥模式對(duì)旱地小麥群體及個(gè)體質(zhì)量有不同程度影響(表2)。在播種量相同的條件下,施肥模式對(duì)基本苗數(shù)影響不顯著,對(duì)越冬總莖數(shù)和春季最高總莖數(shù)影響均顯著。其中高產(chǎn)減氮施肥模式的越冬總莖數(shù)最高,較對(duì)照增加17%,其他處理之間越冬總莖數(shù)差異不顯著;春季最高總莖數(shù)以農(nóng)戶施肥模式最高,高產(chǎn)減氮模式次之,兩個(gè)處理間差異不顯著,但均顯著高于其他處理。不同施肥模式也提高了小麥不同生育階段的個(gè)體質(zhì)量。以拔節(jié)期為例,各施肥處理的單株次生根數(shù)均顯著高于對(duì)照,其中高產(chǎn)減氮施肥模式最高;施肥處理的葉齡、I級(jí)分蘗數(shù)和II級(jí)分蘗數(shù)雖然高于對(duì)照,但在不同處理間差異不顯著(表2)。這表明高產(chǎn)減氮施肥模式的群體和個(gè)體質(zhì)量均較高。
表1 2012-2014不同施肥模式下的旱地小麥產(chǎn)量及其結(jié)構(gòu)Table 1 Yield and its components of dryland wheat under different fertilizer models in 2012-2014
FM:農(nóng)戶施肥模式;RM:推薦施肥模式;HM:高產(chǎn)施肥模式;HRM:高產(chǎn)減氮施肥模式。同一列數(shù)值后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下表同。
FM:Farmer fertilization model; RM:Recommended fertilization model; HM:High-yield fertilization model; HRM:High-yield & nitrogen reduction fertilization model. Different letters following the values in the same column indicate significant difference among the treatments at the 0.05 level.The same in other tables.
表2 2012-2013年不同施肥模式下旱地小麥的群體及拔節(jié)期的個(gè)體質(zhì)量Table 2 Effect of different fertilization models on population and individual dryland wheat in 2012-2013
四種施肥模式的小麥總產(chǎn)值顯著高于對(duì)照,總投入也高于對(duì)照,其中高產(chǎn)施肥模式和高產(chǎn)減氮施肥模式高于其他施肥模式;但農(nóng)戶施肥模式、推薦施肥模式和高產(chǎn)施肥模式的凈收入低于對(duì)照和高產(chǎn)減氮施肥模式,其中與高產(chǎn)減氮施肥模式的差異兩年都達(dá)到顯著水平(表3)。這說明高產(chǎn)減氮施肥模式對(duì)小麥具有較好的節(jié)肥增收效果。
表3 旱地小麥不同施肥模式的投入和產(chǎn)出比較Table 3 Comparison of input and output of dryland wheat under different fertilizer models
本試驗(yàn)結(jié)果表明,不同施肥模式較對(duì)照有顯著的增產(chǎn)作用,但施肥模式之間產(chǎn)量差異較大,其中高產(chǎn)減氮施肥模式的增產(chǎn)幅度最大,說明在高產(chǎn)施肥模式基礎(chǔ)上減氮具有十分顯著的增產(chǎn)效果。這與小麥平衡施肥的調(diào)查結(jié)果[4,6]是一致的。推薦施肥模式和高產(chǎn)施肥模式產(chǎn)量與農(nóng)戶施肥模式差異不顯著,這三種模式的肥料投入較高產(chǎn)減氮施肥模式都大,說明過量的肥料投入并沒有帶來較好的增產(chǎn)效果,這與劉芬等[6]研究中過量施用氮磷鉀肥均無顯著增產(chǎn)作用的結(jié)果是一致,也與我們近年來在生產(chǎn)實(shí)踐中調(diào)查農(nóng)戶施肥的結(jié)果基本一致。而高產(chǎn)減氮施肥模式兩年均表現(xiàn)出極顯著的增產(chǎn)效果,這一方面破解了多年來旱地小麥大幅度增加氮肥和磷鉀肥的增產(chǎn)效果低于預(yù)期的原因,在氮肥施用量達(dá)到一定水平時(shí),磷鉀肥是產(chǎn)量的限制因素;另一方面也表明旱肥地小麥生產(chǎn)中,減少氮肥、增加磷鉀肥會(huì)獲得更高的產(chǎn)量。高產(chǎn)施肥模式中,氮磷鉀肥的互作效應(yīng)及其減氮顯著增產(chǎn)的深層次生理機(jī)理有待進(jìn)一步研究。
不同施肥模式對(duì)小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響顯著。在播種量相同的條件下,施肥顯著提高成穗數(shù),這與前人研究結(jié)果[4,6,8,12-13]一致。農(nóng)戶施肥模式、推薦施肥模式、高產(chǎn)施肥模式和高產(chǎn)減氮施肥模式成穗數(shù)兩年平均分別比對(duì)照增加14.2%、16.3%、25.6%和33.7%,這與以前的研究結(jié)果[15-16]基本一致。與農(nóng)戶施肥模式相比,高產(chǎn)減氮模式的成穗數(shù)均顯著增加,這與前人[17-18,20-23]研究結(jié)果一致。這一方面可能是該施肥模式在一定程度上調(diào)節(jié)了氮素營養(yǎng)對(duì)群體質(zhì)量和數(shù)量的影響,另一方面可能由于氮肥的減少,氮磷鉀之間養(yǎng)分?jǐn)?shù)量結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,其互作效應(yīng)更為明顯,磷和鉀對(duì)群體的效應(yīng)得到充分發(fā)揮所致。4種施肥模式的穗粒數(shù)和千粒重全部低于對(duì)照,其中穗粒數(shù)變化更大。這一結(jié)果與周濤等[22]研究結(jié)果基本一致,但與吉艷芝等[21]研究結(jié)果不盡一致。這可能與生態(tài)區(qū)有關(guān),因?yàn)榧G芝的試驗(yàn)是在華北平原的灌區(qū)進(jìn)行,周濤的試驗(yàn)是在寧南山區(qū)進(jìn)行;也可能與試驗(yàn)的年型或者地力基礎(chǔ)、品種的基因型等因素有關(guān)。本試驗(yàn)連續(xù)兩年在同一個(gè)地方進(jìn)行,結(jié)果更為可靠。
不同施肥模式均增產(chǎn),但不一定增收。不同施肥模式產(chǎn)值比對(duì)照高,其中推薦施肥模式、高產(chǎn)施肥模式和高產(chǎn)減氮施肥模式比農(nóng)戶施肥模式增加2.0%~18.4%,但投入也高于對(duì)照和農(nóng)戶施肥模式,因此得到的凈收入并不一定高,這與劉芬等[6]研究結(jié)果基本一致。不同施肥模式之間比較,高產(chǎn)減氮施肥模式的凈收入兩年均最高,與其他三種施肥模式差異顯著,說明高產(chǎn)減氮施肥模式具有較好的增產(chǎn)、節(jié)肥、增收效果。
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