劉學(xué)彤，賈良良，楊云馬，楊軍芳*，楊振立

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所，河北 衡水 053000；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，河北 石家莊050051；3 河北省農(nóng)林科學(xué)院，河北 石家莊 050051）

目前我國是世界上化肥使用量最大的國家，農(nóng)田養(yǎng)分投入過量已經(jīng)導(dǎo)致嚴(yán)重的資源效率下降[1]和生態(tài)環(huán)境問題[2]，如土壤酸化板結(jié)，地表富營養(yǎng)化，地下水和蔬菜中硝態(tài)氮含量超標(biāo)，氧化亞氮排放量增加等問題日漸突出[3～5]。2015 年農(nóng)業(yè)部提出了《到2020年化肥使用零增長行動方案》，明確提出減施化肥，力爭到2020 年將化肥、農(nóng)藥利用率提高到40%以上，實(shí)現(xiàn)糧食和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的化肥使用量零增長。當(dāng)前農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展已經(jīng)成為國家和社會的迫切需求，在減施化肥背景下，河北省平原區(qū)作物產(chǎn)量水平的穩(wěn)定與提高不可能通過増施化肥來實(shí)現(xiàn)。緩控釋肥具有養(yǎng)分釋放緩慢、肥效期長的特點(diǎn)，可以根據(jù)作物不同時(shí)期的養(yǎng)分需求提供營養(yǎng)，改變普通速溶肥料養(yǎng)分供應(yīng)集中的弊端，提高肥料利用率[6，7]，為化肥施用革新提出了新的思路和途徑。研究表明，花生、水稻、玉米、小麥和棉花等作物應(yīng)用緩控釋肥后均有一定的增產(chǎn)增效作用[8～13]。

近年來，緩控釋肥在大田作物上得到了大面積推廣應(yīng)用，許多學(xué)者對緩控釋肥料的養(yǎng)分釋放機(jī)理及包衣技術(shù)進(jìn)行了研究并取得了顯著成效[14，15]。研究表明，可以通過改變膜材料的厚度和性能來控制緩控釋肥的養(yǎng)分釋放速度，做到與作物生長需要同步。目前對緩控釋肥的應(yīng)用效果研究主要集中在肥料對玉米、花生、棉花等生育期較短作物的增產(chǎn)效應(yīng)上，而在冬小麥上對不同釋放天數(shù)的緩控釋肥應(yīng)用研究甚少。為此，選用幾種不同養(yǎng)分釋放時(shí)間的緩控釋氮肥，分析其釋放時(shí)期對冬小麥產(chǎn)量及氮素利用率的影響，明確適宜河北省低平原區(qū)冬小麥高產(chǎn)的緩控釋肥類型，以期為河北省低平原冬小麥產(chǎn)區(qū)減施氮肥以及一次性施用緩控釋肥提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

田間試驗(yàn)于2018 年10 月至2019 年6 月在衡水市冀州區(qū)沃源農(nóng)場進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)地處河北省平原區(qū)（北緯 37.57°，東經(jīng) 115.57°），海拔高度 21.5～26.5 m，屬大陸性暖溫帶半干旱季風(fēng)氣候，年平均氣溫12.7～13.3 ℃，年平均降水量500～600 mm，降水季節(jié)性分布不均。種植制度為小麥/玉米一年兩熟制。試驗(yàn)地土壤屬中壤質(zhì)潮土，試驗(yàn)前0～20 cm 土層基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)15.3 g/kg、全氮1.05 g/kg、有效磷12.54 mg/kg、速效鉀117.5 mg/kg，土壤 pH 值 8.37。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)冬小麥品種為石農(nóng)086。

試驗(yàn)肥料有尿素（N 含量46%，河北金萬泰化肥有限責(zé)任公司生產(chǎn)）、重過磷酸鈣（P2O5含量43%，昆明東昇冶化有限責(zé)任公司生產(chǎn)）和氯化鉀（K2O 含量60%，美盛鉀肥埃斯特哈奇有限合伙企業(yè)生產(chǎn)），以及氮素控釋期分別為40、60、90 和120 d 的4 種緩控釋氮肥。其中，控釋期40 d 的緩控釋氮肥N 含量為43%，由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供；控釋期60 d 的緩控釋氮肥N 含量為44%，由領(lǐng)先生物科技有限公司生產(chǎn)；控釋期90 d 的緩控釋氮肥N 含量為44%，由金正大生物科技有限公司生產(chǎn)；控釋期120 d 的緩控釋氮肥N 含量為37%，由山東五洲豐公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)在等量磷（P2O5用量120 kg/hm2）、鉀（K2O 用量75 kg/hm2）的基礎(chǔ)上，選取4 種不同控釋期的緩控釋氮肥以及普通尿素作為氮源，共設(shè)7 個(gè)處理，各處理的施N 量不完全相同（表1）。其中，處理Ⅰ為對照（CK），不施氮肥；處理Ⅱ（農(nóng)民習(xí)慣施肥）和Ⅲ（尿素優(yōu)化施肥）用普通尿素作為氮源，N 施用量分別為300 和240 kg/hm2；處理Ⅳ～Ⅶ分別是施用控釋期40、60、90 和120 d 的緩控釋氮肥處理，施N 量均為216 kg/hm2（處理Ⅲ施N 量的90%）。小區(qū)面積48 m2（8 m×6 m），每處理均3 次重復(fù)。磷肥和鉀肥全部做基肥，在播種前隨整地施入。氮肥施用方法因處理不同而異，其中，處理Ⅱ和處理Ⅲ的尿素施用方法是基肥和追肥各占50%，基肥隨整地施入，追肥在拔節(jié)期施用；緩控釋氮肥全部做基肥，在播種前隨整地施入。小麥其他管理措施同大田常規(guī)。

1.3.2 測定項(xiàng)目與方法

1.3.2.1 土壤無機(jī)氮含量。分別在小麥返青期、拔節(jié)期、揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期，每小區(qū)均采用“S”型取樣法，用土鉆采集3 個(gè)點(diǎn)的0～20 cm 耕層土樣，充分混合后帶回實(shí)驗(yàn)室。采用1 mol/L 的KCl 溶液浸提，利用AA3 流動分析儀測定土壤無機(jī)氮含量[16]。

表1 各處理的氮肥（N）施用量Table 1 The quantity of nitrogen fertilizer in each treatment （kg/hm2）

1.3.2.2 小麥產(chǎn)量性狀及全氮含量。小麥成熟期，每小區(qū)均隨機(jī)選取1 m 雙行，調(diào)查單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)。收獲時(shí)，每小區(qū)均隨機(jī)收獲1 m2的樣點(diǎn)2個(gè)，脫粒烘干后測定子粒產(chǎn)量，同時(shí)取部分子粒測定千粒重。另外，每小區(qū)均隨機(jī)選取1 個(gè)1 m 雙行的植株樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，將秸稈和子粒分別烘干，稱重后計(jì)算地上部生物量，粉碎后采用凱氏法測定全氮含量[17]。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與分析 利用Excel 2007 軟件，計(jì)算作物吸氮量、氮肥利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率以及氮肥偏生產(chǎn)力等：

作物吸氮量（kg/hm2） =植株含氮量×地上部生物量

氮肥利用率（%）=（施氮區(qū)小麥地上部吸氮量-對照區(qū)小麥地上部吸氮量）/施氮量×100

氮肥農(nóng)學(xué)效率（kg/kg）=（施氮區(qū)小麥產(chǎn)量-對照區(qū)小麥產(chǎn)量）/施氮量

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施氮處理產(chǎn)量（kg/hm2）/施氮量 （kg/hm2）

利用SPSS 17.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同緩控釋氮肥處理對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

施氮處理的小麥產(chǎn)量均顯著＞CK，增產(chǎn)率為16.6%～29.7%（表2），表明施用氮肥能夠明顯提高小麥產(chǎn)量。處理Ⅲ的小麥產(chǎn)量略＞處理Ⅱ，差異不顯著，表明尿素優(yōu)化施肥處理達(dá)到了農(nóng)民習(xí)慣施肥的產(chǎn)量水平。不同緩控釋氮肥處理的小麥產(chǎn)量差異顯著，其中，處理Ⅴ產(chǎn)量最高，達(dá)到了6 159.2 kg/hm2，略＞處理Ⅱ和Ⅲ，但顯著＞其他緩控釋氮肥處理；處理Ⅳ產(chǎn)量（5 800.1 kg/hm2）次之，較處理Ⅱ和Ⅲ略低，但差異均未達(dá)到顯著水平；其他2 個(gè)緩控釋氮肥處理的小麥產(chǎn)量均顯著＜處理Ⅱ和Ⅲ。表明施用控釋期60 d 的緩控釋氮肥對提高小麥產(chǎn)量效果最好，控釋期90 和120 d 的緩控釋氮肥不適于冬小麥一次性施肥生產(chǎn)。

進(jìn)一步對施氮處理的小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，施氮處理的小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)均顯著＞CK，增幅分別在9.2%～16.9%和7.5%～15.7%；千粒重除處理Ⅳ顯著降低外，其他處理與CK 差異均不顯著。表明施氮處理冬小麥產(chǎn)量增加主要是通過單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)增加實(shí)現(xiàn)的。不同施肥處理的小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素差異較大。從單位面積穗數(shù)看，處理Ⅱ最多，與處理Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ差異均不顯著，但顯著＞處理Ⅵ和Ⅶ。從穗粒數(shù)看，處理Ⅴ最多，顯著＞CK 和處理Ⅶ，略＞其他施肥處理。從千粒重看，CK 最大，除處理Ⅳ顯著＜CK 外，其他處理與CK 差異均不顯著。

2.2 不同緩控釋氮肥處理對冬小麥生育期耕層土壤硝態(tài)氮含量的影響

所有處理的土壤硝態(tài)氮含量均隨小麥生育期進(jìn)程呈逐漸下降趨勢，且各施氮肥處理的指標(biāo)值均＞CK（圖1）。返青期，處理Ⅳ的土壤硝態(tài)氮含量最高，其次為處理Ⅴ，二者均＞處理Ⅱ和Ⅲ；揚(yáng)花期及其之后，土壤硝態(tài)氮含量始終以處理Ⅴ最高，尤其是小麥生長后期指標(biāo)值遠(yuǎn)高于其他施氮處理，這不僅有利于前期小麥群體結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，也保證了后期小麥灌漿和千粒重的增加。處理Ⅵ雖然在小麥生長后期土壤硝態(tài)氮含量水平較高，但由于前期氮素釋放速率慢，土壤硝態(tài)氮含量水平較低，影響了其群體結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，不利于小麥高產(chǎn)；處理Ⅶ在小麥各生育期土壤硝態(tài)氮含量均處于較低水平，導(dǎo)致了其小麥群體和穗粒數(shù)均較少。

表2 不同施肥處理對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 2 The effects of different fertilizer treatments on its and yield components of winter wheat

圖1 不同施肥處理對冬小麥生育期0～20 cm 耕層土壤硝態(tài)氮含量的影響Fig.1 The effects of different fertilizer treatments on soil nitrate nitrogen content in 0-20 cm soil depth at different growth stages of winter wheat

2.3 不同緩控釋氮肥處理對冬小麥氮肥利用率的影響

施氮處理的小麥地上部吸氮量均顯著＞CK（表3），增幅為35.8%～60.5%，表明施用氮肥能夠明顯提高小麥地上部的吸氮量。處理Ⅲ的小麥地上部吸氮量略＞處理Ⅱ，差異不顯著，表明尿素優(yōu)化施肥處理促進(jìn)小麥地上部吸氮量增加的效果達(dá)到了農(nóng)民習(xí)慣施肥水平。不同緩控釋氮肥處理的小麥地上部吸氮量差異顯著，其中，處理Ⅴ的地上部吸氮量（204.2 kg/hm2）最高，略＞處理Ⅱ和Ⅲ，但顯著＞其他緩控釋氮肥處理；而其他緩控釋氮肥處理的地上部吸氮量，除處理Ⅳ略＜處理Ⅱ和Ⅲ外，其他2 個(gè)處理均顯著＜處理Ⅱ和Ⅲ。表明施用控釋期60 d 的緩控釋氮肥對促進(jìn)冬小麥地上部氮素吸收效果最好，控釋期90 和120 d 的緩控釋氮肥不適于冬小麥一次性施肥生產(chǎn)。

表3 不同施肥處理對冬小麥氮肥利用率的影響Table 3 The effects of different fertilizer treatments on nitrogen use efficiency of winter wheat

施氮肥處理的小麥氮肥農(nóng)學(xué)效率為3.6～6.5 kg/kg，其中處理Ⅴ最高，其次是處理Ⅲ，二者差異不顯著，但均顯著＞其他處理；氮肥偏生產(chǎn)力為19.9～28.5 kg/kg，氮肥利用率為21.1%～35.6%，指標(biāo)值均以處理Ⅴ最高，且顯著＞其他處理。表明施用控釋期60 d 的緩控釋氮肥時(shí)該地區(qū)冬小麥氮肥利用率最高。

3 結(jié)論與討論

氮素通常被認(rèn)為是影響作物產(chǎn)量的重要因子[18]，研究表明，與等氮量的尿素相比，施用合適的控釋氮肥可以顯著提高作物產(chǎn)量[19，20]。本研究中，控釋期60 d的緩控釋氮肥處理和尿素優(yōu)化施肥處理的冬小麥產(chǎn)量均高于農(nóng)民習(xí)慣施肥，原因可能是農(nóng)民習(xí)慣的施氮量過高，前期小麥生長旺盛，群體過大，造成后期脫肥，表明該地區(qū)可以適當(dāng)減施氮肥。在控釋肥處理中，控釋期90 d 和120 d 的處理由于氮素釋放緩慢，造成前期氮素供應(yīng)不足，小麥分蘗較少，影響了小麥產(chǎn)量的提高；而控釋期40 d 的肥料處理雖然小麥生育前期氮肥供應(yīng)充足，但后期易脫肥，也不利于小麥高產(chǎn)。綜合比較，控釋期60 d 的緩控釋氮肥在冬小麥整個(gè)生育期均保持了一定的氮素水平，可滿足作物不同生育期的養(yǎng)分需求，其通過增加單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)來提高小麥產(chǎn)量，且增加冬小麥氮素吸收量，提高氮素農(nóng)學(xué)效率和農(nóng)學(xué)偏生產(chǎn)力，使氮肥利用率達(dá)到35.6%，適宜該地區(qū)冬小麥一次性施肥生產(chǎn)。

生育期土壤硝態(tài)氮含量水平可以體現(xiàn)出不同控釋氮肥的養(yǎng)分釋放特性，而不同緩控釋肥料的養(yǎng)分釋放性能也與其包膜材料有關(guān)[20]。本研究中，控釋期40 d氮肥處理的土壤硝態(tài)氮含量在小麥生育前期較高，而到了生育期后期較低，正是由其養(yǎng)分釋放特性決定的?？蒯屍?0 d 氮肥處理的土壤硝態(tài)氮含量在小麥整個(gè)生育期均保持了較高水平，尤其是小麥生長后期土壤硝態(tài)氮含量遠(yuǎn)高于其他施氮處理，可以為子粒灌漿提供充足的養(yǎng)分；且在小麥?zhǔn)斋@后，耕層土壤硝態(tài)氮含量仍明顯高于農(nóng)民習(xí)慣施肥和尿素優(yōu)化施肥處理，這可能是由于控釋期60 d 的氮肥減少了氨揮發(fā)損失，使更多的氮保留于土壤中，既提高了當(dāng)季肥料利用率，又為下季作物提供了更多的土壤養(yǎng)分。孫克君等[21]研究了幾種控釋氮肥減少氨揮發(fā)的效果，發(fā)現(xiàn)與普通尿素相比，施用控釋氮肥均可不同程度地減少氨揮發(fā)損失，提高氮肥利用率。

緩控釋肥一次性基施與普通尿素分次施用相比，不僅可節(jié)省勞動力，降低成本，還可減少氨揮發(fā)，提高氮肥利用效率?？蒯尩室淮涡允┯眉夹g(shù)已經(jīng)在水稻上有了較好應(yīng)用，徐明崗等[22]在早稻上成功應(yīng)用了施用控釋氮肥、播種、拋秧的一次性配套技術(shù)，既減輕了勞動強(qiáng)度，又提高了水稻產(chǎn)量。控釋氮肥由于價(jià)格較高，在小麥和玉米生產(chǎn)上難以被大多數(shù)農(nóng)戶接受，推廣應(yīng)用比較困難。目前，有學(xué)者提出將控釋氮肥與普通尿素按適宜比例摻混后一次性施用[23，24]，調(diào)節(jié)速效氮與緩效氮的供應(yīng)，滿足作物不同時(shí)期的氮素需求，可以降低成本，增加收益，減少環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，河北省低平原區(qū)冬小麥不同緩控釋氮肥的氮素釋放期以及與普通尿素?fù)交焓┯玫谋壤龑⑹窍乱徊窖芯康闹攸c(diǎn)。