赖 宁,耿庆龙,李永福,李 娜,信会男,步生兵,陈署晃

(1.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所/新疆农业科学院农业遥感中心,乌鲁木齐 830091;2.吉木萨尔县农业技术推广站,新疆吉木萨尔 831799)

0 引 言

【研究意义】新疆北疆玉米收获后种植冬小麦是玉米田重要的倒茬方式,北疆玉米在10月中下旬才收获完毕,玉米茬小麦只能在10月下旬后播种。北疆超晚播冬小麦在10月中旬至11月中旬(冻前)播种,冬前不能出苗[1],较适期播种(9月15日至25日)晚近30 d。与春小麦相比,超晚冬播小麦具有早春出苗、早成熟、降低干热风危害等优点[2],但易出现春季出苗率低而不稳、苗弱、根系发育和分蘖差[3],影响产量。针对超晚冬播小麦的生长发育特点,探寻相应的栽培措施,减弱不利影响,才能保证产量。研究有机无机配施对北疆超晚播冬小麦产量、氮磷养分吸收利用及土壤肥力的影响,对我区晚播冬小麦合理有机无机配施化肥减量增效、提高养分利用效率和产量、耕地地力提升有重要意义。【前人研究进展】腐殖酸肥具有改良土壤、培肥地力、提高养分供应能力等积极作用[4,5]。与单施化肥相比,有机无机配施能有效活化土壤养分[6-8]、改善土壤微生物群落结构[9,10]、有利于提高作物水肥利用效率和产量[11,12]。有文献研究了有机无机配施对小麦[13-14]、水稻[15,16]、玉米[17,19]、棉花[20,21]、加工番茄[22,23]等作物产量、养分吸收利用和土壤肥力的影响,认为合理的有机无机配施可以协调作物对养分的需求,有助于培肥土壤与作物增产,提高化肥的利用效率。【本研究切入点】有机无机配施能有效提高作物产量和化肥的利用效率,有助于提高土壤肥力,但针对新疆北疆晚播冬小麦有机无机配施相关研究未见报道。需研究有机无机配施对新疆北疆超晚播冬小麦产量、氮磷养分吸收利用及土壤肥力的影响。【拟解决的关键问题】研究化肥减量配施不同剂量腐殖酸肥对新疆北疆超晚播冬小麦产量及构成因素、小麦氮磷养分吸收、利用率和土壤养分的影响,为新疆北疆超晚播冬小麦化肥减量增效、麦田土壤肥力提升和小麦施肥结构调整提供科学依据和参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018～2019年度在新疆昌吉州奇台县西北湾乡柳树河子村进行(89°31′26″E,44°5′38″N),海拔690 m。土壤类型为壤质灰漠土,0～20 cm土层的土壤pH值为8.12,耕层盐分含量为1.46 g/kg,有机质含量为16.61 g/kg,全氮含量为0.94 g/kg,速效磷含量为19.31 mg/kg,速效钾含量为272 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用随机区组设计,设置7个试验处理:(1)常规施氮处理NF,全生育期N 300 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2;(2)优化施氮处理OPT,80%常规施氮,全生育期N 240 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2;(3)无氮处理N0,全生育期N 0 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2;(4)无磷处理P0,N 240 kg/hm2、P2O50 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2;(5)有机无机配施处理1,NM1(OPT配施腐殖酸肥1.80 kg/hm2);(6)有机无机配施处理2,NM2(OPT配施腐殖酸肥3.60 kg/hm2);(7)有机无机配施处理3,NM3(OPT配施腐殖酸肥5.40 kg/hm2)。每个处理重复3次,随机排列,小区面积为7.2 m×10 m=72 m2,各试验小区地势平整、地力均衡。氮肥为常规尿素(N≥46%),磷肥为重过磷酸钙(P2O5≥47%),钾肥为颗粒硫酸钾(K2O≥50%),腐殖酸肥由南宁太美生物科技有限公司生产(养分含量为N∶P2O5∶K2O=6∶0∶14,腐殖酸≥55%)。30%的氮肥、全部的磷肥和钾肥(NM1、NM2和NM3需扣除腐殖酸有机肥中的N、P2O5、K2O养分)做基肥施用,剩余70%氮肥作追肥随水滴施,其中返青期、拔节期、孕穗期、扬花期和灌浆期的施氮比例分别20%、10%、15%、15%和10%。腐殖酸有机肥分2次追施,分别在孕穗期和扬花期施用,每次为总量的50%。

材料为当地主栽品种新冬22号,播种量为300 kg/hm2,全生育期总灌溉量为4 050 m3/hm2(播种后滴出苗水450 m3/hm2,冬灌900 m3/hm2,返青期、拔节期、孕穗期、扬花期、灌浆期和乳熟期各滴水1次,每次450 m3/hm2,滴灌带布置为1管4行(4行小麦1条滴灌带,行距为15 cm)。其他各项管理与大田生产相同,无明显病虫草害。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 植株取样与测产

在小麦成熟期每试验小区取有代表性2 m2(1 m×2 m)样方测产,调查割方总茎数、有效穗数、千粒重、容重,按照籽粒12.5%折算出产量。每小区取10株小麦植株样,按茎、叶、穗分装,带回实验室放入烘箱中105℃杀青30 min,75℃烘24 h至恒重,测试分析全氮、全磷和全钾含量。

植株的全氮、全磷、全钾含量分别采用凯氏定氮法、钼锑抗比色法、火焰光度计法测定。

1.2.2.2 土壤取样

小麦成熟期每试验小区取0～20 cm土样,实验室内剔除根系、残膜、石块等,自然风干后测试分析有机质、全氮、有效磷和速效钾含量。

采用常规分析方法测定,土壤有机质(OM)采用重铬酸钾外加热氧化法测定,全氮(TN)采用凯氏蒸馏法测定;速效磷(AP)采用NaHCO3浸提钼锑抗比色法测定,速效钾(AK)采用1 mol/L NH4Ac浸提火焰光度法测定。

1.2.2.3 相关指标计算

地上部氮(磷)素积累量=茎叶干物重×茎叶干物质含氮(磷)量+籽粒干物重×籽粒干物质含氮(磷)量;

氮(磷)肥利用率(REN/P)=(全肥区植株地上部氮(磷)素积累量-缺氮(磷)区植株地上部氮(磷)素积累量)/施氮(磷)肥量×100%。

氮(磷)肥农学效率(AEN/P)=(全肥区籽粒产量-缺氮(磷)区籽粒产量)/施氮(磷)肥量;

氮(磷)肥偏生产力(PFPN/P)=全肥区产量/施氮(磷)肥量×100%。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2007和IBM SPSS Statistics 20软件下进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 有机无机配施对晚播冬小麦产量及产量构成的影响

研究表明,有机无机配施促进了晚播冬小麦穗数的增加,有机无机配施处理晚播冬小麦穗数显著高于常规施氮处理,NM1、NM2、NM3分别较NF增加16.42%、18.64%和24.16%,分别较OPT增加1.05%、2.98%、7.77%;有机无机配施对晚播冬小麦穗粒数的增加具有积极作用,随着腐殖酸肥配施量的增加,穗粒数呈现增加趋势,NM3处理穗粒数显著高于NM1、NM2、OPT和NF处理,穗粒数分别增加7.74%、5.36%、8.50%和12.42%,NM1、NM2、OPT和NF处理间穗粒数差异不显著;各处理间千粒重差异不显著,NM3最大,NM2次之;NM3产量最大,显著高于其他处理,较NF处理增产32.48%,较OPT处理增产20.48%,NM1和NM2处理产量显著高于NF处理,但与OPT处理差异不显著,分别较NF处理增产13.93%和18.05%,较OPT处理增产3.61%和7.36%。表1

表1 产量及产量构成因素

2.2 有机无机配施对晚播冬小麦植株氮磷吸收的影响

研究表明,有机无机配施有助于提高晚播冬小麦植株对氮、磷元素的吸收利用,不同处理超晚冬播小麦氮磷吸收量整体表现全肥处理高于缺素处理,优化施肥OPT高于常规施氮NF,有机无机配施处理高于单是化肥处理,且随着腐殖酸肥配施量的增加而增加。NM3处理的茎叶吸氮量、籽粒吸氮量和地上部总吸氮量最高,显著高于N0和P0处理,与OPT、NM1、NM2和NF处理差异不显著。NM3茎叶吸氮量分别较OPT和NF提高了11.64%和12.12%,籽粒吸氮量分别较OPT和NF提高了7.71%和9.36%,地上部总吸氮量分别较OPT和NF提高了8.38%和9.83%

NM3处理茎叶吸磷量最大,显著高于N0和NF处理,与P0、OPT、NM1和NM2处理差异不显著,NM3茎叶吸磷量分别较OPT和NF提高了27.39%和53.58%。NM3处理籽粒吸磷量最大,与NM2差异不显著,显著高于其他处理,NM2与NM1差异不显著,显著高于N0、P0、OPT和NF处理,NM2和NM3籽粒吸磷量分别较OPT提高了11.14%和17.60%,分别较NF提高了21.15%和28.61%。NM3地上部总吸磷量最大,与NM2差异不显著,显著高于其他处理,NM2与NM1差异不显著,显著高于N0、P0、OPT和NF处理,NM2、NM3地上部总吸磷量分别较OPT提高了12.16%和18.46%,分别较NF提高了23.68%和30.62%。表2

表2 不同处理下超晚冬播小麦氮磷吸收量变化

2.3 有机无机配施对晚播冬小麦氮磷利用效率的影响

研究表明,有机无机配施处理REN和REP显著高于NF,均随着腐殖酸肥配施量的增加而增加。NM3处理REN和REP最大,均显著高于NM1和OPT,与NM2差异不显著。NM1、NM2、NM3较NF处理REN分别提高34.92%、53.32%和71.68%,REP分别提高了87.23%、124.03%和166.09%,较OPT处理REN分别提高了2.67%、16.67%和30.65%,REP分别提高了20.26%、43.90%和70.92%。

有机无机配施处理AEN和AEP显著高于NF,均随着腐殖酸肥配施量的增加而增加,NM3处理AEN和AEP最大,均显著高于NM1、NM2和OPT,NM1、NM2和OPT间差异不显著。NM1、NM2、NM3较NF处理相比,AEN分别提高164.49%、205.97%和350.28%,AEP分别提高了166.67%、215.78%和388.30%,较OPT处理相比,AEN分别提高了17.55%、35.98%和100.13%,AEP分别提高了21.72%、44.13%和122.88%。

有机无机配施处理PFPN和PFPP显著高于NF,均随着腐殖酸肥配施量的增加而增加,NM3处理PFPN和PFPP最大,均显著高于NM1、NM2和OPT,NM1、NM2和OPT间差异不显著。NM1、NM2、NM3较NF处理相比,PFPN分别提高42.41%、47.59%和65.61%,PFPP分别提高了13.92%、18.05%和32.49%,较OPT处理相比,PFPN分别提高了3.59%、7.36%和20.47%,PFPP分别提高了3.60%、7.36%和20.48%。表3

表3 不同处理下超晚冬播小麦氮磷利用效率变化

2.4 有机无机配施对土壤肥力因素的影响

研究表明,0～20 cm土壤全氮含量NM3最高,NM2次之,NM2和NM3显著高于其他处理,NM1高于OPT和NF处理,但与二者差异不显著;NM1、NM2和NM3分别较OPT提高了13.33%、44.00%和54.67%,分别较NF提高了7.59%、36.71%和46.84%。20～40 cm土壤全氮含量NM3最高,NM2次之,NM2和NM3显著高于N0、P0、OPT和NF处理,NM1显著高于OPT,与NF差异不显著;NM1、NM2和NM320～40 cm土壤全氮含量分别比OPT提高了36.41%、42.44%和45.51%,分别较NF提高了9.13%、13.95%和16.41%。

0～20 cm土壤有机质含量NM3最高,NM2次之,NM2和NM3显著高于N0、P0、OPT和NF处理,与NM1差异不显著。 NM10～20 cm土壤有机质含量高于OPT和NF处理,但与二者差异不显著;NM1、NM2和NM3分别较OPT提高了31.48%、39.51%和50.40%,分别较NF提高了31.79%、39.84%和50.76%。20～40 cm土壤有机质含量NM3最高,NM2次之,NM1、NM2和NM3显著高于P0和OPT处理,与N0和NF差异不显著;NM1、NM2和NM3分别比OPT 提高了32.54%、35.56%和38.15%,分别较NF提高了8.85%、11.33%和13.45%。

0～20 cm土壤有效磷含量NM3最高,NM2次之,NM1、NM2和NM3显著高于N0、P0和NF处理,与N0和OPT差异不显著;NM1、NM2和 NM2分别较OPT提高了30.06%、33.35%和42.50%,分别较NF提高了63.31%、67.44%和78.92%。20～40 cm土壤有效磷含量NM2最高,NM3次之,NM1显著高于N0、P0和OPT,与NF差异不显著;NM1、NM2和NM3分别比OPT 提高了92.43%、110.58%和100.11%,分别较NF提高了38.13%、51.16%和43.65%。

0～20 cm土壤速效钾含量N0最高,但与其他处理差异不显著;NM1、NM2和NM3均高于OPT和NF,但之间差异不显著,NM1、NM2和NM3分别较OPT提高了8.32%、6.02%、12.71%,分别较NF提高了12.63%、10.24%和17.20%。20～40 cm土壤速效钾含量N0最高,显著高于其他处理,P0、NM1、NM2、NM3、OPT和NF间显著不显著;NM1、NM2处理20～40 cm土壤速效钾含量均低于OPT 和NF处理,NM3较OPT提高了6.51%,与NF相当。表4

表4 不同处理下超晚冬播小麦麦田土壤养分含量变化

3 讨 论

土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量均为衡量土壤肥力的指标[14]。化肥可以迅速改善土壤养分的供应,但易损失,而有机肥中养分释放相比较缓慢,养分不易损失,有机无机配施可以改善土壤微生物的活性,提高土壤养分的释放能力,改善土壤供应,减少养分损失,为作物生长提供充足的养分环境,延缓衰老,延长灌浆时间,提高作物养分吸收利用,实现增产效果[23]。试验结果表明,80%常规施氮配施不同剂量腐殖酸肥对提高晚播冬小麦穗数、穗粒数和产量的提高具有积极作用,与常规施氮相比,当80%常规施氮配施腐殖酸肥5.40 kg/hm2时,穗数、穗粒数和产量分别提高了24.16%、12.42%和32.48%,与以往的研究结果基本一致,张晶等[24]研究表明,有机无机配施可以增加成穗数、穗粒数并可以改善光合特性,延长灌浆持续期,提高小麦对养分的吸收利用,促进增产。申长卫等[25]研究表明,适宜的有机无机配施能提高小麦各生育阶段的吸氮强度和籽粒中的氮素分配率,对提高冬小麦植株氮素具有积极作用。研究发现,有机无机配施超晚冬播小麦茎叶、籽粒和地上部总氮磷积累量均高于其他处理,与前人研究结果一致。与常规施氮相比,当80%常规施氮配施腐殖酸肥5.40 kg/hm2时,茎叶吸氮量、籽粒吸氮量、地上部总吸氮量分别提高12.12%、9.36%和9.83%,茎叶吸磷量、籽粒吸磷量、地上部总吸磷量分别提高53.58%、28.61%和30.62%。

肥料利用率低是我国作物种植管理的突出问题,有机无机配施可以优化改善化肥管理,是提高肥料利用率行之有效的措施之一[26]。孟琳等[27]研究表明,与单施化肥相比,有机无机配施能显著提高水稻对氮素利用率和农学效率。魏文良等[28]在长期定位试验研究结果的基础上,基于用文献计量,研究了有机无机肥配施对我国小麦、玉米、水稻产量、氮肥利用效率的影响,结果表明,有机无机配施相比单施化肥产量平均提高了18.2%,氮肥偏生产力提高了32.5%。张丽丽等[22]研究表明,在碱性土壤条件下,有机无机配施可以显著提升磷肥利用率和肥料产量贡献率。研究结果表明,与常规施氮相比,有机无机配施REN提高了34.92%～71.68%,AEN提高了164.49%～350.28%,PFPN提高了42.41%～65.61%,REP提高了87.23%～166.09%,AEP提高了166.67%～388.30%,PFPP提高了13.92%～32.49%,与前人研究结果基本一致。有机无机配施可以显著降低土壤pH值,改善土壤团粒结构,提高土壤养分含量,促进根系生长,有利于作物对养分的吸收利用[14,26],提高作物生物量和产量,最终提肥料利用效率。

施用有机肥对提高土壤肥力具有积极作用[28-32]。胡明芳等[33]研究表明,申长卫等[25]研究表明,与单施化肥相比,有机无机配施可显著提高土壤全氮、有机质、有效磷和速效钾含量。于昕阳等[34]研究表明,有机无机配施可显著提高土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量。Yang 等[35]等通过长期定位试验研究表明,与单施化肥相比,有机无机配施后,土壤全氮的含量显著提高46%～55%,而且随有机肥投入量增加而增加。试验结果表明,与常规施氮相比,有机无机配施后,土壤中全氮含量、有机质、有效磷和速效钾含量都有不同程度地提高,且随腐殖酸肥配施量的增加而增加,与前述结论一致。

4 结 论

4.1有机无机配施对不同程度提高了超晚播冬小麦穗数、穗粒数、产量和氮磷吸收积累量。与常规施氮相比,穗数提高了16.42%～24.16%,穗粒数提高了4.35%～12.42%,产量提高了13.93%～32.48%,地上部植株氮积累量提高了2.08%～9.83%,磷积累量提高了16.08%～30.62%。

4.2有机无机配施均不同程度的提高了超晚播冬小麦氮磷肥料利用效率。与常规施氮相比,有机无机配施REN34.92%～71.68%,AEN提高了164.49%～350.28%,PFPN提高了42.41%～65.61%,REP提高了87.23%～166.09%,AEP提高了166.67%～388.30%,PFPP提高了13.92%～32.49%。

4.3有机无机配施均不同程度的提高了麦田土壤养分含量,对土壤肥力的提高具有积极作用。与常规施氮相比,有机无机配施0～20 cm土壤全氮含量提高7.59%～46.84%,有机质含量提高了31.79%～50.76%,有效磷含量提高63.31%～78.92%,速效钾含量提高12.63%～17.20%。