不同复合肥对小麦生长和土壤养分特征的影响

蔡云彤,王晓云,赵海涛

(1.兴化市现代农业发展服务中心,江苏泰州 225700;2.扬州大学环境科学与工程学院,江苏扬州 225127)

我国是世界上最大的小麦生产国之一,小麦产量占全国粮食总产的20.1%[1],占全球小麦总产的17.6%[2],确保小麦增产稳产对我国粮食安全和全球粮食市场稳定至关重要。土壤是小麦生产的基础,肥料投入能进一步为小麦生长提供养分,提高产量。化肥投入对粮食产量增长的贡献率达56.81%[3],但我国单位面积肥料施用量已远超国际标准,对生态环境造成严重破坏[4]。因此,优化施肥迫在眉睫。

控释肥可以通过控制养分释放速率,使其与作物生长需求相一致,从而达到提高肥效的目的。与常规施肥相比,施用脲甲醛缓释肥能使水稻增产2.1%[5]。施用缓释氮肥能使玉米增产15.16%,显著提升玉米的穗粒数、千粒重、籽仁中钾含量及秸秆中氮、磷、钾含量[6]。施用缓控释肥可以促进花生植株生长,增加单株结果数和单株果重[7]。泰州是国家小麦主产区,明确控释肥对小麦产量的影响至关重要。笔者探究不同配比控释肥和普通复合肥对土壤养分和小麦产量的影响,旨在为小麦高产栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况试验于2020年11月至2021年6月在江苏泰州兴化市周庄镇界河村的周庄镇农业园区(119.947 6°E,32.689 8°N)试验田进行。属北亚热带地区,年平均气温15 ℃,年降水量1 020 mm。试验土种为黄杂土勤砂土,质地为壤土,前茬为水稻。供试土壤基本理化性质为有机质含量36.7 g/kg、全氮含量2.08 g/kg、有效磷含量18.7 mg/kg、速效钾含量158 mg/kg、pH 7.06。

1.2 试验设计设置基肥施用不同氮磷钾配比的常规复合肥和控释肥处理。RF,常规施肥,基肥一次性施用375 kg/hm2普通复合肥(15-15-15)和375 kg/hm2尿素;R1,施用氮磷钾配比为20-12-8的普通复合肥,基肥一次性施用600 kg/hm2普通复合肥(20-12-8)和60 kg/hm2尿素;R2,施用氮磷钾配比为20-15-7的普通复合肥,基肥一次性施用600 kg/hm2普通复合肥(20-15-7)和60 kg/hm2尿素;R3,施用氮磷钾配比为28-15-6的小麦专用控释肥,基肥一次性施用525 kg/hm2;R4,施用氮磷钾配比为23-12-5的小麦专用控释肥,基肥一次性施用600 kg/hm2;R5,施用氮磷钾配比为18-10-12的普通复合肥,基肥一次性施用675 kg/hm2普通复合肥(18-10-12)和60 kg/hm2尿素;R6,施用氮磷钾配比为22-12-8的小麦专用控释肥,基肥一次性施用675 kg/hm2;R7,施用氮磷钾配比为24-14-5的普通复合肥,基肥一次性施用525 kg/hm2普通复合肥(24-14-5)和60 kg/hm2尿素;CK,空白对照,小麦全生育期不施任何肥料。共计9个处理,每个处理3次重复。供试小麦品种为镇麦12,小区面积30 m2(5 m×6 m),随机区组排列。在小麦拔节孕穗期,各处理施用300 kg/hm2普通复合肥(24-0-4),CK不施肥,其他管理同一般大田。

1.3 测定项目与方法小麦产量:小麦按262.5 kg/hm2均匀播种,于2020年11月20日播种,2021年6月3日收割。小麦成熟后,每个小区随机选择5穴植株测定有效穗、穗粒数、千粒重,同时测定每个小区实际产量。

土壤肥力:小麦收获后,取0～20 cm耕层土壤样品,测定土壤理化性质。土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化-外加热法测定,土壤全氮含量采用开氏消毒法测定,土壤有效磷含量采用盐酸-硫酸浸提法测定,土壤速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定。

1.4 数据处理采用Excel 2019对试验数据进行分析,利用Origin 2021进行绘图。

2 结果与分析

2.1 小麦产量构成由表1可知,与CK相比,所有施肥处理均可以显著提高小麦产量,增幅达72.3%～89.0%。其中R3处理下小麦产量最高,增产3 204.0 kg/hm2。R6处理小麦有效穗数最高,与其他处理相比高7.5万～60.0万穗/hm2。所有施肥处理下小麦千粒重均高于空白对照,但各施肥处理间无显著差异,说明与千粒重相比,有效穗数和穗粒数是影响产量的主要原因[8]。

表1 不同肥料种类对小麦产量及其构成因子的影响

不同磷钾配比对产量影响不同。相同施肥量下,R2展鹏复合肥(20-15-7)相较R1展鹏复合肥(20-12-8)产量增加1.6%,说明磷钾配比能影响小麦产量,合理的磷钾配比能进一步提高作物产量。与RF农户常规施肥相比,其他施肥处理小麦产量均出现不同程度的提高。其中R3控释肥(28-15-6)、R4控释肥(23-12-5)、R6控释肥(22-12-8)处理下增产率均高于8%,其他复合肥处理下,增产率均低于6%,说明控释肥增产效果优于复合肥。另外,控释肥的施用能进一步降低肥料使用量,其中R3肥料使用量最少,可进一步节约肥料成本,提高经济效益。

2.2 土壤养分变化由图1可知,与CK相比,不同肥料种类处理均提高了土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量。其中各施肥处理中土壤有机质含量、全氮含量、有效磷含量和速效钾含量均以R3处理最高,分别为45.8 g/kg、2.81 g/kg、32.7 mg/kg、287 mg/kg,说明控释肥(28-15-6)提高土壤肥力效果最显著。与CK相比,常规施肥处理下土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量分别增加4.09%、6.73%、25.67%和24.68%。相较于空白对照,不同施肥处理对土壤养分含量的增幅不同,其中有效磷和速效钾增幅较大,分别增加25.67%～74.87%、24.68%～81.65%,有机质和全氮含量增幅较小,分别为4.09%～24.80%、6.73%%～35.10%。

图1 不同肥料种类对土壤肥力的影响Fig.1 Effect of different fertilizer types on soil fertility

3 结论与讨论

耕地土壤中养分含量与肥料施用效果密切相关。施用控释肥能显著改善土壤环境,减少土壤中氮素的流失,降低对环境和地下水污染的风险[9]。研究发现,施肥能促进植物生长,改善土壤环境,提高土壤养分含量[10],施用控释肥土壤有机质含量高于施用化肥处理后的土壤[11]。研究发现,施用缓释肥后可提高土壤中有机质和氮磷钾含量[12]。施用控释肥能提高土壤中微生物含量和酶活性,合理施用控释肥不仅可促进作物生长、提高肥料利用率,而且可提高土壤肥力[13]。该研究发现,施用控释肥能够明显提升土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾等含量,这与前人研究结果相一致。其中氮磷钾配比为28-15-6的控释肥处理提升土壤养分含量的综合效果最明显,原因是控释肥的养分释放相对较慢,当小麦生育后期的养分需求和吸收能力下降,控释肥释放的养分残留在土壤中,从而导致土壤养分含量增加[11]。

产量因子受气候环境、土壤肥力、作物品种、栽培方式等因素的影响,从而导致不同肥料对构成产量相关性状的影响不同。研究发现,不同肥料运筹对小麦单位面积有效穗数影响显著[14],也有研究认为不同施肥处理间小麦穗粒数差异最大[15]。该研究中各施肥处理对有效穗数和穗粒数影响较大,对千粒重影响较小,这与前人研究结果相似[16]。氮磷钾配比是影响小麦生长的因素之一,与小麦产量形成有直接关系[17]。合理的氮磷钾配比能够明显改善作物生长发育,进一步促进养分吸收,提高产量和经济效益[18]。该研究中R2处理磷含量占比比R1处理高,小麦产量提高1.7%,说明氮磷钾配比明显影响小麦产量。

作物产量及其构成因子是评价肥料效果的重要因子[19]。控释肥增产效果明显,其主要通过增加小麦成穗数和穗粒数来提高产量[20]。与基施普通复合肥(15-15-15)相比,基施控释肥的增产效果明显[19]。该研究表明,与常规施肥(RF)相比,基施28-15-6控释肥(R3)增产效果最高,增幅9.7%;其次基施23-12-5控释肥(R4)和22-12-8控释肥(R6)。其主要原因是控释肥能有效延长肥效期,通过控制养分释放速率满足作物不同时期对养分的需求,进一步提高肥料利用率,减少养分流失,从而提高作物产量[20-21]。与普通施肥相比,施用控释肥后小麦纯收益能够提高4 352元/hm2[20]。与优化施肥相比,一次性施用控释氮肥经济效益提高137元/hm2[22]。该研究中,与常规施肥相比,施用控释肥处理不仅显著提高产量,而且减少了化肥施用量,R3、R4、R6处理下化肥施用量分别减少225、150、150 kg/hm2,间接提高经济效益。这主要是因为控释肥虽然价格较高,但显著提高作物产量,同时节约人工成本,因此小麦纯经济效益增加。

综上,不同施肥处理均可以提高土壤养分,促进小麦生长,提高小麦产量。基肥施用控释肥比施用普通复合肥更能提升小麦产量。其中基施氮磷钾配比为28-15-6控释肥增产效果最为明显。