磷肥施用方式对滴灌小麦生长和磷肥利用效率的影响

陈传信,张永强,聂石辉,赛力汗·赛,徐其江,张宏芝,雷钧杰

(1.新疆农业科学院粮食作物研究所, 乌鲁木齐 830091; 2. 农业农村部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室,乌鲁木齐 830091;3. 新疆农业科学院核技术生物技术研究所, 乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】磷是小麦必需的三大营养要素之一,且对小麦产量具有重要的影响和调控作用。相对于氮肥和钾肥而言,磷肥的利用效率较低。新疆地处干旱半干旱地区,土壤多为石灰性土壤,固磷能力比较强,如何减少磷在土壤中的固定,提高磷肥利用率对新疆绿洲农业的可持续发展至关重要。滴灌水肥一体化技术是提高水肥利用效率的最有效手段[1]。【前人研究进展】目前滴灌小麦水肥一体化条件下滴施氮肥[2-6]研究较多,而小麦磷肥施用方式并未相应改变,仍是以播前基施为主,随水滴施磷肥的水肥互作效应未能充分发挥。在石灰性土壤上分次随水滴施磷肥,可显著减少磷在土壤中的固定,提高磷的移动性、有效性[7]。滴灌技术在节水节肥的同时,也能够有效提高磷肥养分利用率[8]。【本研究切入点】随着水溶性磷肥的出现,在滴灌条件下随水滴施磷肥成为可能,目前磷肥滴施多集中在玉米、棉花、水稻[8-10]上,而关于小麦随水滴施磷肥的研究未见报道。需研究不同施磷方式对滴灌小麦生长和磷肥利用率的影响。【拟解决的关键问题】在大田滴灌条件下,以冬小麦品种新冬41号为材料,设置6个不同施磷方式,研究小麦干物质积累、养分吸收、产量及磷肥利用效率的影响,为新疆滴灌小麦磷肥的合理施用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2020～2021年在新疆农业科学院玛纳斯试验站进行(N44°18′,E86°13′)。该地处于暖温带大陆性干旱半干旱气候区,年均日照时数可达2 800 h,年均气温7.2℃,年均降雨量173.3 mm,蒸发量2 141 mm,极端最高气温39.6℃,极端最低气温-37.4℃,全年无霜期可达172 d。试验地为沙壤土,播前0～20 cm土壤有机质15.7 g/kg,碱解氮64.7 mg/kg,速效磷16.9 mg/kg,速效钾152 mg/kg。在大田滴灌条件下,以冬小麦品种新冬41号为材料。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用随机区组试验设计,等量氮磷钾的基础上(纯磷172.5 kg/hm2;纯氮300 kg/hm2,氮肥基追比为1∶1.6,其中氮肥追施时期及比例为拔节期∶孕穗期∶开花期=3∶1∶1;纯钾52.5 kg/hm2,全部基施),设置6个磷肥施用方式,分别为F0:不施磷、F1:100%基施、F2:75%基施+25%追施、F3:50%基施+50%追施、F4:25%基施+75%追施、F5:100%追施。基施磷肥为磷酸二铵,追施磷肥为磷酸一铵,追施时期为拔节期。各处理于2020年9月23日播种,15 cm等行距机械条播,基本苗525×104株/hm2,小区面积54 m2(5.4 m×10 m),每处理重复3次。表1

表1 各处理施肥

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 产量及产量构成因素

于成熟期从各小区选取2 m2(1 m×2 m)样点,人工单独收割脱粒测定产量,按照籽粒含水量13%折算每公顷产量。每小区选取1 m双行小麦植株样本,调查穗数、穗粒数和千粒重。

1.2.2.2 干物质

将成熟期每小区选取的1 m双行小麦全部植株剪去根系后,把植株分解为籽粒和秸秆两个部分,籽粒与秸秆分别在80℃烘箱中烘至恒重,用千分之一天平称取各部分干物质重量。

1.2.2.3 植株磷含量

将成熟期每小区选取的1 m双行小麦全部植株的籽粒和秸秆干物质样品分别粉碎过筛,用于测定籽粒和秸秆中的磷含量,采用H2SO4-H2O2消煮后,钒铝黄比色法测小麦植株各部分磷含量。

1.2.2.4 肥料利用效率

肥料农学利用效率=(施肥处理小麦籽粒产量-未施肥处理小麦籽粒产量)/施肥量;

肥料偏生产力=施肥处理小麦籽粒产量/施肥量;

肥料利用率=(施肥处理的植株吸收量-不施肥处理植株吸收量)/施肥量×100%。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2017进行数据整理,运用SPSS 19.0软件分析数据。

2 结果与分析

2.1 施磷方式对滴灌小麦地上干物质积累量的影响

研究表明,不同施磷方式下滴灌小麦地上干物质积累量存在差异。与不施磷F0处理相比,施磷处理能显著提高小麦秸秆和籽粒的干物质积累量,施磷处理的秸秆和籽粒干物质积累量比不施磷F0处理分别增加7.05%～55.41%、17.67%～55.51%。秸秆、籽粒的干物质积累量均表现为F3>F2>F4>F1>F5。秸秆、籽粒干物质积累量均以F3处理最高,分别为14 569.17、11 978.99 kg/hm2,F5处理最低,F3处理的秸秆、籽粒干物质积累量比F5处理分别增加45.17%、32.16%,且差异显著。图1

注:小写字母表示差异达0.05显著水平,下同

2.2 施磷方式对滴灌小麦产量及构成因素影响

研究表明,相较于不施磷F0处理,施磷处理提高了穗数、穗粒数、千粒重,施磷处理的穗数、穗粒数、千粒重分别比F0处理增加5.93%～23.99%、0.32%～8.76%、1.78%～6.45%,促进了小麦产量的增加,产量最高增加1 468.30 kg/hm2。不同施磷处理下小麦产量和构成因素存在差异。穗数、穗粒数、千粒重均以F3处理表现最好,F5处理表现最差,F3处理的穗数、穗粒数、千粒重比F5处理分别增加17.05%、8.41%、4.59%,F3处理的产量比F5处理增加10.21%,且差异显著。表2

表2 不同处理下小麦产量及构成因素

2.3 施磷方式对滴灌小麦地上部养分积累量的影响

研究表明,不同施磷处理下滴灌小麦地上部养分积累量表现一定差异。与不施磷F0处理相比,施磷能提高小麦的秸秆和籽粒中养分的积累量,施磷处理的秸秆和籽粒养分的积累量比不施磷F0处理分别增加17.46%～120.40%、24.30%～79.00%。秸秆、籽粒养分积累量均表现为F3>F2>F4>F1>F5。秸秆、籽粒养分积累量均以F3处理最高,F5处理最低,F3处理的秸秆、籽粒养分积累量比F5处理分别增加87.64%、44.01%,且差异显著。图2

图2 不同处理下小麦磷素积累量变化

2.4 施磷方式对滴灌小麦肥料利用率的影响

研究表明,不同施磷处理下滴灌小麦肥料利用率存在一定差异。磷肥利用率、磷肥偏生产力、磷肥农学效率均表现为F3>F2>F4>F5>F1。磷肥利用率、磷肥偏生产力、磷肥农学效率均以F3处理最高,分别为14.25%、45.65 kg/kg、8.51 kg/kg,与其他处理差异显著,F3处理的磷肥利用率、磷肥偏生产力、磷肥农学效率比F1处理分别增加11.00%、4.81 kg/kg、4.80 kg/kg,且差异显著。表3

表3 不同处理下小麦磷肥利用效率

3 讨 论

3.1决定小麦产量高低的因素除与其本身的遗传特性有关外,主要受土壤水、肥、气、热等因素的影响[11-13]。刘毅志等[14]指出磷肥底施效果最好,随着施磷时间的推移,增产效果逐渐减小,在没有底施磷肥的条件下,追施磷肥的时间越早,增产效果越好。姜宗庆等[15]发现在施磷量一定的情况下,不同磷肥基追比处理间植株干物质积累量、穗数、每穗粒数表现为7∶3处理>5∶5处理>10∶0处理>3∶7处理>0∶10处理,基追比5∶5处理的千粒重最高。邓兰生等[16]认为滴施磷肥有利于提高马铃薯块茎中的磷质量浓度,磷肥全部滴施,马铃薯块茎中的含磷量显著高于磷肥基施;50%磷肥基施、50%磷肥追施的马铃薯块茎产量最高。目前关于磷肥基追肥比例的研究结果尚不统一,可能与当地的生态条件、土壤状况、作物及品种类型有关。试验中,小麦的产量构成因素(穗数、穗粒数、千粒重)均以F3处理表现最好,施磷可以提高小麦穗数、穗粒数、千粒重。在施磷量相同的条件下,磷肥基施配合部分磷肥随水滴施有利于提高小麦产量,尤其以F3处理(50%基施+50%追施)表现最好,产量为7 874.31 kg/hm2,较F0、F1、F2、F4和F5分别提高22.92%、11.76%、5.20%、6.72%和10.21%。作物产量的提高与磷素的吸收密切相关,滴灌条件下可根据作物需磷规律随水施磷,从而实现产量和的磷素养分利用的协同提高。

3.2磷是植物生长发育的必需营养元素之一,直接影响植株光合效率和产量[17-18],施用磷肥可以促进作物的生长发育和产量的增加。磷素养分利用效率与磷肥品种、施用技术方法密切相关[19-23]。以往表层撒施磷肥,磷素易被土壤固定,磷素利用率很低[24]。Kafkafi[25]认为随水施肥有利于提高磷素利用率;刘洪亮等[26]研究表明,在滴灌条件下磷肥利用率为18.73%～26.33%,其中磷肥基施配合滴施处理利用率最高。试验中,磷肥利用率、磷肥偏生产力和磷肥农学效率均以F1处理(100%基施磷肥)最小,分别为3.25%、40.84 kg/kg和3.71 kg/kg,各处理表现为F3>F2>F4>F5>F1,相比于磷肥全部基施,等量施磷量条件下磷肥部分随水追施配合基施或磷肥全部随水追施,可显著提高磷肥利用效率,与前人研究结果相似。

4 结 论

施磷利于小麦植株的生长发育,可显著增加小麦产量。等量养分条件下,不同施磷方式对滴灌小麦的生长和磷肥利用效率产生影响。F3处理(50%基施+50%追施)小麦群体生长发育较好,群体产量构成因素表现最优,磷素的养分积累量也最高,具有较高的磷肥利用率。