施氮量和底施對小麥產(chǎn)量、氮肥利用及土壤殘留的影響

0施氮量、底肥與施肥的比例對小麥產(chǎn)量的影響[研究意義]向小麥?zhǔn)┯玫适翘岣咝←湲a(chǎn)量和品質(zhì)的主要措施之一，但不適當(dāng)?shù)氖褂玫室矔?dǎo)致以下副作用，如低血壓、污染嚴(yán)重。因此，合理利用氮肥是提高水稻利用率、提高作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)和減少污染的重要舉措。【前人研究進(jìn)展】關(guān)于施氮量和追肥時期對小麥產(chǎn)量的影響已有較多研究,有報道指出高產(chǎn)麥田施氮量在225-300kg·ha-1范圍內(nèi),底追肥比例2﹕1為宜;另有研究表明超高產(chǎn)小麥?zhǔn)┑吭?60kg·ha-1或240kg·ha-1條件下,均以底施與拔節(jié)期追施比例為1﹕1產(chǎn)量最高?！颈狙芯康那腥朦c】前人的研究主要側(cè)重于施氮量和底肥與追肥的比例對小麥產(chǎn)量的影響,而在保證產(chǎn)量和品質(zhì)的同時,降低肥料氮在深層土壤的殘留,減少氮肥損失,提高氮肥利用率的研究尚少見報道;在高產(chǎn)田,底肥和追肥的比例如何配置,二者對小麥產(chǎn)量及不同生育時期肥料氮的去向有何影響,亦缺乏研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本試驗應(yīng)用15N標(biāo)記技術(shù)研究了高產(chǎn)條件下底施和追施肥料氮的利用率、在0-200cm土層不同深度土壤中的殘留和損失以及施氮量和底追肥比例對小麥籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的影響,旨在提出兼顧小麥產(chǎn)量、品質(zhì)、效益、生態(tài)、安全的氮肥運籌方式,為小麥生產(chǎn)中氮肥的合理調(diào)控提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1小麥品種對土壤養(yǎng)分積累的影響試驗于2003-2004年度在山東省龍口市中村高產(chǎn)田進(jìn)行。試驗點位于東經(jīng)120.3°、北緯37.3°。該地區(qū)屬于溫帶季風(fēng)型氣候帶,海拔10m左右,歷年平均全年降雨量為600mm,主要分布在7-8月份。年平均氣溫為12℃,無霜期190d。本年度小麥生育期間降水量為播種至冬前期82.9mm,冬前至拔節(jié)期33.3mm,拔節(jié)至開花期28mm,開花至成熟期84.3mm。試驗地為棕壤,小麥播前0-20cm土層養(yǎng)分含量為有機質(zhì)13.1g·kg-1、全氮1.14g·kg-1、堿解氮87.5mg·kg-1、速效磷10.49mg·kg-1、速效鉀84mg·kg-1。0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-80cm、80-100cm、100-120cm、120-140cm、140-160cm、160-180cm、180-200cm各土層土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量分別為19.9、13.3、13.0、8.4、9.0、7.5、7.8、6.9、6.0、5.8mg·kg-1和7.5、6.6、6.6、6.0、5.2、5.3、5.0、4.8、4.8、4.7mg·kg-1。0-100cm和100-200cm土層土壤硝態(tài)氮積累量分別為157kg·ha-1和88kg·ha-1,0-100cm和100-200cm土層土壤無機氮積累量分別為237kg·ha-1和152kg·ha-1。選用強筋小麥品種濟(jì)麥20。15N標(biāo)記試驗采用土柱栽培法。選用直徑20cm、高205cm、未封底的PVC管,將0-30cm、30-100cm和100-200cm各層土壤分別取出并晾干過篩。把PVC管豎直放入挖好的土坑中,依次填入100-200cm和30-100cm土層的土,每填入50cm深的土即充分灌水使其自然沉實,待30cm以下土壤完全沉實,再填入20cm深的表土用水沉實,均勻撒上底施氮肥、全部磷肥和鉀肥,蓋上10cm厚的表土,并填埋好土柱周圍土壤以恢復(fù)原狀。土柱高出地面5cm,以免灌溉時發(fā)生養(yǎng)分流失。試驗設(shè)置7個處理,即不施氮肥;N168kg·ha-1(每柱0.527g),底施1份、拔節(jié)期追施1份;N168kg·ha-1(每柱0.527g),底施1份、拔節(jié)期追施2份;N168kg·ha-1(每柱0.527g),不施底氮肥、全部拔節(jié)期追施;N240kg·ha-1(每柱0.753g),底施1份、拔節(jié)期追施1份;N240kg·ha-1(每柱0.753g),底施1份、拔節(jié)期追施2份;N240kg·ha-1(每柱0.753g),不施底氮肥、全部拔節(jié)期追施,分別用N0、N1、N2、N3、N4、N5、N6表示(表1)。其中處理N4為當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)麥田常規(guī)施氮量和底追肥比例。每處理設(shè)“底施15N標(biāo)記尿素+拔節(jié)期追施普通尿素”和“底施普通尿素+拔節(jié)期追施15N標(biāo)記尿素”兩種施肥方式,以分別計算小麥植株吸收的底肥氮和追肥氮的量。各處理磷肥用量為P2O5135kg·ha-1(每柱0.423gP2O5),鉀肥為K2O105kg·ha-1(每柱0.329gK2O)。15N氮肥為尿素(含N46%),由上?；ぱ芯吭荷a(chǎn),豐度為10.28%,磷肥為過磷酸鈣(含P2O517%),鉀肥為氯化鉀(含K2O60%)。底施氮肥、全部磷肥和鉀肥于制作土柱時施入;追施氮肥于小麥拔節(jié)期(4月13日)結(jié)合澆水施入。每柱播種10粒,于三葉期定苗5株,折合基本苗為150株·m-2,重復(fù)3次。小麥全生育期共灌溉3次,分別為冬前、拔節(jié)、灌漿期,每次灌水量為60mm。2003年10月4日播種,2004年6月11日收獲。其余管理措施同一般大田栽培。在同一地塊設(shè)置大田試驗,處理與15N標(biāo)記試驗相同,采用裂區(qū)設(shè)計,施氮量為主區(qū),氮肥底追肥比例為副區(qū)。小區(qū)面積為3m×8m=24m2,基本苗為150株·m-2,重復(fù)3次。2003年10月4日播種,2004年6月14日收獲。小麥灌溉和其他管理措施同土柱栽培。1.2土樣的采集和測定15N標(biāo)記試驗在拔節(jié)期(追肥前)、開花期和成熟期取植株樣品,70℃烘至恒重后測定干物質(zhì)重。同時,在各生育時期按20cm為一層取0-200cm土層土壤樣品,風(fēng)干保存。植株樣和土樣的15N豐度用北京分析儀器廠產(chǎn)ZHT-03型質(zhì)譜儀測定。大田試驗每小區(qū)收獲6m2計產(chǎn)。用GB2905-1982半微量凱氏定氮法測定籽粒氮素含量,乘以5.7即為蛋白質(zhì)含量。1.3計算方法植株吸收的氮素來源于底肥、追肥和土壤,比例的計算參照陳子元的方法:1.4統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)差異顯著性檢驗采用DPS統(tǒng)計分析軟件中Duncan新復(fù)極差法,作圖采用Originpro7.0軟件。2結(jié)果與分析2.1不同施氮量對小麥幼苗肥料積累的影響由表2可以看出,拔節(jié)期,相同施氮量處理,隨著底施氮量增加,小麥對底肥氮的積累量也增加。與不施底肥處理N3、N6比較,施入底肥顯著增加了植株的氮素積累量,但N1、N2、N4和N5之間無顯著差異,表明在處理N2的基礎(chǔ)上增加底施氮量,植株氮素積累量未顯著增加。開花期,相同施氮量處理,植株中追肥氮的積累量隨追施氮量的增加而提高。比較氮素總積累量,處理N1、N2、N4和N5之間無顯著差異,且顯著大于N3與N6,表明在開花期,不施底肥、拔節(jié)期全部追施的N3與N6的氮素積累量仍低于施底肥的處理。成熟期,小麥對追肥氮的積累量顯著大于底肥氮;相同施氮量處理間比較,底追肥比例為1﹕2的處理N2、N5的肥料氮積累量最高,但處理之間植株的氮素積累量差異不顯著。由表2還可以看出,在各生育時期,隨施氮量的增加,小麥吸收的肥料氮與土壤氮積累量的比值也增加,這說明在施氮量較低時,植株主要吸收土壤氮;增加施氮量,植株吸收肥料氮的比例上升。在施氮量相同的條件下,底追肥比例為1﹕2的處理N2、N5的肥料氮與土壤氮積累量比值最高,表明調(diào)節(jié)底追肥比例可促進(jìn)小麥對肥料氮的吸收,提高氮肥利用率。2.2不同時期和開花期和生育期底肥氮利用率和損失率施入土壤中的肥料氮有3個去向:作物吸收、土壤殘留和損失。在高肥力水澆地中,0-100cm土層中的小麥根系占總根量的89%,是小麥吸收養(yǎng)分的主要土層,因此本試驗將各生育時期0-100cm土層中標(biāo)記的肥料氮量定為殘留量,未被小麥吸收和殘留在100-200cm土層的肥料氮計為損失。由表3可以看出,在拔節(jié)期,底肥氮利用率、殘留率和損失率分別為22%-38%、29%-42%和20%-49%;與拔節(jié)期相比,開花期和成熟期底肥氮的利用率增加,殘留率降低,損失率無顯著變化。不同處理比較,各生育時期趨勢相同,即隨著底施氮量增加,氮肥利用率和土壤殘留率顯著降低,損失率顯著增加。這表明減少底施氮量是提高氮肥利用率、降低損失率的有效途徑。追肥氮在開花期和成熟期的去向存在差異(表3)。開花期的追肥氮利用率、土壤殘留率、損失率分別為25%-41%、45%-48%、13%-29%;成熟期與開花期相比較,其利用率和損失率增加,殘留率降低。處理之間比較,開花期和成熟期趨勢相同,表現(xiàn)為底追肥比例相同條件下,隨著施氮量增加,追肥氮利用率降低,損失率增加,土壤殘留率差異較小;施氮量相同條件下,隨著追肥氮比例增加,其利用率降低,損失率增加,土壤殘留率差異不顯著。由表3還可以看出,成熟期,底追肥比例相同條件下,隨著施氮量增加,氮肥利用率和殘留率顯著降低,損失率顯著增加;施氮量相同條件下,隨著追肥氮比例增加,氮肥利用率呈先升高后降低的趨勢,損失率呈先降低后升高的趨勢,而殘留率無顯著差異,其中處理N2氮肥利用率最高,損失率最低。2.3不同時期追氮對土壤殘留量的影響從圖1可以看出,在拔節(jié)期,底肥氮的殘留量主要分布在0-100cm土層。處理之間比較,隨底肥氮量增加,其在0-200cm土層的殘留量顯著增加,且下移層次加深,處理N2淋洗至80-100cm土層土壤中,處理N5、N1至120-140cm土層,而處理N4達(dá)140-160cm土層。與拔節(jié)期比較,開花期底肥氮在0-40cm土層中的殘留量所占比例減少,而在40-100cm和100-200cm土層所占比例增加。處理間比較,底肥氮殘留量的變化趨勢與拔節(jié)期一致,其中處理N4已下移至160-180cm土層。成熟期,底肥氮在0-40cm土層中殘留量的比例進(jìn)一步減少,40-100cm和100-200cm土層所占比例增加,底肥氮在0-40cm、40-100cm和100-200cm土層中的殘留量分別占總底肥氮殘留量的38%-49%、40%-51%和0-22%。這表明隨著小麥的生育進(jìn)程,殘留底肥氮不斷下移。處理間比較,底肥氮殘留量的變化趨勢同開花期。由圖2可以看出,開花期,追肥氮主要分布在0-40cm土層中,100-200cm土層未檢測到其存在。在底追肥比例相同條件下,隨追氮量增加,土壤殘留氮量也增加;相同施氮量條件下,增加追肥氮比例可顯著增加0-100cm土層中氮素殘留量。與開花期比較,成熟期追肥氮移動加深,處理N4、N5淋洗至140-160cm土層中,處理N3、N6已分別至160-180cm和180-200cm土層。結(jié)合表3可知,追肥氮下移至100-200cm土層是成熟期比開花期追肥氮損失率顯著增加的原因之一,表明在本試驗條件下,追氮量較多會增加100cm以下土層殘留量及下移深度,易于造成淋溶損失。處理間比較,追肥氮殘留量的變化趨勢與開花期一致。2.4施肥氮比例對小麥籽粒品質(zhì)的影響由表4可以看出,在15N標(biāo)記試驗中,與不施氮處理相比,施氮顯著增加了小麥籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量。在底追肥比例相同條件下,不同施氮量處理的蛋白質(zhì)含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量無顯著差異。在相同施氮量條件下,適當(dāng)增加追肥氮的比例,籽粒產(chǎn)量提高了,其中處理N2、N5和N6較高;與底追肥比例為1﹕1的處理比較,增加追肥氮比例,籽粒蛋白質(zhì)含量與蛋白質(zhì)產(chǎn)量顯著增加,這是適當(dāng)減少底施氮肥比例,增加追施氮肥比例處理的突出特點,有利于保持強筋小麥品質(zhì)的穩(wěn)定性。大田試驗處理間的變化趨勢與15N標(biāo)記試驗結(jié)果一致。3對試驗結(jié)果的分析不同小麥生產(chǎn)體系中,施入肥料氮的去向存在差異,并受施氮量和施氮時期的影響[11,12,13,14,15,16,17,18,19]。有研究指出,隨著施氮量增加,小麥氮肥利用率和土壤殘留率顯著降低,損失率顯著增加,與本試驗結(jié)果一致。Luis等研究認(rèn)為不同時期追施氮肥可調(diào)節(jié)小麥的氮肥利用率,且拔節(jié)期施肥的利用率較高。本試驗表明,調(diào)整底追肥比例也調(diào)節(jié)了小麥的氮肥利用率,且底追肥比例為1﹕2的處理N2最高。前人在土壤肥力較高的草甸栗鈣土上研究表明,底施氮和追施氮的去向無顯著差異,而本試驗研究發(fā)現(xiàn),底施氮和追施氮在作物吸收、土壤殘留和損失的3個去向的分配比例明顯不同,追肥氮的利用率顯著高于底肥氮,損失率則低于底肥氮;適當(dāng)增加追肥氮的比例提高了氮肥利用率,減少其損失率,其中施氮量為168kg·ha-1,底追肥比例為1﹕2的處理N2氮肥利用率最高,損失率最低。有報道指出,小麥?zhǔn)斋@時肥料氮在0-100cm土層內(nèi)各層次均有殘留,并下移超出100cm土體;在成熟期,土壤中肥料氮的殘留量隨施氮量增加而增加,但隨土壤深度的增加而減少,與本試驗結(jié)果一致。Ottman研究指出,在小麥生產(chǎn)中,改變施氮量及施肥時期對肥料氮在土壤中的殘留量有顯著影響,對氮肥移動的深度無影響;而Boman指出,氮肥的施用時期對肥料氮在土壤中的殘留量和分布均無影響。本研究結(jié)果與上述結(jié)論不同,前人多在冬小麥成熟期對0-100cm土層的肥料氮殘留量進(jìn)行研究,本試驗將取樣土層深度增加至200cm,并利用15N標(biāo)記試驗研究了不同生育時期各土層肥料氮殘留量。結(jié)果表明,隨著小麥的生育進(jìn)程,土壤殘留的肥料氮不斷下移,且施氮量及底追肥比例對肥料氮在土壤中的殘留量及移動深度有顯著影響。底追肥比例相同條件