立式旋耕方式下氮肥不同减施量对小麦产量效应的影响

聂胜委，张浩光，许纪东，张巧萍，张玉亭

（1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州450002；2.遂平县农业科学试验站，河南遂平463100）

小麦作为我国的三大粮食作物之一，在满足人们食物需求、保障国家粮食安全等方面占据重要的地位。近年来，小麦生产虽获得了较高产量，但是依赖于大量化学肥料的投入，有数据显示，我国农田化肥施用量由2000 年的4 146.4 万t 增长到2015 年的6 022.6 万t，年均增长达3%[1]。长期过多的化学肥料投入导致农田氮肥淋失、土壤板结以及环境恶化等不容忽视的问题[2-3]。

立式旋耕技术是近年来新研发的新型农田耕作技术，其是用动力机械带动立式旋耕的垂直螺旋钻头直立旋转切磨粉碎土壤，以达到深松、旋耕整地的效果[4]。钻轴入土深度可达30～60 cm，能深度打破犁底层，改善土壤结构，机械作业1 次，可达到犁地、耙地2 道作业程序的效果，从而实现作物较高的产量[5]。在同等施肥量条件下，与旋耕、翻耕等耕作方式相比，立式旋耕（粉垄）可以提高小麦[5-7]、玉米[8-9]、水稻[10]、木薯[11-13]、大豆[14]、饲草[15]等多种作物的产量，改善水稻[10]、鲜薯[11-13]、甘蔗[16]等作物的品质，促进根系生长[14]。这为解决我国小麦生产中化肥投入量过高的问题提供了重要的思路和参考。

本研究以黄淮平原区小麦季氮肥减量施用不降低产量为目标，采用农户调查的文献资料和国家统计资料综合分析得出的氮肥施用基准（300 kg/hm2）[1]，研究立式旋耕方式下氮肥不同减施量对小麦产量和氮肥利用率的影响，旨在为实现小麦氮肥减量、适量施用和养分高效利用提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于河南省遂平县农业科学试验站（33°15′N、113°98′E）。该地属亚热带湿润大陆性季风型气候，光照充足，气候温和，雨量充沛，四季分明，亚热带向暖温带过渡性气候特性比较明显。年平均气温15.1 ℃，日照时数2 126 h，年均降水量927 mm，无霜期226 d。土壤类型为砂姜黑土，重壤偏黏，中性偏弱酸性（pH 值为5.9），土地肥沃。试验地基础土壤有机质含量6.52 g/kg、碱解氮含量18.6 mg/kg、有效磷含量110.40 mg/kg、速效钾含量139.10 mg/kg。

1.2 试验材料

供试小麦品种为遂选101（豫审麦2015004，由河南平安种业有限公司、遂平县农业科学试验站选育）。

1.3 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，氮肥过量投入基准为300 kg/hm2，小麦生长季试验设置常规过量施氮（300 kg/hm2）、减氮10%、减氮20%、减氮30%4 个氮肥处理，处理间磷肥、钾肥施用量相同，磷肥82.5 kg/hm2，钾肥82.5 kg/hm2；每个处理重复3 次，共计12 个小区，小区面积24.5 m×6.0 m。各处理的施氮量分别为：常规过量施肥（EF，CK）.氮肥300kg/hm2；减氮10%（RF10）.氮肥270 kg/hm2；减氮20%（RF20）.氮肥240 kg/hm2；减氮30%（RF30）.氮肥210 kg/hm2。

同时辅设不施肥（空白）小区，用于计算氮肥利用率。其中，70%的氮肥和全部磷、钾肥作为基肥在整地时一次性施入，剩余30%的氮肥在拔节期作为追肥施入。前茬作物为青贮玉米，收获后粉碎灭茬，后用立式旋耕机深旋耕一遍，整地深度为（30±5）cm；再用常规旋耕机平整一遍（深度5～10 cm）。分别在2017、2018 年10 月下旬采用机播楼播种，播量为150 kg/hm2，行距20 cm，于次年（2018、2019 年）6 月上旬收获。其他田间管理措施等保持一致。

1.4 测定项目及方法

于小麦成熟期，每个小区选取有代表性的2 行各取1 m 双行样段进行田间群体数调查；取0.5 m双行长度测定茎、根、叶及总干物质质量；室内选取有代表性的10 株测定穗长、穗粒数、千粒质量等性状；各处理实收4 m2用于测产。

1.5 数据处理

数据采用Excel、SPSS 等软件进行整理，用LSD法进行显著性分析（P≤0.05）。

2 结果与分析

2.1 立式旋耕方式下氮肥不同减施量对小麦穗长与干物质积累的影响

从表1 可以看出，2018 年，与EF（CK）处理相比，减氮30%（RF30）处理的穗长变小，减氮10%（RF10）、20%（RF20）处理的穗长则持平，但所有处理之间差异均不显著；2019 年，与EF（CK，6.40 cm）处理相比，减氮10%（RF10，7.23 cm）、30%（RF30，6.87 cm）处理的穗长增加，减氮20%（RF20，6.33 cm）处理的穗长减小，但差异均不显著。

表1 立式旋耕方式下氮肥不同减施量对小麦穗长和干物质积累的影响

干物质积累方面，2018 年，与EF（CK）相比，减氮10%（RF10）、20%（RF20）、30%（RF30）处理的茎部干物质质量均增加，但处理之间差异均不显著；2019 年，与EF（CK）相比，减氮10%（RF10）、20%（RF20）、30%（RF30）处理的茎部干物质质量均下降，干物质质量大小依次为EF（CK）＞RF10＞RF20＞RF30。与EF（CK）相比，2018、2019 年，减氮10%、20%、30%处理的根干物质质量均下降，但是差异不显著。与EF（CK）相比，减氮10%、20%、30%处理的叶部干物质质量在2018、2019 年均增加，但处理间差异均不显著，说明氮肥减施有利于叶片生长和干物质积累。

2.2 立式旋耕方式下氮肥不同减施量对小麦产量及构成的影响

由表2 可知，2018 年，与EF（CK，502.0 万穗/hm2）相比，RF10（552.0 万穗/hm2）、RF20（575.0 万穗/hm2）、RF30（522.0 万穗/hm2）处理的群体穗数均有增加，但处理间差异均不显著，其中，减氮20%处理群体穗数最大；2019 年，与EF（CK，527.1 万穗/hm2）相比，RF20（577.1 万穗/hm2）处理有效穗数增加，RF10、RF30 处理有效穗数减少，但差异均不显著。

从表2 还可看出，2018 年，RF10、RF20、RF30处理的穗粒数与EF（CK）相比均有减少，但处理间差异均不显著；连续减施后，2019 年，与EF（CK，36.67 粒/穗）相比，RF10、RF20、RF30 处理的穗粒数均有增加，分别达到48.67、37.67、47.67 粒/穗。氮肥减施后，与EF（CK）相比，RF10、RF20、RF30 处理的千粒质量在2018、2019 年2 a 间均增加，但是处理间差异均不显著，其中，EF（CK）、RF10、RF20、RF30 处理2018 年千粒质量分别为50.47、50.70、51.80、50.57 g；2019 年，千粒质量分别为49.90、50.92、51.35、50.70 g。

表2 立式旋耕方式下氮肥不同减施量对小麦产量构成的影响

由图1 可知，2018 年，与EF（CK，7 647.5 kg/hm2）相比，RF10、RF30 处理小麦产量均减少，减产幅度分别为4.79%、15.65%，其中，RF30 处理减产达显著水平（P≤0.05）；RF20（7 878.1 kg/hm2）处理小麦产量较CK 增加3.02%，但二者间差异不显著，RF20处理小麦产量也显著高于RF30 处理（P≤0.05）。

2019 年，与EF（CK，9 904.4 kg/hm2）相比，RF10（10 023.7 kg/hm2）、RF20（10 119.6 kg/hm2）处理均增产，增幅分别为1.20%、2.17%，但差异不显著；RF30（9 707.5 kg/hm2）处理则比CK 减产2.00%，但二者间差异不显著。说明在300 kg/hm2氮肥施用量水平下，采用立式旋耕耕作方式，氮肥减少10%～20%，不会显著降低产量；相反，减施20%氮肥，可以使小麦获得更高产量，从而实现减施增产。

综上所述，立式旋耕方式下，在300 kg/hm2施氮量基础上，减氮10%～20%，不会显著影响小麦产量，其中，减氮20%能够连续获得较高的群体穗数、千粒质量，为取得高产奠定了基础。

2.3 立式旋耕方式下氮肥不同减施量对氮肥利用率的影响

由图2 可知，2018 年，减氮10%、30%后，氮肥农学利用率低于CK；减氮20%后，氮肥农学利用率较CK 提高0.64 kg/kg，提高13.35%，但各处理之间差异均不显著。2019 年，与EF（CK，12.52 kg/kg）相比，RF10（14.35 kg/kg）、RF20（16.54 kg/kg）、RF30（16.95 kg/kg）处理氮肥农学利用率分别提高1.83、4.02、4.43 kg/kg，分别提高14.62%、32.11%、35.38%。说明立式旋耕方式下，在300 kg/hm2氮肥施用量基础上，减少20%的氮肥投入，更有利于提高氮肥农学利用率，增加氮肥对小麦产量的贡献。

从图3 可 以看出，2018 年，EF（CK）、RF10、RF20、RF30 处理氮肥偏生产力分别为25.49、26.97、32.83、30.72 kg/kg，减氮10%、20%、30%处理的氮肥偏生产力较CK 分别提高1.48、7.34、5.23 kg/kg，分别提高5.81%、28.80%、20.52%，其中，减氮20%处理显著高于CK。2019 年趋势与2018 年相同，与EF（CK，33.01 kg/kg）相比，RF10（37.12 kg/kg）、RF20（42.16 kg/kg）、RF30（46.23 kg/kg）处理的氮肥偏生产力分别提高4.11、9.15、13.22 kg/kg，分别提高12.45%、27.72%、40.05%。

3 结论与讨论

已有研究表明，黄淮平原小麦季氮肥在225 kg/hm2施用量基础上，减施10%～20%不会大幅降低小麦产量，而且能增加产投比，提高经济效益[19]；在180 kg/hm2施肥量基础上减少5%～10%的氮肥可实现小麦增产4%～7%[20]。本研究采用农户调查的文献资料和国家统计资料综合分析得出的300 kg/hm2氮肥投入基准值[1]，从改善土壤自身功能出发，深耕深旋松土壤，增加土层厚度，改善土壤结构，通过2017—2018、2018—2019 年2 个小麦生长季的研究，得出氮肥减少10%～20%的投入量，不会显著降低产量，其中，减氮20%能够增加成熟期群体穗数、千粒质量，最终获得较高产量，提高养分利用效率，实现减施增效。本研究是在同一块试验田连续2 个小麦生长季（2017—2018、2018—2019 年）中进行研究，在300 kg/hm2氮肥投入基础上，减施30%氮肥（210 kg/hm2）导致连续2 季减产，且减施当季减产显著，这与225 kg/hm2的施肥水平相比，仅相当于减施6.7%的氮肥投入，与其报道的10%～20%相比，存在较大差距。说明在小麦氮肥减施的研究中，选取的氮肥减施基础水平和研究持续的周期不同，得出结论的可靠性需要重新考虑，这也很难为区域性的减施技术和标准提供较为合理的依据和参考。此外，由于黄淮平原地域辽阔，研究所选减施基准值仅以所在地小范围农户尺度调查得出的施氮水平，缺乏大量有效的代表性。而本研究无论从氮肥减施选取的减施基准还是研究的时间周期来看，更符合实际水平，所得结论也更具有指导价值。

本研究结果表明，立式旋耕方式下，在300 kg/hm2氮肥投入基础上，减氮10%、20%、30%能增加小麦成熟期叶片干物质质量和千粒质量，降低根干物质质量；减氮20%有利于提高小麦成熟期群体有效穗数，与EF 相比，RF20 处理群体有效穗数2018、2019 年均增加。减氮10%～20%不会显著降低小麦产量，反而减氮20%还能连续获得较高小麦产量；减氮30%则减产，当季减产显著。与EF（CK，2018 年7 647.5 kg/hm2；2019 年9 904.4 kg/hm2）相比，2018 年，RF10（7 280.6 kg/hm2）、RF30（6 450.6 kg/hm2）处理分别减产4.79%、15.65%，RF20（7 878.1 kg/hm2）处理则增产3.02%；2019 年，RF10（10 023.7kg/hm2）、RF20（10 119.6kg/hm2）处理分别增产1.20%、2.17%，RF30（9 707.5 kg/hm2）处理则减产2.00%。

此外，在300 kg/hm2氮肥投入基础上，2018、2019 年减氮20%分别能提高13.35%、32.11%的氮肥农学利用率；2018、2019 年减氮10%～30%分别能提高5.81%～28.80%、12.45%～40.05%的氮肥偏生产力。