冬小麦种植中化肥减施增效作用分析

叶举中 刘铁干 张菲菲 朱翠娟

（1.平顶山市农业干校 ，河南 平顶山 467000；2.河南省农业广播电视学校平顶山市分校 ，河南 平顶山 467400）

我国不仅是人口大国，也是农业大国，维持粮食生产的稳定性是我国现代农业生产的核心目标。近年来，我国化肥的高投入为实现粮食高产稳产提供了可靠支撑，在实现国家粮食安全方面做出了巨大贡献。冬小麦是河南省平顶山市的主要农作物之一，植株衰老过程和土壤肥力情况共同影响小麦产量。通过配施有机、无机肥，有助于提高氮肥的实际利用率，促进农业健康发展。

既往研究指出，将适量木霉菌剂添加至种植土壤内，不仅能起到延缓土壤中碱解氮和有效磷消耗过程的作用，而且对农作物健康生长发育能起到促进作用，明显增强其抗逆性。笔者通过开展小区试验，着重探究不同施肥处理方法下冬小麦的产量，并参照土壤速效养分含量及冬小麦主要生理性指标改变情况，从拖延小麦衰老过程、增加其产量的角度探究化肥使用对小麦产量的影响机制。

1 化肥减施增效的作用

合理施用化肥能较好地满足农作物生长过程中对营养物质的需求，也是使作物产量有所保障的有效方式之一。但是，过度施加化肥会破坏农业生态环境，导致土壤内养分含量显著降低，加速土壤环境恶化，危及农作物健康生长。同时，当农作物过度依赖化肥时，会增加生产成本，不利于农户获得较高的利润。在此背景下，国家相关部门颁发了推行化肥减施增效的技术性政策。其实施的意义在于改善土壤生态环境，平稳提升作物的产量与品质。长期以来，有机肥料代替传统化肥是常用的减施化肥的方法之一。有机化肥来源途径广，含有农作物健康生长所需的多种营养物质及有机质。科学施用有机肥能实现对种植土壤酸碱平衡状态的有效调控，改善土壤的部分生物学特性，强化土壤保肥、保水、透气等属性，为作物正常生长发育营造良好的土壤环境。施用有机肥对生态环境表现出一定的友好性，能为现代农业健康、持久发展保驾护航［1］。

2 材料与方法

2.1 试验材料

2016—2017年，在平顶山市某试验农田开展试验。试验地土壤是褐土。当地年均气温18.7 ℃，年均降水量817.5 mm，但灌溉条件较差。选择的地块有机质含量1.10%，氮、磷、钾质量分数分别约为0.78、0.54、18.72 g/kg。

2.2 试验方法

试验共设置4个处理（见表1），各处理试验面积均为667 m2，各处理项目均重复3次。试验中所用的木霉菌剂、有机肥均由正规机构提供。试验田的管理可以依照当地的日常管理习惯进行，即在冬小麦的几个关键时期进行合理施肥、中耕除草等，但没有进行人为灌溉［2］。

表1 冬小麦施肥处理 g/m2

2.3 取样和检测

2.3.1 土壤。收割小麦时，对各处理随机选4个采样点，取表层土壤试样0～20 cm，剔除杂质后用2 mm网过筛以备用。按照《土壤农业化学分析方法》［3］中提出的方法测定土壤有机质、有效磷等含量。

2.3.2 小麦。于拔节期与灌浆期选出生长状态大体一致且没有病虫害的植株，取用顶三叶分别5片，将其放进冰壶内带回实验室，清洗叶片表面，擦拭水分，剔除叶脉，充分混合均匀，剪成碎片（5 mm以下），测定相关指标［4］。采用木酚比色法测定过氧化物酶（POD）活性，采用紫外分光光度法测定过氧化氢酶（CAT）活性，采用酸性茚三酮法测定游离脯氨酸含量，采用硫代巴比妥酸反应法测定丙二醛（MDA）含量，采用Inskeep法检测叶绿素含量，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定根系活力。

3 结果与分析

3.1 小麦产量及土壤养分含量的变化

收割小麦后，4种不同施肥处理的小麦产量见表2。相比之下，BF与OF处理能使冬小麦增产20%左右。BF处理形式下种植土壤内氮、磷、钾总量最低，可能是这种处理土壤中氮、磷、钾元素输入量偏低。OF处理方法有助于减少复合肥用量，但多数有机肥内含有较多的氮磷钾元素，且氮磷释放迟缓，所以小麦收割后种植土壤内碱解氮、速效磷含量位居4种处理方法的第1位［5-6］。

表2 不同施肥处理情况

3.2 小麦生理指标的变化

3.2.1 不同生长期小麦主要生长指标检测情况见图1。POD、CAT采用清除H2O2的方式，防控膜脂发生过氧化，进而延缓小麦衰老。活性指标高低能呈现出作物细胞抗衰老能力强弱。试验结果表明，在冬小麦拔节期、灌浆期，不同施肥处理下冬小麦的POD、CAT活性改变趋势表现出一致性（见图1a和图1b），CK、BF、CF处理小麦植株的POD、CAT活性均是灌浆期＜拔节期。进入拔节期，不同处理下以上两项活性指标的大小排序BF＞CK＞CF＞OF，表明通过添加木霉菌剂能刺激以上两种保护酶。灌浆期，OF与BF处理下以上2种保护酶活性高于其他2组。通过加入有机肥能提高以上2种保护酶的活性［7］。加入木霉菌尽管不能诱导以上2种酶活性增强，但其能在灌浆期使酶活性处于较高水平，进而抑制植株衰老。综合以上结果可以初步认为，复合肥减施过程中添加有机肥或木霉菌对灌浆期小麦体内POD、CAT水平均能起到较好的维持作用，减轻活性氧对植株造成的损害，强化自由基的清除能力，延缓衰老。同时，这一统计结果也证实有机肥对小麦作物的作用是一个循序渐进的过程，经OF处理后的冬小麦进入生长后期时以上两种保护酶均呈现出较高的活性。

3.2.2 游离脯氨酸和丙二醛（MDA）含量的变化。游离脯氨酸是一种渗透调节物质，主要功能是增强细胞保水能力，维持细胞膜结构的稳定性。试验结果表明（见图1c），灌浆期冬小麦内游离脯氨酸含量明显高于拔节期。OF与CF处理组灌浆期小麦植株内游离脯氨酸含量高于BF处理，可能是因为添加木霉菌后延缓了小麦的衰老过程，故而小麦中游离脯氨酸的合成量相应减少。

MDA为在恶劣的生存环境下形成的一种细胞膜脂过氧化产物，其可能会对膜结构与酶活性造成不同程度的损伤。该项指标能呈现出胞膜脂过氧化的真实水平，表示出恶劣环境对小麦植株造成的损伤程度［8］。试验结果表明（见图1d），在不同施肥处理下，拔节期冬小麦植株内MDA水平相近，不具有统计学意义，但是灌浆期OF处理小麦作物体中MDA含量明显增高，位居4个处理方式之首。BF处理组小麦内MDA含量最低，表明添加木霉菌能在小麦衰老过程中对植物中氧自由基含量水平产生明显的抑制作用，进而实现对细胞结构完整性与酶活性的有效保护。有机肥对小麦作物形成的影响作用是长期的，这也就预示着通过添加有机肥在短期内不能快速应答短期恶劣环境对作物造成的胁迫及损伤问题。

3.3 叶绿素含量与小麦根系活力的变化

观察图1e和图1f，不难发现拔节期冬小麦叶片的叶绿素含量明显高于灌浆期。既往已经有很多研究证实，叶绿素水平降低是冬小麦作物叶片衰老的一项重要生理性指标。不管是拔节期还是灌浆期，始终是BF处理小麦叶片叶绿素含量最高，添加木霉菌剂能在较长时间内促进小麦健康生长，诱导叶片内叶绿素含量增加，增强作物的光合作用，并且能延迟叶片衰老，进而使小麦作物灌浆期更长。既往有研究证实［9］，木霉孢子悬浮液有增加番茄叶片叶绿素含量的作用，与该研究所得结论一致。在冬小麦拔节期及灌浆期，BF与OF施肥处理的作物根系活力显著强于其他2个处理，相比之下BF处理组的小麦植株根系活力最强。有报道称，哈茨木霉本体的发酵产物不仅能增加豇豆叶片叶绿素含量，还能提高植物根系活力水平，这可能是因为小麦定植后，添加木霉菌后能较明显地优化根系微环境，且能为植物根系茁壮生长提供黄酮萜类等诸多必需物质，进而促进根系生长。OF施肥处理中添加有机肥，对冬小麦发育生长也能起到促进作用，叶绿素含量及根系活力都处于较高水平［10］。

图1 不同生长期小麦主要生长指标检测情况

4 结论

试验在平顶山市进行，当地农业灌溉基础条件不完善，冬小麦栽植后不再进行灌溉。这就意味着小麦整个生长过程均承受着干旱的威胁。试验结果表明，在复合肥减施的基础上加入适量有机肥与木霉菌剂，对冬小麦健康生长能起到较好的保障作用，使小麦增产约20.0%。与OF处理相比，采用BF处理方法能明显降低种植土壤的氮磷钾总量。经BF处理后，土壤中碱解氮和速效磷含量显著高于CK与CF处理情况，且BF组作物的生长状态显著改善，真正实现了减施增效的设计目标。拔节期，不同处理方法下小麦植株的POD、CAT活性指标排序为BF＞CK＞CF＞OF，表明通过添加木霉菌剂能激发以上两种保护酶的活性。相比之下，BF处理方法更能显著提升小麦作物POD、CAT两种保护酶的活性，进而降低细胞膜脂过氧化水平。

综合试验结果可以初步认为，木霉菌剂能更有效地将种植土壤中结合态氮磷转换成有机态氮磷，增加土壤内碱解氮、速效磷的含量，使农作物更高效地利用氮、磷元素，减少土壤中的氮、磷总量。