监控施肥对旱地冬小麦土壤水分、干物质积累转运和产量的影响.pdf
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1、山西农业科学 2023,51(11):1307-1314Journal of Shanxi Agricultural Sciences监控施肥对旱地冬小麦土壤水分、干物质积累转运和产量的影响张亚蓉 1,程宏波 1,马建涛 2,王文杰 1,吴炳权 2(1.甘肃农业大学 生命科学与技术学院,甘肃 兰州 730070;2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室/甘肃农业大学 农学院,甘肃 兰州 730070)摘要:我国西北旱地土壤养分匮乏、生产力低下,多数地区存在着盲目施肥现象,缺乏合理的施肥技术。监控施肥具有减肥稳产、平衡土壤养分、培肥地力和降低土壤残留的优点,对解决小麦生产过程中不合理施用肥料的问题具有
2、重要作用。试验在甘肃省雨养农业区,以农户施肥(T1)为对照,研究监控施肥(T2)、监控缺氮(T3)、监控缺磷(T4)及监控缺钾(T5)施肥处理对冬小麦土壤水分变化、水分利用效率、干物质积累转运以及籽粒产量的影响。结果表明,T2 处理较 T1 处理显著增加小麦单位面积穗数 21.1%,从而增产 6.7%;T2 处理较 T1 处理提高除开花期外其他各时期 0200 cm 土壤贮水量(0.22.4 mm),提高水分利用效率 8.0%;T2处理在一定程度上可促进小麦生长,较 T1处理增加成熟期地上部干物质积累,提高花后干物质积累量和花后干物质积累对籽粒的贡献率。养分缺失会抑制小麦生长,减少耗水,且小麦
3、对氮素、磷素缺失较为敏感,T3、T4处理较 T2处理分别显著降低成熟期地上部干物质积累量 37.4%、25.2%,分别降低籽粒产量 29.6%、10.2%;缺钾则会显著降低花后干物质积累对籽粒的贡献率。综上,监控施肥可提高水分利用效率,促进小麦生长,实现稳产增产,其可在西北半干旱麦区的生产实践中推广使用。关键词:冬小麦;监控施肥;土壤水分;干物质;产量中图分类号:S512.1+1;S314 文献标识码:A 文章编号:10022481(2023)11130708Effects of Monitoring Fertilization on Soil Moisture,Dry Matter Accu
4、mulation,Transport and Yield of Winter Wheat in DrylandZHANG Yarong1,CHENG Hongbo1,MA Jiantao2,WANG Wenjie1,WU Bingquan2(1.College of Bioscience and Technology,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.Gansu Province Key Laboratory of Arid Habitat Crop Science/College of Agronomy,Gansu Ag
5、ricultural University,Lanzhou 730070,China)Abstract:In the drylands of northwest China with scarce soil nutrients and low productivity,most areas suffer from single and excessive or insufficient fertilizer application and lack of reasonable fertilizer application techniques.Monitoring fertilization
6、has the advantages of fertilizer reduction and yield stabilization,balancing soil nutrients,cultivating soil strength,and reducing soil residues,which plays an important role in solving the problem of unreasonable fertilizer application during wheat production.In this study,the effects of monitoring
7、 fertilization(T2),monitoring nitrogen deficiency(T3),monitoring phosphorus deficiency(T4)and monitoring potassium deficiency(T5)fertilization treatments on soil moisture changes,water use efficiency,dry matter accumulation transport and seed yield of winter wheat were researched in a dry rainfed ag
8、ricultural region of northwest China,using farmer fertilization(T1)as a control.The results showed that T2 significantly increased the number of spikes per unit area of wheat by 21.1%compared with T1,resulting in a 6.7%of yield increase;T2 increased soil water storage(0.2-2.4 mm)from 0-200 cm in all
9、 periods except for the flowering stage compared with T1,and improved water use efficiency by 8.0%;T2 promoted wheat growth to a certain extent,increased aboveground dry matter accumulation at maturity compared with T1,and increased post-flowering dry matter accumulation and the contribution of post
10、-flowering dry matter accumulation to the seeds.Nutrient deficiencies inhibited wheat growth and reduced water consumption,and wheat was more sensitive to nitrogen and phosphorus deficiencies.T3 and T4 significantly reduced above-ground dry matter accumulation at maturity by 37.4%and 25.2%,and reduc
11、ed seed yield by 29.6%and 10.2%compared to T2;potassium deficiency significantly reduced the contribution of post-flowering dry matter accumulation to seed yield.In conclusion,monitoring fertilization could improve water use efficiency,doidoi:10.3969/j.issn.1002-2481.2023.11.10收稿日期:2023-02-07基金项目:国家
12、现代农业产业技术体系(CARS-3-2-47);国家自然科学基金项目(31760326)作者简介:张亚蓉(1992-),女,甘肃天水人,在读硕士,研究方向:作物栽培及生态生理。通信作者:程宏波(1976-),女,吉林辽源人,副教授,主要从事作物栽培及生态生理研究工作。1307山西农业科学 2023 年第 51 卷第 11 期promote wheat growth,achieve stable and increased yields,and could be promoted in production practices in semi-arid dry wheat areas of no
13、rthwest China.Key words:winter wheat;monitoring fertilization;soil moisture;dry matter;yield我国是粮食生产及消费大国,2021年小麦播种面积 2 356 万 hm2,小麦产量为 5 810 kg/hm2 1。化肥对提高粮食产量至关重要,化肥是植物的“粮食”,土壤培肥的主要措施之一则是化肥的施用,其对作物生长的促进和粮食安全的保障方面起到重要作用2。然而,当前氮肥施用量的不足与过量并存于粮食生产中,施肥过量会威胁作物土壤环境可持续发展,施肥不足则又难以满足作物需求,不利于产量形成3-5;此外,施肥量的确定
14、在考虑增产和提高养分效率的同时,还应将环境可持续发展作为目标之一6。前人研究提出的监控施肥技术表明,合理施氮可促进植株干物质积累7-8,优化冠层结构9,促进干物质从营养器官向籽粒转移10-11,氮肥的施用量是根据播种或收获日前 1 m 土层硝态氮含量在目标产量的基础上确定的,具有无需对土壤基础肥力大量测定的优点。渭北旱地田间试验表明,与农户施肥相比,监控施肥下氮肥用量减少 25%,但小麦籽粒产量却提高 3%,籽粒氮含量提高 2.4%,氮肥偏生产力提高 130%,收获时土壤硝态氮残留降低27%12-13。监控施肥可以监测土壤中硝态氮的含量,避免了大量施肥造成硝态氮积累和淋失的隐患,可确定并有效控
15、制氮肥施用量,避免了小麦不同生长期土壤养分推荐施肥确定工作量大的问题,也不需要考虑氮肥的利用率,从而简化了施肥量的计算,方便基层农业技术人员施用和推广,甚至农户也可直接使用,是一项绿色、健康、可持续的技术方案。甘肃省雨养农业区主要位于黄土高原,属半干旱大陆性季风气候,水分是该地区限制作物产量的最主要因素,作物生长依赖于自然降水,提高水分利用效率是提高旱地作物产量的有效途径14。本试验在监控施肥技术的基础上,探究不同施肥模式与冬小麦土壤水分变化及水分利用效率、干物质积累转运及产量的关系,旨在为监控施肥的推广及应用提供科学依据。1 材料和方法1.1试验地概况试验于 2021 年 9 月至 2022
16、 年 7 月在甘肃省通渭县平襄镇甘肃农业大学试验基地进行,该区为黄土高原雨养农业典型代表区,土壤为黄绵土;平均海拔 1 750 m,年日照时数 2 1002 400 h,年均温7.2,无霜期 120170 d,年蒸发量1 500 mm;年均降水量 390.6 mm,其中约 65%集中在 69月。小麦生育期间总降水量为 235.2 mm,5 mm 的有效降水量为182.9 mm,其中播种至拔节期113.6 mm,拔节至孕穗期 56.0 mm,孕穗至开花期 6.5 mm,开花至成熟期 6.8 mm。1.2试验材料供试冬小麦品种为兰大 A2。供试肥料氮肥选用尿素(含氮 46%)、磷肥选用过磷酸钙(含
17、 14%P2O5)、钾肥选用硫酸钾(含 50%K2O)。1.3试验设计试验采用随机区组设计,设 5 个施肥处理,分别为 T1.农户施肥;T2.监控施肥;T3.监控缺氮;T4.监控缺磷;T5.监控缺钾(表1)。3次重复,小区面积144.5 m2。各处理肥料作为底肥在小麦播种前一次性施入,后期不再追肥。小麦播种量均为225 kg/hm2,播种方式为机械条播,重复间留置观察道,四周设置保护区和保护行。试验于 2021年 9月 20日播种,2022年7月3日收获,整个冬小麦生育期内不灌溉。1.4监控施肥量的确定农户施肥根据调研数据,采用当地农户平均施肥量;监控施肥量采用“1 m 土壤硝态氮监控施肥,0
18、40 cm 土层磷钾恒量施肥”技术13。在前 3 a平均产量的基础上增加 10%15%作为目标产量;施磷(钾)系数依据 040 cm 土层速效磷钾含量确定。监控施氮量(kg/hm2)=作物目标产量需氮量+收获/播前1 m土壤硝态氮安全阈值(110.0 kg/hm2)-收获/播前 1 m土壤硝态氮(1)表 1 各处理施肥量Tab.1 Rates of fertilizer application kg/hm2处理TreatmentT1T2T3T4T5处理名称Treatment name农户施肥监控施肥监控缺氮监控缺磷监控缺钾N1161580158158P2O5644343043K2O030303
19、001308张亚蓉等:监控施肥对旱地冬小麦土壤水分、干物质积累转运和产量的影响监控施磷(钾)量(kg/hm2)=作物目标产量需磷(钾)量施磷(钾)系数(2)1.5测定项目及方法1.5.1 土 壤 水 分 含 量 测 定 在 冬 小 麦 拔 节 期(JT)、孕穗期(BT)、开花期(FL)、灌浆期(GF)及成 熟 期(MT)5 个 生 育 时 期,各 个 小 区 分 020、2040、4060、6090、90120、120150、150180、180200 cm 共 8个土层,均在小麦行间使用土钻取土样,采用烘干法测定土壤含水量。土壤含水量=(土壤鲜质量-土壤干质量)/土壤干质量100%(3)W=
20、h10(4)ET=(W1-W2)+P(5)WUE=Y/ET(6)式中,W 为土壤贮水量(mm);h 为土层深度(cm);为土壤容重(g/cm3),本试验各土层 平均为 1.250 g/cm3;为土壤含水量(%);ET 为冬小麦生育期农田耗水量(mm);P 为小麦生育期5 mm有效降雨量;W1、W2 分别为生育期某一时段开始和结束时土壤贮水量(mm);WUE 为水分利用效率(kg/(hm2mm),Y为籽粒产量(kg/hm2)。1.5.2小麦干物质量测定在冬小麦返青期(RT)、拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期及成熟期等生育时期,从各小区随机取 20 株长势均匀的小麦植株样品,分器官称鲜质量后分别装好
21、,置于 105 烘箱中杀青 30 min,后于 80 下烘干至恒质量,并计算相关指标。花前干物质转移量=开花期植株干物质量-成熟期营养器官干物质量(7)花前干物质转移率=花前干物质转运量/开花期植株干物质量100%(8)花前干物质对籽粒产量贡献率=花前干物质转运量/成熟期籽粒干质量100%(9)1.5.3小麦产量测定在收获期采集植物样品,各小区随机选取 5个采样点样品并进行混合,在各个小区的混合样中随机取 20 株进行室内考种,测定单株干质量、株高、穗长、小穗数等指标。成熟期用1 m2正方形木框在每个小区随机统计 5个 1 m2的有效穗数,每个小区选取5个1 m行长统计穗数;随机取50个穗,测
22、定穗粒数;人工计数5个1 000粒测定千粒质量。采用全区收获法确定产量,现场称量鲜质量,采样测定含水量后,按13%含水量折算籽粒产量。1.6数据处理试 验 数 据 使 用 Excel 2021 处 理,采 用 SPSS Statistics 22.0 进行统计分析;采用 Duncan 法进行差异显著性检验,显著水平设定为=0.05。2 结果与分析2.1监控施肥对冬小麦产量及水分利用效率的影响从表2可以看出,与T2处理相比,其他处理明显降低冬小麦产量 4%23%、单位面积穗数 6.6%28.3%及水分利用效率 1.5%17.2%,处理间降幅大小排序为 T3T4T1T5。相关分析表明,单位面积穗数
23、和籽粒产量呈显著正相关(r=0.766*)。可见,T2处理产量提高的原因是由于单位面积穗数增加。2.2监控施肥对冬小麦干物质积累量及其转运的影响2.2.1生育时期地上部干物质积累量冬小麦各生育时期干物质积累量如图 1所示。表 2 不同施肥对冬小麦产量及水分利用效率的影响Tab.2 Effects of different fertilization on yield and water use efficiency of winter wheat处理TreatmentT1T2T3T4T5CI产量/(kg/hm2)Yield5 049.0bc5 388.8a4 159.2d4 889.0c5 1
24、69.6b1.000穗数/(万穗/hm2)Spike numbers281.5c340.8a245.1d290.6c311.1b0.766*穗粒数Grain numbers per spike43.6a38.6c41.4b40.1b40.3b-0.069千粒质量/g1000-grain weight41.2a41.0a41.1a42.0a41.3a0.112水分利用效率/(kg/(hm2mm)WUE14.8bc16.0a13.2d14.6c15.8b0.933*总茎数/(万个/hm2)Total number of stems350.0ab446.8a278.0b357.3ab397.2ab0
25、.629*有效分蘖数/(万个/hm2)Number of effective tillers53.0c103.6a58.5c89.9b86.5b0.343注:同列不同小写字母表示不同处理在 P0.05水平上差异显著;CI表示籽粒产量和其余指标的相关系数,*和*分别表示在 P0.05和 P0.01水平显著和极显著相关。下表同。Note:Different lowercase letters in the same column indicated significant differences at the P=0.05 level.CI indicated the correlation co
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