秸秆与氮肥配施对冬小麦生长及养分吸收的影响

时间：2024-05-25

孟会生，王静，闫永康，殷海善，李彬

（1.山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801；2.山西省农业科学院农业资源与经济研究所，山西太原030006）

农作物秸秆既含有相当数量作物必需的氮、磷、钾等营养元素，又具有改善土壤理化性状和生物性状、提高土壤肥力、增加作物产量等重要作用[1-2]，所以它是重要的有机肥源之一[3]。在土地整理区，不适当的土地整理方式、方法和技术措施，可使农田生态系统稳定性下降，对农地生产力和土壤性状构成潜在的不良影响，以致土地退化，具体表现为破坏表土熟化层，容易造成土壤板结，影响土壤养分循环[4]。近年来，在生产中秸秆还田已不再作为单项技术措施而运用，而是更加注意与其他技术措施相结合[5]。资料表明，与单施秸秆或化肥相比，秸秆还田与化肥配施对提高土壤有机质积累、改善土壤结构、培肥土壤、增加作物产量均有极其显著的效果[6-9]。所以针对土地整理区的土壤理化性状不良现象，采取合理有效的培肥改良措施具有十分重要的意义。

本试验以闻喜县土地整理区为例，研究在秸秆还田下不同施氮水平对土地整理区冬小麦生长发育及养分吸收的影响，以寻求适合当地生产高产优质冬小麦的合理施肥方案，旨在为增加当地冬小麦产量与提高其土壤肥力提供理论指导。

1 材料和方法

1.1 试验地点

试验于2011—2012年在运城市闻喜县后宫乡北阳村土地整理区进行。试验地距闻喜县城17 km，位于东经 111°20′59″～111°25′33″，北纬35°21′41″～35°24′17″，属温带大陆性季风气候，年均气温12.6℃，年均降水量507.0 mm，平均无霜期194 d。供试土壤类型为石灰性褐土，质地为重壤土，耕层土壤pH值8.72，有机质含量3.51 g/kg，全氮含量0.18 g/kg，速效磷含量2.05 mg/kg，速效钾含量113 mg/kg，土壤容重1.31 g/cm3。

1.2 试验设计

采取2因素随机区组设计。氮肥用量设4个水平，即 N0.不施氮对照；N1.施纯氮 135kg/hm2；N2.施纯氮 180 kg/hm2；N3.施纯氮225 kg/hm2。秸秆用量设2个水平，即M0.不施秸秆；M1.施用秸秆6 000 kg/hm2。每处理4次重复，共计32个小区，每小区面积为40 m2（5 m×8 m）。氮肥为尿素（N 46%）。每小区统一施用普通过磷酸钙（P2O516%）450 kg/hm2，硫酸钾（K2O 54%）100 kg/hm2。氮肥的70%、磷肥、钾肥均采用播前撒施，然后整地翻入土壤。30%的氮肥在小麦拔节期结合灌溉施入土壤。2011年10月6日播种，试验管理同大田。

1.3 测定项目与方法

在小麦的苗期、拔节期、抽穗期采集植物样品，用新鲜叶片测定小麦叶绿素含量、根系活力。将植物样品烘干，计算干物质累积量。粉碎后，分析测定全氮、全磷、全钾含量。

叶绿素采用丙酮乙醇混合法测定；根系活力采用α-萘胺氧化法测定[10]。植物样品中全氮、全磷、全钾含量均采用H2SO4-H2O2消煮法，全氮用凯氏定氮法测定，全磷含量用钒钼黄比色法测定，全钾含量用火焰光度计法测定[11]。

1.4 数据处理分析

利用Excel 2003和DPS软件分析试验数据。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田与氮肥配施对冬小麦叶绿素含量的影响

叶片是植物进行光合作用的主要器官，叶绿体是光合作用的重要细胞器，叶绿素则是叶绿体中最重要的色素。由于叶绿素具有接受和转化能量的作用，在一定范围内，叶绿素含量越多，光合能力越强，就能够制造出更多的光合产物。由表1可知，秸秆还田处理各生育期的叶绿素含量均高于单施等量氮肥处理，比单施等量氮肥处理的叶绿素含量增加2.9%～6.9%；在秸秆还田处理下，随着施氮水平的增加，叶绿素含量随之增加。M1N3处理植株叶绿素含量最高，且与其他秸秆处理之间差异显著，各生育期叶绿素含量分别比M1N0处理增加35.0%，27.9%，28.2%。

表1 不同处理对冬小麦叶绿素含量的影响 mg/g

2.2 秸秆还田与氮肥配施对冬小麦根系活力的影响

根系具有吸收养分、水分、支撑植株和合成有机物的能力，它是作物赖以生存的基础。根系活力是指根系新陈代谢活动的强弱，是反映根系吸收功能的一项综合指标[12-13]。由表2可知，同一施氮水平下，秸秆还田处理不同生育期小麦根系活力均明显高于单施氮肥处理，且根系活力呈现出从苗期到拔节期不断增加，抽穗期开始下降。秸秆还田处理与单施氮肥处理的根系活力相比，增加幅度为1.25%～22.96%。秸秆还田处理下，随着氮肥用量增加，根系活力逐渐增强，氮肥用量超过一定水平时，根系活力开始下降，表现为M1N2水平根系活力最高。M1N2处理与不施氮处理（M1N0）差异显著，而与M1N1处理之间差异不显著。这是由于土地整理区的土壤容重过大，其通气性差，导致水肥利用率低且机械阻力大，限制了根系的生长。而秸秆还田后，土壤变得疏松，土壤容重随之降低，增加了土壤的孔隙度，提高了土壤的通透性能，有效地改善了土壤的物理性状，促进了根系的生长和根系活力的提高。

表2 不同处理对冬小麦根系活力的影响μg/（g·h）

2.3 秸秆还田与氮肥配施对冬小麦干物质累积量的影响

冬小麦干物质积累是形成经济产量的基础，开花后的干物质积累与分配是决定小麦产量的重要因素，干物质积累反映了小麦光合产物的积累性能。从表3可以看出，同一施氮水平下，秸秆还田处理不同生育期冬小麦干物质累积量均明显高于单施氮肥处理，比单施氮肥处理的干物质累积量增加0.71%～19.77%。秸秆还田处理下，冬小麦干物质累积量随施氮水平的提高而增加；在各生育期的干物质累积量均以M1N3处理最高，且与 M1N0，M1N1，M1N2处理间差异均达显著水平。相同施氮水平下，秸秆还田处理与单施氮肥处理植株干物质累积量在苗期有显著差异，而在中后期无明显差异。

表3 不同处理对冬小麦干物质累积量的影响 kg/hm2

2.4 秸秆还田与氮肥配施对冬小麦氮磷钾含量的影响

2.4.1 秸秆还田与氮肥配施对冬小麦植株全氮含量的影响由表4可知，同一施氮水平下，秸秆还田处理各生育期冬小麦植株全氮含量均明显高于单施氮肥处理，比单施氮肥处理提高0.15～3.65 g/kg。秸秆还田各处理的全氮含量随施氮水平的增加而增加，说明冬小麦植株全氮含量与氮肥用量呈正相关。秸秆还田各处理的全氮含量差异显著，全氮含量以M1N3处理最高，苗期、拔节期和抽穗期分别比M1N0处理增加了56.8%，36.4%和35.8%，说明秸秆还田与氮肥配合施用促进了冬小麦植株对氮素的吸收与积累。

表4 不同处理对冬小麦植株全氮含量的影响 g/kg

2.4.2 秸秆还田与氮肥配施对冬小麦植株全磷含量的影响由表5可知，冬小麦植株全磷含量在苗期较高，随着生育期的推移，全磷含量在不断降低。同一施氮水平下，秸秆还田处理不同生育期冬小麦全磷含量均明显高于单施氮肥处理，比单施氮肥处理提高0.06～0.99 g/kg。随着施氮水平的提高，秸秆还田各处理的全磷含量呈增加趋势，M1N3处理全磷含量最高，且与M1N0处理差异显著，苗期、拔节期和抽穗期分别比M1N0分别增加43.3%，44.2%，72.8%。而在单施氮肥条件下，当氮肥用量达到一定水平时，全磷含量呈降低的趋势，在N2水平下，全磷含量最高。说明秸秆还田处理促进了对磷素的吸收。

表5 不同处理对冬小麦植株全磷含量的影响 g/kg

2.4.3 秸秆还田与氮肥配施对冬小麦植株全钾含量的影响从表6可以看出，随着生育期的推移，冬小麦体内的全钾含量呈现先增加后减少的趋势。同一施氮水平下，秸秆还田处理冬小麦各生育期全钾含量均高于单施氮肥处理，比单施氮肥处理提高0.17～1.17 g/kg。随着氮肥用量的增加，秸秆还田处理冬小麦植株全钾含量呈增加的趋势，但增加幅度较小。这可能是由于氮肥用量的增加，增强了冬小麦根系活力，从而促进了它对钾的吸收，但对其影响不大。M1N3处理植株全钾含量最高，与M1N0处理之间差异显著，苗期、拔节期和抽穗期分别比M1N0增加了11.9%，7.0%和11.2%。而M1N2处理与M1N1处理无明显差异。

表6 不同处理对冬小麦植株全钾含量的影响 g/kg

3 结论

与单施氮肥处理相比，秸秆还田与氮肥配施可明显增加叶绿素含量，施氮量为225 kg/hm2时，冬小麦的叶绿素含量最高，光合作用最强。秸秆还田与氮肥配施可以有效地改善土地整理区土壤的理化性状，提高冬小麦的根系活力。秸秆还田与氮肥合理配施可解决土壤微生物与作物竞争土壤中氮源的问题，改善土壤-作物体内氮素转化，增加冬小麦干物质积累，有利于获得较高的经济产量。这与江晓东等[14]研究结果基本一致。

秸秆还田与氮肥配施可促进冬小麦对氮、磷、钾的吸收与积累，随着施肥水平的提高，冬小麦植株中的全氮、全磷含量呈增加趋势，而全钾含量无显著影响。采用秸秆还田与氮肥配施技术可促进冬小麦生长发育和营养元素的吸收，进而提高冬小麦产量。增产的同时也增加了秸秆的生成量，其成为下季作物的有机肥源和土壤培肥的手段，可以有效地改善土地整理区土壤的理化性状，培肥土壤。

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