小麦产量性状及养分分配的长期定位试验

小麦产量性状及养分分配的长期定位试验

土地整理是农业生产发展的基础。合理的栽培方法是促进作物品质和高产的先决条件。河南省是我国重要的农业大省,北部大部分地区在麦播前主要以旋耕为主进行整地。由于长期以旋代耕,造成耕层变浅和犁底层加厚,不利于小麦根系下扎及获得高产。研究表明,深耕可有效增强土壤通透性,有利于根系下扎和吸收深层土壤水分。另外,过量施用化肥在北方地区也是较为普遍的现象。前人研究发现,长期使用化肥会造成土壤粘粒水稳定性团聚度、土壤孔隙度、土壤阳离子代换量下降,磷肥在土壤中会形成铝、钙磷酸盐而被固定。施用有机肥可起到供应养分和改良土壤的双重作用,是充分利用资源,减少环境污染、向生态农业和无公害农业发展的必要途径。许多研究显示,增施有机肥可以增加土壤的持水能力、孔隙度、渗透能力和渗透系数,并减小土壤密度和防止土壤表面结壳,且有机肥含有一些生物活性物质,可提高多种酶活性。目前,在华北地区农业上普遍采用秸秆就地还田,它是改善土壤地力、解决农民田间燃烧秸秆、减少环境污染和资源浪费的有效措施。如果将玉米秸秆还田利用与作物栽培技术相结合,可避免作物因翻耕造成地面保护层破坏和土壤地力下降,同时减少人力投入和资源消耗,降低农业生产的成本,但这方面尚缺乏试验依据。本试验针对在小麦生产中存在的耕层过浅和土壤养分失衡问题,采用长期定位试验的方法,研究了深耕与秸秆还田、有机肥还田的配合方式下,小麦产量及不同器官氮(N)、磷(P)、钾(K)含量以及养分利用效率的差异,以期为小麦生产实践中耕层调控及培肥措施的选择提供理论参考。1材料和方法1.1整地、除草和还田本试验是在河南省获嘉县照镜镇前李村自2007年开始的长期定位试验基础上进行的,供试小麦品种为矮抗58,前茬为玉米。试验地土壤为粘壤土,肥力水平较高,基础土样的土壤有机质含量为2.05%,速效氮为40.56mg·kg-1,速效磷为14.32mg·kg-1,速效钾为121.41mg·kg-1。每年播种前整地施肥,每公顷底施纯N135kg、P2O5120kg、K2O180kg、ZnSO422.5kg、硫肥60kg,第二年拔节期追施纯氮135kg,小麦种植密度为180万株·hm-2,23cm等行距播种。试验采用耕作方式和有机物料还田二因素设计,耕作方式为深耕(先犁后旋,28cm深)和浅耕(传统旋耕,14cm深),以浅耕作为对照;有机物料还田设前茬玉米秸秆粉碎后直接还田和有机肥还田(猪粪,每公顷22.5m3)两种。共有8个处理,即深耕(S)、深耕+有机肥(SF)、深耕+秸秆还田(SJ)、深耕+有机肥+秸秆还田(SFJ)、浅耕(Q)、浅耕+有机肥(QF)、浅耕+秸秆还田(QJ)、浅耕+有机肥+秸秆还田(QFJ)。每处理小区面积40m2(5m×8m),3次重复。小麦于2009年10月14日播种,2010年6月10日收获,高产田措施管理。1.2养分利用效率测定小麦成熟后在每处理小区随机取30株进行室内考种,测定千粒重、穗粒重、穗粒数、结实小穗数、不孕小穗数等产量性状;并从小区中间随机取1m双行进行计产。同时将取回的植株分离成叶片、茎鞘、颖壳+穗轴、籽粒等不同器官,洗净、烘干,测定其N、P、K含量。其中,样品N含量采用半微量凯氏定氮法测定,P含量采用钒钼黄比色法测定,K含量采用ICP电感耦合等离子体发射光谱仪(Optical2100DV)测定,然后分别计算3种养分的利用效率,公式如下:经济系数(%)=经济产量(kg·hm-2)/地上部分生物产量(kg·hm-2)×100%生产力(或生产系数)=作物籽粒产量(kg·hm-2)/施肥量(kg·hm-2)生理效率=作物籽粒产量(kg·hm-2)/成熟期植株吸收量(kg·hm-2)。吸收强度(kg·hm-2·d-1)=地上部吸收量(kg·hm-2)/生育阶段持续天数(d)。1.3统计分析采用Excel和SPSS统计软件对试验数据进行方差分析,多重比较采用LSD法,其中小写字母表示在α=0.05水平上差异显著。2结果与分析2.1不同处理对主动指数n、浅耕、有机肥还田、养老小穗数q从表1可以看出,深耕处理的穗粒重明显高于浅耕处理,有机肥还田显著高于无有机肥处理,其中SFJ处理显著高于QJ和Q处理(P<0.05)。8个处理下小麦穗粒数在33.65～41.18范围内变化,深耕处理明显高于浅耕处理,有机肥处理明显高于无有机肥处理;以SFJ处理最高,与S、Q、QF和QJ差异均显著(P<0.05)。深耕处理结实小穗数明显高于浅耕处理,有机肥还田处理高于无有机肥处理;SFJ处理显著高于SJ、Q、QJ和QF处理,同时QFJ处理显著高于QJ处理(P<0.05)。而不孕小穗数以QJ处理最高,QFJ处理最低,其中QJ处理与SF、SJ、SFJ、Q、QF和QFJ处理差异显著(P<0.05)。从产量来看,8个处理中SFJ处理最高,Q处理最低,处理之间差异不显著(P>0.05),说明深耕后再有机物料还田对小麦有一定的增产作用,但效果不明显。2.2不同浓度对磷系植物茎菌株n、qf和qfj-pb的影响不同耕层调控和有机物料还田措施下小麦N含量不同(表2)。各器官N含量表现为:籽粒>叶片>颖壳+穗轴>茎鞘。经方差分析,对于小麦叶片,浅耕处理明显高于深耕处理,有机肥处理明显高于无有机肥处理,其中QF和QFJ处理显著高于S、SJ和Q处理(P<0.05);各处理间茎鞘N含量差异不显著;对小麦颖壳+穗轴,各处理之间差异显著,其中SF处理显著高于其余各处理(P<0.05);在籽粒中,秸秆还田处理(SJ和QJ)显著高于QF处理,说明秸秆还田可提高籽粒N素含量。从整体上看,QFJ处理的各器官N含量较高;而SJ处理下小麦各器官的N含量也比较高,且在籽粒氮含量上高于QFJ处理。由此可以看出,浅耕和有机肥有利于N素在叶片中积累,而秸秆还田有利于籽粒中N素的累积。2.3不同覆盖方式对茎冠和穗轴p含量的影响小麦地上各器官P含量受耕层调控和有机物料还田影响(表3)。各器官P含量表现为:籽粒>叶片>颖壳+穗轴>茎鞘。经方差分析,叶片P含量在处理之间没有显著差异;茎鞘P含量在处理之间存在显著差异,其中SJ和SFJ显著高于S处理(P<0.05);颖壳+穗轴的P含量在处理之间差异显著,SFJ处理显著高于S和Q处理;各个处理间籽粒P含量差异达到显著水平,其中SFJ显著高于SJ和QJ处理,同时QF处理显著高于QJ处理,其他处理之间差异不显著。从整体上看,SFJ处理地上部各器官的P素含量均较高,特别是籽粒中P的含量。另外,QF处理的P含量在小麦各器官也比较高。2.4有机肥还田对鱼粒k含量的影响耕层调控和有机物料还田对小麦地上各个器官K含量也有影响(表4)。成熟期各器官K含量依次为:茎鞘>叶片>颖壳+穗轴>籽粒。经方差分析,叶片K含量浅耕处理高于深耕处理,有机肥还田处理高于无有机肥处理,其中QFJ处理显著高于S、SJ和Q处理(P<0.05);茎鞘部K含量在各处理间存在显著差异,其中SFJ处理显著高于Q、S、和SJ处理,SF处理显著高于Q处理;在颖壳+穗轴中,有机肥还田处理的K含量显著高于无有机肥处理,其中SFJ显著高于S、SJ、Q、QJ和QFJ处理,SF和QF处理显著高于S、SJ和Q处理;籽粒K含量在处理间差异均不显著(P>0.05)。综上,SFJ处理下小麦地上各部器官K含量均较高,而且有机肥对成熟期小麦地上各部器官K含量的影响比较明显,可显著提高小麦地上部各器官的K含量。2.5不同处理对养分吸收及生物利用指标的影响从氮肥生产力看,SFJ处理最高,Q处理最低;整体上深耕处理高于浅耕,秸秆还田处理优于不还田处理,但处理间差异均未达显著水平(P>0.05)。在N素生理效率方面,SFJ处理最高,与QFJ处理差异显著(P<0.05),与其他处理之间没有显著差异。在N素吸收强度方面,QFJ处理显著高于S、SF和Q处理,SJ显著高于S和Q处理。综合各个N素利用指标,SFJ处理占有一定的优势,深耕处理在N素生产力和生理效率方面略高于浅耕,有机肥和秸秆还田效应不明显。不同处理间P素生产力没有显著差异。在生理效率上,整体上深耕处理高于浅耕处理,其中QJ处理显著高于SFJ、Q和QF处理。各处理之间P素吸收强度差异显著,其中QF处理显著高于S、SF和QJ处理,且SFJ显著高于QJ处理。不同处理之间K素生产力和生理效率没有显著差异。从K吸收强度看,SFJ、QF和QFJ处理显著高于S和Q处理,其他处理之间差异未达显著水平,说明有机肥可促进植株地上部对K的吸收。3讨论3.1小麦各器官p含量耕作深度和有机物料还田影响小麦对于养分的吸收,特别是N、P、K含量。杨云马的研究结果显示,在秸秆还田的条件下,小麦茎秆N、P、K含量均得到提高,尤其以K素最明显。在本试验中,小麦成熟期地上部器官N含量表现为:籽粒>叶片>茎鞘>颖壳+穗轴;在各个处理中,深耕处理(S)各器官除籽粒外均低于浅耕处理,而浅耕处理(Q)N素总量为最低;浅耕+有机肥+秸秆还田处理(QFJ)在各个器官中均最高,其次为深耕+秸秆还田处理(SJ)。由此可得出,秸秆还田有利于小麦植株对N素的吸收,这与前人的研究结论一致。对于小麦P含量,成熟期地上部各器官表现为:籽粒>叶片>颖壳+穗轴>茎鞘;各处理之间,深耕+有机肥+秸秆还田处理(SFJ)除叶以外的器官均高于其他处理,尤其是籽粒中的P含量;而浅耕+有机肥处理(QF)的各器官P含量也比较高。从整体上看,有机肥还田有利于小麦对于P的吸收和利用,而秸秆还田的影响不如有机肥明显。小麦各器官K含量在成熟期表现为:茎鞘>叶片>颖壳+穗轴>籽粒;各处理中,深耕+有机肥+秸秆还田处理(SFJ)总量最高,而深耕+有机肥处理(SF)、浅耕+有机肥+秸秆还田处理(QFJ)和浅耕+有机肥处理(QF)的K含量也都比较高,说明有机肥可显著影响小麦对K的吸收能力,与前人研究结果相似。3.2耕作对小麦产量和养分利用的影响作物产量构成因素的特点与最终的产量水平密切相关。黄鹏等研究发现,配施矿物质有机肥可以显著提高玉米的产量、水分利用率及氮肥和磷肥利用率。也有学者发现,有机肥还田措施还可提高水稻的抗倒性,增产效果显著,其原因是增加了水稻的千粒重。本试验结果表明,耕层调控和有机物料还田对小麦产量及构成均有一定的影响,并且耕层调控和有机肥还田对穗粒重和穗粒数的影响达到显著水平。同时有机肥还田对小麦的结实小穗数也有显著影响。深耕+有机肥+秸秆还田处理(SFJ)的小麦产量最高,浅耕处理(Q)最低,但处理之间没有显著差异。此外,采用适宜的耕作方式不仅可改善土壤特性、提高产量,而且还可提高田间水分和养分的利用效率。本研究结果表明,在影响N