不同施肥模式对冬小麦产量的影响

Effects of Different Fertilization Modes on Winter Wheat Yield

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2025.04.005

李海燕 Haiyan LI , 张永超 Yongchao ZHANG , 陈超 Chao CHEN , 刘长旭 Changxu LIU , 温延臣 Yanchen WEN

1 中国农业科学院德州盐碱土改良实验站山东德州 253015 Dezhou Saline-Alkaline Soil Improvement Experimental Station, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Dezhou, Shandong 253015, China 2 山东省宁津县农业农村局山东宁津 253400 Agriculture and Rural Bureau of Ningjin County, Shandong Province, Ningjin, Shandong 253400, China 3 德州市农技推广与种业中心山东德州 253000 Dezhou Agricultural Technology Extension and Seed Industry Center, Dezhou, Shandong 253000, China

Author notes:

Correspondence to: 温延臣(1981—)，男，博士，副研究员，主要从事农技推广工作；147979700qq.com

摘要：

针对麦田大量施用化肥导致的肥料利用率低、环境污染等问题，以冬小麦为试验对象，在小麦-玉米轮作区开展了控释肥、有机肥部分替代化肥的田间小区试验。试验设置了配方肥(T1)、控释氮肥及减氮10%(T2、T3)、有机无机肥配施及减氮10%(T4、T5)等5个处理，考察了不同处理的冬小麦产量构成因素及产量、养分吸收情况，测定了土壤中有机质和全氮含量，并计算了不同处理的经济效益。结果表明：施用控释肥和有机肥部分替代氮肥可提高冬小麦籽粒产量，T2处理的最高，较T1处理的提高4.9%；T4、T5处理的土壤中有机质含量较T1处理的分别显著提高10.1%、15.0%；施用控释肥处理的经济效益较好，T2处理较T1处理增收59.82元/亩(1亩=667 m²)。施用控释氮肥以及有机无机肥配施可推荐为“三新”(施肥新技术、肥料新产品和施肥新机具)配套技术应用。

关键词：

施肥模式; 有机无机肥配施; 冬小麦; 控释肥; 化肥减量; 三新技术;

Abstract：

To address problems such as low fertilizer utilization rate and environmental pollution caused by excessive chemical fertilizer application in wheat fields, winter wheat is used as the test object to conduct a field plot experiment on controlled-release fertilizer and organic fertilizer partially replaced chemical fertilizer in a wheat-maize rotation plantation area. Five treatments are established: formula fertilizer (T1), controlled-release nitrogen fertilizer and 10% nitrogen reduction (T2, T3), combined organic-inorganic fertilizer application and 10% nitrogen reduction (T4, T5). Yield components, yield, nutrient uptake, soil organic matter and total nitrogen content under different treatments are investigated, and economic benefits are calculated. The results show that applying the controlled-release fertilizer and partial substitution of nitrogen fertilizer with organic fertilizer can increase winter wheat grain yield, with T2 treatment achieving the highest value which is 4.9% higher than T1 treatment. Soil organic matter content in T4 and T5 treatments increases significantly by 10.1% and 15.0% respectively compared to T1 treatment. Controlled-release fertilizer treatments have better economic benefits, with T2 treatment increasing income by 59.82 yuan/mu (1 mu = 667 m²) compared to T1 treatment. The application of controlled-release nitrogen fertilizer and the combination of organic-inorganic fertilizers can be recommended as supporting technologies for "Three Innovations" (new fertilization techniques, new fertilizer products, and new fertilization machinery).

Keyword：

fertilization mode; organic-inorganic fertilizer combined application; winter wheat; controlled-release fertilizer; chemical fertilizer reduction; three innovations technology;

我国耕地数量有限，提高单产水平已成为农业发展的重中之重。山东作为农业大省和产粮大省，在保障国家粮食安全方面责任重大。传统的农业生产方式已难以进一步提高作物产量，为进一步实现粮食单产和总产的提升，亟需通过技术集成推广，推动良种良法的结合与农机农艺的融合，示范带动大面积的平衡增产。为探索农业发展新路线，提出了“三新”(新技术、新产品、新机具)配套技术的推广，这为当地农业发展提供了新的出路。

有机无机肥配施技术是实现农业高质量可持续发展的必要条件。杨晓梅等^[1]的研究表明，相较于单施化肥，采用有机无机肥配施能使小麦增产784 kg/hm²，增幅达12.4%，并且土壤中有机质含量增加了9.3%。邢素丽等^[2]在马兰农场的定位试验研究表明，有机无机肥配施处理相较对照组，土壤中有机质含量增加14.59%~19.2%，小麦增稳系数达3.19，具有更高的增产稳定性。施用缓控释肥是实现小麦节本增效的有效途径之一，刘兆辉等^[3]的研究表明，缓控释肥是一次性施肥技术的重要载体。缓控释肥的养分释放曲线基本符合作物需肥规律，能够满足作物整个生育期对养分的需求，可减少化肥用量、节约用工，并确保粮食不减产，对实现化肥使用量零增长、减少温室气体排放、减轻地下水污染和耕地退化等具有重要的意义^[4-6]。宋挚等^[7]的研究表明，包膜尿素处理的小麦产量较常规施肥处理的增加约15.8%，净收益增加约3 135.9元/hm²。新机具的投入不仅符合当前农业生产的需求，还可以提高小麦产量。侯正仿等^[8]的研究表明，与传统种植相比，天津市实施种肥同播技术后，小麦增产26 kg/亩(1亩=667 m²)，增幅约6%。通过开展“三新”配套技术效果试验，结合测土配方施肥、机械施肥和新型肥料产品的应用，能够推动相关产业链的发展，并为当地农业新技术的推广提供示范。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及材料

2022年10月至2023年6月，试验在山东宁津县宁城街道张秀村(37°66′09″ N，116°75′66″ E) 进行。试验区属暖温带半湿润季风气候，年均日照时数为2 658.6 h，年均温度为12.5 ℃，年均降水量为521.0 mm。该地区的主要种植模式为小麦-玉米轮作，前茬作物为玉米。

供试作物为冬小麦，选用当地主栽品种良星99。2022年10月24日播种，行距为16 cm，亩播量为20 kg，播种后镇压。2023年6月12日收获，全生育期为230 d。

供试肥料：尿素，w(N)为46%，山东农大肥业科技有限公司；过磷酸钙，w(P₂O₅)为12%，江苏美乐肥料有限公司；硫酸钾，w(K₂O)为50%，国投新疆罗布泊钾盐有限公司；控释尿素(采用聚氨酯包膜)，w(N)为46%，山东茂施生态肥料有限公司；有机肥，w(N+P₂O₅+K₂O)为3.68%，w(有机质)＞60%，山东农大肥业科技有限公司。

供试土壤为壤土，试验前耕层土壤理化性状：pH为8.14，w(有机质)为21.65 g/kg，w(全氮)为1.39 g/kg，w(有效磷)为44.89 mg/kg，w(速效钾)为226.67 mg/kg。

1.2 试验设计与方法

试验共设5个处理：T1，配方肥处理，通过测土配方形成科学养分配比，将单质肥料掺混施用；T2，缓控释肥处理；T3，缓控释肥减氮10%处理；T4，有机无机肥配施处理；T5，有机无机肥配施减氮10%处理。每个处理设置3次重复，小区面积为40 m²(4 m×10 m)。随机区组排列，小区间设有50 cm边界分隔。病虫草害管理按农田常规管理进行，除施肥外，各小区管理措施保持一致。

不同处理的施肥量见表 1。各处理以50%的氮肥及全部磷肥、钾肥作为基肥，在播种前撒施，撒施后旋耕整地并播种；剩余50%的氮肥(尿素)作为追肥，在冬小麦返青期于浇返青水前进行撒施。收获时，每小区进行实收测产，分别测定冬小麦的籽粒和茎叶产量，并折算亩产量。

表 1

不同处理的施肥量 kg/亩

处理	基肥用量					追肥(尿素)用量
处理	尿素	过磷酸钙	硫酸钾	控释尿素	有机肥	追肥(尿素)用量
T1	18.5	83.4	10	0	0	18.5
T2	0	83.4	10	18.5	0	18.5
T3	0	83.4	10	16.7	0	16.7
T4	15.0	55.0	3.3	0	226.8	18.5
T5	13.0	55.0	3.3	0	226.8	16.7

1.3 测定项目及方法

试验前，采用五点取样法采集0~20 cm深度的土壤样品，混匀后作为基础土样。收获时，各小区采用五点取样法采集0~20 cm深度的土壤样品，混匀后进行测试。采用常规方法测定土壤理化性状，其中pH采用电位法测定，有机质含量采用重铬酸钾-浓硫酸外加热法测定，全氮含量采用凯氏法消解-AA3型连续流动分析仪测定，有效磷含量采用钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用火焰光度法测定^[9]。

作物收获时，分别采集冬小麦籽粒和茎秆部分样品。分别测定植株籽粒和茎叶的全氮、全磷、全钾含量，试样采用H₂SO₄-H₂O₂消煮前处理后，全氮含量采用AA3型连续流动分析仪测定，全磷含量采用钒钼黄比色法测定，全钾含量采用火焰光度法测定^[9]。

1.4 数据处理与分析

数据采用Microsoft Excel 2016软件整理后，进行随机区组二因素方差分析，使用LSD法进行多重比较；采用SAS 9.4软件进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对冬小麦产量的影响

不同施肥处理的冬小麦产量及产量构成因素见表 2，表中同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P＜0.05)，下同。

表 2

不同施肥处理的冬小麦产量及产量构成因素

处理	籽粒产量/(kg·亩^-1)	秸秆产量/(kg·亩^-1)	亩穗数/万穗	穗粒数/粒	千粒质量/g
T1	484.03±26.14 ab	428.77±68.17 b	40.01±4.31 a	25.82±1.76 bc	47.07±0.42 a
T2	507.86±46.68 a	429.83±17.65 b	40.69±1.98 a	26.05±2.42 b	47.95±0.81 a
T3	483.78±43.92 ab	421.56±20.18 b	35.78±4.01 b	29.00±1.48 a	46.75±1.41 a
T4	500.39±43.68 a	427.96±34.29 b	39.32±3.22 a	26.90±1.92 b	47.40±1.94 a
T5	495.16±34.37 a	448.12±59.97 a	42.00±3.86 a	25.44±1.50 bc	46.47±1.87 a

从表 2可以看出，施用缓控释肥和有机肥替代部分氮肥均可以提高冬小麦籽粒产量。T2处理的冬小麦籽粒产量最高，较T1处理的提高了4.9%；T4处理次之，T5处理再次之，T3处理与T1处理基本相当。从秸秆产量来看，T5处理的最高，较T1处理的提高了4.5%，其余处理间的冬小麦秸秆产量差异不显著。

从冬小麦产量构成因素来看，除T3处理外，其余处理的冬小麦亩穗数差异不显著。T3处理的冬小麦亩穗数较T1处理的降低了10.6%，这可能是受氮肥减量和控释效果的影响，养分供应出现阶段性不足，进而影响了冬小麦的成穗。T3处理的冬小麦穗粒数显著高于其他处理的，较T1处理的提高了12.3%，其原因可能是亩穗数的降低促进了穗粒数的形成。各处理的冬小麦千粒质量差异不显著，其中T2处理的最大，T5处理的略小于其他处理的。

2.2 不同施肥处理对冬小麦养分吸收的影响

不同施肥处理的冬小麦籽粒养分含量见表 3。

表 3

不同施肥处理的冬小麦籽粒养分含量

处理	w(全氮)/%	w(全磷)/%	w(全钾)/%
T1	1.72±0.13 ab	0.58±0.08 a	0.33±0.03 a
T2	1.76±0.12 ab	0.62±0.02 a	0.37±0.01 a
T3	1.68±0.06 b	0.54±0.06 a	0.31±0.04 a
T4	1.82±0.04 a	0.68±0.01 a	0.36±0.02 a
T5	1.79±0.12 a	0.62±0.14 a	0.34±0.02 a

从表 3可以看出，与T1处理相比，T2处理的冬小麦籽粒的全氮、全磷、全钾含量均有所提升，T3处理的均有所下降。这表明在配方施肥的基础上施用缓控释肥，冬小麦对养分吸收的效果有所提升，但减少氮素施用量会影响小麦对养分的吸收积累。T4、T5处理的冬小麦籽粒全量养分含量均高于T1处理的，这说明有机肥部分替代化肥有助于提高冬小麦对养分吸收和储存的能力。

2.3 不同施肥处理对冬小麦经济效益的影响

按市场价格尿素2.80元/kg、过磷酸钙1.10元/kg、硫酸钾4.80元/kg、控释尿素2.98元/kg、有机肥0.60元/kg、小麦2.65元/kg计算，不同施肥处理的冬小麦经济效益见表 4。

表 4

不同施肥处理的冬小麦经济效益元/亩

处理	投入					产出		净收益	净收益较T1处理增加
处理	化肥	缓控释肥	有机肥	合计	较T1处理增加	收益	较T1处理增加	净收益	净收益较T1处理增加
T1	243.34			243.34		1 282.68		1 039.34
T2	191.54	55.13		246.67	3.33	1 345.83	63.15	1 099.16	59.82
T3	186.50	49.77		236.27	-7.07	1 282.02	-0.66	1 045.75	6.41
T4	170.14		136.08	306.22	62.88	1 326.03	43.35	1 019.81	-19.53
T5	159.50		136.08	295.58	52.24	1 312.17	29.49	1 016.59	-22.75

从表 4可看出，在配方施肥的基础上，缓控释肥部分替代常规化肥可提高冬小麦的净收益，T2、T3处理的冬小麦净收益较T1处理的分别增加了59.82、6.41元/亩。尽管施用缓控释肥增加了投入，但通过提高产量，仍提高了小麦种植的经济效益。有机肥的投入量较大，虽然提高了小麦产量，但由于投入的增加，造成T4、T5处理的冬小麦净收益较T1处理的分别降低了19.53、22.75元/亩。

2.4 不同施肥处理对冬小麦收获期土壤养分含量的影响

不同施肥处理的冬小麦收获期土壤中有机质和全氮含量见表 5。

表 5

土壤中有机质和全氮含量 g/kg

处理	w(有机质)	w(全氮)
T1	22.37±2.83 b	1.41±0.02 a
T2	22.41±1.82 b	1.40±0.04 a
T3	21.76±1.69 b	1.42±0.05 a
T4	24.62±2.07 a	1.47±0.08 a
T5	25.73±0.85 a	1.46±0.13 a

从表 5可看出，有机无机肥配施对土壤中有机质含量的提升有良好的效果，T4、T5处理的土壤中有机质含量较T1处理的分别显著提高了10.1%、15.0%。T2处理的土壤中有机质含量较T1处理的也有所提高，但差异不显著。T3处理的土壤中有机质含量较T1处理的略有降低，但差异不显著。施用有机肥可提升土壤的养分储存能力，土壤中全氮含量较T1处理的有所提高，其中T4处理效果最好，较T1处理的提高了4.3%。

3 结论与讨论

当前，冬小麦生产中普遍存在以下几个难题：①农村人口减少，雇工成本增加，农业生产的经济效益降低；②在减少氮肥用量的同时，需保证作物的高产和稳产；③肥料利用率普遍偏低，需通过施肥技术的改进来提高肥料利用效率，降低环境污染风险^[10]。目前，使用缓控释肥替代化肥也存在一定的问题，主要体现在养分释放很难与冬小麦的需肥规律完全同步，造成部分时期养分供应不足，限制了作物对养分的吸收，影响了产量的提升；同时，投入成本较高，难以满足经济效益提升的要求^[11]。

本研究表明：在配方施肥的条件下，使用缓控释肥和有机肥等养分部分替代化肥均可以提高冬小麦产量；减少缓控释肥的用量会使冬小麦产量略有降低，其原因是冬小麦在分蘖至越冬期和拔节至孕穗期是氮素需求的两个高峰期，但是从缓控释肥的养分供应来看，单一缓控释肥养分释放较为平缓，难以完全满足冬小麦两个氮素需求高峰期对养分的需求，导致冬小麦在关键生育期的养分吸收不足，从而导致减产^[12]。为实现缓控释肥养分释放规律满足冬小麦关键生育期对养分的需求，本试验提出了缓控释肥与速效肥料配施的施肥方式，并取得了较好的效果。研究结果表明，缓控释肥和有机肥均通过提高冬小麦的亩穗数和穗粒数来提高冬小麦产量，冬小麦千粒质量在各处理间差异不显著。有机肥和缓控释肥均有肥效长的特点，能在冬小麦整个生育期内持续供给养分，与速效氮肥配施也满足了冬小麦在两个氮素需求高峰期对养分的需求，从而促进了冬小麦对养分的吸收和储存效果。

4 结语

马俊永等^[13]对河北潮土连续24年的定位试验结果表明：有机无机配合施肥有显著的正交互作用，相比单施秸秆或化肥能达到更好的增产效果。Yadav等^[14]通过对印度6个长期定位试验点持续十几年的试验数据分析后得出，相比施用氮磷钾肥料的处理，有机无机肥配施对作物的产量提升更显著。从上述观点来看，有机无机肥配施能促进作物增产主要有2个原因：一方面是由于有机肥的培肥作用，使土壤具有良好的物理结构和化学肥力条件；另一方面，有机肥带入的磷、钾以及中微量元素，能够满足作物对多种营养元素的需求。部分学者还从植物生理角度对小麦增产进行了解释^[15-17]。

从冬小麦的经济效益来看，施用缓控释肥虽增加了投入，但相应的小麦产量提升效果也较为明显，因此T2、T3处理的冬小麦净收益均高于T1处理的。施用有机肥同样增加了投入，但由于投入增加较多，尽管T4、T5处理的产量有所提升，净收益仍有所降低。在本试验条件下，使用控释肥部分替代化肥可以获得良好的经济效益；考虑到有机肥的后季效应，当地有机肥替代20%化肥的方案也是可行的。

缓控释肥和有机肥的施用均可以培肥土壤，提高冬小麦收获期土壤中全氮和有机质含量，其中以施用有机肥处理的培肥效果较好。

ckwx 参考文献

杨晓梅, 李桂花, 李贵春, 等. 有机无机配施比例对华北褐土冬小麦产量与氮肥利用率的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2014(4): 48-52.

邢素丽, 韩宝文, 刘孟朝, 等. 有机无机配施对土壤养分环境及小麦增产稳定性的影响[J]. 农业环境科学学报, 2010, 29(增刊1): 135-140.

刘兆辉, 吴小宾, 谭德水, 等. 一次性施肥在我国主要粮食作物中的应用与环境效应[J]. 中国农业科学, 2018, 51(20): 3827-3839.

DIMKPA C O, FUGICE J, SINGH U, et al. Development of fertilizers for enhanced nitrogen use efficiency-trends and perspectives[J]. Science of the Total Environment, 2020, 731: 139113. doi:10.1016/j.scitotenv.2020.139113

LINQUIST B A, ADVIENTO-BORBE M A, PITTELKOW C M, et al. Fertilizer management practices and greenhouse gas emissions from rice systems: a quantitative review and analysis[J]. Field Crops Research, 2012, 135: 10-21. doi:10.1016/j.fcr.2012.06.007

COSKUN D, BRITTO D T, SHI W M, et al. Nitrogen transformations in modern agriculture and the role of biological nitrification inhibition[J]. Nature Plants, 2017, 3: 17074. doi:10.1038/nplants.2017.74

宋挚, 范仲卿, 于晓东, 等. 不同控释期包膜尿素氮素释放对小麦氮素利用的影响[J]. 山东农业科学, 2020, 52(12): 51-58.

侯正仿, 陈子学, 邢硕, 等. 小麦种肥同播化肥减量增效技术[J]. 天津农林科技, 2021(4): 23-24.

鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京: 中国农业科技出版社, 2000.

张明伟, 马泉, 陈京都, 等. 缓控释肥在冬小麦上的应用研究进展及展望[J]. 江苏农业科学, 2022, 50(2): 15-21.

李伟, 李絮花, 董静, 等. 冬小麦控释尿素与普通尿素的最佳配比研究[J]. 植物营养与肥料学报, 2014(3): 629-635.

王茹芳, 刘俊滨, 张夫道, 等. 掺混型缓释肥对小麦产量及品质的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2007(2): 35-37.

马俊永, 李科江, 曹彩云, 等. 有机-无机肥长期配施对潮土土壤肥力和作物产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2007, 13(2): 236-241.

YADAV R L, DWIVEDI B S, PRASAD K, et al. Yield trends, and changes in soil organic-C and available NPK in a long-term rice-wheat system under integrated use of manures and fertilisers[J]. Field Crops Research, 2000, 68(3): 219-246. doi:10.1016/S0378-4290(00)00126-X

李春明, 熊淑萍, 赵巧梅, 等. 有机无机肥配施对小麦冠层结构、产量和蛋白质含量的影响[J]. 中国农业科学, 2008, 41(12): 4287-4293.

张兰松, 马永安, 李保军, 等. 有机无机肥配合施用对小麦的增产作用[J]. 植物营养与肥料学报, 2003, 9(4): 503-505.

姜东, 于振文, 许玉敏, 等. 有机无机肥料配合施用对冬小麦根系和旗叶衰老的影响[J]. 土壤学报, 1999, 36(4): 440-447.