减量施肥对冬小麦生长及土壤养分的影响

    张文伟 李利利 宋亚丽 王亚静 李可夫 高钰 李峰

    

    

    

    摘要：研究了减量施肥对陇东旱塬区冬小麦生长及产量的影响。结果表明，化肥减量施用配施有机肥模式可增加0～60 cm土层有机质、速效钾含量，改善土壤肥力状况;化肥减量施用配合秸秆还田模式在一定程度上增加实施当年0～20 cm土层全氮、全磷、全钾含量，但短期内造成土壤0～100 cm土层内有机质、速效磷及0～60 cm土层土壤矿质氮和速效钾含量下降。氮磷钾肥配施有机肥、氮磷钾肥配秸秆还田的减肥措施均可有效提升冬小麦产量，折合产量分别为7 254.8、? ? 7 114.8 kg/hm2，较不施肥模式分别增产8.13%、6.05%。

    关键词：冬小麦;生长;土壤养分;减肥模式

    中图分类号：S512.1? ? ? 文献标志码：A? ? ? 文章编号：1001-1463（2021）01-0022-06

    doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.01.005

    Abstract：Sweeteners are often needed in the preparation of apple cider vinegar drinks. Common sweeteners include sucrose， honey， high fructose corn syrup， aspartame， etc. Sucrose and honey tend to produce flocculation under acidic conditions， which will affect the sensory quality of products. The experiment on the basis of apple vinegar drinks basic recipe research， with a partly replace sucrose， fructose syrup， honey， a study on the synergy of compound sweeteners and， through the orthogonal experiments to optimize the apple vinegar drinks the optimal formula of compound sweeteners： fructose syrup 15 g/kg， 20 g/kg of sucrose， sucralose 0.15 g/kg（0.25 g/kg） limited， aspartame， 0.40 g/kg（0.60 g/kg） limited， mass ratio is： 0.75∶1∶0.0075∶0.02. After filtration and sterilization， the cider vinegar beverage prepared with this formula was placed at room temperature for 150 days， and the flocculant content was reduced by 0.95 g/L， and the light transmittance of the beverage was up to 98%.

    Key words：Sweeteners;Apple cider vinegar drink;Sensory quality

    我國是化肥、农药、地膜使用大国，尤其化肥的使用，对提高作物产量、确保粮食安全有重要意义[1 ]。但近年来我国过量施用化肥现象普遍，导致肥料利用率偏低，不仅没有促进作物增产，还造成了严重的环境污染，不利于农业可持续发展。为了在保证粮食增产稳产的基础上提升化肥利用率和耕地质量，农业农村部按照中央部署，坚持“一控两减三基本”目标，深入开展化肥农药使用量零增长行动。近年来，我国化肥利用率持续提高，2019年水稻、玉米、小麦三大粮食作物化肥利用率为39.2%，比2015年提高4.0%，比2017年提高1.4%，但与欧美等发达国家相比仍然有差距。推进化肥减量增效是一项长期任务，需要因地制宜、创新机制、强化措施，在质量兴农、绿色兴农的实践中持续推进，确保在2020年实现化肥农药利用率达到40%的目标[2 ]。过量单施化肥会造成土壤有机质含量降低、肥料利用率下降、速效养分含量降低、土壤微生物性状改变、土壤结构破坏等土壤肥力质量的改 变[3 - 4 ]，施用有机肥和秸秆还田等有机物料具有增加土壤有机质、增加土壤有效养分、提高微生物及土壤酶活性、减少化肥使用量、提高肥料利用率、改善土壤结构的效果[5 - 7 ]。针对陇东旱塬区粮食种植的地域、土壤、气候等条件，我们于2017年冬小麦秋播时设置定位试验，研究了减量施肥对冬小麦生长及土壤养分的影响，以期为黄土高原旱塬区粮食作物生产提供依据。

    1? ?材料与方法

    1.1? ?供试材料

    供试肥料为市售尿素（含N 46.4%）、普通过磷酸钙（含P2O5 12%）、硫酸钾（含K2O 51%），有机肥为腐熟羊粪（水分17.9%、总碳21.11%，总氮0.89%，总磷0.60%，总钾1.82%）。供试秸秆为小麦秸秆（总碳46.90%，总氮0.51%，总磷0.02%，总钾1.19%）。指示冬小麦品种为铜麦6号，由铜川市印台区农业技术推广中心和铜川市种子管理站选育，庆阳市农业科学研究院粮食作物研究所2015年从陕西大唐种业有限公司引进。

    1.2? ?研究区概况

    试验区位于甘肃省宁县和盛镇湫包头村（107° 47′ 36″ E，35° 25′ 07″ N），海拔1 233 m，土层深厚，光照充足，气候温和，属干旱半干旱气候。年均气温7～10 ℃，年日照2 250～2 600 h，无霜期140～180 d，年均降水480～660 mm。土壤为黑垆土，肥沃疏松，质地均一，通气性好，前茬小麦。土壤背景值样品于2017年9月24日采集（表1）。

    1.3? ?试验方法

    试验于2017年秋播开始设置化肥减施增效长期定位试验。共4个处理，即①不施肥（CK）;②常规施肥（CF），即当地农户常规用量，N 120 kg/hm2、P2O5 100 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2;③氮磷钾肥配施有机肥（CF+M），N、P2O5施用量比常规处理各减量50%，K2O施用量减量30%，施入有机肥22.5 t/hm2;④秸秆还田优化处理（OPT），N肥比常规减量15%，P2O5、K2O各减量30%。小麦秸秆剪成2～3 cm小段，施入量3 750 kg/hm2。肥料和秸秆人工均匀撒于地表，机械旋耕，均作为基肥一次性施用。试验面积400 m2（20 m×20 m），3次重复，随机区组排列。2017年9月26日机械播种，播量187.5 kg/hm2，行距20 cm。2018年6月26日收获。田间管理同当地大田。

    1.4? ?样品测定方法

    小麦收获后于2018年9月12日采集0～100 cm土壤样品，每20 cm为1个土层，每小区分别取3个样点组成混合土样，测定土壤养分含量。每小区随机选取50株考种，收获40 m2计产。土壤有机质用重铬酸钾油浴法，土壤全氮、全磷分别用浓硫酸+催化剂消煮和硫酸+高氯酸消煮，流动分析仪测定;土壤全钾用氢氧化钠熔融，火焰光度计测定;土壤矿质氮和速效磷分别用1 mol/L氯化钾浸提和0.5 mol/L碳酸氢钠浸提，流动分析仪测定;土壤速效钾用1 mol/L乙酸铵浸提，火焰光度计测定。

    1.5? ?数据分析

    采用Microsoft Excel 2003整理数据、制图，用SPSS19.0进行数据统计分析。

    2? ?结果与分析

    2.1? ?有机质

    由图1可以看出，随着土壤剖面加深，有机质含量呈先下降后增加趋势。0～100 cm土层有机质含量以CF+M处理最高，0～20、20～40、40～60 cm分别为13.21、10.51、10.50 g/kg，分别比CK增加10.6%、4.3%、15.9%。可见减量化肥配施有机肥可以提高土壤0～60 cm土层有机质含量。OPT处理在第1年会导致有机质含量下降，0～20、20～40、40～60、60～80 cm各土层有机质含量比CK分别下降8.7%、9.4%、13.0%、10.7%。CF+M处理由于施入有机肥，0～60 cm土层有机质含量高出试验背景值，同时0～100 cm各土层有机质含量均显著高于其余处理;CK、CF、OPT处理0～100 cm土层有机质含量均低于试验背景值。

    2.2? ?全氮、矿质氮

    2.2.1? ? 全氮? ? 通过图2（a）可以看出，各减量施肥处理下，土壤全氮在0～60 cm土层内随着土层深度急剧下降，之后随着土层加深缓慢增加。经过一季冬小麦生长，0～100 cm土层中的全氮含量与试验初始值无差异。其中CK处理0～20 cm土层的全氮含量低于背景值和其他处理。CF处理的40～60 cm土层全氮含量低于背景值和其他处理。在80～100 cm土层中，不同处理的土壤全氮含量均高于背景值。

    2.2.2? ? 矿质氮? ? 土壤矿质氮主要包括铵态氮和硝态氮，来源一是施入氮肥的残留，二是土壤中有机肥的矿化[8 ]。从图2（b）可以看出，经过一季冬小麦生长，矿质氮在经过作物吸收、损失后，各处理下矿质氮含量显著低于背景值，不同施肥处理对0～60 cm土层矿质氮影响明显。0～20 cm土层内，CF+M处理矿质氮含量较CK显著增加，增幅为27.29%，其余处理较CK无明显差异;20～60 cm土层内，3个施肥处理土壤矿质氮含量较CK均有下降趋势，但CF处理降幅最大，20～40 cm、40～60 cm土层土壤矿质氮分别下降33.9%、16.1%。随着土层加深，至60 cm以下，矿质氮趋于稳定，含量保持在2.5 mg/kg左右。

    2.3? ?全磷、 速效磷

    2.3.1? ? 全磷? ? 由图3（a）可知，各处理土壤全磷含量随土层加深呈先快速下降后缓慢升高的趋势，至60 cm左右全磷含量最少，60 cm以下土层全磷含量又逐渐增加。种植一季冬小麦后，各处理在40～60 cm土层全磷含量均高于试验背景值，其他土层全磷含量无明显变化。不同施肥处理间对土壤剖面全磷含量的影响不明显，在0～20 cm土层，CF、CF+M、OPT处理土壤全磷含量均高于CK，20 cm以下土层内，各施肥处理全磷含量均与CK无明显差异。

    2.3.2? ? 速效磷? ? 从图3（b）可以看出，速效磷含量在0～60 cm范围内随土层深度增加而呈不规则降低趋势，60 cm以下无显著变化，这与磷在土壤中的扩散移动极弱有关[9 ]。所有处理的0～20 cm土层中土壤速效磷含量低于试验背景值，而40～100 cm各土层种植小麦后较背景值有增加趋势，说明施肥、作物根系分泌物等可以促进磷的有效矿化。不同处理对土壤剖面速效磷含量的影响较显著。与不施肥处理相比，0～20 cm土层CF处理和CF+M处理的速效磷含量增加，而OPT处理无明显变化;20～100 cm土层中，3个施肥处理土壤有效磷含量不规则下降，降幅为9.34%～49.24%。

    2.4? ?全钾、 速效钾

    2.4.1? ? 全钾? ? 由图4（a）可以看出，不同施肥处理对0～100 cm土层全钾含量影响较大。冬小麦收获后，CF+M处理土壤全钾含量在0～100 cm土層剖面分布较均匀，随着土层加深略有增加。OPT处理在20～40、80～100 cm土层全钾分布较少，在0～20、40～80 cm土层含量较高。CF处理全钾含量随着土层加深快速下降，至40 cm土层降到最低，且显著低于CK，之后快速增加。不同处理0～20 cm和60～100 cm土层土壤中全钾含量均高于试验背景值，在40～60 cm土层中均低于试验背景值，与CK相比，其他3个处理0～40、80～100 cm土层中全钾含量均降低，说明种植冬小麦后，经作物吸收和土壤固定，各施肥处理未能显著增加土壤全钾的含量。