基于养分专家系统的西北旱地冬小麦推荐施肥效应研究

[目的]本研究调查了养分专家系统(Nutrient Expert,NE)推荐施肥在西北旱地冬小麦生产上的应用效果,以明确该方法在西北旱地小麦推荐施肥中的可行性。[方法]在陕西渭北旱塬两年共布置15个田间试验,所有试验均设置两个处理:养分专家系统推荐施肥(NE)和农户习惯施肥(FP)。在小麦成熟期采集小麦样品和0—100 cm土层土壤样品,测定植株氮磷钾养分含量和土壤硝态氮含量,调查分析小麦产量及其构成要素、经济效益和肥料偏生产力。[结果]NE推荐的N施用量平均为158 kg/hm^(2),较FP处理(N 192 kg/hm^(2))减少了18%;P_(2)O_(5)施用量平均为62 kg/hm^(2),较FP处理(134 kg/hm^(2))减少了54%;而K_(2)O用量为40 kg/hm^(2),较FP处理(28 kg/hm^(2))增加了43%。NE处理的冬小麦平均籽粒产量为5171 kg/hm^(2),与FP处理(5111 kg/hm^(2))籽粒产量接近,经济效益提高了7.8%,氮肥偏生产力提高25.1%,磷肥偏生产力提高了139.8%。与FP相比,NE处理的土壤0—100 cm土层硝态氮残留量无显著差异。[结论]相比农户习惯施肥,基于养分专家系统推荐的施肥方案减少了18%的氮肥和54%的磷肥用量,增加了43%的钾肥用量,冬小麦产量保持稳定,氮肥和磷肥的偏生产力和经济效益均显著提升,具有较好的化肥减施和增收效果,可在旱地冬小麦生产中推广应用。

北方麦区小麦产量与蛋白质含量变化对土壤硝态氮的响应

【目的】分析我国北方麦区不同土壤硝态氮残留梯度下减施氮肥后小麦籽粒产量、蛋白质含量变化,为保证合理减施氮肥,有效降低麦田土壤硝态氮残留提供理论依据。【方法】于2018—2019年在我国北方麦区43个地点进行田间试验,研究不同硝态氮残留情况下氮肥减施对小麦产量、蛋白质含量、产量构成及氮素吸收利用的影响。【结果】与农户施肥相比,监控施肥的氮肥用量减少55 kg·hm^(-2)(26%),产量为5885 kg·hm^(-2),比农户施肥增产3.1%,籽粒蛋白质含量为132.4 g·kg^(-1),与农户施肥相比无显著差异。当1 m土层硝态氮残留量<55 kg·hm^(-2)时,小麦产量最低,为4252 kg·hm^(-2),硝态氮残留在55—100 kg·hm^(-2)时,产量达到最高,为7186 kg·hm^(-2),硝态氮残留量过高并不能持续提高小麦产量;当土壤硝态氮残留量<100 kg·hm^(-2)时,不施氮肥小麦产量会显著降低,但采用监控施肥技术合理减施氮肥,无论土壤硝态氮残留多少,均不会减产。土壤硝态氮残留>300 kg·hm^(-2)时,小麦籽粒的蛋白质含量达到最高,平均为146.93 g·kg^(-1);当土壤硝态氮残留量<200 kg·hm^(-2)时,不施氮肥会显著降低籽粒蛋白质含量,但通过监控土壤硝态氮合理减施氮肥,无论硝态氮残留高低,均不会降低籽粒蛋白质含量;硝态氮残留介于55—100 kg·hm^(-2)时,农户与监控施肥处理的小麦籽粒蛋白质含量分别为124.5和123.1 g·kg^(-1)。采用监控施肥技术,小麦氮肥吸收效率(地上部吸氮量/施氮量)与氮肥偏生产力分别为1.36和45.7 kg·kg^(-1),较农户施肥显著提高61.5%和57.1%。【结论】综合考虑维持北方麦区小麦较高的产量和蛋白质含量,收获期1 m土层硝态氮残留量应介于55—100 kg·hm^(-2)。基于小麦目标产量、籽粒蛋白质含量和土壤硝态氮监控,确定合理的氮肥用量,对实现小麦氮肥减施、绿色生产有重要意义。

基于土壤有机质含量推荐的旱地冬小麦施氮量研究

[目的]当前国内已有的小麦氮肥用量推荐方法,尤其是基于测土进行的推荐施肥方法,都存在取样量大、测试工作量大和成本较高的问题,难以被农技推广工作者和小农户接纳与应用推广.为此,本文就一种至少2-3年有效的氮肥用量推荐方法进行研究.[方法]以低有机质含量土壤维持或提高土壤肥力、高有机质土壤降低环境风险为目的,建立基于土壤有机质含量的旱地小麦施氮量推荐方法,施氮量(kg N·hm^-2)=目标产量需氮量(kg N·hm^-2)×施氮系数(Nf).施氮系数(Nf)由表层土壤有机质含量高低确定.应用这一方法在渭北旱塬冬小麦种植区6县进行了3年田间试验.[结果]基于有机质推荐氮肥施用量平均为161 kg N·hm^-2,比农户习惯施肥(平均为190 kg N·hm^-2)减少了15.3%;而相应的冬小麦平均籽粒产量为5817 kg·hm^-2,比农户习惯施肥显著提高了9.0%.此外,与农户习惯施肥相比,基于有机质含量推荐施肥的经济效益增加了1451元/hm^2,提高19.3%,小麦收获期1 m土层的硝态氮残留降低了39 kg·hm^-2,显著降低28.3%.[结论]基于土壤有机质含量推荐施肥降低了氮肥施用量并提高了冬小麦籽粒产量,增加了经济效益,降低了土壤硝态氮残留量和施肥的环境风险,可在旱地小麦区推广应用.

基于小麦产量与籽粒锰含量的磷肥优化管理

【目的】通过研究我国北方八省区不同土壤有效磷水平和施磷量条件下小麦产量和籽粒锰含量的变化规律,为提高小麦产量、调控小麦锰营养水平和保障粮食安全生产提供依据。【方法】于 2018—2019 年在我国北方山西、陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆、内蒙古、黑龙江 8 个省区的 34 个地点布置田间试验,设置农户施肥、监控施肥和监控无磷 3 个处理,研究北方八省区小麦的产量和籽粒锰含量及不同土壤有效磷水平下监控施磷及不施磷对小麦产量和籽粒锰含量的影响。【结果】在我国北方八省区,小麦产量平均为 6 066 kg·hm^(-2),籽粒锰含量平均为 42 mg·kg^(-1)。籽粒锰含量<32 mg·kg^(-1)的试验点占 8.8%,>44 mg·kg^(-1)的占 36.8%,籽粒锰含量偏高的问题应引起注意。随土壤有效磷含量增加,小麦产量和籽粒锰含量均显著提高,有效磷含量 20—30 mg·kg^(-1)时小麦产量最高,有效磷含量>40 mg·kg^(-1)时籽粒锰含量最高。监控施肥与农户施肥处理相比,其磷肥用量平均降低了 45.4%,但两者产量分别为 6 358 和 6 222 kg·hm^(-2),籽粒锰含量分别为 42.8 和 43.6 mg·kg^(-1),无显著差异。不同土壤有效磷水平下,监控施肥处理的小麦产量均无显著降低;土壤有效磷<10 mg·kg^(-1)时,不施磷肥降低了小麦籽粒锰含量,也降低了产量,而监控施肥仅降低了籽粒锰含量;其他土壤有效磷水平下,监控施肥均不降低籽粒锰含量。土壤有效锰含量亦随土壤有效磷含量的提高而升高,小麦籽粒锰含量与土壤有效锰含量呈显著正相关。【结论】为实现小麦高产和适宜的籽粒锰含量,土壤有效磷应维持在 20—30 mg·kg^(-1);采用监控施肥技术科学优化施磷,不会降低小麦产量,但当土壤有效磷含量<10 mg·kg^(-1),不施磷肥虽能降低小麦籽粒锰含量,但存在小麦减产的风险。