不同農藝措施對河套灌區節水春小麥氮素利用的影響

李曉娟等

摘要 [目的]系統研究春小麥生長發育特性以及植株氮素吸收規律，闡明不同農藝措施與氮素利用的關系，深入揭示節水條件下氮肥高效利用的生理機制，明確節水灌溉春小麥實現高氮素利用效率的適宜農藝措施，以期達到減少氮肥施用量、提高氮肥利用效率、降低小麥生產成本、減少環境污染、保護生態環境的目的。[方法]在前期研究確立的節水灌溉模式基礎上，通過4因素5水平二次回歸正交設計試驗，以基本苗數、種肥磷量、施氮量和灌水定額4項主要農藝措施為決策變量，以氮素農學利用效率為目標函數，建立了內蒙古河套灌區主要農藝措施與春小麥氮素農學利用效率的二次多項式回歸模型。[結果]4項農藝措施對氮素農學利用效率的影響大小順序為：基本苗數>灌水定額>施氮量>種肥磷量。通過頻數尋優，定量化地提出了河套灌區春小麥實現高氮素農學利用效率的農藝措施優化組合方案，即基本苗數控制在678.9萬～710.9萬株/ hm2，種肥磷量（P2O5）142.4～158.9 kg/hm2，拔節期追施氮量（純N）124.5～142.0 kg/hm2，拔節期和抽穗期灌水定額均為903.5～951.6 m3/hm2，可實現節水春小麥氮素利用率大于10 kg/kg。[結論]該研究可為建立河套灌區春小麥節水省肥高產栽培技術體系提供理論依據。

關鍵詞 春小麥；氮素利用效率；農藝措施；河套灌區

中圖分類號 S512 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）11-03199-04

Abstract [Objective] The aim was to study the wheat growth and development characteristics and its plants nitrogen use absorption law systematically to clarify the relationship between different agronomic measures and nitrogen use， reveal the physiological mechanism of high efficiency use of nitrogen under water-saving conditions deeply to confirm on the suitable agronomic measures of water-saving spring wheat to realize high efficiency use of nitrogen， then to get the goal of decreasing nitrogen application amount， improving nitrogen use efficiency， cutting down wheat production cost， reducing environment pollution to protect ecological environment. [Method] On the basis of water-saving irrigation pattern of preliminary studies established， the field experiment was carried out through the four factors and five levels quadratic regression orthogonal designed test， a quadratic polynomial regression mathematical model of major agronomic measures and nitrogen use efficiency of spring wheat in Hetao Irrigation Region of the Inner Mongolia were established taking the four key agronomic measures（basic seedlings number， the amount of basic phosphorus， nitrogen application amount and irrigation water quota） as decision variables， and the nitrogen use efficiency as the objective function. [Result] The effects of the four agronomic measures on nitrogen use efficiency was in the order of basic seedlings number> irrigation water quota> nitrogen application amount> the amount of basic phosphorus. Through the frequency analysis， quantitatively proposed that optimized agronomic measures combination plan of spring wheat of the Hetao Irrigation District realizing high nitrogen use efficiency was as follows： the basic seedlings number was 6.789-7.109 million plants per hectare， the amount of basic phosphorus （P2O5） was 142.4- 158.9 kg/hm2， additional nitrogen amount of jointing stage （pure N） was 124.5- 142.0 kg/hm2， the irrigation quota of jointing and heading stage was 903.75- 951.6 m3/hm2， which achieved that the nitrogen use efficiency of watersaving spring wheat was more than 10 kg/kg. [Conclusion] The study provides a theoretical basis for establishing water-saving， fertilizersaving and high yield production technological system of spring wheat in Hetao Irrigation Region of the Inner Mongolia.

Key words Spring wheat； Nitrogen use efficiency； Agronomic measures； Hetao Irrigation Region

春小麥是河套灌區的主要糧食作物之一，常年播種面積約占糧食作物播種面積的50%以上，小麥生產在該地區糧食生產中占有舉足輕重的地位。氮素是植物生長必需的大量元素，對許多生理活動有直接調節作用。氮素的缺乏會使許多生命代謝過程發生改變，提高氮素利用效率是發展農業的重點問題之一[1]。河套平原灌區的春小麥伴隨著多次、大量灌水，化肥的投入量也在逐年增加[2-3]。在高水肥投入條件下，小麥生產中化肥氮的利用率低、損失量大是存在的普遍問題。由此導致的地表水富營養化、地下水硝態氮含量超標以及土壤板結等一系列生態環境惡化現象已引起廣泛關注[4]。因此，如何通過技術突破減少灌溉用水和化肥用量，提高水、肥利用效率，是擺在人們面前的重要課題。關于充分灌水條件下小麥的營養吸收特性國內外已有大量研究[5-7]。汪芝壽等國內外科學工作者對春小麥氮磷鉀吸收動態已開展了大量的研究工作，取得了相應的成果[8-10]。但對于春小麥節水灌溉下養分利用特性還尚未見報道。為此，筆者以提高氮肥利用效率為中心，在不同農藝措施處理下，系統研究春小麥生長發育特性以及植株氮素吸收規律，闡明不同農藝措施與氮素利用的關系，深入揭示節水條件下氮肥高效利用的生理機制，明確節水灌溉春小麥實現高氮素利用效率的適宜農藝措施，以期達到減少氮肥施用量、提高氮肥利用效率、降低小麥生產成本、減少環境污染、保護生態環境的目的，從而為建立河套灌區春小麥節水省肥高產栽培技術體系提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2013年在內蒙古巴彥淖爾市五原縣農業技術推廣中心進行，試驗區屬大陸性干旱、半干旱氣候，大氣干燥，降水稀少，蒸發強烈，年降水量為136～225 mm，年蒸發量為1 992～3 305 mm，無霜期117～150 d。土壤基礎肥力為：有機質22.98 g/kg，堿解氮70.56 mg/kg，速效磷21.57 mg/kg，速效鉀134.56 mg/kg，pH 7.92。

1.2 試驗設計

試驗設施氮量（N）、種肥磷量（P）、基本苗數（D）、灌水定額（I）4個因素，每個因素5個水平，采用4因素5水平二次回歸正交設計（1/2）方案，17個處理組合，其編碼水平及實際值見表1、2，另設1個不施肥小區（18）作為對照。供試小麥品種為當地主推良種永良4號。采用隨機區組排列，3次重復，共54個試驗小區，每小區面積為21 m2，行距15 cm。磷肥按處理水平作為底肥隨播種一次性施入，氮肥在拔節期結合灌水追施。灌水分別在拔節期和抽穗期進行，其他管理措施同普通小麥大田。

1.3 測定內容及方法

采用凱氏定氮儀和酸滴定儀測定小麥植株的氮素含量，并按如下公式計算氮素利用相關指標。吸氮量= 植株干物重× 植株氮素含量；氮素表觀利用率=（施氮處理植株吸氮量-不施氮處理植株吸氮量）/施氮量× 100%；氮肥農學利用率=（ 施氮區產量- 空白區產量）/施氮量；氮素生理效率= 經濟產量/植株總吸氮量；氮肥偏生產力= 施氮區產量/施氮量。

1.4 數據統計分析

所有試驗數據均采用Excel（2003）和SPSS（19）軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同農藝措施處理下節水春小麥植株含氮率變化

不同農藝措施處理下節水春小麥整個生育期地上部植株含氮率均呈下降趨勢。在春小麥植株的分蘗至成熟期間，由于干物質重的增長速度較大，植株含氮率隨生育進程的推進而逐漸降低，分蘗期的含氮率最高，成熟期最低。

由圖1可知，在拔節期進行施氮處理以前，各處理間植株含氮率沒有明顯差異，但是都明顯大于對照。拔節期進行不同氮肥處理以后，中氮處理下的植株含氮率明顯大于其他處理。到了抽穗期，植株含氮率表現為中氮>高氮>低氮>對照開花期以后，各處理間植株含氮率差異不明顯，但是都明顯大于不施氮的對照。

由圖2可知，不同磷肥處理間中磷處理下的植株含氮率在整個生育時期都表現為最大，不施磷的對照始終最小，分蘗期到開花期之間植株含氮率表現為中磷>高磷>低磷>對照。開花期以后，施磷量對植株含氮率的影響不明顯。

由圖3可知，不同種植密度下，在分蘗期中密處理和低密處理下的植株含氮率沒有明顯差異，但是都明顯大于高磷處理和不施磷的對照。到開花期以后，植株含氮率表現為低密>中密>高密>對照。

3 結論與討論

春小麥一生中，氮素積累量與生育進程符合S型曲線變化，苗期積累氮量少，隨生育進程推進，氮素積累量增加，至完熟期達到最大值。適宜水肥量和適宜密度下的氮素積累量在春小麥的整個生育時期都保持最大。而春小麥植株含氮率隨著生育進程逐漸減小，分蘗期最大，之后逐漸減小，到成熟期降為最低。前人關于施氮量影響小麥植株氮素吸收的研究多認為，隨施氮量增加，植株氮素含量和積累量增加。該試驗中進一步驗證了上述結果，中氮處理下的植株含氮率和氮素積累量都明顯大于低氮處理，但該試驗中過量施氮處理，植株含氮率和積累量反而下降。這說明施氮量過多，反而抑制了植株含氮率和氮素積累量的提高。

提高小麥氮素利用效率是目前急待解決的農業問題，關于小麥氮素利用效率的研究己有很多[1-5]，主要是對不同基

因型小麥氮素利用效率的比較研究，而該試驗是通過對不同

農藝措施下的氮素利用效率做比較，旨在得出河套灌區最大氮素農學利用效率的農藝措施組合。該試驗在前期研究確立的“河套灌區春小麥高產節水灌溉模式”基礎上，建立了春小麥氮素農學利用效率與基本苗數、種肥磷量、追氮肥量和灌水定額4項農藝措施的二次多項式回歸方程。通過氮素農學利用效率決策頻數分析，提出河套灌區春小麥實現高氮素農學利用效率的農藝措施組合方案：種植密度678.9萬～710.9萬株/ hm2，種肥磷量（P2O5）142.4～158.9 kg/hm2，拔節期追施氮量（純N）124.5～142.0 kg/hm2，拔節期和抽穗期灌水定額均為903.5～951.6 m3/hm2，可實現節水春小麥氮素利用率大于10 kg/kg。

董文娟等在河套灌區對春小麥的研究得出，灌4水條件下最大氮素利用效率的施氮量為148.5～195.0 kg/hm2，而灌2水條件下得出最大氮素利用效率的施氮量為124.5～129.0 kg/hm2[16]，與該試驗得出的節水春小麥最大氮素農學利用效率的施氮量范圍124.5～142.0 kg/hm2接近。這證明，在節水栽培條件下，適當減少施氮量可顯著提高小麥的氮素利用效率。

該試驗結果表明，在優化種植密度、施肥量和灌水定額條件下，河套平原灌區春小麥的氮素利用效率能夠達到13.6 kg/kg，遠高于目前現有報道的數值范圍。該試驗得出的河套灌區春小麥高氮素農學利用效率的優化組合措施為實現北方灌區春小麥模式化栽培提供了切實可行的途徑。由于整個河套灌區各地的小氣候、土壤條件不同，因此該研究提出的春小麥高氮素農學利用效率的農藝措施方案的適應性和持續性尚待進一步驗證。

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