施氮量對小麥耗水特性和產量的影響

王欣+石玉+于振文

摘要：在2012-2013年度和2013-2014年度兩個小麥生長季，以強筋小麥濟麥20為供試材料，設置4個施氮量處理，即0 （N0）、180（N1）、210 （N2）、240 kg/hm2（N3），研究施氮量對小麥耗水特性和產量的影響。結果表明：（1） 施氮量由零增加到240 kg/hm2，拔節期灌溉前土壤相對含水量顯著降低，拔節期灌水量顯著增加，總灌水量亦呈增加趨勢。（2） N2處理的總耗水量顯著高于N0和N1處理，與N3處理無顯著差異，其土壤貯水消耗量及占總耗水量的比例均較高，140～200 cm土層土壤貯水消耗較多，利于土壤深層水的利用。（3） N2處理的小麥籽粒產量和水分利用效率顯著高于其他處理，是兼顧產量和水分利用效率的適宜施氮量。

關鍵詞：施氮量；小麥；土壤貯水消耗量；水分利用效率；籽粒產量

中圖分類號：S512.106.2 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2015）01-0051-05

Abstract In order to study the effects of nitrogen application rate on water consumption characteristics and yield of strong gluten wheat Jimai 20， four treatments， 0 （N0）， 180 （N1）， 210 kg/hm2 （N2） and 240 kg/hm2 （N3）， were designed under field conditions in wheat growing season of 2012-2013 and 2013-2014. The results showed that with the increase of nitrogen application rate from 0 to 240 kg/hm2， the soil relative water content before irrigation at jointing stage was significantly decreased， the irrigation amount at jointing stage was significantly increased and total irrigation amount also showed an upward tendency. Total water consumption of N2 treatment was significantly higher than those of N0 and N1 treatment， and had no significant difference with that of N3 treatment. N2 treatment also had higher soil water consumption and higher ratio to total water consumption. The soil water consumption of N2 treatment in 140～200 cm soil layer was higher than those of other treatments， which indicated that N2 was conducive to the use of water in deep soil layers. The grain yield and water use efficiency of N2 treatment were significantly higher than those of other treatments， thus N2 treatment was the optimum nitrogen application rate.

Key words Nitrogen application rate； Wheat； Soil water consumption； Water use efficiency； Grain yield

有研究表明，適量施氮可以獲得較高的產量，提高水分利用效率[1]。在小麥拔節期和開花期分別灌水60 mm條件下，施氮量192 kg/hm2的籽粒產量較270 kg/hm2處理增加404.54 kg/hm2[2]。小麥全生育期灌水量為282.0 mm時，施氮量150 kg/hm2的水分利用效率較施氮量90 kg/hm2的處理低0.63 kg/（hm2·mm）。本試驗采用測墑補灌的方法，研究施氮量對小麥耗水特性和產量的影響，以期為小麥合理的氮肥運籌提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

2012-2013年度和2013-2014年度小麥生長季，在山東農業大學實驗農場（117°9′E，36°9′N）進行田間試驗。2012-2013年度播種前試驗田0～20 cm土層含有機質2.06%，全氮1.02%，堿解氮102.09 mg/kg，速效磷39.40 mg/kg，速效鉀 88.39 mg/kg。2012-2013年度和2013-2014年度小麥全生育期降水量分別為195.8 mm和165.5 mm。0～200 cm土層各層的田間持水量和土壤容重見表1。

采用濟麥20為供試材料，設置4個施氮量處理，分別為施純氮0、180、210、240 kg/hm2，分別用N0、N1、N2、N3表示。每公頃施P2O5 112.5 kg 和K2O 112.5 kg，所用肥料種類分別為尿素、重過磷酸鈣和硫酸鉀。其中50%氮肥和全部的磷、鉀肥作為基肥于耕前施入，剩余50%氮肥于小麥拔節期（雌雄蕊原基分化期）開溝追施。endprint

試驗于拔節期和開花期灌水，2012-2013年度生長季設定目標土壤含水量為0～140 cm土層土壤平均相對含水量均為70%，2013-2014年度生長季設定目標土壤含水量為0～140 cm土層土壤平均相對含水量分別為70%和65%。每次灌水前兩天用土鉆按每20 cm為一層取土樣，測定土壤質量含水量，計算補灌水量。灌水量由公式m=10ρbH（βi-βj）計算得出[3]，式中，m 為灌水量（mm），H 為該時段土壤計劃濕潤層的深度（本試驗為140 cm），ρb 為計劃濕潤層內土壤容重（g/cm3），βi為目標土壤質量含水量（田間持水量乘以目標相對含水量），βj為灌水前各處理相應土層的土壤質量含水量。采用輸水帶在試驗小區均勻灌溉，灌水量用水表計量。各灌水時期于灌水5天后待土壤水分達平衡時測定各土層土壤平均相對含水量。

試驗小區面積為5 m×2 m=10 m2，隨機區組排列，重復3 次。小區間設1 m 隔離區，并播種與試驗小區相同密度的小麥。2012和2013年均為10月7日播種，并分別于2013年6月8日和2014年6月4日收獲。3葉期定苗，留苗密度為180株/m2，其他管理措施同一般高產田。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 土壤含水量的測定 用土鉆取0～200 cm土層的土壤，每20 cm為一層土樣，取土后立即裝入鋁盒，稱鮮質量，110℃烘干至恒質量，稱干質量，計算土壤質量含水量和土壤相對含水量。

土壤質量含水量（%）=（土壤鮮質量-土壤干質量）/土壤干質量×100

土壤相對含水量（%）=土壤質量含水量/田間持水量×100

1.2.2 農田耗水量的計算 根據水分平衡法計算小麥生育期農田耗水量[4]，公式如下：

ET=△S +M+P+K

式中，ET為農田耗水量（mm）；△S為土壤貯水消耗量（mm）；M為灌水量（mm）；P為降水量（mm）；K為時段內地下水補給量（mm），當地下水埋深大于2.5 m 時，K 值可以不計。本試驗中地下水埋深為5 m，因此無地下水補給。

1.2.3 土壤貯水消耗量的計算 采用劉增進等[5]方法計算土壤貯水消耗量，公式如下：

式中，Si為階段土壤貯水消耗量，i為土層編號；n為總土層數；γi為第i層土壤容重（g/cm3）；Hi為第i層土壤厚度（cm）；θi1和θi2分別為階段初和階段末第i層的土壤含水量（%）。

1.2.4 籽粒產量的測定 成熟期收獲、脫粒、自然風干，籽粒水分含量為12.5%時稱重。

1.2.5 水分利用效率的計算 水分利用效率=籽粒產量/農田耗水量[6]；土壤水利用效率=籽粒產量/土壤貯水消耗量[7]；降水利用效率=籽粒產量/降水量[8]；灌水利用效率=籽粒產量/灌水量

1.3 數據處理

用Microsoft Excel 2003 處理數據和圖表，DPS7.5軟件進行數據統計分析和差異顯著性檢驗（LSD 法）。

2 結果與分析

2.1 不同處理灌溉前、灌溉后土壤相對含水量及灌溉量

由表2可知，2012-2013年度拔節期灌溉前土壤相對含水量為N0>N1>N2>N3，灌水量N3>N2>N1>N0，開花期灌溉前土壤相對含水量為N3顯著高于其他處理，灌水量顯著低于其他處理，其他處理間均無顯著差異；2013-2014年度拔節期灌溉前土壤相對含水量N0>N1>N2>N3，灌水量N3>N2>N1>N0，開花期灌溉前土壤相對含水量為N1顯著高于其他處理，灌水量顯著低于其他處理。表明施氮量由零增加到240 kg/hm2，拔節期灌溉前土壤相對含水量顯著降低，施氮增加了小麥播種至拔節階段對水分的利用。

2.2 不同處理對小麥總耗水量、耗水來源及其比例的影響

由表3可知，2012-2013年度生長季，總耗水量、土壤貯水消耗量、灌水量均為N2、N3>N1>N0，土壤貯水消耗量占總耗水量的比例為N2顯著高于N1和N0處理，與N3處理無顯著差異。2013-2014年度生長季，總耗水量為N2、N3>N1>N0，土壤貯水消耗量為N2>N3>N1>N0，灌水量為N3>N2>N1、N0，土壤貯水消耗量占總耗水量的比例N2顯著高于N0、N1和N3處理。表明施氮量210 kg/hm2處理，土壤貯水消耗量及其比例較高，有利于小麥對土壤貯水的利用。

2.3 不同處理對0～200 cm土層土壤貯水消耗量的影響

由圖1可知，2012-2013年度生長季，0～60 cm土層土壤貯水消耗量N2顯著高于其他處理，60～140 cm土層N2顯著高于N1、N0處理，與N3處理無顯著差異，140～200 cm土層N2、N3處理顯著高于N1和N0處理。2013-2014年度生長季，0～100 cm土層土壤貯水消耗量N2處理顯著高于其他處理，120～160 cm土層各處理間無顯著差異，160～200 cm土層N2、N3處理顯著高于N0和N1處理。表明N2處理有利于小麥利用土壤貯水，且土壤深層貯水利用能力較強。

2.4 不同處理對小麥籽粒產量和水分利用效率的影響

由表4可知，2012-2013年度小麥籽粒產量表現為N2>N3>N1>N0，水分利用效率N2>N1、N3>N0，降水、灌水利用效率N2處理顯著高于其他處理，土壤水利用效率為N0>N1>N2、N3；2013-2014年度小麥籽粒產量為N2>N3>N1>N0，水分利用效率N2、N1>N0、N3，降水利用效率為N2>N3>N1>N0，土壤水、灌水利用效率N2處理顯著低于其他處理。表明施氮量210 kg/hm2，有利于提高小麥籽粒產量、水分利用效率和降水利用效率，施氮量增加到240 kg/hm2，籽粒產量、水分利用效率和降水利用效率顯著降低。施氮量210 kg/hm2是獲得高產和高水分利用效率的適宜施氮量。endprint

3 結論與討論

土壤水是小麥農田耗水的主要來源，施氮肥顯著促進了土壤水分的消耗[9]，降低了對自然降水和灌水的依賴[10]，施氮量由90 kg/hm2增至270 kg/hm2，土壤貯水消耗量從75.26 mm增至105.60 mm[11]。本研究在測墑補灌條件下，施氮量為210 kg/hm2處理的土壤貯水消耗量及所占總消耗量的比例均較高，140～200 cm土層土壤貯水消耗較多，利于土壤深層水的利用。

Abedi等[12]研究表明，隨施氮量增加，冬小麥籽粒產量增加，超過一定范圍，籽粒產量和水分利用效率降低[13，14]。在灌溉量261 mm、施氮量221 kg/hm2的條件下，產量和水分利用效率分別為6 533 kg/hm2和14.59 kg/（hm2·mm），均達到最高[15]。本試驗結果表明，兩生長季在施氮量為210 kg/hm2時均獲得最高的籽粒產量和水分利用效率，為在本試驗測墑補灌條件下，兼顧高產和高水分利用效率的適宜施氮量。

參 考 文 獻：

[1]栗麗， 洪堅平， 王宏庭，等. 水氮處理對冬小麥生長、產量和水氮利用效率的影響[J]. 應用生態學報， 2013，24（5）：1367-1373.

[2]臧賀藏，劉云鵬，余鵬，等. 水氮限量供給下兩個高產小麥品種物質積累與水分利用特征[J]. 麥類作物學報， 2012，32（4）：689-695.

[3]山侖， 紹忠， 吳普特. 中國節水農業[M]. 北京： 中國農業出版社， 2004：229-230.

[4]Cristina P， Salvatore L C. Yield， water use and radiation use efficiencies of kenaf （Hibiscus cannabinus L.） under reduced water and nitrogen soil availability in a semi-arid Mediterranean area [J]. European Journal of Agronomy， 2013， 46：53-62.

[5]劉增進， 李寶萍， 李遠華，等. 冬小麥水分利用效率與最優灌溉制度的研究[J]. 農業工程學報， 2004， 20（4）：58-63.

[6]Sepaskhah A R， Tafteh A. Yield and nitrogen leaching in rapeseed field under different nitrogen rates and water saving irrigation [J]. Agricultural Water Management， 2012， 112， 55-62.

[7]Van Duivenbooden N， Pala M， Studer C， et al. Cropping systems and crop complementarity in dryland agriculture to increase soil water use efficiency： a review [J]. NJAS-Wageningen J. Life Sci.， 2000， 48： 213-236.

[8]Rehman S， Khalil S K， Rehman A，et al. Micro-watershed enhances rain water use efficiency， phenology and productivity of wheat under rainfed condition [J]. Soil Tillage Res.， 2009， 104： 82-87.

[9]張宏， 周建斌， 王春陽， 等. 栽培模式及施氮對冬小麥—夏玉米體系產量與水分利用效率的影響[J]. 植物營養與肥料學報， 2010， 16（5）： 1078-1085.

[10]侯翠翠， 馮偉， 李世瑩， 等. 不同水氮處理對小麥耗水特性及產量的影響[J]. 麥類作物學報， 2013， 33（4）： 699-704.

[11]栗麗， 洪堅平， 王宏庭，等. 水氮互作對冬小麥耗水特性和水分利用效率的影響[J]. 水土保持學報， 2012， 26（6）： 291-296.

[12]Abedi T， Alemzadeh A， Kazemeini S A. Wheat yield and grain protein response to nitrogen amount and timing [J]. Aust. J. Crop Sci.， 2011， 5（3）： 330-336.

[13]王艷哲， 劉秀位， 孫宏勇，等. 水氮調控對冬小麥根冠比和水分利用效率的影響研究[J]. 中國生態農業學報， 2013， 21（3）： 282-289.

[14]蘇丙華， 徐煒， 張娟，等. 施氮量對超高產小麥品種濟麥22 號產量和氮素利用效率的影響[J]. 山東農業科學， 2012， 44（8）： 78-80.

[15]劉青林， 張恩和， 王琦，等. 灌溉與施氮對留茬免耕春小麥產量、水分利用效率及氮肥表觀利用效率的影響[J]. 中國沙漠， 2011， 31（5）： 1195-1201.endprint