優化栽培模式對冬小麥水氮運移、籽粒產量和水氮利用的影響

田文仲，張 園，張學品，張少瀾，段國輝，吳少輝，高海濤，朱云集

(1.洛陽農林科學院，河南 洛陽 471023；2.河南農業大學 資源與環境學院，河南 鄭州 450002)

優化栽培模式對冬小麥水氮運移、籽粒產量和水氮利用的影響

田文仲1，張 園1，張學品1，張少瀾1，段國輝1，吳少輝1，高海濤1，朱云集2

(1.洛陽農林科學院，河南 洛陽 471023；2.河南農業大學 資源與環境學院，河南 鄭州 450002)

在大田試驗條件下，在河南省溫縣高產區監測了冬小麥不同種植模式麥田土壤水分和硝態氮含量變化動態，研究了優化栽培模式對冬小麥產量、水氮利用效率、土壤硝態氮累積量等的影響。結果表明：優化種植模式提高了小麥的產量，且優化栽培高于不施氮處理和習慣種植；在不同的處理中，土壤水分和硝態氮隨土壤深度的變化呈相反的趨勢，即土壤水分隨深度的增加呈增加的趨勢，而硝態氮則相反；優化栽培模式提高了土壤水分利用率、氮素生產力、氮肥利用率，且隨施氮量增加呈增加趨勢。

冬小麥；氮肥；土壤水分；硝態氮；籽粒產量

近年來，人們為了提高小麥產量，不斷更新栽培措施。有研究指出，傳統栽培導致小麥群體過大、倒伏、氮肥利用率低、水分利用效率低等，致使小麥減產，經濟效益降低[1]。大量研究表明：采用地膜覆蓋、壟溝栽培等模式，可減少土壤水分蒸發，提高水分利用效率[2]。但也有學者指出，地膜覆蓋在有些情況下并不增產，甚至還會導致減產[3]。在各種栽培模式中，氮肥的施用起著至關重要的作用，實踐表明，適量使用氮肥不僅能提高小麥產量，而且能提高水分和氮肥等的利用效率。過量施用氮肥容易造成土壤剖面中硝態氮的大量累積，引發諸如氮肥利用率和增產效果降低、生產成本增加、環境污染等一系列矛盾[4]。因此，通過優化耕作栽培措施，創造適合作物生長的外部環境，提高作物的生產能力[5]是當務之急。以上栽培模式多是在特殊條件下進行的，且大多是針對小麥玉米輪作體系來進行研究，而關于平原麥區針對提高小麥產量及水肥利用效率的栽培模式的研究還不多。因此，探索出合理的栽培模式并運用于生產實踐，提高小麥產量、水分和肥料的利用效率是亟待研究的課題。本試驗是在河南省溫縣高產田以冬小麥為研究對象，研究了栽培模式優化對土壤水分含量、硝態氮含量和籽粒產量的影響，旨在為作物高產及資源高效利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗設計

試驗于2009～2010年在河南省溫縣祥云鎮試驗田中進行，供試品種為平安8號，前茬玉米全部秸稈還田，耕層土壤基礎肥力：有機質18.27 g/kg、全氮1.04 g/kg、堿解氮109.5 mg/kg、速效磷17.29 mg/kg、速效鉀130 mg/kg、pH值8.39。

試驗設置3個處理，處理1(對照)：不施氮肥，磷、鉀肥均為90 kg/hm2，灌拔節水、灌漿水，播種量為120 kg/hm2；處理2：即習慣種植，施氮225 kg/hm2，磷肥75 kg/hm2，鉀肥60 kg/hm2，灌蒙頭水、返青水、灌漿水，播種量187.5 kg/hm2；處理3(優化處理)：施氮180 kg/hm2，磷、鉀肥施用量及灌水時期同處理2，播種量為150 kg/hm2。全部磷、鉀肥和50%氮肥作基肥，另50%在拔節期追施，其中對照處理與優化處理均為深耕，習慣種植為旋耕，隨機排列，小區面積為200 m2。

1.2 樣品處理

1.2.1 土壤樣品的采集 土壤樣品分別在播種前、苗期、返青期、拔節期、開花期和收獲期用土鉆采集，每個小區隨機選擇2個樣點，每30 cm為一個層次，采集深度為120 cm，分別裝入編號的鋁盒中。

1.2.2 土壤含水量和硝態氮含量的測定 土壤水分含量采用烘干法測定；土壤硝態氮含量測定方法：稱取新鮮土壤樣品12.00 g，用0.1 mol/L CaCl2溶液浸提，振蕩1 h，然后采用流動分析儀分析浸提液中NO3-N含量。

1.2.3 植株樣品處理和全氮的測定 分別在苗期、返青期、拔節期、開花期和成熟期采集植株樣品，在小區內隨機選取20株均勻一致且具有代表性的小麥植株，分莖稈、葉、籽粒，分別裝入信封于105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒重；采用FOSSTECATOR公司KJELTEC 2300型凱氏定氮系統測定按GB/T 5511─1985(半微量凱氏定氮法)測定樣品含氮量；成熟時各小區實收計產，每處理取10株按常規考種分析。

1.3 數據分析及計算方法

SNO3-N=H·P·CNO3-N/10

式中：SNO3-N為土壤硝態氮累積量(kg/hm2)；H為土層厚度(cm)；P為土壤密度，(g/cm3)；CNO3-N為土壤硝態氮含量(mg/kg)。

氮肥利用效率(NUTE)=籽粒產量/植株氮素累積量

試驗數據采用Excel 2003軟件處理，采用SPSS 15.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2009～2010年溫縣光、溫、水的變化如圖1所示，從圖1可以看出，整個生育期內光照時數、月積溫和降水變化趨勢基本一致，都呈先降后升的趨勢。2009年8、9月份的降水量偏多，2009年11月、2010年的4、5、6月份降水量中等，其他月份降水量偏少或無降水，總降水量為370.30 mm；日照時數總體變化趨勢不明顯；月積溫在10月至11月間下降較大，1月份達到最低。

圖1 冬小麥生長期光、溫、水變化

2.1 栽培模式對不同土層土壤水分含量和硝態氮質量比的影響

2.1.1 不同土層土壤水分含量的影響 不同生育時期隨土層深度增大水分含量變化趨勢如圖2所示：0～120 cm深度，各生育時期不同處理下土壤含水量隨深度的增大，變化趨勢基本一致(除成熟期)，即隨土壤深度的增大，含水量逐漸升高，但升高幅度較為平緩，成熟期土壤含水量呈先降低后升高的變化趨勢。不同處理間表現：各生育時期0～60 cm土層含水量均以處理2的最高，而60 cm以下則以處理3的高。這可能是由于氮肥的施用影響了根系的分布[6]。處理2氮肥全部底施，而其他處理則1/2底施1/2追施，根系的生長也需要充足的營養，當土壤表層養分高時，能充分提供作物生長之所需，在土壤表層根系生長量偏多，吸收水肥較多[7]。

2.1.2 對不同土層土壤硝態氮質量比的影響 從圖3可以看出，不同生育時期土壤硝態氮含量隨土層深度的增加呈逐漸降低趨勢，表現耕層土壤中硝態氮含量高；在越冬期、返青期、成熟期硝態氮以處理2含量最高，而在拔節和開花期則以處理3最高；在拔節期之前，基施氮肥顯著提高了土壤硝態氮含量，且全部基施比基施1/2的高，表現為處理2>處理3>處理1；拔節期追肥顯著提高了處理3耕層硝態氮含量。從越冬期到成熟期各處理0～120 cm土層硝態氮含量比明顯降低，這與土壤水分含量變化一致。

圖2 冬小麥各生育時期土壤水分分布

圖3 冬小麥各生育時期土壤硝態氮的變化動態

2.2 栽培模式對冬小麥植株吸氮量及土壤硝態氮累積量的影響

由表1可知，不同處理間的小麥植株對氮素的吸收量不同，施用氮肥對冬小麥植株吸氮量有顯著的提高，與處理1相比，處理2、處理3顯著增加了冬小麥地上部的吸氮量。在整個生育期，小麥植株的吸氮量是呈逐漸增加的趨勢，但不同處理間吸氮量增加的幅度不同，以處理2的增加幅度最大，增幅為270.75 kg/hm2，處理1的增幅最小，增幅為194.4 kg/hm2；返青期，處理2與處理3的冬小麥地上部吸氮量的變化幅度較小，返青期后冬小麥地上部植株吸氮量迅速增加。在冬小麥的各生育期，處理3與處理1的吸氮量之間存在顯著性差異，而處理3與處理2間未能達到顯著性差異。同時，還可以看出，處理2和處理3增加了土壤中硝態氮的累積量，土壤中硝態氮累積量呈先下降后上升的趨勢，隨施氮量增加，土壤中硝態氮的累積量也增加。

表1 冬小麥植株吸氮量和0～120 cm土壤硝態氮累積累量 kg/hm2

注：同列數據后的小字母相同則表示差異不顯著(P>0.05)，不同則差異顯著(P<0.05)。下同。

2.3 栽培模式對冬小麥產量、產量構成及水氮利用率的影響

由表2可知，處理3的產量最高且與處理1、處理2之間存在顯著差異(P<0.05)，處理2、處理3較處理1分別增產4.04%、16.22%，處理2較處理1的產量增幅較小。穗粒數表現為顯著性差異，而穗數表現為處理2較其他處理達到顯著性差異，千粒重則以處理1最高且與其他處理之間差異顯著。各處理間籽粒吸氮量的差異達顯著性水平。處理3的氮素偏生產力及氮肥的利用率高于處理2，且差異達顯著性水平。在水分利用率方面，以處理3的最大，且與其他處理的差異顯著。

表2 不同栽培模式下冬小麥產量、產量構成及水氮利用率的影響

3 討論

本研究分析了不同的栽培模式下，冬小麥土壤水、硝態氮對產量的影響，結果表明：不同處理的土壤含水量隨深度的增加而增加，且優化模式較習慣種植和對照處理的水分利用率高。2010年4～5月降水有所增加，而優化模式又由于前期控水，在拔節期和開花期土壤含水量較高，這為小麥孕穗期和開花期提供充足的水分，與肥料相結合提高了穗粒數和千粒重，這是因為充足的水分加上合理的氮肥施用促進了小花分化，減少了小花敗育，為后期形成較多的結實小穗和千粒重提供了物質基礎。有研究表明：施肥能提高植物滲透調節能力，尤其是增施氮肥可顯著抑制蒸騰失水，提高水分利用效率，但施肥過量時則導致水分利用率降低[8]。本試驗也得出相同結果。優化栽培及習慣種植的水分利用率均高于不施氮處理，且優化處理高于習慣種植，表明優化施肥可以提高氮肥及水分的利用率。

硝態氮含量卻與水分含量呈相反的趨勢，即隨深度增加而減少，與不施氮處理相比，習慣種植和優化栽培增加了土壤中硝態氮的累積量。許多研究結果表明[9-13]，土壤中硝態氮的累積量隨氮肥施入量的增加而增加，這與本試驗研究結果一致。但是過量施氮會引起土壤中硝態氮的大量累積，不但導致土壤肥力下降，作物產量降低，而且還會污染環境。張宏等[14]研究表明：硝態氮的淋失不僅與施入土壤的氮素數量有關，而且與栽培模式有密切的關系，本試驗也得出相同的結論。小麥地上部的吸氮量也隨施氮量的增加呈增加的趨勢，而籽粒吸氮量并沒有這樣的表現。伍維模等[15]研究表明：施氮增加了氮吸收總量，但并未顯著增加籽粒氮的含量。趙俊曄等[16]用N15標記也得到了相似的結果。施氮提高小麥的產量，同時也提高了氮素生產力、氮肥利用率，但是過量使用氮肥卻使氮素生產力、氮肥利用率顯著降低。因此，合理施用氮肥對提高氮素生產力及利用率有重要的作用。

小麥產量在不同處理間呈顯著性差異，且優化模式高于習慣種植，雖然習慣種植穗數較多，但是穗粒數和千粒重均小于優化栽培，且施氮量高于優化栽培，表明小麥產量的提高施由產量構成三因素協調發展的。綜上所述，合理施用水、氮肥的模式對提高土壤水分利用率、氮素偏生產力、氮肥利用率，籽粒吸氮量有重要的作用。因此，有必要進一步深入研究不同栽培模式對土壤水分利用、土壤硝態氮動態變化及植株氮素吸收的效應，而關于不同模式對小麥產量的影響機制還有待于進一步的研究。

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EffectsofOptimizedCultivationPatternonSoilNitrogen-WaterMigration,GrainYieldandNitrogen-WaterUseEfficiencyofWinterWheat

TIAN Wen-zhong1, ZHANG Yuan1, ZHANG Xue-pin1, ZHANG Shao-lan1, DUAN Guo-hui1, WU Shao-hui1, GAO Hai-tao1, ZHU Yun-ji2

(1. Luoyang Academy of Agricultural and Forestry Sciences in Henan Province, Luoyang 471023, China; 2. College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

Under the conditions of field test for various cultivation patterns, the dynamic changes in soil moisture and nitrate-nitrogen contents in winter wheat high-yielding fields of Wenxian county were monitored, and the effects of optimized cultivation pattern on the grain yield and nitrogen-water use efficiency of winter wheat, as well as on the accumulation of nitrate-nitrogen in soil were studied. The results showed that: the optimized cultivation pattern increased the yield of wheat as compared with the no nitrogen application treatment and the conventional planting pattern; in all treatments, when the depth of soil layer increased, the soil moisture content increased, while the soil nitrate-nitrogen content decreased; the optimized cultivation pattern enhanced the soil water use efficiency, nitrogen productivity, and nitrogen use efficiency, and these indexes increased with the increase in nitrogen application rate.

Winter wheat; Nitrogen fertilizer; Soil moisture; Nitrate-nitrogen; Grain yield

2017-06-21

國家小麥產業體系(CARS-E-2-36);河南省小麥產業體系(S2010-10-02)。

田文仲(1980─),男,助理研究員,碩士,主要從事小麥栽培技術研究。

S512.1

A

1001-8581(2017)11-0044-05

(責任編輯：曾小軍)