施氮量對(duì)超高產(chǎn)小麥品種煙農(nóng)1212耗水特性和籽粒產(chǎn)量的影響

史辛凱 石玉 趙俊曄 于振文

摘要：以超高產(chǎn)小麥品種煙農(nóng)1212為試材，在微噴帶測(cè)墑補(bǔ)灌條件下設(shè)置0 （N0）、180 （N1）、210 （N2）、240（N3） kg/hm2 四個(gè)施氮量，研究其對(duì)小麥耗水特性及籽粒產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：（1） N2處理100～200 cm土層土壤貯水消耗量顯著高于N3處理，提高了深層土壤貯水的利用能力；（2） N2處理播種—拔節(jié)期階段耗水量顯著低于N3，但拔節(jié)—開(kāi)花期及開(kāi)花—成熟期階段的耗水量及耗水模系數(shù)顯著高于N3和N1處理；（3） 籽粒產(chǎn)量N2較N1提高了12.35%，與N3無(wú)顯著差異；N2處理氮肥農(nóng)學(xué)效率及氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于N3處理。因此施氮量210 kg/hm2為本試驗(yàn)條件下的適宜施氮量。

關(guān)鍵詞：冬小麥；施氮量；耗水特性；氮素利用

中圖分類號(hào)：S512.101文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2018）05-0072-04

Abstract The super high-yielding wheat variety Yannong 1212 was used as the test material. The effects of nitrogen application rates on water consumption and wheat grain yield of wheat were studied at four rates of 0 （N0）， 180 （N1）， 210 （N2） and 240 （N3）kg/hm2 . The results showed that water consumption amount in 100～200 cm soil layers of N2 treatment was significantly higher than that of N3， which showed an increased capability to absorb soil water from deep soil layers. From sowing to jointing stage， N2 treatment obtained the significant lower periodical water consumption in comparison of that in N3 treatment. However， the water consumption and water consumption percentage were significantly higher than those of N3 and N1 treatment from jointing to anthesis and from anthesis to maturity stage. The grain yield of N2 treatment increased by 12.35% compared to N1 treatment， but no significant difference in N3 treatment. The nitrogen fertilizer efficiency and nitrogen fertilizer partial productivity of N2 treatment were significantly higher than that of N3. Therefore， 210 kg/hm2 was proposed as the optimal nitrogen application rate under this test conditions.

Keywords Winter wheat； Nitrogen application rate； Water consumption； Nitrogen utilization

合理施氮是提高小麥籽粒產(chǎn)量的重要途徑[1]，生產(chǎn)中過(guò)量使用氮肥造成氮素淋溶、地下水污染等現(xiàn)象多有報(bào)道[2，3]，因此確定合理的施氮量，提高氮素利用率，降低氮肥使用對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的壓力是目前生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題。Zhong等研究發(fā)現(xiàn)施氮量為270 kg/hm2時(shí)土壤貯水消耗量顯著高于施氮量300 kg/hm2處理，可促進(jìn)根系吸收利用80～120 cm土層的水分[4]。也有研究表明在滴灌模式下全生育期灌溉定額為160 mm，施氮量為190 kg/hm2時(shí)，小麥籽粒產(chǎn)量為5 722.8 kg/hm2，水分利用效率達(dá)到1.640 kg/m3，較施氮量120 kg/hm2時(shí)的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率分別提高了17.36%和12.95%，經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最高[5]。Fu等研究表明，半干旱地區(qū)于越冬、返青、拔節(jié)3次各灌水75 mm，施氮量為225 kg/hm2的試驗(yàn)處理下，小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用效率分別達(dá)8 680 kg/hm2和15.56 kg/（hm2·mm）；當(dāng)施氮量增加至300 kg/hm2時(shí)，小麥產(chǎn)量及水分利用效率無(wú)顯著提高[6]。前人研究施氮量多在定量灌溉、畦灌或漫灌下進(jìn)行，水分利用效率低。微噴帶灌溉為一種新型灌溉方式，設(shè)施簡(jiǎn)單、收放方便、噴灑均勻[7]。本試驗(yàn)在測(cè)墑補(bǔ)灌條件下，利用微噴帶進(jìn)行灌溉的方法，研究了施氮量對(duì)超高產(chǎn)小麥耗水特性及水分和氮素利用效率的影響，以期為超高產(chǎn)小麥高效栽培提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016—2017年在山東省兗州市小孟鎮(zhèn)史家王子村田間進(jìn)行。該地區(qū)為暖溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。播前試驗(yàn)田0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量為14.12 g/kg、全氮1.12 g/kg、堿解氮112.69 mg/kg、速效磷42.50 mg/kg、速效鉀109.21 mg/kg，試驗(yàn)地小麥全生育期間降雨量為226.5 mm（表1）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

供試材料為超高產(chǎn)小麥品種煙農(nóng)1212，設(shè)置4個(gè)施氮量處理，分別為0 （N0）、180 （N1）、210 （N2）、240 kg/hm2 （N3），采用隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積2 m×40 m=80 m2，重復(fù)3次。處理間設(shè)置2 m保護(hù)行，防止水分滲漏。

各施氮處理采用微噴帶灌溉的方式進(jìn)行測(cè)墑補(bǔ)灌，分別于拔節(jié)期和開(kāi)花期0～40 cm土層相對(duì)含水量均補(bǔ)灌至70%。灌溉量計(jì)算公式[8]為：

式中，m為補(bǔ)灌水量（mm），H為該時(shí)期土壤計(jì)劃補(bǔ)灌深度，ρb為該土層土壤容重（g/cm3），βi為目標(biāo)土層質(zhì)量含水量，βj為灌水前土層質(zhì)量含水量，用水表計(jì)量灌水量。

每公頃施用P2O5和K2O均為150 kg/hm2，作為底肥一次性施入，氮肥底追比為7∶9，總氮量的7/16作為基肥施用，9/16拔節(jié)期追施。前茬作物為玉米，秸稈粉碎還田。2016年10月12日播種，四葉期定苗，基本苗為180株/m2，其他措施同一般高產(chǎn)田，2017年6月9日收獲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤含水量測(cè)定 用土鉆取0～200 cm土層鮮樣，稱重，采用烘干法測(cè)定，重復(fù)3次。 計(jì)算公式為：

土壤質(zhì)量含水量（%）=（土濕重-烘干重）/烘干重×100 。

1.3.2 土壤貯水消耗量 采用劉增進(jìn)等[9]方法進(jìn)行計(jì)算，公式為：

式中，Si為土壤貯水消耗量（mm），i為土層序號(hào)，n為總層數(shù)，γi為i層容重，Hi為i層厚度，θi1和θi2分別為i土層時(shí)段初和末時(shí)的土壤質(zhì)量含水量。

1.3.3 農(nóng)田耗水量計(jì)算 采用水量平衡法測(cè)定小麥階段和全生育期耗水量[10]，公式為：

式中，ET1-2為該階段耗水量（mm），Si為生育階段土壤貯水消耗量，M為該階段灌水量（mm），P為該階段降雨量（mm），K為該階段地下水補(bǔ)給量（mm），試驗(yàn)地區(qū)地下水深度超過(guò)5 m，故K值忽略不計(jì)。

耗水模系數(shù)（%）=階段耗水量/總耗水量×100。

1.3.4 籽粒產(chǎn)量和水氮利用效率 小麥成熟后收獲，脫粒，風(fēng)干（水分含量約為12.5%），測(cè)產(chǎn)。

水分利用效率=籽粒產(chǎn)量/總耗水量；氮肥農(nóng)學(xué)效率=（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量）/施氮量；氮肥偏生產(chǎn)力=籽粒產(chǎn)量/施氮量 。

1.4 數(shù)據(jù)整理

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SigmaPlot 12.5進(jìn)行繪圖，SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對(duì)小麥總耗水量、耗水來(lái)源及比例的影響

由表2可知，不施氮條件下對(duì)照處理總耗水量顯著低于施氮處理；施氮處理間比較，N2處理總耗水量顯著高于N1處理，與N3處理無(wú)顯著差異；N2灌水量占總耗水量的比例顯著低于N3，與N1無(wú)顯著差異；土壤貯水消耗量表現(xiàn)為N2>N3>N1>N0。表明施氮量210 kg/hm2條件下，促進(jìn)了小麥對(duì)土壤貯水的利用。

2.2 施氮量對(duì)小麥階段耗水量、日耗水量和耗水模系數(shù)的影響

由表3可以看出，階段耗水量及耗水模系數(shù)表現(xiàn)為播種—拔節(jié)期>開(kāi)花—成熟期>拔節(jié)—開(kāi)花期，日耗水量為開(kāi)花—成熟期>拔節(jié)—開(kāi)花期>播種—拔節(jié)期。播種—拔節(jié)期階段耗水總量及日耗水量表現(xiàn)為N3>N2、N1、N0；拔節(jié)—開(kāi)花期為N2>N3>N1、N0，開(kāi)花—成熟期為N2>N3>N1>N0。表明施氮量210 kg/hm2條件下，減少了小麥苗期的水分消耗，促進(jìn)小麥籽粒灌漿時(shí)期水分的利用。

2.3 施氮量對(duì)0～200 cm土層土壤貯水消耗量的影響

由表4可以看出，不施氮條件顯著降低小麥對(duì)土壤貯水的利用；0～40 cm土層各施氮處理間土壤貯水消耗量無(wú)顯著差異，40～100 cm土層N2處理顯著高于N1、N0，與N3無(wú)顯著差異；100～200 cm土層土壤貯水消耗量表現(xiàn)為N2>N3>N1>N0，且各處理間差異顯著，表明施氮量為210 kg/hm2條件下，提高了根系對(duì)深層土壤水的利用能力。

2.4 施氮量對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量及水分和氮素利用效率的影響

由表5看出，與施氮處理相比，不施氮處理顯著降低了籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。施氮處理間比較，N2處理籽粒產(chǎn)量顯著高于N1處理12.35%，與N3無(wú)顯著差異；施氮處理間水分利用效率無(wú)顯著差異；N2氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著高于N3和N1；氮肥偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為N1>N2>N3。結(jié)果表明，施氮量210 kg/hm2條件下，可獲得較高的籽粒產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學(xué)效率及氮肥偏生產(chǎn)力。

3 討論與結(jié)論

在一定范圍內(nèi)，氮肥的施用能夠顯著提高土壤水利用率[11]，Irene等[12]研究發(fā)現(xiàn)，施氮量為20～150 kg/hm2范圍內(nèi)，隨施氮量的增加小麥根系生長(zhǎng)及下扎能力增強(qiáng)，提高了對(duì)土壤貯水的吸收利用。隨施氮量的增加小麥全生育期總耗水量及土壤貯水消耗量及其比例也呈增加趨勢(shì)[13]。還有研究表明全生育期不灌水條件下，施氮量210 kg/hm2與150 kg/hm2相比，0～200 cm土壤貯水總消耗量提高了6.8%[14]。有研究表明，0～270 kg/hm2施氮量下小麥階段耗水量和耗水模系數(shù)表現(xiàn)為開(kāi)花—成熟期>播種—拔節(jié)期>拔節(jié)—開(kāi)花期[14]。本試驗(yàn)在微噴補(bǔ)灌條件下，施氮量為210 kg/hm2處理土壤貯水消耗量較施氮量180 kg/hm2處理提高了24.5%，亦高于施氮量240 kg/hm2處理，促進(jìn)了植株對(duì)土壤貯水的利用，顯著提高了拔節(jié)—開(kāi)花期、開(kāi)花—成熟期小麥日耗水量及耗水模系數(shù)。

籽粒產(chǎn)量及水分和氮素利用效率隨施氮量增加呈拋物線趨勢(shì)變化[15]，研究表明施氮量為150 kg/hm2時(shí)，籽粒產(chǎn)量，水分利用效率較施氮量75 kg/hm2分別提高11.5%和12.9%，但當(dāng)施氮量增加至225 kg/hm2時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)無(wú)顯著增加[16]。亦有研究表明，施氮量為300 kg/hm2時(shí)，籽粒產(chǎn)量達(dá)到8 540.8 kg/hm2，氮肥偏生產(chǎn)力為28.47 kg/kg，較施氮量180 kg/hm2處理下降37.7%[17]。本試驗(yàn)選用超高產(chǎn)品種煙農(nóng)1212研究表明，施氮量210 kg/hm2處理較180 kg/hm2處理籽粒產(chǎn)量提高12.35%，當(dāng)施氮量增加至240 kg/hm2時(shí)籽粒產(chǎn)量、水分和氮素利用效率無(wú)顯著增加。綜合比較，施氮量為210 kg/hm2是本試驗(yàn)條件下超高產(chǎn)小麥節(jié)水節(jié)氮的適宜施氮量。

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