施氮量對滴灌冬小麥產量及氮素利用的影響

周勃　賴寧　陳署晃　孫霞

摘要：為明確不同施氮處理對滴灌冬小麥產量及氮素利用規律的影響，在新疆奇臺縣西地鎮西地村試驗基地進行肥力定位試驗。以不施氮肥處理為對照（CK），共設置5個氮肥施用量梯度處理，分別為N0、N1、N2、N3、N4，研究冬小麥的產量及氮素利用規律。研究表明，施氮能夠顯著增加冬小麥的產量，處理N1、N2、N3、N4的產量分別比處理N0提高19.18%、36.90%、24.60%、16.27%;最大施氮量為277 kg/hm2，最佳施氮量為253 kg/hm2;最大施氮量冬小麥產量為7 594 kg/hm2，最佳施氮量冬小麥產量為7 580 kg/hm2。本研究可為新疆滴灌條件下冬小麥的氮肥合理施用提供理論指導。

關鍵詞：冬小麥;施氮量;產量;氮素利用規律

中圖分類號： S147.2;S512.1+10.6? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）04-0061-04

小麥是我國第二大糧食作物，在新疆的種植面積約 80萬hm2，占新疆糧食播種面積的53.89%，其中冬小麥約 56萬hm2，其高產高效種植有著重要的社會和現實意義[1-3]。同時，新疆又是我國缺水最嚴重的省份之一，農業用水量占到總用水量的95%，大力發展現代節水農業、提高灌溉水利用率和水分利用效率是實現新疆經濟、社會、環境協調發展的前提條件。因此，滴灌節水灌溉技術近幾年得到迅速發展，僅2013年新疆種植的滴灌小麥就已達11萬hm2，比2012年增長了45.3%，有著巨大的發展潛力。

氮素是作物生長必需的礦質營養元素之一，施用氮肥對作物增產具有重要的作用[4-6]。但由于氮肥在土壤中易發生轉化而損失，盲目用氮肥會造成減產，甚至環境污染等[5-7]。因此，探究不同施氮量對作物生長的影響、找到適宜的施氮量，是農業高產高效和可持續發展的必然要求。

本試驗探討滴灌條件下不同施氮量對冬小麥產量及產量構成因素的影響，獲得滴灌冬小麥的氮肥適宜用量，研究小麥不同部位氮肥的利用率，對進一步推廣滴灌冬小麥以及保障糧食安全具有重要的理論和現實意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗設在新疆奇臺縣西地鎮西地村，位于新疆東北部，天山北麓，準噶爾盆地東南緣。屬中溫帶大陸性半荒漠干旱性氣候，年平均氣溫5.5 ℃，極端最高氣溫39 ℃，極端最低氣溫-37.3 ℃，無霜期年平均153 d，年平均降水量269.4 mm。土壤層（壤土）厚度≥60 cm，各土壤層養分狀況見表1。

1.2 試驗設計

冬小麥供試品種為新冬22，播種量375 kg/hm2，采取滴灌種植，滴灌帶布設方式為1管4行（緊鄰滴灌帶的為行1，外邊為行2），行距為15 cm，小區面積36 m2。2015年9月28日播種，10月7日出苗，灌溉方式為高壓滴灌，生育期灌溉8次，總灌水量6 300 m3/hm2。試驗設N0、N1、N2、N3、N4共5個氮水平（表2），3次重復。供試氮肥為尿素（N 46%），磷肥為重過磷酸鈣（P2O5 46%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 51%）。30%氮肥、磷肥和鉀肥作為基肥，在小麥播種前施入，70%氮肥作為追肥隨水滴施，其中15%在返青期追施，20%在拔節期追施，20%在孕穗期追施，15%在灌漿期追施。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 植株樣品的采集和測定 在小麥返青期（4月7日）、拔節期（4月18日）、孕穗期（5月6日）、揚花期（5月27日）、灌漿期（6月9日）、乳熟期（6月22日）、成熟期（7月10日）采取各處理行1、行2的小麥植株地上部樣品，按不同器官（莖、葉、籽粒）分開，烘干、稱質量、粉碎，測定植株不同部位氮養分含量（濃H2SO4-H2O2消解法），同時測定小麥的穗長、穗粒數、千粒質量和株數等生長指標。

1.3.2 小麥測產 成熟后按各處理行1、行2收獲，測定各試驗小區的株數、有效穗數和穗粒數等產量構成因素，測定所取籽粒樣品的千粒質量，計算各試驗小區的產量。

1.3.3 數據處理 所有數據使用Microsoft Excel 2007進行預處理，Origin 8.0制圖，SPSS 17.0進行單因素方差分析和逐步回歸分析。肥料利用率的具體計算公式如下式：

肥料利用率=（施肥區作物吸收養分量-缺素區作物吸收養分量）/分量養分施用量×100%。

2 結果與分析

2.1 小麥產量及產量構成因子分析

2.1.1 小麥產量分析 從表3可以看出，處理N2的行1、行2產量最高，分別為3 961、3 910 kg/hm2，都顯著高于其他處理（P<0.05），但二者間沒有顯著差異;處理N3、N1的行1行2均沒有顯著差異;處理N0的行1行2的產量最低，顯著小于其他處理（P<0.05），但行1行2間差異不顯著。處理N2的總產量最高，為7 871 kg/hm2，顯著大于其他處理（P<0.05），比處理N0增產36.90%;處理N3總產量為 7 164 kg/hm2，顯著大于處理N1、N4、N0（P<0.05），比處理N0增產24.60%。處理N1、N4平均產量顯著大于處理N0（P<0.05），比處理N0分別增產19.18%、16.27%，但二者間沒有顯著差異。

2.1.2 小麥產量構成因子分析 從表4可以看出，各處理的小麥穗長沒有顯著差異，表明施用氮肥對小麥穗長影響不顯著。各處理的小麥穗粒數隨施氮量的增加呈現出先增加后減少的趨勢，處理N2的行2穗粒數最多，為33.82粒，而處理N0的行1穗粒數最少，僅為29.69粒，但是各處理的行1、行2間均沒有顯著差異。各處理的小麥千粒質量差異顯著，處理N1的行1行2千粒質量最大，分別為48.00、48.70 g，顯著大于處理N2、N3、N4（P<0.05），而與處理N0沒有顯著差異;處理N2、N3、N4的千粒質量均沒有顯著差異;各處理的行1行2間均沒有顯著差異。各處理的株數表現為隨施氮量的增加而增加的趨勢，處理N4的行1行2株數最多，與處理N0、N1達到了顯著差異（P<0.05），與處理N2、N3差異不顯著;而處理N0的株數最少，顯著低于其他處理（P<0.05）;各處理的行1行2間均沒有顯著差異。各處理的小麥有效株數隨施氮量的增加呈現出先增加后減少的趨勢，處理N2有效株數最多，顯著大于其他處理（P<0.05），而處理N1、N2、N3間沒有顯著差異，但都顯著高于處理N0;而各處理的行1行2間均沒有顯著差異。各處理的小麥無效株數隨施氮量的增加呈現出先減少后增加的趨勢，處理N4的無效株數最多，顯著高于其他處理（P<0.05）;其次是處理N3，無效株數顯著高于處理N0、N1、N2（P<0.05），而處理N0、N1、N2無效株數表現為N1>N0>N2，但三者間沒有顯著差異。

2.2 小麥干物質積累與分配

由圖1可知，處理N4的行2行1的葉干物質分別為673、662 kg/hm2，顯著高于處理N1、N0（P<0.05），與處理N2、N3沒有顯著差異;處理N0行2行1的葉干物質分別為467、468 kg/hm2，顯著小于除了與N1處理外的其他處理（P<0.05）;處理N2的行2行1總葉干物質比處理N0增加33.14%。處理N1、N2、N3、N4的行1行2莖干物質差異不顯著，但都顯著大于處理N0（P<0.05），其中處理N2的行1行2平均莖干物質比處理N0增加37.07%。處理N2的行1行2的籽粒干物質顯著高于其他處理（除了N3的行2外）（P<0.05），分別為4 046、3 971 kg/hm2，總籽粒干物質比處理N0增加35.97%;處理N1、N3、N4行1的籽粒干物質差異不顯著，處理N3行2的籽粒干物質與處理N1行2無顯著差異，但顯著高于處理N4行2（P<0.05），而N1、N3、N4的行1行2的籽粒干物質都顯著大于處理N1的行1行2（P<0.05）。處理N2行1的葉、莖、籽粒總干物質達到14 217 kg/hm2，顯著高于其他處理（P<0.05），行2為14 187 kg/hm2，除了處理N3的行2外，與其他處理行2都達到了顯著差異（P<005）;處理N0行1行2總干物質均顯著小于其他處理（P<005），而處理N1、N3、N4間沒有顯著差異。

2.3 小麥氮素吸收與分配

從表5可知，各處理的行1小麥莖氮素吸收量以處理N4最大，為13.02 kg/hm2，其次是處理N3，為11.17 kg/hm2，且二者間沒有顯著差異，但都與其他處理的行2達到了顯著差異（P<0.05），而處理N2、N1、N0的行2小麥莖氮素吸收量差異不顯著。各處理的行2小麥莖氮素吸收量以處理N4、N3較大，分別為12.89、12.75 kg/hm2，二者間沒有顯著差異，均與處理N2、N0的行2達到了顯著差異（P<0.05），與處理N1沒有顯著差異，而處理N1、N2與N0的行2小麥莖氮素吸收量差異顯著。同一處理的行1行2的莖的氮素吸收量均沒有顯著差異。

各處理的小麥葉氮素吸收量隨著氮肥施用量的增加而增加，且處理間差異顯著（P<0.05）。行1的葉氮素吸收量以處理N4最大（13.04 kg/hm2），處理N0最小（4.45 kg/hm2）;行2的葉氮素吸收量以處理N4最大（13.32 kg/hm2），處理N0最小（4.45 kg/hm2）;同一處理的行1行2的葉的氮素吸收量均沒有顯著差異。

各處理的小麥籽粒氮素吸收量具有隨著氮肥施用量的先增加后減少的趨勢，且處理間差異顯著（P<0.05）。行1的籽粒氮素吸收量以處理N2最大，為94.14 kg/hm2，顯著大于其他處理（P<0.05）;其次是處理N3，顯著大于處理N1、N4、N0（P<0.05），處理N1、N4均顯著高于處理N0（P<0.05），但二者間沒有顯著差異。行2的籽粒氮素吸收量以處理N3最大，為93.32 kg/hm2，其次是處理N2，顯著高于其他處理（P<0.05），但處理N3和N2行2的籽粒氮素吸收量沒有顯著差異;處理N0為41.87 kg/hm2，顯著小于其他處理（P<0.05）。同一處理（除處理N3外）的行1行2的籽粒的氮素吸收量均沒有顯著差異。

各處理的小麥總氮素吸收量差異顯著，行1以處理N2最大，為110.29 kg/hm2;其次是處理N3，為109.16 kg/hm2;處理N0最小，為51.79 kg/hm2。行2以處理N3最大，為117.51 kg/hm2;其次是處理N2，為109.43 kg/hm2;處理N0最小，為51.97 kg/hm2。處理N1、N2、N3、N4的平均氮肥利用率為65.04%、48.32%、34.14%、21.18%。

2.4 肥料效應

根據小麥不同氮肥用量試驗的產量結果用一元二次方程擬合出產量y和施氮量x的關系式（圖2），即氮肥的效應方程：y=-0.024 3x2+13.462x+5 729.6（r2=0.918 3* *），按照當年當地的小麥收購價3.0元/kg、氮肥價格2.6元/kg，由氮肥的效應方程可得出：最大施氮量為277 kg/hm2，最佳施氮量為253 kg/hm2，最大施氮量小麥產量為7 594 kg/hm2，最佳施氮量小麥產量為 7 580 kg/hm2。

3 討論與結論

氮是植物必需的營養元素，氮肥對于提高作物產量、改善農產品質量有重要作用。研究表明，施用氮肥可顯著提高小麥產量，對小麥產量的貢獻率可達20%以上[8]。然而過量施用氮肥，非但不能增加小麥的產量，還會造成小麥減產、資源浪費、環境污染等問題。因此，確定小麥氮肥的合理施用量非常重要。不同地區小麥適宜的施氮量有很大差異。張福鎖等研究認為，華北平原高產地塊冬小麥氮素的需求量為 174 kg/hm2[9];李裕元等研究表明，豫西黃土丘陵區小麥適宜施氮量為138 kg/hm2[10];趙新春等認為，施氮量80 kg/hm2是黃土高原南部小麥的最佳氮肥施用量[11];孔令聰等研究認為，小麥在淮北地區中等肥力地塊的適宜施氮量為150～225 kg/hm2[12]。而新疆奇臺縣滴灌冬小麥氮肥平均用量為322.4 kg/hm2，已大大高于其他地區的氮肥合理施用量。本研究認為，施氮能夠顯著增加小麥的產量，處理N1、N2、N3、N4的小麥產量分別比處理N0提高了19.18%、36.90%、24.60%、16.27%，小麥產量隨著施氮量的增加呈現先增加后下降的趨勢。施氮量為253 kg/hm2時，小麥產量可達 7 580 kg/hm2。

作物產量的形成是產量構成因子共同作用的結果。張炳勇等認為，適當增施氮肥可促進小麥穗的發育，使單位面積穗數和穗粒數增加，提高粒質量，最終提高小麥產量[8]。在本試驗不同氮肥處理下，小麥穗粒數隨施氮量的增加呈現出先增加后減少的趨勢，進一步對小麥干物質積累與分配進行分析，可以看出小麥的籽粒干物質量隨施氮量的增加呈現出先增加后減少的趨勢，而葉片的干物質量表現為隨施氮量的增加而增加，說明施用氮肥會增強小麥的營養生長，過量施用氮肥后營養生長會對生殖生長造成抑制作用，進而影響小麥的籽粒產量，并且與本研究中氮素在小麥莖、葉和籽粒中的分配規律相一致。最終由氮肥的效應方程可得出：滴灌冬小麥在新疆奇臺的最大施氮量為277 kg/hm2，最佳施氮量為 253 kg/hm2。本研究結果與前人對作物氮肥利用規律的研究結果[13-16]相一致，冬小麥的施氮量會由于品種、氣候、地域等差異而有所變化。因此，在實際生產中須要根據具體情況進行適當調整[17-22]。

參考文獻：

[1]胡 誠，樂群芬，孫 斌，等. 氮肥用量與施用方法對土壤養分與小麥生長的影響[J]. 西南農業學報，2017，30（9）：2017-2023.

[2]安婷婷，侯小畔，周亞男，等. 氮肥用量對小麥開花后根際土壤特性和產量的影響[J]. 中國農業科學，2017，50（17）：3352-3364.

[3]竇曉靜，張彥紅，耿慶龍，等. 施氮量對春小麥生長及土壤養分積累的影響[J]. 新疆農業科學，2017，54（7）：1191-1199.

[4]喬江飛，賴 寧，耿慶龍，等. 不同滴灌年限小麥土壤養分積累時空變異特征[J]. 新疆農業科學，2017，54（4）：667-674.

[5]吳曉麗，李朝蘇，湯永祿，等. 氮肥運籌對小麥產量、氮素利用效率和光能利用率的影響[J]. 應用生態學報，2017，28（6）：1889-1898.

[6]侯云鵬，韓立國，孔麗麗，等. 不同施氮水平下水稻的養分吸收、轉運及土壤氮素平衡[J]. 植物營養與肥料學報，2015，21（4）：836-845.

[7]紀德智，王 端，趙京考，等. 不同氮肥形式對玉米氮、磷、鉀吸收及氮素平衡的影響[J]. 水土保持學報，2014，28（4）：104-109.

[8]張炳勇，崔日鮮. 氮肥運籌對冬小麥光合特性和產量的影響[J]. 青島農業大學學報（自然科學版），2010，27（3）：195-199，204.

[9]張福鎖，王激清，張衛峰，等. 中國主要糧食作物肥料利用率現狀與提高途徑[J]. 土壤學報，2008，45（5）：915-924.

[10]李裕元，郭永杰，邵明安. 施肥對丘陵旱地冬小麥生長發育和水分利用的影響[J]. 干旱地區農業研究，2000，18（1）：15-21.

[11]趙新春，王朝輝. 半干旱黃土區不同施氮水平冬小麥產量形成與氮素利用[J]. 干旱地區農業研究，2010，28（5）：65-70，91.

[12]孔令聰，汪建來，曹承富，等. 主要栽培措施對中筋小麥皖麥44產量和品質的影響[J]. 麥類作物學報，2004，24（4）：84-87.

[13]何曉雁，郝明德，李慧成，等. 黃土高原旱地小麥施肥對產量及水肥利用效率的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2010，16（6）：1333-1340.

[14]潘圣剛，翟 晶，曹湊貴，等. 氮肥運籌對水稻養分吸收特性及稻米品質的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2010，16（3）：522-527.

[15]潘圣剛，曹湊貴，蔡明歷，等. 不同灌溉模式下氮肥水平對水稻氮素利用效率、產量及其品質的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2009，15（2）：283-289.

[16]郝明德，王旭剛，黨廷輝，等. 黃土高原旱地小麥多年定位施用化肥的產量效應分析[J]. 作物學報，2004，30（11）：1108-1112.

[17]姜麗娜，齊冰玉，徐光武，等. 水氮對根箱種植冬小麥根系生長及產量的影響[J]. 江蘇農業科學，2017，45（14）：42-45.

[18]孟自力，王和洲，閆向泉，等. 施氮量對小麥商麥156光合特性、冠層光截獲及產量的影響[J]. 江蘇農業科學，2017，45（23）：76-79.

[19]毛祥敏，鐘雯雯，王興亞，等. 種植方式與施氮量對小麥光合特性及產量的影響[J]. 江蘇農業科學，2018，46（3）：56-60.

[20]李 彬，張 旭，仲 敏，等. 不同基施氮肥量對冬小麥產量的影響[J]. 農業科學研究，2018，39（1）：40-43.

[21]何 杰，張敬昇，王昌全，等. 包膜控釋氮肥配施尿素對冬小麥產量與氮素積累及利用的影響[J]. 西北農林科技大學學報（自然科學版），2018，46（3）：1-8.

[22]張禮軍，張耀輝，魯清林，等. 耕作方式和氮肥水平對旱地冬小麥籽粒品質的影響[J]. 核農學報，2017，31（8）：1567-1575.王 奇，陳培賽，周 佳，等. 粉壟耕作對甘蔗農藝性狀及產量的影響[J]. 江蘇農業科學，2019，47（4）：65-68.