不同氮肥用量及其生育期分配比例对四川丘陵区带状种植小麦氮素利用的影响

吴中伟， 樊高琼， 王秀芳， 郑 亭， 陈 溢， 李金刚， 郭 翔

(1 农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室， 四川农业大学， 四川成都 611130；2 临邑县农业局，山东德州 253000； 3 四川省农业气象中心， 四川成都 610071)

四川丘陵区是一个历史悠久的重要农业经济区域，耕地面积占全省总面积的57.9%，粮食总产量占全省的80%以上，商品粮占全省的90%左右[1]，丘区粮食生产对保障全省粮食安全具有重要作用。上世纪60年代以来该区域旱地主体种植模式为“小麦/玉米/甘薯”，近年来发展为“小麦/玉米/大豆”[2-3]，可见小麦是旱地多熟种植模式的主要结构单元，四川小麦85%以上分布在丘陵旱地，因此小麦的带状种植方式在四川省具有极强的代表性。多熟种植制度极大地提高了旱地周年粮食产量，然而受地理地貌限制，丘陵区基础设施差，技术水平低，套作小麦产量徘徊在3000 kg/hm2左右[4]，迫切需要加大科学研究力度，提升该区域乃至四川省小麦的生产能力。

施用氮肥是提高作物产量和品质的重要措施之一[5]，合理的氮肥施用量及其生育期分配比例可促进植株对肥料氮的吸收累积、 增加花后转运量，显著提高产量和氮素利用效率[6-7]。过量或不合理施氮肥可能导致氮肥利用效率的降低并影响增产效果，使经济效益下降，也可引起环境污染和资源浪费等一系列问题[8-10]。有关施氮量和分配方式对小麦产量和氮素利用率的研究很多，但主要集中于北方单作小麦，针对南方丘陵旱地带状种植小麦的研究非常少。鉴于四川丘陵旱地带状种植小麦的重要性及栽培技术的地域性，本研究拟通过两年大田试验，研究不同氮肥用量及其生育期分配比例对四川丘陵旱地带状种植小麦氮素吸收累积、 分配与转运的影响，以及氮素利用效率和土壤氮残留问题，为四川丘陵区带状种植小麦的合理施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本概况

1.2 试验材料

供试小麦品种为四川省主推品种川麦42，由四川省农科院提供。试验地土壤0—20 cm土层有机质含量13.5g/kg、 全氮0.8 g/kg、 碱解氮93.43 mg/kg、 有效磷6.49 mg/kg、 速效钾50.40 mg/kg，pH 7.75。试验地采用带状种植，即2 m为一带，种5行小麦，行距20 cm，小麦幅宽80 cm，预留行1.2 m。2009年播种日期为11月1日，2010年为11月2日。试验地前作为纯种大豆。

1.3 试验设计

试验采用二因素裂区设计，施氮量为主区，设N 90(N1)、 135(N2)、 180(N3)、 225(N4) kg/hm24个水平，生育期分配比例为裂区，设底肥一次施(R1)、 底肥 ∶苗肥=7 ∶3(R2)、 底肥 ∶拔节肥=7 ∶3(R3)和底肥 ∶苗肥 ∶拔节肥 ∶孕穗肥=5 ∶1 ∶2 ∶2(R4)4种分配比例；以不施肥(CK)为对照。每个处理3次重复，共计51个小区，小区面积12 m2(长6 m，宽2 m)。施氮量相同的小区集中安排在同一区域内，区域内4个生育期分配比例随机排列。播种前基施过磷酸钙(含P2O517%)525 kg/hm2、 氯化钾225 kg/hm2。氮肥为尿素，底施的尿素于播种后兑清水均匀浇施，苗肥、 拔节肥、 孕穗肥兑清水均匀浇施，对照浇灌等量清水。采用2BSF-4-5A型谷物播种机播种，密度为150×104plant/hm2，其他管理措施同大田生产。

开花期和成熟期取样，分边行、 次边行、 中间行各取8株，共24株，去根洗净，按叶、 茎(含鞘)、 穗(成熟期为穗轴+颖壳，籽粒)分装，于105℃杀青1 h，80℃烘干至恒重后称重。成熟期每小区收获4m2，单打实收计产。土壤样品取0—20 cm和20—40 cm两个土层，每小区按对角线法取3钻，相同层次的土壤混为1个样，风干保存。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 小麦植株全氮含量测定 将称重后的植株样品粉碎，用浓H2SO4加定氮催化片消煮，凯氏定氮法测定。

1.4.2 土壤氮素的测定 将风干土样[11]磨碎过0.25 mm 筛，称20 g，加入25 mL 2 mol/L KCl震荡30 min，过滤，FUTURA连续流动分析仪测定硝态氮、 铵态氮含量，全氮的测定方法同植株样。

1.5 数据处理

有关指标的计算公式为[12-13]：

植株各器官氮素积累量=器官干物重×该器官氮含量；

花前氮同化量=开花时各器官氮积累量之和；

花后氮同化量=成熟期植株氮积累量-花后氮同化量；

贮存氮转运量=花后氮同化量-成熟期植株(不含籽粒)氮积累量；

氮转运率(%)=贮存氮转运量/花后氮同化量×100；

氮利用效率(%)=(施氮处理的氮素吸收量-不施氮处理的氮素吸收量)/施氮量×100；

花后氮同化量对籽粒氮的贡献率(%)=花后氮同化量/籽粒氮积累量×100；

转运氮贡献率(%)=贮存氮转运量/籽粒氮积累量×100；

植株氮生产力=籽粒产量/地上部植株氮积累量。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥用量及其生育期分配比例对土壤中残留氮素的影响

2.1.1 小麦收获后的土壤全氮含量 两年试验结果表明(图1)，土壤中氮素残留主要集中在0—20 cm土层，施氮显著增加了氮残留，随施氮量的增加氮残留量呈增加趋势。氮素残留量0—20 cm土层以N3处理最高、 N1最低，二者差异显著；20—40 cm土层以N4最高，处理间差异不显著。说明施氮量超过N 180 kg/hm2时氮素向深层土壤的转移量增加。就生育期不同分配比例而言，0—20 cm土层中全氮含量以R1最高，20—40 cm土层中以R3最高，均显著高于其余处理，R4土壤全氮含量较低，说明氮肥分次追施和加大分配比例能够有效降低土壤中的氮素残留量。

图1 土壤全氮含量的变化Fig.1 The change of soil total N content

2.1.2 小麦收获后土壤中的硝态氮、 铵态氮含量 由图2和图3可以看出，收获后土壤中硝态氮含量高于铵态氮，说明旱地小麦土壤中残留氮主要以硝态氮形式存在。施用氮肥增加了收获后土壤中的硝态氮和铵态氮含量，随施氮量的增加硝态氮含量显著增加，但铵态氮含量没有显著变化。就残留的硝态氮而言，氮肥施用量和生育期分配比例存在互作效应，中低氮(N1、 N2)水平以R3处理的土壤硝态氮含量较低，中高氮下(N3、 N4)下R3处理的硝态氮含量反而较高，同时，高氮水平(N4)下0—40 cm土层中R1处理的硝态氮含量均处于较高水平。说明在施氮量较多的条件下，底肥一次施极大地增加了土壤中氮的残留，且随施氮量的增加，拔节期一次性追肥(R3)土壤中氮残留也增加。对于铵态氮，各施氮水平的规律基本一致，以R1的最高，R3和R4处理较低，说明氮肥后移及分次施用均减少了土壤中铵态氮的残留。

图2 土壤中含量的变化Fig.2 The change of soil content

2.2 不同氮肥用量及生育期分配比例对带状种植小麦植株氮积累和分配的影响

2.2.1 开花期和成熟期不同器官的氮积累 由表1可知，施氮可显著提高作物对氮素的吸收积累，开花期植株各器官的氮积累量均随施氮量增加而增加，成熟期叶和茎鞘中氮积累量的变化趋势与开花期一致，而穗轴+颖壳的氮积累量则随施氮量的增加而降低。氮肥生育期分配比例对植株各器官的氮积累量也有显著影响，开花期和成熟期各营养器官的氮积累量均以R3处理最低，但R3处理籽粒中氮分配比例最高(表2)，说明R3处理有利于减少营养器官中的氮素残留，提高籽粒氮含量。

图3 土壤中含量的变化Fig.3 The change of soil content

表1 不同器官的氮素积累量 (kg/hm2)

氮肥用量和生育期分配比例存在显著的互作效应，开花期各器官氮积累量在N2水平下以R1处理较高，N3、 N4水平下以R4处理较高。成熟期叶片中氮残留量在低氮(N1)水平以R2最低，在中高氮(N2、 N3、 N4)水平却均以R2最高；颖壳+穗轴中的氮积累量均以R1、 R2处理较高，说明苗期追肥不利于营养器官中的氮向籽粒中转移。

2.2.2 成熟期氮在各器官中的分配比例 由表2可以看出，氮在各器官中的分配比例表现为籽粒>茎鞘>叶>颖壳+穗轴，籽粒中的氮分配比例占70%左右，营养器官中约占30%，且以茎鞘的最大，说明花后茎鞘氮转运量低于叶片。施用氮肥后成熟期各营养器官中氮分配比例增加，以茎鞘最为突出，茎鞘中氮分配比例随施氮量的增加而增加，以N4最大，显著高于N1。籽粒中的氮分配比例则表现为CK显著大于施氮处理，而各施氮处理间差异不显著。氮肥生育期分配比例对氮素在茎鞘、 颖壳+穗轴中的分配比例有显著影响，以R3最低，籽粒中却以R3最高。以上说明施用氮肥增加了氮素在营养器官中的残留，尤其是茎鞘中的残留，同时拔节期追氮可促进营养器官中的氮向外输出，增加氮在籽粒中的分配量，有利于增加产量和改善品质。

表2 成熟期氮素在植株不同器官中的分配比例(%)

2.3 不同氮肥用量和生育期分配比例对带状种植小麦氮转运及吸收利用效率的影响

2.3.1 氮转运量和转运效率 表3显示，转运氮贡献率在70%左右，表明小麦籽粒中的氮主要来源于花前贮存氮的转移。施氮提高了花前氮同化量，且随施氮量增加，花前氮同化量增多；贮存氮转运量及其对籽粒氮贡献率随施氮量的增加而增加，而氮转运率则随施氮量的增加而降低。花后氮同化量随施氮量增加呈单峰曲线，以N2处理最大，花后氮同化量对籽粒的氮贡献率随施氮量增加而减少，以N4最低。比较氮肥生育期分配比例可知，拔节期(R3)追肥有效地提高了花后氮的同化量，促进花后氮同化量向籽粒中转移。氮肥用量和生育期分配比例间存在显著互作效应，R3处理在各施氮水平下，其花后氮同化量对籽粒氮贡献率均保持在较高水平，且转运氮贡献率都能达到50%以上，籽粒中花前、 花后氮所占比例较均衡。结合表2(R3处理下籽粒氮含量最高)，说明要提高小麦籽粒氮含量，不仅要促进花前贮存氮的转运，同时需尽量提高花后植株对氮的吸收和转运。

氮肥生育期分配比例对总吸氮量和植株氮生产力影响不显著，而对氮利用效率影响显著。氮利用率年度间有差异，第一年以R1处理最高，而第二年以R4最高，这可能与年度间降水的分布有关，第一年播种期和开花期雨水较多，而第二年拔节期和孕穗期雨水较多，因而后移氮的利用率高。

从表5可以看出，不同氮肥用量和生育期分配比例对带状种植小麦产量有显著影响。年度间的规律基本一致，表现为随施氮量的增加产量先增后减，以N3处理达最大值，较CK增产19.8%(第二年18.3%)，各施氮水平间产量差异除第一年的低氮处理(N1)显著低于中高氮(N2、 N3、 N4)外，其余各处理间差异均不显著。不同氮肥分配比例进行比较，两年产量均以R3最高、 R1最低，且差异达显著水平。所有处理中以N3R3的产量最高，达4800 kg/hm2(第二年4706 kg/hm2)，较CK增产27.6%(第二年25.6%)。

表3 不同处理下带状种植小麦植株的氮转运量和转运效率

表4 不同施氮处理对带状种植小麦氮利用效率的影响

表5 不同氮肥用量及其生育期分配比例对带状种植小麦产量的影响 (kg/hm2)

3 讨论

3.1 四川丘陵旱地带状种植小麦氮素吸收利用特性

氮肥施用时期及分配比例是影响小麦氮素吸收积累及利用的因素之一。氮肥后移即将部分基肥推迟到小麦生育中、 后期施用，是北方小麦高产优质栽培的主要措施[20,23-24]，在四川丘陵旱地，生产上比较常见的方式是底肥一次施，或重底早追(底肥占70%，苗肥占30%)。本研究结果中，底肥一次施和底肥 ∶苗肥=7 ∶3的分配比例下成熟期营养器官中氮素残留量高，说明这两种方式不利于营养器官中氮向籽粒的转移，或者是在底肥一次施和苗期追肥下小麦源大库小，出现氮盈余而残留在营养器官中，这对于收获籽粒产量的作物来说，秸秆中残留的氮增加无疑加大了氮素的损失；底肥 ∶拔节肥=7 ∶3的分配比例能有效促进花前贮存氮向籽粒的转运、 提高花后氮同化量及其对籽粒的贡献率，从而提高了小麦籽粒产量及籽粒氮含量；而底肥 ∶苗肥 ∶拔节肥 ∶孕穗肥=5 ∶1 ∶2 ∶2的分配比例虽然氮利用率最高，但花后氮同化量及其对籽粒的贡献率不高，而且成熟期营养器官中残留氮量相对较多，因而其籽粒产量和籽粒氮含量及分配比例均低于底肥 ∶拔节肥=7 ∶3的处理。由此可见，适合于本区域的氮肥分配比例仍然以底肥 ∶拔节肥=7 ∶3最好。

3.2 四川丘陵旱地带状种植小麦土壤氮素残留特性

4 结论

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