施氮量对小麦耗水特性和产量的影响

王欣+石玉+于振文

摘要：在2012-2013年度和2013-2014年度两个小麦生长季，以强筋小麦济麦20为供试材料，设置4个施氮量处理，即0 （N0）、180（N1）、210 （N2）、240 kg/hm2（N3），研究施氮量对小麦耗水特性和产量的影响。结果表明：（1） 施氮量由零增加到240 kg/hm2，拔节期灌溉前土壤相对含水量显著降低，拔节期灌水量显著增加，总灌水量亦呈增加趋势。（2） N2处理的总耗水量显著高于N0和N1处理，与N3处理无显著差异，其土壤贮水消耗量及占总耗水量的比例均较高，140～200 cm土层土壤贮水消耗较多，利于土壤深层水的利用。（3） N2处理的小麦籽粒产量和水分利用效率显著高于其他处理，是兼顾产量和水分利用效率的适宜施氮量。

关键词：施氮量；小麦；土壤贮水消耗量；水分利用效率；籽粒产量

中图分类号：S512.106.2 文献标识号：A 文章编号：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，适量施氮可以获得较高的产量，提高水分利用效率[1]。在小麦拔节期和开花期分别灌水60 mm条件下，施氮量192 kg/hm2的籽粒产量较270 kg/hm2处理增加404.54 kg/hm2[2]。小麦全生育期灌水量为282.0 mm时，施氮量150 kg/hm2的水分利用效率较施氮量90 kg/hm2的处理低0.63 kg/（hm2·mm）。本试验采用测墒补灌的方法，研究施氮量对小麦耗水特性和产量的影响，以期为小麦合理的氮肥运筹提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

2012-2013年度和2013-2014年度小麦生长季，在山东农业大学实验农场（117°9′E，36°9′N）进行田间试验。2012-2013年度播种前试验田0～20 cm土层含有机质2.06%，全氮1.02%，碱解氮102.09 mg/kg，速效磷39.40 mg/kg，速效钾 88.39 mg/kg。2012-2013年度和2013-2014年度小麦全生育期降水量分别为195.8 mm和165.5 mm。0～200 cm土层各层的田间持水量和土壤容重见表1。

采用济麦20为供试材料，设置4个施氮量处理，分别为施纯氮0、180、210、240 kg/hm2，分别用N0、N1、N2、N3表示。每公顷施P2O5 112.5 kg 和K2O 112.5 kg，所用肥料种类分别为尿素、重过磷酸钙和硫酸钾。其中50%氮肥和全部的磷、钾肥作为基肥于耕前施入，剩余50%氮肥于小麦拔节期（雌雄蕊原基分化期）开沟追施。endprint

试验于拔节期和开花期灌水，2012-2013年度生长季设定目标土壤含水量为0～140 cm土层土壤平均相对含水量均为70%，2013-2014年度生长季设定目标土壤含水量为0～140 cm土层土壤平均相对含水量分别为70%和65%。每次灌水前两天用土钻按每20 cm为一层取土样，测定土壤质量含水量，计算补灌水量。灌水量由公式m=10ρbH（βi-βj）计算得出[3]，式中，m 为灌水量（mm），H 为该时段土壤计划湿润层的深度（本试验为140 cm），ρb 为计划湿润层内土壤容重（g/cm3），βi为目标土壤质量含水量（田间持水量乘以目标相对含水量），βj为灌水前各处理相应土层的土壤质量含水量。采用输水带在试验小区均匀灌溉，灌水量用水表计量。各灌水时期于灌水5天后待土壤水分达平衡时测定各土层土壤平均相对含水量。

试验小区面积为5 m×2 m=10 m2，随机区组排列，重复3 次。小区间设1 m 隔离区，并播种与试验小区相同密度的小麦。2012和2013年均为10月7日播种，并分别于2013年6月8日和2014年6月4日收获。3叶期定苗，留苗密度为180株/m2，其他管理措施同一般高产田。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 土壤含水量的测定 用土钻取0～200 cm土层的土壤，每20 cm为一层土样，取土后立即装入铝盒，称鲜质量，110℃烘干至恒质量，称干质量，计算土壤质量含水量和土壤相对含水量。

土壤质量含水量（%）=（土壤鲜质量-土壤干质量）/土壤干质量×100

土壤相对含水量（%）=土壤质量含水量/田间持水量×100

1.2.2 农田耗水量的计算 根据水分平衡法计算小麦生育期农田耗水量[4]，公式如下：

ET=△S +M+P+K

式中，ET为农田耗水量（mm）；△S为土壤贮水消耗量（mm）；M为灌水量（mm）；P为降水量（mm）；K为时段内地下水补给量（mm），当地下水埋深大于2.5 m 时，K 值可以不计。本试验中地下水埋深为5 m，因此无地下水补给。

1.2.3 土壤贮水消耗量的计算 采用刘增进等[5]方法计算土壤贮水消耗量，公式如下：

式中，Si为阶段土壤贮水消耗量，i为土层编号；n为总土层数；γi为第i层土壤容重（g/cm3）；Hi为第i层土壤厚度（cm）；θi1和θi2分别为阶段初和阶段末第i层的土壤含水量（%）。

1.2.4 籽粒产量的测定 成熟期收获、脱粒、自然风干，籽粒水分含量为12.5%时称重。

1.2.5 水分利用效率的计算 水分利用效率=籽粒产量/农田耗水量[6]；土壤水利用效率=籽粒产量/土壤贮水消耗量[7]；降水利用效率=籽粒产量/降水量[8]；灌水利用效率=籽粒产量/灌水量

1.3 数据处理

用Microsoft Excel 2003 处理数据和图表，DPS7.5软件进行数据统计分析和差异显著性检验（LSD 法）。

2 结果与分析

2.1 不同处理灌溉前、灌溉后土壤相对含水量及灌溉量

由表2可知，2012-2013年度拔节期灌溉前土壤相对含水量为N0>N1>N2>N3，灌水量N3>N2>N1>N0，开花期灌溉前土壤相对含水量为N3显著高于其他处理，灌水量显著低于其他处理，其他处理间均无显著差异；2013-2014年度拔节期灌溉前土壤相对含水量N0>N1>N2>N3，灌水量N3>N2>N1>N0，开花期灌溉前土壤相对含水量为N1显著高于其他处理，灌水量显著低于其他处理。表明施氮量由零增加到240 kg/hm2，拔节期灌溉前土壤相对含水量显著降低，施氮增加了小麦播种至拔节阶段对水分的利用。

2.2 不同处理对小麦总耗水量、耗水来源及其比例的影响

由表3可知，2012-2013年度生长季，总耗水量、土壤贮水消耗量、灌水量均为N2、N3>N1>N0，土壤贮水消耗量占总耗水量的比例为N2显著高于N1和N0处理，与N3处理无显著差异。2013-2014年度生长季，总耗水量为N2、N3>N1>N0，土壤贮水消耗量为N2>N3>N1>N0，灌水量为N3>N2>N1、N0，土壤贮水消耗量占总耗水量的比例N2显著高于N0、N1和N3处理。表明施氮量210 kg/hm2处理，土壤贮水消耗量及其比例较高，有利于小麦对土壤贮水的利用。

2.3 不同处理对0～200 cm土层土壤贮水消耗量的影响

由图1可知，2012-2013年度生长季，0～60 cm土层土壤贮水消耗量N2显著高于其他处理，60～140 cm土层N2显著高于N1、N0处理，与N3处理无显著差异，140～200 cm土层N2、N3处理显著高于N1和N0处理。2013-2014年度生长季，0～100 cm土层土壤贮水消耗量N2处理显著高于其他处理，120～160 cm土层各处理间无显著差异，160～200 cm土层N2、N3处理显著高于N0和N1处理。表明N2处理有利于小麦利用土壤贮水，且土壤深层贮水利用能力较强。

2.4 不同处理对小麦籽粒产量和水分利用效率的影响

由表4可知，2012-2013年度小麦籽粒产量表现为N2>N3>N1>N0，水分利用效率N2>N1、N3>N0，降水、灌水利用效率N2处理显著高于其他处理，土壤水利用效率为N0>N1>N2、N3；2013-2014年度小麦籽粒产量为N2>N3>N1>N0，水分利用效率N2、N1>N0、N3，降水利用效率为N2>N3>N1>N0，土壤水、灌水利用效率N2处理显著低于其他处理。表明施氮量210 kg/hm2，有利于提高小麦籽粒产量、水分利用效率和降水利用效率，施氮量增加到240 kg/hm2，籽粒产量、水分利用效率和降水利用效率显著降低。施氮量210 kg/hm2是获得高产和高水分利用效率的适宜施氮量。endprint

3 结论与讨论

土壤水是小麦农田耗水的主要来源，施氮肥显著促进了土壤水分的消耗[9]，降低了对自然降水和灌水的依赖[10]，施氮量由90 kg/hm2增至270 kg/hm2，土壤贮水消耗量从75.26 mm增至105.60 mm[11]。本研究在测墒补灌条件下，施氮量为210 kg/hm2处理的土壤贮水消耗量及所占总消耗量的比例均较高，140～200 cm土层土壤贮水消耗较多，利于土壤深层水的利用。

Abedi等[12]研究表明，随施氮量增加，冬小麦籽粒产量增加，超过一定范围，籽粒产量和水分利用效率降低[13，14]。在灌溉量261 mm、施氮量221 kg/hm2的条件下，产量和水分利用效率分别为6 533 kg/hm2和14.59 kg/（hm2·mm），均达到最高[15]。本试验结果表明，两生长季在施氮量为210 kg/hm2时均获得最高的籽粒产量和水分利用效率，为在本试验测墒补灌条件下，兼顾高产和高水分利用效率的适宜施氮量。

参 考 文 献：

[1]栗丽， 洪坚平， 王宏庭，等. 水氮处理对冬小麦生长、产量和水氮利用效率的影响[J]. 应用生态学报， 2013，24（5）：1367-1373.

[2]臧贺藏，刘云鹏，余鹏，等. 水氮限量供给下两个高产小麦品种物质积累与水分利用特征[J]. 麦类作物学报， 2012，32（4）：689-695.

[3]山仑， 绍忠， 吴普特. 中国节水农业[M]. 北京： 中国农业出版社， 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]刘增进， 李宝萍， 李远华，等. 冬小麦水分利用效率与最优灌溉制度的研究[J]. 农业工程学报， 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]张宏， 周建斌， 王春阳， 等. 栽培模式及施氮对冬小麦—夏玉米体系产量与水分利用效率的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2010， 16（5）： 1078-1085.

[10]侯翠翠， 冯伟， 李世莹， 等. 不同水氮处理对小麦耗水特性及产量的影响[J]. 麦类作物学报， 2013， 33（4）： 699-704.

[11]栗丽， 洪坚平， 王宏庭，等. 水氮互作对冬小麦耗水特性和水分利用效率的影响[J]. 水土保持学报， 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]王艳哲， 刘秀位， 孙宏勇，等. 水氮调控对冬小麦根冠比和水分利用效率的影响研究[J]. 中国生态农业学报， 2013， 21（3）： 282-289.

[14]苏丙华， 徐炜， 张娟，等. 施氮量对超高产小麦品种济麦22 号产量和氮素利用效率的影响[J]. 山东农业科学， 2012， 44（8）： 78-80.

[15]刘青林， 张恩和， 王琦，等. 灌溉与施氮对留茬免耕春小麦产量、水分利用效率及氮肥表观利用效率的影响[J]. 中国沙漠， 2011， 31（5）： 1195-1201.endprint