夏闲期覆盖配施氮肥对旱地小麦土壤水分及氮素利用的影响

任爱霞，孙敏，高志强，王培如，薛建福，薛玲珠，雷妙妙



夏闲期覆盖配施氮肥对旱地小麦土壤水分及氮素利用的影响

任爱霞，孙敏，高志强，王培如，薛建福，薛玲珠，雷妙妙

（山西农业大学农学院，山西太谷 030801）

【目的】针对黄土高原旱地小麦降水少且分配不均、水分和氮素利用效率低的问题，探索旱地小麦覆盖保水和氮肥施用的最佳技术途径。【方法】于2010—2013年在山西省闻喜县邱家岭村开展试验，主区为覆盖方式，设夏闲期深翻后覆盖与不覆盖2个水平，副区为施氮量，设低（纯氮75 kg·hm-2）、中（纯氮150 kg·hm-2）、高（纯氮225 kg·hm-2）3个水平，明确年际间夏闲期深翻覆盖配施氮肥对旱地麦田土壤水分、植株氮素利用、产量的影响。【结果】各生育时期土壤水分、植株氮素积累量、花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率均以丰水年最高，欠水年最低，丰水年、平水年较欠水年分别提高产量80%、69%，提高水分利用效率7%、20%，提高氮素利用效率6%、5%。夏闲期覆盖较不覆盖，播种期0—300 cm土壤蓄水量显著提高，达50—62 mm；花前各生育时期土壤蓄水量显著提高，各生育时期植株氮素积累量提高，籽粒氮素积累量显著提高；丰水年和平水年拔节后各阶段氮素积累量显著提高，花前叶片和穗氮素转运量对籽粒贡献率提高；欠水年花前各阶段氮素积累量及其所占比例提高，花前茎秆+茎鞘氮素转运量对籽粒贡献率显著提高；产量显著提高，达23%—41%；水分利用效率提高3%—15%；丰水年和平水年氮素利用效率显著提高，达14%—26%，欠水年低氮条件下也显著提高，达10%。丰水年配施高氮，平水年和覆盖条件下的欠水年配施中氮，不覆盖条件下的欠水年配施低氮，孕穗期前土壤蓄水量、产量和水分利用效率均较高。丰水年配施高氮，花前氮素转运量和花后氮素积累量均最高，且各处理间差异显著，主要是由于促进花前叶片和穗中氮素向籽粒转运；平水年和覆盖条件下的欠水年配施中氮，花前氮素转运量和籽粒氮素积累量最高，且各处理间差异显著，平水年主要促进叶片和穗中氮素向籽粒转运，穗＞叶片，覆盖条件下的欠水年主要促进茎秆+茎鞘和穗中氮素向籽粒中转运，茎秆+茎鞘＞穗；不覆盖条件下的欠水年配施低氮，籽粒氮素积累量最高，且各处理间差异显著，花前氮素转运量及其对籽粒贡献率最高，茎秆+茎鞘和穗氮素转运量及其对籽粒贡献率最高，且各处理间差异显著。【结论】旱地麦田夏闲期覆盖有利于蓄积降水，有利于促进丰水年和平水年小麦生育中后期氮素积累，促进叶片和穗中氮素向籽粒转运；有利于促进欠水年生育前中期氮素积累，促进茎秆+茎鞘中氮素向籽粒转运。丰水年施氮225 kg·hm-2，平水年和覆盖条件下的欠水年施氮150 kg·hm-2，不覆盖条件下的欠水年施氮量75 kg·hm-2可实现产量和水分利用效率的同步提升。

旱地小麦；夏闲期覆盖；氮肥；土壤水分；植株氮素利用；产量

0 引言

【研究意义】黄土高原旱作麦区夏闲期是土壤水分恢复的关键时期，最大限度的蓄积此期的自然降水可改善底墒，这对旱地小麦生产非常重要，有研究表明产量的47%来自于播前底墒[1]，这已被旱作栽培工作者重视，在旱地麦田夏闲期采用耕作或覆盖方式研究其蓄水保墒效果，且已取得较大进展。【前人研究进展】Plaza-Bonilla等[2]、Lipiec等[3]研究表明，耕作可改善土壤结构，使土壤孔隙系统具有较高的低活性孔隙度，提高了土壤的吸收和储水能力；王小彬等[4]研究表明，旱地麦田夏闲期深松可提高夏闲末期0—180 cm土壤蓄水量9—24 mm，提高产量8%；Zhao等[5]研究表明，旱地麦田夏闲期深翻提高播前0—300 cm土壤蓄水量17 %，提高产量28%。为最大限度利用夏闲期降水，前人的研究不仅在耕作蓄积降水方面有了发现，在覆盖保水方面也有较大进展。刘爽等[6]研究表明，豫西旱作麦田夏闲期深松后采用秸秆覆盖提高了播前含水量1个百分点，提高产量11%，提高水分利用效率5%；郑国璋等[7]研究表明，晋南旱作麦田夏闲期深翻后平覆盖和垄覆盖较不覆盖可分别提高播前土壤蓄水量27 mm、39 mm，产量11%、29%，水分利用效率2%、15%。可见，夏闲期耕作蓄水和覆盖保水均有利于提高底墒，有利于提高旱地小麦产量和水分利用效率。氮素是作物生长所必需的矿质元素，与水分之间存在明显的交互作用。Jing等[8]、Drinkwater等[9]研究表明，适当灌溉条件下，在一定施氮量范围内，冬小麦籽粒产量随施氮量的增加而增加，但过量施氮会降低增产效果和氮肥利用效率；宁东峰[10]研究表明，黄淮海地区施氮量0—240 kg·hm-2时，冬小麦产量随施氮量的增加而增加，但超过240 kg·hm-2产量反而略有降低。而旱地小麦氮肥对产量影响受土壤水分的调节效应更明显。戴健等[11]研究表明，在陕西渭北旱塬长期进行氮肥定位研究，建议施氮量控制为146—163 kg·hm-2，能保证旱地小麦高产。李廷亮等[12]研究还表明，晋南地区施氮量0—180 kg·hm-2，增加施氮量小麦穗数和穗粒数增加，产量和氮素利用效率提高，但施氮量超过180 kg·hm-2，只促进茎叶生长，对籽粒产量无显著贡献，氮素利用效率也降低；党廷辉等[13]研究表明，丰水年、平水年氮肥增产效果极为显著，应增加施用量，干旱年氮肥的效果受到抑制，应减少施用量；沈新磊等[14]、孟晓瑜等[15]的研究表明，丰水年增加施氮量对下年度底墒无明显影响，而欠水年增加施氮量则显著降低下年度底墒。【本研究切入点】制约旱地小麦产量提升的主要限制因子是土壤水分，而当在充分蓄保夏闲期降水，提高土壤底墒的前提下，氮肥就成为限制产量进一步提升的关键因素，前人围绕旱作麦田因降水定量施用施氮量的产量效果研究较多，但其中的水、氮素利用机理还鲜见报道。【拟解决的关键问题】本研究于2010—2013年连续3年在山西闻喜县邱家岭村开展旱地麦田夏闲期深翻后覆盖的蓄水保墒技术研究，并在此基础上，研究不同施氮量对不同降水年型旱地麦田土壤水分、植株氮素吸收转运、产量和水氮利用效率的影响，试图确定不同降水年型旱作麦田高产高效的最佳蓄水保墒技术及最佳施氮量，为黄土高原旱作麦区高产栽培提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验于2010—2013年度在山西省闻喜县邱家岭村旱地小麦试验基地进行，试验点位于黄土高原半干旱地区东塬，海拔450—700 m，东经110°15′—112°04′，北纬34°35′—35°49′，属于暖温带大陆性季风气候，年均降水量450—630 mm，光热资源丰富，年均气温11—13℃，无霜期190—230 d左右，年日照数2 200—2 500 h，太阳总辐射量502—523 KJ·cm-2。试验田为丘陵旱地，无灌溉条件，种植模式为一年种植一茬，夏季休闲。2010年6月18日、2011年6月10日、2012年6月10日测定0—20 cm土层土壤肥力，其中有机质含量分别为8.57、8.72、8.88 g·kg-1，全氮含量分别为0.65、0.78、0.61 g·kg-1，碱解氮含量分别为32.83、40.12、38.62 mg·kg-1，速效磷含量分别为20.11、19.87、14.61 mg·kg-1。

采用国内较常用的降水年型划分标准[16]划分降水年型。表1为试验点2010—2013年降水情况，2010—2011年度总降水量为553 mm，略高于年均降水量，属平水年，其中休闲期降水占全年75%；2011—2012年度总降水量为662 mm，高于年均降水量35%，属丰水年，其中休闲期降水占全年68%，播种—越冬占全年19%，且较此阶段平均降水量高98%；2012—2013年度总降水量为356 mm，低于年均降水量38%，属欠水年，其中休闲期降水占全年50%，开花—成熟占全年28%，且较此阶段平均降水量高56%。

表1 试验点全年降水量及其分布

数据由山西省闻喜县气象站提供

Data were provided by the Meteorological Observation Station of Wenxi county, Shanxi province, China

1.2 田间试验设计

试验品种为运旱20410。采用二因素裂区设计，主区为休闲期覆盖方式，设夏季深翻后覆盖（M）与不覆盖（NM）2个水平；副区为施氮量，设低氮（75 kg·hm-2，LN），中氮（150 kg·hm-2，MN），高氮（225 kg·hm-2，HN）3个水平，共6个处理，重复3次，小区面积30 m2（3 m×10 m）。前茬小麦收获时留高茬（茬高20—30 cm），7月上旬撒施生物有机肥1 500 kg·hm-2，并进行深翻（深度为25—30 cm），将麦茬秸秆、有机肥全部翻埋于土壤中，耙平后用渗水地膜（山西省农业科学院研制，具有微通透结构，能渗水、透气，聚乙烯塑料地膜，厚度为0.008 mm，用法同普通地膜）将地面全部覆盖。2010—2013年耕作处理时间分别为2010年7月15日，2011年7月10日，2012年7月15日。8月底（2010年8月28日，2011年8月25日，2012年8月25日）进行揭膜、旋耕、耙耱，9月底或10月初播种（2010年9月29日，2011年10月1日，2012年10月1日），播前按试验设计将氮肥（尿素，46%N）均匀撒入相应小区，同时每小区撒入纯磷肥（过磷酸钙，16%P2O5）、纯钾肥（氯化钾，52%K2O）各150 kg·hm-2，旋耕后机械条播，行距20 cm，基本苗225×104株/hm2，常规管理。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤蓄水量 于小麦播种期、越冬期、拔节期、孕穗期、开花期、成熟期用土钻钻取0—300 cm土层土样（每20 cm为一土层），采用烘干法测定土壤含水量。其中土壤容重于前茬小麦收获后，在地块内挖一个0—300 cm深的剖面坑，将剖面削齐铲平，分层取土，每20 cm为一土层，采用环刀法测定土壤容重[17]。

1.3.2 植株含氮率 于越冬期、拔节期、孕穗期、开花期、成熟期取样20株。开花期分为叶片、茎秆+茎鞘、穗3部分，成熟期植株分为叶片、茎秆+茎鞘、穗、籽粒4部分，样品于105℃杀青30 min后，70℃烘至恒重，称量并记录。将不同生育时期植株样本烘干后磨碎，用H2SO4-H2O2-靛酚蓝比色法测定植株含氮率[18]。

1.3.3 籽粒产量 成熟期收割16 m2计算经济产量。

1.4 数据处理与分析

土壤蓄水量[19]：W=h×ρ×ω×10。式中，W为土壤蓄水量，mm；h为土层深度，cm；ρ为土壤容重，g·cm-3；ω为土壤含水量，%；为土层；10为换算系数。

生育期耗水量[20-21]：ET = R+U-R-F-ΔW。式中，ET为作物耗水量，mm；R为作物生育期降水量，mm；U为地下水补给量，mm；R为径流量，mm；F为深层渗漏量，mm；ΔW为播种期与收获期土壤蓄水量的变化，mm。其中，土壤蓄水量及作物耗水量均以3 m土层含水率计算。本试验年份内未发生高强度、持续性降水，因此没有通过地面径流或向下渗漏出3 m根系层而引起水分损失，即R=0。试验田地下水埋深较大，多在几十米以下，因此可以不考虑地下水补给影响，即U=0。试验田较为平坦，小区之间的侧向水分交换较少发生，可忽略不计，即F=0。据此，上式可简化为ET=R-ΔW。

水分利用效率：WUE=Y/ET。式中，WUE为水分利用效率，kg·hm-2·mm-1；Y为籽粒产量，kg·hm-2。

植株氮素：植株氮素积累量=植株含氮率×植株干物质量；花前各营养器官氮素转运量=开花期各营养器官氮素积累量-成熟期各营养器官氮素积累量；花后氮素积累量=成熟期植株氮素积累量-开花期植株氮素积累量；氮素利用效率=籽粒产量/植株氮素积累量。

夏闲期覆盖和施氮量的增产量[22]：夏闲期覆盖的增产量ΔY1=(Y1-Y2)/(W1-W2)，Y1、Y2分别为相同施氮量时夏季覆盖和不覆盖下的产量，kg·hm-2；W1、W2分别为相同施氮量时夏季覆盖和不覆盖下花前氮素转运量或花后氮素积累量，kg·hm-2。施氮量的增产量ΔY2=(Y3-Y4)/(W3-W4)，Y3、Y4分别为覆盖和不覆盖时较高、最低施氮量下的产量，kg·hm-2；W3、W4分别为覆盖和不覆盖时较高、最低施氮量下产量对应的花前氮素转运量或花后氮素积累量，kg·hm-2。

采用Excel 2003软件处理数据，用SAS 9.0软件进行统计分析，采用LSD法检验处理间差异显著性，显著性水平设定为α=0.05。

2 结果

2.1 夏闲期覆盖配施氮肥对播种期和各生育时期0—300 cm土层蓄水量的影响

播种期和各生育时期土壤水分均表现为丰水年最高，欠水年最低（表2）。可见，降水是土壤水分补给的唯一来源，降水较多的年份较降水较少的年份补给效果更明显。

夏闲期覆盖较不覆盖播种期0—300 cm土壤蓄水量显著提高，提高量为50—62 mm，提高比例9%—15%；各生育时期土壤蓄水量提高，提高比例为3%—15%，开花前差异显著（表2）。可见，夏闲期覆盖有利于蓄积降水，其效果可延续至开花期，也由于充足土壤水分增加植株耗水，导致成熟期土壤水分差异不明显。

施氮量对不同降水年型和覆盖条件下各生育时期土壤水分的影响存在差异。丰水年，增加施氮量，孕穗期前土壤蓄水量显著提高。平水年和覆盖条件下的欠水年，越冬至孕穗期蓄水量以中氮最高，而开花和成熟期以低氮最高，但不显著。不覆盖条件下的欠水年，增加施氮量，越冬至孕穗期蓄水量降低，而开花期和成熟期提高，但不显著。可见，丰水年增加施氮量促进花前土壤蓄水，同时促进作物生长，增强耗水，导致花后土壤蓄水量降低；平水年和覆盖条件下的欠水年配施中氮效果较好，而不覆盖条件下的欠水年配施低氮效果较好。

2.2 夏闲期覆盖配施氮肥对植株氮素吸收的影响

2.2.1 对各生育时期植株氮素积累量的影响 各生育时期植株氮素积累量均表现为丰水年最高，欠水年最低（表3）。可见，欠水年在一定程度上抑制了植株体内氮素积累。

表2 夏闲期覆盖配施氮肥对播种期和各生育时期0—300 cm土层蓄水量的影响

BSS：播种期；PS：越冬期；JS：拔节期；BS：孕穗期；AS：开花期；MS：成熟期。同列不同小写字母表示0.05水平差异显著。Mean1：休闲期覆盖的平均值；Mean2：休闲期不覆盖的平均值；Mean：各年份的平均值。M：夏闲期覆盖；NM：夏闲期不覆盖。下同

BSS: Before sowing stage; PS: Pre-wintering stage; JS: Jointing stage; BS: Booting stage; AS: Anthesis; MS: Maturity. Values followed by different small letters within a column indicate significant difference at 0.05 level. Mean1: The average of mulch during fallow period; Mean2: The average of no mulch during fallow period; Mean: The average of each year. M: Mulching during fallow stage; NM: Not mulching during fallow stage. The same as below

表3 夏闲期覆盖配施氮肥对各生育时期氮素积累量的影响

夏闲期覆盖较不覆盖，籽粒氮素积累量显著提高，提高量为19—31 kg·hm-2，提高比例为15%—50%；各生育时期植株氮素积累量提高，提高量为1—28 kg·hm-2，提高比例为2%—49%，且丰水年和平水年孕穗至成熟期差异显著，欠水年各生育时期差异均显著。可见，夏闲期覆盖有利于植株氮素吸收，尤其促进欠水年生育前期氮素吸收。

施氮量对不同降水年型和覆盖条件下植株氮素吸收的影响存在差异。丰水年，增加施氮量，籽粒氮素积累量显著提高，各生育时期植株氮素积累量提高，且覆盖条件下孕穗至开花期差异显著；平水年和覆盖条件下的欠水年，籽粒氮素积累量以中氮最高，且各处理间差异显著，各生育时期植株氮素积累量以中氮最高，且孕穗至成熟期差异显著；不覆盖条件下的欠水年，增加施氮量，籽粒氮素积累量显著降低，各生育时期植株氮素积累量降低，且孕穗至成熟期差异显著。可见，丰水年增加施氮量促进植株对氮素的吸收，平水年和覆盖条件下的欠水年配施中氮，不覆盖条件下的欠水年配施低氮促进植株对氮素的吸收，且均表现为生育中后期效果明显。

2.2.2 对各生育阶段氮素积累量及其所占比例的影响 丰水年和平水年各生育阶段植株氮素积累量明显高于欠水年，尤其拔节—开花，而不同降水年型各阶段氮素积累所占的比例无明显差异（表4）。

夏闲期覆盖较不覆盖，丰水年和平水年的拔节—开花、开花—成熟两阶段氮素积累量显著提高，提高量为3—7 kg·hm-2，提高比例为8%—15%，所占比例提高，达0.31—1.71个百分点，而播种—拔节氮素积累量及其所占比例无显著变化；欠水年的播种—拔节、拔节—开花阶段氮素积累量及其所占比例提高，氮素积累量提高量为8—20 kg·hm-2，提高比例为42%—47%，所占比例提高1.44—5.55个百分点，而开花—成熟阶段氮素积累量及其所占比例显著降低。可见，夏闲期覆盖主要促进丰水年和平水年生育中后期氮素积累和欠水年生育前中期氮素积累。

施氮量对不同降水年型和覆盖条件下氮素吸收的影响存在差异。丰水年，增加施氮量，各生育阶段氮素积累量提高，拔节后差异显著，而播种—拔节氮素积累量所占比例降低。平水年，各生育阶段氮素积累量以中氮最高，拔节后差异显著，而拔节前所占比例以中氮最低，且与其他两处理差异显著。覆盖条件下的欠水年，开花前氮素积累量及其所占比例以中氮最高，且拔节—开花差异显著，而开花—成熟以中氮显著最低。不覆盖条件下的欠水年，增加施氮量，开花前氮素积累量及其所占比例降低，且拔节—开花差异显著，而开花—成熟以低氮最低，且各处理间差异显著。可见，丰水年配施高氮，平水年和覆盖条件下的欠水年配施中氮有利于促进生育中后期植株氮素积累，不覆盖条件下的欠水年配施低氮有利于促进生育中期植株氮素积累。

表4 夏闲期覆盖配施氮肥对各生育阶段氮素积累量及其所占比例的影响

2.3 夏闲期覆盖配施氮肥对植株氮素转运的影响

2.3.1 对花前氮素转运和花后氮素积累的影响 花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率以丰水年最高，花后氮素积累量及其对籽粒的贡献率以平水年最高，而花前氮素转运量和花后氮素积累量及其对籽粒的贡献率均以欠水年最低。可见，欠水年抑制了植株氮素的积累及转运（表5）。

表5 夏闲期覆盖配施氮肥对花前氮素转运和花后氮素积累的影响

TABA：花前氮素转运量Translation amount of N before anthesis from vegetative organs；TABAG：花前氮素转运量对籽粒的贡献率Translation amount of N before anthesis from vegetative organs to grains；NAAA：花后氮素积累量N accumulation amount after anthesis；NAAAG：花后氮素积累量对籽粒的贡献率N accumulation amount after anthesis to grains

夏闲期覆盖较不覆盖，花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率提高，花前氮素转运量提高16—33 kg·hm-2，提高比例为16%—73%，贡献率提高1—15个百分点；丰水年和平水年，花后氮素积累量显著提高，提高量3—4 kg·hm-2，提高比例为12%—15%，而花后氮素积累量对籽粒贡献率降低；欠水年，花后氮素积累量及其对籽粒贡献率降低。

施氮量对不同降水年型和覆盖条件下花前氮素转运和花后氮素积累的影响存在差异。丰水年配施高氮、平水年配施中氮，花前氮素转运量和花后氮素积累量显著提高；施氮量对花前氮素转运量对籽粒贡献率和花后氮素积累量对籽粒贡献率无显著影响。覆盖条件下的欠水年，花前氮素转运量及其对籽粒贡献率以中氮最高，且各处理间差异显著；不覆盖条件下的欠水年，花前氮素转运量及其对籽粒贡献率以低氮最高，花后氮素积累量及其对籽粒贡献率均以低氮最低。可见，丰水年配施高氮、平水年和覆盖条件下的欠水年配施中氮有利于提高花前氮素转运量和花后氮素积累量，尤其有利于覆盖条件下的欠水年花前氮素向籽粒中转运。

2.3.2 对花前各器官氮素转运的影响 花前各器官氮素运转量以丰水年最高，欠水年最低，叶片和茎杆+茎鞘氮素运转量对籽粒的贡献率以欠水年最高，而穗部以欠水年最低（表6）。可见，欠水年抑制了穗中的氮素向籽粒运转。

表6 夏闲期覆盖配施氮肥对花前营养器官氮素转运量及其对籽粒的贡献率的影响

TA：转运量Translation amount；CP：贡献率Contribution proportion

夏闲期覆盖较不覆盖，花前各器官氮素转运量提高，且丰水年和平水年差异显著。丰水年和平水年叶片和穗氮素转运量对籽粒贡献率提高；欠水年茎秆+茎鞘氮素转运量对籽粒贡献率显著提高。可见，夏闲期覆盖有利于促进丰水年和平水年叶片和穗中氮素向籽粒转运，而欠水年更有利于茎秆+茎鞘中氮素向籽粒转运。

施氮量对不同降水年型和覆盖条件下花前各器官氮素转运的影响存在差异。丰水年增加施氮量，花前叶片和穗氮素转运量显著提高，其对籽粒贡献率提高。平水年叶片和穗氮素转运量以中氮最高，且各处理间差异显著，其对籽粒贡献率以中氮最高，且穗差异显著。覆盖条件下的欠水年，茎秆+茎鞘和穗氮素转运量以中氮最高，且各处理间差异显著，其对籽粒贡献率以中氮最高，且茎秆+茎鞘差异显著。不覆盖条件下的欠水年，增加施氮量，茎秆+茎鞘和穗氮素转运量及其对籽粒贡献率降低。可见，丰水年配施高氮、平水年配施中氮有利于促进叶片和穗中氮素向籽粒转运，覆盖条件下的欠水年配中氮有利于茎秆+茎鞘和穗中氮素向籽粒转运。

2.4 夏闲期覆盖配施氮肥的增产、增效作用

丰水年、平水年较欠水年分别提高产量80%、69%，提高水分利用效率7%、20%，提高氮素利用效率6%、5%（表7）。

表7 夏闲期覆盖配施氮肥的增产、增效作用

IYNBA：单位花前氮素转运量的增产量Yield increase per increase transferred nitrogen amount before anthesis；IYNAA：单位花后氮素积累量的增产量Yield increased per accumulated nitrogen amount after anthesis

夏闲期覆盖较不覆盖产量显著提高，达23%—41%；水分利用效率提高3%—15%；丰水年和平水年氮素利用效率显著提高，达14%—26%，欠水年低氮条件下也显著提高，达10%。

施氮量对不同降水年型和覆盖条件下产量、水氮利用效率的影响存在差异。丰水年，增加施氮量，产量显著提高，水分利用效率提高；平水年和覆盖条件下的欠水年，产量和水分利用效率以中氮最高，且产量各处理间差异显著；不覆盖条件下的欠水年，产量和水分利用效率均以低氮最高。丰水年氮素利用效率以高氮显著最高；平水年以低氮显著最高，中氮显著最低；欠水年氮素利用效率以高氮最高。

可见，夏闲期覆盖可显著提高不同降水年型产量和水分利用效率，显著提高丰水年和平水年氮素利用效率，且丰水年配施高氮、平水年和覆盖条件下的欠水年配施中氮、不覆盖条件下的欠水年配施低氮可实现产量和水分利用效率的同步提高。

分析覆盖的增产效果可看出，每增加1 kg·hm-2花前氮素转运量，增产18—82 kg·hm-2；每增加1 kg·hm-2花后氮素积累量，丰水年和平水年增产305—399 kg·hm-2，而欠水年没增产。分析施氮量的增产效果可看出，每增加1 kg·hm-2花前氮素转运量，增产3—53 kg·hm-2；每增加1 kg·hm-2花后氮素积累量，丰水年和平水年增产9—177 kg·hm-2，而欠水年没增产。可见，花后氮素积累量对产量的贡献明显大于花前氮素转运量对产量的贡献，旱地小麦夏闲期覆盖保水的增产效果明显大于氮肥的增产效果，欠水年增加花后氮素积累对籽粒产量无明显贡献。

3 讨论

3.1 播前和各生育时期0—300 cm土层蓄水量

降水是旱地麦田补给土壤水分的唯一来源，尤其在夏季休闲期，其多少决定着播前土壤墒情，是影响产量的重要因素，因此旱地小麦的抗旱增产应考虑夏闲期降水的蓄保[23]。地表覆盖不仅能降低土壤表面水分无效蒸发，而且能增加对降水的拦储和促进水分向土壤下层入渗[24]，在北方旱作农业区被广泛应用[25]。杨海迪等[26]在陕西渭北旱塬的研究表明，夏闲期降水越多夏闲末期0—200 cm土壤蓄水量越多。本研究结果表明，降水越多越有利于补给旱地麦田土壤水分，土壤水分随生育进程推移逐渐减少，但欠水年成熟期土壤水分略有回升，是由于欠水年花后降水较多，为100.1 mm，较丰水年和平水年多53.8 mm、69.5 mm。

杨海迪等[26]研究还表明，夏闲期地膜覆盖较不覆盖可使土壤扩蓄增容，2008—2009年（夏闲期降水310.6 mm）、2009—2010年（夏闲期降水236.7 mm）旱地麦田夏闲末期0—200 cm土壤蓄水量分别提高7—123 mm，26—76 mm，蓄水保墒率分别达34%以上、58%以上。本研究结果表明，夏闲期地膜覆盖较不覆盖显著提高播种期0—300 cm土壤蓄水量，达44—65 mm，且欠水年效果最好，主要是由于欠水年夏闲期降水仅188.4 mm，与丰水年（459.9 mm）和平水年（419.9 mm）相差较大，不覆盖会导致水分蒸发量更大，而使地膜覆盖的相对增墒效果更好，这与前人研究结果基本一致。

播前土壤水分能否延续应用至小麦生长后期，对旱地小麦的产量提高至关重要。王勇[23]在甘肃省陇东地区的研究表明，由于旱地地膜冬小麦播前底墒不同，不同生育时期土壤贮水量差异一直维持至孕穗前，抽穗前后由于不同处理的耗水量不同，使土壤贮水量发生变化，收获期各处理土壤贮水量基本接近。本研究结果表明，夏闲期覆盖较不覆盖，各生育时期0—300 cm土壤蓄水量提高，且花前差异显著，但成熟期不显著，主要由于充足的土壤水分促进了植株生长耗水，导致成熟期土壤水分无显著差异，这与前人研究结果一致。

旱地麦田最适施氮量的上限由于土壤水分改善而提高，一方面促进了肥效发挥，另一方面提高了水分利用[27-28]。段文学等[29]在山东淄博旱地小麦的研究表明，当施氮量由 90 kg·hm-2增加到 150 kg·hm-2时，氮肥增施（90—150 kg·hm-2）可增强小麦深层土壤贮水利用能力，但施氮量继续增加，80 cm以下土层土壤贮水消耗量未显著增加。刘晓宏等[30]进行温室盆栽试验的研究结果表明，严重干旱胁迫条件下增加氮肥小麦耗水会更严重，应少量合理施氮而不宜大量施用。本研究结果表明，丰水年增加施氮量促进花前土壤蓄水，同时促进作物生长，增强耗水，导致花后土壤蓄水量降低；平水年和覆盖条件下的欠水年配施中氮效果较好，而不覆盖条件下的欠水年配施低氮效果较好，与前人“干旱时应减少施氮量”结果一致，但水分与氮肥的准确互作量前人研究较少，尤其旱地，因此还需进一步深入研究验证。

3.2 旱地小麦植株氮素吸收、转运

植株氮素的吸收、转运与土壤水分状况有关[31]。臧贺藏等[32]研究表明，在相同施氮水平下，高水分处理可提高花后氮素积累量和分配比例，但向籽粒转运率和贡献率降低。本研究结果表明，夏闲期覆盖保水较不覆盖促进植株氮素吸收，这与前人研究结果相似。夏闲期覆盖主要促进丰水年和平水年生育中后期氮素积累，欠水年生育前中期氮素积累，可能与欠水年后期水分不充足，而丰水年和平水年较为充足有关，这与本研究团队多年开展氮素积累规律研究结果一致。郑成岩等[33]研究表明，深松+条旋耕和深松+旋耕较单独条旋耕和旋耕提高了0—200 cm土层土壤蓄水量，增加了开花期营养器官中氮素向籽粒的转运量和转运率。Bahrani等[34]、张胜全等[35]研究表明，缺水与充足水分相比，小麦花前营养器官贮存的氮素较多，向籽粒中转运也较高。李华等[36]在陕西渭北旱塬的研究表明，地膜覆盖可提高旱地小麦植株氮素吸收，促进生长后期茎、叶氮素转运。本研究结果表明，夏闲期覆盖较不覆盖，丰水年和平水年花前叶片和穗氮素转运量对籽粒贡献率提高，欠水年花前茎秆+茎鞘氮素转运量对籽粒贡献率显著提高，这与前人研究结果不一致，而与本团队[37]研究结果一致，这可能与降水和地力差异有关。

根据旱地小麦土壤水分状况合理配施氮肥可显著调控植株氮素吸收积累规律，水氮之间有明显的交互作用，王兵等[38]研究表明，平水年增加施氮量（0—180 kg·hm-2），旱地小麦吸氮量增加，而干旱年施氮量180 kg·hm-2时，吸氮量降低。本研究结果表明，丰水年配施高氮，平水年和覆盖条件下的欠水年配施中氮有利于促进生育中后期植株氮素积累，不覆盖条件下的欠水年配施低氮有利于促进生育中期植株氮素积累，这与前人[37]研究结果一致。

李强等[39]研究认为，地膜覆盖虽使开花期具有良好的土壤水分，但后期氮肥不足影响了后期植株氮素吸收和转运。马耕等[40]研究表明，在豫北高产条件下，不灌水或灌1水时，小麦适宜施氮量为180—240 kg·hm-2，灌2水时适宜施氮量为240 kg·hm-2，水氮互作显著影响叶片氮素积累和转运。赵新春等[41]在陕西半干旱黄土区的研究表明，水分条件一般时，增加施氮量（80—240 kg·hm-2），旱地小麦茎、叶氮素转运量及其对籽粒贡献率增加。本研究结果表明，丰水年配施高氮促进花前叶片和穗中氮素向籽粒中转运；平水年和覆盖条件下的欠水年配施中氮处理下，平水年主要促进叶片和穗中氮素向籽粒转运，尤其是穗；覆盖条件下的欠水年主要促进茎秆+茎鞘和穗中氮素向籽粒中转运，尤其是茎秆+茎鞘；不覆盖条件下的欠水年配施低氮，促进茎秆+茎鞘和穗向籽粒中转运。说明，随土壤水分增多，适宜的施氮量也增加，因水氮水平的不同会影响不同器官的氮素向籽粒转运，尤其欠水年配施合理氮肥时又促进了茎秆和茎鞘中氮素转运，这与前人研究结果略有不同，可能与地区降水和施肥差异有关。

3.3 旱地小麦增产、增效作用

王红丽等[42]研究表明，覆盖栽培可充分满足作物生长水分需求，优化产量构成因素，提高产量。武继承等[43]研究表明，旱地麦田夏闲期地膜覆盖提高产量和水分利用效率。本研究结果表明，夏闲期覆盖较不覆盖，产量显著提高，达23%—41%；水分利用效率提高3%—15%；丰水年和平水年氮素利用效率显著提高，达14%—26%，欠水年低氮条件下也显著提高，达10%。这与前人研究结果一致。

水分和氮肥是限制旱地小麦产量的关键因子[44]。土壤水分正常情况下，随施氮量增加，作物产量增加，但氮素利用效率降低。Ryan等[45]在非洲北部的研究结果表明，年降水量350—500 mm时，小麦高产的适宜施氮量为60—120 kg·hm-2，而降水量为270 mm时适宜施氮量为30 kg·hm-2。李廷亮等[46]在山西临汾的研究表明，年降水量为400 mm时，施氮肥180 kg·hm-2显著提高冬小麦产量，但超过180 kg·hm-2后，主要促进地上部营养器官生长，产量并没提高。本研究结果表明，丰水年配施高氮，平水年和覆盖条件下的欠水年配施中氮，不覆盖条件下的欠水年配施低氮，产量和水分利用效率最高,这与前人结果相似。但氮素利用效率仅丰水年配施高氮显著提高，平水年和欠水年显著降低，具体原因还需进一步研究。

王小燕等[47]研究表明，施氮和灌水对小麦植株氮素吸收、转运、籽粒产量均产生调控和互补效应，且灌水对产量起主导作用，施氮量对灌水也有一定的补偿效应。孟晓瑜等[48]研究表明，施氮量对产量的影响大于底墒。本研究表明，花后氮素积累量对产量的贡献明显大于花前氮素转运量对产量的贡献，旱地小麦夏闲期覆盖保水的增产效果明显大于氮肥的增产效果，且水分较多的年份更明显。这与前人研究不一致，具体原因还需进一步研究验证。

4 结论

降水能有效补给旱地麦田土壤水分，夏闲期深翻覆盖后，蓄水保墒效果显著，显著提高丰水年和平水年拔节后各阶段氮素积累量、花前氮素转运量和花后氮素积累量，提高欠水年花前各阶段氮素积累量及其所占比例，显著提高花前氮素转运量及其对籽粒贡献率；适宜施氮量显著提高不同降水年型花前氮素转运量和花后氮素积累量。不同降水年型夏闲期覆盖配施氮肥条件下，花后氮素积累量对产量的贡献大于花前氮素转运量对产量的贡献，旱地小麦夏闲期覆盖保水的增产效果大于氮肥的增产效果。总之，旱地小麦夏闲期深翻覆盖保水调节施氮量可实现产量和水分利用效率同步提升。

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（责任编辑 杨鑫浩）

Effects of Mulching During the Fallow Period and Nitrogen Fertilizer on Soil Water and Plant Nitrogen Use of Dry-Land Wheat

Ren AiXia, Sun Min, Gao ZhiQiang, Wang PeiRu, Xue JianFu, Xue LingZhu, Lei MiaoMiao

(College of Agronomy, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801 Shanxi)

【Objective】For the problem of less rainfall and uneven distribution, lower water and nitrogen use efficiency of dryland wheat in the Loess Plateau, the best technological way for water conservation through mulching and nitrogen fertilization of dryland wheat was studied.【Method】Field experiments were carried out in Qiujialing village, Wenxi, Shanxi from 2010 to 2013, the main plot was mulched with plastic film or no mulched after deep tillage during the fallow period, the subplot was applied with nitrogen fertilizer at 75 kg·hm-2, 150 kg·hm-2, and 225 kg·hm-2in order to make clear the effect of mulching during the fallow period and nitrogen fertilization on soil moisture, plant nitrogen utilization and its contribution to yield of dryland wheat in different years. 【Result】The results showed that the soil moisture, plant nitrogen accumulation, the N translation amount before anthesis and its contribution proportion to grain at every growth period were the highest in humid year and the lowest in dry year. Compared with the dry year, the yield of grain in humid and normal year, respectively, increased by 80% and 69%, the water use efficiency, respectively, increased by 7% and 20%, the N use efficiency, respectively, increased by 6% and 5%. Compared with no mulching during the fallow period, the soil water storage in 0-300 cm depth was significantly increased by 52-60 mm at sowing stage under the condition of mulching, and the soil water storage was significantly increased before anthesis, plant nitrogen accumulation was increased in every growth period, the N accumulation of grain was significantly increased. Compared with no mulching during the fallow period, the N accumulation was significantly increased after jointing stage under the condition of mulching in humid and normal years, the contribution rate to grain of the N translation amount of leaf and spike before anthesis was increased; the N accumulation and its proportion at different growing stages were increased in dry year, the contribution rate to grain of the N translation amount of stem and sheath before anthesis was significantly increased. Compared with no mulching during the fallow period, the grain yield was significantly increased by 23%-41%; water use efficiency increased by 3%-15%, the N use efficiency was significantly increased in humid and normal years by 14%-26% and significantly increased by 10% under the condition of low N fertilization in dry year. Combined with high N fertilization in humid year, combined with middle N fertilization in normal year and dry year under the condition of mulching during the fallow period, combined with low N fertilization in dry year under the condition of no mulching during the fallow period, the soil water storage, yield and water use efficiency were the highest before booting stage. Combined with high N fertilization in humid year, the translation amount of N before anthesis and the N accumulation after anthesis were significantly the highest, especially promoted the translation from leaf and spike to grain before anthesis. Combined with middle N fertilization in normal year and dry year under the condition of mulching during the fallow period, the N translation amount before anthesis and the N accumulation of grain were significantly the highest, and promoted the translation from leaf and spike to grain in humid year, especially the spike. And promoted the translation from stem and sheaths and spike to grain in dry year under the condition of mulching, especially the stem and sheaths. Combined with low N fertilization in dry year under the condition of no mulching during the fallow period, the N accumulation of grain was significantly the highest, the N translation amount before anthesis and its contribution rate to grain was the highest, the N translation amount of stem and sheaths and its contribution rate to grain was the highest. 【Conclusion】 Mulching during the fallow period of dry-land contributed to accumulating precipitation, promoting N accumulation at middle and late growth stages in humid and normal years, promoting the N translation from leaf and spike to grain, contributed to promoting the N accumulation at early and middle growth stages in dry year, promoting the N translation from stem and sheaths to grain. Humid year combined with high nitrogen at 225 kg·hm-2, normal year and dry year under the condition of mulching during the fallow period combined with middle nitrogen at 150 kg·hm-2, and dry year under the condition of no mulching during the fallow period combined with low nitrogen at 75 kg·hm-2could achieve synchronous improvement of yield and water use efficiency.

dryland wheat; mulching during fallow period; nitrogen fertilizer; soil water; plant nitrogen use; yield

2017-04-05；接受日期：2017-06-19

现代农业产业技术体系建设专项（CARS-03-01-24）、国家公益性行业（农业）科研专项（201303104）、山西省科技攻关项目（20140311008 -3）、农业部公益性行业科研专项（201503120）、国家科技支撑计划项目（2015BAD23B04）、山西省回国留学人员重点科研资助项目（2015-重点4）

任爱霞，E-mail：rax_renaixia@163.com。通信作者高志强，E-mail：gaozhiqiang1964@126.com