优化栽培模式对冬小麦水氮运移、籽粒产量和水氮利用的影响

田文仲，张 园，张学品，张少澜，段国辉，吴少辉，高海涛，朱云集

(1.洛阳农林科学院，河南 洛阳 471023；2.河南农业大学 资源与环境学院，河南 郑州 450002)

优化栽培模式对冬小麦水氮运移、籽粒产量和水氮利用的影响

田文仲1，张 园1，张学品1，张少澜1，段国辉1，吴少辉1，高海涛1，朱云集2

(1.洛阳农林科学院，河南 洛阳 471023；2.河南农业大学 资源与环境学院，河南 郑州 450002)

在大田试验条件下，在河南省温县高产区监测了冬小麦不同种植模式麦田土壤水分和硝态氮含量变化动态，研究了优化栽培模式对冬小麦产量、水氮利用效率、土壤硝态氮累积量等的影响。结果表明：优化种植模式提高了小麦的产量，且优化栽培高于不施氮处理和习惯种植；在不同的处理中，土壤水分和硝态氮随土壤深度的变化呈相反的趋势，即土壤水分随深度的增加呈增加的趋势，而硝态氮则相反；优化栽培模式提高了土壤水分利用率、氮素生产力、氮肥利用率，且随施氮量增加呈增加趋势。

冬小麦；氮肥；土壤水分；硝态氮；籽粒产量

近年来，人们为了提高小麦产量，不断更新栽培措施。有研究指出，传统栽培导致小麦群体过大、倒伏、氮肥利用率低、水分利用效率低等，致使小麦减产，经济效益降低[1]。大量研究表明：采用地膜覆盖、垄沟栽培等模式，可减少土壤水分蒸发，提高水分利用效率[2]。但也有学者指出，地膜覆盖在有些情况下并不增产，甚至还会导致减产[3]。在各种栽培模式中，氮肥的施用起着至关重要的作用，实践表明，适量使用氮肥不仅能提高小麦产量，而且能提高水分和氮肥等的利用效率。过量施用氮肥容易造成土壤剖面中硝态氮的大量累积，引发诸如氮肥利用率和增产效果降低、生产成本增加、环境污染等一系列矛盾[4]。因此，通过优化耕作栽培措施，创造适合作物生长的外部环境，提高作物的生产能力[5]是当务之急。以上栽培模式多是在特殊条件下进行的，且大多是针对小麦玉米轮作体系来进行研究，而关于平原麦区针对提高小麦产量及水肥利用效率的栽培模式的研究还不多。因此，探索出合理的栽培模式并运用于生产实践，提高小麦产量、水分和肥料的利用效率是亟待研究的课题。本试验是在河南省温县高产田以冬小麦为研究对象，研究了栽培模式优化对土壤水分含量、硝态氮含量和籽粒产量的影响，旨在为作物高产及资源高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验设计

试验于2009～2010年在河南省温县祥云镇试验田中进行，供试品种为平安8号，前茬玉米全部秸秆还田，耕层土壤基础肥力：有机质18.27 g/kg、全氮1.04 g/kg、碱解氮109.5 mg/kg、速效磷17.29 mg/kg、速效钾130 mg/kg、pH值8.39。

试验设置3个处理，处理1(对照)：不施氮肥，磷、钾肥均为90 kg/hm2，灌拔节水、灌浆水，播种量为120 kg/hm2；处理2：即习惯种植，施氮225 kg/hm2，磷肥75 kg/hm2，钾肥60 kg/hm2，灌蒙头水、返青水、灌浆水，播种量187.5 kg/hm2；处理3(优化处理)：施氮180 kg/hm2，磷、钾肥施用量及灌水时期同处理2，播种量为150 kg/hm2。全部磷、钾肥和50%氮肥作基肥，另50%在拔节期追施，其中对照处理与优化处理均为深耕，习惯种植为旋耕，随机排列，小区面积为200 m2。

1.2 样品处理

1.2.1 土壤样品的采集 土壤样品分别在播种前、苗期、返青期、拔节期、开花期和收获期用土钻采集，每个小区随机选择2个样点，每30 cm为一个层次，采集深度为120 cm，分别装入编号的铝盒中。

1.2.2 土壤含水量和硝态氮含量的测定 土壤水分含量采用烘干法测定；土壤硝态氮含量测定方法：称取新鲜土壤样品12.00 g，用0.1 mol/L CaCl2溶液浸提，振荡1 h，然后采用流动分析仪分析浸提液中NO3-N含量。

1.2.3 植株样品处理和全氮的测定 分别在苗期、返青期、拔节期、开花期和成熟期采集植株样品，在小区内随机选取20株均匀一致且具有代表性的小麦植株，分茎秆、叶、籽粒，分别装入信封于105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干至恒重；采用FOSSTECATOR公司KJELTEC 2300型凯氏定氮系统测定按GB/T 5511─1985(半微量凯氏定氮法)测定样品含氮量；成熟时各小区实收计产，每处理取10株按常规考种分析。

1.3 数据分析及计算方法

SNO3-N=H·P·CNO3-N/10

式中：SNO3-N为土壤硝态氮累积量(kg/hm2)；H为土层厚度(cm)；P为土壤密度，(g/cm3)；CNO3-N为土壤硝态氮含量(mg/kg)。

氮肥利用效率(NUTE)=籽粒产量/植株氮素累积量

试验数据采用Excel 2003软件处理，采用SPSS 15.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2009～2010年温县光、温、水的变化如图1所示，从图1可以看出，整个生育期内光照时数、月积温和降水变化趋势基本一致，都呈先降后升的趋势。2009年8、9月份的降水量偏多，2009年11月、2010年的4、5、6月份降水量中等，其他月份降水量偏少或无降水，总降水量为370.30 mm；日照时数总体变化趋势不明显；月积温在10月至11月间下降较大，1月份达到最低。

图1 冬小麦生长期光、温、水变化

2.1 栽培模式对不同土层土壤水分含量和硝态氮质量比的影响

2.1.1 不同土层土壤水分含量的影响 不同生育时期随土层深度增大水分含量变化趋势如图2所示：0～120 cm深度，各生育时期不同处理下土壤含水量随深度的增大，变化趋势基本一致(除成熟期)，即随土壤深度的增大，含水量逐渐升高，但升高幅度较为平缓，成熟期土壤含水量呈先降低后升高的变化趋势。不同处理间表现：各生育时期0～60 cm土层含水量均以处理2的最高，而60 cm以下则以处理3的高。这可能是由于氮肥的施用影响了根系的分布[6]。处理2氮肥全部底施，而其他处理则1/2底施1/2追施，根系的生长也需要充足的营养，当土壤表层养分高时，能充分提供作物生长之所需，在土壤表层根系生长量偏多，吸收水肥较多[7]。

2.1.2 对不同土层土壤硝态氮质量比的影响 从图3可以看出，不同生育时期土壤硝态氮含量随土层深度的增加呈逐渐降低趋势，表现耕层土壤中硝态氮含量高；在越冬期、返青期、成熟期硝态氮以处理2含量最高，而在拔节和开花期则以处理3最高；在拔节期之前，基施氮肥显著提高了土壤硝态氮含量，且全部基施比基施1/2的高，表现为处理2>处理3>处理1；拔节期追肥显著提高了处理3耕层硝态氮含量。从越冬期到成熟期各处理0～120 cm土层硝态氮含量比明显降低，这与土壤水分含量变化一致。

图2 冬小麦各生育时期土壤水分分布

图3 冬小麦各生育时期土壤硝态氮的变化动态

2.2 栽培模式对冬小麦植株吸氮量及土壤硝态氮累积量的影响

由表1可知，不同处理间的小麦植株对氮素的吸收量不同，施用氮肥对冬小麦植株吸氮量有显著的提高，与处理1相比，处理2、处理3显著增加了冬小麦地上部的吸氮量。在整个生育期，小麦植株的吸氮量是呈逐渐增加的趋势，但不同处理间吸氮量增加的幅度不同，以处理2的增加幅度最大，增幅为270.75 kg/hm2，处理1的增幅最小，增幅为194.4 kg/hm2；返青期，处理2与处理3的冬小麦地上部吸氮量的变化幅度较小，返青期后冬小麦地上部植株吸氮量迅速增加。在冬小麦的各生育期，处理3与处理1的吸氮量之间存在显著性差异，而处理3与处理2间未能达到显著性差异。同时，还可以看出，处理2和处理3增加了土壤中硝态氮的累积量，土壤中硝态氮累积量呈先下降后上升的趋势，随施氮量增加，土壤中硝态氮的累积量也增加。

表1 冬小麦植株吸氮量和0～120 cm土壤硝态氮累积累量 kg/hm2

注：同列数据后的小字母相同则表示差异不显著(P>0.05)，不同则差异显著(P<0.05)。下同。

2.3 栽培模式对冬小麦产量、产量构成及水氮利用率的影响

由表2可知，处理3的产量最高且与处理1、处理2之间存在显著差异(P<0.05)，处理2、处理3较处理1分别增产4.04%、16.22%，处理2较处理1的产量增幅较小。穗粒数表现为显著性差异，而穗数表现为处理2较其他处理达到显著性差异，千粒重则以处理1最高且与其他处理之间差异显著。各处理间籽粒吸氮量的差异达显著性水平。处理3的氮素偏生产力及氮肥的利用率高于处理2，且差异达显著性水平。在水分利用率方面，以处理3的最大，且与其他处理的差异显著。

表2 不同栽培模式下冬小麦产量、产量构成及水氮利用率的影响

3 讨论

本研究分析了不同的栽培模式下，冬小麦土壤水、硝态氮对产量的影响，结果表明：不同处理的土壤含水量随深度的增加而增加，且优化模式较习惯种植和对照处理的水分利用率高。2010年4～5月降水有所增加，而优化模式又由于前期控水，在拔节期和开花期土壤含水量较高，这为小麦孕穗期和开花期提供充足的水分，与肥料相结合提高了穗粒数和千粒重，这是因为充足的水分加上合理的氮肥施用促进了小花分化，减少了小花败育，为后期形成较多的结实小穗和千粒重提供了物质基础。有研究表明：施肥能提高植物渗透调节能力，尤其是增施氮肥可显著抑制蒸腾失水，提高水分利用效率，但施肥过量时则导致水分利用率降低[8]。本试验也得出相同结果。优化栽培及习惯种植的水分利用率均高于不施氮处理，且优化处理高于习惯种植，表明优化施肥可以提高氮肥及水分的利用率。

硝态氮含量却与水分含量呈相反的趋势，即随深度增加而减少，与不施氮处理相比，习惯种植和优化栽培增加了土壤中硝态氮的累积量。许多研究结果表明[9-13]，土壤中硝态氮的累积量随氮肥施入量的增加而增加，这与本试验研究结果一致。但是过量施氮会引起土壤中硝态氮的大量累积，不但导致土壤肥力下降，作物产量降低，而且还会污染环境。张宏等[14]研究表明：硝态氮的淋失不仅与施入土壤的氮素数量有关，而且与栽培模式有密切的关系，本试验也得出相同的结论。小麦地上部的吸氮量也随施氮量的增加呈增加的趋势，而籽粒吸氮量并没有这样的表现。伍维模等[15]研究表明：施氮增加了氮吸收总量，但并未显著增加籽粒氮的含量。赵俊晔等[16]用N15标记也得到了相似的结果。施氮提高小麦的产量，同时也提高了氮素生产力、氮肥利用率，但是过量使用氮肥却使氮素生产力、氮肥利用率显著降低。因此，合理施用氮肥对提高氮素生产力及利用率有重要的作用。

小麦产量在不同处理间呈显著性差异，且优化模式高于习惯种植，虽然习惯种植穗数较多，但是穗粒数和千粒重均小于优化栽培，且施氮量高于优化栽培，表明小麦产量的提高施由产量构成三因素协调发展的。综上所述，合理施用水、氮肥的模式对提高土壤水分利用率、氮素偏生产力、氮肥利用率，籽粒吸氮量有重要的作用。因此，有必要进一步深入研究不同栽培模式对土壤水分利用、土壤硝态氮动态变化及植株氮素吸收的效应，而关于不同模式对小麦产量的影响机制还有待于进一步的研究。

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EffectsofOptimizedCultivationPatternonSoilNitrogen-WaterMigration,GrainYieldandNitrogen-WaterUseEfficiencyofWinterWheat

TIAN Wen-zhong1, ZHANG Yuan1, ZHANG Xue-pin1, ZHANG Shao-lan1, DUAN Guo-hui1, WU Shao-hui1, GAO Hai-tao1, ZHU Yun-ji2

(1. Luoyang Academy of Agricultural and Forestry Sciences in Henan Province, Luoyang 471023, China; 2. College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

Under the conditions of field test for various cultivation patterns, the dynamic changes in soil moisture and nitrate-nitrogen contents in winter wheat high-yielding fields of Wenxian county were monitored, and the effects of optimized cultivation pattern on the grain yield and nitrogen-water use efficiency of winter wheat, as well as on the accumulation of nitrate-nitrogen in soil were studied. The results showed that: the optimized cultivation pattern increased the yield of wheat as compared with the no nitrogen application treatment and the conventional planting pattern; in all treatments, when the depth of soil layer increased, the soil moisture content increased, while the soil nitrate-nitrogen content decreased; the optimized cultivation pattern enhanced the soil water use efficiency, nitrogen productivity, and nitrogen use efficiency, and these indexes increased with the increase in nitrogen application rate.

Winter wheat; Nitrogen fertilizer; Soil moisture; Nitrate-nitrogen; Grain yield

2017-06-21

国家小麦产业体系(CARS-E-2-36);河南省小麦产业体系(S2010-10-02)。

田文仲(1980─),男,助理研究员,硕士,主要从事小麦栽培技术研究。

S512.1

A

1001-8581(2017)11-0044-05

(责任编辑：曾小军)