施氮量对超高产小麦品种烟农1212耗水特性和籽粒产量的影响

史辛凯 石玉 赵俊晔 于振文

摘要：以超高产小麦品种烟农1212为试材，在微喷带测墒补灌条件下设置0 （N0）、180 （N1）、210 （N2）、240（N3） kg/hm2 四个施氮量，研究其对小麦耗水特性及籽粒产量的影响。结果表明：（1） N2处理100～200 cm土层土壤贮水消耗量显著高于N3处理，提高了深层土壤贮水的利用能力；（2） N2处理播种—拔节期阶段耗水量显著低于N3，但拔节—开花期及开花—成熟期阶段的耗水量及耗水模系数显著高于N3和N1处理；（3） 籽粒产量N2较N1提高了12.35%，与N3无显著差异；N2处理氮肥农学效率及氮肥偏生产力显著高于N3处理。因此施氮量210 kg/hm2为本试验条件下的适宜施氮量。

关键词：冬小麦；施氮量；耗水特性；氮素利用

中图分类号：S512.101文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）05-0072-04

Abstract The super high-yielding wheat variety Yannong 1212 was used as the test material. The effects of nitrogen application rates on water consumption and wheat grain yield of wheat were studied at four rates of 0 （N0）， 180 （N1）， 210 （N2） and 240 （N3）kg/hm2 . The results showed that water consumption amount in 100～200 cm soil layers of N2 treatment was significantly higher than that of N3， which showed an increased capability to absorb soil water from deep soil layers. From sowing to jointing stage， N2 treatment obtained the significant lower periodical water consumption in comparison of that in N3 treatment. However， the water consumption and water consumption percentage were significantly higher than those of N3 and N1 treatment from jointing to anthesis and from anthesis to maturity stage. The grain yield of N2 treatment increased by 12.35% compared to N1 treatment， but no significant difference in N3 treatment. The nitrogen fertilizer efficiency and nitrogen fertilizer partial productivity of N2 treatment were significantly higher than that of N3. Therefore， 210 kg/hm2 was proposed as the optimal nitrogen application rate under this test conditions.

Keywords Winter wheat； Nitrogen application rate； Water consumption； Nitrogen utilization

合理施氮是提高小麦籽粒产量的重要途径[1]，生产中过量使用氮肥造成氮素淋溶、地下水污染等现象多有报道[2，3]，因此确定合理的施氮量，提高氮素利用率，降低氮肥使用对环境产生的压力是目前生产中亟待解决的问题。Zhong等研究发现施氮量为270 kg/hm2时土壤贮水消耗量显著高于施氮量300 kg/hm2处理，可促进根系吸收利用80～120 cm土层的水分[4]。也有研究表明在滴灌模式下全生育期灌溉定额为160 mm，施氮量为190 kg/hm2时，小麦籽粒产量为5 722.8 kg/hm2，水分利用效率达到1.640 kg/m3，较施氮量120 kg/hm2时的籽粒产量和水分利用效率分别提高了17.36%和12.95%，经济效益达到最高[5]。Fu等研究表明，半干旱地区于越冬、返青、拔节3次各灌水75 mm，施氮量为225 kg/hm2的试验处理下，小麦籽粒产量和水分利用效率分别达8 680 kg/hm2和15.56 kg/（hm2·mm）；当施氮量增加至300 kg/hm2时，小麦产量及水分利用效率无显著提高[6]。前人研究施氮量多在定量灌溉、畦灌或漫灌下进行，水分利用效率低。微喷带灌溉为一种新型灌溉方式，设施简单、收放方便、喷洒均匀[7]。本试验在测墒补灌条件下，利用微喷带进行灌溉的方法，研究了施氮量对超高产小麦耗水特性及水分和氮素利用效率的影响，以期为超高产小麦高效栽培提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016—2017年在山東省兖州市小孟镇史家王子村田间进行。该地区为暖温带大陆性半湿润季风气候区。播前试验田0～20 cm土层有机质含量为14.12 g/kg、全氮1.12 g/kg、碱解氮112.69 mg/kg、速效磷42.50 mg/kg、速效钾109.21 mg/kg，试验地小麦全生育期间降雨量为226.5 mm（表1）。

1.2 试验设计与方法

供试材料为超高产小麦品种烟农1212，设置4个施氮量处理，分别为0 （N0）、180 （N1）、210 （N2）、240 kg/hm2 （N3），采用随机区组排列，小区面积2 m×40 m=80 m2，重复3次。处理间设置2 m保护行，防止水分渗漏。

各施氮处理采用微喷带灌溉的方式进行测墒补灌，分别于拔节期和开花期0～40 cm土层相对含水量均补灌至70%。灌溉量计算公式[8]为：

式中，m为补灌水量（mm），H为该时期土壤计划补灌深度，ρb为该土层土壤容重（g/cm3），βi为目标土层质量含水量，βj为灌水前土层质量含水量，用水表计量灌水量。

每公顷施用P2O5和K2O均为150 kg/hm2，作为底肥一次性施入，氮肥底追比为7∶9，总氮量的7/16作为基肥施用，9/16拔节期追施。前茬作物为玉米，秸秆粉碎还田。2016年10月12日播种，四叶期定苗，基本苗为180株/m2，其他措施同一般高产田，2017年6月9日收获。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤含水量测定 用土钻取0～200 cm土层鲜样，称重，采用烘干法测定，重复3次。 计算公式为：

土壤质量含水量（%）=（土湿重-烘干重）/烘干重×100 。

1.3.2 土壤贮水消耗量 采用刘增进等[9]方法进行计算，公式为：

式中，Si为土壤贮水消耗量（mm），i为土层序号，n为总层数，γi为i层容重，Hi为i层厚度，θi1和θi2分别为i土层时段初和末时的土壤质量含水量。

1.3.3 农田耗水量计算 采用水量平衡法测定小麦阶段和全生育期耗水量[10]，公式为：

式中，ET1-2为该阶段耗水量（mm），Si为生育阶段土壤贮水消耗量，M为该阶段灌水量（mm），P為该阶段降雨量（mm），K为该阶段地下水补给量（mm），试验地区地下水深度超过5 m，故K值忽略不计。

耗水模系数（%）=阶段耗水量/总耗水量×100。

1.3.4 籽粒产量和水氮利用效率 小麦成熟后收获，脱粒，风干（水分含量约为12.5%），测产。

水分利用效率=籽粒产量/总耗水量；氮肥农学效率=（施氮区籽粒产量-不施氮区籽粒产量）/施氮量；氮肥偏生产力=籽粒产量/施氮量 。

1.4 数据整理

采用Microsoft Excel 2010软件进行数据整理，SigmaPlot 12.5进行绘图，SPSS 22.0统计分析软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对小麦总耗水量、耗水来源及比例的影响

由表2可知，不施氮条件下对照处理总耗水量显著低于施氮处理；施氮处理间比较，N2处理总耗水量显著高于N1处理，与N3处理无显著差异；N2灌水量占总耗水量的比例显著低于N3，与N1无显著差异；土壤贮水消耗量表现为N2>N3>N1>N0。表明施氮量210 kg/hm2条件下，促进了小麦对土壤贮水的利用。

2.2 施氮量对小麦阶段耗水量、日耗水量和耗水模系数的影响

由表3可以看出，阶段耗水量及耗水模系数表现为播种—拔节期>开花—成熟期>拔节—开花期，日耗水量为开花—成熟期>拔节—开花期>播种—拔节期。播种—拔节期阶段耗水总量及日耗水量表现为N3>N2、N1、N0；拔节—开花期为N2>N3>N1、N0，开花—成熟期为N2>N3>N1>N0。表明施氮量210 kg/hm2条件下，减少了小麦苗期的水分消耗，促进小麦籽粒灌浆时期水分的利用。

2.3 施氮量对0～200 cm土层土壤贮水消耗量的影响

由表4可以看出，不施氮条件显著降低小麦对土壤贮水的利用；0～40 cm土层各施氮处理间土壤贮水消耗量无显著差异，40～100 cm土层N2处理显著高于N1、N0，与N3无显著差异；100～200 cm土层土壤贮水消耗量表现为N2>N3>N1>N0，且各处理间差异显著，表明施氮量为210 kg/hm2条件下，提高了根系对深层土壤水的利用能力。

2.4 施氮量对小麦籽粒产量及水分和氮素利用效率的影响

由表5看出，与施氮处理相比，不施氮处理显著降低了籽粒产量和水分利用效率。施氮处理间比较，N2处理籽粒产量显著高于N1处理12.35%，与N3无显著差异；施氮处理间水分利用效率无显著差异；N2氮肥农学效率显著高于N3和N1；氮肥偏生产力表现为N1>N2>N3。结果表明，施氮量210 kg/hm2条件下，可获得较高的籽粒产量、氮肥农学效率及氮肥偏生产力。

3 讨论与结论

在一定范围内，氮肥的施用能够显著提高土壤水利用率[11]，Irene等[12]研究发现，施氮量为20～150 kg/hm2范围内，随施氮量的增加小麦根系生长及下扎能力增强，提高了对土壤贮水的吸收利用。随施氮量的增加小麦全生育期总耗水量及土壤贮水消耗量及其比例也呈增加趋势[13]。还有研究表明全生育期不灌水条件下，施氮量210 kg/hm2与150 kg/hm2相比，0～200 cm土壤贮水总消耗量提高了6.8%[14]。有研究表明，0～270 kg/hm2施氮量下小麦阶段耗水量和耗水模系数表现为开花—成熟期>播种—拔节期>拔节—开花期[14]。本试验在微喷补灌条件下，施氮量为210 kg/hm2处理土壤贮水消耗量较施氮量180 kg/hm2处理提高了24.5%，亦高于施氮量240 kg/hm2处理，促进了植株对土壤贮水的利用，显著提高了拔节—开花期、开花—成熟期小麦日耗水量及耗水模系数。

籽粒产量及水分和氮素利用效率随施氮量增加呈抛物线趋势变化[15]，研究表明施氮量为150 kg/hm2时，籽粒产量，水分利用效率较施氮量75 kg/hm2分别提高11.5%和12.9%，但当施氮量增加至225 kg/hm2时，各项指标无显著增加[16]。亦有研究表明，施氮量为300 kg/hm2时，籽粒产量达到8 540.8 kg/hm2，氮肥偏生产力为28.47 kg/kg，较施氮量180 kg/hm2处理下降37.7%[17]。本试验选用超高产品种烟农1212研究表明，施氮量210 kg/hm2处理较180 kg/hm2处理籽粒产量提高12.35%，当施氮量增加至240 kg/hm2时籽粒产量、水分和氮素利用效率无显著增加。综合比较，施氮量为210 kg/hm2是本试验条件下超高产小麦节水节氮的适宜施氮量。

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