氮素运筹对滴灌春小麦氮素吸收、利用及产量的影响

孙 婷 张建芳 比拉力·艾力 石元强 张 迪 李国坤 王冀川

（塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔843300）

小麦是我国第三大粮食作物，其生长发育与各器官的建成及氮素运筹息息相关［1］。施氮量、施氮时期及施氮比例对小麦最终籽粒产量的形成、品质有重要影响［2］。当前，在实际生产中，农户盲目地以增加施氮量作为提高小麦产量的主要手段，加之施氮方法与时期不科学，导致氮肥施用量逐年增加，氮素利用率下降，生产成本增加［3］，并带来一系列生态环境问题。新疆作为我国最大的西部内陆极端干旱地区，具有光热资源丰富、耕地面积大的特点，小麦种植面积常年为118万公顷，其中春麦36万公顷左右，是我国第八大小麦生产区［4］。目前，新疆小麦生产逐渐采用滴灌水肥一体化技术，水肥利用效率和产量得到较大提高［5］。作物养分吸收利用特性与肥水施用方法及运筹方式紧密相关，在常规灌溉条件下氮素运筹对小麦氮素吸收与利用的研究较多，但针对极端干旱区滴灌条件下氮素运筹对滴灌春小麦氮素营养的吸收、利用及转化的调控效应鲜有报道，且有关合理的氮素运筹模式尚缺乏定论。本研究以滴灌春小麦为研究对象，分析了春小麦氮素吸收、利用及转运特征，施氮量及施氮时期对滴灌春小麦氮素运转的响应，提出合理的氮素运筹方案，为南疆滴灌春小麦高产高效栽培提供一定的理论依据及必要的技术支持。

1 试验材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018 年和2019 年在新疆阿拉尔市塔里木大学农学试验站网室中进行，该试验点位于塔里木盆地西北边缘，40°33'N，81°16'E，海拔1 012.2 m，年平均气温11.2℃，年均降水量45.7 mm，年均蒸发量1 988.4 mm，年均相对湿度在55%以下，属典型暖温带内陆型气候。

试验地土质为沙壤土，干土体积质量为1. 32 g/cm3，田间持水量为23.4%（质量含水量），NO3-- N含量49.27 mg/kg，NH4+-N 含量6.70 mg/kg，有机质的含量1.025%，土壤pH 值7.7。播前统一施基肥三料磷肥300 kg/hm2，硫酸钾75 kg/hm2。

1.2 试验设计

以新春6 号（早熟大穗型春小麦，新疆农科院提供）和宁2038（中晚熟多穗型春小麦，宁夏农林科学院农作物研究所提供）为试验材料，开展施氮量与和施氮基追配比的双因素控裂区试验，主区为4个施用纯氮量处理：0 kg/hm2、103. 5 kg/hm2、207. 0 kg/hm2和310.5 kg/hm2，以N0、N1、N2和N3表示；副区为4个基追氮肥配比处理，基肥∶拔节肥∶孕穗肥∶灌浆肥分别为：10∶0∶0∶0、6∶4∶0∶0、4∶4∶2∶0和2∶4∶2∶2，以R1、R2、R3和R4表示；试验共13个处理，每处理重复3次。于3月2日按照15 cm等行距播种，播量为575×104粒/hm2，小区面积为3 m×10 m=30 m2，出苗后按1 管4 行模式铺设滴灌带。全生育期滴灌8次，氮肥运筹以纯氮折算成尿素（N-46%）严格按照试验设计进行（表1），氮素基肥于播前翻施，追肥用文丘里施肥器随水滴施。

表1 各小区氮肥（尿素）施用分配表（kg/区）

1.3 测定项目与方法

1.3.1 各器官干物质及氮素的测定

分别在拔节期、扬花期和蜡熟期取样，每个处理取3 株作为三次重复，分器官称鲜质量后与105℃下杀青15 min，之后于85℃下烘干至质量恒定。对完成干物质测定的样品，按叶片、茎+叶鞘、颖壳+穗轴、籽粒分样，烘干粉碎并过0.5 mm筛，在阴凉干燥处密封保存采用H2SO4-H2O2消煮后采用凯氏定氮仪测定各器官全氮含量。

1.3.2 产量及其构成要素

于蜡熟期对每个处理进行考种，调查穗粒数和千粒质量，折算成公顷产量。

1.3.3 数据处理与分析

对2 年的数据进行平均，使用Microsoft Excel 2003 进行数据处理和作图，采用DPS7. 05 统计软件Duncan 新复极差法进行多重比较的显著性检验。氮素积累与运转、氮素利用效率等的计算公式如下［6-9］：

各器官氮素累积量（mg/茎）=各器官含氮量×各器官干物质积累量；

氮素转运量=开花期营养器官氮素累积量-成熟期营养器官氮素累积量；

氮素转运效率（%）=营养器官氮素转运量/开花期营养器官氮素累积量×100%；

转运的氮素对籽粒贡献率（%）=氮素转运量/成熟期籽粒氮素积累量×100%；

花后氮素吸收量（kg/hm2）=成熟期植株氮素积累量-开花前植株氮素积累量；

花后氮素吸收量对籽粒的贡献率（%）=花后氮素吸收量/成熟期籽粒氮素积累量；

氮素籽粒生产效率（kg/kg）=籽粒产量/植株总氮素积累量；

氮素吸收效率（kg/kg）=植株氮素积累量/施氮量；

氮素利用率（%）=（施氮区植株氮素积累量-氮空白区植株氮素积累量）/施氮量×100%；

氮肥农学利用率（kg/kg）=（施氮区籽粒产量-氮空白区籽粒产量）/施氮量；

氮肥偏生产力（kg/kg）=施氮区产量/施氮量。

2 结果与分析

2.1 氮肥运筹对小麦氮素积累的影响

由表2可知，随生育进程推进植株氮素积累量呈增加的趋势，至蜡熟期达到最大值，其中，拔节期氮素积累量随氮素后移呈逐渐降低的趋势，扬花期呈先增后降的趋势，而蜡熟期呈逐渐增加的趋势。在施氮时期及比例相同时，各时期氮素积累量随施氮量的增加而增加。蜡熟期新春6 号和宁2038 的N3R4处理显著高于其他各处理（P＜0. 05），分别达到53. 36 mg/茎和58.25 mg/茎，其次为N2R3、N3R4、N3R2，说明中氮、高氮分三次施入氮素积累量较高，而低氮底施、分两次施入氮素积累量较低。在各施氮水平下，蜡熟期氮素积累量均以R3、R4处理较高，且显著高于其他处理（P＜0. 05），说明氮肥分三次施入更有利于氮素的积累。

表2 氮素运筹对植株氮素积累量的影响（mg/茎）

2.2 氮肥运筹对小麦各器官氮素积累与分配的影响

由表3可知，新春6号和宁2038在各生育期均表现为茎秆的氮素积累量高于叶片。叶片、茎秆和穗轴+颖壳的氮素积累量均在扬花期最大。当施氮量相同时，新春6 号、宁2038 各器官氮素积累量在拔节期表现为R1＞R2＞R3＞R4，R3、R4处理差异不显著，但与R1处理差异达显著；在扬花期表现为R3＞R2＞R4＞R1，各处理间差异达显著；在蜡熟期营养器官表现为R4＞R3＞R2＞R1，各处理间差异达显著，而籽粒氮素积累表现为R3＞R2＞R4＞R1，R3显著高于其他处理。可见，随生育推进，施氮次数越多，其氮素积累量越大。当施氮时期及比例相同时，两品种各器官氮素积累量均表现为随施氮量的增加而增加，在拔节期，N3处理的叶片氮素积累量最大，新春6 号与宁2038 分别为1.47～2.35 mg/茎、1.55～2.39 mg/茎，其次为N2处理，但与N3间差异不显著。在扬花期和蜡熟期，新春6号与宁2038 在N3处理的总氮素积累量分别为29. 10～30.64 mg/茎、25.91～27.65 mg/茎及40.87～55.23 mg/茎、38.14～53.01 mg/茎，显著高于其他氮素处理。说明过多施氮并不能显著提高叶片氮素积累量，但能明显提高中后期氮素积累总量，并主要表现为提高茎秆和籽粒的氮积累增加。组合处理中，新春6 号、宁2038 拔节期的各器官氮素积累量在N3R1处理下最高，在孕穗期以N3R3处理最高，其穗的氮素积累量分别比N3R1高6.63%、8.99%，比N1R3高13.68%、17.10%；在蜡熟期以N3R4处理达到最大，其穗+颖壳的氮素积累量分别比N3R1高11. 50%、11. 38%，比N1R4高30. 69%、34. 87%，籽粒的氮素积累量分别比N3R1高25. 88%、28. 36%，比N1R4高29. 68%、29.39%，表明增施氮肥对籽粒氮素积累量影响更显著，实施氮素后移可以提高籽粒氮素积累量。

表3 氮素运筹对小麦各器官氮素积累与分配的影响（mg/茎）

（续表）

2.3 氮肥运筹对春小麦各器官氮素运转的影响

由表4可知，花前各器官氮素转运量随施氮量的增加而增加，叶片和穗轴+颖壳氮素转运量随氮肥后移呈先增后降的变化趋势，而茎则呈逐渐降低的变化趋势。在施氮量相同时，R2、R3处理的叶片和穗轴+颖壳的氮素转运量最高，R4则表现为最低，表明1～2 次追氮能提高叶片及穗轴+颖壳的转运量，增施灌浆氮肥则不利于茎鞘及叶片的氮转运量。各器官氮素转运率大致表现为随氮肥后或移施氮量的增加而降低，其对籽粒的贡献率表现不同，随施氮量增加各器官氮素转运率及贡献率降低，但增加中后期追氮量，穗轴+颖壳的氮素贡献率又有所增加。

施氮量、氮素后移及互作效应对各器官氮素转运的影响效应（F 值）均达到极显著差异（P＜0. 01），新春6 号和宁2038 施氮处理的叶片、茎秆+叶鞘和穗+颖壳的氮素转运量对籽粒的贡献率变异系数分别为20.20%、27.92%、15.30%和22.27%、28.38%、14. 20%，氮素后移效应分别为11. 66%、13. 18%、12.46%和12.24%、14.99%、11.07%，说明氮素转运量对籽粒贡献率上，各器官的供氮效应大于氮素后移效应，且宁2038叶片和茎秆+叶鞘的供氮效应大于新春6 号，而穗+颖壳的供氮效应小于新春6 号。施氮量及施氮时期的互作效应对各器官氮素转运效率及对籽粒贡献率均达到极显著差异（P＜0. 01），说明适宜的施氮量及施氮时期能够促进各器官氮素向籽粒中转运。从各器官氮素转运量对籽粒贡献率大小上看，表现为茎秆+叶鞘＞叶片＞穗+颖壳，而氮素转运率则表现为叶片＞茎秆+叶鞘＞穗+颖壳。

表4 氮素运筹对春小麦各器官氮素转运量和贡献率的影响

2.4 氮肥运筹对春小麦氮素转运的影响

由表5 可知，新春6 号、宁2038 在不施氮肥的处理下，花前营养器官氮素转运率及氮素转运量对籽粒的贡献率均显著高于施氮处理，而花后氮素吸收量及花后氮素吸收量对籽粒的贡献率均显著低于施氮处理，说明施氮处理利于花后氮素的吸收与积累，不利于花前营养器官氮素的积累向籽粒的转运、分配。花后氮素吸收量均以N3R4处理最高，其次是N2R4处理且差异并不显著，说明在控制施氮时期的基础上，增施氮肥有利于花后氮素的吸收，但施氮量过多并不利于花后氮素的吸收。从各因素对植株氮素吸收与分配的影响程度（F 值）看，花前营养器官氮素转运量、转运率及对籽粒的贡献率和花后氮素吸收及对籽粒的贡献率指标方面的施氮量、施氮时期及互作效应达到极显著水平（P＜0. 01），说明在控制施氮量的基础上，氮素后移是促进氮素吸收与分配的基础，适宜的施氮量和施氮时期可以充分发挥氮素的优化分配。

表5 氮素运筹对春小麦氮素积累与运转的影响

2.5 氮肥运筹对春小麦氮素利用效率、产量及其构成因素的影响

由表6 可知，不同氮素运筹对两品种小麦穗粒数、穗质量及氮素利用的影响均达到极显著水平（P＜0.01）。在施氮时期及比例相同时，穗粒数随施氮量的增加而增加，在N2、N3处理下，千粒质量和穗质量差异并不显著；在施氮量相同时，随氮素后移穗粒数、千粒质量和穗质量呈先增加后减小的趋势，说明适当的氮素后移可以提高小麦产量。就穗质量的高低而言，N3处理及R3处理穗质量最大，但与N2处理及R2处理的差异不大，说明施氮量在207～310.5 kg/hm2施氮时期在拔节期和孕穗期是较合理的。施氮量过多或施氮时期过晚均不利于发挥氮素的增产效果。从施氮量、氮素后移及互作对产量构成及氮素利用的调控效应看，除千粒质量的氮素后移效应外，其他各项指标的施氮量、氮素后移及互作效应（F 值）均达到极显著水平（P＜0.01），两品种在不同供氮水平下，其穗粒数、千粒质量、穗质量、氮素吸收效率、氮素农学利用率、氮肥偏生产力和氮籽粒生产效率变异系数（CV）均小于在不同氮素后移条件下，且新春6 号各CV 值略高于宁2038，表明在增施氮肥的基础上，采取氮素后移策略，适当增加追肥次数，发挥施氮量和施氮时期互作效应，是提高氮素利用效率、提高小麦产量的关键，且施氮量越多，大穗型品种越应该注重氮肥后移，增加追氮次数。

从组合处理上看，N3R4和N2R3穗质量显著高于其他处理，新春6 号分别达到1. 26 g 和1. 22 g（折合产量8 929.10 kg/hm2和8 506.16 kg/hm2），宁2038 分别达到1.09 g 和1.12 g（折合产量8 357.62 kg/hm2和8 187.02 kg/hm2），表明施氮量为207～310.5 kg/hm2、基肥∶拔节肥∶孕穗肥∶灌浆肥为4∶4∶2∶0 或2∶4∶2∶2是本地区春小麦实现高产和氮肥高效利用的最优氮素运筹模式。

表6 氮素运筹对春小麦产量及其构成因素、氮素利用的影响

（续表）

3 讨论

前人关于花前氮素的积累与转运、花后氮素的吸收与转运各有不同。有研究表明，增加施氮量可以提高植株氮素积累量，但营养器官氮素向籽粒的转运率降低［10-13］。本研究发现，花后氮素积累量及对籽粒的贡献率随施氮时期的推迟而增加，而氮素运转的贡献率降低，这与马冬云等［14］人研究结果一致。潘庆民［15］等研究表明，在施氮比例与施氮水平较高时，可以提高氮素的转运量，但氮素转运率降低，这与本研究结果相一致。Cass man 等［16］人研究认为在小麦孕穗期增施氮肥可以提高氮素向籽粒的转运，不同时期氮素后移可以提高氮肥的吸收效率。本实验研究发现，各施氮处理中，氮素分配量表现为R3、R4＞R2＞R1，且差异显著；氮肥的吸收效率表现为R3、R4＞R2＞R1，且差异显著，表明孕穗期增施氮肥可以提高氮素向籽粒的转运，不同时期氮肥分次施入可以提高氮肥的吸收效率，同Cass man的观点一致。

氮素吸收利用效率、氮素偏生产力分别从不同角度描述了小麦对氮素的利用效率，常用此来表示氮素利用率的定量指标［17］。氮素吸收利用效率、氮素偏生产力及氮籽粒生产效率均随施氮量的增加而降低，这与刘立军等［18-19］人研究结果一致；在施氮量相同的条件下增加追施氮素的比例，可以提高氮素吸收利用效率，在追氮比例相同的条件下，将414 kg/hm2施氮量降低至276 kg/hm2，氮素吸收利用率和氮肥偏生产力均提高，这与马兴华等［20］研究结果相似。Jiang 等［21］人认为增施氮肥降低了氮肥偏生产力，拔节期+扬花期追施氮肥能显著提高氮素吸收利用率；氮素后移对氮肥偏生产力无显著影响，这与本研究结果不一致，可能试验条件和种植品种的差异所致［22］。在本研究范围内，综合穗质量和氮素吸收利用效率结果表明，在施氮量为276 kg/hm2，基肥∶拔节肥∶孕穗肥为4∶4∶2是春小麦实现高产和氮肥高效利用的最优氮素运筹模式。关于氮素运筹对春小麦氮素代谢的生理机制仍需进一步深入研究。

4 结论

（1）随生育期推进，植株氮素积累量随施氮量和施氮次数的增加而增加，其对蜡熟期的影响最为显著，但在中氮、高氮处理下差异不大。

（2）施氮显著增加氮素转运量，但施氮量过多并不能提高氮素向籽粒的转运和分配。低氮条件下，氮肥作底肥一次施入时的氮素转运量最大，中、高氮条件下，新春6号按基肥∶拔节肥∶孕穗肥=4∶4∶2施入时的氮素转运量最大；宁2038按基肥∶拔节肥=6∶4时施入的氮素转运量最大。花后氮素吸收量及对籽粒的贡献率均在分三次施入时最高，且大穗型品种高于多穗型品种。表明施氮量较少时，采取基肥为主的施肥策略，施氮量增大时，采取增加拔节、孕穗肥比例，适当补施灌浆肥的策略，大穗型品种更应注重氮肥后移。

（3）氮肥分次施入可以提高小麦的穗粒数和千粒质量，当氮肥按基肥∶拔节肥∶孕穗肥为4∶4∶2时可获得最大穗质量。穗质量在中氮、高氮处理间差异不显著，说明施氮量过多并不能提高小麦产量。综合穗质量和氮素吸收利用效率结果表明，在施氮量为207～310. 5 kg/hm2，基肥∶拔节肥∶孕穗肥∶灌浆肥为4∶2∶2∶0 或2∶4∶2∶2 是本地区滴灌春小麦实现高产和氮肥高效利用的最优氮素运筹模式。