不同播种方式和施氮量对滴灌冬小麦氮素利用特征的影响

李国坤 张建芳 王冀川林 熬 李同蕊 高 振 乌日娜

（塔里木大学植物科学学院，新疆 阿拉尔 843300）

小麦是新疆重要的粮食作物之一，在农业经济发展和粮食安全战略方面占有重要地位。目前新疆小麦种植正面临从传统技术向现代高效技术转变的阶段，改革种植方式，采用滴灌水肥一体化技术、综合精准调控技术等，创造合理的群体结构，充分发挥区域光热资源，挖掘品种生产潜力，是当前小麦现代化种植技术的基本方向。其中，采用不同播种方式以创造合理的群个体布局、开展精确施肥以实现养分科学利用等方面的研究是其技术制定的基本依据。不同的播种方式下小麦对氮素资源利用的能力存在一定的差异，优化种植方式是提高氮素利用效率的有效手段［1］。董石峰等［2］研究表明，与常规条播相比，沟播、全膜覆土穴播、膜侧条播、宽幅条播在各生育期的氮素利用效率提高了1.6%～9.7%，产量提高了7.3%～20.5%。赵奇等［3］研究认为穴播增产效果最为明显，与条播相比，地膜穴播增产达10.1%。张睿等［4］的研究表明，地膜穴播增产幅度达27.5%～35.2%。以上研究均是在湿润地区开展的，针对南疆极端干旱地区滴灌冬小麦的相关研究较少。本文主要研究不同播种方式与施氮量对滴灌冬小麦氮素积累特征及其利用效率的影响，为生产中进行种植改革、实现增产高效的氮素科学运筹提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料与设计

试验于2018—2019年在塔里木大学农学试验站网室中进行，以邯郸5316为供试品种，采用两因素裂区试验方法，主区为播种方式，分别为条播（B1）、穴播（B2）和匀播（B3），副区为不同滴施氮肥水平，分别为不施氮肥（N0）、138 kg/hm2（N1）、207 kg/hm2（N2）和276 kg/hm2（N3）。10月2日播种，条播按照15 cm等行距进行，穴播按照行距15 cm×10 cm穴距播种，撒播为均匀撒种后人工盖土3 cm，进行人工镇压以保证种子与土壤紧密接触。小区面积为2.4 m×3.4 m=8.16 m2，采用随机区组排列。播后及时安装滴灌设施，按照60 cm间距排布（1管4行模式）滴灌带。全期滴灌 7 水，每次滴水 504～672 m3/hm2，共 4 200 m3/hm2。按照设计的施氮量换算成尿素随水滴施4次，具体水氮运筹见表1。

试验地播前统一撒施过磷酸钙375 kg/hm2、硫酸钾225 kg/hm2为基肥，出苗—拔节期人工除草2次，越冬前（11月14日）统一进行冬灌一次，灌量为1 200 m3/hm2。

1.2 测试项目与方法

每个处理小区选取长势均匀、具有代表性的三个样点进行观测，定点样点条播与穴播为1.1 m×1行，撒播为0.5 m×0.5 m。

1.2.1 全氮含量的测定

每点取连续5株（拔节前10株），分器官放入烘箱中，先105℃杀青15 min后在85℃下烘干至恒重；各器官样品进行粉碎过0.05 cm筛，以H2SO4-H2O2消煮-蒸馏定氮法测定各器官全氮含量。

1.2.2 氮平衡指数

用Dualex 4植物氮平衡指数测量仪在各时期测量长势具有代表性的5株小麦旗叶。

1.2.3 旗叶叶绿素密度

应用SPAD-502仪测定。

1.2.4 产量指标

蜡熟期每小区选择3点，每点数取（1 m×1 m）内的小麦植株，调查穗数、并脱粒测产。每区选取30株调查穗粒数。在测产样品中，分3次各数取1 000粒，测定千粒质量。

表1 各时期灌水量（m3/区）及尿素施用量（g/区）分配表

1.3 数据处理方法及计算公式

用Excel 2003对数据进行处理、制图，用DPS（7.05）统计软件Duncan新复极差法进行统计分析。氮素积累与转运、氮素生产效率等的计算公式如下［5-6］：

器官氮素累积量（kg/hm2）=器官氮素含量×器官干物质质量

器官氮素转运量（kg/hm2）=开花期某营养器官氮素积累量－成熟期该营养器官氮素积累量

器官氮素转运效率（%）=器官氮素转运量/开花期该器官氮素积累量×100

器官转移氮素对籽粒氮素的贡献率（%）=器官氮素转运量/成熟期籽粒氮素积累量×100

氮籽粒生产效率（kg/kg）=籽粒产量/植株氮素总积累量

氮素收获指数=成熟期籽粒氮素积累量/植株氮素积累量

氮肥农学利用率（kg/kg）=（施氮区籽粒产量－同一水分处理下的无氮区籽粒产量）/施氮量

氮肥偏生产力（kg/kg）=施氮区籽粒产量/施氮量

氮肥利用效率（%）=（施氮区氮素积累量－同一水分处理下的无氮区氮素积累量）/施氮量×100

2 结果与分析

2.1 不同播种方式与施氮量对滴灌冬小麦氮素利用效率的影响

2.1.1 对滴灌冬小麦各时期氮素积累量的影响

各处理冬小麦不同时期氮素积累量变化见表2，氮素积累量随生育进程推进逐渐增加，成熟期达最大值。其中，拔节—扬花期是冬小麦氮素积累的高峰期，此期氮素积累量占总氮素积累量的61.45%～70.38%。各处理氮素积累量因播种方式与施氮量的不同而存在差异，总体表现为随施氮量增加呈先增后减的趋势，以N2处理最高。与N0相比，施氮处理各时期氮素积累量显著提高，其中，处理B2N2的氮素积累量最大，达218.16 kg/hm2，其次是B2N3和 B1N2，分别为 215.45 kg/hm2和 201.19 kg/hm2，这说明穴播和条播处理在中、高氮条件下对氮素的吸收、积累效果最好，且B2N3和B2N2这两个处理对应的籽粒含氮量也达到最大值，分别为：177.81 kg/hm2和174.50 kg/hm2。

不同播种方式间氮素积累量大小为B2＞B1＞B3，B2在拔节期、扬花期、蜡熟期氮素积累比B1和B3分别提高了11.09%和16.45%、9.24%和10.89%、7.46%和11.34%。不同施氮量间氮素积累量大小为：N2＞N3＞N1＞N0，其中 N1、N2和 N3在成熟期氮素积累量比 N0分别提高了14.42%、40.79%和35.12%，由此说明，施氮能显著提高小麦各器官氮素积累量，但并不是施氮越多越好，适宜的施氮量才能最大限度地被作物吸收，施氮量过高，群体变大导致后期倒伏，茎叶功能衰退，麦株生长势检索，导致氮素浪费。

表2 不同播种方式与施氮量对滴灌冬小麦各时期氮素积累量（kg/hm2）的影响

续表2

2.1.2 对滴灌冬小麦各时期营养器官平均氮素积累量的影响

不同播种方式和施氮对冬小麦各时期营养器官平均氮素积累量的影响如表3所示。

表3 不同时期各器官平均氮素积累量及所占比例

拔节前小麦主要以叶片生长为主，至拔节期叶片平均氮素积累量占总积累量的66.40%；拔节后，小麦进入快速生长期，至扬花期茎秆氮素积累量达最大值，平均占比43.41%。小麦在扬花期前主要进行营养器官的氮素积累，各器官氮素积累量的百分占比为：茎秆＞叶片＞颖壳+穗轴。扬花后小麦穗部及籽粒快速发育，颖壳和穗轴含氮量从孕穗期开始逐渐增加，至灌浆期达最大值19.42 kg/hm2，灌浆—成熟期，营养器官的氮素大量向籽粒转运，至成熟期小麦叶片、茎鞘和颖轴含氮量下降至5.49%、9.70%和4.08%，而籽粒中的氮素积累量达80.74%，即各器官至成熟期的氮素积累百分比为：籽粒＞茎鞘＞叶片＞颖壳+穗轴。

2.1.3 对滴灌冬小麦各营养器官氮素转运的影响

不同处理各营养器官氮素向籽粒的转运量见表4。同一播种方式下随施氮量增加，各器官花前氮素向籽粒中的运转量随之增加，相比于N0，各施氮处理叶片、茎鞘和颖轴的氮素转移量分别提高了14.69%～50.36%、19.03%～50.18%和31.20%～61.26%，这说明施氮能显著提高各器官花前氮素向籽粒中的运转量。不同播种方式下各器官氮素运转量存在差异，整体来看穴播各器官氮素转移量最大，叶片、茎鞘、颖壳+穗轴花前向籽粒的平均氮素运转量分别为39.27 kg/hm2、31.95 kg/hm2和7.71 kg/hm2，说明花前各器官对籽粒的氮素转运量表现为：叶片＞茎鞘＞颖壳+穗轴。

各处理花前营养器官氮素向籽粒运转效率有所不同，同一播种方式下不同氮素水平的叶片、茎鞘和颖轴花前对籽粒的运转效率大小分别为N0＞N1＞N2＞N3、N0＞N1＞N2＞N3和N0＞N1＞N3＞N2；同一施氮处理下，不同播种方式叶片、茎鞘和颖轴花前对籽粒的运转效率分别为 B2＞B3＞B1、B3＞B2＞B1和 B1＞B3＞B2。可见，冬小麦各营养器官花前氮素转运效率在随施氮量的增加而减小，穴播和撒播能促进叶片、茎秆的花前氮素转运效率，而条播对颖轴的花前氮素运转效率促进作用更为明显。叶片、茎鞘、颖壳+穗轴花前向籽粒的平均氮素运转效率分别为79.77%、64.10%和50.65%，说明花前各器官对籽粒的氮素转运效率表现为：叶片＞茎鞘＞颖壳+穗轴。

表4 各营养器官氮素的运转量和贡献率

从各营养器官花前氮素转运对籽粒的贡献率上看，叶片、茎秆和颖轴分别为：27.62%、22.48%和5.77%，具体表现为：叶片＞茎鞘＞颖壳+穗轴。同一播种方式下，施氮处理叶片、茎秆和颖轴的花前氮素运转对籽粒的贡献率较N0分别提高了0.22%～11.52%、0.02%～9.76%和14.55%～18.25%，并以N2处理最高；同一施氮处理下，B2和B3叶片、茎秆的花前氮素运转对籽粒的贡献率较高，B1颖轴的花前氮素运转对籽粒的贡献率较高。

各处理对冬小麦营养器官氮素运转量的影响效应（F值）均达显著以上水平，其中播种方式对冬小麦叶片、茎鞘和颖壳+穗轴的氮素转运贡献率的变异系数分别为2.36%、2.17%和15.35%，施氮对冬小麦叶片、茎鞘和颖壳+穗轴的氮素转运贡献率的变异系数分别5.18%、4.66%和7.44%，说明对叶片和茎鞘氮素转运的贡献率来说，供氮效应大于播种方式，而颖壳+穗轴氮素转运的贡献率则是播种方式的影响大于供氮效应。B2N2的叶片和茎鞘的氮素运转量最大、B3N0的茎鞘和颖轴的氮素运转效率最大、B3N2的叶片和茎鞘的贡献率最大，说明播种方式与施氮对各营养器官氮素运转的侧重点不同，只有适宜的氮素与播种方式组合才能保证各营养器官氮素贡献率互相协调提高。

2.1.4 对滴灌冬小麦营养器官花后氮素转运与利用效率的影响

由表5可知，各处理营养器官氮素花后转运量和对籽粒的氮素贡献率均表现为随施氮量的增加而先增后降的趋势。同一播种方式下，N0、N1、N2和 N3的平均氮素转运量分别为62.73 kg/hm2、73.98 kg/hm2、94.89 kg/hm2和 84.15 kg/hm2，即与 N0相比，N1、N2和 N3分别提高了17.94%、51.27%和34.16%；与N0相比，N1、N2和N3处理对籽粒氮素平均贡献率分别提高了5.39%、10.68%和0.13%。同一施氮处理下，B1、B2和B3处理的平均氮素转运量分别为76.78 kg/hm2、82.82 kg/hm2和 77.20 kg/hm2，即表现为：B2＞B1＞B3；B1、B2和B3处理的氮素转运对籽粒氮素平均贡献率分别为：54.92%、54.84%和56.85%。说明施氮对营养器官氮素转运量和营养器官氮素转运对籽粒的氮素贡献率均有显著促进作用，穴播对营养器官氮素转运量有显著促进作用，而在营养器官氮素转运对籽粒的氮素贡献率上，三种播种方式差异均不显著。

营养器官氮素转运效率、氮籽粒生产效率及氮素收获指数在同一播种方式下均随施氮量的增加而减小，N0、N1、N2、N3的营养器官平均氮素转运效率分别为70.54%、69.47%、68.52%和67.75%，表现为N0＞N1＞N2＞N3；其平均氮籽粒生产效率分别为 29.71%、35.00%、33.71% 和 32.11%，表现为 N1＞N2＞N3＞N0；其平均氮素收获指数分别为82.03%、81.57%、79.60%和 79.90%，表现为 N0＞N1＞N3＞N2。同一施氮处理下，B1、B2、B3的营养器官平均氮素转运效率分别为68.48%、68.51%和70.21%，表现为B3＞B2＞B1；其平均氮籽粒生产效率分别为32.85%、33.77%和31.28%，表现为 B2＞B1＞B3；其平均氮素收获指数分别为：80.45%、80.76%和81.11%，表现为B3＞B2＞B1。可见，适量施氮或少量施氮处理下冬小麦营养器官氮素转运效率、氮籽粒生产效率及氮素收获指数较高，而穴播处理的冬小麦营养器官氮素转运效率、氮籽粒生产效率及氮素收获指数较为平稳。

除施氮量对营养器官氮素运转效率及播种方式对氮素收获指数的影响不显著外，不同播种方式与施氮量对冬小麦营养器官花后氮素转运与利用效率的影响效应（F值）均达显著以上水平。播种方式对冬小麦营养器官氮素转运量、运转效率、对籽粒的氮素贡献率、氮籽粒生产效率和氮素收获指数的变异系数分别为：4.27%、1.43%、2.05%、3.87%和0.41%；施氮处理对其影响的变异系数则分别为：17.45%、1.74%、4.89%、6.98%和1.49%。由此说明，对各处理营养器官花后氮素转运与利用效率的供氮效应均大于播种方式效应。

2.1.5 对滴灌冬小麦氮素利用效率的影响

氮肥农学利用率、氮肥偏生产力与氮肥利用效率均是表示氮肥利用率的常用定量指标，这些指标从不同方面描述了作物对氮肥的利用效率［7］。从表6可以看出，播种方式与施氮对冬小麦的氮肥农学利用效率与氮肥偏生产力的影响均达到极显著水平，施氮及与播种方式的互作效应对冬小麦氮肥利用效率达极显著水平。随着施氮量的增加，氮肥农学利用率与氮肥利用效率均呈先增后减的趋势，在N2处取得最大值，而氮肥偏生产力随施氮量的增加而减小。

同一播种方式下，N1、N2和N3处理的氮肥平均农学利用率表现为：N2＞N1＞N3；氮肥平均偏生产力则表现为：N1＞N2＞N3；氮肥平均利用效率则表现为：N2＞N3＞N1。同一施氮处理下，B1、B2和B3处理氮肥平均农学利用率和氮肥平均偏生产力表现为：B2＞B1＞B3；氮肥平均利用效率则表现为：B2＞B3＞B1。由此说明过量施氮会降低氮肥的利用效率，播种方式对氮肥利用效率影响表现较好的是穴播。

2.2 对滴灌冬小麦氮平衡指数（NBI）的影响

氮平衡指数是指叶绿素和类黄酮的比值，当作物未发生氮肥胁迫时，植物生长健康，合成叶绿素较多，产生的多酚（类黄酮）较少；当发生氮肥胁迫时，植物营养不平衡，产生的多酚（类黄酮）较多，生成叶绿素较少。

不同播种方式与施氮量对冬小麦NBI的影响各不相同，如图1所示，同一播种方式下，随施氮量增加NBI值增加，且施氮处理远大于不施氮处理，在生育中后期这种差异更为明显，其中，B1、B2和B3在灌浆初期至乳熟期NBI平均下降率分别为47.56%、20.62%和53.03%。B2下降幅度最小，这可能是由于B2小麦群体较为紧凑，后期群体结构较好，个体叶片生长环境好所致，其叶片功能期延长，有利于提高光能利用率。

图1 不同播种方式与施氮量对滴灌冬小麦氮平衡指数的影响

3 讨论

3.1 对滴灌冬小麦氮平衡指数（NBI）的影响

氮平衡指数作为评估作物氮肥营养状况的指标，在精准制定合理高效施肥措施方面广泛应用。研究表明，增施有机土壤调理剂处理的甘蔗叶片的NBI值及其产量均高于常规推荐施肥，且适宜的施氮量能显著提高作物的NBI值［8］。本研究表明，随着施氮量的增加滴灌冬小麦NBI值越大，且施氮处理远大于不施氮处理，在生育中后期这种差异更为明显，这可能与生育中后期施氮量逐渐累加造成的作物氮素利用率增加有关。各播种方式中，生育前期NBI值没有明显差异，在生育后期B2的NBI值较为稳定，这对冬小麦产量提高具有显著作用。

3.2 不同播种方式与施氮量对滴灌冬小麦氮素利用效率的影响

有研究表明，播种方式对冬小麦花前、花后干物质的积累与转运具有显著影响［9］。滴灌条件下，施氮处理的小麦干物质和氮素积累量与产量较不施氮处理均有显著提高，但当施氮量超过300 kg/hm2时，小麦干物质、氮素积累量和产量则呈下降趋势，说明过量施氮并不利于冬小麦产量的提高［10］。本研究表明冬小麦的氮素积累随着生育进程的推进不断增加，至成熟期达到最大值，拔节期至扬花期是冬小麦氮素积累高峰期，这段时期冬小麦氮素积累占总氮素积累量的61.45%～70.38%，这与前人研究的结果76.79%大致相同［11］。籽粒中的氮含量主要来自花前营养器官中储存的氮素［12］。各营养器官叶片、茎鞘和颖轴对籽粒的贡献率分别为：25.62%～30.40%、20.90%～24.51%和4.13%～6.70%，这与马耕［6］研究的各营养器官对籽粒的贡献率叶片25.3%～40%、茎鞘为23.4%左右、颖轴为11.3%左右的结果有一定的差异，这可能是由于气候、试验品种或者栽培措施的不同引起的。本研究还发现各营养器官氮素转运量表现为：叶片＞茎鞘＞颖轴，这与前人研究结果一致［13］。

不同的施氮量对冬小麦氮素的利用影响较大，各研究者持有不同观点，刘芳［14］指出氮肥利用率随施氮量的增加而增加，刘敏超［15］则认为氮肥利用率随施氮量的增加而递减，还有研究表明，施氮量与氮素利用效率呈二次曲线关系［16］。本试验研究表明，随施氮量的增加，各处理营养器官氮素转运量和对籽粒的氮素贡献率均随施氮量的增加而先增加后减小，营养器官氮素转运效率、氮籽粒生产效率及氮素收获指数则不断减小。不同播种方式对滴灌冬小麦氮素利用率影响不同，穴播比条播和撒播的氮肥生产效率、氮肥利用效率分别提高了为2.80%～7.96%和 2.63%～6.15%，这与董石峰等［2］7.3%～20.5% 和1.6%～9.7%研究结果存在一定的差异，这可能与小麦品种、土地肥力水平及田间施肥管理措施的不同有关。处理B1N2的农学利用效率与B2N2氮肥利用效率最大，说明条播或穴播的冬小麦，当施氮量为207 kg/hm2时才能显著提高氮素利用率，只有当播种方式与高效的氮肥运筹措施相结合才是提高冬小麦产量的关键所在。

4 结论

（1）拔节期至扬花期是滴灌冬小麦氮素积累的高峰期，此期氮素积累占总氮素积累量的61.45%～70.38%。各营养器官氮素转运量表现为：叶片＞茎鞘＞颖壳+穗轴，叶片、茎鞘和颖轴氮素运转对籽粒的贡献率分别为：25.62%～30.40%、20.90%～24.51% 和4.13%～6.70%，氮肥农学利用率为：9.66%～21.71%，氮肥偏生产力为：24.28%～52.60%，氮肥利用效率为：9.34%～26.86%。当施氮量为207 kg/hm2时，条播或穴播的冬小麦，能显著提高氮素利用效率，只有适宜播种方式与高效的氮肥运筹措施相结合才是提高冬小麦产量的关键。

（2）NBI值随生育进程呈单峰变化趋势，前期缓慢增加，至扬花期达高峰，灌浆期以后快速下降，条播、穴播和撒播下降速率不同，至乳熟期平均其下降率分别为47.56%、20.62%和53.03%，说明B2处理生育后期群体质量较好，叶片氮功能强。随施氮量增加NBI值有所增加，与N0相比，N1、N2和N3的NBI值分别增长了32.04%、33.43%和38.67%，组合处理B2N2取得最大值47.34。