氮肥对黄淮冬麦区旱地小麦耗水及产量的影响

王稳江

(杨凌职业技术学院， 陕西 杨凌 712100)

0 引言

【研究意义】小麦作为我国主要的粮食作物，其产量直接影响粮食安全，对于广大北方地区尤其重要。在小麦种植过程中不仅受水热等条件的制约，还受养分及施肥等的制约[1-3]。陕西是典型的旱作麦区，全年70%的降雨集中在8月前后，加之大量水分蒸发，导致小麦产量较低[4]。早播小麦可提升其生育期的耗水量，加之低密度下能够更合理地利用土壤水分和养分，进而形成更多的有效分蘖，对提升产量尤为关键[5]。探究氮肥对旱地小麦土壤耗水及其产量影响，对黄土丘陵旱作区小麦产量提升具有重要的现实意义。【前人研究进展】播期播量的控制在小麦种植过程中起着关键性作用，对其产量的制约效应突出。早播小麦由于在冬前分蘖旺盛，形成的群体较大，但是易产生早衰问题，晚播小麦形成的群体较小，难以形成较高的产量[6]。因此，合理控制播期播量，能够更好地协调其个体与群体的关系，进而促进其产量的提升[7]。吴金芝等[8]报道了耕作方式和氮肥用量对旱地小麦产量、水分利用效率和种植效益的影响。杜雄等[9]研究了不同种植制度与土下微膜覆盖的小麦玉米水分利用效果。裴雪霞等[10-11]报道，合理的氮肥施用和水分条件控制能够有效促进作物产量的提升和土壤的贮水能力[10-11]。LPEZ-BELLIDO等[12]研究发现，氮肥60 kg/hm2且雨水较充足条件下，地中海地区作物的籽粒产量提升。黄土高原南部旱地氮肥为80 kg/hm2时小麦增产幅度最大[13]。薛澄等[14]研究表明，渭北旱塬区氮肥为120 kg/hm2的小麦产量与传统氮肥施用量180 kg/hm2差异不显著，但水分利用效率提高。【研究切入点】不同地区旱地小麦氮肥适宜施用量不同，鲜见不同氮肥施用量对黄淮冬麦区旱地小麦土壤耗水及产量的影响。【拟解决的关键问题】探明不同氮肥施用量对黄淮冬麦区旱地小麦土壤耗水及产量的影响，以期为其小麦生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018-2020年在西北农林科技大学北校区试验地进行，该区域为黄土丘陵旱地，无灌溉条件，土壤有机质含量9.32 g/kg、全氮0.87 g/kg、速效磷23.2 mg/kg、速效钾98.5 mg/kg，小麦拔节至开花期的降雨量最小，不足10 mm，花期为98 mm左右。

1.2 材料

1.2.1 品种 小麦品种为济麦22，购于陕西省农业科学院。

1.2.2 仪器 CIRAS-2型光合作用测定仪，购于汉莎科学仪器有限公司；MVC-小型蒸发器，购于湖北晟驰蒸发器设备有限公司；DZF-6050TE型烘箱，玛瑞特烘箱设备厂生产。

1.3 方法

1.3.1 试验设计 采用随机区组试验方法，小区面积30 m2(5 m×6 m)，小区间设2 m间隔。根据氮素施用量不同共设4个处理：对照(CK)，不施用氮肥(施等量清水)；N1，氮肥施用量为100 kg/hm2；N2，氮肥施用量为200 kg/hm2；N3，氮肥施用量为300 kg/hm2。每处理5次重复，种植密度220株/m2，4叶期定苗。底肥除含氮量46%的氮肥，还包括磷肥和钾肥，全部一次性施入，试验样地采用当地常规大田管理方法进行。

1.3.2 土壤取样 在0～100 cm土层，从表层土壤开始每间隔20 cm取样1次，对于所取样品称重后置于铝盒备用，之后采用DZF-6050TE型烘箱110℃烘干处理，冷却后称重备用。

1.3.3 指标测定 在0～100 cm土层，从表层土壤开始每间隔20 cm取样1次，对于所取样品称重后置于铝盒备用，之后进行110℃烘干处理，冷却后称重，计算土壤含水量。采用MVC-小型蒸发器于各生育期连续7 d测定不同时期小麦植株间蒸发量。在测量过程中需要将蒸发器垂直插入土层，采用电子称测量后放回原位置，第2天再次测量，对连续2 d的差值计算即得到其蒸发量，精度要求0.01 g。成熟期调查产量构成要素(籽粒产量、平均穗粒数及千粒重)，每个小区收割2 m2计算实际产量。所有指标结果均以3年平均值计。

1.4 数据处理与分析

采取Excel 2007和SPSS 22.0对数据进行处理与分析。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥施用量小麦对水分的利用效率

从表1可知，不同处理小麦各生育时期水分利用效率的变化。越冬期：各处理为2.02～3.03 nmol/(m2·s)，N2最高，为3.03 nmol/(m2·s)；N3其次，为2.51 nmol/(m2·s)；CK最低小，为2.02 nmol/(m2·s)；N2显著高于其余处理，CK显著低于其余处理，其余处理差异显著。生长期、开花期、抽穗期和成熟期：各处理分别为2.47～3.82 nmol/(m2·s)、2.07～3.11 nmol/(m2·s)、1.61～2.57 nmol/(m2·s)和1.33～1.79 nmol/(m2·s)，均以N2最高，分别为3.82 nmol/(m2·s)、3.11 nmol/(m2·s)、2.57 nmol/(m2·s)和1.79 nmol/(m2·s)；N3其次，分别为2.88 nmol/(m2·s)、2.27 nmol/(m2·s)、1.91 nmol/(m2·s)和1.48 nmol/(m2·s)；CK最低，分别为2.47 nmol/(m2·s)、2.07 nmol/(m2·s)、1.61 nmol/(m2·s)和1.33 nmol/(m2·s)。N2均显著高于其余处理，CK显著低于其余处理，N1与N3间差异不显著。

表1 不同氮肥施用量小麦各生育时期的水分利用效率

2.2 不同氮肥施用量小麦各生育时期的耗水量

从表2看出，不同处理小麦各生育时期耗水量的变化。越冬期、生长期和开花期：各处理分别为37.4～42.6 mm、46.1～49.3 mm和63.3～69.3 mm，均以N2最高，分别为42.6 mm、49.3 mm和69.3 mm；N3其次，分别为39.4 mm、47.9 mm和65.3 mm；CK最低，分别为37.4 mm、46.1 mm和63.3 mm。N2均显著高于其余处理，CK显著低于其余处理，N1与N3间差异不显著。抽穗期和成熟期：各处理分别为78.6～83.2 mm和30.9～36.3 mm，均以N2最高，分别为83.2 mm和36.3 mm，N2均显著高于其余处理，CK、N1、N3间差异不显著。表明，氮肥提高了小麦的耗水量，在抽穗期达最大。

表2 不同氮肥施用量小麦各生育时期的耗水量

2.3 不同氮肥施用量小麦的耗水来源

从表3可知，不同处理小麦对来源于土壤和降水的耗水量变化。土壤：各处理为236.8～305.6 mm，依次为N3>N2>N1>CK，N3显著高于其余处理，N1与CK间差异不显著，二者显著低于N2。降水：各处理为97.0～144.1 mm，依次为N3>N2>N1>CK，N3显著高于其余处理，CK显著低于其余处理，N1与N2间差异不显著。表明，小麦耗水量主要来源于土壤。

表3 不同氮肥施用量小麦的耗水来源

2.4 不同氮肥施用量小麦对各土层土壤贮水的消耗量

从表4看出，不同处理小麦对0～100 cm各土层土壤贮水消耗量的变化。0～20 cm：各处理为24.0～32.9 mm，依次为N2>N3>N1>CK，N2显著高于其余处理，CK显著低于其余处理，N1与N3间差异不显著。20～40 cm：各处理为17.8～23.3 mm，依次为N2>N3>N1>CK，N2显著高于其余处理，其余处理间差异不显著。40～60 cm：各处理为14.5～18.3 mm，依次为N2>N3>N1>CK，N2显著高于其余处理，其余处理间差异不显著。60～80 cm：各处理为8.2～11.4 mm，依次为N2>N3=N1>CK，N2显著高于其余处理，其余处理间差异不显著。80～100 cm：各处理为4.1～6.0 mm，依次为N2>N1>N3>CK，N2显著高于其余处理，其余处理间差异不显著。表明，不同施氮量处理小麦对表层土壤的耗水量提高，以N2效果最好。

2.5 不同氮肥施用量小麦的产量构成与氮肥利用效率

从表5可知，不同处理小麦穗数、千粒重、籽粒产量、生物产量和氮肥利用效率的变化。小麦穗数、千粒重、籽粒产量和生物产量：各处理分别为514.6万～663.2万穗/hm2、42.14～47.37 g、8 233.0～9 225.0 kg/hm2和15.5～22.7 t/hm2，均为N2>N3>N1>CK，N2显著高于其余处理，CK显著低于其余处理，N1与N3间差异不显著。氮肥利用效率：各处理为46.5%～79.5%，依次为N2>N3>N1>CK，各处理间差异显著。

表5 不同氮肥施用量小麦的产量构成与氮肥生产效率

3 讨论

关于氮肥对旱地小麦水氮效应的研究多集中于黄土高原旱塬区，该区域全年降水量440～710 mm，季节性分布不均，小麦生育期降水量100～210 mm[11]。袁浩等[15]通过连续观测试验发现，施用120 kg/hm2的氮肥能够增加小麦贮水量。李武超等[16]研究表明，氮肥对产量、耗水系数和肥料利用效率的影响达极显著水平,水氮之间的交互效应达极显著水平，拔节至成熟期土壤相对含水量65%～70%的条件下，小麦获得高产的同时能够兼顾水肥高效利用。袁浩等[15]研究表明，水分胁迫下施用氮肥，旗叶蒸腾速率减弱，净光合速率增加，短时水分利用效率提高。采用随机区组试验方法连续3年(2018-2020年)研究了不同氮肥施用量〔0(CK)、100 kg/hm2(N1)、200 kg/hm2(N2)和300 kg/hm2(N3)〕对黄淮冬麦区旱地小麦耗水量及产量影响。结果表明，不同处理小麦越冬期、生长期、开花期、抽穗期和成熟期的水分利用效率分别为2.02～3.03 nmol/(m2·s)、2.47～3.82 nmol/(m2·s)、2.07～3.11 nmol/(m2·s)、1.61～2.57 nmol/(m2·s)和1.33～1.79 nmol/(m2·s)，均以N2最高，CK最低；越冬期、生长期和开花期的耗水量分别为37.4～42.6 mm、46.1～49.3 mm和63.3～69.3 mm，均以N2最高，CK最低；对来自土壤和降水的耗水分别为236.8～305.6 mm和97.0～144.1 mm，N3最高，CK最低；小麦对0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm土壤贮水的消耗量分别为24.0～32.9 mm、17.8～23.3 mm、14.5～18.3 mm、8.2～11.4 mm和4.1～6.0 mm，均以N2最高，CK最低；小麦穗数、千粒重、籽粒产量、生物产量和氮肥利用效率分别为514.6万～663.2万穗/hm2、42.14～47.37 g、8 233.0～9 225.0 kg/hm2、15.5～22.7 t/hm2和46.5%～79.5%，均以N2最高，CK最低。表明，当氮肥逐渐增加时，土壤相对稳定层下移至100 cm土层，能够促进小麦对深层土壤水分的吸收利用，即使氮肥施用量增加时80～100 cm土层土壤贮水量变化也不大，说明氮肥施用过量将抑制小麦对深层土壤水分的吸收；施氮可显著提高小麦分蘖数和单株叶面积，增加地表覆盖度，减少株间蒸发量。MIRANZADEH等[17]研究表明，在第2个小麦生长季降水量比上一生长季减少67.31%条件下，旱地冬小麦均在氮肥为80 kg/hm2时获得较高的产量和水分利用效率。HALVORSON等[18]报道，受年份条件差异的制约，氮肥对小麦产量的影响较大，以84 kg/hm2最高。谢英荷等[19]研究发现，127 kg/hm2和165 kg/hm2的氮肥更有利于晋南旱地小麦的生长发育。王兵等[20]报道，黄土高原南部小麦种植区施用45 kg/hm2氮肥对小麦种植区的小麦生长尤为有利。

4 结论

黄淮冬麦区旱地小麦施用氮肥可增加土壤的含水量，提高其水分利用效率，并有效促进籽粒产量的提升，以施用氮肥200 kg/hm2效果最好，其水分利用效率、耗水量、小麦穗数、千粒重、籽粒产量、生物产量和氮肥利用效率均最高。