全 文 ：灌溉量和施氮量对冬小麦产量和土壤
硝态氮含量的影响*
姜东燕1,2 摇 于振文1**摇 许振柱3
(1 山东农业大学农业部作物生理生态与栽培重点开放实验室, 山东泰安 271018; 2 德州学院农学系, 山东德州 253015; 3 中国
科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室, 北京 100093)
摘摇 要摇 研究了大田条件下灌溉量和施氮量对小麦产量和土壤硝态氮含量的影响. 结果表
明:增加灌溉量,0 ~ 200 cm土层硝态氮含量呈先降后升又降的趋势. 0 ~ 80 cm 土层硝态氮含
量显著低于对照,而 80 ~ 200 cm土层硝态氮含量显著高于对照.随灌溉量的增加,土壤硝态
氮向深层运移加剧,在成熟期,0 ~ 80 cm土层硝态氮含量降低,120 ~ 200 cm土层硝态氮含量
升高,并在 120 ~ 140 cm土层硝态氮含量出现高峰.灌溉量不变,施氮量由 210 kg·hm-2增加
到 300 kg·hm-2,开花期、灌浆期、成熟期 0 ~ 200 cm各土层土壤硝态氮含量显著升高.随灌溉
量的增加,小麦籽粒产量先增加后降低,以全生育期灌溉量为 60 mm的处理籽粒产量最高.增
加施氮量,籽粒产量、蛋白质含量和蛋白质产量显著提高.本试验中,施氮量为 210 kg·hm-2、
两次灌溉总量为 60 mm的处理籽粒产量、蛋白质含量、蛋白质产量和收获指数均较高,且土壤
硝态氮损失少,是较合理的水氮运筹模式.
关键词摇 小麦摇 产量摇 灌溉量摇 施氮量摇 土壤硝态氮
文章编号摇 1001-9332(2011)02-0364-05摇 中图分类号摇 S152. 7, S512. 1摇 文献标识码摇 A
Effects of irrigation amount and nitrogen fertilization rate on wheat yield and soil nitrate
content. JIANG Dong鄄yan1,2, YU Zhen鄄wen1, XU Zhen鄄Zhu3 ( 1Ministry of Agriculture Key Labo鄄
ratory of Crop Ecophysiology and Cultivation, Shandong Agricultural University, Tai爷 an 271018,
Shandong, China; 2Department of Agronomy, Dezhou University, Dezhou 253015, Shandong, Chi鄄
na; 3State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change, Institute of Botany, Chinese
Academy of Sciences, Beijing 100093, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(2): 364-368.
Abstract: A field experiment was conducted to study the effects of irrigation amount and nitrogen
fertilization rate on wheat yield and soil nitrate content. With the increase of irrigation amount, the
soil nitrate content in 0-200 cm layer at the same nitrogen fertilization rates had a trend of decrease
-increase-decrease. Under irrigation, the soil nitrate content was significantly lower in 0-80 cm
layer while significantly higher in 80-200 cm layer, compared with the control. As the irrigation a鄄
mount increased, the translocation of soil nitrate nitrogen to deeper layers accelerated dramatically,
with the content decreased in 0-80 cm layer, increased in 120-200 cm layer, and peaked in 120-
140 cm layer. When the nitrogen fertilization rate increased from 210 kg·hm-2 to 300 kg·hm-2,
the soil nitrate content at the same irrigation amounts increased significantly through anthesis, fill鄄
ing, and maturity stages. With the increase of irrigation amount, the grain yield decreased after an
initial increase, being the highest when the irrigation amount in whole growth period was 60 mm.
The grain yield, grain protein content, and grain protein yield all increased significantly with in鄄
creasing nitrogen fertilization rate. Under the conditions of the present experiment, the treatment
with nitrogen fertilization rate 210 kg N·hm-2 and irrigation amount 60 mm (split into two times)
had the highest grain yield, grain protein content, grain protein yield, and harvest index but the
least NO3 - 鄄N leaching, being the more available irrigation and nitrogen fertilization mode for wheat
production in the study area.
Key words: wheat; yield; irrigation amount; nitrogen fertilization rate; soil nitrate.
*农业部小麦现代农业产业技术体系项目(nycytx鄄03)和国家自然科学基金项目(30871478)资助.
**通讯作者. E鄄mail: yuzw@ sdau. edu. cn
2010鄄07鄄09 收稿,2010鄄11鄄14 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 2 月摇 第 22 卷摇 第 2 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Feb. 2011,22(2): 364-368
摇 摇 我国水资源人均占有量仅为世界平均水平的
1 / 4,山东省的小麦生产主要依靠灌溉来满足其生长
发育的需要,而灌溉水的利用率只有 40% ~
80% [1] .水资源不足已成为制约小麦生产发展的主
要障碍[2] .同时,为获得高产,在小麦生产中存在大
量施用氮肥的现象,这不仅使氮肥利用率降低,而且
残留在土壤中的氮素可引起环境污染等不良后
果[3] .为节约用水和减少环境污染,研究不同灌水
量、施氮量对小麦产量形成和减少环境污染具有重
要意义.
杜金哲等[4]和王月福等[5]研究表明,随施氮量
的提高,小麦籽粒产量和蛋白质含量提高,但氮肥用
量过多,导致小麦产量和蛋白质含量降低;而施用过
多氮肥也是造成硝酸盐污染的主要原因.研究表明,
干旱胁迫和过量灌溉均不利于小麦产量增加,灌溉
量增加对籽粒蛋白质含量有稀释效应,灌溉不合理
还会引起土壤中硝态氮的淋失[6] . 关于灌溉量和施
氮量对小麦籽粒产量和土壤硝态氮含量的影响,前
人已分别做了相关研究,但不同灌溉量下施氮量对
冬小麦籽粒产量及其生长期间硝态氮在土壤中分布
和积累影响的研究报道较少.本试验在高产条件下,
设置不同灌溉量和施氮量处理,研究小麦籽粒产量、
蛋白质含量和土壤剖面硝态氮含量的变化规律,旨
在为本地区小麦生产中合理水氮运筹、减轻氮素对
地下水污染提供理论依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验设计
试验于 2005—2006 年在山东农业大学实验农
场(36毅9忆 N,117毅9忆 E)进行. 该地属暖温带大陆性
半湿润季风气候区.试验田 0 ~ 20 cm土层土壤养分
含量为:有机质 1郾 21 g·kg-1,全氮 1郾 3 g·kg-1,碱
解氮 85郾 7 mg·kg-1,速效磷 38郾 22 mg·kg-1,速效
钾 96郾 53 mg·kg-1 . 小麦生育期间降水量为:播种
(10 月 11 日)至冬前期(12 月 18 日)33 mm、冬前至
拔节期(4 月 1 日)16郾 3 mm、拔节至开花期(4 月 25
日)23郾 5 mm、开花至灌浆期(5 月 18 日)60郾 3 mm、
灌浆至成熟期(6 月 9 日)17郾 3 mm,生育期间总降
水量为 150郾 4 mm.
选用强筋小麦品种济麦 20 为供试材料.灌溉量
设 4 个水平:0、30、60、90 mm,分别以 W0(CK)、W1、
W2、W3 表示,灌溉时期为拔节期和开花期,各占灌
溉量的一半,灌水量用水表控制. 氮肥为尿素,设
210 kg N·hm-2和 300 kg N·hm-2两个水平,分别以
N1、N2 表示,其中 50%底施,50%拔节期追施. 小区
面积为 1郾 5 m伊6 m,小区间设 1郾 5 m隔离带.裂区设
计,以灌溉量为主处理,施肥量为副处理,重复 3 次.
播前施 P2O5 105 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2及试验
设计的氮肥,同时翻于地下,拔节期结合浇水开沟追
施氮肥.其余管理措施同丰产田. 2005 年 10 月 13
日播种,2006 年 6 月 7 日收获. 采用人工等行距播
种,行距 25 cm,基本苗 1郾 8伊106 株·hm-2 .
1郾 2摇 测定项目与方法
1郾 2郾 1 土壤硝态氮含量摇 在小麦开花期、灌浆期、成
熟期,分别在各小区 0 ~ 200 cm 土层按 20 cm 为一
层取土样,每小区随机取两点,相同层次的土壤混合
为一个土样,置于-20 益冰柜冷冻保存.测定时,将土
样解冻后,充分混匀过 2 mm 筛,称取 3 份,每份5 g,
用 0郾 01 mol·L-1 CaCl2 溶液浸提(水土比 10 颐 1),震
荡 30 min 过滤,用德国产 AA3 型流动分析仪测定硝
态氮含量.处理土壤的同时,测定土壤含水量.
1郾 2郾 2 小麦籽粒产量 摇 在小麦成熟期调查群体,每
小区取 10 株,剪掉根系,将样品置于烘干箱中在
70 益烘至恒量后称地上部干物质量.收获时取 6 m2
脱粒、晒至籽粒含水量为 12郾 5%时计产. 样品粉碎
过筛后,用半微量凯氏定氮法[7]测定植株全氮含量
和籽粒蛋白质含量.
1郾 3摇 数据处理
采用 Microsoft Excel 2000 软件处理数据,采用
DPS 7郾 0 统计软件对数据进行单因素方差分析,并
用 LSD法进行差异显著性多重比较(P<0郾 05).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同灌溉量和施氮量对土壤硝态氮含量的影
响
2郾 1郾 1 开花期土壤硝态氮含量变化 摇 由图 1a 可以
看出,由于拔节期施肥,开花期各土层土壤硝态氮含
量均较高,且呈先降后升再降的趋势,其中 80 ~
100 cm土层含量最低,而后上升,到 120 ~ 140 cm土
层有一高峰后下降.
同一施氮条件下不同灌溉量处理间比较,0 ~
80 cm土层,对照处理(W0)硝态氮含量显著高于各
灌水处理;80 ~ 200 cm 土层则反之. 各灌水处理间
比较:0 ~ 80 cm土层,W1、W2 硝态氮含量显著高于
W3;80 ~ 120 cm 土层,W3 显著高于 W1、W2;120 ~
160 cm土层,W3、W2 显著高于 W1;160 ~ 180 cm 土
层,W3 >W2 >W1,处理间差异显著. 表明 W1 在 0 ~
80 cm土层硝态氮含量较多,其硝态氮向深层运移量
5632 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 姜东燕等: 灌溉量和施氮量对冬小麦产量和土壤硝态氮含量的影响摇 摇 摇 摇 摇
较 W2、W3 少,有利于植株对氮素的吸收.
不同施氮量处理间比较,N2 各土层土壤硝态氮
含量显著高于 N1,表明增施氮肥增加各土层土壤硝
态氮含量;0 ~ 60 cm 土层小麦根系生长量最多[8],
此层硝态氮含量增加,有利于提高植株对氮素的吸
收,但同时氮素淋溶的可能性也增大.
以上结果表明,随灌溉量的增加,土壤硝态氮向
深层迁移量增加,W3 使土壤硝态氮淋溶到 100 cm
及更深层,即灌溉量越大,0 ~ 100 cm 土壤硝态氮残
留量越少,向深层土壤的淋洗量越大.
2郾 1郾 2 灌浆期土壤硝态氮含量变化 摇 由图 1b 可以
看出,与开花期相比,灌浆期硝态氮含量在 0 ~ 120
cm土层降低,处理间差异变小. 这与小麦的生理代
谢和灌溉量有关,水分充足,生理代谢旺盛,消耗的
氮量多;灌水处理明显低于未灌水处理.
此时期同一施氮水平不同灌溉处理土壤硝态氮
的运移规律与开花期一致.增加施氮量,80 cm 以下
土壤硝态氮含量增加,这一方面有利于下层根系的
吸收,另一方面增加了氮素淋溶损失的可能性.
2郾 1郾 3 成熟期土壤硝态氮含量变化 摇 由图 1c 可以
看出,成熟期土壤硝态氮含量的变化趋势与灌浆期
一致,但与灌浆期相比各土层硝态氮含量降低,这与
小麦此期增加对氮素的吸收有关.在 0 ~ 100 cm 土
层内,随灌水量的增加硝态氮含量呈下降趋势;在
100 ~ 200 cm土层内,随灌水量的增加硝态氮含量
呈上升趋势.本试验条件下,在 120 ~ 140 cm土层出
现硝态氮累积高峰.
同一施氮量不同灌溉量处理间比较,0 ~ 80 cm
土层,W0>W1>W2 >W3,随灌溉量增加,各土层硝态
氮含量减少;80 ~ 120 cm 土层,W1 >W2 >W3 >W0;
120 ~200 cm土层,W3>W2 >W1 >W0 . 表明随灌溉量
增加,深层土壤硝态氮含量增加,即硝态氮向深层土
壤淋溶加剧.不同施氮量间比较,N2>N1 .
2郾 2摇 不同灌溉量和施氮量对小麦籽粒产量和蛋白
质含量的影响
由表 1 可以看出,随施氮量增加,小麦的籽粒产
量、蛋白质含量和蛋白质产量显著增加.在同一施氮
条件下,与对照相比,灌溉处理显著提高了小麦的籽
图 1摇 小麦开花期(a)、灌浆期(b)和成熟期(c)不同土层土壤硝态氮含量变化
Fig. 1摇 Changes in NO3 - 鄄N content at different soil layers at wheat anthesis (a), filling (b) and maturity (c) stages.
663 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 1摇 不同处理对小麦籽粒产量和蛋白质含量的影响
Table 1摇 Effects of different treatments on grain yield and protein content of wheat
施氮量
Nitrogen fertilization
rate
灌溉量
Irrigation amount
籽粒产量
Grain yield
(kg·hm-2)
蛋白质含量
Protein content
(% )
蛋白质产量
Protein yield
(kg·hm-2)
收获指数
Harvest index
N1 W0 5755郾 4c 12郾 2c 703郾 9d 44郾 8a
W1 6645郾 7a 13郾 8b 919郾 1a 44郾 7ab
W2 6394郾 4b 14郾 1a 898郾 4b 43郾 8c
W3 6212郾 8b 13郾 6b 841郾 8c 42郾 8c
N2 W0 5862郾 9c 13郾 5c 792郾 7d 45郾 0a
W1 6859郾 9a 14郾 3b 983郾 7a 44郾 9ab
W2 6555郾 6b 14郾 9a 979郾 4b 43郾 7c
W3 6594郾 7b 14郾 3b 942郾 4c 43郾 0c
同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0郾 05) Different small letters in the same column meant significant difference among treatments at 0郾 05 level.
粒产量、蛋白质含量和蛋白质产量.不同灌溉处理间
比较,W1 的籽粒产量显著高于其他处理,W2 与 W3
间差异不显著,表明适宜的灌溉量下籽粒产量最高,
灌溉量过多不利于籽粒产量的形成. W1 的蛋白质产
量显著高于其他处理,比 W0 和 W3 分别高 215郾 2
kg·hm-2和 77郾 3 kg·hm-2,表明灌溉量过少或过多
均不利于蛋白质产量的提高.随灌溉量的增加,收获
指数呈下降趋势,W2、W3 显著低于其他处理,表明
高的灌溉量降低了小麦的收获指数.综上所述,灌溉
总量为 60 mm(每次灌溉量为 30 mm)的处理(W1)
可获得高的籽粒产量、蛋白质含量和蛋白质产量,为
最佳灌溉处理.
3摇 讨摇 摇 论
土壤中硝酸盐的移动及淋溶受许多因子的影
响,其中,施氮与灌溉是影响氮素潜在淋溶的 2 个重
要且容易调控的因子[9-10] .关于施氮量对各土层土
壤硝态氮的影响,结论基本一致,即长期施用大量氮
肥会造成土壤中硝态氮累积,土体中硝态氮含量随
施氮量的增加而显著增加[11-13] .而灌溉对土壤硝态
氮运移的影响结论并不一致,一些研究指出,硝态氮
的淋失量与降水量及灌溉量有密切的关系,降水和
灌溉量越多,淋失量越大[14];小麦拔节期或开花期
灌水都可能引起土壤硝态氮向下淋洗[15];土壤硝态
氮分布与灌水方式和灌水量有关[16] .但也有研究报
道,硝态氮累积量与作物生育期灌水量没有明显的
相关性[2,17] .本试验中,施氮量由 210 kg·hm-2增加
到 300 kg·hm-2,在小麦开花期、灌浆期和成熟期,
不同灌溉处理 0 ~ 200 cm 土层硝态氮含量显著增
加.同一施氮条件下,全生育期不灌水处理土壤剖面
硝态氮向深层运移幅度最小,土壤硝态氮集中在
0 ~ 80 cm土层;当小麦全生育期灌溉总量为 120 mm
(W2,每次灌溉量为 60 mm)时,在成熟期 0 ~ 80 cm
土层土壤硝态氮含量减少;80 ~ 100 cm 土层硝态氮
含量最低;在 100 ~ 200 cm 土层硝态氮含量随灌溉
量的增加而增加,且在 120 ~ 140 cm 土层出现累积
高峰.小麦全生育期灌溉总量为 180 mm(W3,每次
灌溉量为 90 mm)时,成熟期土壤硝态氮向深层运移
幅度最大.说明灌水量越大,土壤硝态氮淋溶越严
重,在 0 ~ 140 cm土层植株可利用的氮素越少.全生
育期灌溉总量为 60 mm(W1,每次灌溉量为 30 mm)
时,在灌浆期 0 ~ 80 cm土层土壤硝态氮含量显著高
于其他灌水处理,而成熟期硝态氮向 120 ~ 200 cm
土层移动少.以上结果说明,施氮量增加,土壤中硝
态氮含量增加;而增加灌溉量,硝态氮在土体中移动
加深,并显著增加了 100 ~ 200 cm土层硝态氮含量.
可见生产中应避免过量灌溉,在保证小麦优质高产
的同时,合理施用氮肥,严格控制灌溉量,减少土壤
深层硝态氮的积累,避免发生淋洗损失.
关于灌溉量和施氮量对小麦籽粒产量和蛋白质
产量的影响,有研究指出,水、氮在对籽粒产量的调
控中存在互补作用,良好的氮素供应可提高小麦抗
旱性,增加产量[18] .但也有研究报道,只有在水分配
合条件下,氮肥的作用才能充分发挥,水分是影响土
壤养分转化及作物吸收养分的重要因素[19-21] .本研
究结果表明,灌溉量和施氮量对小麦籽粒产量和蛋
白质含量均产生调控和互补效应,其中灌溉量起主
导作用,施氮量对灌溉量有一定的补偿效应.水分和
氮素配合不仅有利于提高冬小麦产量,也有利于提
高蛋白质含量,但超量灌溉,不仅无益于小麦增产,
而且可降低蛋白质含量,在此基础上增施氮肥,虽然
可缓解蛋白质含量降低幅度,但浪费水资源,增加生
产成本.因此,在小麦生产中,可以通过调节灌溉量
和施氮量,实现水氮效应互补,从而获得较高的籽粒
产量和蛋白质含量.本试验条件下,从土壤硝态氮残
留量、小麦籽粒产量和蛋白质产量等方面考虑,应适
7632 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 姜东燕等: 灌溉量和施氮量对冬小麦产量和土壤硝态氮含量的影响摇 摇 摇 摇 摇
量减少灌水量和施氮量,施氮量为 210 kg·hm-2、全
生育期灌溉总量为 60 mm(W1,每次为灌溉量 30
mm)的处理,土壤硝态氮淋溶较少,籽粒产量和蛋白
质产量最高,是较为合理的水氮运筹模式.
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作者简介 摇 姜东燕,女,1974 年生,硕士,讲师. 主要从事小
麦生理生态研究,发表论文 5 篇. E鄄mail: jdy1974@ 163. com
责任编辑摇 张凤丽
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