全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
文章编号 :100028551 (2003) 062472204
冬小麦节水灌溉制度下不同施氮量的氮素平衡
李世娟　诸叶平　孙开梦　鄂　越
(中国农业科学院 ,北京　100081)
摘 　要 :用15N 示踪技术研究了节水灌溉条件下冬小麦对不同施氮量的氮素吸收和氮素平衡 ,并
比较了两种灌溉制度下小麦对节肥施氮量的吸收动态。结果表明 ,与常规施氮量处理相比 ,节
水灌溉条件下节肥施氮量处理的氮肥损失率降低 ,氮肥当季利用率和土壤残留率提高 ;基施氮
肥的利用率高于追施氮肥 ;土壤肥料氮的残留率在 29 %～41 %之间 ,分布于 1m 土层中 ,其中
60 %以上集中在 0～20cm 土层 ;在整个小麦生长季内 ,肥料氮并没有淋洗到 1130m 以下。节肥
施氮量在常规灌溉下的当季利用率比在节水灌溉下降低 1616 %。
关键词 :冬小麦 ;节水灌溉 ;氮素平衡 ;15N 示踪
N BALANCE OF DIFFERENT N APPLICATION RATE
OF WINTER WHEAT UNDER WATER2SAVING CONDITION
LI Shi2juan 　ZHU Ye2ping 　SUN Kai2meng 　E Yue
( Chinese Academy of Agriculture Science , Beijing 　100081)
Abstract : N uptake and N balance of different N rate applied to wheat under water2saving condition were
investigated with 15 N tracer technique and the dynamic N uptake of economic N treatment under two irrigation
conditions was compared. The results showed that (1) compared with conventional N treatment , the N loss of
economic N treatment reduced while NUE and N residue in soil improved under water2saving condition ; (2) Use
efficiency of fertilizer applied as basal fertilizer was higher than that as top2dressing fertilizer under water2saving
condition ; (3) The fertilizer N residue rate was from 29 % to 41 % , and 60 % of N residue , which distributed in 1m
depth soil concentrated in 0～20cm surface layer ; (4) In whole growing stage of wheat , fertilizer N hadn’t leach to
130cm depth ; (5) NUE of economic N treatment under conventional irrigation decreased by 1616 % compared with
the same N treatment under water2saving condition.
Key words :winter wheat ; water2saving irrigation ; N balance ; 15N trace
收稿日期 :2002204210
基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (39570437)
作者简介 :李世娟 (1975～) ,女 ,博士 ,从事冬小麦节水省肥高产栽培技术研究。
在多年节水试验研究的基础上[1 ] ,根据在吴桥试验站进行的大量田间试验 ,本课题组总结出了适合
当地生产力水平的氮肥运筹 ,即在灌足底墒水、生育期内灌两水的前提下 ,将氮肥使用量从 213kgNΠhm2
(当地常规施肥量)降低到 144kgNΠhm2 (节肥量) 。虽然前面的工作已经从产量水平、氮素生理效率和水
分利用等方面对“如果节水必须节肥”这一问题进行了论证和说明[2 ,3 ] ,但关于节水灌溉制度下常规施肥
量和节肥量之间氮素平衡的差异 ,节肥用量分别在常规灌溉制度和节水灌溉制度下的氮素平衡又如何 ,
尚不十分清楚。本研究采用田间微区方法 ,利用15N 示踪技术研究了节水灌溉制度下冬小麦对两种施肥
量的肥料氮去向和氮素表观平衡。水分和氮肥是小麦生长中两个最重要的元素 ,小麦节水技术研究已
进行了多年 ,本研究粗略阐述了节水灌溉下的节肥原理 ,为中国农业大学课题组提出的“小麦节水省肥
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高产栽培技术”提供了可靠的理论依据。
1 　材料与方法
111 　材料
试验于 1999110～200016 在中国农业大学吴桥试验站进行。供试土壤为壤质底粘潮土 ,土壤基本养
分状况 :全氮 01098 % ,有机质 1134 % ,碱解氮 8315mgΠkg ,有效磷 1219mgΠkg ,速效钾 ( K) 9318mgΠkg。供试
小麦品种为 95021。示踪氮素形态为尿素 ,15N 丰度 10168 % ,由化工部上海化工研究院提供。
112 　方法
试验采用田间微区方法 ,用高度 25cm 的无底镀锌铁框围成 0106m2 的微区。试验设置两种灌溉制
度 :节水灌溉和常规灌溉。节水灌溉制度下设两种施氮量 :01864g NΠpot 和 11278g NΠpot ,前者为节约氮
肥用量 ,氮肥全部基施 ;后者为常规施肥量 ,01864g NΠpot 基施 ,01414g NΠpot 追施。四水灌溉制度下设节
约氮肥用量 ,全部基施。水分处理之间设 1m 隔离带 (种植保护行) 。重钙施用量为 1135g NΠpot ,所有小
区一致。返青期定苗 ,框内留苗 45 株 ,除植株仍埋于微区内。
节水灌溉和常规灌溉灌水量均为 010045m3Πpot ,节水灌溉灌水期 :拔节期、开花期 ;常规灌溉期 :返
青期、拔节期、开花期、灌浆期。分别于拔节、孕穗、开花和成熟期分别取微区植株样 ;土样取至 2m ,分 8
个层次 ,风干磨碎过 60 目筛待测。植株干样和风干土样用半微量开氏定氮法测定全氮 ;15 N 丰度利用
ZHT2O2 型质谱仪测定。
2 　结果与分析
211 　施氮量对冬小麦氮素吸收的影响
图 1 　不同施氮量处理的氮素累积
Fig. 1 　N accumulation of wheat of
different N application treatment
21111 　氮素累积动态 　由图 1 可知 ,无论是节肥处理还
是常规施肥处理 ,小麦植株的氮素积累量均随生育期推
进而提高。以拔节期至孕穗期的累积速率最快 ,孕穗期
以后减慢。由于两处理的基肥量相等 ,直至孕穗期氮素
累积量处理间相差不大。拔节期追施氮肥后 (W1N2 ) ,开
花期的氮素累积量高于未追肥处理 (W1N1 ) ,这种状况持
续至成熟期。可见 ,节水灌溉下拔节期追施氮肥同样可
促进小麦植株对氮素的吸收。
21112 　肥料氮累积动态 　图 2 为 N1 水平在节水灌溉
(W1N1 )和常规灌溉 (W2N1 ) 下的肥料氮吸收动态 ,可以
看出 ,无论是节水灌溉还是常规灌溉 ,小麦对基肥氮的
吸收均是一个逐渐积累的过程。常规灌溉下 ,各生育阶
段的基肥肥料氮的吸收量均明显低于节水灌溉 ,其氮肥利用率比节水灌溉处理降低 1616 % (表 2) 。所
以基肥氮利用率与灌溉制度密切相关。
图 3 表示节水灌溉下 ,拔节期追施氮肥后小麦对追肥氮的吸收动态 ,可以看出小麦对追肥氮的吸收
主要集中于拔节至灌浆期 ,灌浆至成熟期亦有少量吸收。W1N1 处理的氮肥当季利用率为 34173 % ,
W1N2 处理的氮肥当季利用率为 31127 % ,由两者可推算出 W1N2 处理追肥氮的当季利用率为 2410 % ,可
见肥料氮基施要比追施利用率高。
212 　施氮量对肥料氮土壤残留的影响
21211 　土壤残留率 　表 1 显示 ,肥料氮的残留率在 29 %～41 %之间 ,分布于 1m 土体中。节水灌溉下节
肥处理的肥料氮残留率明显高于常规施肥处理 (高 2916 %) ,而节肥量在常规灌溉下的土壤氮肥残留率
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比节水灌溉下降低 1018 %。同时土壤残留氮的 60 %以上集中在 0～20cm 的表层 (图 4d) 。可见节水灌
溉下采用常规施氮量 ,或常规灌溉下采用节肥施氮量 ,都会减少肥料氮在土层中的残留。但减少的残留
氮并没有被小麦所利用 ,而是损失掉了。
图 2 　两种灌溉制度下小麦对基肥氮的吸收
Fig. 2 　The fertilizer N uptake of base N
under different irrigation
图 3 　节水灌溉下小麦对追肥氮的吸收
Fig. 3 　The fertilizer N uptake of dressing
N under water2saving irrigation
表 1 　不同处理的肥料氮去向
Table 1 　The fate of fertilizer N of different treatments ( %)
处理
treatments
氮肥当季利用率
NUE
土壤残留率
N residue
损失率
N loss rate
W1N1 34173 41132 23195
W1N2 31127 29108 39165
W2N1 28195 36187 34118
21212 　残留氮土壤空间分布的动态变化 　图 4 表示不同生育期土壤中肥料氮残留量的动态变化 ,两种
氮肥量处理的残留氮下移变化趋势基本一致 ,只是主要生育时期 ,W1N2 处理的残留氮量均高于 W1N1
处理。拔节期两处理在 40～60cm 处均尚有肥料氮残留 ,但 60cm 以下已测不出肥料氮痕迹 ;开花期肥料
氮残留层次已下移至 80～100 cm ;灌浆期 W1N1 处理在 80～100 cm 处无残留氮 ,而 W1N2 处理的残留氮
下移到了 100～130cm 处 ,到成熟期时 ,W1N2 处理的残留氮层位维持在 80～100cm ,而 W1N1 处理在 80～
100cm 处发现有肥料氮残留痕迹。
从土壤中残留氮的动态变化可以看出 ,在冬小麦生长季节内 ,肥料氮没有发生淋失 ,直至成熟期 ,绝
大多数肥料氮仍分布在 1m 土层以上 ,尚在小麦根系吸收范围之内。
213 　对肥料氮损失量和损失率的影响
如表 2 所示 ,W1N1 处理即 144kgN 全部基施时 ,肥料氮损失量为 207mgNΠpot ,损失率为 2319 % ;W1N2
处理即常规施肥量处理的肥料氮损失量为 507mgNΠpot ,损失率为 3917 % ,由于两处理的基肥量一致 ,可
以推算出 W1N2 处理所追施肥料氮的损失量为 300kgΠhm2 ,损失率为 7215 %。由此可见 ,追施氮肥氮的
损失率远远高于基施肥料氮。
表 2 　两水灌溉条件下追肥氮的损失量与损失率
Table 2 　N loss amount and rate applied as top dressing
处理
treatments
损失量
amount of N loss
(mgNΠpot) 追肥氮损失量amount of N loss applied as top dressing(mgNΠpot) 追肥氮损失率N loss rate applied as top dressing( %)
W1N1 207
W1N2 507 300 7215
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图 4 　节水灌溉下肥料氮土壤残留量的动态变化
Fig. 4 　The dynamics of fertilizer N residue under water2saving condition
3 　讨论
本文重点讨论了节水灌溉条件下 ,节约氮肥量和常规施氮量处理的氮素平衡。结果显示 ,节水灌溉
条件下降低施氮量后 ,可以提高氮肥当季利用率 ,减少氮肥损失。常规施肥量比节肥量多 01414mgNΠ
pot ,高施肥的后果是氮肥当季利用率降低 10 %、损失率提高 6516 % ,而土壤残留率降低 1018 %。可见 ,
采取节水灌溉必须相应降低施氮量 ,否则不仅降低肥料利用率 ,也会减少土壤中的氮素存留。实行节水
灌溉 ,必须将氮肥施用量降低 ,这是水分和氮肥的耦合效应决定的。可以说 ,节水是省肥的前提条件 ,省
肥是节水的必然结果。关于小麦生产中的水肥研究 ,过去多侧重于研究水、肥的单独效应[4 ] 。90 年代
以来 ,国内外相继开展了水肥交互效应的研究[5 ] ,结论认为小麦生产中水肥之间存在明显的交互效应 ,
水分不足会限制肥效的正常发挥 ,水分过多则易导致肥料损失和小麦减产 ;施肥的过量或不足也将影响
水分利用效率的提高 ,并将影响小麦产量的提高。
氮肥损失主要有 3 个途径 :淋洗、氨挥发和反硝化。绝大多数研究表明 ,冬小麦生长期间不存在淋
洗损失[6 ] ,残留肥料氮主要分布在 0～20cm 土层中[7 ] ,本试验也证明了这一点 ,0～20cm 的肥料氮占总
残留氮的比例在 60 %以上。由于采用氮肥深施 ,所以氨挥发可以忽略。那么氮肥损失最可能的途径就
是反硝化损失。并有研究表明 ,氮素损失发生在秋末天气变冷到结冰期间和早春上层土壤开始解冻而
使土壤保持水分饱和状态时[8 ] 。李亚星等[9 ]研究认为 ,土壤反硝化速率主要受 0～20cm 土层含水量的
影响 ,而 40cm 以下土层含水量对它的影响不显著。本试验结果表明 ,同样是节约氮肥量全部基施 ,常规
灌溉处理的损失率明显高于节水灌溉处理 ,前者的肥料氮损失率为 39118 % ,后者为 23195 %。常规灌
溉可能使得冬小麦在某些时期 ,土壤表层水分过多 ,造成了嫌气条件 ,从而氮肥发生大量反硝化损失 ,而
正是由于损失量的增加 ,使常规灌溉处理的氮肥当季利用率和土壤残留率降低。虽然常规灌溉处理的
氮肥当季利用率低于节水灌溉 ,但两种灌溉制度下 ,冬小麦对基肥氮的吸收都是贯穿整个生育期的 ,这
与传统上认为基肥氮的有效期在药隔期有所不同。
参考文献 : (下转第 480 页)
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作为拔节期及孕穗期追肥 ,其在土壤中的残留率更低 ,只有 918 %～1413 % ,施高氮量处理仅有
10 %左右。尽管拔节期追肥小麦氮肥利用率提高 ,但仍然只有 2215 %～3017 % ,而相应地挥发损失率达
1Π2～2Π3 以上 ,孕穗期追肥则达 2Π3 以上。这可能与小麦生长后期气温升高 ,施入土壤中的氮素来不及
被土壤固定和作物吸收而挥发掉。尤其本试验追肥施于近表土壤 ,这种效应可能很强。从而致使土壤
和作物对氮肥的回收率不足一半。因此 ,粗砂潮土小麦后期追肥需注意深施。
表 4 　不同施肥处理15N 标记肥料氮在植株2土壤2大气中的平衡
Table 4 　Nitrogen balance of 15N fertilizer in plant2soil2atmosphere system of different treatments
处理号
treatment No.
小麦吸收量
amount of wheat
uptake (mg)
土壤残留量
residual amount
in soil (mg)
土壤残留率
residual percentage
in soil ( %)
氮肥回收率
recovery of N
fertilizer ( %)
氮肥损失率
loss of N
fertilizer ( %)
2 41910 59714 3617 6017 3913
3 33619 113614 3319 4410 5610
4 48313 53016 3117 6016 3914
5 64813 101316 3013 5016 5014
6 25713 11911 1412 4510 5510
7 37610 16418 918 3213 6717
8 14110 11917 1413 3111 6819
9 20017 18510 1111 2310 7710
3 　小结
311 　砂质潮土保水保肥性能较差 ,氮肥底施和返青期追施的量应严加控制。对氮肥追施来说 ,应注重
拔节期追施 ,其次为返青期追施。孕穗期追施只作为补充措施。
312 　砂质潮土有机质及粘粒含量较低 ,对施入土壤中的氮素固定能力较低 ,因此 ,随着小麦生长后期气
温的升高 ,后期追肥应注意适当深施。
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