全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
土壤水分胁迫对冬小麦氮素分配利用
及产量的影响
石　岩1 　于振文2 　位东斌1 　余松烈2
(山东莱阳农学院旱作研究所　莱阳　2652001) 　(山东农业大学农学系　泰安　2710182)
在防雨棚池栽条件下研究了土壤水分胁迫对冬小麦氮素分配利用及产量的影
响。结果表明 :随土壤水分胁迫加重 ,植株将吸收的氮素较多地分配于根系 ,分配于
地上部的比率少 ,肥料氮利用率降低 ,土壤残留率增高 ,回收率增高 ,损失率降低。但
轻度、中度水分胁迫 ,有利于氮素向籽粒转移 ,水分过多 ,氮素较多地分配至茎叶、鞘
等营养器官 ,较少分配至籽粒。随水分胁迫加重 ,氮素利用效率降低。底施氮肥利于
植株吸收利用 ,且为土壤固定 ,损失率较低 ,所以底施氮肥利用效率高于追施氮肥。
因此 ,在旱作麦田应重视底肥的施用。
关键词 :冬小麦 　水分胁迫 　氮素分配利用 　产量
此文于 1997 年 8 月 25 日收到
国家自然科学基金资助项目
水资源缺乏已成为农业生产的严重障碍 ,当今全球水资源危机逐渐加重 ,因干旱造成的减
产超过其它因素造成减产的总和[1 ] 。近年来 ,山东省及黄淮冬麦区出现的干旱 ,严重地阻碍
着这些地区农业生产的发展。因而合理有效地利用有限的水资源 ,成为农业生产上亟待解决
的问题。土壤中养分的吸收、运输及其利用因土壤水分状况而变化 ,作物生长发育和产量形成
在很大程度上依赖于作物对养分的利用状况。水分胁迫降低植株的吸氮能力 ,导致产量降
低[2～5 ] 。
为了更好地研究水分胁迫下氮素分配利用情况 ,我们在防雨条件下进行了不同土壤水分
胁迫处理试验 ,通过全生育期控水 ,研究土壤水分胁迫对冬小麦氮素分配利用及产量的影响 ,
为冬小麦节水灌溉下氮肥合理运筹提供理论依据。
1 　材料与方法
本试验于 1994～1996 年度在莱阳农学院防雨旱棚池栽条件下进行。0～20cm 土壤养分
为 :有机质 1103 % ,全氮 01069 % ,速效氮 7015mg kg - 1 ,速效磷 2716mg kg - 1 ,速效钾 7611mg
kg - 1 。砖砌水泥池 ,面积为 2 ×2m2 ,深 115m ,小麦生育期全程控水 ,据 1m 土层土壤含水量平
均值标定土壤含水量 ,设置 4 个水分处理 ,依 Hsiao[6 ]的方法将土壤水分含量分为 4 个水平 ,即
处理 1 (重度胁迫 ,为田间持水量的 35 %) 、处理 2 (中度胁迫 ,45 %) 、处理 3 (轻度胁迫 ,60 %) 、
处理 4 (对照 ,80 %) ,以每 hm2 施 750kg (N H4) 2SO4 计算 ,每处理施入 013kg (N H4) 2 SO4 ,其中
1/ 2 作基肥 ,1/ 2 作拔节追肥 ,重复 3 次 ,随机区组排列。供试品种为鲁麦 7 号 ,分别于各生育
72　核 农 学 报　1999 ,13 (1) :27～33Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
期取样 ,根取 0～40cm。
在各处理中进行15 N 标记试验 ,用无底铁框隔离为微区 ,每微区面积 01445 ×0115m2 ,高
为 0135m。15N 丰度为 5107 %硫酸铵 (上海化工研究院生产) ,依每 hm2 施 750kg ( HN4) 2 SO4
计算 ,每微区基施硫酸铵 215g ;拔节期追施硫酸铵 215g ,各重复 3 次。于成熟期取样 ,15 N 丰
度用质谱计测定 ,植株氮素含量用半微量凯氏定氮法测定。
2 　结果与分析
211 　水分胁迫对各生育阶段植株各部位含氮量占阶段总氮比率的影响
由表 1 可以看出 ,4 个处理整个生育期的氮素分配至根中的比率均以开花期为最高。从
抽穗期到成熟期 ,4 个处理的氮素分配至穗部的比率均依次增加 ,到成熟期达到最大 ,其中以
处理 3 (轻度胁迫)为最高 ,达 61177 % ;处理 2 (中度胁迫) 次之 ,达 61175 % ;而处理 4 (对照) 为
59109 % ,仅高于处理 1 (重度胁迫 ,49129 %) 。说明适度水分胁迫有利于氮素向穗部分配 ,而
水分过大或过少 ,则导致氮素过多分配至茎、叶、鞘等营养器官 ,不利于氮素的分配转运。
212 　水分胁迫对底施与追施氮肥下植株全氮含量中来自肥料氮所占百分率的影响
由表 2 可以看出 ,植株各部位从肥料中吸收氮素表现明显差异 ,处理 1 (重度胁迫) ,各部
位的 Ndff %底施为 :根 > 茎 > 粒 > 鞘 > 颖壳加穗轴 > 叶 ,追施为 :根 > 粒 > 鞘 > 茎 > 颖壳加穗
轴 > 叶。说明重度胁迫下 ,不论底施或追施氮肥 ,其根系从肥料中吸收比率高 ,运到叶片的比
率低 ;处理 2 (中度胁迫) ,各部位 Ndff %底施为 :根 > 叶 > 粒 > 鞘 > 茎 > 颖壳加穗轴 ,追肥为 :
粒 > 茎 > 颖壳加穗轴 > 根 > 鞘 > 叶。说明中度胁迫下 ,底施氮肥有利于根系吸收 ,而追施不利
于根系吸收 ,并且追施向叶片转运率低 ;处理 3 (轻度胁迫) ,各部位 Ndff %底施为 :根 > 粒 > 叶
> 颖壳加穗轴 > 鞘 > 茎 ,追施为 :叶 > 根 > 颖壳加穗轴 > 粒 > 茎 > 鞘。说明轻度胁迫下 ,底施
氮肥根系吸收较多 ,同时向籽粒运转也多 ,而追施则促进向叶片转运 ,但不论底施还是追施 ,向
茎、鞘转运少。处理 4 (对照) ,各部位 Ndff %底施为 :叶 > 粒 > 茎 > 颖壳加穗轴 > 鞘 > 根 ,追施
为 :叶 > 根 > 粒 > 茎 > 颖壳加穗轴 > 鞘。说明底施条件下 ,促进肥料向叶片转运 ,向根分配最
少。追施同样促进肥料向叶片分配 ,并促进根系吸收 ,不论底施还是追施 ,转运至鞘比较少。
表 2 　水分胁迫对底施与追施氮肥下植株全氮含量中来自肥料氮所占百分率
Table 2 　Effects of water st ress on the ratio of fertilizer N in total N
under basal fertilizer and top fertilizer (Ndff %)
器官
Organ
底施 Basal fertilizer
处理 1
Tr. 1
处理 2
Tr. 2
处理 3
Tr. 3
处理 4
Tr. 4
追施 Top fertilizer
处理 1
Tr. 1
处理 2
Tr. 2
处理 3
Tr. 3
处理 4
Tr. 4
根 Root 11130 11120 9145 6159 5148 3102 5150 8103
茎 Stem 9141 6180 6116 8165 4114 5123 4172 3197
叶 Leaf 4197 9109 8190 10181 0162 2117 8165 8125
鞘 Sheath 6142 7118 6184 6184 4116 2146 3136 2157
粒 Kernel 8131 7152 8197 8177 4167 6173 4197 5165
颖壳 + 穗轴 Glume and spike2stalk 5180 5195 7178 6190 3155 3159 5118 3148
整株 Whole plant 8100 8109 8161 8143 4120 5154 5125 5129
　　Note : Tr. 1 , Tr. 2 , Tr. 3 , Tr. 4 　mean treatment 1 ,2 ,3 ,4. respectively (see table 1)
从各处理底施与追施的整株 Ndff %看 ,底施 > 追施。说明在本试验条件下 ,底肥有利于
82 核　农　学　报 13 卷
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
植株对肥料的吸收 ,且底施的整株 Ndff %以处理 3 最高 ,与处理 4 无明显差异 ;追施以处理 2
最高 ,但处理 2、处理 3 和处理 4 间无明显差异 ,不论是底施还是追施 ,处理 1 整株 Ndff %均表
现最低。说明水分胁迫加重 ,不利于植株对肥料的吸收利用。
213 　水分胁迫对底施与追施氮肥下氮素在植株各器官中分配率的影响
由表 3 可知 ,底施氮肥情况下 ,根中肥料氮分配率和全氮分配率以处理 1 最高。说明随水
分胁迫加重 ,肥料分配到根中的趋势增强。粒中以处理 3 最高 ,而分配至叶、鞘、茎、穗等营养
器官中的比率则以处理 4 和处理 2 较高。说明水分过多或缺乏不利于氮素向籽粒中转运 ,而
滞留于营养器官中 ,适度水分胁迫利于氮素向籽粒转运。
表 3 　水分胁迫下底施与追施氮肥下氮素在植株各器官中的分配率
Table 3 　Effect of water st ress on dist ribution ratio of N in different organs of
plant under basal fertilizer (BF) and top fertilizer ( TF)
施肥方式
Dressing
method
器官
Organ
肥料氮分配比率
Distribution ratio of fertilizer ( %)
处理 1
Tr. 1
处理 2
Tr. 2
处理 3
Tr. 3
处理 4
Tr. 4
全氮分配比率
Distribution ratio of total N ( %)
处理 1
Tr. 1
处理 2
Tr. 2
处理 3
Tr. 3
处理 4
Tr. 4
底
施
BF
根 Root 9184 8177 5175 4167 6196 5195 5124 5197
茎 Stem 6118 4173 4147 5138 5125 5129 6126 5124
叶 Leaf 4136 8104 6104 8122 7101 6172 5185 6141
鞘 Sheath 5152 7104 4148 7129 6189 7144 5164 8199
粒 Kemel 68106 62105 73122 67148 65155 62165 70132 64188
颖壳 + 穗轴
Glume and spike2stalk 6104 9136 6104 6196 8134 11195 6169 8151
追
施
TF
根 Root 9132 2164 3167 8131 7114 4183 3151 5148
茎 Stem 4142 5110 5123 5133 4149 5141 5180 7111
叶 Leaf 1136 3131 14127 9185 9123 8145 8166 6132
鞘 Sheath 7105 2149 2138 4116 7112 4182 3172 8158
粒 Kemel 70188 79100 66184 64124 63178 64199 70159 60117
颖壳 + 穗轴
Glume and spike2stalk 6197 7146 7161 8111 8125 11150 7172 12134
　　Note : Tr. 1 , Tr. 2 , Tr. 3 , Tr. 4 mean treatment 1 ,2 ,3 ,4 , respectively (see table 1) .
　　追肥条件下 ,根中肥料氮分配比率和全氮分配率以处理 1 为最高 ,粒中肥料氮分配率为 :
处理 2 > 处理 1 > 处理 3 > 处理 4 ,全氮分配比率为 :处理 3 > 处理 2 > 处理 1 > 处理 4。说明追
肥条件下 ,水分胁迫并不影响氮素向籽粒中转运 ,而水分过多 ,则不利于氮素向籽粒中转运 ,而
转向茎、叶、鞘等营养器官。据此可以认为 ,底施肥与追施肥下 ,适度水分胁迫利于氮素向籽粒
转运 ,而且底施肥料转运比率大于追施肥料。
214 　水分胁迫对底施与追施氮肥下土壤氮素平衡的影响
由表 4 可以看出 ,水分胁迫下 ,不同施肥方式植株对土壤氮和肥料氮的吸收比率有很大差
异 ,植株全氮含量中来自肥料氮所占的百分率为底施 > 追施 ,底施的地上部为 7175 %～
8157 % ,全植株为 8100 %～8161 % ;追施的地上部为 4110 %～5166 % ,全植株为 4120 %～
5154 %。而植株全氮含量中来自土壤的氮素所占的百分率为底施 < 追施 ,底施的地上部分为
91143 %～92163 % ,全植株为 91139 %～92100 % ;追施的地上部分为 94134 %～95190 % ,全植
03 核　农　学　报 13 卷
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
株为 94146 %～95186 %。从施肥方式看 ,底施优于追施 ,在底施情况下 ,肥料氮利用率高 ,为
9168 %～28179 % ;回收率高 ,为 88155 %～96189 % ;损失率少 ,为 3111 %～11145 % ,土壤残留
率为 59176 %～87121 %。而追施下 ,肥料氮利用率为 4171 %～18176 % ;回收率为 76196 %～
95145 % ;损失率为 4155 %～23104 % ,土壤残留率为 58120 %～90174 %。
表 4 　水分胁迫对底施与追施氮肥下土壤氮素平衡的影响
Table 4 　Effect of water stress on N balance under basal fertilizer (BF) and top fertilizer ( TF) ( %)
施肥
方式
Dressing
method
处理
Trea2
tment
地上部分
Above ground
Ndff Ndfs
全植株
Whole plant
Ndff Ndfs
肥料氮利用率
Utilization ratio of
fertilizer N
地上部分
Plant above
ground
全植株
Whole plant
土壤
残留率
Rate of
remainder
回收率
Rate of
recovery
损失率
Rate of
loss
底施
BF
1 7175 92125 8100 92100 8173 9168 87121 96189 3111
2 7187 92163 8109 91191 14162 96102 73186 89188 10112
3 8157 91143 8161 91139 26142 28103 62119 90122 9178
4 8155 91145 8143 91157 27145 28179 59176 88155 11145
追施
TF
1 4110 95190 4120 95186 4127 4171 90174 95145 4155
2 5166 94134 5154 94146 10129 10157 74167 85124 14176
3 5124 94176 5125 94175 15110 15168 63168 79136 20164
4 5113 94187 5129 94171 17120 18176 58120 76196 23104
　　从不同水分处理对肥料的利用看 ,随土壤水分胁迫加重 ,地上部分及全株的肥料利用率降
低 ,土壤残留率增大 ,损失率却趋于减少。说明土壤水分胁迫愈重 ,植株对肥料氮的吸收利用
率愈低 ,土壤残留率愈高 ,而损失率则随土壤水分胁迫的加重而减少。
215 　水分胁迫对冬小麦产量构成因素及水分、氮素利用效率的影响
由表 5 看出 ,随土壤水分胁迫加剧 ,每 hm2 穗数、每穗粒数均减少 ,籽粒产量降低 ,但轻度
胁迫与对照差异不显著。分析水分胁迫对产量构成因素的影响 ,穗数、粒数均以重度胁迫下降
表 5 　水分胁迫对冬小麦产量构成因素及水分、氮素利用效率的影响
Table 5 　Effect of water stress on yield component factor ,water and nitrogen utilization efficiency
处理
Treat2
ment
穗数
Spike No.
( ×104/ hm2)
穗粒数
Grain No.
per spike
千粒重
Weight of
1000 kernels
(g)
产量
Yield
(kg/ hm2)
经济系数
Economic
index
耗水量
Water
consumption
(mm/ hm2)
水分利
用效率
WU E
(kg/ mm)
氮素利
用效率
NU E
(kg/ kgN)
1 29215C 20150C 4311B 261715C 0138 1883120D 1139 3149
2 36910B 30120B 4411B 473710B 0141 3016180C 1157 6132
3 50110A 33135A 4513A 747010A 0140 5246125B 1142 9192
4 50410A 33180A 4512A 756415A 0139 7639195A 0199 10101
　　　注 :11 氮素利用效率 = kg 籽粒/ kg 施 N 量 ;
21 水分利用效率 = kg 籽粒/ 耗水量 ;
31 表中大写字母表示 0101 水平的显著差异 ,具有相同字母的平均数间差异不显著。
　Note :11Nitrogen utilization efficiency(NU E) = grain yield/ amount of nitrogen applied in soil
21Water utilization efficiency( WU E) = grain yield/ water consumption
31Differences between means with the same capital letters are not signeficant at 0101 level respectively.
13　1 期 土壤水分胁迫对冬小麦氮素分配利用及产量的影响
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
最大 ,从而导致产量降低 ,虽然千粒重随胁迫加剧而降低 ,但重度胁迫与中度胁迫间差异不显
著 ,与对照差异极显著 ,轻度胁迫与对照相比差异不显著。轻度胁迫与对照间产量差异不显
著 ,而重度胁迫和中度胁迫则与对照间产量差异极显著。经济系数以中度胁迫最高 ,轻度胁迫
次之 ,对照仅比重度胁迫高。说明适度水分胁迫可提高经济系数。由表 5 还可以看出 ,不同水
分胁迫处理下 ,水分利用效率以处理 2 (中度胁迫)为最高 ,其次为处理 3 (轻度胁迫) ,而处理 4
(对照)最低 ,说明适度水分胁迫可提高水分利用效率。从氮素利用效率看 ,随水分胁迫加重 ,
氮素利用效率依次降低。说明水分胁迫愈重 ,氮素利用效率愈低。
3 　讨 　　论
施入土壤氮素的去向 ,分植株吸收利用、土壤固定、淋渗径流和空气逸失 4 部分。在本试
验条件下 ,底施氮肥利用率高于拔节期追施氮肥利用率 ,说明底施肥利于植株吸收利用 ,损失
率相对较少。拔节期追肥 ,水分胁迫愈重 ,肥料氮利用率愈低 ,回收率愈大、损失率愈小 ,土壤
残留率增大。说明植株对肥料的吸收利用率受水分胁迫影响极大 ,水分亏缺将影响作物地上
部的生长 ,加速生长后期叶的衰老 ,使叶面积减少 ,光合作用降低 ,影响植株对肥料的吸收利
用 ,使大量肥料滞留于耕层中 ,且淋渗损失极少。因而在无水浇条件的旱地麦田应重视底施化
肥 ,以提高肥料利用率。
从不同水分胁迫处理对肥料氮在植株各器官的分配比率和全氮分配比率看 ,水分胁迫愈
重 ,根系吸收的比率愈高 ,分配至茎、叶、鞘等营养器官的比率愈少 ,说明水分胁迫下植株为维
持生存 ,将吸收的氮素营养较多地保留于根中 ,以维持渗透调节 ,适应于干旱的土壤条件 ,从而
尽量延迟衰老。分配至籽粒的比率 ,以轻度胁迫、中度胁迫较高 ,对照最低 ,说明适度水分胁迫
下 ,利于氮素营养向籽粒中转运。而对照氮素较多地分配至叶、鞘、茎等营养器官 ,较少分配至
籽粒中。说明土壤水分充足 ,虽有利于植株正常生长发育 ,但不利于氮素向籽粒中转运 ,虽延
迟了植株的衰老死亡 ,但也降低了水分利用效率。在本试验条件下 ,随水分胁迫加重 ,氮素利
用效率降低。
综上所述 ,适度水分胁迫 ,有利于在节水条件下保持较高的氮素利用率 ,获得高产高效的
结果。土壤水分胁迫影响氮素利用的生理原因及氮素对作物抗旱性的影响 ,有待于进一步研
究。
参 考 文 献
1 　汤章城. 植物对水分胁迫的反应和适应性. 植物生理学通讯 ,1983 , (3) :24～29
2 　张殿忠 ,汪沛洪. 水分胁迫与植物氮代谢的关系. 西北农业大学学报 ,1988 ,16 (3) :9～15
3 　梁银丽 ,陈培元. 土壤水分和氮磷营养对冬小麦根苗生长的影响. 作物学报 ,1996 ,22 (4) :476～482
4 　Korentajer L ,Berliner PR. Effects of moisture stress on nitrogen fertilizer response in dry land wheat . Agron J ,1988 ,80 :977～
979
5 　Keim DL , Kronstad WE. Drought resistance and dry land adaption in winter wheat . Crop Science ,1979 ,19 (5) :574～576
6 　Hsiao TC. Plant responses to water stress. Plant Physiol. 1973 ,24 :519～570
23 核　农　学　报 13 卷
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
EFFECT OF SOIL WATER STRESS ON NITROGEN DISTRIBUTION,
UTIL IZATION AND YIELD IN WINTER WHEAT
Shi Yan1 　Yu Zhenwen2 　Wei Dongbin1 　Yu Songlie2
( Instit ute of Dry Crop , L aiyang A gricult ural College , L aiyang 　2652001 ,
Depart ment of A gronomy , S handong A gricult ural U niversity , Taian 　2710182)
ABSTRACT
The effect of soil water stress on nitrogen distribution ,util ization and yield in winter wheat
have been studied in pondlet culture with rain2proof shelter. The results show that with the in2
crease of water stress , more nitrogen absorbed was distributed in root system than in above
ground plant , the util ization ratio and loss rate of fertil izer nitrogen decreased , the remainder
rate and recovery rate of fertil izer nitrogen increased. However ,l ight and middle water stress ac2
celerate the translocation of nitrogen to kernel , with more water supply ,the nitrogen distributed
in vegetative organ was more than that in kernel and the nitrogen util ization eff iciency de2
creased. The util ization eff iciency of nitrogen used in basal fertil izer is higher than that in top
fertil izer. It is concluded that the application of basal nitroger fertil izer should be paid more at2
tention in dry land wheat production.
Key words :Winter wheat , soil water st ress , dist ribution and utilization of nit rogen , yield
33Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1999 ,13 (1) :27～33