全 文 ：　文章编号 :100028551 (2002) 0520315205
不同水分和氮肥水平对冬小麦
吸收肥料氮的影响
李世娟　周殿玺　兰林旺
(中国农业大学 ,北京　100094)
摘 　要 :田间微区条件下用15N 研究了不同水分和氮肥水平对冬小麦氮素吸收及化肥
氮的去向。结果表明 ,4 次灌水省肥处理的全氮吸收量高于节水省肥处理 ,节水常规
施肥量处理的全氮吸收量高于省肥处理 ,但小麦籽粒氮素收获指数降低。4 次灌水
处理的肥料氮损失率提高 ,氮肥当季利用率和土壤残留率均低于 2 次灌水的相应氮
肥处理。同一水分条件下 ,常规施肥量处理的氮肥当季利用率和土壤残留率低于省
肥处理 ,损失率提高。等量氮肥不同施肥方法间的比较 ,全部基施处理的损失率下
降 ,肥料氮回收率高于分次施肥处理。
关键词 :水分 ;氮肥水平 ;冬小麦 ;肥料氮去向
收稿日期 :2001204216
基金项目 :国家自然科学基金资助项目 ,编号 :39570437.
作者简介 :李世娟 ,女 ,博士 ,从事冬小麦节水省肥高产栽培技术 ,现工作单位 :中国农业科学院文献信息中心
许多研究表明 ,水分和养分之间存在耦合效应 ,一定的土壤水分条件要求与之相适应的养
分水平[1 ] 。通过多年探索 ,中国农业大学在河北沧州地区吴桥实验站创立了一套节水栽培技
术体系[2 ] ,拟定了较为节省的氮肥用量和运筹方法[3 ] ,然而对于节水条件下的省肥机理、省肥
用量在节水和常规灌溉条件下的肥料氮去向及其差别尚不清楚。本实验采用15N 示踪技术 ,研
究不同水分和氮肥水平对冬小麦吸收肥料氮及氮的残留和损失 ,期望找到节水条件下的省肥
机理 ,进一步完善节水栽培技术体系 ,同时提高氮肥利用效率 ,减少因过量施氮而带来的环境
污染。
1 　材料与方法
111 　材料
试验于 1999 年 10 月～2000 年 6 月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 1219mgΠ
kg ,速效钾 9318mgΠkg。供试冬小麦品种为 95021。本年度干旱严重 ,小麦生长期间降雨量只有
当地常年平均降雨量的 50 %。试验地 2 米土体的蓄水能力为 640mm ,有效贮水量为 420mm ,田
间持水量为 21168 % ,凋萎系数 7159 %。根据吴桥试区土壤水分特征曲线 ,以田间持水量的
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70 %为小麦生长的适宜含水量 ,可将土壤划分为不同的水分亏缺等级。
表 1 　土壤水分含量等级
Tabel 1 　The steps of soil water content (0～60cm)
水分含量等级
soil water content steps
田间持水量
field capacity( %)
土壤含水量
soil water content (W %)
水分充足 enough water 100～80 21. 68～17. 30
适宜水分 feasible water 80～60 17. 30～13. 00
轻度水分亏缺 light stress 60～50 13. 00～10. 84
中度水分亏缺 middle stress 50～40 10. 84～8. 67
重度水分亏缺 high stress 40～35 8. 67～7. 59
极度水分亏缺 extreme stress ≤35 ≤7. 59
112 　方法
试验为裂区实验设计 ,主区设两种水分处理 :节水灌溉 (拔节和开花期各灌水 750m3Πhm2 )
和常规灌溉 (返青、拔节、开花、灌浆期各灌水 750m3Πhm2 ) 。副区设两种施肥量 ,分别为节约氮
肥用量 (144kgΠhm2 )和常规施肥量 (213kgΠhm2 ) 。任一施肥量又分两种施肥方法 (全部作基肥和
部分基施、部分于拔节期追施) 。因实验过程中对 4 次灌水条件下的常规施肥量全部基施处理
的操作出现错误 ,将其剔除。详细试验设计及处理代号见下表 ,小区面积 3 ×8m2 ,重复 3 次 ,
主区间设 1m 隔离带以防止水分侧渗 ,副区各处理随机排列。试验包括大田和微区两部分 ,为
便于操作 ,将所有的微区置于一个重复小区中。即其中一个重复设置微区试验 ,另外两重复设
置大田试验。
表 2 　各处理水分和施肥量表
Tabel 2 　The irrigation and N application amount of different treatments
处理
treatment
灌水次数
irrigation
times
磷酸二铵
(NH4) 2PO4
(kgΠhm2) 尿素 urea (kgΠhm2)基肥 base N 追肥 dressing N 纯氮总量total N(kgΠhm2)
A 2 次 two times 225 225 144
B 2 次 two times 225 75 150 75～69
C 2 次 two times 225 375 213
D 2 次 two times 225 225 150 144～69
E 4 次 four times 225 225 114
F 4 次 four times 225 75 150 75～69
G 4 次 four times 225 225 150 144～69
将小区用无底框隔离为微区 ,每个微区面积为 012 ×013m2 ,高 0125m(0105m 高于地面) 。
每个小区内设 6 个重复微区 ,微区间距 018m。每个微区的制作方法如下 :将划定区域的 20cm
土层挖出 ,与相应处理的基肥充分混匀 ,用 012 ×013 ×0125m3 (长 ×宽 ×高) 的铁框作模 ,外包
一层油毡纸 ,放入取出土的土坑内 ,然后将混有肥料的土壤回填 ,回填大约至土坑的一半高度
时将铁框抽出 ,继续回填 ,全部微区回填完后灌等量水沉实。微区的 20～80cm 土层保持原土
层结构。返青期根据大田密度定苗 ,框内留苗 45 株 ,拔除植株埋于微区内。微区的施肥、灌水
及管理措施等同于大田相应氮肥处理。
小麦收获后 ,按器官分别取地上部植株样 ,烘干 ,称重 ,根系干重采用水洗法测定。土壤样
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品分 0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120、120～140、140～200cm 8 层采集 ,风干磨
碎过 60 目筛。凯氏法测定所有烘干植物样和风干土壤样品的全氮含量 ,ZHT2O2 型质谱仪测
定15N 丰度。
2 　结果与讨论
211 　小麦的全氮吸收量及氮素分布
小麦的全氮吸收量随浇水量和施氮量的增加而提高。浇水促进了小麦对氮素养分的吸
收 ,4 次灌水处理的吸氮量均高于 2 次灌水条件下的相应氮肥处理 ,而氮素生理效率均降低。
如 E、F、G处理的氮素生理效率分别比 A、B、D 处理降低 019 %、112 %和 115 % ,统计分析结果
显示各处理氮素生理效率之间存在极显著差异。同一水分条件下小麦全氮吸收量均随氮肥用
量的增加而提高 ,同时氮素生理效率降低。等量氮肥不同施肥方法处理间相比较 ,144kgNΠhm2
全部基施处理 A 的全氮吸收量、氮素生理效率均高于分次施肥处理 B ;两水条件下 213kgNΠhm2
全部基施则会降低全株吸氮量和氮素生理效率 ,分次施用更有利于氮素的吸收。
各处理的氮素收获指数之间存在极显著差异。由表 3 可知 ,增加灌水促进氮素养分吸收
的同时也促进了营养器官的生长代谢 ,导致开花后植株吸收的氮素并不能充分转移到籽粒中 ,
而是保存在叶片等营养器官中 ,故 4 次灌水处理的氮素收获指数均低于 2 次灌水条件下的相
应氮肥处理。等量氮肥不同施肥方法处理间比较 ,氮素收获指数的变化规律与氮素生理效率
一致。这表明 ,全生育期 4 次灌水在产量提高甚微的基础上 ,氮素生理效率、籽粒氮素收获指
数降低 ,造成水肥资源的双重浪费。等量氮肥不同施用方法处理间相比较 ,总肥量较高时
(213kgNΠhm2 )分次施肥效果较好 ,而总肥量较低时 (144kgNΠhm2 )可以考虑一次性基施。
表 3 　两种水分条件下各氮肥处理的产量和吸氮量
Tabel 3 　Yield and N uptake of different N treatment under two soil water condition
处理
treatment
产量 yield
(kgΠhm2) 全株吸氮 total N(kgΠhm2) 氮素生理效率 NPE(kgΠkg) 氮素收获指数 NHI籽粒 seed
A 8068 182. 9D 44. 12A 79. 80A
B 7779 177. 3E 43. 87AB 79. 05AB
C 7996 185. 6CD 43. 0BC 77. 98BC
D 8112 188. 1BC 43. 13BC 79. 32A
E 8047 184. 1D 43. 72AB 77. 86C
F 7754 179. 3E 43. 26B 75. 65D
G 8322 196. 5A 42. 35C 78. 25BC
　　注 :A. B. C⋯在 P > 0101 水平上存在差异
Note :A. B. C⋯means significant difference at P > 0101 level ;NPE:Nitrogen Physiology Effiency ;NHI :Nitrogen Harvest Index.
212 　两种水分条件下不同氮肥处理的肥料氮去向
21211 　小麦对化肥氮的利用 　由表 4 可见 ,小麦整株对肥料氮的利用率在 27196 %～34173 %
之间 ,与多数实验结果一致。施纯氮 144kgΠhm2 时 ,2 次灌水条件下的氮肥利用效率均高于 4
次灌水条件下的相应氮肥处理 ;不同运筹方法处理间相比 ,4 次灌水条件下这一施肥量全部基
施 E处理与分次施肥 F 处理的氮肥利用效率相差不大 ,而在 2 次灌水条件下 ,A 处理的氮肥利
713　5 期 不同水分和氮肥水平对冬小麦吸收肥料氮的影响
用效率显著高于 B 处理。213kgNΠhm2 分次施用时 ,4 次灌水处理 G的氮肥利用效率低于 2 次
灌水处理 D。2 次灌水条件下 ,213kgNΠm2 全部基施 C处理与分次施肥处理 D 的氮肥利用效率
相近 ,尽管肥料氮吸收量最高 ,氮肥利用效率却低于 144kgNΠhm2 全部基施处理 B。所以 ,施氮
肥量 144kgNΠhm2 时 ,灌水量过高会降低氮肥利用效率 ,而节水条件下施氮量过高同样也会使
氮肥利用效率下降 ,为了提高氮肥利用效率 ,在产量不降低的前提下 ,144kgNΠhm2 适宜全部基
施。
表 4 　不同处理的肥料氮去向
Tabel 4 　The fate of fertilizer N of different treatments
处理
treatment
氮肥当季利用效率
NUE( %)
土壤残留率
N residue ( %)
肥料氮回收率
N recovery( %)
损失率
N loss( %)
A 34. 73 41. 32 76. 05 23. 95
B 29. 35 37. 53 66. 88 33. 12
C 30. 89 32. 14 62. 92 36. 98
D 31. 27 29. 08 59. 97 39. 65
E 28. 95 36. 87 64. 82 34. 18
F 27. 96 29. 65 57. 61 42. 39
G 27. 32 30. 58 57. 90 42. 10
21212 　土壤中的肥料氮残留量 　上表结果表明 ,0～130cm 化肥氮的残留量占施入氮肥量的
29 %～41 % ,氮肥全部基施处理的肥料氮残留率略高于等量氮肥分次施用处理。残留肥料氮
主要分布在 0～20cm 土层 (表 5) ,占施入肥料氮的 20 %～32 % ,20～40 和 40～60cm 土层的残
留率分别在 3 %左右 ,60～80cm 和 80～100cm 土层中的残留率在 1 %左右。可见土壤残留氮的
66 %以上集中在 0～20cm 表层。1m 以下的土壤剖面中 ,只有 C、D、E 3 个处理在 100～130cm
尚有极少量的肥料氮残留 ,其余处理的氮肥则没有下渗到 1m 以下的层次。表明灌水量过大
或施肥量过高 ,肥料氮下移的层次加深 ,但即使全生育期灌 4 次水 ,土壤中的残留氮仍然在根
系吸收范围之内。这一方面说明在本实验条件下 ,年限雨量 (6318mm) 占常年降雨量的
5011 % ,冬春季比较干旱的年份 ,化肥氮在小麦生长期间一般不会发生淋洗损失 ;另一方面 ,小
麦生长期间灌水 4 次处理 ,加上降雨量 6318mm ,全生育期共接受水量 24318mm ,而当地正常年
份降雨量在 127mm 左右 ,节水灌溉条件下小麦共接受水量大约 217mm。所以既然本实验 4 次
灌水处理没有发生氮素淋失损失 ,可以推测实行节水灌溉的正常年份也很难发生。
表 5 　各处理15 N2尿素在土壤剖面中的残留率(占施入氮 %)
Tabel 5 　Distribution 15N2urea in soil profiles of different treatments ( % of applied N)
处理
treatment
土层 layers(cm)
0～20 20～40 40～60 60～80 80～100 100～130 130～160
A 32. 38 3. 96 2. 65 1. 34 1. 00 0 　 0 　
B 24. 88 5. 97 4. 14 1. 22 1. 32 0 0
C 23. 28 2. 46 3. 58 1. 35 1. 35 0. 11 0
D 20. 88 2. 42 3. 67 0. 80 0. 92 0. 38 0
E 27. 91 2. 77 1. 92 1. 27 1. 99 1. 00 0
F 24. 87 1. 41 1. 14 1. 49 0. 74 0 0
G 26. 35 1. 72 0. 92 0. 98 0. 61 0 0
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21213 　化肥氮的损失 　当季小麦生长期间化肥氮的损失在 24 %～42 %之间 (表 4) ,各处理的
损失率和残留率之间极显著负相关 (y = 80105 - 112986x ,r = 0194683 3 ) 。等量氮肥条件下 ,分
次施肥处理的肥料氮损失率均高于全部基施处理 ,这意味着氮肥全部基施有降低氮素损失的
作用。同时可以看出 ,2 次灌水与 4 次灌水相比较 ( E 处理与 A 处理、F 处理与 B 处理、G处理
与D 处理) ,4 次灌水处理的损失率显著高于 2 次灌水处理。如 E处理比A 处理提高 2919 % ,F
处理比 B 处理提高 2119 % , G处理比 D 处理提高 518 %。2 次灌水条件下施氮 213kgΠhm2 处理
的损失率 (C、D 平均)比 144kgNΠhm2 处理 (A、B 平均)高 2516 %。上述结果表明 ,提高灌水量和
氮肥施用量会显著提高肥料氮损失率。从损失途径来分析 ,上面谈到该年份小麦生长期间不
存在淋洗损失 ,同时本实验用于测定化肥氮损失量的田间微区试验中 ,在 0～20cm 土层亦不存
在径流和侧渗 ,而 20cm 以下土层的肥料氮数量很少 ,即使发生侧渗 ,数量也非常微小 (可以忽
略不计) ,所以氮肥损失最可能的途径是反硝化损失和氨挥发损失。在当地石灰性土壤上 (pH
= 719) ,当土壤水增加时土壤溶液中的铵态氮易转化成氨态氮挥发损失 ,如果土壤水分过多 ,
土壤通气不良有利于反硝化作用 ,使氮素以气态形式逃逸的量增加。而施肥量过高或许会影
响土壤环境 ,造成缺氧状态 ,加快反硝化进程 ,从而提高损失率 ,关于这方面的生理机制还有待
于进一步研究。
参考文献 :
[ 1 ] 　王小彬 ,高绪科 ,蔡典雄. 旱地农田水肥相互作用的研究. 干旱地区农业研究 ,1993 ,11 (3) :6～12
[ 2 ] 　兰林旺 ,周殿玺. 小麦节水高产研究. 北京 :北京农业大学出版社 ,1995
[ 3 ] 　李世娟 ,周殿玺 ,李建民 ,等. 限水灌溉条件下冬小麦氮肥利用研究. 中国农业大学学报 ,2000 ,5 (5) :17～22
THE FATE OF FERTILIZER NITROGEN IN WINTER WHEAT UNDER
DIFFERENT WATER AND NITROGEN LEVELS
LI Shi2juan 　ZHOU Dian2xi 　LAN Lin2wang
( China Agricultural University , Beijing 　100094)
ABSTRACT :N uptake and the fate of fertilizer N were studied in the field under different water
and nitrogen levels with 15 N technique. Results showed that ( 1) the total N uptake of economical N
treatment under saving irrigation was higher than that under conventional irrigation. Under saving
irrigation the total N uptake of conventional N was higher than that of economical N treatment ,
yet the NHI decreased; ( 2) compared with saving irrigation , the N loss of conventional irrigation
increased and NUE and soil residue decreased. On the same water condition the NUE and soil resi2
due of conventional N treatment was lower than that of economical treatment , and N loss in2
creased;( 3) for the same fertilizer amount ,the loss of Napplied all as basal fertilizer is lower than
that of part as basal and part as top2dressing treatment.
Key words :water ; nitrogen levels ; winter wheat ; fate of fertilizer N
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