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Effects of irrigation and nitrogen interaction on soil NO3-N transport,
nitrogen use efficiency and water use efficiency in wheat

水氮互作对小麦土壤硝态氮运移及水、氮利用效率的影响


To provide theoretical basis for the culture of strong gluten wheat (Triticum aeativum L.), the effects of irrigation and nitrogen interaction on water consumption, soil NO3-–N transport, nitrogen use efficiency and water use efficiency were studied using winter wheat cultivar Jimai 20 which had high grain yield and high process quality. Three nitrogen fertilization levels ( N 0 kg/ha (N0), N 180 kg /ha (N1) and N
240 (N1) kg/ha), and four irrigation treatments W0 (no irrigation), W1 (irrigation before sowing, at jointing and at anthesis stage), W2 (irrigation before sowing, before winter, at jointing stage and at anthesis) and W3 (irrigation before sowing, before winter, at jointing stage, at anthesis and during grain filling), with 60 mm water each time) were adapted. The results were as follows. (1)Soil NO3-–N content in 0–140 cm soil layers at anthesis and maturity was increased with the increase of N fertilizer rate. At the same N fertilizer rate, increasing irrigation rate reduced soil NO3-–N content in 0–80 cm soil layers and increased that in 120–140 cm soil layers at maturity. The treatment N1W1 promoted wheat plant uptake N and resulted in a reasonable soil NO3-–N content within 0–80cm soil layer and 100–140 cm soil layer respectively, at maturity. (2) With the increasing of N fertilizer, the grain yield increased first then decreased. Treatment N1 had the highest grain yield in the end. Under the N level of N1, W1 had higher grain yield, higher grain N absorption, higher N use efficiency, higher agronomic efficiency of N fertilizer and higher N partial factor productivity. However, no significant differences between these index were found under W2 level, (3) Nitrogen application promoted the utilization of soil water. With the increase of N fertilizer rate, the soil water consumption and the ratio of it to total water consumption significantly increased. Under the N1 level, W1 had the highest water use efficiency (WUE). Additional water supply reduced WUE significantly and enhanced water consumption index from the blooming stage to maturity. Under the experiment station, the treatment N1W1 ( N 180 kg per ha and 3 times irrigation (before sowing, at jointing stage and at anthesis) was recommended due to its high grain yield, high process quality and high NUE and WUE.


全 文 :收稿日期:!""#$"!$%& 接受日期:!""#$"&$"’
基金项目:国家自然科学基金((")*%+*));农业部现代小麦产业技术体系项目(,-.-/0 $ "()资助。
作者简介:王小燕(%#*)—),女,山东泰安人,博士,讲师,主要从事作物生理生态研究。123456:743456274,89%’(: .;3
! 通讯作者 <=6:"&()$)!+%+)+,123456:->?79 @A4>B =A>B .,
水氮互作对小麦土壤硝态氮运移及水、氮
利用效率的影响
王小燕%,!,褚鹏飞!,于振文!!
(%长江大学农学院,湖北荆州 +(+"!&;!山东农业大学,农业部作物生理生态与栽培重点开放实验室,山东泰安 !*%"%))
摘要:为给强筋小麦(!"#$#%&’ ()($#*&’ CB)高产优质栽培的水、氮合理运筹提供理论依据,在高产地力条件下,选用
强筋小麦品种济麦 !",设置不施氮(D")、施氮 %)" E8 F G3!(D%)、!+" E8 F G3!(D!)(个施氮水平,每个施氮水平下设置
不灌水(H")、底墒水 I拔节水 I开花水(H%)、底墒水 I冬水 I拔节水 I开花水(H!)、底墒水 I冬水 I拔节水 I开
花水 I灌浆水(H()+个灌水处理,每次灌水量均为 ’" 33,研究了水氮互作对麦田耗水量、土壤硝态氮运移、氮素利
用效率和水分利用效率的影响。结果表明,(%)增加施氮量,开花期和成熟期 "—%+" .3各土层的土壤硝态氮含量
显著升高;增加灌水时期,土壤硝态氮向深层的运移加剧,成熟期 "—)" .3各土层的土壤硝态氮含量降低,%!"—
%+" .3土层的土壤硝态氮含量升高。D%H%处理在开花期 "—’" .3土层的土壤硝态氮含量较高,成熟期土壤硝态
氮向 %""—%+" .3土层运移少,有利于植株对氮素的吸收。(!)随施氮量的增加,子粒产量先升高后降低,以 D%最
高。D%水平下,H%处理获得了较高的子粒产量、子粒氮素积累量、氮素利用效率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产
力;在此基础上增加冬水(H!),上述指标无显著变化;再增加灌浆水(H(),上述指标显著降低。(()施氮提高了小
麦对土壤水的利用能力,随施氮量增加,土壤供水量及其占总耗水量的比例显著升高。D%水平下,H%处理获得了
最高的水分利用效率;再增加灌水时期,水分利用效率显著降低,开花至成熟阶段的耗水模系数显著升高,灌水量
占总耗水量的比例升高,降水量和土壤供水量占总耗水量的比例降低。本试验条件下,施氮为 %)" E8 F G3!,灌底墒
水 I拔节水 I开花水 (水的 D%H%处理,是兼顾高产、高效的水氮运筹模式。
关键词:小麦;水氮互作;土壤硝态氮;产量;氮素利用率;水分利用效率
中图分类号:J&%!:%:"’! 文献标识码:K 文章编号:%"")$&"&L(!""#)"&$"##!$%%
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植物营养与肥料学报 !""#,%&(&):##!$%""!
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:,0./ 1(. .CC*&*.5&-
近年来,水资源不足成为作物生长发育和产量
形成的重要制约因素[!]。有研究表明,在全国范围
内,由水分亏缺所造成的小麦减产,要超过其他因素
所导致的产量损失的总和["]。同时,在小麦生产中,
为了追求高产,存在过量施用氮肥的现象,导致小麦
产量和氮肥利用效率降低[>$%]。因此,要缓解过量
灌溉和过量施肥与资源短缺的矛盾,必须深入进行
水、氮条件对小麦产量形成及其利用效率影响的研
究。前人研究表明,施氮可显著提高小麦的子粒产
量和蛋白质含量[L$M],而过量施用氮肥会造成土壤
中硝态氮大量累积,使氮肥利用效率和增产效果降
低,并导致环境污染[@$!#]。同时也有研究表明,土壤
硝态氮的淋失与土壤水分含量有关[!!],不合理的灌
溉会引起土壤中硝态氮的大量淋失[!"]。总之,关于
水、氮条件对小麦产量及水、氮利用效率的影响前人
已做过较多研究,但是在水氮互作对土壤硝态氮运
移及水、氮利用效率的影响方面却尚少见报道。本
文在前人研究工作的基础上,设置不同施氮量条件
下的不同灌水处理,研究水氮互作对小麦 #—!%# &’
土层硝态氮运移的影响,探讨其对氮素利用效率、氮
肥农学利用率、水分利用效率及水分边际效应的影
响,以期为小麦栽培中合理灌溉和施肥提供理论依
据。
) 材料与方法
)*) 试验区自然概况
试验于 "##%!"##L 年在山东泰安山东农业大
学实验农场进行,试验点位于东经 !!MNOP,北纬 >QN
OP,属暖温带大陆性半湿润季风气候区,年平均气温
!"R>!!>RQS,一月份气温 $ !R@! $ >RLS,极端最
低气温 $ !QR#! $ "LRQS,年降水量平均 M%QR@ ’’。
"##%!"##L 年小麦( !"#$#%&’ ()($#*&’ T2)生育期间
降水量为:播种至冬前期 >LR% ’’,冬前至拔节期
>LRL ’’,拔节至开花期 >#R@ ’’,开花至成熟期
O%R% ’’,小麦生育期间总降水量为 !@QR! ’’。
)*+ 试验材料与设计
供试材料为强筋品种济麦 "#。播种前 #—"#
&’土层有机质含量 !#R# B U ;B,全氮 !R# B U ;B,速效
氮 @LR" ’B U ;B,速效磷 L"R> ’B U ;B,速效钾 @>R#
’B U ;B。试验设置 >个施氮量水平:不施氮(6#)、施
氮 !@# ;B U 4’"(6!)、"%# ;B U 4’"(6")。每个施氮水平
下设置 %个灌水处理:不灌水(7#)、底墒水 V拔节
水 V开花水(7!)、底墒水 V冬水 V拔节水 V开花水
(7")、底墒水 V 冬水 V 拔节水 V 开花水 V 灌浆水
(7>),每次灌水量均为 Q# ’’,用水表控制灌水量。
试验为裂区设计,施氮水平为主区,灌水处理为
副区。小区面积 !RL ’ W M ’ X !#RL ’",行距 #R"L
’,每小区 @ 行,重复 > 次。各灌水处理间设置 !RL
’隔离带[!>$!L]。播前施氮肥总量的 ! U "、Y"=L !#L
;B U 4’"、Z"= !>L ;B U 4’",随耕地翻入地下;剩余氮
肥总量的 ! U "于拔节期(雌雄蕊原基分化期)开沟追
施;氮肥为尿素(含 6 %Q[),磷肥为过磷酸钙(含
Y"=L !%[),钾肥为硫酸钾(含 Z"= %M[)。"##% 年
!#月 !! 日播种,% 叶期定苗,基本苗为 !L# 株 U ’"。
其他管理同一般高产田。
)*, 测定项目与方法
!R>R! 土壤水分含量测定 用土钻取 #—!%# &’土
层土壤,每 "# &’为一层,取样后立即装入铝盒,称
鲜土重,!!#S烘干至恒重,计算土壤含水量。
!R>R" 土壤干容重测定 本试验采用环刀法测土
>OOL期 王小燕,等:水氮互作对小麦土壤硝态氮运移及水、氮利用效率的影响
壤干容重[!"],在田间适宜位置挖土壤剖面,用修土
刀修平土壤剖面,按剖面层次分层采样,每层重复 #
次。同时在同层采样处用铝盒采样,测定土壤含水
量。土壤干容重按下式计算:
$% & ’ ( !)) *[+ ((!)) , -)]
式中:$%—土壤容重(. * /0#);’—环刀内湿样重
(.);+—环刀容积(/0#);-—样品含水量(1)。
!2#2# 土壤硝态氮含量测定 在小麦拔节期、开花
期、成熟期分别在各处理小区中取两个土壤样点,用
土钻取 )—!3) /0土层土壤,每 4) /0一层,分别混
匀,放入自封袋中封好,贮存在 5 4)6冰箱中,用于
硝态氮的测定。取冰冻土壤样品,充分混匀后过 4
00筛,称取 !) .土壤样品,加入 !)) 07 )2)! 089 * 7
的 :;:94溶液,振荡 #) 0<=后过滤,即为提取液。利
用德国 >$?@ , 7AB>>B公司生产的 ??#连续流动
分析仪测定土壤硝态氮含量。
农田耗水量的计算:采用测定土壤含水量计算
作物耗水量[!C],耗水量的计算公式为:
!"!#4 $ !)!
%
& $ !
!&’&("&! #"&4)( ) ( *) ( +
式中:!"!#4—阶段耗水量(00); &—土壤层次号
数;%—土壤层次总数;!&—第 & 层土壤干容重
(. * /0#);’&—第 & 层土壤厚度(/0);"&!—第 & 层土
壤时段初的含水量,以占干土重的百分数计;"&4—
第 & 层土壤时段末的含水量,以占干土重的百分数
计;)—时段内的灌水量(00);*)—时段内降水量
(00);+—时段内的地下水补给量(00),当地下水
埋深大于 42D 0时,可以不计,本试验地的地下水埋
深在 " 0以下,地下水补给量视为 )。
耗水模系数(1)& 各生育阶段麦田耗水量
(00)*总麦田耗水量(00)( !))
日耗水量(00 * E)& 各生育阶段麦田耗水量
(00)*生育阶段天数(E)
水分边际效应(F. * 00)& 子粒产量增加量
(F.)*灌水量增加量(00)
水分利用效率 -AB[F. *(00·G04)]& H * BI
式中:-AB 为水分利用效率;H 为子粒产量
(F. * G04);BI为农田耗水量(00)[!#,!J]。
!2#23 子粒产量测定 成熟期在每小区实收 #04,
脱粒后于室外晾晒,子粒含水量达 !42D1时称重计
产,据此换算每公顷子粒产量。
!2#2D 植株含氮量的测定 采用半微量凯氏定氮
法[!K]。
氮素收获指数等相关指标按如下公式计算[4)]:
氮素收 获 指 数(1)& 子 粒 氮 素 积 累 量
(F. * G04)*植株氮素积累量(F. * G04)( !))
氮素利用效率(F. * F.)&子粒产量(F. * G04)*氮
素积累量(F. * G04)
氮肥农学利用率(F. * F.)&[施氮处理子粒产量
(F. * G04)5 对照子粒产量( F. * G04)]*施氮量
(F. * G04)
氮肥偏生产力( F. * F.)& 施氮处理产量
(F. * G04)*施氮量(F. * G04)
氮肥边际效应(F. * F.)& 子粒产量增加量
(F. * G04)*施氮量增加量(F. * G04)
!2#2" 数据处理 试验数据用 BL:B7和 MN%4)))
数据处理系统进行分析处理。
! 结果与分析
!"# 不同处理对不同水分来源耗水量及其占总耗
水量百分率的影响
由表 !可以看出,@)水平下,-)处理的总耗水
量显著低于各灌水处理,降水量和土壤供水量占总
耗水量的比例高于各灌水处理。灌水处理间比较,
随灌水时期的增加,总耗水量显著增加,灌水量占总
耗水量的比例上升,降水量占总耗水量的比例下降,
土壤供水量及其占总耗水量的比例呈降—升—降的
变化趋势,除-)处理外,以 -4处理最高。表明在
不施氮的条件下,灌底墒水 ,冬水 ,拔节水 ,开花
水(-4)提高了对小麦土壤储水的利用能力。
@!水平下,随灌水时期的增加,总耗水量显著
增加,灌水量占总耗水量的比例上升,降水量和土壤
供水量占总耗水量的比例下降。与 @) 水平相比,
总耗水量显著增加,土壤供水量及土壤供水占总耗
水量的比例亦显著增加,表明增加施氮量有利于提
高土壤储水的利用率。
@4水平下,与 @!水平下的变化趋势相同,总耗
水量、土壤供水量及土壤供水占总耗水量的比例显
著升高,灌水量和降水量占总耗水量的比例降低,但
其子粒产量和水分利用效率显著降低,不利于水分
的高效利用。
本试验中,施氮 !J) F. * G04水平下,灌底墒水 ,
拔节水 ,开花水的 -!处理的降水量和土壤供水量
占总耗水量的比例最高,其水分利用效率亦最高,有
利于水分的高效利用。
!"! 不同处理对小麦不同生育阶段耗水量、耗水模
系数及日耗水量的影响
表 4显示,小麦在不同生育阶段的耗水量表现
3KK 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 !D卷
表 ! 不同处理对耗水量的水分来源及其占耗水量的百分率的影响
"#$%& ! ’((&)*+ ,( -.((&/&0* */&#*1&0*+ ,0 2#*&/ ),0+314*.,0 #1,30* (/,1 -.((&/&0* +,3/)&+
#0- *5&./ 4&/)&0*#6& *, *,*#% 2#*&/ ),0+314*.,0 #1,30*
处理
!"#$%&#’%
总耗水量
()*
(&&)
灌水量
+"",-$%,.’ $&./’%
降水量
0"#1,2,%$%,.’ $&./’%
土壤供水量
3.,4 5$%#" $&./’%
(&&) (6) (&&) (6) (&&) (6)
78 (8 9:;<8 => 8 8 ?;@(? C8@<8 DE ?;8 CC<9 )F ?;@(: A8:<8 L# :C8 CI<; )G ?;@(9 A98<8 L1 988 A@<@ *$ ?;@ @
7? (8 9@8<8 DK 8 8 ?;@(? CA?<@ )- ?;8 9B(: A?B<: LG :C8 C@<: )# ?;@(9 A@@ I8<9 =, ?:7: (8 9;;(? CI9<9 )F ?;8 9;<8 DE ?;@(: A9A(9 AIC注(7.%#):()*代表总耗水量,同列数据后不同大、小写字母表示处理间差异达 ?6和 A6显著水平,下同 N ()* O%$’GO F." 5$%#" 1.’O/&2%,.’
$&./’% N P$4/#O F.44.5#G MQ G,FF#"#’% 1$2,%$4 4#%%#"O $’G O&$44 4#%%#"O ,’ %E# O$&# 1.4/&’ $"# O,-’,F,1$’% $% ?6 $’G A6 4#R#4O,"#O2#1%,R#4QN !E# O$&# OQ&M.4 ,O
/O#G F." .%E#" %$M4#ON
为开花至成熟 S冬前至拔节 S拔节至开花 S播种至
冬前阶段,日耗水量为拔节至开花 S开花至成熟 S
播种至冬前 S冬前至拔节阶段。
78水平下,播种至冬前阶段,(8处理的耗水量
和日耗水量显著低于各灌水处理,耗水模系数为(8
S (? S (: S (9;冬前至拔节阶段,耗水量和日耗
水量为(:、(9 S (? S (8,其中(:、(9处理间无显
著差异,耗水模系数为 (8 S (? S (: S (9;拔节至
开花阶段,耗水量和日耗水量为 (:、(9 S (? S (8,
耗水模系数为 (: S (8、(9 S (?;开花至成熟阶
段,耗水量、耗水模系数和日耗水量均为 (9 S (: S
(? S (8。表明增加灌水时期能提高小麦在各个生
育阶段的耗水量和耗水强度,并提高了小麦在开花
至成熟阶段的耗水模系数。
7?水平下,各生育阶段的耗水量和日耗水量的
变化趋势与 78水平相同,播种至冬前、冬前至拔节
和开花至成熟阶段的耗水模系数的变化趋势亦与
78水平相同,拔节至开花阶段的耗水模系数为 (:
S(9 S (8 S (?。与 78水平相比,7?水平下各生
育阶段的耗水量和日耗水量显著升高,表明增施氮
肥麦田耗水量增加,这与增施氮肥后小麦植株生长
旺盛,需水量增加相一致。
7:水平下,各灌水处理的耗水量和日耗水量在
播种至冬前、冬前至拔节和拔节至开花阶段显著高
于 7?水平,在开花至成熟阶段显著低于 7? 水平,
表明在本试验条件下,施氮量提高到 :C8 >- T E&:
(7:),开花之前各生育阶段的耗水量和耗水强度显
著升高,但开花至成熟阶段的耗水量和耗水强度降
低,其子粒产量亦相应降低(表 9)。
789 水氮互作对 :—!;: )1土层土壤硝态氮含量
的影响
开花期各土层土壤硝态氮含量呈先降后升的变
化趋势,其中 ;8—?88 1&土层土壤硝态氮含量最低
(图 ?),表明开花前各生育期至开花期土壤硝态氮
主要集中在 8—@8 1&土层,向 @8—;8 1&以下土层
运移较少。
78 水平下,8—:8 1&、:8—C8 1&、C8—@8 1&、
@8—;8 1&和 ;8—?88 1&土层的土壤硝态氮含量均
表现为:灌水处理 (?、(:、(9 均大于不灌水处理
(8,差异达显著水平;各灌水处理间比较,(?显著
大于 (:、(9,(:、(9处理间无显著差异;?88—?:8
1&和 ?:8—?C8 1&土层为 (:、(9 S (? S (8,差异
均达显著水平,(:、(9 处理间无显著差异。表明开
花以前灌底墒水 U拔节水的 (?处理,8—@8 1&土
层土壤硝态氮最多,其硝态氮向深层的运移量较不
灌水的(8处理、灌底墒水 U冬水 U拔节水的(:和
(9处理少,有利于植株对氮素的吸收。
7?水平下,8—:8 1&、:8—C8 1&、C8—@8 1&土
ABBA期 王小燕,等:水氮互作对小麦土壤硝态氮运移及水、氮利用效率的影响


图 ! 小麦开花期不同处理土壤硝态氮含量变化
"#$%! &’()$*+ ,- ./01 2. 3,)4*)4 ,- 5#--*6*)4 7(8*6+ #) +,#7 (4 ()4’*+#+ +4($* ,- 9’*(4
层的土壤硝态氮含量显著高于 !" 水平;!# 水平
下,"—#" $%、#"—&" $%土层的土壤硝态氮含量显
著高于 !’。表明增施氮肥,"—#" $%、#"—&" $%、
&"—(" $%土层的土壤硝态氮含量增加。"—(" $%
土层小麦根系生长量最多[#’],此土层硝态氮含量增
加,有利于提高植株的氮素吸收量。
在 !’或 !# 施氮量水平下,各灌水处理与不灌
水处理 )"间比较,"—(" $%土壤硝态氮含量均表
现为:)’ * )#、)+ * )",差异达显著水平,)#、)+
间无显著差异。表明,灌水不足()")或过量灌水
()#、)+)均不利于在 "—(" $%土层维持较高的硝
态氮含量;适当灌水()’)"—(" $%土层硝态氮含
量提高,能促进小麦根系对氮素的吸收,这也是获得
较高氮肥利用率的生理基础。
由图 # 可以看出,成熟期 "—’&" $%土层土壤
硝态氮含量呈先降低后升高的变化趋势,最低值出
现在 ,"—’"" $%土层。与开花期相比,各土层的土
壤硝态氮含量均显著降低。
!"水平下,"—#" $%、#"—&" $%、&"—(" $%和
("—," $%土层的土壤硝态氮含量均表现为 )’ *
)# * )+ * )",差异显著;,"—’"" $%和 ’""—’#"
$%土层为 )’、)#、)+ * )",差异达显著水平;
’#"—’&" $%土层为 )+ * )# * )’ * )",差异亦达
显著水平。表明随灌水时期增加,"—," $%土层的
土壤硝态氮含量降低,’#"—’&" $%土层的土壤硝态
氮含量升高,即硝态氮向深层运移加剧。
!’水平下,各土层的土壤硝态氮含量显著高于
!"水平,表明增施氮肥显著提高了 "—’&" $%各土
图 : 小麦成熟期不同处理土壤硝态氮含量变化
"#$%: &’()$*+ ,- ./01 2. 3,)4*)4 ,- 5#--*6*)4 7(8*6+ #) +,#7 (4 ;(4<6#48 +4($* ,- 9’*(4
,-- 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ’.卷
层的土壤硝态氮含量。各灌水处理间比较,!—"!
#$、"!—%! #$、%!—&! #$和 &!—’! #$土层的土壤
硝态氮含量均表现为 () * (" * (+ * (!,差异显
著;’!—)!! #$和 )!!—)"! #$土层为 ()、("、(+
* (!,差异达显著水平;)"!—)%! #$土层为 (+ *
(" * () * (!,差异亦达显著水平。表明全生育期
不灌水((!),!—)%! #$土层的土壤硝态氮含量低,
不利于植株对氮素的吸收;灌底墒水 ,拔节水 ,开
花水的()处理在开花期 !—&! #$土层土壤硝态氮
含量高,由于小麦根系大量分布于 !—&! #$的土层
中[""],开花期该土层土壤硝态氮含量较高,有利于
小麦开花至成熟期间对氮素的吸收;灌水过量
(("、(+),硝态氮向深层(’! #$ 以下)淋溶加剧,亦
不利于植株根系对氮素的吸收。
-"水平下,各土层的土壤硝态氮含量显著高于
-)水平。其中,!—"! #$、"!—%! #$、%!—&! #$和
&!—’! #$土层的土壤硝态氮含量均表现为 () *
(" * (!、(+,差异显著;’!—)!! #$和 )!!—)"! #$
土层为 () * (" * (+ * (!,差异达显著水平;
)"!—)%! #$土层为 (+ * (" * () * (!,差异亦达
显著水平。表明,随灌水时期增加,!—)"! #$土层
的土壤硝态氮含量显著降低,)"!—)%! #$土层的土
壤硝态氮含量升高,即增加灌水量,硝态氮向深层淋
溶加剧,不利于氮肥利用率的提高。
!"# 水氮互作对子粒产量和水、氮利用效率及经济
效益的影响
表 +显示,-!水平下,子粒产量为 ()、(" * (+
* (!,()、("处理间无显著差异;总吸氮量为()、
("、(+ * (!;子粒氮素积累量为 ()、(" * (+ *
(!;氮素收获指数为 (" * () * (! * (+;氮素利
用效率为 (! * ()、(" * (+;水分利用效率为 (!
* () * (" * (+。表明全生育期不灌水显著降低了
小麦的子粒产量、总吸氮量和子粒氮素积累量,提高
了小麦的氮素利用效率和水分利用效率。灌水处理
间比较,在底墒水 ,拔节水 ,开花水(())的基础上
增加冬水(("),子粒产量、总吸氮量、子粒氮素积累
量和氮素利用效率无显著变化,氮素收获指数显著
升高,水分利用效率显著降低;再增加灌浆水
((+),总吸氮量无显著变化,但子粒产量、子粒氮素
积累量、氮素收获指数、氮素利用效率和水分利用效
率显著降低。
-)水平下,灌底墒水 ,拔节水 ,开花水的 ()
处理获得了较高的子粒产量、子粒氮素积累量、氮素
利用效率、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和水分利
用效率;在此基础上增加冬水(("),氮素收获指数
和水分利用效率显著降低,其他指标无显著变化;
再增加灌浆水((+),总吸氮量升高,其他指标显著
降低。与 -!水平相比较,每公顷施氮素 )’! ./ 0 1$"
显著提高了小麦的子粒产量、总吸氮量、子粒氮素积
累量和水分利用效率,但氮素收获指数和氮素利用
效率显著降低。
-"水平下,变化趋势与 -)水平相同。与 -)水
平相比,-"水平下的总吸氮量显著升高,子粒产量、
子粒氮素积累量、氮素收获指数、氮素利用效率、氮
肥农学利用率、氮肥偏生产力和水分利用效率均显
著降低。表明本试验条件下,将施氮量从 )’! ./ 0
1$"提高到 "%! ./ 0 1$" 不利于氮素和水分利用效率
的提高。
氮肥边际效应和水分边际效应是衡量氮肥和水
分经济效益的重要依据。由表 +可以看出,-)水平
下各灌水处理氮肥边际效应显著大于 -"水平。同
一施氮量下,随灌水量和灌水次数增加,氮肥边际效
应先增加后降低,其中 ()、(" 处理氮肥边际效应
最大。表 +还显示,随施氮量增加,水分边际效应先
增加后降低,同一施氮量条件下,全生育期灌 +水的
()处理水分边际效应最大,在此基础上增加冬水
或冬水 ,灌浆水,边际效应降低。以上结果表明,在
本试验条件下,施氮量为 )’! ./ 0 1$",全生育灌 +水
(底墒水 ,拔节水 ,开花水)条件下,氮肥边际效应
最大,水分边际效应亦最大,可获得较高的经济效
益,在此施氮水平下,进一步增施氮肥至 "%! ./ 0 1$"
或增加灌水(增加冬水或冬水 ,灌浆水),均导致经
济效益降低。
同时从表 +还可以看出,在本试验条件下,施氮
量和灌水量对子粒产量、总吸氮量、子粒氮素积累
量、氮素收获指数、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力、
水分利用效率、氮肥边际效应、水分边际效应等的影
响均达显著或极显著水平;除氮素收获指数和氮肥
偏生产力外,其余各项指标的水氮互作效应亦达显
著或极显著水平。
$ 讨论
硝态氮是土壤中极为活跃的营养成分,关于氮
肥和土壤水分对不同土层硝态氮含量的影响,前人
已分别做过较多研究。其中关于施氮量对各土层土
壤硝态氮的影响,结论基本一致,即随施氮量增加,
各土层硝态氮含量显著增加,长期大量施用氮肥会
造成硝态氮在土壤中的累积[’2)!]。关于土壤水分对
3334期 王小燕,等:水氮互作对小麦土壤硝态氮运移及水、氮利用效率的影响
硝态氮运移的影响,前人研究结论不尽一致。有研
究表明,土壤硝态氮的淋失与土壤水分含量有关,灌
水量或降水量越多,硝态氮淋失就越多[!"#!$];但也
有研究表明,在作物生长期,虽然灌水量较大,但硝
态氮淋失并不多[!%]。本文研究结果显示,随施氮量
的增加,开花期和成熟期 &—’$& ()各土层的土壤
硝态氮含量显著升高,与前人研究结论一致。小麦
全生育期不灌水的处理,&—’$& ()土层的土壤硝态
氮含量低;随灌水时期的增加,土壤硝态氮向深层
的运移加剧,成熟期 &—*& ()各土层的土壤硝态氮
含量降低,’!&—’$& () 土层的土壤硝态氮含量升
高;其中,施氮量为 ’*& +, - .)!,灌底墒水 /拔节水
/开花水的处理在开花期 &—0& ()土层土壤硝态
氮含量较高,成熟期向 ’&&—’$& ()土层运移少,有
利于植株对氮素的吸收。
关于施氮量和灌水对小麦子粒产量和氮素利用
效率的影响亦有较多报道。有研究表明,在一定阈
值范围内随施氮量的增加子粒产量提高,超过一定
阈值随施氮量增加,子粒产量增加不显著甚至降
低[!0]。亦有研究表明,随施氮量增加冬小麦氮肥利
用效率递减[!1]。还有研究显示,随灌水量和灌水次
数增加,小麦子粒产量增加;而水分亏缺显著降低
了小麦的子粒产量,降低了氮素吸收量和氮素利用
效率[!*#!2]。干旱胁迫和过量灌水均不利于小麦子
粒产量的提高,适宜灌溉量是获得较高子粒产量的
基础["&]。总之,关于氮肥和土壤水分对小麦子粒产
量及氮素利用效率的影响,前人已做过较多研究,但
结论颇不一致,而且水氮互作对其影响的报道较少。
本试验结果表明,不施氮和施氮量为 !$& +, - .)! 水
平下,各灌水处理的子粒产量显著低于施氮量为
’*& +, - .)!水平。氮量为 ’*& +, - .)! 时,全生育期
不灌水不利于氮肥的高效利用;在灌 "水即底墒水
/拔节水 /开花水的基础上增加冬水,子粒产量、总
吸氮量、子粒氮素积累量、氮素利用效率、氮肥农学
利用率和氮肥偏生产力无显著变化,氮素收获指数
降低;再增加灌浆水,总吸氮量升高,子粒产量、子
粒氮素积累量、氮素收获指数、氮素利用效率、氮肥
农学利用率和氮肥偏生产力均显著降低。经济效益
分析表明,施氮量为 ’*& +, - .)!,全生育期灌 "水的
处理氮肥边际效应最高。
肥水运筹不仅影响小麦产量和氮肥利用效率,
对水分利用效率也有显著影响。有研究表明,一定
范围内增施氮肥能够降低植株耗水量,提高水分利
用效率,超过一定范围,水分利用效率不再增加甚至
降低["’]。同时,也有研究表明,随着灌水时期的增
加,灌水量增多,小麦农田耗水量增加,土壤贮水消
耗量减少,灌溉水利用效率降低["!#""]。本试验条件
下,增施氮肥提高了小麦对土壤水的利用能力,随施
氮量增加,土壤供水量及其占总耗水量的比例显著
升高,总耗水量亦升高,这与增施氮肥后小麦植株生
长旺盛,需水量增加相一致。本研究显示,在施氮量
为 ’*& +, - .)!,灌底墒水 /拔节水 /开花水能获得
最高的水分利用效率,水分边际效应亦最高,因此认
为,这一水氮组合为产量和效益兼优的水氮运筹。
参 考 文 献:
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