全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2014, 40(1): 93−100 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(30971866), 国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-3-1-31), 国家公益性行业(农业)科研专项
(201303104, 201103003)和国家现代农业人才支撑计划项目资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 王朝辉, E-mail: w-zhaohui@263.net, Tel: 029-87082234
第一作者联系方式: E-mail: lq870817@126.com, Tel: 029-87082234
Received(收稿日期): 2013-02-21; Accepted(接受日期): 2013-08-16; Published online(网络出版日期): 2013-10-22.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20131022.1653.014.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2014.00093
氮肥管理与地膜覆盖对旱地冬小麦产量和氮素利用效率的影响
李 强 1,4 王朝辉 1,2,* 李富翠 1 戴 健 1 李孟华 1 何 刚 1 曹群虎 3
段长林 3 鱼昌为 3
1农业部西北植物营养与农业环境重点实验室 / 西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100; 2旱区作物逆境生物学国家重点
实验室 / 西北农林科技大学, 陕西杨凌 712100; 3陕西省长武县农业技术推广中心, 陕西长武 713600; 4武威市林业科学研究院, 甘
肃武威 733000
摘 要: 降雨偏少且季节分布不均, 施肥偏多且方式不合理, 缺少有效的保水栽培措施是西北旱地小麦生产面临的
主要问题。2010 年 10 月至 2012 年 6 月连续 2 个小麦生长季, 在陕西渭北旱塬进行田间试验, 比较了氮肥追施和总
量减少、覆膜、增加种植密度措施较传统施肥和农民习惯施肥种植模式对冬小麦籽粒产量及氮素利用效率的影响。
与农户习惯施肥相比, 传统施肥不能持续增加产量和氮素利用效率; 而减氮追肥、减氮垄覆和减氮垄覆增密处理的增
产效果明显, 同时提高了氮素利用效率, 但减氮垄覆或增加种植密度却使籽粒含氮量降低, 主要原因是进入开花期
后土壤硝态氮累积量减少, 氮素供应不足所致。综合分析, 减氮垄覆增产增效更明显, 小麦产量、氮肥偏生产力、氮
肥生理利用率在第 1年分别提高 38.6%、49.6%和 35.1%, 在第 2年分别提高 7.6%、16.3%和 25.7%, 说明控氮与覆膜
结合是实现旱地冬小麦增产的重要措施, 但需注意生长后期土壤氮素供应, 在增产的同时保证小麦品质。
关键词: 旱地; 冬小麦; 地表覆膜; 氮肥利用效率; 产量; 氮肥减施
Effects of Nitrogen Fertilizer Management on Yield and Nitrogen Use Effi-
ciency in Winter Wheat Growing on Dryland with Plastic Film Mulching
LI Qiang1,4, WANG Zhao-Hui1,2,*, LI Fu-Cui1, DAI Jian1, LI Meng-Hua1, HE Gang1, CAO Qun-Hu3, DUAN
Chang-Lin3, and YU Chang-Wei3
1 Key Laboratory of Plant Nutrition and Agri-environment in Northwest China, Ministry of Agriculture / College of Natural Resources and Environ-
ment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2 State Key Laboratory of Crop Stress Biology in Arid Areas / Northwest A&F University,
Yangling 712100, China; 3 Agricultural Technology Extension Center of Changwu County of Shaanxi Province, Changwu 713600, China; 4 Wuwei
Academy of Forestry Science, Wuwei 733000, China
Abstract: Wheat production in Northwest China is mainly restricted by insufficient and uneven distributed precipitation across
seasons. Besides, luxurious and improper application of nitrogen (N) is an obvious problem. In a two-year field experiment from
October 2010 to June 2012, we compared grain yield and N use efficiency of winter wheat with cultivation patterns of conven-
tional fertilization (P), current farmer’s habitual fertilization (C), reducing N with early-spring topdressing (NT), NT + ridging and
mulching with plastic film (NR), and NR+ high plant density (NRH). Compared with P treatment, C had no effect on stable in-
creases of grain yield and N use efficiency, while NT, NR, and NRH treatments significantly increased yield and N use efficiency
of wheat. However, N content in grain was reduced in NR and NRH treatments. In an overall view, NR was the optimal treatment
for high-yield and high-efficient wheat production, and with the increases of grain yield, N partial factor productivity, and N
physiological efficiency was increased by 38.6%, 49.6%, and 35.1% in the first cropping year and by 7.6%, 16.3%, and 25.7% in
the second year, respectively. These results indicate that N management plus ridge mulching is an important technique for
high-yield production in Northwest China, and suitable N supply after flowering should be considered for high quality also.
Keywords: Dryland; Winter wheat; Mulching with plastic film; Nitrogen use efficiency; Yield; Reducing nitrogen application
94 作 物 学 报 第 40卷


在我国西北旱区, 合理和持续的水肥管理是作
物高产栽培中的关键[1-2], 旱地小麦是该地区粮食生
产的主要模式, 起垄是常见种植方式, 以达到苗期
保墒作用。长期以来, 小麦生长季的氮肥都是播种
前一次性施入, 近年来, 为了追求高产农户更是习
惯重施氮肥。在土壤水分不充足的条件下, 大量施
氮不仅不能达到增产增效, 而且还造成成本提高和
环境污染。很多学者对这一地区小麦高产高效栽培
技术进行了研究, 分别探讨了氮肥追施、减施氮肥、
地膜覆盖、垄沟覆草、提高种植密度等措施的效果。
在山西临汾 , 氮肥基施 105 kg hm–2+返青期追施
60 kg hm–2, 与农民习惯的一次基施氮肥 128 kg
hm–2 相比, 冬小麦穗数增加 13.7%, 水分利用效率
提高 30.2%, 产量提高 38.5%[3]。在陕西长武, 施氮
量由 180 kg hm–2减到 120 kg hm–2时, 垄上覆膜的平
均小麦产量为 4559 kg hm–2, 垄上覆膜结合沟内覆
草的产量达 4785 kg hm–2, 分别增产 26.5%和 32.8%,
水分利用效率提高 24.2%和 39.1% [4]。在渭北彬县旱
塬, 冬小麦播量从 180 kg hm–2增加到 225 kg hm–2
时, 平均产量达到 3662 kg hm–2, 增产 5.6%, 吸氮量
和氮肥利用率增加 7.8%和 19.5%[5]。这些试验结果
表明氮肥管理、地表覆盖和适当增大播量有利于提
高小麦产量和水肥效率, 但试验也表明覆膜时间过
长会使产量下降, 如在甘肃兰州春小麦覆膜 20 d,
产量最高(8207 kg hm–2), 延长覆膜时间产量下降[6]。
另外, 不少研究也表明, 在一定密度下籽粒蛋白质
含量和籽粒产量呈负相关[7-8]。
由于西北地区特殊的生态环境, 水肥管理与保
水栽培一直是旱地增产增效研究的重点, 但目前多
集中于产量和水分利用效率, 对养分效率, 特别是
对氮素利用效率的报道相对较少。我们选择陕西渭
北典型旱作农业区进行田间定位试验, 进一步研究
旱地调控氮肥用量、施肥方式、地表覆膜及增加种
植密度对冬小麦产量、籽粒氮素含量和氮素利用效
率的影响, 探讨多种技术的组合模式比常规和习惯
种植模式的增产增效作用, 为旱地冬小麦增产增效
优质生产提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验地基本状况
黄土高原典型旱作农业区陕西省长武县丁家镇
十里铺村(35°12′ N, 107°45′ E, 海拔 1200 m), 多年
平均降水量 580 mm, 7、8、9月降水量占全年 60%
以上, 年均蒸发量 1500 mm, 平均气温 9.1℃, 无霜
期 172 d。自 2008 年开始, 在该地块上进行冬小麦
夏季休闲种植的长期定位试验, 试验开始前土壤的
基本理化特性见表 1。本文采用 2010—2011 和
2011—2012年度的数据, 两年度休闲期(7月至 9月)
的降雨量分别为 457 mm和 388 mm, 小麦全生育期
降水量 199 mm和 234 mm。

表 1 试验田耕层土壤性质
Table 1 Basic nutrient status of plow-layer soil
土层
Soil layer
容重
Bulk density
(g cm3)
有机碳
Organic carbon
(g kg−1)
全氮
Total nitrogen
(g kg−1)
有效磷
Olsen-phosphorus
(mg kg−1)
速效钾
Available potassium
(mg kg−1)
pH
NO3-N
(mg kg−1)
NH4-N
(mg kg−1)
0–10 cm 1.22 8.73 0.81 5.4 139.9 8.18 13.0 2.9
10–20 cm 1.49 8.32 0.73 3.6 119.4 8.17 13.2 2.2
20–40 cm 1.32 6.28 0.58 1.6 122.0 8.24 8.6 1.8

1.2 田间试验设计
共6个处理(表2), 其中农户习惯施肥指当地农
户目前普遍采用的施肥方式, 即所有肥料播前一次
性施入, 不追肥; 根据当地4个乡调查结果, 确定施
氮量为纯氮162 kg hm–2, P2O5 105 kg hm–2。传统施肥
指过去常用的施肥方式 , 施氮量与农民习惯一致 ,
除基肥外, 在早春土壤解冰时追肥一次; 其他3个处
理根据目标产量通过测土调控氮肥施用量[9]。各处
理磷肥为过磷酸钙, 氮肥为尿素, 基肥随整地施入,
追肥于2月20日返青前在小麦行间开沟施入。常规平
作行宽20 cm, 小麦收获时秸秆全部移走, 收获后1
周翻耕一次, 耕深为40 cm; 经过夏闲, 下一季小麦
播前2周再旋耕整地一次, 耕深为15 cm。起垄沟播为
播前起垄, 垄上覆膜, 垄高6 cm, 垄宽30 cm, 垄间沟
宽30 cm, 沟内播种, 每沟2行, 行距20 cm; 小麦收
获后不犁地、不揭膜且秸秆全部还田, 覆盖垄间; 经
过夏闲, 下一季小麦播前1月揭膜后深犁地一次, 同
时垄间秸秆随深犁地还田 , 播前2周与其他处理同
时旋耕整地。
小麦品种为长武 521。2010 年 9 月 23 日播种,
第 1期 李 强等: 氮肥管理与地膜覆盖对旱地冬小麦产量和氮素利用效率的影响 95


表 2 各处理的种植方式、播种量和施肥量
Table 2 Field experimental design (kg hm−2)
施氮量 N application rate 处理
Treatment
播种量
Sowing rate 播前 Before sowing 返青前 Before regreening
施磷量
P2O5 application rate
不施肥对照(平作不覆膜) CK 150 0 0 105
农户习惯施肥(平作不覆膜) P 150 162 0 105
传统施肥(平作不覆膜) C 150 112 50 105
减氮追肥(平作不覆膜) NT 150 112 38 105
减氮覆膜(起垄沟播) NR 150 112 38 105
减氮覆膜增密(起垄沟播) NRH 225 112 38 105
CK: No fertilizer applied, flat land without plastic film coverage; P: Current farmer’s habitual fertilization, flat land without plastic film
coverage; C: Conventional fertilization, flat land without plastic film coverage; NT: Reducing N application with topdressing, flat land with-
out plastic film coverage; NR: Reducing N application in combination with ridging and mulching of plastic film; NRH: Reducing N applica-
tion in combination with ridging and plastic film mulching and high planting density.

2011年 6月 27日机械收获; 2011年 9月 27日播种,
2012 年 6 月 30 日机械收获。采用完全随机区组设
计, 4次重复, 小区面积为 22 m × 6 m = 132 m2。
1.3 取样与测定方法
小麦开花期用土钻分别采集0~100 cm深的土壤
样品, 其中0~40 cm每10 cm为一层, 40~100 cm每20
cm 为一层。每小区2个采样点, 两点同一土层土壤
混合作为一个分析样品, 迅速装入预先标记好的塑
料袋, 密封带回实验室, 4℃保存。采用鲜土样测定
土壤矿质氮, 用1 mol L–1 KCl溶液浸提, 溶液体积
与土壤质量比为10︰1, 振荡1 h 后过滤, 用连续流
动分析仪(AA3, 德国)测定滤液中硝态氮(NO3-N)[10],
并换算成用烘干土重表示的土壤硝态氮含量; 用烘
干法(105 , 24 h)℃ 测定土壤含水量[11]。
小麦开花期从每小区随机选取3个采样点 , 每
点按行取1 m长样段, 沿根茎结合处剪去根系, 同一
小区样段混合作为一个分析样品, 测定茎叶和穗的
含氮量。收获期取样, 2010—2011年度每小区随机取
4个样点, 每点1 m 行长, 沿根茎结合处剪去根系,
同一样段混合作为一个分析样品, 并按全小区机械
收获计产; 2011—2012年度每小区随机取约100个植
株, 剪去根系后作为一个分析样品, 每小区按行随
机收获1 m×1 m样方4个, 风干后脱粒计产。
小麦开花期生物量、收获期生物量和产量均以
干重表示。植物样品烘干粉碎后用 H2SO4-H2O2法消
解, 用连续流动分析仪测定消解液中的氮素 [10], 并
换算为以干重表示的茎叶、颖壳和籽粒氮含量[11]。
1.4 统计分析与计算公式
采用SAS 8.1软件及Microsoft Excel 2007统计分
析数据和制作图表。
氮肥偏生产力=籽粒产量/施氮量[12]; 氮肥生理
利用率=(施氮处理产量−不施氮对照产量)/(施氮处
理植株总吸氮量−不施氮对照植株总吸氮量)[13]; 氮
素收获指数=籽粒吸氮量/植株总吸氮量[14]; 水分利
用效率=籽粒产量 /耗水量 [15]; 土壤贮水量=土层厚
度×土壤面积×土壤容重×土壤含水量 /10 [16]; 土壤
NO3–-N积累量=土层体积×土壤容重×土壤NO3–-N含
量[17]。
2 结果与分析
2.1 冬小麦产量、生物量、籽粒含氮量
氮肥调控与地膜覆盖对冬小麦产量的影响因年
份而异。与农户习惯施肥相比, 第 1 年传统施肥、
减氮追肥、减氮垄覆和减氮垄覆增密分别增产
15.7%、22.2%、38.6%和 24.8%, 其中传统施肥、减
氮追肥和减氮垄覆增密之间差异不显著, 但显著低
于减氮垄覆处理; 第 2 年减氮追肥、减氮垄覆和减
氮垄覆增密显著增产 5.9%、7.6%和 12.7%, 传统施
肥也有增产趋势(5.4%), 与减氮追肥相比 , 减氮垄
覆增产效果不显著, 覆膜增密增产显著。两年生物
量与产量趋势相同, 但减氮垄覆和减氮垄覆增密处
理的籽粒含氮量显著下降(图 1)。说明减氮追肥、减
氮垄覆和减氮垄覆增密的优化模式能明显促进旱地
小麦干物质形成, 增加作物产量, 但地膜覆盖却明
显降低了籽粒含氮量, 尤其是在减氮垄覆的基础上
增加种植密度使籽粒含氮量下降更明显。
2.2 冬小麦氮肥生产与利用效率
氮肥调控和地膜覆盖均能提高旱地氮肥的产量
形成能力(表 3)。第 1 年传统施肥、减氮追肥、减氮
垄覆和减氮垄覆增密 4 种模式氮肥偏生产力比农户
96 作 物 学 报 第 40卷


习惯施肥显著提高 15.6%、32.0%、49.6%和 34.8%, 且
与传统施肥相比, 减氮追肥、减氮垄覆和减氮垄覆增
密氮肥偏生产力显著提高; 第 2年, 后 3种模式显著
提高 14.3%、16.3%和 21.5%, 传统施肥也有增加趋势
(5.3%)。氮肥生理利用率两年表现一致, 减氮垄覆和
减氮垄覆增密第 1 年显著提高 35.1%和 61.8%, 第 2
年显著提高 25.7%和 24.9%, 传统施肥和减氮追肥有
明显增加趋势, 两年分别提高 8.8%和 11.4%、6.4%和
6.1%。说明减氮追肥、减氮垄覆和减氮垄覆增密能明
显增强氮肥的增产作用和作物的氮利用能力。

图 1 不同施氮和覆膜处理对小麦产量、生物量和籽粒含氮量的影响
Fig. 1 Yield, biomass, and nitrogen content in grain of wheat under different treatments of nitrogen application and film mulching
误差线上不同字母表示处理间存在显著差异(P<0.05)。
Different letters above error bars indicate significance among treatments at P < 0.05.

表 3 氮肥调控与地膜覆盖对氮肥偏生产力、氮生理利用率的影响
Table 3 Effects of nitrogen fertilizer regulation and plastic film mulching on N partial factor productivity, physiological nitrogen use
efficiency of winter wheat (kg kg−1)
2010–2011 2011–2012 处理
Treatment 氮肥偏生产力
N partial factor productivity
氮肥生理利用率
N physiological efficiency
氮肥偏生产力
N partial factor productivity
氮肥生理利用率
N physiological efficiency
P 25.6 d 22.8 c 40.0 c 36.2 b
C 29.6 c 24.8 bc 42.1 c 38.5 b
NT 33.8 b 25.4 bc 45.7 b 38.4 b
NR 38.3 a 30.8 ab 46.5 ab 45.5 a
NRH 34.5 b 36.9 a 48.6 a 45.2 a
同列数据后不同小写字母表示 LSD检验在 P<0.05水平上差异显著。
Different small letters following values in the same column show significant difference at P<0.05 level.

2.3 冬小麦冬前分蘖及开花期的生物量、0~100 cm
土壤贮水量和硝态氮累积量
减氮垄覆冬前每株小麦分蘖第 1 年显著增加
15.8%, 第 2 年也有明显增加趋势, 而其他处理间无
显著变化(表 4), 说明覆膜可增加小麦冬前分蘖, 但
覆膜基础上增加种植密度效果不明显。开花期是冬
小麦营养生长向生殖生长的转折点, 这一时期的作
物生长、土壤水肥供应状况与后期产量形成有着密
切的关系。从这一时期生物量来看, 第 1 年减氮垄
覆生物量显著增加 18.2%, 其他处理也有增加趋势;
第 2 年减氮追肥和减氮垄覆增密生物量显著增加
17.5%和 16.9%, 减氮垄覆也有增加趋势。0~100 cm
土壤贮水量, 只有减氮垄覆和减氮垄覆增密处理两
年都显著增加, 第 1年分别提高 8.4%和 13.3%, 第 2
年提高 7.0%和 7.9%; 同样, 0~1 m土层硝态氮累积
量只有覆膜处理显著降低 , 第 1 年降低 47.0%和
52.9%, 第 2 年降低 28.7%和 28.9%, 说明地膜覆盖
使冬小麦关键生长期(开花期)具有良好的土壤水分,
但土壤有效氮数量却减少。
2.4 冬小麦不同时期的氮素积累
两年各处理开花期地上部吸氮量均无显著差异
(表 5)。收获期, 与农民习惯施肥相比, 第 1 年传统
施肥、减氮追肥、减氮垄覆地上部吸氮量分别提高
23.4%、30.2%和 34.5%, 籽粒吸氮量提高 27.7%、
34.1%和 41.8%, 减氮垄覆增密模式虽略有增加
(6.4%和 13.3%), 但差异不显著; 第 2 年各处理差异
不显著, 但减氮垄覆和减氮垄覆增密的地上部吸氮
量分别降低 9.5%和 3.3%, 籽粒吸氮量分别降低
第 1期 李 强等: 氮肥管理与地膜覆盖对旱地冬小麦产量和氮素利用效率的影响 97


表 4 氮肥调控与地膜覆盖对冬前分蘖、开花期生物量、0~100 cm土层贮水量和硝态氮累积量的影响
Table 4 Effects of nitrogen fertilizer regulation and plastic film mulching on tillering before winter, biomass of winter wheat, and
water storage and nitrate N in 0–100 cm soil layers at flowering stage
2010–2011 2011–2012
处理
Treatment
冬前每株分蘖
Tillers per plant
before winter
生物量
Biomass
(kg hm–2)
贮水量
Water storage
in soil (mm)
NO3-N累积
NO3-N
accum.
(kg hm–2)
冬前每株分蘖
Tillers per
plant before
winter
生物量
Biomass
(kg hm–2)
贮水量
Water storage
in soil (mm)
NO3-N累积
NO3-N accum.
(kg hm–2)
P 3.8 b 8711 b 142.5 c 66.4 ab 4.0 a 8996 b 141.0 b 38.0 a
C 3.8 b 8967 ab 146.2 bc 72.1 a 4.1 a 8980 b 143.1 b 35.0 ab
NT 3.6 b 9783 ab 143.6 c 55.1 b 4.1 a 10574 a 151.0 a 28.3 ab
NR 4.4 a 10099 a 154.5 ab 35.2 c 4.4 a 9579 b 150.8 a 27.1 b
NRH 4.0 ab 9516 ab 161.4 a 31.3 c 4.2 a 10517 a 152.2 a 27.0 b
同列数据后不同小写字母表示 LSD检验在 P<0.05水平上差异显著。
Different small letters following values in the same column show significant difference at P<0.05 level. Accum.: accumulation.

表 5 氮肥调控与地膜覆盖对小麦氮素吸收与转运的影响
Table 5 Effects of nitrogen fertilizer regulation and plastic film mulching on N uptake and transportation by winter wheat
地上部吸氮量
N uptake of shoot (kg hm−2)
地上部吸氮量
N uptake of shoot (kg hm−2) 处理
Treatment 开花期
Flowering
收获期
Harvest
籽粒吸氮量
N uptake
of grain
(kg hm−2)
氮收获指数
N harvest
index (%) 开花期
Flowering
收获期
Harvest
籽粒吸氮量
N uptake
of grain
(kg hm−2)
氮收获指数
N harvest
index (%)
P 116.3 a 116.2 b 89.5 c 76.8 c 140.3 a 152.2 a 121.9 a 80.3 a
C 117.9 a 143.4 a 114.3 ab 79.7 ab 137.0 a 154.2 a 123.2 a 79.8 a
NT 130.3 a 151.3 a 120.0 a 79.3 bc 161.4 a 155.3 a 122.1 a 78.7 a
NR 129.4 a 156.3 a 126.9 a 81.2 ab 144.8 a 137.8 a 109.2 a 79.2 a
NRH 113.8 a 123.6 b 101.4 bc 82.0 a 158.5 a 147.2 a 113.8 a 77.5 a
同列数据后不同小写字母表示 LSD检验在 P<0.05水平上差异显著。
Different small letters following values in the same column show significant difference at P<0.05 level.

10.4%和 6.6%。氮收获指数, 第 1 年 4 种模式提高
3.8%、3.3%、5.7%和 6.8%, 第 2年与农户习惯施肥
无显著差异。比较开花期到收获期地上部吸氮量变
化发现, 第一年花后农户习惯施肥地上部分氮素累
积无变化, 其他 4种模式依次增加氮素 25.5、21.0、
26.9和 9.8 kg hm–2, 第 2年减氮追肥、减氮垄覆和
减氮垄覆增密模式减少 6.1、7.0和 11.3 kg hm–2。可
见, 追肥、减氮、覆膜和增密均没有有效增加花前
小麦地上部氮素累积。
3 讨论
3.1 氮肥调控对旱地冬小麦产量及氮肥利用的
影响
本研究表明, 传统施肥, 第1年氮肥偏生产力、
收获期生物量和产量显著提高15.6%、12.7%和15.7%,
第2年虽有增加的趋势, 但差异不显著。有研究发现,
在西班牙南部雨养农业区, 连续3年施氮150 kg hm–2,
其中50%或30%氮肥于拔节期追施 , 冬小麦产量显
著增加[18]。山西临汾旱地小麦田间试验也表明, 与
“一炮轰”施肥模式相比, 氮肥适量后移进行顶凌追
肥, 水分利用效率和产量都显著增加[3]。与本研究两
年得出的结果不完全一致, 主要是由于本试验第二
季小麦播前的夏季休闲期和冬小麦生育期降雨量均
较充足, 农户习惯施肥产量显著提高, 造成传统施
肥虽有增产趋势, 但差异不显著。另外, 根据土壤测
试调控氮肥用量, 结合早春追肥, 即减氮追肥处理,
第1年氮肥偏生产力、收获期生物量和产量显著增加
32.0%、18.1%和22.2%, 第2年显著增加17.5%、8.1%
和5.9%。山东泰安和兖州田间试验表明, 基于土壤
硝态氮测试的氮素实时管理, 与农民习惯施肥相比,
优化施肥在氮肥用量减少38.6%~53.3%后 , 冬小麦
产量提高0.87%~10.4% [19]。河北衡水的试验发现 ,
氮肥用量从240 kg hm–2减到168 kg hm–2, 基肥和大
喇叭口肥1∶2时, 夏玉米籽粒产量、植株干物质积
累量和植株氮累积量没有降低, 氮肥利用率反而增
加27.5%[20]。山东龙口试验也表明 , 氮肥从240 kg
hm–2减到168 kg hm–2, 基肥和拔节追肥1∶2时, 虽
然冬小麦产量增加不明显, 但氮肥利用率显著提高
98 作 物 学 报 第 40卷


13.9% [21]。可见, 减氮能否增产还因作物和试验地点
而异, 但合理减少氮肥用量, 可以明显提高氮肥利
用率。
3.2 氮肥调控结合覆膜及增加种植密度对旱地
冬小麦产量和氮肥利用的影响
在有效减少氮肥用量的基础上, 垄覆膜沟播冬
小麦能明显提高冬小麦的水肥利用效率, 增加作物
产量。减氮垄覆第1年开花期0~1 m土层贮水量、氮
肥偏生产力、氮肥生理利用率和产量显著提高8.4%、
35.1%、26.4%和38.6%, 第2年显著提高7.0%、25.7%、
11.5%和7.6%。旱地覆膜能明显提高作物产量 [4,22],
但一些研究也发现增产潜力有限, 并有随覆膜年限
延长而下降的趋势[23-24]。这可能是覆膜栽培作物前
期生长过快 , 蒸腾增加 , 过多消耗土壤贮水 , 土壤
水分得不到有效恢复所致。而本试验结合试验区降
雨量分布, 除作物生长期内覆膜外, 在作物收获后
的夏季休闲期继续保持垄上覆膜, 并且将秸秆全部
平铺于垄间, 起到明显的蓄水保水作用, 有效促进
土壤贮水恢复, 因此两年连续增产。减氮垄覆的基
础上增加冬小麦种植密度, 第1年开花期0~1 m土层
贮水量、水分利用效率、氮肥偏生产力、氮肥生理
利用率和产量显著提高13.3%、34.8%、61.8%和
24.8%, 第2年显著提高7.9%、19.0%、24.9%和12.7%,
可见 , 旱地合理增加种植密度能明显提高作物产
量。但陕西杨凌的试验却表明, 施氮225 kg hm–2, 基
本苗从每公顷230万株增加到280万株, 虽然公顷穗
数增加 16.8%, 但穗粒数和千粒重下降 26.2%和
0.93%, 产量降低14.4% [25], 河北南部的田间试验表
明, 提高种植密度玉米也有减产的可能[26]。主要原
因是种植密度过大, 影响了作物生长后期水分养分
吸收和光合利用, 以及功能叶片早衰[27]。
3.3 地表覆膜引起小麦籽粒含氮量降低的原因
与对策
在有效减少氮肥用量的情况下, 地表覆盖实现
了旱地冬小麦增产, 但籽粒含氮量却明显下降, 第 1
年减氮垄覆增密下降 14.0%, 第 2年减氮垄覆和减氮
垄覆增密下降 16.5%和 17.0%。主要原因是籽粒产量
大幅提升对籽粒含氮量有明显的稀释效应[28]。第 1
年减氮垄覆增密产量提高 24.8%, 而籽粒吸氮量只
提高 13.3%; 第 2 年减氮垄覆和减氮垄覆增密产量
分别提高 7.6%和 12.7%, 籽粒吸氮量却下降 10.4%
和 6.6%。籽粒吸氮量降低或增加滞后于产量的提高,
使籽粒氮含量因产量增加引起稀释而相对降低。另
一重要原因是花后土壤有效氮素供应不足。地表覆
膜开花期的根层硝态氮数量明显减少, 其中减氮垄
覆 0~1 m土层两年分别减少 47.0%和 28.7%, 减氮垄
覆增密减少 52.9%和 28.9%。说明地膜覆盖促进了冬
小麦营养生长期地上部干物质的形成和累积, 也使
开花期具有良好的土壤水分, 为后期灌浆和养分转
移创造了良好的基础物质条件, 但氮肥用量减少引
起的后期土壤有效氮数量减少, 影响了后期植株氮
素吸收和转移。说明虽然小麦籽粒约 80%的氮素来
自开花前营养器官的吸收和地上部累积氮素的再转
运 [29], 抽穗开花期后, 根层有效氮素减少不一定引
起作物产量的降低 , 但会明显降低作物的氮素吸
收、转运, 导致籽粒含氮量降低。因此, 地表覆盖栽
培条件下, 氮肥的管理目标既应考虑作物高产、养
分高效, 还应注意作物收获物的养分含量, 适当提
高氮肥水平[30]和追肥数量[19,31]。
4 结论
与农户习惯施肥相比, 传统施肥没有持续增加
冬小麦产量和氮素利用效率; 减氮追肥、减氮垄覆
和减氮垄覆增密能有效提高冬小麦产量和氮素利用
效率, 但减氮垄覆或增加种植密度却使籽粒含氮量
降低, 主要原因是进入开花期后土壤硝态氮累积量
减少, 氮素供应不足。综合分析, 减氮垄覆增产增效
更明显, 第 1 年小麦产量、氮肥偏生产力、氮肥生
理利用率分别提高 38.6%、49.6%和 35.1%, 第 2 年
提高 7.6%、16.3%和 25.7%。控氮与覆膜结合是实现
旱地冬小麦增产的重要措施, 但需注意生长后期土
壤氮素供应, 在增产的同时, 保证小麦品质。
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