全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(4): 657664 http://www.chinacrops.org/zwxb/
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(31171498)和国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-3-1-19)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 石玉, E-mail: shiyu@sdau.edu.cn, Tel: 0538-8241484
第一作者联系方式: E-mail: duanwenxue2010@163.com
Received(收稿日期): 2012-08-13; Accepted(接受日期): 2012-12-11; Published online(网络出版日期): 2013-01-28.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20130128.0920.009.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.00657
施氮深度对旱地小麦耗水特性和干物质积累与分配的影响
段文学 1 于振文 1 石 玉 1,* 张永丽 1 赵俊晔 2
1山东农业大学农业部作物生理生态与耕作重点实验室, 山东泰安 271018; 2中国农业科学院农业信息研究所, 北京 100081
摘 要: 为确定黄淮冬麦区旱地小麦施氮技术的最佳施肥深度, 2010—2012 连续两年度在大田条件下设置氮肥表面
撒施(D1), 施氮深度 10 cm (D2)、20 cm (D3)和 30 cm (D4) 4个处理, 研究了施氮深度对旱地小麦山农 16和烟农 0428
耗水特性和干物质积累与分配的影响。与 D1和 D2处理相比, D3和 D4处理在拔节至开花期和开花至成熟期的耗水
量显著提高, 40~120 cm土层土壤贮水消耗量显著增加, 在降水量较丰富的 2011—2012年度, D3和 D4处理 120~160
cm土层土壤贮水消耗量也显著高于 D1和 D2处理(高 4.0~5.3 mm), 说明 20~30 cm施氮肥有利于提高土壤水分的利
用, 尤其是土壤深层贮水的利用, 满足小麦拔节后的水分需求; D3和 D4处理拔节至开花期和开花至成熟期干物质积
累量均显著高于 D1和 D2处理, 成熟期和开花后干物质积累量分别高 642.1~2006.8 kg hm2和 394.5~723.1 kg hm2。
D3的籽粒产量和氮肥偏生产力与 D4无显著差异, 均显著高于 D1和 D2, 水分利用效率较高。因此, 20 cm是黄淮冬
麦区旱地冬小麦的适宜施氮深度。
关键词: 施氮深度; 旱地小麦; 耗水特性; 干物质积累与分配; 籽粒产量
Effects of Nitrogen Application Depth on Water Consumption Characteristics
and Dry Matter Accumulation and Distribution in Rainfed Wheat
DUAN Wen-Xue1, YU Zhen-Wen1, SHI Yu1,*, ZHANG Yong-Li1, and ZHAO Jun-Ye2
1 Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System, Ministry of Agriculture, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China;
2Agricultural Information Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
Abstract: To raise a suitable nitrogen application depth for rain-fed wheat in the Yellow-Huai Rivers Zone in China, we tested the
water consumption characteristics and dry matter accumulation amounts and distribution ratios of wheat cultivars Shannong 16
and Yannong 0428 under different nitrogen application depths in 2010–2011 and 2011–2012 growing seasons. The nitrogen ap-
plication depths were designed in four levels, which were surface application (D1) and application depths of 10 cm (D2), 20 cm
(D3), and 30 cm (D4). Compared to D1 and D2, D3 and D4 exhibited significantly greater water consumption amounts in the
periods of jointing–anthesis and anthesis–maturity and soil water consumption amounts in 40–120 cm soil layers (P < 0.05). In the
2011–2012 growing season with sufficient precipitation, the 120–160 cm soil water consumption amounts of D3 and D4 treat-
ments were 4.0–5.3 mm greater than those of D1 and D2 (P < 0.05). These results indicated that nitrogen applied in 20–30 cm of
soil depth could increase the utilization of soil water, particularly deep soil water, to meet the water requirement of wheat plant
after jointing stage. Besides, D3 and D4 treatments also showed dramatically higher dry matter accumulation amounts from joint-
ing to maturity than D1 and D2 treatments (P < 0.05). After anthesis, the dry matter accumulation amounts in D3 and D4 were
394.5–723.1 kg ha1 higher than those in D1 and D2, and at maturity stage, the increments were 642.1–2006.8 kg ha1. The grain
yields and partial factor productivities of nitrogen in D3 and D4 were significantly higher than those in D3 and D4, and no sig-
nificant difference between D3 and D4. Besides, D3 had relatively higher water use efficiency. Therefore, we suggest that 20 cm
is the optimal soil depth of nitrogen fertilizer application for rain-fed wheat in Huang-Huai Rivers Zone.
Keywords: Nitrogen application depth; Rainfed wheat; Water consumption characteristics; Dry matter accumulation and distribu-
tion; Grain yield
水分和养分胁迫是旱地小麦生长的主要限制因 子, 研究自然降水条件下旱地的水肥效应对提高旱
658 作 物 学 报 第 39卷

地冬小麦产量和肥料利用率具有重要意义[1]。合理的
施氮方式可增加旱地小麦产量, 提高水肥利用率[2-6]。
有关小麦施肥技术的研究报道很多, 如张文玲等 [7]
利用盆栽试验, 发现将氮肥施在种子侧下方 7 cm处
比氮肥与土壤混匀后播种更有利于小麦吸收氮素 ,
不同小麦品种的氮肥利用率平均提高 17.9%; 石岩
等[8]在土柱栽培条件下, 发现 20~40 cm土层施肥有
利于氮素向籽粒分配, 提高肥料氮利用率。在渭北
旱塬, 小麦生育期间降水 183 mm条件下, 提前深耕
一次并深施肥料比播种时深耕一次浅施肥或分次施
肥有明显增产效果, 水分利用效率提高 9.0% [9]; 施
肥技术因年降水量而异, 欠水年宜 7 月中旬一次性
深施, 平水年宜 8月中旬一次性深施, 丰水年则为 9
月中旬一次性深施, 施肥深度均为 15 cm [10]。此外,
沈玉芳等[11]试验表明, 在全生育期遮雨和人工控制
土壤水分条件下, 施肥深度 0~90 cm 的处理显著提
高小麦叶面积、株高、有效分蘖数和地上部生物量;
耿伟等[12]也证实在底墒水充足、冬小麦生育期旱作
条件下, 增加深层次施肥明显改善小麦旗叶光合生
理特性, 提高产量。
合理的施肥深度可以促进根系在深层土体中的
分布, 有利于延缓小麦根系衰老。Sharm 和 Chau-
dhary指出[13], 在不灌溉条件下, 深施氮肥有利于小
麦根系发育。石岩等 [14]利用土柱栽培法 , 观测到
20~40 cm土层施肥比 0~20 cm和 60~80 cm土层施
肥有利于延缓小麦根系衰老。张永清等[15]试验表明,
盆栽小麦的下层土壤根重、根长密度及根系活性在
20~30 cm土层施肥处理中明显提高。目前, 有关施
氮深度的研究多为盆栽和土柱栽培试验, 而大田条
件下的试验多集中于黄土高原旱塬区。在黄淮冬麦
区, 旱地小麦的施肥方式多为地表撒施, 耕翻或旋
耕后将肥料埋入地下, 不同施氮深度下旱地小麦的
耗水特性和干物质积累与分配特性尚不清楚。本试
验在鲁中丘陵旱地条件下, 结合深松将氮肥直接施
入不同深度土层, 研究施氮深度对小麦耗水特性和
干物质积累与分配的影响, 以期为该区旱地小麦合
理的氮肥运筹提供参考。
1 材料与方法
1.1 供试品种
2010—2011年度选用由山东农业大学选育的旱
地小麦品种山农 16, 同时在同一试验地选山东省的
5个旱地品种进行品种比较试验, 结果烟农 0428 (烟
台市农业科学研究院选育)的籽粒产量达 5338.8 kg
hm2, 超过山农 16 的 4523.0 kg hm2。因此, 烟农
0428 更适宜在当地旱地条件下种植, 故第 2 年度选
用该品种作进一步试验。
1.2 试验设计
两年度选山东省临淄区金山镇边河村大田
(36°7′N, 118°2′E)同一地块, 采用随机区组设计, 小
区面积 3.0 m×5.5 m=16.5 m2, 3次重复, 小区间设 2
m宽保护行。试验地为丘陵旱地, 无灌溉条件; 前茬
为夏玉米 , 秸秆粉碎还田后种植冬小麦。2010—
2011年度小麦播种前 0~20 cm土层含有机质 12.5 g
kg1、全氮 1.1 g kg1、碱解氮 83.7 mg kg1、速效磷
27.1 mg kg1、速效钾 115.5 mg kg1; 小麦生育期间
降水量为 105.6 mm, 其中播种至冬前期 5.0 mm, 返
青至拔节期 20.0 mm, 拔节至开花期 9.5 mm, 开花
至成熟期 71.1 mm。2011—2012 年度小麦播种前
0~20 cm土层含有机质 12.9 g kg1、全氮 1.1 g kg1、
碱解氮 90.4 mg kg1、速效磷 29.1 mg kg1、速效钾
116.6 mg kg1; 小麦生育期内降水量较上年丰沛 ,
为 178.2 mm, 其中播种至冬前期 105.6 mm, 冬前至
返青期 12.7 mm, 返青至拔节期 23.2 mm, 拔节至开
花期 25.1 mm, 开花至成熟期 11.6 mm。
两年度设相同的 4 个氮肥处理, 分别是表面撒
施(D1)及施氮深度 10 cm (D2)、20 cm (D3)和 30 cm
(D4)。所有处理施肥量相同, 均施纯氮(尿素, 含 N
46%)、P2O5 (重过磷酸钙, 含 P2O5 46%)和 K2O (硫
酸钾, 含 K2O 50%)各 150 kg hm2。D1处理, 首先
将 3 种肥料全部撒施于地表, 然后用深松施肥一体
机(郓农 ZS-180 型, 山东郓城)深松 1 遍(不施肥, 深
松深度 30 cm), 用旋耕犁(郓农 ICQN-230 型, 山东
郓城)旋耕 2 遍(深度 15 cm), 人工耙实后机播下种;
D2 至 D4 处理, 将磷、钾肥撒施于地表, 用深松施
肥一体机分别按设计深度施氮肥(深松和施肥同时
进行, 深松深度 30 cm), 用旋耕犁旋耕 2遍(深度 15
cm), 人工耙实后机播下种。小麦基本苗均为 225 株
m2, 四叶期定苗, 全生育期不浇水。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 土壤含水量 于小麦播种、冬前、返青、
拔节、开花和成熟期(收获前 1 d), 分别用土钻取
0~200 cm土层的土壤样品, 每 20 cm为一个土样层。
取土后将各样本立即装入铝盒, 称鲜重; 带回实验
室于 110℃下烘至恒重, 称取干重。土壤质量含水量
(%) = (土壤鲜质量－土壤干质量)/土壤干质量×100。
第 4期 段文学等: 施氮深度对旱地小麦耗水特性和干物质积累与分配的影响 659


1.3.2 耗水量 按刘增进等 [16]报道的公式计算
小麦各生育阶段的耗水量。
 1 2 1 2 0
1
10
n
i i i i
i
ET H M P K  

    
式中, ET12为阶段耗水量; i为土层编号; n为总土层
数; γi为第 i层土壤容重; Hi为第 i层土壤厚度; θi1和
θi2为第 i层土壤时段初和时段末的土壤质量含水量;
M 为时段内的灌水量, 本试验全生育期不灌水, 因
此 M = 0; P0为有效降水量; K为时段内的地下水补
给量, 当地下水埋深大于 2.5 m时, K值可以忽略不
计, 本试验的地下水埋深在 5.0 m以下, 且无补充灌
溉, K = 0 [16]。
1.3.3 植株干物质积累量 于返青、拔节、开花
和成熟期进行群体调查和取样, 其中返青和拔节期
随机取 12株整株样品, 于开花期挂牌标记同一日开
花的单茎, 于每个小区随机取 30个单茎, 分为叶片、
茎秆+叶鞘和穗 3个部分, 成熟期于每小区随机取 30
个单茎, 分为籽粒、叶片、茎秆+叶鞘和颖壳+穗轴 4
部分。于 70℃烘干各时期样品至恒重, 测定干物重[17]。
各生育阶段干物质积累量=阶段末干物质积累
量－阶段初干物质积累量[18];
各器官的干物质分配比例(%)=各器官的干物质
积累量/植株地上部干物质积累量×100 [19];
开花前营养器官贮藏同化物转运量=开花期干
重－成熟期干重[20];
开花前营养器官贮藏同化物转运率(%)=开花前
营养器官贮藏同化物转运量/开花期干重×100 [20];
开花后同化物输入籽粒量=成熟期籽粒干重－开花
前营养器官贮藏物质转运量[20];
开花前营养器官贮藏同化物转运量对籽粒产量
的贡献率(%)=开花前营养器官贮藏物质转运量 /成
熟期籽粒干重×100 [20];
开花后干物质积累量对籽粒产量的贡献率(%)=
开花后同化物输入籽粒量/成熟期籽粒干重×100 [20]。
1.3.4 耗水模系数、日耗水量、水分利用效率和氮
肥偏生产力 依据刘增进等[16]报道的公式, 耗水
模系数(%)=各阶段耗水量/作物全生育期耗水量, 日
耗水量(mm)=各阶段耗水量/各阶段生育时期天数, 水
分利用效率(kg hm−2 mm−1)=籽粒产量(kg hm−2)/作物
全生育期耗水量(mm); 据 Cassman 等[21]的报道, 氮肥
偏生产力(kg kg−1)=籽粒产量/施氮量。
1.4 统计分析
用 Microsoft Excel 2003 处理数据和绘图, 用
DPS7.5 软件进行统计分析和差异显著性检验(LSD
法)。
2 结果与分析
2.1 施氮深度对小麦阶段耗水量、耗水模系数和
日耗水量的影响
各处理播种至返青期耗水量较小, 返青后耗水
量增大, 其中开花至成熟期耗水量高于其他各时期,
耗水模系数为 34.0%~44.9%, 是耗水高峰期(表 1);
D3和 D4处理拔节至开花期和开花至成熟期耗水量
均显著高于 D1 和 D2, 表明适当深施氮肥有利于满

表 1 施氮深度对小麦阶段耗水量、耗水模系数和日耗水量的影响
Table 1 Effect of nitrogen application depth on water consumption at different phases of wheat growth
播种至冬前期
Sowing to pre-wintering
冬前至返青期
Pre-wintering to revival
返青至拔节期
Revival to jointing
拔节至开花期
Jointing to anthesis
开花至成熟期
Anthesis to maturity处理
Treatment CA
(mm)
CP
(%)
CD
(mm)
CA
(mm)
CP
(%)
CD
(mm)
CA
(mm)
CP
(%)
CD
(mm)
CA
(mm)
CP
(%)
CD
(mm)
CA
(mm)
CP
(%)
CD
(mm)
2010–2011
D1 29.3 a 10.4 a 0.5 a 15.9 a 5.3 b 0.2 a 48.7 a 17.2 a 1.0 a 67.8 b 24.0 a 2.9 b 120.8 b 42.8 a 3.6 b
D2 29.3 a 10.4 a 0.5 a 16.3 a 5.8 a 0.2 a 46.7 a 16.6 a 1.0 a 66.7 b 23.7 a 2.9 b 122.8 b 43.6 a 3.6 b
D3 29.3 a 9.8 b 0.5 a 16.1 a 5.4 b 0.2 a 46.7 a 15.7 b 1.0 a 73.0 a 24.6 a 3.2 a 132.2 a 44.5 a 3.9 a
D4 28.8 a 9.6 b 0.5 a 16.6 a 5.6 ab 0.2 a 46.3 a 15.5 b 1.0 a 73.2 a 24.4 a 3.2 a 134.4 a 44.9 a 4.0 a
2011–2012
D1 28.9 a 6.5 a 0.5 a 63.2 a 14.1 a 0.7 a 78.4 b 17.5 ab 1.9 b 125.1 c 28.0 b 4.8 c 152.0 c 34.0 b 4.7 c
D2 26.7 b 5.9 b 0.4 b 52.9 b 11.7 b 0.6 b 77.3 b 17.1 b 1.8 c 134.3 b 29.6 a 5.2 b 161.8 b 35.7 b 5.1 b
D3 10.1 c 2.2 c 0.2 c 50.7 b 10.9 c 0.6 b 84.2 a 18.1 a 2.0 a 144.1 a 31.1 a 5.5 a 174.8 a 37.7 a 5.5 a
D4 9.9 c 2.1 c 0.2 c 50.4 b 10.7 c 0.6 b 85.3 a 18.1 a 2.0 a 146.1 a 31.0 a 5.6 a 180.1 a 38.2 a 5.6 a
CA: 耗水量; CP: 耗水模系数; CD: 日耗水量。同一年度中, 同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。
CA: water consumption amount; CP: water consumption percentage; CD: water consumption amount per day. In each growing season,
values with a column followed by different letters are significantly different at P<0.05.
660 作 物 学 报 第 39卷

足小麦拔节后的水分需求, 促进有效分蘖形成和籽
粒灌浆。
两年度处理间阶段耗水量和日耗水量变化趋势
基本一致, 2011—2012 年度降水量较上年多, 因而
各处理阶段耗水量增加, 其中拔节至开花期和开花
至成熟期分别增加 57.3~72.9 mm和 31.1~45.6 mm,
有利于提高籽粒产量。
2.2 施氮深度对 0~200 cm 各土层土壤贮水消耗
量的影响
两年度 D2 处理 60~100 cm 土层土壤贮水消耗
量显著高于 D1, D3和 D4处理 40~120 cm土层土壤
贮水消耗量显著高于 D1 和 D2; 2011—2012 年度,
D3 和 D4 处理 120~160 cm 土层土壤贮水消耗量显
著高于 D1 和 D2 (表 2)。表明将氮肥直接施入土层
有利于小麦利用土壤贮水, 在降水较丰沛的年份各
处理土壤贮水消耗量存在差异的土层加深到 160 cm,
深施氮肥的 D3和 D4处理有利于小麦对深层土壤贮
水的利用。2011—2012 年度与 2010—2011 年度相
比, 各处理 100~200 cm 土层土壤贮水消耗量增加,
小麦对深层土壤贮水的利用能力增强。
2.3 施氮深度对小麦各生育阶段和成熟期干物
质积累量的影响
两年度 D3和 D4处理拔节至开花期、开花至成
熟期和成熟期干物质积累量显著高于 D1 和 D2 (表
3), 表明深施氮肥的 D3 和 D4 处理促进了拔节后的
干物质积累, 这与其拔节至开花期和开花至成熟期
的耗水优势(表 1)相吻合, 有利于提高籽粒产量。
2011—2012年度与 2010—2011年度相比, 各处理各
生育阶段干物质积累量均较高, 是其获得较高籽粒
产量的物质基础。

表 2 施氮深度对小麦 0~200 cm各土层土壤贮水消耗量的影响
Table 2 Effect of nitrogen application depth on soil water consumption amount in various soil layers of wheat filed (mm)
土层 Soil layer 处理
Treatment 0–20 cm 20–40 cm 40–60 cm 60–80 cm 80–100 cm 100–120 cm 120–140 cm 140–160 cm 160–180 cm 180–200 cm
2010–2011
D1 30.4 a 28.7 a 22.3 c 20.4 c 22.1 c 19.5 b 14.7 a 10.3 a 5.5 a 3.0 a
D2 30.3 a 25.8 b 22.0 c 22.1 b 23.4 b 19.5 b 14.4 a 10.1 a 5.4 a 3.2 a
D3 31.9 a 29.2 a 25.0 b 24.3 a 27.0 a 20.8 a 14.5 a 10.4 a 5.4 a 3.1 a
D4 31.5 a 29.0 a 26.6 a 25.3 a 27.7 a 20.8 a 14.5 a 10.2 a 5.2 a 3.1 a
2011–2012
D1 46.5 a 34.5 a 25.4 d 27.2 c 26.1 c 26.3 b 23.6 b 23.0 b 21.3 a 15.4 a
D2 45.9 a 34.2 a 26.9 c 29.1 b 27.7 b 26.9 b 24.1 b 23.4 b 21.5 a 15.2 a
D3 46.1 a 33.8 a 29.2 b 30.8 a 29.3 a 27.6 ab 26.0 a 25.6 a 21.8 a 15.5 a
D4 47.6 a 34.6 a 30.9 a 32.0 a 30.5 a 29.1 a 26.8 a 25.1 a 21.4 a 15.7 a
同一年度中, 同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。
In each growing season, values with a column followed by different letters are significantly different at P<0.05.

表 3 施氮深度对小麦不同生育阶段干物质积累量的影响
Table 3 Effect of nitrogen application depth on dry matter accumulation at different phases of wheat growth (kg hm−2)
处理
Treatment
播种至返青期
Sowing to revival
返青至拔节期
Revival to jointing
拔节至开花期
Jointing to anthesis
开花至成熟期
Anthesis to maturity
成熟期
Maturity
2010–2011
D1 1341.2 a 1644.2 a 2679.5 c 3018.7 b 8683.6 b
D2 1311.6 a 1531.6 b 2822.6 b 3028.4 b 8694.0 b
D3 1311.2 a 1523.2 b 3039.5 a 3529.1 a 9403.0 a
D4 1314.0 a 1515.8 b 3020.3 a 3486.1 a 9336.1 a
2011–2012
D1 2062.3 a 2428.6 b 4519.7 c 3741.1 c 12752.1 c
D2 1844.8 b 2517.5 b 4980.6 b 4060.9 b 13403.8 b
D3 1873.9 b 2986.1 a 5346.6 a 4455.4 a 14662.1 a
D4 1853.5 b 3111.5 a 5329.4 a 4464.5 a 14758.9 a
同一年度中, 同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。
In each growing season, values with a column followed by different letters are significantly different at P<0.05.
第 4期 段文学等: 施氮深度对旱地小麦耗水特性和干物质积累与分配的影响 661


2.4 施氮深度对小麦成熟期干物质在各器官中
分配的影响
成熟期干物质在各器官中的分配量及比例均
以籽粒最高, 茎鞘+叶片居中, 穗轴+颖壳最低; 且
处理间各器官干物质分配比例无显著差异, 但 D3
和 D4 处理籽粒干物质分配量均显著高于 D1 和 D2
(表 4)。表明施氮深度对成熟期干物质在各器官中的
分配比例无显著调控效应, 深施氮肥的 D3和 D4处
理 , 有利于提高两年度成熟期的籽粒干物质分配
量。2011—2012 年度与 2010—2011 年度相比, 各
处理籽粒干物质分配量增加, 从而获得较高的籽粒
产量。

表 4 施氮深度对小麦成熟期干物质在各器官中分配的影响
Table 4 Effect of nitrogen application depth on dry matter distribution in different organs at maturity stage of wheat
茎鞘+叶片 Stem+sheath+leaf 穗轴+颖壳 Spike axis+glume 籽粒 Grain 处理
Treatment 单茎量
Amount per culm (mg)
比例
Ratio (%)
单茎量
Amount per culm (mg)
比例
Ratio (%)
单茎量
Amount per culm (mg)
比例
Ratio (%)
2010–2011
D1 627.0 b 37.0 a 227.0 a 13.4 a 842.0 b 49.6 a
D2 644.0 b 37.3 a 224.0 a 13.0 a 857.0 b 49.7 a
D3 679.0 a 37.2 a 233.0 a 12.8 a 915.0 a 50.1 a
D4 680.0 a 37.1 a 234.0 a 12.8 a 919.0 a 50.1 a
2011–2012
D1 777.5 b 39.0 a 238.5 c 12.0 a 976.5 c 49.0 a
D2 796.5 b 38.7 a 251.5 b 12.2 a 1012.0 b 49.1 a
D3 911.0 a 40.1 a 266.5 a 11.7 a 1094.5 a 48.2 a
D4 895.5 a 39.6 a 277.5 a 12.3 a 1086.0 a 48.1 a
同一年度中, 同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。
In each growing season, values with a column followed by different letters are significantly different at P<0.05.

2.5 施氮深度对小麦开花后干物质积累和转运
的影响
2010—2011 和 2011—2012 年度开花后干物质
积累量对籽粒的贡献率为分别为 70.0%~74.9%和
59.9%~63.1% (表 5), 表明开花后干物质积累量是籽
粒干物质的主要来源。2010—2011 年度 D3 和 D4
处理开花前营养器官贮藏转运率和转运量对籽粒的
贡献率显著低于 D1 和 D2, 开花后干物质积累量及
其对籽粒的贡献率显著高于 D1 和 D2; 2011—2012
年度亦有相似表现, 但各处理开花前营养器官贮藏

表 5 施氮深度对小麦开花后干物质积累和转运的影响
Table 5 Effects of nitrogen application depth on dry matter distribution and accumulation after anthesis in wheat
开花前营养器官贮藏的同化物
Dry matter accumulated in vegetative organs before anthesis
开花后积累的干物质
Dry matter accumulated after anthesis 处理
Treatment 向籽粒转运量
Among of translocation
into grain (kg hm−2)
转运率
Ratio of translocation
(%)
对籽粒贡献率
Contribution to grain
(%)
籽粒中积累量
Amount of accumulation
in grain (kg hm−2)
对籽粒贡献率
Contribution to grain
(%)
2010–2011
D1 1292.3 a 22.8 a 30.0 a 3018.7 b 70.0 b
D2 1290.9 a 22.8 a 29.9 a 3028.4 b 70.1 b
D3 1180.1 b 20.1 b 20.1 b 3529.1 a 74.9 a
D4 1194.7 b 20.4 b 20.4 b 3486.1 a 74.5 a
2011–2012
D1 2508.2 a 27.8 a 40.1 a 3741.4 c 59.9 b
D2 2523.9 a 27.0 ab 38.3 b 4060.9 b 61.7 a
D3 2607.8 a 25.5 b 36.9 b 4455.4 a 63.1 a
D4 2630.8 a 25.6 b 37.1 b 4464.5 a 63.0 a
同一年度中, 同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。
In each growing season, values with a column followed by different letters are significantly different at P<0.05.
662 作 物 学 报 第 39卷

同化物的转运量和开花后干物质积累量均高于上一
年度, 最终获得较高产量(表 5)。综合两年度数据可
见, 深施氮肥的 D3和 D4处理有利于促进开花后的
干物质积累, 是其获得较高籽粒产量的主要原因。
2.6 施氮深度对小麦籽粒产量和水分利用效率
的影响
各处理的穗数无显著差异, 千粒重、籽粒产量
和氮肥偏生产力在 D3和 D4之间无显著差异, 但均
显著高于 D1 和 D2 (表 6)。表明施氮深度为 20 cm
时, 籽粒产量和氮肥偏生产力显著提高; 再增加施
氮深度至 30 cm, 籽粒产量和氮肥偏生产力均无显
著变化。2010—2011年度各处理穗粒数和水分利用
效率均无显著差异; 2011—2012年度 D3和 D4处理
的穗粒数显著高于 D1 和 D2, 水分利用效率较高。
综合两年度数据, 20 cm是较适宜的施氮深度。2011
—2012年度与 2010—2011年度相比, 各处理成熟期
穗数和穗粒数增加, 籽粒产量和氮肥偏生产力提高,
水分利用效率降低。

表 6 施氮深度对小麦籽粒产量、水分利用效率和氮肥偏生产力的影响
Table 6 Effects of nitrogen application depth on grain yield, water use efficiency and partial factor productivity from applied N
in wheat
处理
Treatment
穗数
SN (×104 hm2)
穗粒数
GNS
千粒重
TGW (g)
籽粒产量
GY (kg hm2)
耗水量
WCA (mm)
水分利用效率
WUE (kg hm2 mm1)
氮肥偏生产力
PFPN (kg kg1)
2010–2011
D1 442.7 a 22.5 a 46.2 b 4322.8 b 282.5 b 15.3 a 28.8 b
D2 440.0 a 22.6 a 46.3 b 4318.4 b 281.7 b 15.3 a 28.8 b
D3 453.3 a 22.6 a 47.5 a 4659.2 a 297.2 a 15.7 a 31.1 a
D4 448.0 a 22.8 a 47.3 a 4641.7 a 299.5 a 15.5 a 30.9 a
2011–2012
D1 634.7 a 33.1 b 33.3 c 6340.5 c 447.6 b 14.2 b 42.3 c
D2 640.0 a 33.5 b 34.2 b 6675.6 b 452.9 ab 14.7 ab 44.5 b
D3 637.3 a 34.4 a 35.3 a 7032.9 a 464.0 ab 15.2 a 46.9 a
D4 642.7 a 34.5 a 35.4 a 7044.3 a 471.8 a 14.9 a 47.0 a
同一年度中, 同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。
In each growing season, values with a column followed by different letters are significantly different at P<0.05. SN: spike number;
GNS: grain number per spike; TGW: thousand-grain weight; GY: grain yield; WCA: water consumption amount; WUE: water use efficiency;
PFPN: partial factor productivity from applied nitrogen.

3 讨论
前人研究表明, 黄土旱塬区在干旱、平水和丰
水年份, 小麦的耗水量分别为 191~316、339~433和
436~553 mm [22]; 渭北旱塬区冬小麦拔节至成熟期
日耗水量为 3.09 mm, 耗水比例为 53.66% [23]; 在豫
西旱地不同降水年型下, 抽穗至成熟期均为冬小麦
水分消耗盛期[24]; 在甘肃河东雨养农业区, 冬小麦
最大需水量出现在开花至乳熟期[25]; 在黄土旱塬, 小
麦在欠水年的土壤贮水消耗量可达 170~193 mm [26]。
亦有研究指出, 在渭北旱塬区, 随总耗水量的增加,
冬小麦深层土壤耗水量增加, 达 400 mm 左右时,
100~200 cm 土层土壤耗水量占土壤耗水总量的
27.7%~30.5% [23]。在晋南丘陵旱地, 小麦播种至冬
前期耗水深度在 120 cm以上土层, 抽穗后则主要在
80~200 cm 土层[27]。本试验在鲁中丘陵旱地研究了
不同施氮深度下的小麦耗水特性, 在两年不同降水
年型下, 深施氮肥的 D3和 D4处理有利于满足拔节
后的水分需求, 提高 100~160 cm中下层土壤贮水的
利用能力 , 利于籽粒灌浆 , 提高千粒重 , 是获得较
高籽粒产量的原因。
有研究表明, 在土柱栽培条件下, 20~40 cm 的
施氮处理各生育时期小麦地上部干物质积累量较高,
在孕穗期和开花期均显著高于 0~20 cm和 40~60 cm
的施氮处理; 花后干物质积累量对籽粒的贡献率比
0~20 cm施氮处理提高 3.12% [28]。本试验在大田条
件下研究表明, 深施氮肥的 D3和 D4处理有利于提
高拔节后, 尤其是开花后干物质积累量, 是其获得
较高籽粒产量的生理基础。
在豫东潮土区, 氮肥施于 15~20 cm 土层比施于
8~10 cm土层增产 337.1 kg hm−2, 增产率为 7.6% [29]。
在渭北旱塬沟播条件下, 播前或休闲期 20 cm 深度
施肥比表面撒施增产 13.2%~14.4% [30]; 在渭北旱塬,
休闲期施肥深度 15 cm比播种时施肥深度 5 cm显著
增产[10], 相比播种时深耕一次浅施肥处理, 休闲期
提前深耕一次并结合深施肥, 小麦籽粒产量可提高
第 4期 段文学等: 施氮深度对旱地小麦耗水特性和干物质积累与分配的影响 663


12.0%~14.2%[9]。本试验表明, 施氮深度为 20 cm与
氮肥表面撒施相比 , 籽粒产量可提高 7.2%~9.8%,
水分利用效率可提高 2.4%~6.5%。
本试验两年度降水量相差较大 , 降水量大的
2011—2012年度各处理的耗水量、干物质积累量和
籽粒产量均高于降水量低的 2010—2011年度, 但氮
肥深施的产量效应基本一致, 两年度深施氮肥的 D3
和 D4 处理显著提高拔节至开花期和开花至成熟期
耗水量, 有利于提高拔节后干物质积累量, 增加穗
粒数和千粒重, 是其获得较高籽粒产量的原因。第 2
年度选用产量潜力较高的烟农 0428做供试品种, 获
得的籽粒产量高于第 1 年度田间品种比较试验的籽
粒产量, 其籽粒产量相差较大的原因, 一是选用了
产量潜力较高的品种, 二是第 2 年度降水量大, 促
使烟农 0428的穗数和穗粒数显著增加。本试验两年
度的供试品种不同, 对年际间处理的比较产生一定
影响, 今后应对同一品种不同施氮深度下年际间的
产量效应进一步研究。
4 结论
在鲁中丘陵旱地, 相比氮肥表面撒施和施氮深
度为 10 cm, 结合深松将氮肥深施于 20 cm土层, 可
显著提高小麦拔节至开花期和开花至成熟期耗水量,
增加开花后干物质积累量, 提高千粒重; 籽粒产量
和氮肥偏生产力显著提高, 从而提高了旱地麦田氮
肥底施的施肥效果; 再增加施氮深度至 30 cm, 籽粒
产量、水分利用效率和氮肥偏生产力均无显著变化。
在与试验条件相似环境下, 20 cm 是适宜的施氮深
度。
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