全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2012, 38(9): 16571664 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项目(CARS-3-1-19)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 张永丽, E-mail: zhangyl@sdau.edu.cn, Tel: 0538-8247828
第一作者联系方式: E-mail: duanwenxue2010@163.com
Received(收稿日期): 2012-02-21; Accepted(接受日期): 2012-06-06; Published online(网络出版日期): 2012-07-03.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20120703.0858.201209.0_011.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2012.01657
施氮量对旱地小麦耗水特性和产量的影响
段文学 于振文 张永丽* 王 东 石 玉
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
摘 要: 2009—2010和 2010—2011小麦生长季, 分别利用小麦品种济麦 22和山农 16, 研究了施氮量 0 (N0)、90 (N1)、
120 (N2)、150 (N3)、180 (N4)和 210 kg hm2 (N5)条件下的小麦耗水特性和产量水平。N3处理的耗水量在播种至拔
节期与 N1和 N2处理无显著差异, 但在拔节至成熟期显著高于 N1和 N2处理; N4处理各阶段耗水量与 N3处理无显
著差异; N5处理在返青至开花期耗水量显著增加。当施氮量由 90 kg hm2增加到 150 kg hm2时, 小麦对深层土壤贮
水利用能力增强, 但施氮量继续增加, 80 cm以下土层土壤贮水消耗量未显著增加。N3处理在拔节后株间蒸发量显著
低于 N1 和 N2 处理, 开花后旗叶水分利用效率显著高于 N1 和 N2 处理, 但与 N4 和 N5 处理拔节后的株间蒸发量及
开花后旗叶水分利用效率无显著差异。在本试验条件下, N3 处理的产量、水分利用效率和降水利用效率最高, 氮肥
生产效率也较高, 因此 150 kg hm2是适宜的施氮量。
关键词: 施氮量; 旱地小麦; 耗水量; 水分利用效率; 籽粒产量
Effects of Nitrogen Application Rate on Water Consumption Characteristics
and Grain Yield in Rainfed Wheat
DUAN Wen-Xue, YU Zhen-Wen, ZHANG Yong-Li*, WANG Dong, and SHI Yu
Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System, Ministry of Agriculture / Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China
Abstract: Nitrogen management plays a key role in high yield of rainfed wheat. To propose a suitable nitrogen application rate for
the rainfed wheat in Yellow and Huaihe River Valleys, particularly in Shandong Province, we explored the water consumption
characteristics and final yield of dryland wheat in response to different nitrogen application rates in the 2009–2010 and 2010–2011
growing seasons. Wheat cultivars Jimai 22 (in 2009–2010 growing season) and Shannong 16 (in 2010–2011 growing season) were
both supplied with nitrogen fertilizer at 0 (N0), 90 (N1), 120 (N2), 150 (N3), 180 (N4), and 210 kg ha1 (N5). In N3 treatment, the
water consumption amount had no significant difference with that in N1 or N2 treatment from sowing to jointing stage, but sig-
nificantly higher from jointing to maturity stage. The water consumption amounts in N4 treatment had no significant changes at
various stages, and increased significantly in N5 treatment from revival to anthesis stage. When the nitrogen application rate was
raised from 90 to 150 kg ha1, wheat showed an increased capability to absorb soil water from deep soil layers. However, further
increase of nitrogen fertilizer had no effect on consumption amount of soil water below 80 cm from the surface. The soil evapora-
tion after jointing was significantly lower in N3 treatment than in N1 and N2 treatments, and the water use efficiency of flag leaf
after anthesis was significantly higher in N3 treatment than in N1 and N2 treatments. Compared to N3 treatment, N4 and N5
treatments had no significant effects on soil evaporation after jointing and water use efficiency of flag leaf after anthesis. There-
fore, 150 kg ha1 is proposed as the optimal nitrogen application rate for rainfed wheat grown in the environment similar to that in
this experiment, because N3 treatment resulted in the highest grain yield and water use efficiency, as well as relatively high nitro-
gen productive efficiency.
Keywords: Nitrogen application rate; Rainfed wheat; Water consumption amount; Water use efficiency; Grain yield
黄淮冬麦区旱地小麦面积较大, 仅山东省就有
133万公顷, 约占全省麦田总面积的 1/3 [1], 该区年
降水量 520~980 mm, 降水季节分布不均, 多集中在
6、7和 8月, 小麦生育期降水量 150~300 mm [2]。旱
地农业生产的关键是水氮的合理配合, 研究自然降
水条件下旱地水肥效应对提高旱地冬小麦产量有重
1658 作 物 学 报 第 38卷

要意义[3]。施用氮肥可显著提高旱地小麦籽粒产量[4-10],
增强其对土壤贮水的利用能力[11], 提高水分利用效
率[12-14]。Lopez等[15]研究认为, 在地中海气候区降水
较多的年份, 施用氮肥对旱地小麦籽粒产量影响显
著, 适宜施氮量为 60 kg hm2。在黄土高原南部旱地,
施氮量为 80 kg hm2时小麦增产幅度最大[16]。在渭
北旱塬区, 施氮量为 120 kg hm2的小麦产量与当地
传统施氮量 180 kg hm2的无显著差异, 但可提高水
分利用效率[17]。施氮对豫西黄土丘陵区小麦土壤水
分变化动态影响较小, 但可显著提高产量和水分利
用效率, 适宜施氮量为 138 kg hm2 [18]。可见旱地小
麦不同种植地区的适宜施氮量不同, 对黄淮冬麦区
旱地小麦的适宜施氮量及不同施氮量条件下耗水特
性的研究少见报道。本试验在黄淮冬麦区研究施氮
量对旱地小麦耗水特性和产量的影响, 以期为该区
旱地小麦合理的氮肥运筹提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验于 2009—2010 和 2010—2011 小麦生长季
在山东省淄博市临淄区金山镇边河村大田(36°7N,
118°2E)同一地块进行, 该地区为丘陵旱地, 无灌溉
条件。
2009—2010年度小麦播种前 0~20 cm土层含有
机质 12.1 g kg1、全氮 1.0 g kg1、碱解氮 73.5 mg
kg1、速效磷 27.0 mg kg1、速效钾 115.8 mg kg1。
小麦生育期间降水量为 238.9 mm, 其中播种至冬前
期 57.9 mm, 冬前至返青期 37.7 mm, 返青至拔节期
35.6 mm, 拔节至开花期 7.9 mm, 开花至成熟期 99.8
mm。2010—2011 年度小麦播种前试验田 0~20 cm
土层含有机质 12.9 g kg1、全氮 0.9 g kg1、碱解氮
82.1 mg kg1、速效磷 26.6 mg kg1、速效钾 118.5 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。
2009—2010 和 2010—2011 生长季分别种植中
高肥水品种济麦 22和旱地品种山农 16, 2009—2010
生长季品种比较田间试验中两品种的产量分别为
4 796.5 kg hm2和 5 104.7 kg hm2。2年度均设置 6
个施氮量处理, 分别施纯氮 0 (N0)、90 (N1)、120
(N2)、150 (N3)、180 (N4)和 210 kg hm2 (N5), 采用
随机区组设计, 小区面积 3 m×6 m = 18 m2, 3次重复,
小区间设 2 m宽保护行; 基本苗 225株 m2, 四叶期
定苗。氮肥(尿素, 含 N 46%)与磷(重过磷酸钙, 含
P2O5 46%)、钾肥(硫酸钾, 含 K2O 50%)全部做底肥
一次性施入, 其中P2O5和K2O施用量均为150 kg hm2。
全生育期不浇水, 其他田间管理措施同大田生产。
1.2 参数测定
用土钻取 0~200 cm土层的土壤样品, 每 20 cm
为一层, 取土后立即装入铝盒, 称鲜重, 110℃烘干
至恒重, 称干重, 用于计算土壤含水量。
用内径为 7.5 cm、壁厚 5 mm的 PVC管自制小
型蒸发器, 分别在小麦越冬期、返青期、拔节期、
开花期和灌浆期置小麦行间, 连续 7 d测定株间蒸发
量[19]。每次测定时, 将蒸发器垂直压入土壤内, 每
天同一时刻用精度为 0.01 g的电子天平称量后立即
放回行间原位置, 相邻 2 d 内质量的差值为其蒸发
量。每 2~3 d更换一次小型蒸发器中原状土, 降水后
立即更换原状土体。
选择开花后晴天, 用 CIRAS-2 型光合作用测定
仪(PP Systems公司, 英国), 于 9:00~11:00自然光照
条件下测定旗叶净光合速率和蒸腾速率; 用叶片蒸
腾消耗一定量的水所同化的 CO2量来表示单叶水分
利用效率。
1.3 计算公式
土壤质量含水量 (%)=(土壤鲜质量土壤干质
量)/土壤干质量×100 (1)
1 2 1 2 0
1
10 ( )
n
i i i i
i=
ET = H M P K       [20] (2)
1 2
1
10 ( )
n
i i i i
i=
S = H    [20] (3)
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) [20] (4)
降水利用效率 (kg hm2 mm1)=籽粒产量 (kg
hm2)/降水量(mm) [21] (5)
土壤水利用效率(kg hm2 mm1)=籽粒产量(kg
hm2)/土壤贮水消耗量(mm) [22] (6)
氮肥生产效率(kg kg1)=籽粒产量/施氮量[23] (7)
WUEL=Pn/Tr [24] (8)
式(2)和(3)中, 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分别
为第 i 层土壤时段初和时段末的土壤质量含水量。
式(2)中, ET12为阶段耗水量, M为时段内的灌水量,
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值可以不计; 本试验的地
下水埋深在 5 m 以下, 且小麦全生育期不灌水, 因
此 K值和 M值均为 0。式(3)中, ΔS为土壤贮水消耗
量。式(8)中, WUEL为单叶水分利用效率(μmol CO2
第 9期 段文学等: 施氮量对旱地小麦耗水特性和产量的影响 1659


mmol1 H2O), Pn为净光合速率(μmol CO2 m2 s1), Tr
为蒸腾速率(mmol H2O m2 s1)。
1.4 统计分析
用 Microsoft Excel 2003整理数据, 并绘制柱形
图; 用 DPS7.5软件进行统计分析数据和检验差异显
著性(LSD法)。
2 结果与分析
2.1 施氮量对小麦阶段耗水量及其占总耗水量
比例的影响
因年度间降水量不同, 小麦总耗水量、各生育
期耗水量及其比例也存在差异, 如 2010—2011年度
播种至拔节期的降水量较上一年度少, 因而该年度
拔节前各阶段耗水量较小。综合两年度数据, 各处
理阶段耗水量变化规律基本一致, 即小麦生育前期
不同施氮处理的耗水量差异不明显; 拔节至开花期
耗水量以N5处理最高, N0处理最低; 开花至成熟期
耗水量为 N3、N4处理显著高于 N0、N1和 N2处理,
与 N5处理无显著差异。说明随生育进程, 施氮量对
小麦阶段耗水的影响逐渐显现, N3、N4处理有利于
满足小麦灌浆期对水分的需求(表 1)。
耗水量的分配(耗水比例)主要受生育期的影响,
两年度各处理均以开花至成熟期耗水比例最高。降
水较多的 2009—2010年度, 从拔节期的累积耗水比
例看, N3、N4 和 N5 处理分别为 42.1%、42.3%和
43.8%, 至开花期耗水比例则依次为 67.0%、67.1%
和 70.0%, 说明降水量较多条件下, 施氮量增加到
210 kg hm2时, 返青至开花阶段耗水量及耗水比例
增加, 耗水高峰有前移的趋势。
2.2 施氮量对小麦总耗水量、耗水来源及其比例
的影响
2010—2011 年度较 2009—2010 年度降水量少,
小麦土壤贮水消耗量及其比例增大, 小麦主要利用
土壤贮水(表 2)。综合两年度结果表明, 在施氮量不
超过 150 kg hm2时增加施氮量, 有利于小麦对土壤
贮水的利用, 土壤贮水消耗量及其比例显著提高。
2009—2010年度, 施氮量由 150 kg hm2增加到 210
kg hm2, 土壤贮水消耗量和总耗水量显著提高, 降
水量利用比例显著降低; 2010—2011 年度, 施氮量
由 150 kg hm2增加到 210 kg hm2, 土壤贮水消耗量
及其比例均无显著差异, 说明在降水量较少的年份,
过多施用氮肥并未进一步提高小麦利用土壤贮水的
能力。
2.3 施氮量对小麦 0~200 cm 各土层土壤贮水消
耗量的影响
2009—2010 年度各处理 20~40 cm 土层土壤贮
表 1 施氮量对小麦阶段耗水量及其占总耗水量比例的影响
Table 1 Effects of nitrogen application rate on water consumption amount at different growth stages and its ratio to total water
consumption amount in wheat
播种–冬前
Seeding to pre-winter
冬前–返青
Pre-winter to revival
返青–拔节
Revival to jointing
拔节–开花
Jointing to anthesis
开花–成熟
Anthesis to maturity处理
Treatment 耗水量
Amount (mm)
比例
Ratio (%)
耗水量
Amount (mm)
比例
Ratio (%)
耗水量
Amount (mm)
比例
Ratio (%)
耗水量
Amount (mm)
比例
Ratio (%)
耗水量
Amount (mm)
比例
Ratio (%)
2009–2010
N0 37.7 b 11.3 a 46.7 a 13.9 a 67.6 b 20.2 a 80.1 d 23.9 b 103.1 c 30.7 c
N1 37.1 b 10.7 a 46.3 a 13.3 a 69.2 b 19.9 a 85.0 c 24.5 b 110.0 b 31.6 bc
N2 36.9 b 10.6 a 46.2 a 13.2 a 69.3 b 19.8 a 86.5 c 24.7 b 111.1 b 31.7 b
N3 37.0 b 10.1 a 46.4 a 12.7 a 70.6 b 19.3 a 91.0 b 24.9 b 120.3 a 32.9 a
N4 37.0 b 10.1 a 47.1 a 12.8 a 71.4 b 19.4 a 90.9 b 24.8 b 120.6 a 32.9 a
N5 42.2 a 11.1 a 45.9 a 12.1 a 78.6 a 20.7 a 99.7 a 26.2 a 114.0 ab 30.0 c
2010–2011
N0 24.5 a 9.8 a 14.3 a 5.7 a 42.2 b 16.9 b 62.4 d 25.0 b 106.1 c 42.5 a
N1 24.1 a 9.1 b 14.2 a 5.4 a 46.4 a 17.4 ab 67.5 c 25.4 b 113.6 b 42.8 a
N2 24.7 a 9.2 b 14.4 a 5.3 a 48.0 a 17.8 a 67.7 c 25.1 b 114.5 b 42.5 a
N3 24.4 a 8.5 b 14.8 a 5.2 a 48.7 a 17.0 b 73.6 b 25.7 b 124.7 a 43.6 a
N4 24.6 a 8.6 b 14.5 a 5.0 a 48.8 a 17.0 b 73.8 b 25.6 b 126.0 a 43.8 a
N5 25.0 a 8.5 b 14.4 a 4.9 a 48.9 a 16.7 b 80.8 a 27.5 a 124.4 a 42.4 a
同一年度中, 不同字母标注的阶段耗水量处理间存在显著差异(P<0.05)。
In each year, values for a growing phase followed by different letters are significantly different at P<0.05.

1660 作 物 学 报 第 38卷

表 2 施氮量对总耗水量、土壤水或降水的耗水量及其比例的影响
Table 2 Effects of nitrogen application rate on total water consumption amount, water consumption from soil or precipitation and
its ratio to total water consumption amount
土壤贮水消耗量
Soil water consumption amount
降水量
Precipitation 处理
Treatment
总耗水量
Total water consumption
amount (mm) 耗水量 Amount (mm) 比例 Ratio (%) 耗水量 Amount (mm) 比例 Ratio (%)
2009–2010
N0 335.3 d 96.4 d 28.7 d 238.9 71.3 a
N1 347.6 c 108.7 c 31.3 c 238.9 68.7 b
N2 350.0 c 111.1 c 31.7 c 238.9 68.3 b
N3 365.3 b 126.4 b 34.6 b 238.9 65.4 c
N4 366.9 b 128.0 b 34.9 b 238.9 65.1 c
N5 380.3 a 141.4 a 37.2 a 238.9 62.8 d
2010–2011
N0 249.6 c 144.0 c 57.7 c 105.6 42.3 a
N1 265.8 b 160.2 b 60.3 b 105.6 39.7 b
N2 269.2 b 163.6 b 60.8 b 105.6 39.2 b
N3 286.2 a 180.6 a 63.1 a 105.6 36.9 c
N4 287.6 a 182.0 a 63.3 a 105.6 36.7 c
N5 293.5 a 187.9 a 64.0 a 105.6 36.0 c
同一年度中, 不同字母标注的同一指标在处理间存在显著差异(P<0.05)。
In each year, values for a growing phase followed by different letters are significantly different at P <0.05.

水消耗量高于 0~20 cm土层, 2010—2011年度各处
理 20~40 cm土层土壤贮水消耗量则低于 0~20 cm土
层(表 3), 这与 2009—2010年度小麦成熟前 5 d降水
13.6 mm, 而 2010—2011年度花后 12 d至成熟期无
降水有关。
2009—2010年度, 施氮处理 20~120 cm土层土
壤贮水消耗量显著高于 N0 处理, 说明施氮有利于
小麦利用土壤贮水; 在施氮量不超过 150 kg hm2时
增加施氮量, 0~200 cm土层土壤贮水消耗量显著提
高; 施氮量为 180 kg hm2时, 各土层土壤贮水消耗
量与施氮 150 kg hm2处理无显著差异; 施氮量增加
至 210 kg hm2, 0~80 cm土层土壤贮水消耗量显著提
高, 80~200 cm则无显著变化(表 3)。说明 N3处理有
利于小麦利用土壤贮水, 且土壤深层贮水利用能力
较高; 施氮量再增加, 小麦深层土壤贮水利用能力
未进一步提高。2010—2011年度各处理 40~200 cm
土层土壤贮水消耗量变化规律与 2009—2010 年度
基本一致。
2.4 施氮量对小麦各生育时期株间蒸发量的影响
相比 2009—2010年度, 2010—2011年度越冬、
返青、拔节和灌浆期各处理株间蒸发量较低, 开花
期株间蒸发量较高(图 1), 这与该年度播种至开花期
和灌浆期降水量均低于 2009—2010年度, 而开花期
降水 64.6 mm, 高于 2009—2010年度有关。
2009—2010 年度, 小麦越冬和返青期株间蒸发
量各处理间无显著差异, 拔节期为 N0 处理显著高
于其他处理, 开花和灌浆期以 N3、N4和 N5处理较
低; 2010—2011 年度, 小麦灌浆前各时期株间蒸发
量变化规律与 2009—2010年度一致, 灌浆期各施氮
处理间无显著差异。两年度结果表明, 在施氮量不
超过 150 kg hm2时增加施氮量, 有利于降低小麦拔
节后株间蒸发量; 施氮量由 150 kg hm2增加到 210
kg hm2, 小麦拔节后株间蒸发量未显著降低。
2.5 施氮量对小麦开花后旗叶水分利用效率的影响
2009—2010 年度, 花后 1 d 的旗叶水分利用效
率以 N0 和 N1 处理较低, 花后 12 d 以 N3、N4 和
N5处理较高, 花后 24 d, N3和 N4处理显著高于其
他处理; 2010—2011年度, 花后 7、19和 26 d旗叶
水分利用效率均以 N3、N4和 N5处理较高(图 2)。2
年度结果表明, 在施氮量不超过 150 kg hm2时增加
施氮量, 有利于小麦开花后旗叶水分利用效率的提
高; 施氮量由 150 kg hm2增加到 210 kg hm2, 灌浆
期旗叶水分利用效率不再提高 , 甚至降低(2009—
2010年度)。
2.6 施氮量对小麦籽粒产量、水分利用效率和氮肥
生产效率的影响
相比 2009—2010年度, 2010—2011年度降水量
第 9期 段文学等: 施氮量对旱地小麦耗水特性和产量的影响 1661


表 3 施氮量对麦田各土层土壤贮水消耗量的影响
Table 3 Effects of nitrogen application rate on soil water consumption amount in various soil layers of wheat field
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
2009–2010
N0 7.5 c 14.0 e 15.8 d 13.8 e 12.8 d 11.2 c 11.0 bc 4.9 a 3.1 cd 2.1 b
N1 8.4 bc 16.1 d 18.0 c 15.6 d 14.6 c 13.3 b 10.9 bc 5.5 a 4.0 b 2.3 a
N2 9.7 b 17.7 c 17.6 c 16.9 c 15.8 c 14.4 b 10.1 c 3.9 b 3.0 d 1.9 b
N3 9.9 b 19.1 b 20.5 b 18.2 b 18.0 b 16.0 a 11.4 b 5.8 a 4.8 a 2.8 a
N4 9.3 b 19.7 b 22.1 b 18.5 b 19.7 a 16.8 a 11.7 ab 4.7 a 3.6 bc 2.1 ab
N5 12.1 a 23.2 a 23.9 a 20.0 a 18.8 ab 16.9 a 12.7 a 5.9 a 4.8 a 3.0 a
2010–2011
N0 28.0 b 23.6 c 15.2 e 16.6 e 17.6 d 16.3 d 9.9 d 10.4 b 4.3 c 2.2 b
N1 30.3 a 25.6 b 17.7 d 18.1 d 19.7 c 18.5 c 12.2 c 11.3 a 4.7 c 2.1 b
N2 28.4 b 25.3 b 19.3 c 20.1 c 20.3 bc 19.8 bc 12.7 bc 10.8 b 4.6 c 2.4 b
N3 31.7 a 26.8 ab 22.6 b 22.5 b 22.1 ab 20.4 ab 14.0 a 11.1 ab 5.9 a 3.5 a
N4 31.7 a 27.0 ab 21.3 b 23.1 b 22.4 a 21.7 a 14.1 a 11.6 a 6.0 a 3.1 a
N5 31.4 a 28.0 a 24.8 a 26.1 a 22.6 a 21.0 ab 13.8 ab 11.5 a 5.2 a 3.5 a
同一年度中, 不同字母标注的土壤贮水消耗量在处理间达显著差异(P<0.05)。
In each year, values for a growing phase followed by different letters are significantly different at P<0.05.



图 1 施氮量对小麦各生育时期株间蒸发量的影响
Fig. 1 Effects of nitrogen application rate on soil evaporation at various growth stages of wheat




图 2 施氮量对小麦开花后旗叶水分利用效率的影响
Fig. 2 Effects of nitrogen application rate on water use efficiency of flag leaf after anthesis in wheat

1662 作 物 学 报 第 38卷

较少 , 籽粒产量降低 , 土壤耗水量增大 , 土壤水利
用效率降低, 降水利用效率提高(表 4)。两年度各处
理籽粒产量、水分利用效率、土壤水和降水利用效
率变化趋势基本一致, 均随施氮量增加先升高后降
低, 氮肥生产效率随施氮量增加而显著降低。在施
氮量不超过 150 kg hm2时增加施氮量, 有利于小麦
籽粒产量和水分利用效率的提高 ; 施氮量增加到
180 kg hm2, 籽粒产量和水分利用效率无显著变化,
氮肥生产效率显著降低; 施氮量继续增加到 210 kg
hm2, 籽粒产量降低, 水分利用效率、土壤水利用效
率、降水利用效率和氮肥生产效率均显著降低。本
试验条件下施氮量 150 kg hm2 (N3)是兼顾产量和水
氮利用效率的适宜施氮量。
3 讨论
前人有关施氮量对旱地小麦水氮效应的研究多
集中于黄土高原旱塬区, 该区全年降水量 440~710
mm, 季节性分布不均, 小麦生育期降水量 100~210
mm[2]。位于黄淮冬麦区的山东省 , 平均年降水量
550~950 mm, 小麦生育期降水量 162~310 mm, 分
布趋势从东南向西北递减[25]。本试验在鲁中丘陵典
型旱地研究发现, 小麦最大耗水比例在开花至成熟
阶段, 其次是拔节至开花阶段, 施氮量对阶段耗水
量和耗水比例有一定影响。施氮量为 150 kg hm2时,
小麦拔节至成熟期耗水量显著高于 90 kg hm2 和
120 kg hm2处理, 有利于增加有效分蘖和籽粒灌浆;
施氮量为 180 kg hm2时, 各阶段耗水量与施氮 150
kg hm2处理无显著差异; 当施氮量达 210 kg hm2
时, 返青至开花期耗水量及耗水比例增大, 耗水高
峰前移。
施氮可促进旱地小麦对土壤水分的消耗[11,26-28],
这种促进作用体现在 0~200 cm的各土层, 并随种植
年限的增加而增大, 尤以 40~80 cm 和 120~160 cm
土层最显著[11]。张宏等[27]认为施氮 120 kg hm2和
240 kg hm2条件下, 小麦收获后土壤贮水量分别比
不施氮处理低 56 mm和 51 mm。在晋南旱地, 随施
氮量增加, 小麦土壤耗水活跃层逐渐加深, 相对稳
定层下移, 施氮量为 165 kg hm2时, 相对稳定层下
移到 80~200 cm土层[26]。在黄土高原旱地施氮量为
90 kg hm2时, 100~200 cm土层土壤含水率达到一个
稳定值[28]。在本研究中, 当施氮量由 90 kg hm2增
加到 150 kg hm2时, 土壤相对稳定层下移到 120 cm
土层, 这有利于小麦对深层土壤贮水的利用; 施氮
量继续增加到 210 kg hm2, 80~200 cm土层的土壤
贮水消耗量则无显著差异, 说明相对稳定层上移。
因此, 过多施用氮肥不利于小麦对深层土壤水分的
利用。
施氮可显著提高小麦分蘖数和单株叶面积, 增

表 4 施氮量对小麦籽粒产量和水分利用效率的影响
Table 4 Effects of nitrogen application rate on grain yield and water use efficiency in wheat
处理
Treatment
籽粒产量
Grain yield
(kg hm2)
水分利用效率
Water use efficiency
(kg hm2 mm1)
土壤水利用效率
Soil water use efficiency
(kg hm2 mm1)
降水利用效率
Precipitation water use efficiency
(kg hm2 mm1)
氮肥生产效率
N productive efficiency
(kg kg1)
2009–2010
N0 3807.8 c 11.4 c 39.5 d 15.9 c —
N1 5327.9 b 15.3 a 49.0 a 22.3 b 59.2 a
N2 5402.5 b 15.4 a 48.6 a 22.6 b 45.0 b
N3 5765.1 a 15.8 a 45.6 b 24.1 a 38.4 c
N4 5718.2 a 15.6 a 44.7 b 23.9 a 31.8 d
N5 5446.0 b 14.3 b 38.5 d 22.8 b 25.9 e
2010–2011
N0 2808.1 c 11.2 c 19.5 c 26.6 d —
N1 4118.4 b 15.5 ab 25.7 a 39.0 c 45.8 a
N2 4209.1 b 15.6 a 25.7 a 39.9 c 35.1 b
N3 4578.0 a 16.0 a 25.4 a 43.4 a 30.5 c
N4 4541.1 a 15.8 a 24.9 a 43.0 a 25.2 d
N5 4401.8 a 15.0 b 23.4 b 41.7 b 21.0 e
同一年度中, 不同字母标注的同一指标在处理间达显著差异(P<0.05)。
In each year, values for a growing phase followed by different letters are significantly different at P<0.05.

第 9期 段文学等: 施氮量对旱地小麦耗水特性和产量的影响 1663


加地表覆盖度, 减少株间蒸发量[18]。在水分胁迫下
施氮 , 旗叶蒸腾速率减弱 , 净光合速率增加 , 短时
水分利用效率提高[29]。本研究表明, 施氮量由 90 kg
hm2增加到 150 kg hm2, 小麦拔节后株间蒸发量显
著降低, 开花后旗叶水分利用效率显著提高, 施氮
量由 150 kg hm2增加到 210 kg hm2, 小麦株间蒸发
量不再降低, 开花后旗叶水分利用效率甚至降低。
Miranzadeh 等[30]研究表明, 在第 2 个小麦生长
季降水量比上一生长季减少 67.31%的条件下, 旱地
冬小麦均在施氮量为 80 kg hm2时获得较高的产量
和水分利用效率。Halvorson等[31]发现, 施氮量对旱
地小麦产量的调控效应在不同年份略有不同, 平均
产量以施氮量 84 kg hm2最高。谢英荷等[26]对晋南
旱地传统平作小麦进行了 2 个生长季的试验, 年度
降水量分别为 182.6 mm 和 142.2 mm, 提出适宜施
氮量分别为 127.5 kg hm2和 165 kg hm2。在黄土高
原南部旱地 , 王兵等 [32]发现平水年施氮量在 0~45
kg hm2和干旱年在 0~90 kg hm2范围内, 小麦产量
随施氮量增加而提高。在甘肃河东雨养农业区, 冬
小麦全生育期平均需水量为 352.2 mm, 在其整个生
育期中, 最小需水量一般在播种至拔节期, 最大需
水量在开花至乳熟期 [33]; 在晋南旱地, 返青至抽穗
期小麦土壤耗水量最大[26]; 在豫西旱地不同降水年
型下, 冬小麦不同生育期耗水规律基本一致, 抽穗
至成熟期是耗水盛期 [34]; 在渭北旱塬, 关键生育期
的每毫米降水能形成 30.6~33.1 kg hm2 籽粒产量,
关键生育期充足降水是保证旱地小麦产量的重要因
素[35]。本研究两年度的结论一致表明, 适宜施氮量
为 150 kg hm2。虽然两年度全生育期降水量相差较
大 , 但主要是生长量较小的前期降水量差异较大
(95.6 mm和 5.0 mm, 相差 94.77%); 返青至拔节期
分别为 35.6 mm和 20.0 mm, 相差 43.82%; 拔节至
成熟期降水量分别为 107.7 mm和 80.6 mm, 相差仅
25.16%, 而此期为籽粒产量形成期, 两年度均在此
期给予小麦较多的降水, 有利于其对氮肥的适量吸
收, 致使两年度表现为相同的最优施氮量处理。
本试验两个小麦生长季采用的供试品种不同 ,
对年际间处理的比较有一定影响。施氮量对同一品
种不同年际间影响的长期效应尚需深入研究, 以便为
试验地区旱地小麦的常规氮肥运筹提供可靠依据。
4 结论
施氮量为 150 kg hm2时, 旱地小麦拔节至成熟
期耗水量和土壤贮水消耗量及其占总耗水量的比例
较高, 有利于小麦利用土壤深层贮水; 同时拔节后
株间蒸发量较低 , 开花后旗叶水分利用效率提高 ,
籽粒产量最高 , 水分利用效率显著高于施氮量为
210 kg hm2处理。兼顾小麦产量、氮肥生产效率和
水分利用效率, 推荐 150 kg hm2为本试验条件下旱
地小麦的适宜施氮量。
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