不同氮肥用量及其生育期分配比例對四川丘陵區(qū)帶狀種植小麥氮素利用的影響

吳中偉， 樊高瓊， 王秀芳， 鄭 亭， 陳 溢， 李金剛， 郭 翔

(1 農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室， 四川農(nóng)業(yè)大學， 四川成都 611130；2 臨邑縣農(nóng)業(yè)局，山東德州 253000； 3 四川省農(nóng)業(yè)氣象中心， 四川成都 610071)

四川丘陵區(qū)是一個歷史悠久的重要農(nóng)業(yè)經(jīng)濟區(qū)域，耕地面積占全省總面積的57.9%，糧食總產(chǎn)量占全省的80%以上，商品糧占全省的90%左右[1]，丘區(qū)糧食生產(chǎn)對保障全省糧食安全具有重要作用。上世紀60年代以來該區(qū)域旱地主體種植模式為“小麥/玉米/甘薯”，近年來發(fā)展為“小麥/玉米/大豆”[2-3]，可見小麥是旱地多熟種植模式的主要結(jié)構(gòu)單元，四川小麥85%以上分布在丘陵旱地，因此小麥的帶狀種植方式在四川省具有極強的代表性。多熟種植制度極大地提高了旱地周年糧食產(chǎn)量，然而受地理地貌限制，丘陵區(qū)基礎設施差，技術(shù)水平低，套作小麥產(chǎn)量徘徊在3000 kg/hm2左右[4]，迫切需要加大科學研究力度，提升該區(qū)域乃至四川省小麥的生產(chǎn)能力。

施用氮肥是提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要措施之一[5]，合理的氮肥施用量及其生育期分配比例可促進植株對肥料氮的吸收累積、 增加花后轉(zhuǎn)運量，顯著提高產(chǎn)量和氮素利用效率[6-7]。過量或不合理施氮肥可能導致氮肥利用效率的降低并影響增產(chǎn)效果，使經(jīng)濟效益下降，也可引起環(huán)境污染和資源浪費等一系列問題[8-10]。有關(guān)施氮量和分配方式對小麥產(chǎn)量和氮素利用率的研究很多，但主要集中于北方單作小麥，針對南方丘陵旱地帶狀種植小麥的研究非常少。鑒于四川丘陵旱地帶狀種植小麥的重要性及栽培技術(shù)的地域性，本研究擬通過兩年大田試驗，研究不同氮肥用量及其生育期分配比例對四川丘陵旱地帶狀種植小麥氮素吸收累積、 分配與轉(zhuǎn)運的影響，以及氮素利用效率和土壤氮殘留問題，為四川丘陵區(qū)帶狀種植小麥的合理施肥提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本概況

1.2 試驗材料

供試小麥品種為四川省主推品種川麥42，由四川省農(nóng)科院提供。試驗地土壤0—20 cm土層有機質(zhì)含量13.5g/kg、 全氮0.8 g/kg、 堿解氮93.43 mg/kg、 有效磷6.49 mg/kg、 速效鉀50.40 mg/kg，pH 7.75。試驗地采用帶狀種植，即2 m為一帶，種5行小麥，行距20 cm，小麥幅寬80 cm，預留行1.2 m。2009年播種日期為11月1日，2010年為11月2日。試驗地前作為純種大豆。

1.3 試驗設計

試驗采用二因素裂區(qū)設計，施氮量為主區(qū)，設N 90(N1)、 135(N2)、 180(N3)、 225(N4) kg/hm24個水平，生育期分配比例為裂區(qū)，設底肥一次施(R1)、 底肥 ∶苗肥=7 ∶3(R2)、 底肥 ∶拔節(jié)肥=7 ∶3(R3)和底肥 ∶苗肥 ∶拔節(jié)肥 ∶孕穗肥=5 ∶1 ∶2 ∶2(R4)4種分配比例；以不施肥(CK)為對照。每個處理3次重復，共計51個小區(qū)，小區(qū)面積12 m2(長6 m，寬2 m)。施氮量相同的小區(qū)集中安排在同一區(qū)域內(nèi)，區(qū)域內(nèi)4個生育期分配比例隨機排列。播種前基施過磷酸鈣(含P2O517%)525 kg/hm2、 氯化鉀225 kg/hm2。氮肥為尿素，底施的尿素于播種后兌清水均勻澆施，苗肥、 拔節(jié)肥、 孕穗肥兌清水均勻澆施，對照澆灌等量清水。采用2BSF-4-5A型谷物播種機播種，密度為150×104plant/hm2，其他管理措施同大田生產(chǎn)。

開花期和成熟期取樣，分邊行、 次邊行、 中間行各取8株，共24株，去根洗凈，按葉、 莖(含鞘)、 穗(成熟期為穗軸+穎殼，籽粒)分裝，于105℃殺青1 h，80℃烘干至恒重后稱重。成熟期每小區(qū)收獲4m2，單打?qū)嵤沼嫯a(chǎn)。土壤樣品取0—20 cm和20—40 cm兩個土層，每小區(qū)按對角線法取3鉆，相同層次的土壤混為1個樣，風干保存。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 小麥植株全氮含量測定 將稱重后的植株樣品粉碎，用濃H2SO4加定氮催化片消煮，凱氏定氮法測定。

1.4.2 土壤氮素的測定 將風干土樣[11]磨碎過0.25 mm 篩，稱20 g，加入25 mL 2 mol/L KCl震蕩30 min，過濾，F(xiàn)UTURA連續(xù)流動分析儀測定硝態(tài)氮、 銨態(tài)氮含量，全氮的測定方法同植株樣。

1.5 數(shù)據(jù)處理

有關(guān)指標的計算公式為[12-13]：

植株各器官氮素積累量=器官干物重×該器官氮含量；

花前氮同化量=開花時各器官氮積累量之和；

花后氮同化量=成熟期植株氮積累量-花后氮同化量；

貯存氮轉(zhuǎn)運量=花后氮同化量-成熟期植株(不含籽粒)氮積累量；

氮轉(zhuǎn)運率(%)=貯存氮轉(zhuǎn)運量/花后氮同化量×100；

氮利用效率(%)=(施氮處理的氮素吸收量-不施氮處理的氮素吸收量)/施氮量×100；

花后氮同化量對籽粒氮的貢獻率(%)=花后氮同化量/籽粒氮積累量×100；

轉(zhuǎn)運氮貢獻率(%)=貯存氮轉(zhuǎn)運量/籽粒氮積累量×100；

植株氮生產(chǎn)力=籽粒產(chǎn)量/地上部植株氮積累量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥用量及其生育期分配比例對土壤中殘留氮素的影響

2.1.1 小麥收獲后的土壤全氮含量 兩年試驗結(jié)果表明(圖1)，土壤中氮素殘留主要集中在0—20 cm土層，施氮顯著增加了氮殘留，隨施氮量的增加氮殘留量呈增加趨勢。氮素殘留量0—20 cm土層以N3處理最高、 N1最低，二者差異顯著；20—40 cm土層以N4最高，處理間差異不顯著。說明施氮量超過N 180 kg/hm2時氮素向深層土壤的轉(zhuǎn)移量增加。就生育期不同分配比例而言，0—20 cm土層中全氮含量以R1最高，20—40 cm土層中以R3最高，均顯著高于其余處理，R4土壤全氮含量較低，說明氮肥分次追施和加大分配比例能夠有效降低土壤中的氮素殘留量。

圖1 土壤全氮含量的變化Fig.1 The change of soil total N content

2.1.2 小麥收獲后土壤中的硝態(tài)氮、 銨態(tài)氮含量 由圖2和圖3可以看出，收獲后土壤中硝態(tài)氮含量高于銨態(tài)氮，說明旱地小麥土壤中殘留氮主要以硝態(tài)氮形式存在。施用氮肥增加了收獲后土壤中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，隨施氮量的增加硝態(tài)氮含量顯著增加，但銨態(tài)氮含量沒有顯著變化。就殘留的硝態(tài)氮而言，氮肥施用量和生育期分配比例存在互作效應，中低氮(N1、 N2)水平以R3處理的土壤硝態(tài)氮含量較低，中高氮下(N3、 N4)下R3處理的硝態(tài)氮含量反而較高，同時，高氮水平(N4)下0—40 cm土層中R1處理的硝態(tài)氮含量均處于較高水平。說明在施氮量較多的條件下，底肥一次施極大地增加了土壤中氮的殘留，且隨施氮量的增加，拔節(jié)期一次性追肥(R3)土壤中氮殘留也增加。對于銨態(tài)氮，各施氮水平的規(guī)律基本一致，以R1的最高，R3和R4處理較低，說明氮肥后移及分次施用均減少了土壤中銨態(tài)氮的殘留。

圖2 土壤中含量的變化Fig.2 The change of soil content

2.2 不同氮肥用量及生育期分配比例對帶狀種植小麥植株氮積累和分配的影響

2.2.1 開花期和成熟期不同器官的氮積累 由表1可知，施氮可顯著提高作物對氮素的吸收積累，開花期植株各器官的氮積累量均隨施氮量增加而增加，成熟期葉和莖鞘中氮積累量的變化趨勢與開花期一致，而穗軸+穎殼的氮積累量則隨施氮量的增加而降低。氮肥生育期分配比例對植株各器官的氮積累量也有顯著影響，開花期和成熟期各營養(yǎng)器官的氮積累量均以R3處理最低，但R3處理籽粒中氮分配比例最高(表2)，說明R3處理有利于減少營養(yǎng)器官中的氮素殘留，提高籽粒氮含量。

圖3 土壤中含量的變化Fig.3 The change of soil content

表1 不同器官的氮素積累量 (kg/hm2)

氮肥用量和生育期分配比例存在顯著的互作效應，開花期各器官氮積累量在N2水平下以R1處理較高，N3、 N4水平下以R4處理較高。成熟期葉片中氮殘留量在低氮(N1)水平以R2最低，在中高氮(N2、 N3、 N4)水平卻均以R2最高；穎殼+穗軸中的氮積累量均以R1、 R2處理較高，說明苗期追肥不利于營養(yǎng)器官中的氮向籽粒中轉(zhuǎn)移。

2.2.2 成熟期氮在各器官中的分配比例 由表2可以看出，氮在各器官中的分配比例表現(xiàn)為籽粒>莖鞘>葉>穎殼+穗軸，籽粒中的氮分配比例占70%左右，營養(yǎng)器官中約占30%，且以莖鞘的最大，說明花后莖鞘氮轉(zhuǎn)運量低于葉片。施用氮肥后成熟期各營養(yǎng)器官中氮分配比例增加，以莖鞘最為突出，莖鞘中氮分配比例隨施氮量的增加而增加，以N4最大，顯著高于N1。籽粒中的氮分配比例則表現(xiàn)為CK顯著大于施氮處理，而各施氮處理間差異不顯著。氮肥生育期分配比例對氮素在莖鞘、 穎殼+穗軸中的分配比例有顯著影響，以R3最低，籽粒中卻以R3最高。以上說明施用氮肥增加了氮素在營養(yǎng)器官中的殘留，尤其是莖鞘中的殘留，同時拔節(jié)期追氮可促進營養(yǎng)器官中的氮向外輸出，增加氮在籽粒中的分配量，有利于增加產(chǎn)量和改善品質(zhì)。

表2 成熟期氮素在植株不同器官中的分配比例(%)

2.3 不同氮肥用量和生育期分配比例對帶狀種植小麥氮轉(zhuǎn)運及吸收利用效率的影響

2.3.1 氮轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運效率 表3顯示，轉(zhuǎn)運氮貢獻率在70%左右，表明小麥籽粒中的氮主要來源于花前貯存氮的轉(zhuǎn)移。施氮提高了花前氮同化量，且隨施氮量增加，花前氮同化量增多；貯存氮轉(zhuǎn)運量及其對籽粒氮貢獻率隨施氮量的增加而增加，而氮轉(zhuǎn)運率則隨施氮量的增加而降低?；ê蟮侩S施氮量增加呈單峰曲線，以N2處理最大，花后氮同化量對籽粒的氮貢獻率隨施氮量增加而減少，以N4最低。比較氮肥生育期分配比例可知，拔節(jié)期(R3)追肥有效地提高了花后氮的同化量，促進花后氮同化量向籽粒中轉(zhuǎn)移。氮肥用量和生育期分配比例間存在顯著互作效應，R3處理在各施氮水平下，其花后氮同化量對籽粒氮貢獻率均保持在較高水平，且轉(zhuǎn)運氮貢獻率都能達到50%以上，籽粒中花前、 花后氮所占比例較均衡。結(jié)合表2(R3處理下籽粒氮含量最高)，說明要提高小麥籽粒氮含量，不僅要促進花前貯存氮的轉(zhuǎn)運，同時需盡量提高花后植株對氮的吸收和轉(zhuǎn)運。

氮肥生育期分配比例對總吸氮量和植株氮生產(chǎn)力影響不顯著，而對氮利用效率影響顯著。氮利用率年度間有差異，第一年以R1處理最高，而第二年以R4最高，這可能與年度間降水的分布有關(guān)，第一年播種期和開花期雨水較多，而第二年拔節(jié)期和孕穗期雨水較多，因而后移氮的利用率高。

從表5可以看出，不同氮肥用量和生育期分配比例對帶狀種植小麥產(chǎn)量有顯著影響。年度間的規(guī)律基本一致，表現(xiàn)為隨施氮量的增加產(chǎn)量先增后減，以N3處理達最大值，較CK增產(chǎn)19.8%(第二年18.3%)，各施氮水平間產(chǎn)量差異除第一年的低氮處理(N1)顯著低于中高氮(N2、 N3、 N4)外，其余各處理間差異均不顯著。不同氮肥分配比例進行比較，兩年產(chǎn)量均以R3最高、 R1最低，且差異達顯著水平。所有處理中以N3R3的產(chǎn)量最高，達4800 kg/hm2(第二年4706 kg/hm2)，較CK增產(chǎn)27.6%(第二年25.6%)。

表3 不同處理下帶狀種植小麥植株的氮轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運效率

表4 不同施氮處理對帶狀種植小麥氮利用效率的影響

表5 不同氮肥用量及其生育期分配比例對帶狀種植小麥產(chǎn)量的影響 (kg/hm2)

3 討論

3.1 四川丘陵旱地帶狀種植小麥氮素吸收利用特性

氮肥施用時期及分配比例是影響小麥氮素吸收積累及利用的因素之一。氮肥后移即將部分基肥推遲到小麥生育中、 后期施用，是北方小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培的主要措施[20,23-24]，在四川丘陵旱地，生產(chǎn)上比較常見的方式是底肥一次施，或重底早追(底肥占70%，苗肥占30%)。本研究結(jié)果中，底肥一次施和底肥 ∶苗肥=7 ∶3的分配比例下成熟期營養(yǎng)器官中氮素殘留量高，說明這兩種方式不利于營養(yǎng)器官中氮向籽粒的轉(zhuǎn)移，或者是在底肥一次施和苗期追肥下小麥源大庫小，出現(xiàn)氮盈余而殘留在營養(yǎng)器官中，這對于收獲籽粒產(chǎn)量的作物來說，秸稈中殘留的氮增加無疑加大了氮素的損失；底肥 ∶拔節(jié)肥=7 ∶3的分配比例能有效促進花前貯存氮向籽粒的轉(zhuǎn)運、 提高花后氮同化量及其對籽粒的貢獻率，從而提高了小麥籽粒產(chǎn)量及籽粒氮含量；而底肥 ∶苗肥 ∶拔節(jié)肥 ∶孕穗肥=5 ∶1 ∶2 ∶2的分配比例雖然氮利用率最高，但花后氮同化量及其對籽粒的貢獻率不高，而且成熟期營養(yǎng)器官中殘留氮量相對較多，因而其籽粒產(chǎn)量和籽粒氮含量及分配比例均低于底肥 ∶拔節(jié)肥=7 ∶3的處理。由此可見，適合于本區(qū)域的氮肥分配比例仍然以底肥 ∶拔節(jié)肥=7 ∶3最好。

3.2 四川丘陵旱地帶狀種植小麥土壤氮素殘留特性

4 結(jié)論

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