不同農(nóng)藝措施對河套灌區(qū)節(jié)水春小麥氮素利用的影響

李曉娟等

摘要 [目的]系統(tǒng)研究春小麥生長發(fā)育特性以及植株氮素吸收規(guī)律，闡明不同農(nóng)藝措施與氮素利用的關(guān)系，深入揭示節(jié)水條件下氮肥高效利用的生理機(jī)制，明確節(jié)水灌溉春小麥實(shí)現(xiàn)高氮素利用效率的適宜農(nóng)藝措施，以期達(dá)到減少氮肥施用量、提高氮肥利用效率、降低小麥生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。[方法]在前期研究確立的節(jié)水灌溉模式基礎(chǔ)上，通過4因素5水平二次回歸正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)，以基本苗數(shù)、種肥磷量、施氮量和灌水定額4項(xiàng)主要農(nóng)藝措施為決策變量，以氮素農(nóng)學(xué)利用效率為目標(biāo)函數(shù)，建立了內(nèi)蒙古河套灌區(qū)主要農(nóng)藝措施與春小麥氮素農(nóng)學(xué)利用效率的二次多項(xiàng)式回歸模型。[結(jié)果]4項(xiàng)農(nóng)藝措施對氮素農(nóng)學(xué)利用效率的影響大小順序?yàn)椋夯久鐢?shù)>灌水定額>施氮量>種肥磷量。通過頻數(shù)尋優(yōu)，定量化地提出了河套灌區(qū)春小麥實(shí)現(xiàn)高氮素農(nóng)學(xué)利用效率的農(nóng)藝措施優(yōu)化組合方案，即基本苗數(shù)控制在678.9萬～710.9萬株/ hm2，種肥磷量（P2O5）142.4～158.9 kg/hm2，拔節(jié)期追施氮量（純N）124.5～142.0 kg/hm2，拔節(jié)期和抽穗期灌水定額均為903.5～951.6 m3/hm2，可實(shí)現(xiàn)節(jié)水春小麥氮素利用率大于10 kg/kg。[結(jié)論]該研究可為建立河套灌區(qū)春小麥節(jié)水省肥高產(chǎn)栽培技術(shù)體系提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 春小麥；氮素利用效率；農(nóng)藝措施；河套灌區(qū)

中圖分類號 S512 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）11-03199-04

Abstract [Objective] The aim was to study the wheat growth and development characteristics and its plants nitrogen use absorption law systematically to clarify the relationship between different agronomic measures and nitrogen use， reveal the physiological mechanism of high efficiency use of nitrogen under water-saving conditions deeply to confirm on the suitable agronomic measures of water-saving spring wheat to realize high efficiency use of nitrogen， then to get the goal of decreasing nitrogen application amount， improving nitrogen use efficiency， cutting down wheat production cost， reducing environment pollution to protect ecological environment. [Method] On the basis of water-saving irrigation pattern of preliminary studies established， the field experiment was carried out through the four factors and five levels quadratic regression orthogonal designed test， a quadratic polynomial regression mathematical model of major agronomic measures and nitrogen use efficiency of spring wheat in Hetao Irrigation Region of the Inner Mongolia were established taking the four key agronomic measures（basic seedlings number， the amount of basic phosphorus， nitrogen application amount and irrigation water quota） as decision variables， and the nitrogen use efficiency as the objective function. [Result] The effects of the four agronomic measures on nitrogen use efficiency was in the order of basic seedlings number> irrigation water quota> nitrogen application amount> the amount of basic phosphorus. Through the frequency analysis， quantitatively proposed that optimized agronomic measures combination plan of spring wheat of the Hetao Irrigation District realizing high nitrogen use efficiency was as follows： the basic seedlings number was 6.789-7.109 million plants per hectare， the amount of basic phosphorus （P2O5） was 142.4- 158.9 kg/hm2， additional nitrogen amount of jointing stage （pure N） was 124.5- 142.0 kg/hm2， the irrigation quota of jointing and heading stage was 903.75- 951.6 m3/hm2， which achieved that the nitrogen use efficiency of watersaving spring wheat was more than 10 kg/kg. [Conclusion] The study provides a theoretical basis for establishing water-saving， fertilizersaving and high yield production technological system of spring wheat in Hetao Irrigation Region of the Inner Mongolia.

Key words Spring wheat； Nitrogen use efficiency； Agronomic measures； Hetao Irrigation Region

春小麥?zhǔn)呛犹坠鄥^(qū)的主要糧食作物之一，常年播種面積約占糧食作物播種面積的50%以上，小麥生產(chǎn)在該地區(qū)糧食生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。氮素是植物生長必需的大量元素，對許多生理活動有直接調(diào)節(jié)作用。氮素的缺乏會使許多生命代謝過程發(fā)生改變，提高氮素利用效率是發(fā)展農(nóng)業(yè)的重點(diǎn)問題之一[1]。河套平原灌區(qū)的春小麥伴隨著多次、大量灌水，化肥的投入量也在逐年增加[2-3]。在高水肥投入條件下，小麥生產(chǎn)中化肥氮的利用率低、損失量大是存在的普遍問題。由此導(dǎo)致的地表水富營養(yǎng)化、地下水硝態(tài)氮含量超標(biāo)以及土壤板結(jié)等一系列生態(tài)環(huán)境惡化現(xiàn)象已引起廣泛關(guān)注[4]。因此，如何通過技術(shù)突破減少灌溉用水和化肥用量，提高水、肥利用效率，是擺在人們面前的重要課題。關(guān)于充分灌水條件下小麥的營養(yǎng)吸收特性國內(nèi)外已有大量研究[5-7]。汪芝壽等國內(nèi)外科學(xué)工作者對春小麥氮磷鉀吸收動態(tài)已開展了大量的研究工作，取得了相應(yīng)的成果[8-10]。但對于春小麥節(jié)水灌溉下養(yǎng)分利用特性還尚未見報(bào)道。為此，筆者以提高氮肥利用效率為中心，在不同農(nóng)藝措施處理下，系統(tǒng)研究春小麥生長發(fā)育特性以及植株氮素吸收規(guī)律，闡明不同農(nóng)藝措施與氮素利用的關(guān)系，深入揭示節(jié)水條件下氮肥高效利用的生理機(jī)制，明確節(jié)水灌溉春小麥實(shí)現(xiàn)高氮素利用效率的適宜農(nóng)藝措施，以期達(dá)到減少氮肥施用量、提高氮肥利用效率、降低小麥生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的，從而為建立河套灌區(qū)春小麥節(jié)水省肥高產(chǎn)栽培技術(shù)體系提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2013年在內(nèi)蒙古巴彥淖爾市五原縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)屬大陸性干旱、半干旱氣候，大氣干燥，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，年降水量為136～225 mm，年蒸發(fā)量為1 992～3 305 mm，無霜期117～150 d。土壤基礎(chǔ)肥力為：有機(jī)質(zhì)22.98 g/kg，堿解氮70.56 mg/kg，速效磷21.57 mg/kg，速效鉀134.56 mg/kg，pH 7.92。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)施氮量（N）、種肥磷量（P）、基本苗數(shù)（D）、灌水定額（I）4個(gè)因素，每個(gè)因素5個(gè)水平，采用4因素5水平二次回歸正交設(shè)計(jì)（1/2）方案，17個(gè)處理組合，其編碼水平及實(shí)際值見表1、2，另設(shè)1個(gè)不施肥小區(qū)（18）作為對照。供試小麥品種為當(dāng)?shù)刂魍屏挤N永良4號。采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，共54個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每小區(qū)面積為21 m2，行距15 cm。磷肥按處理水平作為底肥隨播種一次性施入，氮肥在拔節(jié)期結(jié)合灌水追施。灌水分別在拔節(jié)期和抽穗期進(jìn)行，其他管理措施同普通小麥大田。

1.3 測定內(nèi)容及方法

采用凱氏定氮儀和酸滴定儀測定小麥植株的氮素含量，并按如下公式計(jì)算氮素利用相關(guān)指標(biāo)。吸氮量= 植株干物重× 植株氮素含量；氮素表觀利用率=（施氮處理植株吸氮量-不施氮處理植株吸氮量）/施氮量× 100%；氮肥農(nóng)學(xué)利用率=（ 施氮區(qū)產(chǎn)量- 空白區(qū)產(chǎn)量）/施氮量；氮素生理效率= 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量/植株總吸氮量；氮肥偏生產(chǎn)力= 施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel（2003）和SPSS（19）軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同農(nóng)藝措施處理下節(jié)水春小麥植株含氮率變化

不同農(nóng)藝措施處理下節(jié)水春小麥整個(gè)生育期地上部植株含氮率均呈下降趨勢。在春小麥植株的分蘗至成熟期間，由于干物質(zhì)重的增長速度較大，植株含氮率隨生育進(jìn)程的推進(jìn)而逐漸降低，分蘗期的含氮率最高，成熟期最低。

由圖1可知，在拔節(jié)期進(jìn)行施氮處理以前，各處理間植株含氮率沒有明顯差異，但是都明顯大于對照。拔節(jié)期進(jìn)行不同氮肥處理以后，中氮處理下的植株含氮率明顯大于其他處理。到了抽穗期，植株含氮率表現(xiàn)為中氮>高氮>低氮>對照開花期以后，各處理間植株含氮率差異不明顯，但是都明顯大于不施氮的對照。

由圖2可知，不同磷肥處理間中磷處理下的植株含氮率在整個(gè)生育時(shí)期都表現(xiàn)為最大，不施磷的對照始終最小，分蘗期到開花期之間植株含氮率表現(xiàn)為中磷>高磷>低磷>對照。開花期以后，施磷量對植株含氮率的影響不明顯。

由圖3可知，不同種植密度下，在分蘗期中密處理和低密處理下的植株含氮率沒有明顯差異，但是都明顯大于高磷處理和不施磷的對照。到開花期以后，植株含氮率表現(xiàn)為低密>中密>高密>對照。

3 結(jié)論與討論

春小麥一生中，氮素積累量與生育進(jìn)程符合S型曲線變化，苗期積累氮量少，隨生育進(jìn)程推進(jìn)，氮素積累量增加，至完熟期達(dá)到最大值。適宜水肥量和適宜密度下的氮素積累量在春小麥的整個(gè)生育時(shí)期都保持最大。而春小麥植株含氮率隨著生育進(jìn)程逐漸減小，分蘗期最大，之后逐漸減小，到成熟期降為最低。前人關(guān)于施氮量影響小麥植株氮素吸收的研究多認(rèn)為，隨施氮量增加，植株氮素含量和積累量增加。該試驗(yàn)中進(jìn)一步驗(yàn)證了上述結(jié)果，中氮處理下的植株含氮率和氮素積累量都明顯大于低氮處理，但該試驗(yàn)中過量施氮處理，植株含氮率和積累量反而下降。這說明施氮量過多，反而抑制了植株含氮率和氮素積累量的提高。

提高小麥氮素利用效率是目前急待解決的農(nóng)業(yè)問題，關(guān)于小麥氮素利用效率的研究己有很多[1-5]，主要是對不同基

因型小麥氮素利用效率的比較研究，而該試驗(yàn)是通過對不同

農(nóng)藝措施下的氮素利用效率做比較，旨在得出河套灌區(qū)最大氮素農(nóng)學(xué)利用效率的農(nóng)藝措施組合。該試驗(yàn)在前期研究確立的“河套灌區(qū)春小麥高產(chǎn)節(jié)水灌溉模式”基礎(chǔ)上，建立了春小麥氮素農(nóng)學(xué)利用效率與基本苗數(shù)、種肥磷量、追氮肥量和灌水定額4項(xiàng)農(nóng)藝措施的二次多項(xiàng)式回歸方程。通過氮素農(nóng)學(xué)利用效率決策頻數(shù)分析，提出河套灌區(qū)春小麥實(shí)現(xiàn)高氮素農(nóng)學(xué)利用效率的農(nóng)藝措施組合方案：種植密度678.9萬～710.9萬株/ hm2，種肥磷量（P2O5）142.4～158.9 kg/hm2，拔節(jié)期追施氮量（純N）124.5～142.0 kg/hm2，拔節(jié)期和抽穗期灌水定額均為903.5～951.6 m3/hm2，可實(shí)現(xiàn)節(jié)水春小麥氮素利用率大于10 kg/kg。

董文娟等在河套灌區(qū)對春小麥的研究得出，灌4水條件下最大氮素利用效率的施氮量為148.5～195.0 kg/hm2，而灌2水條件下得出最大氮素利用效率的施氮量為124.5～129.0 kg/hm2[16]，與該試驗(yàn)得出的節(jié)水春小麥最大氮素農(nóng)學(xué)利用效率的施氮量范圍124.5～142.0 kg/hm2接近。這證明，在節(jié)水栽培條件下，適當(dāng)減少施氮量可顯著提高小麥的氮素利用效率。

該試驗(yàn)結(jié)果表明，在優(yōu)化種植密度、施肥量和灌水定額條件下，河套平原灌區(qū)春小麥的氮素利用效率能夠達(dá)到13.6 kg/kg，遠(yuǎn)高于目前現(xiàn)有報(bào)道的數(shù)值范圍。該試驗(yàn)得出的河套灌區(qū)春小麥高氮素農(nóng)學(xué)利用效率的優(yōu)化組合措施為實(shí)現(xiàn)北方灌區(qū)春小麥模式化栽培提供了切實(shí)可行的途徑。由于整個(gè)河套灌區(qū)各地的小氣候、土壤條件不同，因此該研究提出的春小麥高氮素農(nóng)學(xué)利用效率的農(nóng)藝措施方案的適應(yīng)性和持續(xù)性尚待進(jìn)一步驗(yàn)證。

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