不同耕作保墑措施下施氮量對小麥耗水量、產量及水分生產效率的影響

楊永輝，武繼承，潘曉瑩，張潔梅，何 方，張玉亭，王 喆，王 越，韓偉鋒(.河南省農業(yè)科學院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002；2.農業(yè)部作物高效用水原陽科學觀測實驗站，河南 原陽 45354)

不同耕作保墑措施下施氮量對小麥耗水量、產量及水分生產效率的影響

楊永輝1,2，武繼承1,2，潘曉瑩1,2，張潔梅1,2，何 方1,2，張玉亭1，王 喆1,2，王 越1,2，韓偉鋒1,2
(1.河南省農業(yè)科學院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002；2.農業(yè)部作物高效用水原陽科學觀測實驗站，河南 原陽 453514)

采用大田試驗，探討了普通耕作、深松、秸稈覆蓋、保水劑與氮肥(0、120、240 kg/hm2N)相結合對小麥耗水量、產量及水分生產效率的影響，以期找出潮土區(qū)小麥高產的合理保墑施肥模式。結果表明：總體上氮肥用量適中時，小麥全生育期的總耗水量較大，而不施氮肥和氮肥用量較大時，小麥耗水量較低，其中以秸稈覆蓋處理最低。隨氮肥用量的增加，總體上小麥凈光合速率、蒸騰速率均表現為先增后降的趨勢，而葉片水分利用效率隨氮肥用量的增加而提高。各處理以處理6(深松+120 kg/hm2N)的凈光合速率最高，以處理10(深松+240 kg/hm2N)和處理11(秸稈覆蓋+240 kg/hm2N)的葉片水分利用效率較高。各保墑措施均顯著提高了小麥產量和水分生產效率。小麥產量隨氮肥用量的增加先增加后降低，以處理6最高，較對照(普通耕作)提高30.5%，其次為處理8(保水劑+120 kg/hm2N)，兩者差異不顯著，之后為處理7(秸稈覆蓋+120 kg/hm2N)、處理10、處理11；但水分生產效率以處理11最高，較對照提高50.4%，其次為處理10、處理8，三者差異顯著。

小麥； 氮肥； 保墑措施； 光合特征； 產量； 水分利用

豫東潮土區(qū)年際降雨量和地面蒸發(fā)量較大，容易出現季節(jié)性干旱，加上不合理的耕作，土壤蓄水量少，嚴重制約著小麥生長和產量的提高。已有研究表明，傳統(tǒng)翻耕易加劇有機質礦化，不利于土壤肥力的維持[1-2]；而采用適宜的土壤耕作和施肥方式不僅可改善土壤特性[3-5]，還可提高田間水分利用效率，達到保水增產的目的[6-7]。要促進小麥生長，增加產量，提高水分利用效率，就必須從保墑耕作和合理施肥兩方面著手。方日堯等[8]研究表明，保護性耕作可促進土壤蓄水保墑，實現秋雨春用，提高作物產量。深松能夠提高土壤水分入滲能力和土壤含水率，提高作物的光合速率[9-10]，促進水分利用效率的提高[11]。有關合理施肥和保護性耕作技術對農田土壤水分高效利用的研究已有不少[12-26]，但大多是對單項措施的研究，且多在旱作耕地上進行，而對于降雨量較高的豫東潮土區(qū)的相關報道較少。綜合考慮“以肥調水”和“蓄水保墑”效應，并結合施肥和保墑2種措施，實現兩者之間的耦合，對提高該地區(qū)的水肥高效利用具有重要意義。為此，研究了施氮量對不同保墑措施冬小麥耗水量、產量及水分生產效率的影響，以期找出潮土區(qū)小麥高產的合理保墑施肥模式，為該地區(qū)的作物水分利用和增產增收提供有利的科學依據。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗在河南省開封市通許縣節(jié)水農業(yè)試驗示范基地(114°26′58.47′′E、34°25′44.26′′N)進行，海拔62 m。該地區(qū)屬溫暖帶半干旱型氣候，年降水量657.9 mm，其中68.8%集中在6—9月，年際變化大，地表徑流豐枯年份間非常懸殊，常有旱澇災害發(fā)生，旱災多于澇災。試驗地土壤屬潮土類兩合土種，肥力均勻，地勢平坦，耕層含有機質11.4 g/kg、全氮0.81 g/kg、堿解氮74.31 mg/kg、速效磷19.8 mg/kg、速效鉀90.3 mg/kg。該區(qū)種植模式為小麥、玉米輪作。

1.2 試驗設計

設置4種措施：普通耕作、深松、秸稈覆蓋、保水劑；設置3個氮肥用量(純氮)：0、120、240 kg/hm2。共設計12個處理，即處理1：普通耕作(對照)，處理2：深松，處理3：秸稈覆蓋，處理4：保水劑(45 kg/hm2，普通耕作)，處理5：普通耕作+120 kg/hm2N，處理6：深松+120 kg/hm2N，處理7：秸稈覆蓋+120 kg/hm2N，處理8：保水劑(45 kg/hm2，普通耕作)+120 kg/hm2N，處理9：普通耕作+ 240 kg/hm2N，處理10：深松+240 kg/hm2N，處理11：秸稈覆蓋+240 kg/hm2N，處理12：保水劑(45 kg/hm2，普通耕作)+240 kg/hm2N，每個處理3個重復，共36個小區(qū)。播種前用普通過磷酸鈣(P2O5，105 kg/hm2)和硫酸鉀(KCl，75 kg/hm2)作底肥，撒施；氮肥(尿素)底施50%，分別在拔節(jié)期追施30%(同時灌水，灌水量為45 mm/次)、灌漿期追施20%(同時灌水，灌水量為45 mm/次)。小麥品種為矮抗58，于2012年10月中旬播種，播種量為187.5 kg/hm2，2013年6月5日收獲。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 光合參數 在小麥灌漿期(2013年5月12日)于9:30—11:00采用美國Li-Cor公司生產的Li-6400光合儀測定小麥葉片凈光合速率、蒸騰速率，并計算葉片水分利用效率[27-28]。

1.3.2 產量及水分生產效率 收獲時對小麥進行考種，以每小區(qū)收獲4 m2產量記產，將其產量折合成每公頃產量，并計算水分生產效率，水分生產效率=籽粒產量(kg/hm2)/生育期耗水量。其中，生育期耗水量=播種前0～100 cm土層土壤儲水量+生育期內降雨量+生育期內灌水量-收獲時0～100 cm土層土壤儲水量。

1.4 數據處理

試驗數據應用統(tǒng)計學及相關的數理統(tǒng)計軟件(DPS)進行處理。

2 結果與分析

2.1 施氮量對不同保墑措施小麥耗水量的影響

2.1.1 不同生育階段耗水量 從圖1可知，小麥不同生育階段各處理的耗水量差異明顯。小麥播種到收獲的總降雨量為350.3 mm，但降雨分布不均，在拔節(jié)—孕穗和孕穗—灌漿這2個生育階段降雨量相對較少，必須利用土壤中的水分或進行補灌才能滿足小麥的正常生長。整體來看，播種—拔節(jié)和孕穗—灌漿這2個階段小麥的耗水量較大。從播種到拔節(jié)期，處理6和處理5的耗水量明顯大于其他處理，其次為處理7、處理9、處理4和處理8，其他處理小麥耗水量均較低，且低于該時段的降雨量，特別是處理3，明顯低于其他處理。而從拔節(jié)期到孕穗期，以處理11的耗水量最高，其次為處理10和處理3，其他處理的耗水量均低于40 mm。從孕穗期到灌漿期，除處理3、處理4、處理11外，其他處理的耗水量均遠高于該時段的降雨量，且以對照耗水量最大。從灌漿期到收獲，以處理4的耗水量最大，而以處理5、處理10、處理11的耗水量較低，均小于40 mm，該時期的降雨量能夠滿足其耗水量，且有盈余。綜上，總體上從拔節(jié)期開始到灌漿期，該生育階段的降雨量遠不能滿足小麥的生理需要，必須利用土壤中的水分或進行補灌才能維持小麥的正常生長。

圖1 不同處理小麥不同生育階段的耗水量比較

2.1.2 全生育期總耗水量 由圖2可知，總體上中肥處理小麥全生育期的耗水量明顯高于其他處理，以處理6(深松+120 kg/hm2N)耗水量最高，處理3(秸稈覆蓋)和處理11(秸稈覆蓋+240 kg/hm2N)的耗水量較低。說明氮肥用量適中時作物耗水量較大，特別是深松處理；而秸稈覆蓋可有效降低水分的無效損耗和作物的耗水量，從而有利于作物水分利用潛力的提高。

圖2 不同處理小麥全生育期耗水量比較

2.2 施氮量對不同保墑措施小麥光合特征的影響

由表1可知，總體上隨氮肥用量的增加，各處理的凈光合速率表現為先增加后降低的趨勢，處理6(深松+120 kg/hm2N)最高，顯著高于其他處理，其次為處理11、處理7和處理8，對照凈光合速率最低。蒸騰速率與凈光合速率表現趨勢基本一致，各處理中仍以處理6最高，對照最低。而各處理葉片水分利用效率隨氮肥用量的增加而升高，以處理10(深松+240 kg/hm2N)和處理11(秸稈覆蓋+240 kg/hm2N)最高，顯著高于其他處理，對照最低。說明，氮肥用量適中有利于光合速率的提高，從而促進干物質的積累，而氮肥用量較大時，更利于葉片水分利用效率的提高。

表1 不同處理小麥光合特征比較

注：同列不同字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

2.3 施氮量對不同保墑措施小麥產量及水分生產效率的影響

從表2可知，在不施氮肥的條件下，各保墑措施均提高了小麥的穗粒數和千粒質量；在120 kg/hm2N用量條件下，各保墑措施均提高了小麥穗數，保水劑處理(處理8)提高了小麥的穗長和穗粒數；在240 kg/hm2N用量條件下，各保墑措施均提高了小麥穗數，但降低了穗長、穗粒數和千粒質量。在相同施氮量條件下，各保墑措施均顯著提高了小麥產量和水分生產效率。隨氮肥用量的增加，小麥產量基本表現為先增加后降低的趨勢，以處理6(深松+120 kg/hm2N)最高，較對照提高30.5%，其次為處理8(保水劑+120 kg/hm2N)，對照最低；但水分生產效率隨氮肥用量的增加總體表現為先降低后增加的趨勢，以處理11(秸稈覆蓋+240 kg/hm2N)最高，較對照提高50.4%，其次為處理10(深松+240 kg/hm2N)，對照最低。說明，保墑施肥能有效提高小麥的產量和水分生產效率。

表2 不同處理小麥產量及水分生產效率的比較

3 結論與討論

合理施肥和保墑耕作對農田土壤水分、光合特征、作物生長及水分利用產生重要影響。采取合理的保護性耕作措施并進行地表秸稈和殘茬覆蓋，盡可能地提高降水的就地入滲[3，29]，促進冬小麥土壤水分貯蓄，提高小麥關鍵生育時期水分的高效利用，這是促進潮土區(qū)高產穩(wěn)產的關鍵。本研究發(fā)現，播種—拔節(jié)和孕穗—灌漿階段小麥的耗水量較大。從拔節(jié)期開始到灌漿期，該階段的降雨量不能滿足小麥的生理需要，需要利用土壤中的水分或進行灌溉來維持小麥的正常生長；而灌漿期到收獲期的降雨量相對較為豐富，能夠滿足小麥后期的生長需要，且盈余水分可促進下茬玉米苗期的生長。對于小麥全生育期而言，氮肥用量適中時，小麥的總耗水量較大，而不施氮肥和氮肥用量較大時，耗水量較低，尤其是有秸稈覆蓋的處理。

耕作保墑措施因能改善土壤水分狀況，增強小麥的光合性能，從而有利于光合產物的積累，形成較高的籽粒產量[30-31]，而使用氮肥也對小麥光合性能產生一定的影響。本研究發(fā)現，在不同耕作保墑措施條件下，施用氮肥均顯著提高了小麥的凈光合速率，但氮肥用量過大時凈光合速率有所降低，而較高氮肥用量更利于葉片水分利用效率的提高。各處理中以處理6(深松+120 kg/hm2N)的凈光合速率最高，對照最低；以處理10(深松+240 kg/hm2N)和處理11(秸稈覆蓋+240 kg/hm2N)的葉片水分利用效率較高，對照最低。與對照相比，各耕作保墑施肥處理均提高了小麥產量及水分生產效率。隨氮肥用量的增加，小麥產量表現為先增加后降低的趨勢，而水分生產效率總體表現為先降低后增加的趨勢。各處理中以處理6(深松+120 kg/hm2N)產量最高，較對照提高30.5%，其次為處理8(保水劑+120 kg/hm2N)。但水分利用效率以處理11(秸稈覆蓋+240 kg/hm2N)最高，較對照提高了50.4%。說明，N用量為120 kg/hm2時進行深松或施用保水劑更利于小麥增產，而在N用量為240 kg/hm2時，進行秸稈覆蓋對于提高小麥水分生產效率效果更顯著。

對于同種耕作方式而言，其對作物生長和環(huán)境的影響具有累積效應，本研究為1 a的試驗結果，而2 a以上耕作措施對不同氮肥用量條件下小麥水分利用以及土壤蓄水保墑效果的影響有待進一步研究。

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Effect of Nitrogen Fertilizer Application Rate on Water Consumption, Yield and Water Production Efficiency of Wheat under Different Tillage and Soil Moisture Conservation Measures

YANG Yonghui1,2,WU Jicheng1,2,PAN Xiaoying1,2,ZHANG Jiemei1,2,HE Fang1,2,ZHANG Yuting1,WANG Zhe1,2,WANG Yue1,2,HAN Weifeng1,2
(1.Institute of Plant Nutrient,Resources and Environment,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China; 2.Yuanyang Experimental Station of Crop Water Use,Ministry of Agriculture,Yuanyang 453514,China)

In order to find out reasonable soil moisture conservation and fertilization mode for increasing yield in meadow soil district,a field experiment was conducted to investigate the effects of the common tillage,subsoiling,straw mulching,water-retaining agent with different nitrogen application rate (0,120,240 kg/ha) on crop water consumption,yield and water production efficiency.The results showed that water consumption of wheat was the highest compared with other treatments in the whole growth period of wheat when nitrogen application rate was appropriate.While when the nitrogen application rate was zero or the and nitrogen application rate was too many,the water consumption of wheat was lower,which of the treatment with straw mulching was the lowest.On the whole,the net photosynthetic rate and transpiration rate of wheat first increased and then decreased with the increase of the nitrogen fertilizer application rate,while the leaf water use efficiency increased with the increase of the nitrogen fertilizer application rate.The net photosynthetic rate of treatment 6 (subsoiling + N of 120 kg/ha) was the highest,and which of treatment 10 (subsoiling + N of 240 kg/ha) and 11 (straw cover + N of 240 kg/ha) were higher.The moisture conservation measures significantly increased wheat yield and water production efficiency,and the yield increased initially and then decreased with the increase of nitrogen fertilizer application rate.The yield of the treatment 6 was the highest, increased by 30.5% compared with the control(common tillage),followed by the treatment 8 (SAP + N of 120 kg/ha)，treatment 7 (strawcover + N of 120 kg/ha),treatment 10,treatment 11.While the water production efficiency of the treatment 11 was the highest,which increased by 50.4% compared with the control,followed by the treatment 10,treatment 8.

wheat; nitrogen fertilizer; moisture conservation measures; photosynthetic characteristics; yield; water utilization

2015-11-15

國家自然科學基金項目(U1404404)；國家“863”計劃項目(2013AA102904)；公益性行業(yè)(農業(yè))科研專項(201203077)；國家科技支撐計劃項目(2013BAD07B07)；河南省農業(yè)科學院優(yōu)秀青年科技基金項目(2016YQ12)

楊永輝(1978-)，男，陜西西安人，副研究員，博士，主要從事土壤生態(tài)與節(jié)水農業(yè)方面的研究。 E-mail:yangyongh@mails.gucas.ac.cn

S512.1

A

1004-3268(2016)04-0061-05