氮肥運(yùn)籌對(duì)節(jié)水高產(chǎn)冬小麥產(chǎn)量及水分利用率的影響

魏建偉，李 丁，李 強(qiáng)，孫書孌，孟祥海，李會(huì)敏，喬文臣，趙明輝，趙鳳梧

(河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所，河北衡水 053000)

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氮肥運(yùn)籌對(duì)節(jié)水高產(chǎn)冬小麥產(chǎn)量及水分利用率的影響

魏建偉，李 丁，李 強(qiáng)，孫書孌，孟祥海，李會(huì)敏，喬文臣，趙明輝，趙鳳梧*

(河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所，河北衡水 053000)

摘要[目的]研究氮肥運(yùn)籌對(duì)節(jié)水高產(chǎn)冬小麥產(chǎn)量和水分利用率的影響，以形成最佳的氮肥底追比例，保護(hù)有限水資源。[方法]在統(tǒng)一施用270 kg/hm2純氮條件下，選取節(jié)水高產(chǎn)冬小麥品種衡4399為材料，研究了底施與追肥比例3∶7、5∶5及7∶3這3種氮肥運(yùn)籌方式對(duì)其產(chǎn)量、水分利用率的影響。[結(jié)果]氮肥運(yùn)籌方式與產(chǎn)量及水分利用率高度相關(guān)，種植衡4399等節(jié)水高產(chǎn)冬小麥品種采用底追比3∶7的施氮方式，平均產(chǎn)量最高，為7 268.21 kg/hm2，水分利用率最大，為21.56 kg/(hm2·mm)。[結(jié)論]在黑龍港地區(qū)施用270 kg/hm2純氮條件下，種植衡4399這類分蘗能力較強(qiáng)的節(jié)水高產(chǎn)冬小麥品種宜采用底追比3∶7的施氮方式。

關(guān)鍵詞冬小麥；氮肥比例；產(chǎn)量；水分利用率

河北省是我國(guó)水資源嚴(yán)重缺乏的地區(qū)之一，人均水資源僅為311 m3，平均水資源3 120 m3/hm2，分別是全國(guó)平均水平的1/7和1/9。河北省全年總供水量約為170億m3，而年用水總量為220億m3，年超采50億m3，超采率達(dá)23%。由于超采已造成地下水位連年下降，特別是低平原區(qū)的深層水是1.0億～1.5億年前形成的水資源，其年下降速度高達(dá)1 m以上，已形成面積達(dá)5萬(wàn)km2的、全國(guó)面積最大的地下水采空漏斗區(qū)[1]。自2014年起河北省全省開(kāi)展節(jié)水項(xiàng)目，2014年投資12.6億元，壓縮灌溉小麥種植面積5.1萬(wàn)hm2，通過(guò)項(xiàng)目補(bǔ)貼形式推廣抗旱節(jié)水品種20.0萬(wàn)hm2；2015年投資12.2億元，在保持2014年壓縮灌溉小麥種植面積的基礎(chǔ)上，新增壓縮面積1.9萬(wàn)hm2，通過(guò)項(xiàng)目補(bǔ)貼形式推廣抗旱節(jié)水品種46.7萬(wàn)hm2。河北省小麥種植必須在有限的水資源條件下，提高水分利用率，達(dá)到高產(chǎn)高效。研究表明水分和肥料的交互作用對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響非常明顯[2]，通過(guò)氮肥運(yùn)籌能夠在少澆水的條件下取得更高的小麥產(chǎn)量。拔節(jié)期補(bǔ)充氮肥可以促進(jìn)籽粒灌漿，提高小麥產(chǎn)量和氮肥吸收利用率[5-8]，追施氮肥可以提高旗葉RuBPCase 活性和光合速率，其中以拔節(jié)期追氮基追比5∶5 處理產(chǎn)量構(gòu)成三因素較為協(xié)調(diào)，產(chǎn)量最高[5]；也有研究認(rèn)為，基追比4∶6施氮肥增產(chǎn)效果較好，原因主要是可顯著增加小麥的有效穗數(shù)[6]，在不同試驗(yàn)條件下，也有其他不同的結(jié)果[7-10]。筆者研究了不同氮肥運(yùn)籌方式對(duì)節(jié)水高產(chǎn)冬小麥產(chǎn)量及水分利用率的影響，以形成最佳的氮肥底追比例，保護(hù)有限的水資源。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況試驗(yàn)于2012～2013年在河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所深州市護(hù)駕遲鎮(zhèn)旱作節(jié)水試驗(yàn)站進(jìn)行，前茬作物為玉米，地勢(shì)平坦，地力中等，播種前測(cè)定0～20 cm厚土層土壤養(yǎng)分：有機(jī)質(zhì)1.86%、全氮1.10 mg/g、堿解氮69.72 mg/kg、速效磷22.85 mg/kg、速效鉀177.68 mg/kg。

1.2供試品種供試品種為節(jié)水高產(chǎn)冬小麥新品種衡4399。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用隨機(jī)區(qū)組法進(jìn)行田間排列，設(shè)3 個(gè)氮肥底施和追施比例處理，N1底追比3∶7，N2底追比5∶5，N3底追比7∶3。氮肥施用量統(tǒng)一為270 kg/hm2純氮，追肥時(shí)期統(tǒng)一為拔節(jié)期(春天第5葉露尖)；磷鉀肥全部底施，其中五氧化二磷為120 kg/hm2、氧化鉀90 kg/hm2。

小區(qū)長(zhǎng)16.00 m，寬2.84 m，每小區(qū)18行，小區(qū)間空1行，行距0.16 m，小區(qū)面積為45.44 m2，3次重復(fù)，共9個(gè)小區(qū)。采用奧地利進(jìn)口的自走式小區(qū)播種機(jī)播種，播期10月11日，基本苗300萬(wàn)/hm2。灌水為拔節(jié)水、揚(yáng)花灌漿水，灌水量每次750 m3/hm2。

1.4測(cè)定項(xiàng)目出苗后，每小區(qū)選均勻處定 1 m雙行樣段，在苗期(基本苗數(shù))、起身期后期(最高莖數(shù))、灌漿期(有效穗數(shù))調(diào)查小麥田間群體。收獲期調(diào)查產(chǎn)量及其構(gòu)成三要素，按小區(qū)收獲計(jì)產(chǎn)。

分別于播種前及小麥?zhǔn)斋@后采集土壤，每小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)采樣點(diǎn)。土壤水分含量采用烘干稱質(zhì)量法，土壤水分測(cè)定時(shí)取樣深度為 0～200 cm，每20 cm 土層作為1個(gè)樣品。每層土壤水分含量取3個(gè)采樣點(diǎn)的平均值。

土壤貯水量計(jì)算公式[11-14]：

V=ρ×h×w×10

(Ⅰ)

式中，V是土壤貯水量(mm)；ρ為實(shí)測(cè)土壤體積質(zhì)量(g/cm3)；h為土層厚度(cm)；w為土壤水分含量(%)。

土壤耗水量計(jì)算公式[11-14]：

ETa=W1-W2+M+P

(Ⅱ)

式中，ETa為土壤耗水量(mm)；W1為播前土壤貯水量(mm)；W2為收獲后土壤貯水量(mm)；M為冬小麥生育期內(nèi)灌水量(mm)；P為冬小麥生育期降水量(mm)。公式(Ⅰ)和(Ⅱ)中的土壤貯水量和耗水量均以200 cm土層含水量計(jì)算。

水分利用率計(jì)算公式[11-14]：

WUE=Y/ETa

(Ⅲ)

式中，WUE為水分利用率[kg/(hm2·mm)]；Y為冬小麥單位面積產(chǎn)量。

數(shù)據(jù)采用DPS和Excel軟件統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同氮肥底追比對(duì)群體結(jié)構(gòu)的影響由表1可知，由于播種量相同，不同氮肥底追比間基本苗數(shù)差異不明顯，施氮比例對(duì)冬小麥出苗影響較小。從最高莖數(shù)看，不同氮肥底追比對(duì)群體變化影響比較明顯，氮肥底追比為7∶3的處理最高莖數(shù)最大，平均為1 963.7×104個(gè)/hm2；氮肥底追比為5∶5的處理次之，平均為1 842.2×104個(gè)/hm2；氮肥底追比為3∶7的處理最小，平均為1 740.3×104個(gè)/hm2。從有效穗數(shù)看，氮肥底追比為3∶7和5∶5的處理顯著大于氮肥底追比7∶3的處理，且氮肥底追比3∶7和5∶5的處理差異不顯著，分別為703.0×104、688.3×104個(gè)/hm2。從分蘗成穗率看，各氮肥底追比處理間差異顯著。分析認(rèn)為氮肥底追比7∶3的處理，兩極分化前分蘗過(guò)多，形成大量的無(wú)效消耗，加之后期施氮量低，造成氮素供應(yīng)不足，反而形成有效穗數(shù)偏低。

表1　不同處理群體變化

注：同列數(shù)據(jù)后小寫字母不同表示0.05水平差異顯著，下同。

Note：Different lowercases in the same row indicated significant differences at 0.05 level，the same as follows.

2.2不同氮肥底追比對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響由表2可知，氮肥底追比3∶7、5∶5和7∶3的處理平均穗粒數(shù)分別為34.9、34.4和33.3粒，氮肥底追比3∶7處理和5∶5處理穗粒數(shù)差異不顯著，但這2個(gè)處理與氮肥底追比7∶3處理差異顯著。氮肥底追比3∶7處理和5∶5、7∶3處理千粒重差異達(dá)到顯著水平，后兩者差異不顯著。從產(chǎn)量看，氮肥底追比3∶7處理產(chǎn)量最高，達(dá)7 268.21 kg/hm2，較氮肥底追比5∶5處理增產(chǎn)205.91 kg/hm2，增產(chǎn)幅度為2.9%，氮肥底追比7∶3的處理產(chǎn)量最低，為6 821.08 kg/hm2，較氮肥底追比5∶5處理減產(chǎn)3.4%，且不同氮肥底追比處理間差異均達(dá)顯著水平。

表2不同處理產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的變化

Table 2Changes of yields and component factors in different treatments

處理Treatment產(chǎn)量Yieldkg/hm2穗數(shù)Earnumber×104個(gè)/hm2穗粒數(shù)Grainsperear∥粒千粒重1000-grainweight∥gN17268.21a703.0a34.9a38.9aN27062.30b688.3a34.4a37.2bN36821.08c660.7b33.3b36.5b

2.3不同氮肥底追比對(duì)水分利用效率的影響由表3可知，氮肥底追比7∶3處理的耗水量略高于氮肥底追比5∶5和3∶7的處理，差異不明顯，但不同處理間水分利用率有差異。分析認(rèn)為，氮肥底追比7∶3的處理中冬小麥起身至拔節(jié)期最高莖數(shù)過(guò)大，增加了葉面蒸騰，而其成穗率偏低，形成較大的無(wú)效蒸騰，到中后期雖然有效穗數(shù)不高，但下部仍有許多5粒以下的無(wú)效莖數(shù)，總蒸騰量并不減少，且又產(chǎn)生了部分無(wú)效蒸騰，造成水分利用率下降。

表3　不同處理耗水量和水分利用率的變化

3結(jié)論與討論

前人研究表明，小麥生育后期對(duì)氮肥有一定的需求量，采用適當(dāng)?shù)牡屎笠萍夹g(shù)可以延緩葉片衰老和根系早衰，提高開(kāi)花期光合速率，有利于干物質(zhì)的積累，對(duì)灌漿有一定的促進(jìn)作用，實(shí)現(xiàn)小麥籽粒產(chǎn)量的提高[15-16]。也有研究表明，氮肥后移提高了氮肥吸收利用率，同時(shí)顯著改善了小麥籽粒品質(zhì)，但對(duì)籽粒產(chǎn)量影響不顯著，甚至是后期氮肥施用比例過(guò)大會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)量顯著降低[7，17]。該研究結(jié)果表明，在黑龍港流域地區(qū)，適當(dāng)?shù)牡屎笠瓶梢钥刂贫←渻蓸O分化前無(wú)

效分蘗數(shù)量，降低氮肥的無(wú)效消耗，提高分蘗成穗率，確保穗分化期氮素供應(yīng)，提高穗粒數(shù)，延長(zhǎng)旗葉功能期，提高千粒重，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量增加。以衡4399為代表的節(jié)水高產(chǎn)冬小麥品種，一般本身分蘗能力較強(qiáng)，前期施氮量大容易造成無(wú)效分蘗數(shù)量激增，造成大量的無(wú)效消耗，后期氮肥供應(yīng)不足，影響產(chǎn)量三要素形成，降低產(chǎn)量，應(yīng)盡量采用底追比3∶7的施氮方式，控制前期莖數(shù)，促進(jìn)穗分化和干物質(zhì)積累。

黑龍港地區(qū)的水利條件，使人們?cè)谶M(jìn)行節(jié)水高產(chǎn)冬小麥品種栽培技術(shù)研究時(shí)必須考慮盡量提高水分利用率。作物水分利用率是由溫度、肥料水平、土壤質(zhì)地、降雨量和作物品種等多個(gè)因素共同決定的，而每個(gè)因素對(duì)水分利用率的影響程度又各不相同，在實(shí)際生產(chǎn)中，水分利用率的提高主要是通過(guò)增加作物產(chǎn)量和降低無(wú)效蒸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)的[18]。該研究結(jié)果表明，采取底追比3∶7的施氮方式可以使節(jié)水高產(chǎn)冬小麥品種衡4399形成合理的群體結(jié)構(gòu)，從而降低無(wú)效蒸發(fā)和增加作物產(chǎn)量，最終實(shí)現(xiàn)水分利用率的提高。

綜合以上兩點(diǎn)認(rèn)為，在黑龍港地區(qū)氮肥施用量為270 kg/hm2純氮條件下，種植衡4399這類分蘗能力較強(qiáng)的節(jié)水高產(chǎn)冬小麥品種宜采用底追比3∶7的施氮方式，可以提高水分利用率，增加冬小麥產(chǎn)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭進(jìn)考，史占良，何明琦，等.發(fā)展節(jié)水小麥緩解北方水資源短缺[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，18(4)：876-879.

[2] 陳尚謨.旱區(qū)施肥量與農(nóng)田水肥利用率關(guān)系研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，1994，15(4)：12-15.

[3] 徐學(xué)選，陳國(guó)良，穆興民.春小麥水肥產(chǎn)出協(xié)同效應(yīng)研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，1994，8(4)：72-78.

[4] 張德奇，季書勤，王漢芳，等.氮肥運(yùn)籌對(duì)小麥群體變化、穗粒數(shù)分布及產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27(21)：49-52.

[5] 康國(guó)章，王永華，郭天財(cái)，等.氮素施用對(duì)超高產(chǎn)小麥生育后期光合特性及產(chǎn)量的影響[J].作物學(xué)報(bào)，2003，29(1)：82-86.

[6] 王紹中，田云峰，郭天財(cái)，等.河南小麥栽培學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2010：139-140.

[7] 武際，郭熙盛，楊曉虎，等.氮肥施用時(shí)期及基追比例對(duì)土壤礦質(zhì)氮含量時(shí)空變化及小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，19(11)：2382-2387.

[8] 季書勤，趙淑章，呂鳳榮.水氮配合對(duì)強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其相關(guān)性分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2003，19(1)：36-38，47.

[9] 王小燕，沈永龍，高春寶.氮肥后移對(duì)江漢平原小麥籽粒產(chǎn)量及氮肥偏生產(chǎn)力影響[J].麥類作物學(xué)報(bào)，2010，30(5)：896-899.

[10] 黃嚴(yán)帥，范袁斌，李炳生，等.氮肥運(yùn)籌對(duì)弱筋小麥寧麥 9號(hào)群體結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，24(9)：122-126.

[11] 呂雯，汪有科.不同秸稈還田模式冬麥田土壤水分特征比較[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2006，24(3)：68-71.

[12] HUSSAIN G，AL-JALOUD A A.Effect of irrigation and nitrogen on water use efficiency of wheat in Saudi Arabia[J].Agric Water Manage，1995，27：143-153.

[13] 張亮，黃婷苗，鄭險(xiǎn)峰，等.施氮對(duì)秸稈還田冬小麥產(chǎn)量和水分利用率的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，41(1)：49-54.

[14] 黨紅凱，鄭春蓮，馬俊永，等.冬季抗旱措施對(duì)小麥耗水特征與生育性狀的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，20(9)：1127-1134.

[15] 姜東，于振文，蘇波，等.不同施氮時(shí)期對(duì)小麥根系衰老的影響[J].作物學(xué)報(bào)，1997，23(2)：181-190.

[16] 張炳勇，崔日鮮.氮肥運(yùn)籌對(duì)冬小麥光合特性和產(chǎn)量的影響[J].青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，27(3)：195-199.

[17] 陳愛(ài)大,蔡金華,溫明星,等.追施氮肥對(duì)強(qiáng)筋小麥‘鎮(zhèn)麥168’產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2014(3):1154-1158.

[18] 王慧.環(huán)境因子對(duì)冬小麥水分利用率的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，1996，16(6)：584-590.

基金項(xiàng)目農(nóng)業(yè)部國(guó)家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-3-2-2)；河北省小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(2012-2016)。

作者簡(jiǎn)介魏建偉(1980- )，男，河北遷安人，助理研究員，從事小麥育種與生理栽培研究。*通訊作者，研究員，從事小麥資源創(chuàng)新與遺傳育種研究。

收稿日期2016-04-13

中圖分類號(hào)S 512.1+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)13-025-02

Effects of Nitrogen Fertilizer Application on Yield and Water Use Efficiency of Water-saving and High-yield Winter Wheat

WEI Jian-wei, LI Ding, LI Qiang, ZHAO Feng-wu*et al

(Institute of Dryland Farming, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Hengshui, Hebei 053000)

Abstract[Objective] To research the effects of nitrogen fertilizer application on yield and water use efficiency of water-saving and high-yield winter wheat, so as to obtain the optimal base and topdressing fertilizer rates, and to protect the limited water resources. [Method] When the nitrogen fertilizer application dosage was 270 kg/hm2, winter wheat cultivar Heng 4399 was selected, which had the characteristics of water saving and high yield and was widely planted. The ratios of base to topdressing nitrogen fertilizer were 3∶7, 5∶5 and 7∶3, respectively. Their effects on yield and water use efficiency were researched. [Result] Nitrogen fertilizer application mode was highly correlated to the yield and water use rate. The 3∶7 base-topdressing nitrogen fertilizer was suitable for the planting of Heng 4399 and other water-saving and high-yield cultivars. The average yield was 7 268.21 kg/hm2; and water use efficiency was 21.56 kg/(hm2·mm). [Conclusion] Under 270 kg/hm2 nitrogen fertilizer application in Heilonggang area, planting Heng 4399 and other water-saving and high-yield winter wheat varieties should adopt the application mode of 3∶7 base-topdressing nitrogen fertilizer.

Key wordsWinter wheat; Application ratio of nitrogen fertilizer; Yield; Water use efficiency