甘肅省河西綠洲干旱灌區(qū)施氮量對(duì)小麥-玉米間作水分利用和產(chǎn)量的影響

楊君林，馬忠明，張立勤，徐生明，連彩云

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

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甘肅省河西綠洲干旱灌區(qū)施氮量對(duì)小麥-玉米間作水分利用和產(chǎn)量的影響

楊君林1，馬忠明2，張立勤1，徐生明1，連彩云1

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

小麥玉米間作種植是甘肅省河西一熟制灌區(qū)的主要種植模式，對(duì)提高當(dāng)?shù)丶Z食產(chǎn)量發(fā)揮了重要作用。2種作物間作時(shí)，除了充分利用光、熱資源外，單位面積養(yǎng)分和水分的充足供應(yīng)也是保證高產(chǎn)的關(guān)鍵。河西地區(qū)主要依賴祁連山雪水灌溉，水資源量少，提高作物水分利用率是高效利用水資源的重要途徑。通過(guò)河西干旱灌區(qū)小麥玉米間作的田間試驗(yàn)，研究了不同施氮量對(duì)小麥玉米間作水分利用及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：不同施氮水平條件下，小麥帶土壤中的含水量隨施氮量的增加變化較小，而玉米帶土壤中的含水量隨著施氮量的增加逐漸降低。隨著施氮量的增加無(wú)論小麥產(chǎn)量還是玉米產(chǎn)量都是先增加而后降低，施氮375 kg·hm-2時(shí)小麥玉米間作產(chǎn)量都達(dá)到最高，施氮562.5 kg·hm-2時(shí)產(chǎn)量反而有所降低，施氮量對(duì)小麥玉米間作的水分利用效率有顯著影響，水分利用效率隨施氮量的增加呈單峰變化趨勢(shì)，施氮量超過(guò)375 kg·hm-2時(shí)，水分利用效率有所下降。圖3，表1，參11。

小麥玉米間作；施氮量；水分利用效率

0　引　言

河西綠洲灌區(qū)位于甘肅省西北部，區(qū)內(nèi)土地資源豐富，光照充足，晝夜溫差大，降雨稀少，但灌溉條件優(yōu)越，有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育，是我國(guó)傳統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地。河西綠洲灌區(qū)降水稀少，蒸發(fā)量大，是典型的干旱內(nèi)陸河灌區(qū)，農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)是沒(méi)有灌溉就沒(méi)有農(nóng)業(yè)[1]。河西綠洲灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，是甘肅省糧食主產(chǎn)區(qū)和全國(guó)十二大商品糧基地之一，雖耕地面積占全省的19%，但生產(chǎn)出占全省32%的糧食和70%的商品糧。作為我國(guó)農(nóng)作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)帶，尤其是沿山冷涼灌區(qū)糧油作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)帶，平川灌區(qū)小麥玉米間作、小麥向日葵間作、糧食毛勺子間套多熟種植的高產(chǎn)帶，對(duì)甘肅省乃至全國(guó)的糧食安全具有重要影響。小麥玉米間作是河西綠洲灌區(qū)主要的高產(chǎn)栽培模式，對(duì)當(dāng)?shù)氐募Z食產(chǎn)量發(fā)揮了重要的作用[2-3]。

近年來(lái)，廣大農(nóng)村對(duì)氮肥過(guò)量的施用，使得氮肥不再是作物高產(chǎn)的限制因子[4]，但河西綠洲灌區(qū)水資源短缺，且時(shí)空分布不均。河西綠洲灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中小麥玉米間作推薦施純氮量為480 kg·hm-2～540 kg·hm-2，然而實(shí)際施氮量達(dá)到630 kg·hm-2，而且農(nóng)民普遍在施肥后立即灌水，每年要灌水7次～10次，每次灌水高達(dá)1 500 m3·hm-2，灌水量和施肥量很高，水分利用率低，土壤中硝態(tài)氮的累積和淋失嚴(yán)重[5]，因此，河西綠洲灌區(qū)水分已成為作物高產(chǎn)的重要因子，如何提高水分利用率在有限供水條件下充分發(fā)揮肥料的增產(chǎn)作用,已成為河西地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)亟待解決的問(wèn)題[6-8]。選擇適合當(dāng)?shù)毓嗨畻l件下肥料的增產(chǎn)效應(yīng)，從而最大程度地發(fā)揮現(xiàn)有水資源的生產(chǎn)潛力在河西地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要的意義[9]。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地基本情況

試驗(yàn)于2008年在甘肅省張掖市小滿鎮(zhèn)省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)節(jié)水試驗(yàn)站進(jìn)行，該試驗(yàn)站位于甘肅省河西走廊中部，海拔1 570 m，年日照時(shí)數(shù)3 085 h，晝夜溫差13.0℃～16.0℃,平均氣溫7℃，≥0℃積溫3 388℃，≥10℃積溫2 896℃，無(wú)霜期153 d。年蒸發(fā)量2 075 mm，年降水量不足130 mm，見圖1。試驗(yàn)地土壤含有機(jī)質(zhì)7.6 g·kg-1，全氮0.77 g·kg-1，堿解氮72 mg·kg-1,全磷0.14%，全鉀14 g·kg-1，pH 8.5(水土比1∶1)。

圖1　2008年張掖市全年的降雨量Fig.1　Annual rainfall in Zhangye city in 2008

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)和供試作物

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)純氮水平，分別為N0(0)，N1(187.5 kg·hm-2)，N2(375 kg·hm-2)，N3(562.5 kg·hm-2)，隨機(jī)區(qū)組排列，灌水量為5 250 m3·hm-2，氮肥主要是尿素，40%做底肥，磷肥150 kg·hm-2做底肥，小麥播種時(shí)一次性施入，30%氮肥于小麥?zhǔn)斋@后追施，30%氮肥在玉米灌漿中期追施，其它管理同大田，重復(fù)3次，小區(qū)面積27 m2，供試小麥品種為寧春4號(hào)，玉米品種為沈單16，小麥帶寬為70 cm，小麥種植6行，小麥播種密度450萬(wàn)株·hm-2，玉米帶寬為80 cm，玉米種植2行，玉米行覆膜種植，玉米保苗82 500株·hm-2。

春小麥于2008年3月20號(hào)播種，同年7月24號(hào)收獲；玉米于2008年4月15號(hào)播種，同年10月10號(hào)收獲。

1.3測(cè)定項(xiàng)目和測(cè)定方法

在小麥播前、小麥苗期、小麥挑旗期、小麥灌漿期、玉米吐絲期、玉米灌漿中期和玉米收獲后七個(gè)時(shí)期測(cè)定0～160 cm土壤剖面的含水量,用土鉆取土，每20 cm一層，含水量用烘干法測(cè)定。播前0～20 cm的土樣同時(shí)用于測(cè)定土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀等指標(biāo)。收獲時(shí)除兩個(gè)邊行外全區(qū)收獲，單區(qū)脫粒，曬干后稱重，記產(chǎn)。計(jì)算水分生產(chǎn)效率：水分生產(chǎn)效率=籽粒產(chǎn)量/土壤耗水量，土壤耗水量=播前土壤儲(chǔ)水量+生育期降水量+灌水量-收獲后土壤儲(chǔ)水量[10]。

2　結(jié)果與分析

2.1施氮量對(duì)小麥玉米間作土壤水分垂直分布的影響

圖2是河西綠洲灌區(qū)小麥玉米間作不同生育期不同施氮水平下0～160 cm土層含水量的垂直分布，結(jié)果表明：小麥帶在播前土壤含水量最高，從播種到收獲，土壤中的含水量持續(xù)降低，至收獲后土壤含水量降至最低。各時(shí)期0～60 cm土壤含水量變化較大，40 cm土壤含水量較高，而60 cm土壤含水量較低，因此在60 cm處出現(xiàn)一個(gè)耗水層；從60 cm以下土壤含水量逐漸升高，不同時(shí)期不同氮處理各土層的含水量的變化基本一致。各施氮處理相比，N0和N3處理土壤的水分相對(duì)較高，而N1和N2處理土壤的水分含量相對(duì)較低，這與合理的施用氮肥促進(jìn)了作物的生長(zhǎng)而導(dǎo)致對(duì)水分的需求量增大有關(guān)。而玉米帶在收獲后土壤含水量最高，這是由于河西地區(qū)降雨量增加所致。各時(shí)期0～60 cm土層土壤含水量變化相對(duì)較大，60 cm以下變化幅度較小，這主要是由于玉米根系大部分分布在0～60 cm土層所致，這和小麥帶結(jié)果基本一致。各生育期土壤水分動(dòng)態(tài)變化規(guī)律相似，各不同施氮處理在大喇叭口期、抽雄期和吐絲期對(duì)土壤水分的消耗相對(duì)較大，因此這三個(gè)時(shí)期土壤各層次水分相對(duì)較低。對(duì)比不同施氮水平，小麥帶土壤中的含水量隨施氮量的增加變化較小，而玉米帶土壤中的含水量隨著施氮量的增加逐漸降低。

圖2　施氮量對(duì)小麥玉米間作土壤水分垂直分布的影響Fig.2　N application rate on the influence of the vertical distribution of soil moisture in wheat-corn inter-cropping

2.2施氮量對(duì)小麥玉米間作產(chǎn)量的影響

施用氮肥能顯著提高小麥玉米間作的產(chǎn)量，施氮188 kg·hm-2、375 kg·hm-2和563 kg·hm-2處理間作小麥產(chǎn)量分別為2 831 kg·hm-2、3 958 kg·hm-2、3 372 kg·hm-2，比對(duì)照增產(chǎn)26%、76%和50%；間作玉米產(chǎn)量分別為6 406 kg·hm-2、6 939 kg·hm-2、6 781 kg·hm-2，比對(duì)照增產(chǎn)87%、103%和98.4%，混合產(chǎn)量分別為9 236 kg·hm-2、10 896 kg·hm-2、10 153 kg·hm-2，比對(duì)照增產(chǎn)63%、92%和79%，但隨著施氮量的增加無(wú)論小麥還是玉米產(chǎn)量都是先增加而后減少，施氮375 kg·hm-2時(shí)小麥玉米間作產(chǎn)量都達(dá)到最高，施氮562.5 kg·hm-2時(shí)產(chǎn)量反而有所降低，因此，合理的施氮量既保證了作物增產(chǎn)，提高了氮肥的施用效率，又降低了生產(chǎn)成本，見表1。

表1施氮量對(duì)春小麥玉米間作產(chǎn)量的影響

Tab.1N application rate on yield of of wheat-maize inter-cropping

處理Treament間作小麥產(chǎn)量(kg·hm-2)Inter-croppingwheatyield增減產(chǎn)(%)Yieldincreaseordecline間作玉米產(chǎn)量(kg·hm-2)Inter-croppingmaizeyield增減產(chǎn)(%)Yieldincreaseordecline混合產(chǎn)量(kg·hm-2)Combinedyield增減產(chǎn)(%)YieldincreaseordeclineN02246d-3418c-5665c-N12831c26.06406b879236b63.1N23958b76.26939a10310896a92.4N33372a50.16781a9810153a79.2

注：數(shù)據(jù)后的相同字母表示氮水平間的方差分析結(jié)果差異不顯著(p>0.05)。

Note:Values followed by same letters show no significant difference(p>0.05) between N rates according to Duncan′s Multiple Range Test

2.3施氮量對(duì)小麥玉米間作水分利用效率的影響

無(wú)論小麥帶、玉米帶還是小麥玉米混合帶水分利用效率都隨著施氮量的增加先增加而后降低，施氮量增加到562.5 kg·hm-2時(shí)水分利用效率反而降低，而施氮375 kg·hm-2和施氮562.5 kg·hm-2之間差異不顯著，但施氮375 kg·hm-2時(shí)的水分利用效率顯著高于不施氮和施氮187.5 kg·hm-2處理，小麥不施氮處理消耗水分生產(chǎn)籽粒5.4 kg·hm-2·mm-1，施氮187.5 kg·hm-2、375 kg·hm-2和562.5 kg·hm-2處理消耗水分分別生產(chǎn)籽粒6.7 kg·hm-2·mm-1、9.2 kg·hm-2·mm-1和8.1 kg·hm-2·mm-1，分別比不施氮處理高1.3 kg·hm-2·mm-1、3.8 kg·hm-2·mm-1和2.7 kg·hm-2·mm-1，見圖3。以上結(jié)果充分說(shuō)明，施氮量對(duì)小麥玉米間作的水分利用效率有顯著影響，無(wú)論小麥帶、玉米帶和小麥玉米混合帶的水分利用效率都隨施氮量的增加而增加，但施氮量超過(guò)375 kg·hm-2時(shí)，水分利用效率有所下降，這主要是由于過(guò)量的氮肥促使作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)旺而消耗了大量的養(yǎng)分，因此合理施肥能夠提高作物的水分利用效率。

圖3　施氮量對(duì)小麥玉米間作水分利用效率的影響Fig.3　N application effects on water use efficiency of maize-wheat inter-cropping

3　結(jié)　論

通過(guò)不同施氮量對(duì)河西干旱灌區(qū)小麥玉米間作土壤水分動(dòng)態(tài)變化及水分生產(chǎn)效率影響的研究，結(jié)果表明，小麥帶在播前土壤含水量最高，從播種到收獲，土壤中的含水量持續(xù)降低，至收獲后土壤含水量降至最低，原因在于河西綠洲灌區(qū)地處我國(guó)西北干旱區(qū)，在小麥的整個(gè)生長(zhǎng)期降雨稀少，全年降雨量只有105.1 mm，作物生長(zhǎng)所需要的水分基本依靠灌溉補(bǔ)給，另外隨著生育期的后延蒸發(fā)量逐漸加大，河西地區(qū)全年蒸發(fā)量高達(dá)1 500 mm～2 500 mm，這就導(dǎo)致收獲后土壤水分遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于播前水平，播前土壤含水量最高，主要是由于入冬前灌水所致。各生育期不同施氮處理0～160 cm小麥帶土壤剖面的含水量隨施氮量的增加變化較小，而玉米帶土壤中的含水量隨著施氮量的增加逐漸降低，主要原因在于增施氮肥促進(jìn)了作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，加大了蒸騰作用所致。0～160 cm土壤剖面的變化為：0～60 cm土壤含水量變化較大，60 cm以下土壤含水量變化較小，主要原因在于根系吸收、表層水分的蒸發(fā)和灌水對(duì)0～60 cm土層的水分、養(yǎng)分影響較大，使該層土壤水分、養(yǎng)分條件不斷變化。

合理施氮可以提高作物產(chǎn)量,提高對(duì)氮素的吸收和利用率;氮肥過(guò)量不僅導(dǎo)致減產(chǎn),反而使大量的氮素殘留在土壤中[10-11]。無(wú)論小麥、玉米或小麥玉米間作的產(chǎn)量隨施氮量的增加都呈現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì)，施氮375 kg·hm-2時(shí)無(wú)論小麥、玉米或小麥玉米間作的產(chǎn)量都達(dá)到最高，可見，作物生長(zhǎng)時(shí)施用適量的氮肥才有利于作物生長(zhǎng),有利于提高作物的水氮利用率，這樣既可以達(dá)到高產(chǎn)，又降低了生產(chǎn)成本。

氮肥施用量對(duì)小麥玉米間作的水分利用效率有顯著影響，水分利用效率隨施氮量的增加而增加，但施氮量增加到一定量時(shí)，水分利用效率反而下降，呈單峰變化趨勢(shì)，施氮375 kg·hm-2時(shí)無(wú)論小麥帶、玉米帶和小麥玉米混合帶的水分利用效率都達(dá)到最高，這主要是由于過(guò)量的氮肥促使作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)旺而加大了作物的蒸騰作用，因此合理施肥能夠提高作物的水分利用效率。

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Effects of Different N Rates on Water Use Efficiency and Yield of Wheat-maize Inter-cropping in Irrigated Area of Hexi Oasis in Gansu Province

YANG Junlin1, MA Zhongming2, ZHANG Liqin1, XU Shengming, LIAN Caiyun1

(1.InstituteofSoil，F(xiàn)ertilizerandWater-savingAgriculture，GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730070，China; 2.GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730070，China)

Wheat and maize inter-cropping is the main cropping pattern in the irrigated area of Hexi corridor, Gansu Province, which plays an important role in improving the local grain yield. Besides the optimum use of light and heat resources, adequate supply of nutrients and water per unit area are the other key factors ensuring high output for inter-cropping. Due to less water in Hexi region, melt-snow from Qilian Mountainhas has been mainly used for irrigation proposes.Therefore, the increasing crop water use efficiency is an important approach to efficient utilization of water resources. The influences of the different rates of nitrogen applied on water use and yield were studied in wheat and maize inter-cropping by field experiment in Hexi arid irrigated area. The results showed that compared to different nitrogen treatments, the soil water content in wheat belt changed little with the increase of nitrogen rates applied while maize belt′s soil water content was decreased. With the increase of nitrogen application, both wheat and maize yields increased first and then decreased. The yields of wheat and maize inter-cropping reached the highest when nitrogen fertilizer was applied to 375 kg·hm-2; on the contrary, the yield decreased when nitrogen fertilizer was 562.5 kg·hm-2. Nitrogen rates had a significant effect on the water use efficiency of wheat and maize. The water use efficiency increased with the increase of nitrogen application with a single peak, over 375 kg·hm-2nitrogen application, the water use efficiency was decreased.

wheat-corn inter-cropping; N rate; water use efficiency

10.11689/j.issn.2095-2961.2016.03.008

2095-2961(2016)03-0176-05

2015-05-29；

2016-04-14.

國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201503125-2).

楊君林(1977-)，男，甘肅天水人，碩士，副研究員，研究方向?yàn)樽魑镌耘?

馬忠明(1965-)，男，甘肅武威人，博士，研究員，研究方向?yàn)樽魑镌耘?

S565.1

A