生育期水分調(diào)控對甘肅河西地區(qū)滴灌春小麥氮素吸收和利用的影響

張雨新，張富倉，鄒海洋，陳東峰，范軍亮

（西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室/西北農(nóng)林科技大學中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西楊凌 712100）

生育期水分調(diào)控對甘肅河西地區(qū)滴灌春小麥氮素吸收和利用的影響

張雨新，張富倉*，鄒海洋，陳東峰，范軍亮

（西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室/西北農(nóng)林科技大學中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西楊凌 712100）

【目的】針對河西地區(qū)水資源短缺、作物水肥利用效率低等問題，研究滴灌施肥條件下生育期土壤水分調(diào)控對河西地區(qū)春小麥氮素吸收和利用的影響，以期探索提高氮肥利用效率的土壤水分調(diào)控模式?！痉椒ā恳源盒←湣懒?4 號’為試驗材料進行田間小區(qū)試驗，根據(jù)前期的滴灌施肥試驗，施氮量為 N 180 kg/hm2，在春小麥生育期設置 5 個土壤水分下限 (W1、W2、W3、W4 和 CK) 控制水平，研究生育期土壤水分調(diào)控對河西地區(qū)滴灌春小麥氮素吸收、分配和轉(zhuǎn)運及根區(qū)土壤硝態(tài)氮含量的影響?！窘Y(jié)果】1) 一定的施肥水平下，土壤水分下限的增長會增加各處理小麥的生育期總灌水量，以充分灌溉 (CK) 處理最大，分別比 W1、W2、W3、W4 處理高 26.6%、15.0%、9.3% 和 4.8%。2) 灌水量的增加會促進小麥植株對土壤養(yǎng)分的吸收同化，與 W4 處理相比，W1、W2、W3 處理的氮素吸收量分別顯著減少 29.3%、23.0% 和 15.5%，CK 與 W4 處理差異不顯著(P>0.05)。3) 成熟期各處理小麥營養(yǎng)器官中氮素吸收量以 CK 處理最大，分別比 W1、W2、W3、W4 處理高28.2%、28.6%、19.2% 和 12.7%，但其子粒中的氮素吸收量比 W4 處理顯著低 10.4%。開花期后營養(yǎng)器官中的氮素向子粒的轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率均以 W4 處理最大，分別比 W1、W2、W3、CK 處理顯著增加 40.4%、28.0%、10.6%、10.0% 和 6.8%、3.5%、1.3%、6.9%，但 W4 處理小麥氮素轉(zhuǎn)移量對子粒的貢獻率最小 (76.2%)。隨著土壤水分下限的增加，各處理氮素吸收效率、氮素生產(chǎn)效率及氮素收獲指數(shù)呈先增加后減小的變化趨勢，均在W4處理下獲得最大值。4) 在一定施肥水平下，灌水量的增加會加大硝態(tài)氮向土壤深處運移，不利于小麥植株對土壤硝態(tài)氮的吸收利用。5) 生育期土壤水分調(diào)控對小麥根區(qū)土壤硝態(tài)氮含量有顯著性影響，成熟期 0—100 cm土層內(nèi)土壤硝態(tài)氮累積量以 W4 處理最小，分別比 W1、W2、W3 和對照 (CK) 處理減少 9.6%、7.2%、6.6% 和1.4%?！窘Y(jié)論】適宜的土壤水分調(diào)控更有利于小麥植株對土壤養(yǎng)分的吸收，綜合考慮氮素吸收、分配及土壤硝態(tài)氮等因素，W4 是基于本試驗條件下河西地區(qū)滴灌春小麥最佳土壤水分下限處理。

春小麥；土壤水分調(diào)控；氮素吸收和利用；土壤硝態(tài)氮

土壤水分、氮肥管理、土壤類型、氣候和作物管理是影響小麥產(chǎn)量的限制性因素，其中土壤水分和氮素的虧缺是影響小麥生產(chǎn)力的最主要因素[1–2]。為實現(xiàn)作物節(jié)水高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目標，就要協(xié)調(diào)灌水和施肥關(guān)系達到最優(yōu)[3]。有研究認為，過度利用地下水資源進行灌溉，一方面會降低地下水位，另一方面會將大量土壤硝態(tài)氮淋移到深層土壤，造成經(jīng)濟損失和環(huán)境污染[4–5]。因此研究不同土壤水分調(diào)控對河西地區(qū)滴灌春小麥氮素吸收和土壤硝態(tài)氮的影響，對提高小麥水肥利用效率和改善土壤水肥環(huán)境具有重要意義。

近年來，國內(nèi)外學者對調(diào)虧灌溉條件下的作物養(yǎng)分吸收情況進行了大量研究。Mon 等[6]研究表明，在干旱地區(qū)進行水肥優(yōu)化管理是生產(chǎn)高蛋白質(zhì)小麥的關(guān)鍵。謝志良等[7]研究了膜下滴灌水肥耦合對棉花氮素吸收的影響，結(jié)果表明，植物氮素的累積隨著生育期的推進明顯增加。王小燕等[8]通過研究不同施氮量條件下灌水量對小麥氮素吸收轉(zhuǎn)運和分配的影響發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫不利于小麥植株對氮素的吸收，隨著灌水量和灌水次數(shù)的增加小麥開花前后植株對氮素的吸收量顯著增加。王朝輝等[9]研究了不同生育期虧水和補充灌溉對冬小麥氮、磷、鉀吸收及在體內(nèi)分配的影響，結(jié)果表明，水分缺乏不僅抑制作物的生長，還會降低作物對養(yǎng)分吸收；拔節(jié)期是小麥營養(yǎng)生長旺盛期，補水會促進營養(yǎng)器官生長，從而影響生育后期營養(yǎng)器官氮素向子粒的轉(zhuǎn)運和分配。石巖等[10]通過對土壤水分脅迫下小麥養(yǎng)分分配和產(chǎn)量的研究得出，適度水分脅迫有利于提高氮肥利用效率，以達到節(jié)水、節(jié)肥的目的。硝態(tài)氮是農(nóng)田氮素淋失的主要形式，灌溉對硝態(tài)氮淋溶量的影響程度顯著高于施氮量[11]。杜軍等[12]研究了灌水量對小麥硝態(tài)氮淋溶損失的影響，結(jié)果表明，灌水量越大，土壤水分達到飽和的時間越短，作物來不及吸收更多的水分和養(yǎng)分，在這種條件下，土壤水分下滲的速度就越快，硝態(tài)氮更容易被淋洗至深層土壤。岳文俊等[13]通過對甜瓜進行灌水和施肥的組合處理，研究發(fā)現(xiàn)根系層內(nèi)作物對硝態(tài)氮的有效吸收利用可以減少硝態(tài)氮向深層移動，但當硝態(tài)氮含量超過作物吸收量時，灌水和施氮均會導致土壤硝態(tài)氮過量累積。在以往關(guān)于作物水肥耦合效應及調(diào)控的研究中，較多的是研究旱作條件下的以肥促水、水肥互作效應，而根據(jù)作物不同生育期土壤水分下限進行灌溉調(diào)控作物的養(yǎng)分吸收研究較少。本文通過研究不同生育期土壤水分調(diào)控對河西地區(qū)春小麥氮素吸收、分配和轉(zhuǎn)運及土壤硝態(tài)氮含量的影響，以期探索出適宜的土壤水分調(diào)控模式，為河西地區(qū)春小麥節(jié)水增產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗于甘肅省武威市中國農(nóng)業(yè)大學石羊河流域農(nóng)業(yè)與生態(tài)節(jié)水試驗站進行，該地區(qū)地處騰格里沙漠邊緣 (37°50′49″N、102°51′01″E)。海拔高度1500 m，大陸性溫帶干旱氣候，年平均氣溫 8℃，年均日照時數(shù) 3000 h 以上，年均降水量不足 200 mm，年均水面蒸發(fā)量 2000 mm以上。試驗地土質(zhì)為灰鈣質(zhì)輕砂壤土，根層土壤干容重為 1.23 g/cm3，田間持水量 (體積含水率) 為 21.3%。耕作層土壤養(yǎng)分含量為有機質(zhì) 4～8 g/kg、硝態(tài)氮含量 52.13 mg/kg、銨態(tài)氮含量 6.70 mg/kg、速效磷含量為 5～8 mg/kg。

1.2 試驗設計

分別在不同生育期設置 5 個土壤水分灌溉下限處理，分別記為 W1、W2、W3、W4 和充分灌溉(CK) 處理，每個處理以控制土壤含水量占田間持水量的百分數(shù)表示 (表 1)。每個處理 3 次重復，共計15 個小區(qū)，小區(qū)面積為 50 m2(5 m × 10 m)。供試春小麥品種‘永良 4 號’，15 cm 等行距播種，一帶四行，第 2～3 行鋪設滴灌帶，各滴頭流量相同。試驗中氮肥用尿素 (N 46%)，鉀肥用硫酸鉀鎂 (K2O 52%)，磷肥用磷酸二銨 (P2O546%)，各處理施肥量均在同一水平并隨水施肥。按照當?shù)卮筇锸┓蕵藴?，分別在苗期施 N 18 kg/hm2、P2O59 kg/hm2、K2O 9 kg/hm2；在拔節(jié)期共施 N 54 kg/hm2、P2O527 kg/hm2、K2O 27 kg/hm2，分三次施入，抽穗期和灌漿期同拔節(jié)期；生育期內(nèi)共施 N 180 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤含水量的測定及灌水量計算 土壤含水量采用傳統(tǒng)的土鉆取土烘干法測定，取樣深度 (0—40 cm)；各處理土壤含水量小于設置下限即進行灌溉，灌至田間持水量的 100%，計劃濕潤層深度為 60 cm。灌水量的計算公式[15]如下：

式中，M 為灌水量 (mm)；γ 為土壤容重 (g/cm3)；H為計劃濕潤層深度 (cm)；θi 為田間持水量；θj 為測定的土壤含水量。

1.3.2 植株氮素吸收量測定 于分蘗、孕穗、開花、灌漿和成熟期進行群體動態(tài)調(diào)查和取樣，其中在分蘗、孕穗、灌漿 3 個生育期每小區(qū)連續(xù)選取 20 株小麥完整植株；開花期按莖桿 + 葉鞘、葉片、穗 3 部分取樣，成熟期按莖桿 + 葉鞘、葉片、穎殼 + 穗軸和子粒 4 部分取樣。樣品放入 105℃ 烘箱中殺青 15 min，于 80℃ 烘至恒重，稱干物質(zhì)重；經(jīng)濃硫酸消煮，用AA3型連續(xù)流動分析儀測定植物樣品全氮含量。

1.3.3 土壤硝態(tài)氮含量測定 分別在分蘗、孕穗、開花和成熟期，用土鉆取 0—100 cm 土層土樣，分層取土，20 cm 為一層，分成兩份，一份置于鋁盒中，采用烘干法測定土壤含水量；另一份晾干磨細過篩后，稱取 2.5 g 土壤樣品，加入 25 mL 2 mol/L 的KCl 溶液，振蕩 30 min 后過濾，浸提液用 AA3型連續(xù)流動分析儀測定土壤硝態(tài)氮含量。

表1 不同處理小麥各生育期土壤水分下限和總灌水量Table1 Low limit of soil moisture in different growth stages of spring wheat and total irrigation in various treatments

0—100 cm 土層內(nèi)的硝態(tài)氮累積量計算公式[25]如下：

式中：M 為土壤硝態(tài)氮的積累量 (kg/hm2)；C 為土壤硝態(tài)氮含量 (mg/kg)；H 為土層深度 (cm)；γ 為土壤容重 (g/cm3)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

植株氮素吸收、轉(zhuǎn)運及氮素利用效率的計算公式[22–23]:

各生育期不同器官氮素吸收量 = 氮素含量 (%) ×干物質(zhì)質(zhì)量；

各器官氮素分配比例 = 各器官氮素吸收量/單莖總含氮量 × 100%；

營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量 = 開花期營養(yǎng)器官氮素吸收量 – 成熟期營養(yǎng)器官氮素吸收量；

營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移率 = 營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量/開花期營養(yǎng)器官氮素吸收量 × 100%；

營養(yǎng)器官氮素貢獻率 = 營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量/成熟期子粒氮素吸收量 × 100%；

氮素吸收效率 (kg/kg) = 植株氮素吸收量/施氮量；

氮素利用效率 (kg/kg) = 子粒產(chǎn)量/植株氮素吸收量；

氮素收獲指數(shù) = 子粒氮素吸收量/植株氮素吸收量；

氮肥生產(chǎn)效率 (kg/kg) = 子粒產(chǎn)量/施氮量。

采用 SPSS 22.0 統(tǒng)計分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進行顯著性方差分析，采用 Microsoft Excel 2007 進行數(shù)據(jù)處理，Origin 9.3 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育期土壤水分調(diào)控對春小麥灌水量的影響

由土壤水分調(diào)控下春小麥各生育期灌水量和灌水次數(shù) (圖 1) 可知，播種前各處理土壤含水量均低于田間持水量，故需將其分別灌至同一田間持水量水平。在拔節(jié)期以前，與充分灌溉 (CK) 處理相比，W4 處理的小麥灌水量減少 26.4%；在抽穗～開花期，對照 (CK) 處理的小麥灌水量比 W4 處理減少 58.3%。這說明在以營養(yǎng)生長為主的生育前期，高灌水量處理條件下小麥對土壤水分的消耗較大，但不利于小麥在生育后期對土壤水分的吸收利用。在灌漿～成熟期，W3、W4 處理的土壤水分消耗速率較抽穗～開花期的消耗速率分別降低 55.2%、53.3%。在整個生育期內(nèi)各處理的小麥灌水量和灌水次數(shù)滿足 CK > W4 > W3 > W2 > W1。以上結(jié)果表明，不同土壤水分調(diào)控處理下，小麥植株對土壤水分的吸收利用能力不同，生育期內(nèi)適宜的土壤水分調(diào)控更有利于小麥在整個生育期內(nèi)對土壤水分的持續(xù)利用，進而促進小麥植株對氮素的吸收。

圖1 不同土壤水分調(diào)控處理春小麥各生育期灌水量Fig. 1 Irrigation amounts at different growth stages of spring wheat under the soil water regulation

2.2 不同生育期土壤水分調(diào)控對春小麥植株氮素吸收、分配和轉(zhuǎn)運的影響

圖2 不同土壤水分調(diào)控處理春小麥各生育期植株氮素吸收量Fig. 2 Nitrogen uptake amount at different growth stages of spring wheat under the soil water regulation

2.2.1 小麥植株地上部氮素吸收量 從春小麥各生育期不同水分調(diào)控下氮素吸收情況 (圖 2) 可知，不同水分調(diào)控下，春小麥各生育期氮素吸收速率均隨小麥的生長呈“慢–快–慢”的變化趨勢。在分蘗期，小麥以營養(yǎng)生長為主，不同水分調(diào)控下小麥植株對氮素的吸收較少，其中 W1、W2、W3、W4 處理分別較充分灌溉 (CK) 處理的氮素吸收量減少 15.3%、6.0%、3.3% 和 2.4%，各處理差異不顯著 (P > 0.05)。在孕穗～開花期各處理小麥地上部階段氮素吸收量均達到全生育期的最大值，其中以 W4 處理下的氮素吸收量最大 (138.78 kg/hm2)，這說明適宜的土壤水分調(diào)控更有利于小麥植株對氮素的吸收。開花期后，不同水分調(diào)控下的小麥階段氮素吸收量呈明顯的下降趨勢。相較于孕穗～開花期，開花～灌漿期時 W1、W2、W3、W4 和 CK 處理條件下的小麥氮素吸收速率分別減少 17.0%、15.0%、15.2%、13.4% 和 21.5%。以上結(jié)果表明，過高和過低的灌水量均不利于小麥植株對氮素的持續(xù)吸收；孕穗～開花期是小麥植株進行氮素吸收的關(guān)鍵期。

2.2.2 成熟期小麥各器官氮素的分配 由表 2 可知，不同水分調(diào)控下小麥各器官氮素的分配量和分配比例有所差異，但大多數(shù)表現(xiàn)為子粒 > 莖桿 + 葉鞘 >穗軸 + 穎殼 > 葉片；其中各處理小麥莖桿 + 葉鞘和葉片的氮素分配量均滿足 CK > W4 > W3 > W2 > W1， CK 與 W4 處理沒有顯著性差異 (P > 0.05)。W4 處理條件下，穗軸 + 穎殼的氮素分配量顯著小于其他處理，但其子粒中的氮素分配量最大 (167.90 kg/hm2)，與之相比，W1、W2、W3、CK 處理分別減少了 34.5%、26.2%、18.6% 及 10.4%。由此可見，灌水量的增加有利于小麥子粒中氮素的分配，但過高的灌水量反而會促進營養(yǎng)器官中氮素的吸收，進而使得子粒中的氮素分配量降低。

2.2.3 開花后營養(yǎng)器官中的氮素向子粒的轉(zhuǎn)移 由表 3可以看出，不同水分調(diào)控下，小麥植株營養(yǎng)器官在開花期的氮素吸收量大于成熟期，這說明開花期后營養(yǎng)器官中貯存的氮素向子粒中發(fā)生轉(zhuǎn)移。隨著土壤水分的增加，成熟期小麥開花后營養(yǎng)器官氮素向子粒的轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率均呈先增大后減小的變化趨勢；以 W4 處理最大，其中 W1 處理分別比 W4 減小28.8%、6.4%；CK 處理分別比 W4 處理減小 9.1%、6.4%，W3 與 CK 處理沒有顯著性差異 (P > 0.05)；但 W4 處理條件下的小麥氮素轉(zhuǎn)移量對子粒的貢獻率比 W1、CK 處理分別減小 7.9%、1.3%。這說明，小麥子粒中氮素的吸收量除開花期后營養(yǎng)器官中氮素向子粒的轉(zhuǎn)移外，還有開花期后小麥從土壤中吸收同化的氮素；適宜的土壤水分調(diào)控更有利于小麥開花期后營養(yǎng)器官中的氮素向子粒中轉(zhuǎn)移。

表2 不同土壤水分調(diào)控處理小麥成熟期各器官氮素的分配Table2 Distribution of nitrogen of spring wheat under different soil water regulation at the maturity

表3 不同土壤水分調(diào)控處理冬小麥開花后營養(yǎng)器官氮素向子粒的轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率Table3 Nitrogen translation amount and translation rate from vegetative organs to grain after the anthesis under different soil water regulation

2.3 不同生育期土壤水分調(diào)控對春小麥氮肥利用的影響

如表 4 所示，土壤水分下限的適度增長提高了小麥氮素利用效率，與 W3 處理相比，W1、W2、W4 和 CK 處理的小麥氮素利用效率分別顯著降低26.0%、16.1%、9.1% 和 8.1%，這說明過高和過低的灌水量均不利于小麥植株對氮素的利用。各處理小麥氮素吸收效率、氮肥生產(chǎn)效率和收獲指數(shù)均隨灌水量的增加呈先增大后減小的變化趨勢，以 W4 處理最高，分別比 W1 處理顯著高 52.5%、73.8%、8.5%。以上結(jié)果表明，適宜的土壤水分調(diào)控會減少氮素的淋失，促進小麥植株對氮肥的吸收利用和向子粒的分配，進而提高其氮素生產(chǎn)效率和收獲指數(shù)，有利于小麥獲得高產(chǎn)。

2.4 不同生育期土壤水分調(diào)控對春小麥 0—100 cm 土層硝態(tài)氮含量分布的影響

由圖 3 可知，隨著小麥生育期的推進，各處理土壤中硝態(tài)氮含量的變化趨勢不同。

分蘗期各處理土壤硝態(tài)氮含量的峰值均出現(xiàn)在0—20 cm 土層中，其中 W1 處理比 CK 處理高 62.5%。隨著土壤深度的增加，大于 80 cm 的土層中硝態(tài)氮含量滿足 CK 處理 > W4 > W3 > W2 > W1。相較于分蘗期，在孕穗期各處理 0—20 cm 土層中的硝態(tài)氮含量明顯降低；各處理硝態(tài)氮含量的峰值出現(xiàn)在 80—100 cm 土層中，其中以充分灌溉 (CK) 處理處理最大(40.57 mg/kg)，比 W1 處理顯著高 25.5%，這說明低灌水量處理下的土壤硝態(tài)氮含量較多地集中于表層土壤；隨著灌水量的增加，土壤中的硝態(tài)氮會隨著土壤水向土層下部移動，從而造成氮肥的淋失。

由圖 3 可以看出，開花期隨著土壤深度的增加，在 60—80 cm 土層中硝態(tài)氮含量變化最大；與CK 處理相比，W4 處理的硝態(tài)氮變化量減小 19.2%。與開花期相比，成熟期 0—20 cm 土層中各處理硝態(tài)氮含量有所減少；高灌水量下的小麥硝態(tài)氮含量隨著土壤深度的增加不斷增大，在 80—100 cm 土層硝態(tài)氮含量有顯著的增加。以上結(jié)果表明，成熟期小麥對養(yǎng)分的吸收能力降低，使得更多的氮肥隨著灌溉水向土壤深層移動。

2.5 不同生育期土壤水分調(diào)控對成熟期春小麥0—100 cm 土層內(nèi)硝態(tài)氮累積的影響

由圖 4 可知，隨著灌水量的增加，春小麥 0—100 cm 土層內(nèi)硝態(tài)氮累積總量呈先減小后增大的變化趨勢，以 W4 處理最小 (344.76 kg/hm2)，W4 處理與 CK 處理沒有顯著性差異 (P > 0.05)。通過計算0—100 cm 各土層硝態(tài)氮累積量占整個土層累積量的比例可知，0—20 cm 土層硝態(tài)氮累積量占 0—100 cm土層累積量的比例滿足 W1 > W2 > W3 > CK、W4 處理；隨著土壤深度的增加，在 80—100 cm 土層，充分灌溉 (CK) 處理的硝態(tài)氮累積量占 0—100 cm 土層累積量的比例，分別比 W1、W2、W3 和 W4 處理顯著高 34.5%、22.7%、12.9% 和 10.1%。以上結(jié)果表明，低灌水量處理的土壤硝態(tài)氮主要集中在土壤表層，隨著土壤水分的增加，土壤中的硝態(tài)氮會發(fā)生淋失，從而造成過多的硝態(tài)氮下移至深層土壤；一定的施肥條件下，W4 處理更有利于小麥植株對氮素的吸收，從而使得土壤中的硝態(tài)氮含量降低。

表4 不同土壤水分調(diào)控處理春小麥氮素的吸收和利用Table4 Nitrogen uptake and use efficiency of spring wheat affected by soil water regulation

圖3 不同土壤水分調(diào)控處理春小麥 0—100 cm 土層硝態(tài)氮的含量分布Fig. 3 NO3–-N distribution in 0–100 cm soil layer affected by soil water regulation

圖4 不同土壤水分調(diào)控處理春小麥 0—100 cm 土層內(nèi)硝態(tài)氮的累積量Fig. 4 NO3–-N accumulation in 0–100 cm soil under different soil water regulation

3 討論

近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的急劇增加，河西地區(qū)水資源被過度開發(fā)利用，工農(nóng)業(yè)之間、農(nóng)村與城市以及上下游之間的水資源供需矛盾日益突出[14]。

王國棟等[15]研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)化灌溉制度對于作物節(jié)水增產(chǎn)的獲得具有重要的作用，本文通過在不同生育期對小麥進行控墑補灌，研究其對滴灌春小麥氮素吸收和利用的影響。結(jié)果表明，在小麥整個生育期內(nèi)，各處理的灌水次數(shù)和灌水量以充分灌溉 (CK) 處理最大，但其產(chǎn)量顯著低于 W4 處理，說明過高的灌水量并不利于小麥的增產(chǎn)，這與前人研究結(jié)果一致[16]。

王聲斌等[17]認為，灌水量的增加有利于小麥對氮素的吸收，且在小麥的大部分生育階段低灌水量處理的“階段吸收量”都低于高灌水量處理。本研究中，成熟期各處理氮素總吸收量最高，其中 W4 處理顯著高于 W1 和充分灌溉 (CK) 處理，這說明過高的灌水量對小麥的氮素吸收無益，且易造成土壤中硝態(tài)氮隨灌水向土壤深層遷移[18]。本試驗結(jié)果表明，隨著小麥生育期的推進，各處理小麥地上部氮素吸收量均呈不斷增加的變化趨勢，在生育末期達到最大值，這與前人研究結(jié)果一致[19]。

對于土壤水分調(diào)控對成熟期小麥氮素分配的影響，李世娟等[20]認為在土壤水分和氮肥量適宜的基礎上增加灌水和增施氮肥均不利于氮素向小麥子粒的轉(zhuǎn)移。在本試驗中，小麥各器官氮素分配量均以低灌水量 W1 處理最小，莖桿 + 葉鞘和葉片中氮素分配量以充分灌溉 (CK) 處理最大，但其子粒中的氮素分配量均顯著低于 W4 處理。亦有研究認為，灌水有促進氮素從小麥各營養(yǎng)器官向子粒轉(zhuǎn)移的作用[21]。在本研究中，各處理小麥營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率均隨著灌水量的增加呈先增加后減小的變化趨勢，其中 W4 處理顯著高于充分灌溉處理，但其向子粒的貢獻率最小，這是由于子粒中的氮素來源于兩部分，一部分為開花前吸收并貯存在營養(yǎng)器官中于開花后轉(zhuǎn)移到子粒中的氮素，另一部分為開花后植株吸收同化的氮素[22]。

鄭成巖等[23]認為，灌水量和灌溉時期對小麥植株的氮素吸收利用有顯著的調(diào)控效應。劉新宇等[24]認為，植物利用氮素是阻止氮素向下遷移，提高其生物有效性的有效途徑。在本試驗條件下，灌水量的增加不利于小麥氮素吸收利用效率的持續(xù)增長，充分灌溉處理與 W3 處理的氮素吸收效率、氮素生產(chǎn)效率及氮素收獲指數(shù)沒有顯著性差異，且均顯著低于 W4 處理。

土壤中的硝態(tài)氮除了被作物根系有效吸收外，還會在土壤水分的作用下隨著生育期的推進逐漸向下層運移并在土壤中累積[25–26]。Wang 等[27]認為高灌水量處理在加劇硝態(tài)氮向土壤深層淋失的同時，也提高了小麥植株的氮素吸收量。在本試驗中，分蘗期各處理小麥根區(qū)土壤硝態(tài)氮累積主要集中在 0—40 cm 處；隨著土壤深度的增加，各處理硝態(tài)氮累積量差異不顯著 (P > 0.05)；不同生育期，小麥根區(qū)土壤的硝態(tài)氮含量并未隨著灌水量和土壤深度的增加持續(xù)增長，成熟期各處理 100 cm 處土壤硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為 CK > W3 > W4、W2 > W1。王曉英等[28]研究發(fā)現(xiàn)，灌水會導致收獲期 0—100 cm 土層中硝態(tài)氮累積量增高，這與本試驗結(jié)果不同，這可能是由于本試驗中的灌水量較大，使得硝態(tài)氮向更深層土壤運移，加大氮肥的淋失。由此可見，適宜的土壤水分調(diào)控(W4 處理) 更能促進小麥植株對氮素的有效利用。

高亞軍等[29]認為灌水量對硝態(tài)氮累積和遷移的深度有顯著性影響，施氮量也是決定農(nóng)田硝態(tài)氮去向的重要因素。本試驗僅從不同生育期土壤水分調(diào)控對春小麥氮素吸收和利用的影響進行了研究，而對于適宜的土壤水分調(diào)控條件下，氮肥的優(yōu)化管理還需要進一步的研究。

4 結(jié)論

不同生育期土壤水分調(diào)控對滴灌春小麥的氮素吸收和利用具有顯著性影響。隨著土壤水分下限的增長，在增大各處理灌水量和灌水次數(shù)的同時，也促進小麥植株對土壤養(yǎng)分的吸收利用和開花后營養(yǎng)器官氮素向子粒的轉(zhuǎn)移。隨著生育期的推進，各處理小麥地上部氮素吸收量不斷增加，并在成熟期達到最大值，其中 W4 處理顯著高于其他處理。在充分灌溉處理下，小麥土壤根區(qū)硝態(tài)氮隨灌溉水向更深處移動，不利于小麥的吸收利用。在小麥開花期后營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)移氮素和吸收同化氮素的共同作用下，成熟期 W4 處理小麥子粒中氮素的吸收量和分配比率最大。綜上可知，適宜的土壤水分調(diào)控更有利于小麥對養(yǎng)分的吸收利用，在本試驗條件下，W4是本試驗條件下的最佳土壤水分處理。

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Effects of soil water regulation at different growing stages on nitrogen uptake and utilization of spring wheat in the Hexi Region, Gansu Province

ZHANG Yu-xin, ZHANG Fu-cang*, ZOU Hai-yang, CHEN Dong-feng, FAN Jun-liang
( Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas of Ministry of Education, Northwest A&F University/Institute of Water-saving Agriculture in Arid Areas of China, Northwest A&FUniversity, Yangling, Shaanxi 712100, China )

【Objectives】In Hexi Region of Gansu Province, there is shortage of water resource, and the water and fertilizer use efficiencies of crops are low. The nitrogen uptake and utilization of spring wheat was studied, to find the effective regulation mode of soil water at different growing stages of spring wheat. 【Methods】Field experiments were carried out with the spring wheat cultivar of ‘Yongliang 4’ as materials at anitrogen application rate of N180 kg/hm2. Five lower soil water supply treatments, recorded as W1, W2, W3, W4 and CK(sufficient irrigation) were set up at the four growing stages of spring wheat. The accumulation, distribution and translocation of nitrogen in spring wheat were determined, and the rhizosphere soil-N contents were analyzed at the same time.【Results】1) When the low soil water limit became high, the irrigation amount of spring wheat would be increased, and the increment in CK was significantly higher than in W1, W2, W3 and W4 treatments, with the corresponding increase of 26.6%，15.0%，9.3% and 4.8%, respectively. 2) Increased irrigation promoted the soil nutrient assimilation by wheat plants. Compared with W4 treatment, the nitrogen assimilation of wheat was significantly reduced by 29.3%, 23.0% and 15.5% in the W1, W2 and W3 treatments, respectively, while the difference was not significant between the W4 and CK. 3) Compared with the W1, W2, W3 and W4 treatments, the nitrogen assimilation in vegetative organs of the CK treatment at the maturity was increased by 28.2%, 28.6%, 19.2% and 12.7%, respectively, while the grain nitrogen assimilation of the CK treatment was significantly reduced by 10.4% compared with the W4 treatment. The W4 had the highest nitrogen translocation amount and efficiency except for its decreasing contribution proportion (76.2%). Compared with the W1, W2, W3 and CK treatments, the nitrogen translocation amount and efficiency were increased by 40.4%, 28.0%, 10.6%, 10.0% and 6.8%, 3.5%, 1.3%, 6.9%, respectively. With the increase of lower soil water limits, the nitrogen uptake efficiencies, nitrogen productive efficiencies and nitrogen harvest indices in all treatments increased first and then decreased, while the W4 had the most obvious changing trend. 4) At the same fertilizer level, the increase in irrigation amount increased the movement of the soil-N into deep soil, which was not good for wheat plants to absorb soil-N. 5) The soil water regulation at different growing stages had significant effects on soilN contents. At the maturity stage, the treatment W4 showed the lowest soil-N accumulation in the 0–100 cm soil layer, which was reduced by 9.6%, 7.2%, 6.6% and 1.4%, respectively, compared with those of the W1, W2, W3 and CK treatments.【Conclusions】The appropriate soil water regulation is beneficial to the soil nutrient uptake by spring wheat plants. Comprehensively considering the nitrogen accumulation, distribution, and soil-N contents, the treatment W4 is selected as the optimal mode for spring wheat in the Hexi Region under present experimental conditions.

spring wheat; soil water regulation; nitrogen uptake and utilization; soil-N content

2016–11–30 接受日期：2017–02–17

國家“十二五”863計劃項目課題（2011AA100504）；農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項（201503124）；教育部高等學校創(chuàng)新引智計劃項目（B12007）資助。

張雨新（1992—），女，遼寧北票市人，碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail：772394594@qq.com

* 通信作者 E-mail：zhangfc@nwsuaf.edu.cn