水氮互作對(duì)冬油菜氮素吸收和土壤硝態(tài)氮分布的影響

谷曉博，李援農(nóng)，黃鵬，杜婭丹，陳朋朋，方恒

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水氮互作對(duì)冬油菜氮素吸收和土壤硝態(tài)氮分布的影響

谷曉博，李援農(nóng)，黃鵬，杜婭丹，陳朋朋，方恒

（西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院/旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

【】針對(duì)西北地區(qū)冬油菜蕾薹期干旱頻發(fā)，農(nóng)民大量灌溉和施氮導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題，探究西北地區(qū)冬油菜蕾薹期適宜的灌溉量和施氮量?！尽客ㄟ^(guò)2年田間試驗(yàn)，研究分析蕾薹期不同灌溉量（不灌溉（I0）、灌60 mm（I1）和灌120 mm（I2））和施氮量（不施氮（N0）、施氮80 kg·hm-2（N1）和施氮160 kg·hm-2（N2））下，地上部干物質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量、氮素吸收與分配、土壤硝態(tài)氮分布和氮素利用效率的差異，其中全生育期不施氮（不基施、不追施）和不灌溉為對(duì)照處理（CK）?！尽坷俎菲诠喔然蚴┑茱@著提高冬油菜的地上部干物質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量、產(chǎn)油量和氮素吸收量。土壤硝態(tài)氮峰值所在的土層深度隨灌水量的增加而明顯下移，且峰值隨施氮量的增加而明顯增加，表現(xiàn)出明顯的淋洗趨勢(shì)。I1N1處理的土壤硝態(tài)氮累積量與I0N0處理間不存在顯著差異，但與I2N2相比，卻顯著降低41.9 kg·hm-2。I0、I1和I2處理土壤硝態(tài)氮主要分布在0—40、40—80和80—160 cm。2個(gè)冬油菜生長(zhǎng)季，I2N1處理的籽粒產(chǎn)量和產(chǎn)油量均最大，平均為3 385和1 429 kg·hm-2；CK最小，平均為1 391和585 kg·hm-2。與I2N1相比，2012—2013年（干旱年）I1N1處理的籽粒產(chǎn)量顯著降低，但產(chǎn)油量無(wú)顯著差異；2013—2014年（平水年）二者的籽粒產(chǎn)量和產(chǎn)油量均不存在顯著差異。2年I1N1處理平均籽粒產(chǎn)量和產(chǎn)油量分別為3 264和1 358 kg·hm-2，僅比I2N1降低3.6%和4.7%。I1N1處理的平均氮肥農(nóng)學(xué)利用率比I2N1降低7.2%?！尽繛樘岣叨筒俗蚜．a(chǎn)量和氮素利用效率，減輕土壤硝態(tài)氮的下移趨勢(shì)和下移量，I1N1處理（灌溉60 mm，施氮80 kg·hm-2）為較優(yōu)的灌溉施氮策略。

灌溉；施氮；蕾薹期；產(chǎn)油量；氮素吸收；土壤硝態(tài)氮

0 引言

【研究意義】油菜是中國(guó)最重要的油料作物，自2001年以來(lái)，年均收獲面積6.98×106hm2，年均總產(chǎn)量達(dá)1.2386×107t，提供了60%左右的國(guó)產(chǎn)食用植物油，加強(qiáng)油菜生產(chǎn)對(duì)確保中國(guó)食用油安全意義重大[1-2]。近50年來(lái)，中國(guó)增暖明顯，全國(guó)年平均表面溫度增加了1.1℃，明顯高于全球或北半球同期的平均增溫速率。尤其是20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，升溫速率顯著加快，西北地區(qū)增溫趨勢(shì)顯著[3-4]。隨著中國(guó)西北地區(qū)冬天氣溫的升高，該地區(qū)冬油菜的生產(chǎn)規(guī)模也在不斷擴(kuò)展。蕾薹期是冬油菜高產(chǎn)形成的重要時(shí)期，該階段合理的水氮供應(yīng)可以為油菜快發(fā)穩(wěn)長(zhǎng)、枝多莢大及高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[5]。但西北地區(qū)冬油菜蕾薹期干旱頻發(fā)，為追求高產(chǎn)，農(nóng)民經(jīng)常采用大定額灌溉（90，120 mm或更多）并追施大量氮肥（120，160 kg·hm-2或更多）。農(nóng)民的灌溉施氮方式雖然有一定的增產(chǎn)效果，但水肥利用效率極低，而且給農(nóng)田生態(tài)環(huán)境帶來(lái)一系列問(wèn)題。因此，為提高水肥利用效率、實(shí)現(xiàn)油菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)及減少環(huán)境污染，研究蕾薹期不同的灌溉和施氮量對(duì)冬油菜產(chǎn)量和土壤硝態(tài)氮分布情況具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】周昌明等[6]研究發(fā)現(xiàn)灌水量和施氮量對(duì)冬小麥的地上部干物質(zhì)量和產(chǎn)量都存在一定的影響，但當(dāng)灌水量大于 2 250 m3·hm-2、施氮量大于150 kg·hm-2后，產(chǎn)量不再顯著增加；戚迎龍等[7]研究指出，在膜下滴灌條件下，灌水1 800—2 100 m3·hm-2、施氮250—280 kg·hm-2，玉米能獲得較高的產(chǎn)量，且水氮能表現(xiàn)出協(xié)同增產(chǎn)效應(yīng)；謝志良等[8]研究表明高氮或水分不足均可限制棉花從花鈴期到吐絮期的干物質(zhì)積累，導(dǎo)致棉花早衰，產(chǎn)量降低。谷曉博等[9]通過(guò)桶栽試驗(yàn)表明，土壤含水率維持在60%—70%的田間持水率并配施180 kg N·hm-2，能顯著增加冬油菜生殖生長(zhǎng)階段的地上部分干物質(zhì)量和氮素積累量，顯著提高冬油菜的產(chǎn)量和水分利用效率；而土壤含水率過(guò)高或過(guò)量施氮后，其促進(jìn)作用不再顯著。近年來(lái)，有關(guān)水氮互作的研究成果已有很多，但基本上均集中在小麥[6,10]、玉米[7,11]和棉花[8,12]等作物，關(guān)于冬油菜水氮耦合的工作只有少數(shù)研究涉及[9,13]，且基本集中在籽粒產(chǎn)量和水氮利用效率方面?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】蕾薹期是冬油菜生長(zhǎng)過(guò)程中的一個(gè)重要時(shí)期，但目前有關(guān)蕾薹期不同灌溉量和施氮量對(duì)冬油菜氮素吸收與分配，以及土壤硝態(tài)氮的累積與分布的影響尚未見(jiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本文通過(guò)2年田間試驗(yàn)，從籽粒產(chǎn)量、產(chǎn)油量、氮素吸收與分配、土壤硝態(tài)氮分布以及氮素利用效率等方面出發(fā)，分析比較蕾薹期不同灌溉量和施氮量間的差異，以期選擇出較優(yōu)的灌溉施氮量，為冬油菜增產(chǎn)、節(jié)水節(jié)肥及減少環(huán)境污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

2012—2013年和2013—2014年，在西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)田（108°24′ E，34°17′ N，海拔521 m）進(jìn)行田間試驗(yàn)。該地區(qū)屬于暖溫帶季風(fēng)半濕潤(rùn)氣候區(qū)，年均氣溫、降水量和蒸發(fā)量分別為12.9℃、632 mm和1 500 mm。試驗(yàn)田土壤質(zhì)地為壤土，平均干容重為1.40 g·cm-3，田間持水率和凋萎系數(shù)分別為24%和8.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。0—20 cm土層土壤的基本理化性狀為有機(jī)質(zhì)含量12.35 g·kg-1，全氮含量0.95 g·kg-1，堿解氮含量75.31 mg·kg-1，速效磷含量25.34 mg·kg-1，速效鉀含量131.92 mg·kg-1，pH 8.14。

兩年冬油菜生育期內(nèi)各月的降雨量和氣溫分布如圖1所示。兩年各月的最高、平均和最低氣溫基本一致（除2013—2014年2月最高氣溫）；2012—2013和2013—2014年冬油菜生育期內(nèi)的總降雨量分別為119.6和335.8 mm，近5年冬油菜生育期內(nèi)的平均總降雨量約為371.6 mm。冬油菜在2012—2013年受到嚴(yán)重干旱，為干旱年；2013—2014年為平水年。西北地區(qū)冬油菜蕾薹期一般從2月中上旬到3月中下旬，近5年冬油菜蕾薹期降雨量約為15.0 mm，2012—2013和2013—2014年冬油菜蕾薹期的降雨量分別為6.9和24.3 mm，降雨均很少。

圖1 試驗(yàn)站2012—2013年和2013—2014年冬油菜生育期各月的降雨量和氣溫分布

1.2 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

試驗(yàn)所用的冬油菜品種為“陜油107號(hào)”；所用的氮、磷、鉀和硼肥分別為尿素（N≥46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O5≥16%）、農(nóng)業(yè)用硫酸鉀（K2O≥51%）和硼砂（B≥11.5%）。

在蕾薹初期設(shè)3個(gè)灌溉水平和3個(gè)施氮水平。灌溉水平為不灌溉（I0）、灌溉60 mm（I1）和120 mm（I2）；施氮水平為不追氮（N0）、追施純氮80 kg·hm-2（N1）和160 kg·hm-2（N2）；其中，I2和N2與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)灌溉和施氮量相當(dāng)。另設(shè)全生育期不施氮不灌水處理（CK）。試驗(yàn)采用溝灌，為避免灌水時(shí)氮肥流失，施氮在灌水后第5天進(jìn)行。試驗(yàn)共10個(gè)處理（表1），重復(fù)3次，共30個(gè)小區(qū)（5 m×4 m），完全隨機(jī)排列，各小區(qū)間設(shè)1 m寬的間隔。2012年9月15日和2013年9月12日按行距50 cm和株距13 cm人工點(diǎn)播冬油菜，播前分別按100、90、120和15 kg·hm-2基施氮（CK除外）、磷、鉀和硼肥。2012年9月30日和2013年9月27日間苗、定苗，確定密度為12萬(wàn)株/hm2。2012—2013年越冬期（播種后135 d），各小區(qū)灌水60 mm；2013—2014年播種后天氣干旱，為保證正常出苗，各小區(qū)均灌水30 mm。2013年5月20日和2014年5月22日收獲。

表1 試驗(yàn)中10個(gè)處理的灌溉和施氮量

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 地上部干物質(zhì)量與產(chǎn)量 在各小區(qū)提前布置面積為1 m2的測(cè)產(chǎn)區(qū)，待成熟收獲時(shí)，齊地剪斷油菜植株，將其莖稈、葉片和角果分開(kāi)，角果曬干脫殼后，測(cè)定各處理的籽粒產(chǎn)量；最后將莖稈、葉片、角殼和籽粒放入烘箱中，于105℃殺青30 min后，再于75℃烘至恒重，測(cè)定各器官的干質(zhì)量；冬油菜的地上部干物質(zhì)量為其各器官干物質(zhì)量之和。

1.3.2 含油率和產(chǎn)油量 冬油菜籽粒含油率用近紅外光譜分析儀（Foss，NIRSystem-5000）測(cè)定；產(chǎn)油量為籽粒產(chǎn)量與含油率之積。

1.3.3 各器官全氮的測(cè)定 待測(cè)定完各器官干樣的質(zhì)量后，將其粉碎，過(guò)0.5 mm篩，用H2SO4-H2O2消煮后，用AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀（德國(guó)Bran+Luebbe公司）測(cè)定各器官的全氮含量，各器官氮吸收量為各器官全氮含量與器官干物質(zhì)量的乘積；地上部氮素吸收量為各器官氮素吸收量之和。

1.3.4 土壤硝態(tài)氮含量 收獲后，用土鉆在各小區(qū)中間行相鄰2株油菜間取土（每10 cm取1個(gè)土樣，至200 cm），每小區(qū)3個(gè)測(cè)點(diǎn)。將各測(cè)點(diǎn)的新鮮土樣風(fēng)干、混勻、過(guò)2 mm篩后，稱5 g土樣用50 mL濃度為2 mol·L-1的KCl溶液浸提、振蕩0.5 h，過(guò)濾后用AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀（德國(guó)Bran+Luebbe公司）測(cè)定各土層的土壤硝態(tài)氮含量。土壤硝態(tài)氮累積量（kg·hm-2）=土層厚度（cm）×土壤容重（g·cm-3）×硝態(tài)氮含量（mg·kg-1）/10。

1.3.5 氮肥農(nóng)學(xué)利用率 施氮處理與不施氮處理籽粒產(chǎn)量之差與施氮量的比值[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2010軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)整理；用SPSS 18.0對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行方差分析，多重比較采用Duncan新復(fù)極差法，顯著性水平a=0.05；用OriginPro 8.5軟件制圖。

2 結(jié)果

2.1 地上部干物質(zhì)量

不同灌溉和施氮處理對(duì)冬油菜收獲時(shí)的地上部干物質(zhì)量有顯著影響（表2）。蕾薹期進(jìn)行灌溉或施氮處理的冬油菜地上部干物質(zhì)量均顯著大于不灌溉且不施氮（I0N0）處理，且I0N0處理顯著大于CK，2年中I2N2處理的地上部干物質(zhì)量均為最大，I2N1處理次之。

表2 不同灌溉和施氮處理下冬油菜的地上部干物質(zhì)量、產(chǎn)量、含油率和產(chǎn)油量

同列數(shù)據(jù)后的不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平差異顯著

Different lowercase letters in the same column mean significant difference at 0.05 level

在相同施氮水平下，I1和I2處理冬油菜的地上部干物質(zhì)量均顯著大于I0處理；且2012—2013年的N0、N1和N2和2013—2014年的N0下，I2顯著大于I1。I1和I2處理冬油菜的平均地上部干物質(zhì)量與I0相比，2012—2013年分別增加31.0%和45.6%，2013—2014年分別增加12.9%和24.0%。

在相同灌溉水平下，N1和N2處理冬油菜的地上部干物質(zhì)量均顯著大于N0處理，且N1和N2間無(wú)顯著差異。2012—2013年N1和N2處理冬油菜的平均地上部干物質(zhì)量與N0相比，分別增加21.5%和22.9%，2013—2014年分別增加37.1%和38.6%。

2.2 籽粒產(chǎn)量、含油率和產(chǎn)油量

2.2.1 籽粒產(chǎn)量 2年不灌溉且不施氮處理（I0N0）冬油菜的籽粒產(chǎn)量顯著小于灌溉或施氮處理（表2）。2012—2013年和2013—2014年蕾薹期進(jìn)行灌溉施氮處理冬油菜的籽粒產(chǎn)量分別比I0N0增產(chǎn)23.3%—100.4%和20.5%—61.6%，I2N1處理的籽粒產(chǎn)量2年均為最大，平均為3 385 kg·hm-2；I0N0最?。ǔ鼵K），平均為1 926 kg·hm-2。

在相同施氮水平下，2012—2013年（干旱年）籽粒產(chǎn)量隨灌水量的增加顯著增加；而2013—2014年N1和N2水平下，當(dāng)灌水量由I1提高到I2時(shí)，籽粒產(chǎn)量不再顯著增加。相同灌溉水平下，當(dāng)施氮量由N0提高到N1時(shí)，籽粒產(chǎn)量顯著增加，再由N1提高到N2時(shí)，產(chǎn)量不再顯著增加。與I2N1處理相比，2012— 2013年I1N1處理的籽粒產(chǎn)量顯著降低，2013—2014年二者無(wú)顯著差異，I1N1處理2年平均籽粒產(chǎn)量為3 264 kg·hm-2，僅比I2N1降低3.6%。

2.2.2 含油率和產(chǎn)油量 2年不同灌溉和施氮量下冬油菜的籽粒含油率有顯著差異（表2）。在相同灌溉水平下，含油率隨施氮量的增加而降低，N0和N1施氮處理的含油率不存在顯著差異，但均顯著大于N2處理。在相同施氮水平下，含油率隨灌溉量的增加而增加，I1和I2灌溉處理的含油率不存在顯著差異，但均顯著大于I0處理。

不同灌溉和施氮處理對(duì)冬油菜的產(chǎn)油量有顯著影響（表2）。2年I2N1處理的產(chǎn)油量均為最大，平均為1 429 kg·hm-2，I1N1處理的產(chǎn)油量平均可達(dá)1 362 kg·hm-2，且與I2N1間無(wú)顯著差異。

2.3 氮素吸收與分配

蕾薹期灌溉和施氮顯著影響冬油菜收獲時(shí)的氮素累積吸收量（圖2）。I2N2處理2年氮素累積吸收量均最大，CK均最小，處理間氮素累積吸收量的變化范圍為54.1—172.4 kg·hm-2（2012—2013年）和65.8—194.6 kg·hm-2（2013—2014年）。2012—2013年I1N1處理的氮素累積吸收量顯著小于I1N2，2013—2014年二者無(wú)顯著差異。氮素在各器官的累積量表現(xiàn)為籽粒＞角殼≈莖稈＞葉片，且氮素在不同處理各器官間的分配差異不大，籽粒占47.9%—50.8%，角殼占21.9%—23.7%，莖稈占19.8%—22.7%，葉片占5.8%—6.2%。

柱上不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平差異顯著。下同

相同灌溉水平下，N1和N2處理冬油菜的氮素累積吸收量均顯著大于N0處理，且N1和N2間無(wú)顯著差異。N1和N2處理2年的平均氮素累積吸收量與N0相比，分別增加32.4%和35.4%。相同施氮水平下，I1和I2處理冬油菜的氮素累積吸收量均顯著大于I0處理，2012—2013年I1顯著小于I2，2013—2014年二者不存在顯著差異；與I0相比，I1和I2處理2年的平均氮素累積量分別增加13.2%和19.6%。

2.4 氮素利用效率

不同灌溉和施氮量處理下冬油菜的氮肥農(nóng)學(xué)利用率差異顯著，基本上隨施氮量的增加而降低，隨灌溉量的增加而增加（圖3）。冬油菜2年的氮肥農(nóng)學(xué)利用率以I2N0處理最大，I0N2處理最小。2012—2013年I1N1處理冬油菜的氮肥農(nóng)學(xué)利用率顯著小于I2N1，2013—2014年二者差異不顯著；I1N1處理2年平均氮肥農(nóng)學(xué)利用率比I2N1降低7.2%。

圖3 不同灌溉和施氮處理下冬油菜的氮肥農(nóng)學(xué)利用率

2.5 土壤硝態(tài)氮累積與分布

蕾薹期不同灌溉和施氮量對(duì)冬油菜收獲時(shí)0—200 cm土層土壤硝態(tài)氮的總累積量影響顯著（圖4）。2012—2013和2013—2014年處理間土壤硝態(tài)氮的總累積量的變化范圍分別為363.3—496.0和336.9—473.5 kg·hm-2。在相同灌溉水平下，土壤硝態(tài)氮的累積量隨施氮量的增加而顯著增加（除2012—2013年I0外）；在相同施氮水平下，土壤硝態(tài)氮的累積量隨灌溉量的增加而降低。收獲時(shí)，I1N1處理的土壤硝態(tài)氮累積量與I0N0處理間不存在顯著差異，但與I2N2相比，卻顯著降低41.9 kg·hm-2。

2年不同灌溉和施氮量下冬油菜0—200 cm土層土壤硝態(tài)氮含量隨土層深度的變化趨勢(shì)如圖5所示。2年降雨量的差異使2年硝態(tài)氮隨土層深度的分布趨勢(shì)明顯不同，2012—2013年各處理均呈單峰曲線形式，而2013—2014年各處理均呈雙峰曲線形式。峰值所在土層深度隨灌水量的增加而下移。2012—2013年I0、I1和I2灌水量的峰值所在土層大致分別為40、60和80 cm；2013—2014年I0處理的雙峰值所在土層大致分別為50和110 cm，I1處理大致分別為60和120 cm，I2處理大致分別為80和140 cm；且峰值隨施氮量的增加而明顯增加。2012—2013年，在各灌水處理下，N2處理峰值處的硝態(tài)氮含量均顯著大于N1，且N1顯著大于N0。2013—2014年I0處理在50 cm、I1處理在60 cm和I2處理在80 cm處的硝態(tài)氮峰值，N2均顯著大于N1，且N1顯著大于N0。2013—2014年I0處理在110 cm處的硝態(tài)氮峰值，N2顯著大于N0，但N2和N0均與N1無(wú)顯著差異；I1處理在120 cm和I2處理在140 cm處的硝態(tài)氮峰值，均表現(xiàn)為N2顯著大于N1和N0，N1和N0間無(wú)顯著差異。由此可見(jiàn)，土壤硝態(tài)氮累積量隨灌溉量和施氮量的增加，表現(xiàn)出明顯的淋洗趨勢(shì)。

圖4 不同灌溉和施氮處理下0—200 cm土層的土壤硝態(tài)氮累積量

圖5 不同灌溉和施氮處理下土壤硝態(tài)氮累積量隨土層深度的變化

為進(jìn)一步了解不同灌溉處理下各土層土壤硝態(tài)氮的分布狀況，以40 cm為間隔進(jìn)行分層，各層土壤硝態(tài)氮累積量占土壤硝態(tài)氮總累積量的比例如表3所示。0—40 cm土層土壤硝態(tài)氮累積量占總累積量的比例均表現(xiàn)為I0灌溉處理最大，2年平均分別比I1和I2高4.2%和7.0%；40—80 cm土層均表現(xiàn)為I1灌溉處理最大，2年平均分別比I0和I2高3.3%和4.3%；80—120 cm土層均表現(xiàn)為I2灌溉處理最大，2年平均分別比I0和I2高4.8%和4.0%；120—160 cm土層均表現(xiàn)為I2灌溉處理最大，2年平均分別比I0和I2高3.4%和3.1%；160—200 cm土層各處理相差不大。

表3 冬油菜收獲后各土層土壤硝態(tài)氮占0—200 cm土層硝態(tài)氮的比例

3 討論

3.1 地上部干物質(zhì)量與氮素吸收

大量研究表明，施氮量顯著影響冬油菜的地上部干物質(zhì)量和氮素累積吸收量[15-17]。谷曉博等[12]和Hamzei等[18]研究發(fā)現(xiàn)灌溉量也顯著影響冬油菜的地上部干物質(zhì)量和氮素營(yíng)養(yǎng)情況。本研究中，當(dāng)施氮量由N0升到N1或灌溉量由I0升到I1，2012—2013年（干旱年）和2013—2014年（平水年）冬油菜的地上部干物質(zhì)量和氮素累積吸收量均顯著提高；但當(dāng)施氮量由N1升到N2，2年冬油菜的地上部干物質(zhì)量和氮素累積吸收量均不再顯著提高，說(shuō)明過(guò)量施氮不會(huì)再顯著提高冬油菜的干物質(zhì)和氮素累積，這與謝志良等[8]在棉花、栗麗等[10]在小麥和王麗梅等[19]在玉米上的研究結(jié)果相似；當(dāng)灌溉量由I1升到I2，冬油菜的地上部干物質(zhì)量和氮素累積吸收量在2012—2013年（干旱年）依然顯著提高，在2013—2014年（平水年）不再顯著提高，這說(shuō)明干旱年在蕾薹期灌水120 mm可大幅提高冬油菜的地上部干物質(zhì)量和氮素累積吸收量，而在平水年，尤其在后期降雨較多的年份，降雨能夠補(bǔ)償前期灌溉水量不足對(duì)冬油菜生長(zhǎng)產(chǎn)生的影響。通過(guò)進(jìn)一步分析比較發(fā)現(xiàn)，2012—2013年（干旱年），I1N1處理冬油菜的地上部干物質(zhì)量和氮素累積吸收量分別比I0N0提高60.5%和45.9%，僅比I2N1降低9.6%和7.3%，比I2N2降低11.1%和9.2%。可見(jiàn)，合理灌溉和施氮有利于促進(jìn)冬油菜的干物質(zhì)和氮素累積，而過(guò)量灌溉、施氮不能再大幅提升冬油菜的干物質(zhì)和氮素累積（無(wú)論在干旱年還是平水年），反而浪費(fèi)水肥資源[20]。

3.2 產(chǎn)（油）量與氮肥利用效率

提高作物產(chǎn)量和水氮利用效率有利于農(nóng)業(yè)資源的合理化應(yīng)用，土壤水分和氮素營(yíng)養(yǎng)狀況是影響作物產(chǎn)量的兩個(gè)重要因素，二者存在明顯的交互效應(yīng)[21]。本研究中，增加灌水量，冬油菜籽粒產(chǎn)量、產(chǎn)油量和氮肥農(nóng)學(xué)利用率顯著增加，在2013—2014年（平水年）過(guò)量灌溉（I2處理），冬油菜籽粒產(chǎn)量、產(chǎn)油量和氮肥農(nóng)學(xué)利用率不再大幅提升。這與張永麗等[22]和劉新永等[23]的研究結(jié)果相似。但在2012—2013年（干旱年），I2處理冬油菜的籽粒產(chǎn)量依然顯著增加，這說(shuō)明在干旱年可以在蕾薹期灌水120 mm來(lái)提高冬油菜的產(chǎn)量，但在灌溉用水日益緊缺的當(dāng)代社會(huì)，用增加一倍（60 mm）的灌水量來(lái)提高7.2%—10.1%的冬油菜產(chǎn)量不太可取，況且在2012—2013年（干旱年），I2處理冬油菜的產(chǎn)油量并沒(méi)有顯著提高。本研究中，當(dāng)施氮量為180 kg·hm-2（基施+蕾薹期追施）時(shí)，冬油菜籽粒產(chǎn)量顯著增加，當(dāng)施氮量為260 kg·hm-2（基施+蕾薹期追施）時(shí)，籽粒產(chǎn)量降低，這與前人的研究基本一致[18, 24]；但也有研究指出，當(dāng)施氮量達(dá)到或者超過(guò)300 kg·hm-2時(shí)，冬油菜的籽粒產(chǎn)量才會(huì)出現(xiàn)降低趨勢(shì)[25-26]，這可能是由于油菜品種、年份和試驗(yàn)地點(diǎn)氣候條件不同造成的。

3.3 土壤硝態(tài)氮分布

施氮量直接影響硝態(tài)氮在土壤中的動(dòng)態(tài)變化，而灌溉或降雨量是影響硝態(tài)氮運(yùn)移的一個(gè)重要因素。前人關(guān)于施氮量對(duì)土壤硝態(tài)氮的影響的研究結(jié)論基本一致，即大量施用氮肥會(huì)使土壤中硝態(tài)氮大量累積。土層中硝態(tài)氮的含量隨施氮量的增加而顯著增加[27]。本研究也得到了一致的結(jié)論。當(dāng)灌水量由I0升到I1，冬油菜地0—200 cm土層的土壤硝態(tài)氮累積量顯著降低，由I1升到I2，土壤硝態(tài)氮累積量不再顯著變化，這可能是因?yàn)楣嗨坑蒊0升到I1，顯著促進(jìn)了冬油菜對(duì)土壤中氮素的吸收利用以及在植株中的累積，而由I1升到I2，這種作用不再明顯。但高亞軍等[28]和XIE等[29]的研究發(fā)現(xiàn)，硝態(tài)氮的累積量與灌水量不存在明顯的相關(guān)性，這可能是由于作物、試驗(yàn)地點(diǎn)氣候等的差異造成的。本研究中，土壤硝態(tài)氮峰值所在土層深度隨灌水量的增加而明顯下移，硝態(tài)氮的淋失量與灌溉量密切相關(guān)，這與李世清等[30]、李建民等[31]和譚軍利等[32]的研究結(jié)果一致。

累積的硝態(tài)氮最終會(huì)不會(huì)通過(guò)淋溶損失掉并污染地下水，主要取決于灌水量（或降雨量）[28]。本研究中，I0處理0—40 cm土層土壤硝態(tài)氮所占比例最大，I1處理40—80 cm土層土壤硝態(tài)氮所占比例最大，而I2處理80—120 cm和120—160 cm土層土壤硝態(tài)氮所占比例最大，此結(jié)論更進(jìn)一步說(shuō)明土壤硝態(tài)氮隨灌水量的增加表現(xiàn)出明顯的淋移趨勢(shì)。各灌水處理160—200 cm土層土壤硝態(tài)氮所占比例基本一致，說(shuō)明2年各處理在冬油菜生育期內(nèi)硝態(tài)氮均未淋洗到200 cm土層以下，但殘留在土壤深層的硝態(tài)氮基本已無(wú)法再被有效吸收利用，大部分將通過(guò)后期的進(jìn)一步淋洗而污染地下水。因此，為了減輕土壤硝態(tài)氮的淋洗，并達(dá)到增產(chǎn)的效果，在西北地區(qū)種植冬油菜應(yīng)在蕾薹期灌水60 mm。

4 結(jié)論

蕾薹期灌溉或施氮能顯著增加冬油菜的地上部干物質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量、產(chǎn)油量和氮素累積吸收量。2年I2N1處理（灌溉120 mm，施氮80 kg·hm-2）的籽粒產(chǎn)量和產(chǎn)油量均最大，平均分別為3 385和1 429 kg·hm-2；I1N1處理（灌溉60 mm，施氮80 kg·hm-2）冬油菜的平均籽粒產(chǎn)量和產(chǎn)油量?jī)H比I2N1降低3.6%和4.7%。土壤硝態(tài)氮峰值所在土層深度隨灌溉量的增加而明顯下移，I2灌溉量處理（灌溉120 mm）的硝態(tài)氮峰值比I1（灌溉60 mm）下移了20 cm。I1N1處理的氮肥利用率與I2N1處理基本無(wú)顯著差異。因此，為提高冬油菜籽粒產(chǎn)量和氮素利用效率，并同時(shí)減輕土壤硝態(tài)氮的下移趨勢(shì)和下移量，I1N1處理為西北地區(qū)較優(yōu)的冬油菜灌溉施氮策略。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effects of Irrigation and Nitrogen Coupling on Nitrogen Absorption and Soil Nitrate Content of Winter Oilseed Rape

GU XiaoBo, LI YuanNong, HUANG Peng, DU YaDan, CHEN PengPeng, FANG Heng

(College of Water Resources and Architectural Engineering, Northwest A&F University/Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas of Ministry of Education, Yangling 712100, Shaanxi)

【】This study aimed at the frequent drought at the stem elongation stage of winter oilseed rape (L.) in northwest China, and local farmers usually applied heavy irrigation and nitrogen (N) fertilizer for high benefits, thus led to serious environmental problems. The objective of present study was to determine the reasonable application amount of irrigation and N fertilizer at stem elongation stage of winter oilseed rape cultivated in northwest China. 【】Ten treatments, including three nitrogen levels (N0: 0 kg·hm-2, N1: 80 kg·hm-2, N2: 160 kg·hm-2) and three irrigation levels (I0: 0 mm, I1: 60 mm, I2: 120 mm) at the beginning of stem elongation stage, and a control (CK) with no irrigation and no nitrogen (no basal nitrogen, no topdressing nitrogen) during the whole growing stage of winter oilseed rape were conducted in this two-year experiments. This study determined the effects of different irrigation and nitrogen levels on aboveground dry matter (ADM), seed yield, oil production, nitrogen uptake, soil nitrate content and nitrogen utilization efficiency of winter oilseed rape. 【】Irrigation or nitrogen application at stem elongation stage significantly improved aboveground dry matter, seed yield, oil production and nitrogen accumulation amount of winter oilseed rape. The depth of soil layer with the peak of soil nitrate was moved down obviously with the increase of irrigation amount, and the peak value was increased with the increase of nitrogen application amount, which showed a clear trend of nitrate leaching with the increase of irrigation and nitrogen amount. Total soil nitrate-N accumulation amount in I1N1was not significantly different with I0N0; however, was significantly decreased by 41.9 kg·hm-2in comparison to I2N2. Soil nitrate-N was mainly distributed in 0-40, 40-80, and 80-160 cm soil layer. Seed yield varied from 1 534 to 3 024 kg·hm-2and from 2 318 to 3 746 kg·hm-2in 2012-2013 and 2013-2014, respectively. The highest seed yield and oil production were always occurred in I2N1, and the lowest were always occurred under CK for both seasons. Compared with I2N1, seed yield in I1N1was significantly decreased in 2012-2013, a drought season, while no significant differences were found between I2N1and I1N1in 2013-2014, a wet season. No significant differences were found between I2N1and I1N1in both seasons. Average seed yield and oil production in I1N1were 3 264 and 1 358 kg·hm-2for both seasons, respectively, which were just 3.6% and 4.7% lower than I2N1, respectively. Nitrogen absorption amount in I1N1was 7.3% significantly lower than in 2012-2013, while there were no marked differences between I1N1and I2N1in 2013-2014. Mean nitrogen agronomic efficiency in I1N1was reduced by 7.2% in comparison with I2N1. 【】From the perspective of improving seed yield and nitrogen utilization efficiency of winter oilseed rape, and simultaneously alleviating the downward trend of soil nitrate, I1N1(60 mm irrigation and 80 kg N·hm-2) treatment can be recommended as a suitable irrigation and nitrogen schedule for winter oilseed rape at stem elongation stage.

irrigation; nitrogen application; stem elongation stage; oil production; nitrogen absorption; soil nitrate nitrogen

2017-10-09；

2017-11-27

國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201503125，201503105）、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（2011AA100504）

谷曉博，E-mail：gxb123027@163.com。

李援農(nóng)，E-mail：liyuannong@163.com