測(cè)墑補(bǔ)灌和施氮對(duì)冬小麥產(chǎn)量及水分、氮素利用效率的影響

金修寬，馬茂亭，趙同科，安志裝，姜玲玲

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測(cè)墑補(bǔ)灌和施氮對(duì)冬小麥產(chǎn)量及水分、氮素利用效率的影響

金修寬1,2，馬茂亭2，趙同科2，安志裝2，姜玲玲1,2

（1河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071000；2北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所，北京 100097）

【】測(cè)墑補(bǔ)灌是近年來(lái)研究的一種小麥節(jié)水灌溉新技術(shù)。論文旨在探索測(cè)墑補(bǔ)灌與施氮對(duì)冬小麥生長(zhǎng)的影響，為該區(qū)節(jié)水、節(jié)氮提供依據(jù)?！尽坎捎寐嗟姆绞皆O(shè)置測(cè)墑補(bǔ)灌和施氮兩因素田間試驗(yàn)，補(bǔ)灌設(shè)置4個(gè)處理，于冬小麥拔節(jié)期、開花期依據(jù)0—40 cm土層土壤質(zhì)量含水量進(jìn)行測(cè)墑補(bǔ)灌，補(bǔ)灌至土壤田間持水量的50%（W1）、60%（W2）、70%（W3）、80%（W4）。施氮設(shè)置4個(gè)處理，不施氮（N0）、施純氮180 kg·hm-2（N180）、240 kg·hm-2（N240）和300 kg·hm-2（N300）。在此處理下研究了測(cè)墑補(bǔ)灌和施氮對(duì)冬小麥產(chǎn)量及水分、氮素利用效率的影響?！尽?1)各施氮處理下，補(bǔ)灌量的增加可增加冬小麥籽粒產(chǎn)量，當(dāng)補(bǔ)灌量至土壤田間持水量的60%—80%范圍內(nèi)時(shí)，冬小麥籽粒的增產(chǎn)效應(yīng)差異不顯著。各補(bǔ)灌處理下，當(dāng)施氮量超過240 kg·hm-2時(shí)籽粒產(chǎn)量無(wú)顯著性變化。本試驗(yàn)條件下當(dāng)補(bǔ)灌至土壤田間持水量的60%，施氮量為240 kg·hm-2時(shí)冬小麥籽粒產(chǎn)量達(dá)到最高，為8 104.6 kg·hm-2。(2)增加施氮量和補(bǔ)灌量均可顯著增加麥田總耗水量，但當(dāng)施氮量超過240 kg·hm-2時(shí)，施氮的提高效果不顯著。補(bǔ)灌量的增加會(huì)顯著增加麥田總耗水量，但當(dāng)補(bǔ)灌至土壤田間持水量60%（W2）、70%（W3）時(shí)較補(bǔ)灌至80%（W4）處理顯著降低耗水量，說(shuō)明有利于節(jié)約灌水而獲得較高產(chǎn)量。(3)相同施氮處理下，補(bǔ)灌量的增加可顯著提高冬小麥水分利用效率，當(dāng)補(bǔ)灌量增至土壤田間持水量的60%時(shí)，冬小麥水分利用效率達(dá)到最大值，為14.7 kg·hm-2·mm-1。相同補(bǔ)灌處理下，增施氮肥可顯著提高冬小麥水分利用效率，但施氮量不宜超過240 kg·hm-2，否則將導(dǎo)致水分利用效率降低。(4)相同施氮處理下，應(yīng)控制補(bǔ)灌量至土壤田間持水量的60%時(shí)冬小麥氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率及氮素利用效率最高，為60.1 kg·kg-1、22.4 kg·kg-1。相同補(bǔ)灌處理下，施氮量應(yīng)控制在240 kg·hm-2時(shí)可獲得較高的氮素干物質(zhì)利用效率及冬小麥氮素利用效率最高，為63.9 kg·kg-1、23.5 kg·kg-1。【】本試驗(yàn)條件下當(dāng)施氮量為240 kg·hm-2、冬小麥拔節(jié)期、開花期補(bǔ)灌至土壤田間持水量的60%時(shí)冬小麥籽粒產(chǎn)量、水分利用效率、氮素干物質(zhì)利用效率、氮素利用效率均最高，為最優(yōu)的節(jié)水、節(jié)氮、高產(chǎn)組合，推薦其作為該區(qū)域適宜水、氮用量。

測(cè)墑補(bǔ)灌；小麥產(chǎn)量；水、氮利用效率

0 引言

【研究意義】冬小麥-夏玉米是中國(guó)主要的糧食作物，在全國(guó)農(nóng)作物種植面積中分別居第3位和第1位[1-2]。而黃淮海平原區(qū)又是中國(guó)冬小麥-夏玉米主產(chǎn)區(qū)，對(duì)保障國(guó)家糧食安全具有重要的戰(zhàn)略地位[3]。施氮和灌水是冬小麥、夏玉米增產(chǎn)增收的重要農(nóng)業(yè)措施。據(jù)研究報(bào)道[4-5]中國(guó)冬小麥、夏玉米適宜施氮量大致在150—250 kg·hm-2，而黃淮海平原區(qū)冬小麥-夏玉米輪作區(qū)施氮量普遍存在過量問題，平均為530 kg·hm-2，部分地區(qū)甚至超過600 kg·hm-2，遠(yuǎn)超過農(nóng)作物吸收量。過量施氮引發(fā)土壤氮素盈余增加，氮肥肥效及利用率降低、NO3--N淋失，導(dǎo)致氮肥資源浪費(fèi)嚴(yán)重，污染環(huán)境等[6]問題發(fā)生。與此同時(shí)中國(guó)水資源普遍存在短缺，時(shí)空分布不均勻，灌水方式不合理等問題[7]，尤其是黃淮海平原區(qū)水資源匱乏嚴(yán)重，在小麥生產(chǎn)中常采用大水漫灌、傳統(tǒng)畦灌的灌溉方式，導(dǎo)致灌水過多、水分利用效率低，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，冬小麥、夏玉米全生育期灌水量分別達(dá)到3 000 m3·hm-2和1 200 m3·hm-2，更加重了該區(qū)域水資源短缺問題。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在過量施氮和水資源匱乏，灌水方式不合理，水、氮供應(yīng)不協(xié)調(diào)等問題，要解決該區(qū)域上述問題，深入研究該區(qū)域水、氮交互對(duì)冬小麥產(chǎn)量、水分、氮素利用效率的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】研究表明[8]水、氮耦合存在閾值效應(yīng)，閾值為施氮量105 kg·hm-2，定量灌溉1 500 m3·hm-2，若低于閾值，則水分利用效率較低，氮肥的增產(chǎn)效應(yīng)不顯著。劉青林等[9]研究定量灌水與施氮對(duì)春小麥生育期耗水規(guī)律的影響，結(jié)果表明定量灌水327 mm處理的水分利用效率與定量灌水261 mm和196 mm的處理相比，各處理間均無(wú)顯著性差異，當(dāng)施氮量增加到221 kg·hm-2時(shí)冬小麥籽粒產(chǎn)量6 365 kg·hm-2，達(dá)到最大值，再增加施氮量到300 kg·hm-2時(shí)籽粒產(chǎn)量增加不顯著。武明安等[10]研究冬小麥越冬期、拔節(jié)期各定量灌水75 mm處理，與冬小麥越冬期定量灌水75 mm的處理相比，冬小麥籽粒產(chǎn)量提高19.8%，增產(chǎn)2 068.7 kg·hm-2。ZHANG等[11]研究冬小麥拔節(jié)期0—60 cm土層土壤含水量為田間持水量的50%—60%、65%—70%時(shí)，冬小麥水分利用效率及籽粒產(chǎn)量最高?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人研究水、氮處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量，水、氮利用效率的影響多數(shù)在定量灌溉、傳統(tǒng)畦灌或大水漫灌的方式下研究，由于定量灌溉、傳統(tǒng)畦灌、大水漫灌方式未考慮土壤墑情及降水情況，存在一定的盲目性，水資源浪費(fèi)問題突出。因而，發(fā)展節(jié)水灌溉新技術(shù)是減少灌水量，提高水分利用效率的重要途徑。測(cè)墑補(bǔ)灌是近年研究的一種小麥節(jié)水灌溉新技術(shù)，而依據(jù)測(cè)墑補(bǔ)灌研究水、氮兩因素對(duì)冬小麥產(chǎn)量，水、氮利用效率的報(bào)道較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在黃淮海平原區(qū)典型潮土上設(shè)置測(cè)墑補(bǔ)灌和施氮兩因素試驗(yàn)，通過對(duì)冬小麥產(chǎn)量，水、氮利用效率的水氮配合效應(yīng)研究，以期為該區(qū)域推薦適宜的補(bǔ)灌量施氮量組合，為冬小麥節(jié)水、節(jié)氮、高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

2015—2016年在產(chǎn)糧大縣河南省滑縣王莊鎮(zhèn)（114°30′E，35°35′N）進(jìn)行田間試驗(yàn)。該區(qū)域?yàn)榈湫偷亩←?夏玉米輪作一年兩熟區(qū)，具有一定的代表性。供試土壤為中壤質(zhì)潮土，播種前0—20 cm土層的土壤基礎(chǔ)理化性狀為：有機(jī)質(zhì)含量13.9 g·kg-1，全氮1.4 g·kg-1，堿解氮89.24 mg·kg-1，速效磷23.14 mg·kg-1，速效鉀109.23 mg·kg-1。2015年10月降雨量18.4 mm，11月16.2 mm，12月14.4 mm。2016年1—2月降雨量總計(jì)21.8 mm，3月降雨量21.4 mm，4月降雨量24.6 mm，5月降雨量41.6 mm，6月降雨量19.6 mm。冬小麥全生育期總降水量為178 mm。該試驗(yàn)區(qū)冬小麥全生育期間農(nóng)民習(xí)慣灌水量能達(dá)到2 500— 3 000 m3·hm-2，甚至更多。0—20 cm、20—40 cm土層田間持水量為22.57%、20.73%，土壤容重為1.45、1.48 g·cm-3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為補(bǔ)灌處理，副區(qū)為施氮處理，在冬小麥拔節(jié)期、開花期依據(jù)0—40 cm土層補(bǔ)灌處理的土壤質(zhì)量含水量進(jìn)行測(cè)墑補(bǔ)灌，補(bǔ)灌至土壤田間持水量的50%（W1）、60%（W2）、70%（W3）、80%（W4）。由公式（1）[12]計(jì)算出各處理補(bǔ)灌量，補(bǔ)灌量見表1。補(bǔ)灌處理在拔節(jié)期、開花期前測(cè)墑，以0—40 cm土層的含水量作為基礎(chǔ)含水量，根據(jù)試驗(yàn)補(bǔ)灌設(shè)計(jì)計(jì)算出補(bǔ)灌量，用潛水泵水表來(lái)計(jì)量，各小區(qū)采用PVC軟管漫灌的方式補(bǔ)灌，補(bǔ)灌深度為0—40 cm。副區(qū)設(shè)4個(gè)施氮處理0（N0）、180 kg·hm-2（N180）、240 kg·hm-2（N240）、300 kg·hm-2（N300）。重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，共計(jì)48個(gè)小區(qū)，各處理間設(shè)2 m寬隔離區(qū)，小區(qū)面積為3 m×6 m=18 m2。

M=10×γ×H×（βi-βj） （1）

式中，M為灌水量（mm）；γ為0—40 cm測(cè)墑補(bǔ)灌層土壤容重（g·cm-3）；H為0—40 cm測(cè)墑補(bǔ)灌層深度（cm）；βi表示目標(biāo)含水量（%）；βj灌溉前土壤含水量（%）。

氮、磷和鉀肥品種為尿素（N 46.4%）、過磷酸鈣（P2O516%）和氯化鉀（K2O 60%）。施肥量為P2O5120 kg·hm-2、K2O 105 kg·hm-2，磷和鉀肥作為基肥于農(nóng)耕整地前施用，60%的氮肥作為基肥于耕地前施用，40%氮肥于拔節(jié)期作為追肥施用。供試冬小麥品種為周麥29，冬小麥于2015年10月11日播種，2016年6月4日收獲，除試驗(yàn)處理外，田間管理措施同其他大田高產(chǎn)栽培。

表1 0—40 cm土層不同處理的補(bǔ)灌量

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 土壤含水量 采用鋁盒烘干法測(cè)定。在0—100 cm土壤剖面，每20 cm取一個(gè)樣，將土樣裝入鋁盒稱鮮土重，并在105℃烘箱中烘干至恒重，稱干土重計(jì)算土壤質(zhì)量含水量。土壤貯水消耗量計(jì)算方法見公式（2）。

1.3.2 植株干物質(zhì)重及全氮測(cè)定 冬小麥植株樣品采集：越冬期、返青期、拔節(jié)期、開花期以及成熟期取樣，每個(gè)取樣點(diǎn)選取20株（用20株的干重?fù)Q算小區(qū)生物量和養(yǎng)分積累量），于105℃殺青30 min后，于烘箱70℃烘至恒重，稱干物重，樣品粉碎后待測(cè)植株養(yǎng)分含量。植株全氮采用H2SO4-H2O2消煮法，AA3流動(dòng)注射分析儀測(cè)定待測(cè)液全氮的含量。

1.3.3 籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量農(nóng)藝性狀測(cè)定 冬小麥成熟后在各小區(qū)收獲2 m2樣方實(shí)收計(jì)產(chǎn)，籽粒晾曬干后稱重，并折算成公頃產(chǎn)量，同時(shí)取1 m雙行調(diào)查穗粒數(shù)、穗數(shù)、千粒重。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

水分利用效率=作物籽粒產(chǎn)量/小麥生育期實(shí)際耗水量；

氮素利用效率=作物籽粒產(chǎn)量/植株氮素吸收量；

氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率=作物地上部干物質(zhì)量/植株氮素吸收量；

土壤貯水消耗量計(jì)算：

式中，為土壤貯水消耗量（mm）；為總土層數(shù)；表示土層編號(hào)；γ表示測(cè)墑補(bǔ)灌第層土壤容重；H為第層土壤厚度（cm）；θ1和θ2分別表示階段初和階段末第層的土壤含水量（%）。

農(nóng)田耗水量=土壤貯水消耗量（mm）+降水量（mm）+補(bǔ)灌量（mm）。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和SPSS19計(jì)算數(shù)據(jù)和顯著性差異檢驗(yàn)，LSD法進(jìn)行差異性顯著比較，采用5%顯著水平。

2 結(jié)果

2.1 補(bǔ)灌和施氮對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量的影響

由表2可知，不同補(bǔ)灌處理或施氮處理對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量的影響達(dá)到極顯著性水平（＜0.01），補(bǔ)灌施氮配合對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量具有顯著的交互效應(yīng)（＜0.05）。

主效應(yīng)補(bǔ)灌處理對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量的影響為W2、W3、W4處理間均無(wú)顯著性差異（＞0.05），但均顯著高于W1處理（＜0.05）。說(shuō)明控制補(bǔ)灌用量至土壤田間持水量的60%時(shí)為較優(yōu)補(bǔ)灌用量，冬小麥產(chǎn)量達(dá)到6 931.5 kg·hm-2。主效應(yīng)施氮處理對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為N240和N300處理間差異不顯著（＞0.05），但均顯著高于N0、N180處理（＜0.05）。說(shuō)明施氮可顯著提高冬小麥籽粒產(chǎn)量，但當(dāng)施氮量超過240 kg·hm-2時(shí)籽粒產(chǎn)量不再增加。

同一補(bǔ)灌水平下，施氮對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響因補(bǔ)灌量不同而異，在W1、W2、W3水平下，N180、N240、N300處理均顯著高于N0處理（＜0.05），N0、N180、N240處理間具有顯著性差異（＜0.05），但N240和N300處理間差異不顯著（＞0.05）。W4水平下，N240、N300處理均顯著高于N0、N180處理（＜0.05），但N240處理與N300處理間無(wú)顯著性差異（＞0.05）。說(shuō)明相同補(bǔ)灌水平下，當(dāng)施氮量超過240 kg·hm-2時(shí)冬小麥籽粒產(chǎn)量的增產(chǎn)效應(yīng)無(wú)顯著性變化。同一施氮水平下，在N0水平下，W3、W4處理均顯著高于W1、W2處理，但W3、W4處理間無(wú)顯著性差異（＞0.05）。說(shuō)明在不施氮處理下，補(bǔ)灌至土壤田間持水量的70%時(shí)冬小麥籽粒產(chǎn)量達(dá)到最大值，為6 246.4 kg·hm-2。在N180水平下，W2、W3、W4均顯著高于W1（＜0.05），其中W3補(bǔ)灌水平下籽粒產(chǎn)量達(dá)到最大值為7 049.6 kg·hm-2。在N240、N300水平下，W2、W3、W4處理間均無(wú)顯著性差異（＞0.05），但均顯著高于W1處理（＜0.05）。說(shuō)明在施氮量240、300 kg·hm-2處理下，補(bǔ)灌量的增加可增加冬小麥籽粒產(chǎn)量，當(dāng)補(bǔ)灌超過田間持水量的60%時(shí)，冬小麥的增產(chǎn)效應(yīng)無(wú)顯著性變化。

表2 測(cè)墑補(bǔ)灌和施氮對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量的影響

括號(hào)外不同小寫字母表示不同補(bǔ)灌量間差異在＜0.05水平顯著，括號(hào)內(nèi)不同小寫字母表示不同施氮量間差異在＜0.05水平顯著，*和**分別表示水、氮或水氮交互作用在＜0.05和＜0.01水平顯著。下同

Different small letters after data outside/in brackets mean significant at＜0.05 among different N or W values,* and ** mean significant at＜0.05 and＜0.01, respectively. The same as below

在本試驗(yàn)條件下，當(dāng)補(bǔ)灌至土壤田間持水量的60%，施氮量為240 kg·hm-2時(shí)冬小麥籽粒產(chǎn)量達(dá)到最高產(chǎn)量，為8 104.6 kg·hm-2。

2.2 補(bǔ)灌和施氮對(duì)麥田耗水量的影響

由表3可知，不同補(bǔ)灌處理對(duì)麥田耗水量的影響達(dá)到極顯著性水平（＜0.01），不同施氮處理對(duì)麥田耗水量的影響達(dá)到顯著性水平（＜0.05），補(bǔ)灌施氮配合對(duì)麥田耗水量具有顯著性交互效應(yīng)（＜0.05）。

主效應(yīng)補(bǔ)灌處理對(duì)麥田耗水量的影響表現(xiàn)為W4補(bǔ)灌處理顯著高于W1、W2、W3處理（＜0.05），但W2、W3處理間無(wú)顯著性差異（＞0.05）。說(shuō)明補(bǔ)灌量的增加可顯著增加總耗水量。主效應(yīng)施氮處理對(duì)麥田耗水量的影響表現(xiàn)為N240＞N180＞N300＞N0，N240處理顯著高于N0、N180、N300處理（＜0.05）。說(shuō)明施氮可顯著提高麥田總耗水量，但當(dāng)施氮量超過240 kg·hm-2時(shí)麥田總耗水量減少。

同一補(bǔ)灌水平下，在W1水平下，N240、N300處理顯著高于N0、N180處理（＜0.05），但N240和N300處理間差異不顯著（＞0.05）。在W2、W3水平下，隨施氮量的增加麥田總耗水量呈先增加后降低趨勢(shì)，表現(xiàn)為N180、N240處理顯著高于N0、N300處理（＜0.05），但N180和N240處理間差異不顯著（＞0.05）。在W4水平下，N240處理顯著高于N0、N300處理（＜0.05）。說(shuō)明相同補(bǔ)灌水平下，施氮量由0增加至240 kg·hm-2時(shí)，麥田總耗水量增加，在增加施氮量到300 kg·hm-2時(shí)，麥田總耗水量無(wú)顯著性變化。同一施氮水平下，在N0、N180、N240處理，麥田總耗水量均表現(xiàn)為W4處理均顯著高于W1、W2、W3處理（＜0.05），但W2、W3處理間無(wú)顯著性差異（＞0.05）。在N300水平下，W3、W4處理均顯著高于W1、W2處理（＜0.05），但W3、W4處理間無(wú)顯著性差異（＞0.05）。說(shuō)明補(bǔ)灌至田間持水量的60%（W2）、70%（W3）較補(bǔ)灌至80%（W4）顯著降低了補(bǔ)灌量，有利于節(jié)約灌水而獲得較高產(chǎn)量。

2.3 補(bǔ)灌和施氮對(duì)冬小麥水分利用效率的影響

由表4可知，不同補(bǔ)灌處理對(duì)冬小麥水分利用效率的影響達(dá)到顯著性水平（＜0.05），不同施氮處理對(duì)冬小麥水分利用效率的影響達(dá)到極顯著性水平（＜0.01），補(bǔ)灌施氮配合處理對(duì)冬小麥水分利用效率的交互效應(yīng)無(wú)顯著性變化（＞0.05）。

主效應(yīng)補(bǔ)灌處理對(duì)冬小麥水分利用效率的影響表現(xiàn)為W1、W2處理顯著高于W3、W4處理（＜0.05），但W1、W2處理間無(wú)顯著性差異（＞0.05）。說(shuō)明補(bǔ)灌量的增加顯著降低冬小麥水分利用效率，應(yīng)控制補(bǔ)灌量至土壤田間持水量的50%—60%時(shí)，水分利用效率最高為14.2—14.7 kg·hm-2·mm-1。主效應(yīng)施氮處理對(duì)冬小麥水分利用效率的影響表現(xiàn)為N180、N240處理均顯著高于N0、N300（＜0.05）。但N180、N240處理間無(wú)顯著性差異（＞0.05）。說(shuō)明施氮可顯著提高冬小麥水分利用效率，但需控制氮肥用量在180—240 kg·hm-2，在增加施氮量對(duì)冬小麥水分利用效率無(wú)顯著性變化。

表3 不同處理對(duì)麥田總耗水量的影響

表4 測(cè)墑補(bǔ)灌和施氮對(duì)冬小麥水分利用效率的影響

同一補(bǔ)灌水平下，隨施氮量增加冬小麥水分利用效率呈先增加后降低趨勢(shì)。在W1水平下，N180、N240、N300處理均顯著高于N0處理（＜0.05），N180處理與N240、N300處理間具有顯著性差異（＜0.05）。但N240、N300處理間無(wú)顯著性差異（＞0.05）。當(dāng)補(bǔ)灌至土壤田間持水量的50%時(shí)，施氮量為180 kg·hm-2時(shí)冬小麥水分利用效率達(dá)到最大值為16.3 kg·hm-2·mm-1。在W2、W3水平下，N180、N240及N300處理均顯著高于 N0處理（＜0.05），N180、N240處理間具有顯著性差異（＜0.05），但N240、N300處理間無(wú)顯著性差異（＞0.05）。在W4水平下，N240處理冬小麥水分利用效率顯著高于N0、N180、N300（＜0.05）。說(shuō)明補(bǔ)灌至土壤田間持水量的60%、70%、80%條件下，施氮量為240 kg·hm-2時(shí)冬小麥水分利用效率達(dá)到最大值。同一施氮水平下，隨補(bǔ)灌量的增加，冬小麥水分利用效率均表現(xiàn)為W2＞W(wǎng)1＞W(wǎng)3＞W(wǎng)4。在 N0、N180水平下，W1、W2處理間無(wú)顯著性差異（＞0.05），但顯著高于W3、W4處理，W2補(bǔ)灌處理冬小麥水分利用效率最高。說(shuō)明在不施氮和施氮量為180 kg·hm-2的處理下，補(bǔ)灌量控制至土壤田間持水量的60%時(shí)，水分利用效率最高為12.7—15.7 kg·hm-2·mm-1。在N240水平下，各補(bǔ)灌處理間差異不顯著（＞0.05），W2處理下水分利用效率最高，為15.4 kg·hm-2·mm-1。在N300水平下，W1和W2處理間差異不顯著（＞0.05），但均顯著高于W3、W4處理（＜0.05），W2補(bǔ)灌處理冬小麥水分利用效率最高為14.78 kg·hm-2·mm-1。說(shuō)明在施氮量為240、300 kg·hm-2的處理下，補(bǔ)灌至土壤田間持水量的60%時(shí)，冬小麥水分利用效率最高，分別為15.4、14.8 kg·hm-2·mm-1。

本試驗(yàn)條件下當(dāng)補(bǔ)灌至土壤田間持水量的60%，施氮量為240 kg·hm-2時(shí)，水氮組合水分利用效率較高，為15.4 kg·hm-2·mm-1，為較優(yōu)節(jié)水節(jié)氮組合。

2.4 補(bǔ)灌和施氮對(duì)冬小麥氮素利用效率的影響

由表5可知，不同補(bǔ)灌處理對(duì)冬小麥氮素利用效率的影響達(dá)到顯著性水平（＜0.05），不同施氮處理對(duì)冬小麥氮素利用效率的影響達(dá)到極顯著性水平（＜0.01），補(bǔ)灌施氮配合對(duì)冬小麥氮素利用效率的交互效應(yīng)無(wú)顯著性變化（＞0.05）。

主效應(yīng)補(bǔ)灌處理對(duì)冬小麥氮素利用效率的影響表現(xiàn)為W2、W3處理均顯著高于W1、W4處理（＜0.05），但W2、W3處理間無(wú)顯著性差異（＞0.05）。說(shuō)明補(bǔ)灌至土壤田間持水量的60%、70%為較優(yōu)補(bǔ)灌用量，冬小麥氮素利用效率達(dá)到21.8—22.4 kg·kg-1，在增加補(bǔ)灌量對(duì)冬小麥氮素利用效率無(wú)顯著性變化。主效應(yīng)施氮處理對(duì)冬小麥氮素利用效率的影響表現(xiàn)為N240＞N180＞N0＞N300，各處理間達(dá)到顯著性差異水平（＜0.05），但當(dāng)施氮量為240 kg·hm-2時(shí)，冬小麥氮素利用效率達(dá)到最大值，為23.5 kg·kg-1。

同一補(bǔ)灌水平下，冬小麥氮素利用效率表現(xiàn)為隨施氮量的增加而增加，當(dāng)施氮量為240 kg·hm-2時(shí)達(dá)到最大值，在施氮量增加到300 kg·hm-2時(shí)氮素利用效率無(wú)顯著性變化。在W1、W2、W3、W4水平下，各施氮處理均表現(xiàn)為N240＞N180＞N0＞N300，處理間具有顯著性差異水平（＜0.05），但在W3水平下，N0、N300處理間無(wú)顯著性差異（＞0.05），各補(bǔ)灌水平下均以施氮量為240 kg·hm-2時(shí)冬小麥氮素利用效率最高，為18.0—27.1 kg·kg-1。說(shuō)明各補(bǔ)灌水平下，應(yīng)控制施氮量在240 kg·hm-2左右。同一施氮水平下，冬小麥氮素利用效率表現(xiàn)為W2＞W(wǎng)3＞W(wǎng)4＞W(wǎng)1。W1、W2、W3、W4補(bǔ)灌處理間具有顯著性差異（＜0.05），且W2補(bǔ)灌處理顯著高于W1、W3、W4處理（＜0.05）。說(shuō)明在各施氮水平下補(bǔ)灌至土壤田間持水量的60%時(shí)，冬小麥氮素利用效率最高，為16.7—27.1 kg·kg-1。

考慮節(jié)約水、肥等因素下，本試驗(yàn)條件下其水、氮配合處理以W2N240下冬小麥氮素利用效率最高，為27.1 kg·kg-1。

2.5 補(bǔ)灌和施氮對(duì)冬小麥氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率的影響

由表6可知，不同補(bǔ)灌處理對(duì)冬小麥氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率的影響無(wú)顯著性變化（＞0.05），不同施氮處理對(duì)冬小麥氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率的影響達(dá)到極顯著性水平（＜0.01），補(bǔ)灌施氮配合對(duì)冬小麥氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率的交互效應(yīng)無(wú)顯著性變化（＞0.05）。

表5 測(cè)墑補(bǔ)灌和施氮對(duì)冬小麥氮素利用效率的影響

表6 測(cè)墑補(bǔ)灌和施氮對(duì)冬小麥氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率的影響

主效應(yīng)補(bǔ)灌處理對(duì)冬小麥氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率表現(xiàn)為W2處理顯著高于W1、W3、W4處理（＜0.05），說(shuō)明補(bǔ)灌至土壤田間持水量的60%時(shí)，冬小麥氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率達(dá)到最大值，為60.1 kg·kg-1。但補(bǔ)灌量超過土壤田間持水量的60%時(shí)對(duì)冬小麥氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率無(wú)顯著性變化。主效應(yīng)施氮處理對(duì)冬小麥氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率表現(xiàn)為N240＞N300＞N180＞N0，各處理間差異均達(dá)到顯著性水平（＜0.05），但N240處理顯著高于其他處理（＜0.05），說(shuō)明施氮量為240 kg·hm-2時(shí)對(duì)冬小麥氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率的影響效果最顯著，是本試驗(yàn)條件下最優(yōu)施氮量。

同一補(bǔ)灌水平下，冬小麥氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率隨施氮量的增加均表現(xiàn)為N240＞N300＞N180＞N0。在W1水平下，N240、N300處理顯著高于N0、N180處理（＜0.05），但N240、N300處理間無(wú)顯著性差異（＞0.05）。說(shuō)明補(bǔ)灌至土壤田間持水量的50%時(shí)，應(yīng)控制施氮量在240 kg·hm-2時(shí)，為最優(yōu)水氮組合。在W2、W3水平下，各施氮處理間差異均達(dá)到顯著性水平（＞0.05），但N240處理顯著高于其他施氮處理（＜0.05）。在W4水平下，N240處理顯著高于N0、N180、N300處理。說(shuō)明補(bǔ)灌至土壤田間持水量的60%—80%時(shí)，應(yīng)控制施氮量在240 kg·hm-2。同一施氮水平下，在N0水平下，各補(bǔ)灌處理間差異均達(dá)到顯著性水平（＜0.05），但W2處理顯著高于其他補(bǔ)灌處理（＜0.05）。在N180、N240水平下，W2、W3處理顯著高于W1、W4處理（＜0.05），但W2、W3處理間無(wú)顯著性差異（＞0.05）。在N300水平下，W2處理顯著高于其他補(bǔ)灌處理（＜0.05）。說(shuō)明在同一施氮水平下，應(yīng)控制補(bǔ)灌量至土壤田間持水量的60%時(shí)冬小麥氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率最大，同時(shí)也節(jié)約水資源，為較優(yōu)補(bǔ)灌用量。

本試驗(yàn)條件下，當(dāng)補(bǔ)灌至土壤田間持水量的60%，施氮量為240 kg·hm-2時(shí)，水氮組合冬小麥氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率較高，為70.1 kg·kg-1，為最優(yōu)節(jié)水節(jié)氮組合。

3 討論

3.1 測(cè)墑補(bǔ)灌、施氮的冬小麥產(chǎn)量

水、氮間存在著明顯的耦合作用，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中人為可調(diào)控的影響因子，對(duì)作物產(chǎn)量和生態(tài)環(huán)境具有重要的影響，因此合理調(diào)控水、氮間的耦合機(jī)制對(duì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。劉青林等[9]在甘肅綠洲灌區(qū)研究定量灌水與施氮對(duì)春小麥生育期耗水規(guī)律及產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明定量灌水處理間對(duì)水分利用效率無(wú)顯著性作用。當(dāng)施氮量增加到221 kg·hm-2時(shí)冬小麥籽粒產(chǎn)量6 365 kg·hm-2達(dá)到最大值，再增加施氮量到300 kg·hm-2時(shí)籽粒產(chǎn)量增加無(wú)顯著性變化。金修寬等[13]研究拔節(jié)期測(cè)墑補(bǔ)灌和施氮對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明補(bǔ)灌和施氮存在一定的臨界值，超過臨界值冬小麥產(chǎn)量無(wú)顯著性變化。當(dāng)施氮量為195 kg·hm-2，補(bǔ)灌量為田間持水量的70%時(shí)，冬小麥最高產(chǎn)量達(dá)到8 500 kg·hm-2。栗麗等[14]研究灌水與施氮對(duì)冬小麥產(chǎn)量及水、氮利用效率的影響，結(jié)果表明當(dāng)灌水0—1 500 m3·hm-2范圍內(nèi)，冬小麥籽粒產(chǎn)量隨灌水量增加而增加，施氮量小于150 kg·hm-2時(shí)，冬小麥產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，當(dāng)施氮量超過150 kg·hm-2時(shí)不再顯著增加，灌水1 500 m3·hm-2，施氮150 kg·hm-2時(shí)為最佳水氮組合。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，各施氮水平下，補(bǔ)灌量的增加可增加冬小麥籽粒產(chǎn)量，當(dāng)補(bǔ)灌量增至土壤田間持水量的60%—80%范圍內(nèi)時(shí)，冬小麥籽粒的增產(chǎn)效應(yīng)差異無(wú)顯著性變化。各補(bǔ)灌水平下，當(dāng)施氮量超過240 kg·hm-2時(shí)籽粒產(chǎn)量無(wú)顯著性變化。本試驗(yàn)條件下當(dāng)補(bǔ)灌至土壤田間含水量的60%，施氮量為240 kg·hm-2時(shí)冬小麥籽粒產(chǎn)量達(dá)到最高產(chǎn)量為8 104.6 kg·hm-2。這與劉青林等[9]、金修寬等[13]、栗麗等[14]的研究結(jié)論基本一致。其原因可能是施氮和灌水影響冬小麥產(chǎn)量的三要素，SUGR等[26]研究表明施氮量為240 kg·hm-2時(shí)冬小麥增產(chǎn)的因素歸因于小麥穗粒數(shù)的增加。由于不同試驗(yàn)研究差異，研究表明[27]在拔節(jié)期、開花期各定量灌水60 mm，冬小麥籽粒產(chǎn)量為7 834 kg·hm-2，但對(duì)冬小麥千粒重具有重要影響。但也與前人[15-16]研究結(jié)論有差異之處，其原因是不同區(qū)域環(huán)境、降雨、耕作、土壤墑情、土壤基礎(chǔ)肥力的等不同原因所導(dǎo)致。

本試驗(yàn)僅僅在補(bǔ)灌和施氮處理下對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量進(jìn)行了初步探討，應(yīng)需進(jìn)一步研究補(bǔ)灌和施氮處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量因子如穗粒數(shù)、千粒重、穗數(shù)、群體動(dòng)態(tài)、分蘗力的影響，以期全面系統(tǒng)的闡明水、氮對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響，從而合理調(diào)控水、氮高效利用機(jī)制從而獲得更高的產(chǎn)量及水、氮利用效率。

3.2 測(cè)墑補(bǔ)灌、施氮的冬小麥水分利用

作物農(nóng)田耗水來(lái)源主要有灌水、降水、土壤貯水三方面，施氮和灌水是影響農(nóng)田耗水量、水分利用效率、冬小麥產(chǎn)量的重要因素。TILLING[17]研究表明施用氮肥對(duì)麥田耗水量有顯著性影響，適宜的灌水量和施氮量存在明顯的耦合效應(yīng)，合理施氮降低麥田耗水量。粟麗、楊曉亞[18-19]研究表明當(dāng)施氮量由0增加到270kg·hm-2時(shí)，冬小麥日耗水量增加，降雨和灌水量占耗水量的比例降低，土壤供水占耗水量的比例增加。隨灌水量的增加，麥田總耗水量逐漸增加，適當(dāng)灌溉提高了小麥對(duì)降水的利用比例，降低了對(duì)灌溉水的利用比例。本試驗(yàn)研究表明，增加施氮量和補(bǔ)灌量均可顯著增加麥田總耗水量。在相同補(bǔ)灌量下，但當(dāng)施氮量超過240 kg·hm-2時(shí)，在增加施氮量對(duì)麥田總耗水量的提高效果不顯著，這與王欣[15]、TILLING[17]研究結(jié)論一致。在相同施氮量下，補(bǔ)灌量的增加會(huì)顯著增加麥田總耗水量，但當(dāng)補(bǔ)灌至土壤田間持水量60%（W2）、70%（W3）時(shí)較補(bǔ)灌至80%（W4）處理顯著降低補(bǔ)灌量，有利于節(jié)約灌水而獲得較高產(chǎn)量。

本試驗(yàn)未涉及分析土壤貯水和降水耗水量占農(nóng)田耗水量的比例，及階段、日耗水量，需進(jìn)一步研究討論土壤貯水和降水對(duì)農(nóng)田耗水量的影響。在本試驗(yàn)條件下其可能原因是該處理下冬小麥充分利用土壤貯水及土壤自身的供水，降低對(duì)補(bǔ)灌量的利用，其具體原因還需進(jìn)一步研究說(shuō)明，后期深入完善這方面研究。

李廷亮等[20]研究冬小麥生育期0—1.3 m土層土壤濕度控制在田間持水量的60%—80%，施氮量在150—225 kg·hm-2時(shí)，氮肥效果最好，水分利用效率最大。林同保等[21]研究拔節(jié)期灌水量為1 050 m3·hm-2時(shí)，隨著施氮量的增加，水分利用效率先升后降趨勢(shì)。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明：相同施氮水平下，補(bǔ)灌量的增加可顯著提高冬小麥水分利用效率，當(dāng)補(bǔ)灌量增至土壤田間持水量的60%時(shí)，冬小麥水分利用效率達(dá)到最大值為14.7 kg·hm-2·mm-1。這與李廷亮[20]、ZHANG等[11]研究結(jié)果一致。相同補(bǔ)灌水平下，增施氮肥可顯著提高冬小麥水分利用效率，但施氮量不宜超過240 kg·hm-2，否則將導(dǎo)致水分利用效率降低。這與林同保[21]研究結(jié)果一致。

3.3 測(cè)墑補(bǔ)灌、施氮的冬小麥氮素利用效率

氮素利用效率及其合理用量很大程度上取決于灌水用量。李瑞奇[22]在黃淮海平原區(qū)限水灌溉條件下，施氮量為157. 5或240 kg·hm-2時(shí)，可獲得較高氮素利用效率。同延安等[23]研究施氮量0—210kg·hm-2范圍內(nèi)，隨著施氮量增加氮素利用效率增加，當(dāng)施氮量增加至 315 kg·hm-2氮肥利用效率降低。本研究結(jié)果表明，同一補(bǔ)灌水平下，施氮量應(yīng)控制在240 kg·hm-2時(shí)可獲得較高的氮素利用效率為23.5 kg·kg-1，這與前人[22-23]研究結(jié)論基本一致。同一施氮處理下，應(yīng)控制補(bǔ)灌量至土壤田間持水量的60%時(shí)，冬小麥氮素利用效率最高為22.4 kg·kg-1。這與呂麗華[24]研究結(jié)論一致。但也有研究表明[25]隨著灌水量的增加，土壤水分含量升高，不利于小麥的氮素吸收利用，氮素利用效率降低。與本研究不盡相同，其原因是不同區(qū)域不同土壤類型其土壤基礎(chǔ)肥力的差異所導(dǎo)致。

本試驗(yàn)綜合考慮補(bǔ)灌和施氮對(duì)冬小麥產(chǎn)量、總耗水量、水分利用效率,和氮素利用效率的影響，初步推薦在中壤質(zhì)潮土、冬小麥品種為周麥29、降水量在180 mm左右的相類生態(tài)區(qū)域適于本研究的測(cè)墑補(bǔ)灌至土壤田間持水量的60%和施氮量為240 kg·hm-2，其還需進(jìn)一步研究補(bǔ)灌和施氮處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量因子如穗粒數(shù)、千粒重、穗數(shù)、群體動(dòng)態(tài)、分蘗力、氮素農(nóng)學(xué)效率、氮素回收率的影響，以期全面系統(tǒng)的闡明補(bǔ)灌和施氮在該區(qū)域的應(yīng)用潛力。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，當(dāng)施氮量超過240 kg·hm-2時(shí)，冬小麥籽粒產(chǎn)量，水分利用效率、氮素利用效率均無(wú)顯著性差異。且在施氮量為240 kg·hm-2時(shí)，在冬小麥拔節(jié)期、開花期補(bǔ)灌至土壤田間持水量的60%時(shí)冬小麥籽粒產(chǎn)量，水分利用效率，氮素利用效率均最高。為最優(yōu)的節(jié)水、節(jié)氮、高產(chǎn)組合，推薦作為該區(qū)域適宜水、氮用量。

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（責(zé)任編輯 李云霞）

Effects of Nitrogen Application on Yield, Water and Nitrogen Use Efficiency of Winter Wheat Under Supplemental Irrigation Based on Measured Soil Moisture Content

JIN XiuKuan1,2, MA MaoTing2, ZHAO TongKe2, AN ZhiZhuang2, JIANG LingLing1,2

(1College of Agricultural Resources and Environmental Sciences, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, Hebei;2Institute of Plant Nutrient and Natural Resources, Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Beijing 100097)

【】Supplemental irrigation based on soil moisture content was a newly water-saving approach developed in wheat irrigation in recent years, so the purpose of this paper was to evaluate its application potential in Huang-Huai-Hai plain.【】In this study, a field experiment of supplemental irrigation based on measurement of moisture content was conducted, combining with different level of nitrogen application. The four irrigation treatments were designed in the main plots, and supplemental irrigation was based on measuring soil moisture content of 0-40 cm soil layers at jointing and anthesis stages of winter wheat. The soil moisture reached 50%FC (field capacity) (W1), 60%FC (W2), 70%FC (W3), 80%FC (W4). In the sub-plots, four nitrogen application treatments were applied at 0 (N0), 180(N180), 240(N240), 300(N300) kg N·hm-2. The effects of nitrogen application on yield, water and nitrogen use efficiency in winter wheat under supplemental irrigation based on measured soil moisture content were analyzed.【】(1) Under the equal nitrogen application treatments,the wheat yield increased with higher irrigation content. When the supplemental irrigation reached 60%-80%FC range, there were no significant differences in wheat yield among different treatments. For the same irrigation treatments, wheat yield was reduced when the amount of nitrogen applied exceeded 240 kg N·hm-2. The highest yield (8 104.6 kg·hm-2) of winter wheat was achieved under the N level of 240 kg·hm-2under W2treatment in this experimental study. (2) Increasing the amount of nitrogen, supplement irrigation could significantly increase the total water consumption of wheat. However, the effect of nitrogen application was not significant difference when the nitrogen application exceeded to 240 kg N·hm-2. Supplement irrigation could significantly increase the total water consumption of wheat. When the irrigation reached 60%FC, 70%FC, it significantly reduced the amount of irrigation content compared to the 80%FC, which was beneficial to save irrigation and to achieve higher yields. (3) Under the same nitrogen application treatments, supplement irrigation could significantly increase the water use efficiency of wheat. When the soil moisture reached 60%FC, the highest of water use efficiency was achieved, which was 14.7 kg·hm-2·mm-1. For the same irrigation treatments, increasing nitrogen application could significantly improve the water use efficiency of winter wheat, but the amount of nitrogen application should not exceed 240 kg N·hm-2, otherwise it would decrease the water use efficiency. (4) Under the same nitrogen application treatments, it should control the soil moisture reached 60%FC, and the highest of nitrogen dry matter production efficiency, nitrogen use efficiency were achieved to 60.1 kg·kg-1, 22.4 kg·kg-1, respectively. For the same irrigation treatments, the amount of nitrogen applied should be controlled at 240 kg N·hm-2, and the highest of nitrogen dry matter production efficiency, nitrogen use efficiency were achieved to 63.9 kg·kg-1, 23.5 kg·kg-1, respectively.【】Under the N level of 240 kg·hm-2, when the irrigation content at jointing and anthesis stages of winter wheat reached to 60% of soil field capacity,the grain yield, water use efficiency, nitrogen dry matter production efficiency and nitrogen use efficiency were achieved highest. As a result, this mode of nitrogen and irrigation integration was recommended as the regional suitable level for water and fertilizer application.

supplemental irrigation based onmeasurement of moisture content; winter wheat yield; water, nitrogen use efficiency

2017-07-05；

2017-10-13

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0801001, 2016YFD0200103）、農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)項(xiàng)目（2110402—201258）

金修寬，E-mail：jinxiukuan@163.com。

趙同科，E-mail：tkzhao@126.com