不同降水年型施氮量對冬小麥水氮資源利用效率的調控

王培如，鐘 融，孫 敏，孔瑋琳，張敬敬，Hafeez Noor，任愛霞，林 文，高志強

（山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院 / 黃土高原特色作物優(yōu)質高效生產(chǎn)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，山西太谷 030801）

山西位于黃土高原東部，干旱缺水、土壤貧瘠是該區(qū)小麥生產(chǎn)的主要限制因子，小麥生長季降水少且年際差異懸殊，導致年際間產(chǎn)量及水、氮效率波動大，且在不同降水年型，氮肥對作物生長的調控也存在差異[1-4]。前人有關年際間旱地小麥產(chǎn)量及效率的差異以及施氮量調控的研究表明，降水及其分布和施氮均對旱地小麥的生長、產(chǎn)量和效率影響顯著。降水和施氮兩者相互協(xié)同又相互制約，降水少限制氮肥潛在肥效的正常發(fā)揮，而過量且集中的降水則會導致氮肥的淋溶，同樣導致肥料浪費和小麥減產(chǎn)，肥料不足或過量也會影響小麥對水分的吸收，從而限制增產(chǎn)[5-6]。裴雪霞等[7]在晉南旱垣的研究表明，不同降水年型旱地小麥產(chǎn)量及其構成因素具有顯著差異。郭星宇等[8]在陜西渭南的研究也表明，降水年型對旱地冬小麥產(chǎn)量的影響達顯著水平，豐水年較平水年增產(chǎn)33.6%，較欠水年增產(chǎn)113.3%；且豐水年較平水年和欠水年可分別提高氮肥表觀利用率18.4%和64.8%。李森等[9]在河南省中部的研究表明，豐水年較平水年和欠水年提高了旱地小麥地上部和根系的氮素積累量，且提高產(chǎn)量分別達11.4%和15.2%。薛玲珠等[10]在晉南旱垣的研究表明，豐水年較欠水年降水較多，更有利于旱地小麥花后光合生產(chǎn)能力提高，促進光合器官制造的產(chǎn)物更多地形成籽粒中的碳水化合物，進而提高產(chǎn)量37.2%，提高水分利用效率14.3%，提高氮素利用效率15.4%。合理施氮可顯著增加冬小麥根量，擴大水分、養(yǎng)分吸收空間，提高水分利用效率，增加小麥產(chǎn)量和水氮利用效率。王志鑫等[11]在山西聞喜旱地小麥的研究表明，施氮量150 kg/hm2較210 kg/hm2可顯著提高生育后期耗水和總耗水，顯著提高產(chǎn)量11.5%，提高水分利用效率7.4%。同延安等[12]在陜西扶風的研究表明，施氮量210 kg/hm2可顯著提高旱地小麥在拔節(jié)至開花期的氮素積累量及比例，提高產(chǎn)量10.1%。朱云鵬等[13]在陜西楊凌的研究表明，施氮量200 kg/hm2可提高旱地小麥生育期耗水量，促進干物質積累，促進同化物向產(chǎn)量的轉化，提高小麥產(chǎn)量17.8%，提高水分利用效率17.3%。此外，不同降水年型，旱地小麥達到最大產(chǎn)量所需的氮肥量不同。李曉州[14]在陜西長武的研究表明，豐水年、平水年和欠水年施氮量分別為175.8、172.2和144.7 kg/hm2時，可獲得最大產(chǎn)量。Wang等[15]在陜西長武的研究表明，施氮量0～180 kg/hm2范圍內(nèi)，欠水年水分利用效率對施氮量的響應沒有顯著差異，但豐水年和平水年水分利用效率隨施氮量增加而顯著增加；且豐水年、平水年和欠水年均在施氮量180 kg/hm2時，促進了深層根系生長和水分利用，提高了旱地小麥產(chǎn)量和水分利用效率。劉艷妮等[16]在陜西渭南的研究表明，豐水年、平水年和欠水年旱地小麥產(chǎn)量和植株氮素積累量隨施氮量增加呈先增加后降低的趨勢，豐水年、平水年和欠水年施氮量分別為170、150和99 kg/hm2時，可以同時獲得較高的產(chǎn)量和氮肥利用效率?？梢?，在不同降水年型氮肥對旱地小麥產(chǎn)量及效率的影響差異較為明確，而針對不同氮肥量所引起的耗水、氮素運轉及產(chǎn)量變化的機理研究還有待深入。為此，選擇3個不同降水年型，研究旱地小麥生育期耗水量、植株氮素積累與運轉、產(chǎn)量及效率對施氮變化量的響應度，明確年型與氮肥對產(chǎn)量影響的互作效應，為山西省冬小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)高效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

于2017—2020年在山西農(nóng)業(yè)大學聞喜試驗示范基地開展大田試驗，試驗地位于黃土高原東南部，是典型的半干旱地區(qū)，地理位置為35°20'N，111°17'E，海拔450～700 m，屬于溫帶大陸性季風氣候，光熱資源豐富，年均降水量450～630 mm，年平均氣溫11℃～13℃。無灌溉條件，種植制度為冬小麥一年一熟，夏季休閑。

降水年型依據(jù)干燥指數(shù)(DI)進行劃分[17]。DI=(P-M)/σ，式中，P 為當年降水(mm)，M為多年平均降水(mm)，σ為多年平均降水均方差。以冬小麥生育年即休閑期+生育期劃分降水年型(表1)。2017—2018 年降水量與年均降水量接近，屬于平水年；2018—2019 年降水量較年均降水量低22.5%，屬于欠水年；2019—2020 年降水量較年均降水量高23.1%，屬豐水年。2012—2020年小麥生育期平均降水量為417.36 mm，圖1為試驗地3年降水量在全年的分布情況。表2為這3個年份0—20 cm土層土壤基礎肥力。

表1 2017—2020 年降水量及年型劃分Table 1 Annual precipitation and rainfall patterns from 2017 to 2020

表2 試驗點土壤基礎肥力Table 2 Basic soil fertility at the experimental site

圖1 試驗點生育期降水量Fig.1 Precipitation during the growth period at the experimental site

1.2 試驗設計

本試驗以運旱20410 (由聞喜縣農(nóng)業(yè)委員會提供)為供試材料。采用單因素隨機區(qū)組設計，設施N 0、120、150、180、210 kg/hm25個處理，分別表示為N0、N120、N150、N180、N210。小區(qū)面積80 m2(4 m×20 m )，重復3次。前茬小麥收獲時留高茬20～30 cm，旋耕整地，采用常規(guī)條播播種。10月4日播種，播量97.5 kg/hm2，基施氮、磷、鉀肥，P2O5為 150 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，3 葉期定苗，基本苗為180萬株/hm2，常規(guī)管理。

1.3 樣品采集及測定指標

1.3.1 土壤水分 于前茬小麥收獲后，在地塊內(nèi)挖一個2 m深的剖面坑，將剖面削齊鏟平。按劃定的層次自下而上取樣，每20 cm為一土層，采用環(huán)刀法測定土壤容重[18]。于小麥播種前、拔節(jié)中期、開花中期、成熟期，采用土鉆法取0—300 cm土樣，每20 cm為一個土層，105℃烘干至恒重計算土壤含水量[19]。

1.3.2 植株干物質和含氮量 于越冬、拔節(jié)、孕穗、開花、成熟期分別取樣20株，其中越冬期取整株樣品，拔節(jié)、孕穗期植株樣品分為葉片、莖稈+葉鞘2個部分，開花期植株樣品分為葉片、莖稈+葉鞘、穗軸+穎殼3個部分，成熟期植株樣品分為葉片、莖稈+葉鞘、穗軸+穎殼、籽粒4個部分。樣品于105℃殺青30 min后，70℃烘至恒重，稱量并記錄干物質量。將不同生育時期植株樣本烘干后磨碎，用H2SO4-H2O2消煮—靛酚藍比色法測定植株含氮量[20]。

1.3.3 產(chǎn)量及其構成因素 于成熟期取每個試驗小區(qū)內(nèi)0.667 m2調查穗數(shù)、每穗平均粒數(shù)及千粒重，每個小區(qū)選擇20 m2收獲，曬干后脫粒，按13%的含水量折算產(chǎn)量。

1.4 計算方法

1.4.1 土壤水分

式中，SWS為蓄水量(mm)，i為土層，W為土壤質量含水量(%)，D為土壤容重(g/cm3)，H為土層厚度(cm)。

式中，S1和S2分別為生育階段初和階段末的土壤蓄水量(mm)。

式中，ET為生育期總耗水量(mm)，ΔS為各生育階段土壤貯水減少量(mm)，P為有效降水量(mm)，G為地下水補給量(mm)。本試驗地下水埋深在5 m以下，故G值可忽略不計。

式中，WUE為水分利用效率[kg/(hm2·mm)]，ET為作物生育期總耗水量(mm)，Y為小麥實際產(chǎn)量(kg/hm2)。

1.4.2 氮素計算方法

1.4.3 相鄰施氮處理間的產(chǎn)量和水分利用率變化率計算方法

式中，RWC為生育期耗水量變化率(%)，WC1為施氮量增加后的生育期耗水量 (mm)，WC2為施氮量增加前的生育期耗水量(mm)。

式中，RNA為生育期植株氮素積累量變化率(%)，NA1為施氮量增加后的植株氮素積累量，NA2為施氮量增加前的植株氮素積累量(kg/hm2)。

式中，RPANT為花前植株氮素積累量變化率(%)，PANT1為施氮量增加后的花前植株氮素積累量，PANT2為施氮量增加前的花前植株氮素積累量(kg/hm2)。

式中，RNAAA為花后植株氮素積累量變化率(%)，NAAA1為施氮量增加后的花后植株氮素積累量，NAAA2為施氮量增加前的花后植株氮素積累量(kg/hm2)。

式中，RY為產(chǎn)量變化率 (%)，Y1為施氮量增加后的實際產(chǎn)量，Y2為施氮量增加前的實際產(chǎn)量(kg/hm2)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗采用Microsoft Excel 2019進行數(shù)據(jù)整理和作圖，采用Origin pro 2021進行相關關系圖的繪制，采用DPS 9.01軟件進行統(tǒng)計分析，用LSD法檢驗處理間差異顯著性，多重比較用LSD法，顯著性水平設定為P=0.05。

2 結果與分析

2.1 施氮量對旱地小麥耗水量調控的年際間差異

2.1.1 生育期總耗水量及其變化率 小麥生育期耗水量總的來看，豐水年最高，欠水年最低(圖2)。不論降水量多寡，隨著施氮量增加，小麥耗水量先升高后下降，施氮量處理之間耗水量差異顯著且均以N180處理最高。在豐水年和欠水年，當施氮量從150 kg/hm2增加到180 kg/hm2，小麥的耗水量增加最多，分別增加了7.1%和4.8%；而在平水年，施氮量從120 kg/hm2增加到150 kg/hm2，耗水增加最多，達 5.0% (圖3)。

圖2 不同降水年型和施氮量下小麥耗水量Fig.2 Water consumption of wheat under different rainfall years and N application rates

圖3 不同降水年型和氮肥梯度下旱地小麥生育期總耗水變化Fig.3 Variation of water consumption of wheat as affected by annual rainfall type and N application rate

2.1.2 小麥各生育階段耗水量 降水年型、施氮量以及二者互作均顯著影響小麥各生育階段耗水量及其所占比例(表3)。豐水年較平水年和欠水年主要提高了生育前中期的土壤耗水量，分別達7.2%和29.3%。豐水年和平水年，播種—拔節(jié)階段耗水量均以N210處理最高，拔節(jié)—開花以N180最高，開花—成熟豐水年以N180處理最高；欠水年，播種—拔節(jié)和拔節(jié)—開花兩階段耗水量以N180處理最高，開花—成熟以N120處理最高，但N120與N150處理之間差異不顯著。可見，豐水年N180處理增加了小麥生育中期和后期水分消耗，欠水年N180處理增加了小麥生育前期和中期水分消耗，而N150處理增加了小麥生育后期水分消耗。

表3 不同降水年型和施氮量下旱地小麥各生育階段耗水量及其所占比例Table 3 Water consumption and the ratio of each growth stage of wheat under different annual rainfall types and N application rates

2.2 施氮量對旱地小麥植株氮素積累、運轉調控的年際間差異

2.2.1 各生育階段植株氮素積累量及其所占比例降水年型、施氮量以及二者互作均顯著影響各生育階段氮素積累量及其所占比例(表4)。豐水年播種—拔節(jié)植株氮素積累量及其所占比例以N180最高，平水年以N150處理最高；豐水年和平水年，拔節(jié)—開花期植株氮素積累量以N150處理最高，但其與N180處理無顯著差異；開花—成熟期均以N180最低。欠水年，播種—拔節(jié)期、拔節(jié)—開花期的植株氮素積累量均以N150處理最高，開花—成熟期的植株氮素積累量及其所占比例以N180處理最高?？梢姡琋180處理有利于豐水年生育前期植株的氮素積累，而N150處理有利于平水年和欠水年植株前期的氮素積累。

表4 不同降水年型及施氮量下小麥各生育階段氮素積累量及其所占比例Table 4 Nitrogen accumulation and ratio at different growth periods of wheat under different annual rainfall types and N application rate

2.2.2 花前植株氮素運轉和花后氮素積累及其對籽粒的貢獻 降水年型、施氮量以及二者互作均顯著影響花前植株氮素運轉和花后氮素積累量(表5)。豐水年，N180處理顯著提高了花前葉片和穗軸+穎殼氮素運轉量；平水年和欠水年，N150處理提高了花前葉片和莖稈+葉鞘氮素運轉量，且欠水年花前穗軸+穎殼氮素運轉量、花后植株氮素積累量及其對籽粒的貢獻率均以N180處理最高?？梢姡煌邓晷?，適宜施氮量均有利于促進花前葉片中氮素向籽粒運轉，豐水年還有利于穗軸+穎殼中氮素向籽粒運轉，平水年和欠水年還有利于莖稈+葉鞘中氮素向籽粒運轉。

表5 不同降水年型和施氮量下小麥花前植株氮素運轉量、花后植株氮素積累及對籽粒貢獻率(%)Table 5 Pre-anthesis N export and post-anthesis assimilation of N and their contribution to gain yield under different annual rainfall types and N application rates

2.2.3 氮素積累、運轉變化率 不同降水年型植株氮素積累量、花前植株氮素運轉量均以氮量梯度120～150 kg/hm2增長最多，豐水年、平水年和欠水年植株氮素積累量分別增長8.9%、10.3%和13.0%，花前氮素運轉量分別增長19.1%、27.5%和17.4%(圖4)。豐水年施氮量繼續(xù)增加仍可增加植株氮素積累量和花前植株氮素運轉量，而平水年和欠水年植株氮素積累量、花前植株氮素運轉量在施氮150 kg/hm2達到峰值。豐水年和平水年花后氮素積累量以施氮量梯度180～210 kg/hm2增長最多，分別達16.3%和51.2%，而欠水年以施氮量梯度150～180 kg/hm2增長最多，達23.0%。可見，平水年和欠水年施氮量梯度120～150 kg/hm2對花前植株氮素運轉量有較大提升，豐水年施氮量梯度120～150 kg/hm2及150～180 kg/hm2均可有效提高花前植株氮素運轉量，在此基礎上增加氮肥則可促進花后植株氮素積累。

圖4 不同氮肥梯度導致的小麥氮素積累(A)、花前植株氮素運轉量(B)和花后植株氮素積累量(C)變化Fig.4 Variation of N accumulation (A), pre-anthesis N export (B) and post-anthesis N accumulation (C) of wheat caused by annual rainfall type and gradient of N application rate

2.3 施氮量對旱地小麥產(chǎn)量及水氮效率調控的年際間差異

2.3.1 產(chǎn)量及其隨氮肥梯度的變化率 降水年型和施氮量以及二者互作均顯著影響產(chǎn)量及其構成因素、水氮利用效率(表6)。豐水年較平水年和欠水年分別提高產(chǎn)量14.8%和125.3%。豐水年，N180顯著提高穗數(shù)6.0%～23.4%，提高穗粒數(shù)0.9%～6.5%，提高千粒重1.1%～7.1%，顯著提高產(chǎn)量8.4%～35.6%。平水年，N180提高穗數(shù)1.6%～15.2%，但與N150之間差異不顯著，N150提高穗粒數(shù)0.8%～3.2%，顯著提高千粒重2.0%～10.0%，顯著提高產(chǎn)量8.9%～33.7%。欠水年，N180提高穗數(shù)1.0%～16.6%，但與N150之間差異不顯著，N150顯著提高穗粒數(shù)3.9%～7.3%，提高千粒重3.0%～7.7%，顯著提高產(chǎn)量13.4%～48.9%。可見，豐水年N180，平水年和欠水年N150可優(yōu)化產(chǎn)量構成，從而提高產(chǎn)量。

在施氮量梯度120～150 kg/hm2下，3個降水年型的產(chǎn)量增長最多，豐水年達8.9%、平水年達12.3%、欠水年達20.6%，繼續(xù)增加施氮量，即在施氮量梯度150～180 kg/hm2下，平水年和欠水年出現(xiàn)了減產(chǎn)，而豐水年產(chǎn)量依然顯著增加，增長達8.4% (圖5)。可見，平水年和欠水年型產(chǎn)量變化率均以施氮量梯度120～150 kg/hm2最大，且豐水年的施氮量增加到180 kg/hm2仍可增產(chǎn)。

圖5 不同降水年型和氮肥梯度下旱地小麥產(chǎn)量變化Fig.5 Variation of yield increment under different annual rainfall types and gradients of N application rate

2.3.2 水氮利用效率 豐水年較平水年和欠水年分別提高水分利用效率7.0%和74.3%，提高氮素利用效率7.0%和2.9%。豐水年，施N 180 kg/hm2小麥水分利用效率較其他處理提高了1.2%～16.9%，氮素利用效率提高了0.7%～5.6%，施N 150與180 kg/hm2之間氮肥表觀利用率無顯著差異。平水年，施N 150 kg/hm2較其他處理顯著提高了水分利用效率17.1%～30.5%，提高了氮素利用效率3.0%～6.7%，顯著提高了氮肥表觀利用率27.6%～139.4%。欠水年，N 150 kg/hm2提高了氮素利用效率1.4%～2.2%，水分利用效率7.0%～19.7%和氮肥表觀利用率32.8%～106.7% (表6)。

表6 不同降水年型和施氮量下小麥產(chǎn)量及其構成因素Table 6 Yield and its components of wheat under different annual rainfall types and N application rates

以增施1 kg氮肥增加的小麥產(chǎn)量代表肥效(圖6)，可以看出，豐水年施氮量從150 kg/hm2增加到180 kg/hm2時，肥效最高，達到14.9 kg/kg。平水年和欠水年的最高肥效均在施氮量從120 kg/hm2增加到150 kg/hm2，肥效分別為18.0和15.2 kg/kg?？梢姡C合考慮產(chǎn)量及其增長和水、氮利用效率，豐水年施N 180 kg/hm2，平水年和欠水年施N 150 kg/hm2效果最好。

圖6 不同降水年型和氮肥梯度下小麥氮肥效率Fig.6 N fertilizer efficiency of wheat under different annual rainfall types and gradients of N application rate

2.4 產(chǎn)量及效率與生育期耗水、植株氮素積累及運轉的相關分析

不同降水年型增加施氮量條件下，產(chǎn)量、水分利用效率均與花前植株氮素運轉量呈顯著相關關系(圖7)。豐水年，產(chǎn)量、水分利用效率還與拔節(jié)—開花階段耗水量、花前莖稈+葉鞘及穗軸+穎殼氮素運轉量呈顯著相關，氮素利用效率與生育期總耗水量呈顯著相關關系；平水年，產(chǎn)量、水分利用效率與花前莖稈+葉鞘氮素運轉量呈顯著相關；欠水年，產(chǎn)量與花前莖稈+葉鞘、穗軸+穎殼氮素運轉顯著相關。

圖7 生育期耗水量、植株氮素積累和運轉與產(chǎn)量、水氮利用效率的相關分析Fig.7 Correlation analysis between water consumption, plant nitrogen accumulation and translocation and yield, water use efficiency and nitrogen use efficiency

3 討論

3.1 不同降水年型旱地小麥產(chǎn)量及水氮效率的差異

自然降水是黃土高原旱地農(nóng)田水分的唯一來源，降水量與作物生長密切相關，直接影響土壤水分的運行。李瑞雅等[22]在山西聞喜對旱地小麥的研究表明，欠水年土壤水分消耗主要在拔節(jié)—開花階段；

賈建英等[23]在甘肅對旱地小麥的研究表明，豐水年土壤水分消耗主要在拔節(jié)—開花階段，平水年和欠水年土壤水分消耗主要在越冬—拔節(jié)階段；于琦等[24]在陜西渭南對旱地小麥的研究表明，不同降水年型土壤水分消耗均主要在拔節(jié)—灌漿階段，且豐水年較平水年和欠水年顯著提高拔節(jié)—灌漿階段的土壤耗水分別達1和3倍以上。本研究結果則表明，豐水年較平水年和欠水年主要提高了生育前中期的土壤耗水，分別達7.2%和29.3%。與前人研究結果不同，可能是降水分布不同導致，但均表明降水較多的年份可增加作物耗水，且土壤水分的變化與降水年型、冬小麥發(fā)育階段需水量相關。

土壤水分分布還會影響作物養(yǎng)分的吸收與利用，從而引起產(chǎn)量的波動[25-26]。李森等[9]在河南禹州對旱地小麥的研究表明，豐水年較平水年和欠水年可顯著提高冬小麥植株氮素積累量和產(chǎn)量分別達3.5%和11.4%。本研究結果表明，豐水年和平水年較欠水年顯著提高了生育前期植株氮素積累量、花前器官氮素運轉量和產(chǎn)量，這與胡雨彤等[27]和李曉州等[28]在陜西長武對旱地小麥研究結果相一致，且豐水年較平水年和欠水年分別提高產(chǎn)量14.8%和125.3%，提高水分利用效率7.0%和74.3%，提高氮素利用效率7.0%和2.9%?？傊?，降水量與旱地小麥產(chǎn)量關系密切，呈現(xiàn)“降水多，產(chǎn)量增；降水少，產(chǎn)量減”的變化趨勢。

本研究還表明，相同施氮量條件下，豐水年主要通過提高穗數(shù)從而提高產(chǎn)量，平水年則主要通過提高千粒重從而提高產(chǎn)量，而欠水年主要通過提高穗粒數(shù)從而提高產(chǎn)量。這主要是由于47%的黃土高原地區(qū)小麥產(chǎn)量受播前底墑影響，而休閑期降水是影響播前底墑的主要因素[29-30]，豐水年休閑期降水充足，播前底墑較高，為提高穗數(shù)奠定了良好基礎，因此產(chǎn)量最高；而欠水年產(chǎn)量最低，主要是由于生育前期降水較少影響了穗的形成。此外，本試驗條件下，豐水年產(chǎn)量與花后植株氮素積累量呈極顯著負相關，平水年和欠水年產(chǎn)量和花后植株氮素積累量相關性也未達顯著，可能是由于3個試驗年份拔節(jié)—開花階段基本無有效降水，導致花后土壤水分不足，影響了花后氮素的積累與籽粒充實，拔節(jié)—開花階段降水少尤其對豐水年影響程度大。

3.2 不同降水年型施氮量對旱地小麥產(chǎn)量及水氮效率的影響

黃土高原水土流失嚴重，傳統(tǒng)旱作生產(chǎn)提倡足量底肥以提高產(chǎn)量，但不同降水年型由于水肥主要矛盾的轉化，年降水量少及其時空分布不勻、土壤肥力低均會成為產(chǎn)量的限制因素[31]。劉朋召等[3]在陜西渭南對旱地小麥的研究結果表明，降水年型和施氮量對旱地小麥生育期總耗水存在顯著影響，且豐水年生育期總耗水高于平水年和欠水年。本研究結果表明，不同降水年型的生育期總耗水量均以施氮量180 kg/hm2最高，特別是生育前期耗水及其所占比例，這可能是由于3個試驗年度休閑期降水較多，施氮量180 kg/hm2更有利于地上部生長及根系發(fā)育，從而提高了對土壤水分利用能力。本研究還表明，豐水年施氮量180 kg/hm2、平水年和欠水年施氮量150 kg/hm2均可保證在前期耗水足夠的情況下提高花后耗水，主要是由于平水年和欠水年生育前期降水不足，若施用過多底肥則會導致前期耗水過多，加劇后期干旱脅迫。

王兵等[32]在陜西長武對旱地小麥的研究表明，隨施氮量(0～180 kg/hm2)增加，平水年植株氮素積累量增加，欠水年植株氮素積累量則表現(xiàn)為先升高后降低。本研究結果表明，豐水年生育前期植株氮素積累量和成熟期的植株氮素積累量均以施氮量180 kg/hm2最高，平水年和欠水年二者則是以施氮量150 kg/hm2最高，表明氮肥雖能改善作物生長潛力，但對于降水較少的年份，過度施肥則會降低作物對氮素的吸收利用能力。李念念等[33]在山西聞喜對旱地小麥的研究表明，豐水年(2011—2012年，年降水量約670 mm)施氮量180 kg/hm2，有利于葉片和穗軸+穎殼中氮素向籽粒的運轉；張蓉蓉等[34]在山西太谷對旱地小麥的研究表明，欠水年(2018—2019年，降水量約240 mm)施氮量150 kg/hm2有利于葉片和莖稈+葉鞘中氮素向籽粒的運轉。本研究結果也證實了相同結論，不同降水年型適宜施氮量均有利于促進花前葉片中氮素向籽粒運轉，且豐水年施氮量180 kg/hm2，還有利于穗軸+穎殼中氮素向籽粒運轉，平水年和欠水年施氮量150 kg/hm2還有利于莖稈+葉鞘中氮素向籽粒運轉。主要是由于豐水年休閑期和生育前期降水較多，結合適宜施氮量，利于土壤中氮素的溶解和轉移，促進花前植株氮素吸收運轉，甚至是穗軸+穎殼中氮素向籽粒的運轉。

根據(jù)降水年型確定施氮量，不僅可促進養(yǎng)分高效積累與運轉，同時還可提高產(chǎn)量及水氮效率。本研究結果表明，豐水年施氮量180 kg/hm2，平水年和欠水年施氮量150 kg/hm2均可獲得較高的水氮利用效率和氮肥表觀利用率，主要是由于適宜的施氮量可促進水分和氮素吸收，且促進根系的生長，進一步提高旱地小麥對所供應的土壤氮和肥料氮的吸收能力，促進了營養(yǎng)生長，促進了花前植株中氮素向籽粒中運轉，提高了花前植株氮素轉運量，進而提高了產(chǎn)量和水氮利用效率。

3.3 不同降水年型施氮量對旱地小麥植株養(yǎng)分運轉、產(chǎn)量及肥效的影響

降水年型與氮肥用量共同影響著旱地小麥植株氮素累積、運輸和分配以及產(chǎn)量形成，如何減少氮肥投入，穩(wěn)定產(chǎn)量，實現(xiàn)高效生產(chǎn)，并明確土壤水分運行、養(yǎng)分運轉、產(chǎn)量形成對施氮量變化的響應至關重要。本研究表明，豐水年生育期總耗水量變化率以施氮量150～180 kg/hm2最大，花前植株氮素運轉量和成熟期的植株氮素積累量及產(chǎn)量變化率均以施氮量120～150 kg/hm2最大，且施氮量繼續(xù)增加到180 kg/hm2仍可大幅增產(chǎn)，且肥效達最大；平水年和欠水年施氮量120～150 kg/hm2對花前植株氮素運轉量和成熟期的植株氮素積累量有較大調控性，且產(chǎn)量變化率最大，施氮量150 kg/hm2時肥效達最大?？梢姡晁嗟哪攴菔┑^少，難以發(fā)揮雨水增產(chǎn)潛力，而雨水少的年份施氮過多，易導致前期耗水增加、干旱脅迫加劇。本試驗條件下，雖然平水年和欠水年全生育期降水量相差較大，但因兩年度休閑期降水量相差不大，致使兩年度表現(xiàn)為相同的最優(yōu)施氮量?？傊煌邓晷瓦x擇適宜施氮量才能合理利用土壤水分，充分促進器官中氮素向籽粒運轉，從而提高產(chǎn)量及效率。

4 結論

在本試驗條件下，花前植株氮素運轉量與小麥產(chǎn)量顯著相關，豐水年小麥總耗水量、拔節(jié)—開花階段耗水量、穗軸+穎殼氮素運轉量也與產(chǎn)量密切相關。施氮量從120 kg/hm2增加到150 kg/hm2對花前植株氮素運轉量、成熟期的植株氮素積累量、產(chǎn)量的調控效應明顯，繼續(xù)增加施氮量，在平水年和欠水年會降低水肥效益，但在豐水年施氮量增加到180 kg/hm2仍可大幅增產(chǎn)。綜合以上，豐水年施氮量以180 kg/hm2為好，平水年和欠水年施氮量以150 kg/hm2效益最大。