氮肥對(duì)黃淮冬麥區(qū)旱地小麥耗水及產(chǎn)量的影響

王穩(wěn)江

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

0 引言

【研究意義】小麥作為我國主要的糧食作物，其產(chǎn)量直接影響糧食安全，對(duì)于廣大北方地區(qū)尤其重要。在小麥種植過程中不僅受水熱等條件的制約，還受養(yǎng)分及施肥等的制約[1-3]。陜西是典型的旱作麥區(qū)，全年70%的降雨集中在8月前后，加之大量水分蒸發(fā)，導(dǎo)致小麥產(chǎn)量較低[4]。早播小麥可提升其生育期的耗水量，加之低密度下能夠更合理地利用土壤水分和養(yǎng)分，進(jìn)而形成更多的有效分蘗，對(duì)提升產(chǎn)量尤為關(guān)鍵[5]。探究氮肥對(duì)旱地小麥土壤耗水及其產(chǎn)量影響，對(duì)黃土丘陵旱作區(qū)小麥產(chǎn)量提升具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】播期播量的控制在小麥種植過程中起著關(guān)鍵性作用，對(duì)其產(chǎn)量的制約效應(yīng)突出。早播小麥由于在冬前分蘗旺盛，形成的群體較大，但是易產(chǎn)生早衰問題，晚播小麥形成的群體較小，難以形成較高的產(chǎn)量[6]。因此，合理控制播期播量，能夠更好地協(xié)調(diào)其個(gè)體與群體的關(guān)系，進(jìn)而促進(jìn)其產(chǎn)量的提升[7]。吳金芝等[8]報(bào)道了耕作方式和氮肥用量對(duì)旱地小麥產(chǎn)量、水分利用效率和種植效益的影響。杜雄等[9]研究了不同種植制度與土下微膜覆蓋的小麥玉米水分利用效果。裴雪霞等[10-11]報(bào)道，合理的氮肥施用和水分條件控制能夠有效促進(jìn)作物產(chǎn)量的提升和土壤的貯水能力[10-11]。LPEZ-BELLIDO等[12]研究發(fā)現(xiàn)，氮肥60 kg/hm2且雨水較充足條件下，地中海地區(qū)作物的籽粒產(chǎn)量提升。黃土高原南部旱地氮肥為80 kg/hm2時(shí)小麥增產(chǎn)幅度最大[13]。薛澄等[14]研究表明，渭北旱塬區(qū)氮肥為120 kg/hm2的小麥產(chǎn)量與傳統(tǒng)氮肥施用量180 kg/hm2差異不顯著，但水分利用效率提高?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】不同地區(qū)旱地小麥氮肥適宜施用量不同，鮮見不同氮肥施用量對(duì)黃淮冬麥區(qū)旱地小麥土壤耗水及產(chǎn)量的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】探明不同氮肥施用量對(duì)黃淮冬麥區(qū)旱地小麥土壤耗水及產(chǎn)量的影響，以期為其小麥生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018-2020年在西北農(nóng)林科技大學(xué)北校區(qū)試驗(yàn)地進(jìn)行，該區(qū)域?yàn)辄S土丘陵旱地，無灌溉條件，土壤有機(jī)質(zhì)含量9.32 g/kg、全氮0.87 g/kg、速效磷23.2 mg/kg、速效鉀98.5 mg/kg，小麥拔節(jié)至開花期的降雨量最小，不足10 mm，花期為98 mm左右。

1.2 材料

1.2.1 品種 小麥品種為濟(jì)麥22，購于陜西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。

1.2.2 儀器 CIRAS-2型光合作用測定儀，購于漢莎科學(xué)儀器有限公司；MVC-小型蒸發(fā)器，購于湖北晟馳蒸發(fā)器設(shè)備有限公司；DZF-6050TE型烘箱，瑪瑞特烘箱設(shè)備廠生產(chǎn)。

1.3 方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)方法，小區(qū)面積30 m2(5 m×6 m)，小區(qū)間設(shè)2 m間隔。根據(jù)氮素施用量不同共設(shè)4個(gè)處理：對(duì)照(CK)，不施用氮肥(施等量清水)；N1，氮肥施用量為100 kg/hm2；N2，氮肥施用量為200 kg/hm2；N3，氮肥施用量為300 kg/hm2。每處理5次重復(fù)，種植密度220株/m2，4葉期定苗。底肥除含氮量46%的氮肥，還包括磷肥和鉀肥，全部一次性施入，試驗(yàn)樣地采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)大田管理方法進(jìn)行。

1.3.2 土壤取樣 在0～100 cm土層，從表層土壤開始每間隔20 cm取樣1次，對(duì)于所取樣品稱重后置于鋁盒備用，之后采用DZF-6050TE型烘箱110℃烘干處理，冷卻后稱重備用。

1.3.3 指標(biāo)測定 在0～100 cm土層，從表層土壤開始每間隔20 cm取樣1次，對(duì)于所取樣品稱重后置于鋁盒備用，之后進(jìn)行110℃烘干處理，冷卻后稱重，計(jì)算土壤含水量。采用MVC-小型蒸發(fā)器于各生育期連續(xù)7 d測定不同時(shí)期小麥植株間蒸發(fā)量。在測量過程中需要將蒸發(fā)器垂直插入土層，采用電子稱測量后放回原位置，第2天再次測量，對(duì)連續(xù)2 d的差值計(jì)算即得到其蒸發(fā)量，精度要求0.01 g。成熟期調(diào)查產(chǎn)量構(gòu)成要素(籽粒產(chǎn)量、平均穗粒數(shù)及千粒重)，每個(gè)小區(qū)收割2 m2計(jì)算實(shí)際產(chǎn)量。所有指標(biāo)結(jié)果均以3年平均值計(jì)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采取Excel 2007和SPSS 22.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥施用量小麥對(duì)水分的利用效率

從表1可知，不同處理小麥各生育時(shí)期水分利用效率的變化。越冬期：各處理為2.02～3.03 nmol/(m2·s)，N2最高，為3.03 nmol/(m2·s)；N3其次，為2.51 nmol/(m2·s)；CK最低小，為2.02 nmol/(m2·s)；N2顯著高于其余處理，CK顯著低于其余處理，其余處理差異顯著。生長期、開花期、抽穗期和成熟期：各處理分別為2.47～3.82 nmol/(m2·s)、2.07～3.11 nmol/(m2·s)、1.61～2.57 nmol/(m2·s)和1.33～1.79 nmol/(m2·s)，均以N2最高，分別為3.82 nmol/(m2·s)、3.11 nmol/(m2·s)、2.57 nmol/(m2·s)和1.79 nmol/(m2·s)；N3其次，分別為2.88 nmol/(m2·s)、2.27 nmol/(m2·s)、1.91 nmol/(m2·s)和1.48 nmol/(m2·s)；CK最低，分別為2.47 nmol/(m2·s)、2.07 nmol/(m2·s)、1.61 nmol/(m2·s)和1.33 nmol/(m2·s)。N2均顯著高于其余處理，CK顯著低于其余處理，N1與N3間差異不顯著。

表1 不同氮肥施用量小麥各生育時(shí)期的水分利用效率

2.2 不同氮肥施用量小麥各生育時(shí)期的耗水量

從表2看出，不同處理小麥各生育時(shí)期耗水量的變化。越冬期、生長期和開花期：各處理分別為37.4～42.6 mm、46.1～49.3 mm和63.3～69.3 mm，均以N2最高，分別為42.6 mm、49.3 mm和69.3 mm；N3其次，分別為39.4 mm、47.9 mm和65.3 mm；CK最低，分別為37.4 mm、46.1 mm和63.3 mm。N2均顯著高于其余處理，CK顯著低于其余處理，N1與N3間差異不顯著。抽穗期和成熟期：各處理分別為78.6～83.2 mm和30.9～36.3 mm，均以N2最高，分別為83.2 mm和36.3 mm，N2均顯著高于其余處理，CK、N1、N3間差異不顯著。表明，氮肥提高了小麥的耗水量，在抽穗期達(dá)最大。

表2 不同氮肥施用量小麥各生育時(shí)期的耗水量

2.3 不同氮肥施用量小麥的耗水來源

從表3可知，不同處理小麥對(duì)來源于土壤和降水的耗水量變化。土壤：各處理為236.8～305.6 mm，依次為N3>N2>N1>CK，N3顯著高于其余處理，N1與CK間差異不顯著，二者顯著低于N2。降水：各處理為97.0～144.1 mm，依次為N3>N2>N1>CK，N3顯著高于其余處理，CK顯著低于其余處理，N1與N2間差異不顯著。表明，小麥耗水量主要來源于土壤。

表3 不同氮肥施用量小麥的耗水來源

2.4 不同氮肥施用量小麥對(duì)各土層土壤貯水的消耗量

從表4看出，不同處理小麥對(duì)0～100 cm各土層土壤貯水消耗量的變化。0～20 cm：各處理為24.0～32.9 mm，依次為N2>N3>N1>CK，N2顯著高于其余處理，CK顯著低于其余處理，N1與N3間差異不顯著。20～40 cm：各處理為17.8～23.3 mm，依次為N2>N3>N1>CK，N2顯著高于其余處理，其余處理間差異不顯著。40～60 cm：各處理為14.5～18.3 mm，依次為N2>N3>N1>CK，N2顯著高于其余處理，其余處理間差異不顯著。60～80 cm：各處理為8.2～11.4 mm，依次為N2>N3=N1>CK，N2顯著高于其余處理，其余處理間差異不顯著。80～100 cm：各處理為4.1～6.0 mm，依次為N2>N1>N3>CK，N2顯著高于其余處理，其余處理間差異不顯著。表明，不同施氮量處理小麥對(duì)表層土壤的耗水量提高，以N2效果最好。

2.5 不同氮肥施用量小麥的產(chǎn)量構(gòu)成與氮肥利用效率

從表5可知，不同處理小麥穗數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和氮肥利用效率的變化。小麥穗數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量：各處理分別為514.6萬～663.2萬穗/hm2、42.14～47.37 g、8 233.0～9 225.0 kg/hm2和15.5～22.7 t/hm2，均為N2>N3>N1>CK，N2顯著高于其余處理，CK顯著低于其余處理，N1與N3間差異不顯著。氮肥利用效率：各處理為46.5%～79.5%，依次為N2>N3>N1>CK，各處理間差異顯著。

表5 不同氮肥施用量小麥的產(chǎn)量構(gòu)成與氮肥生產(chǎn)效率

3 討論

關(guān)于氮肥對(duì)旱地小麥水氮效應(yīng)的研究多集中于黃土高原旱塬區(qū)，該區(qū)域全年降水量440～710 mm，季節(jié)性分布不均，小麥生育期降水量100～210 mm[11]。袁浩等[15]通過連續(xù)觀測試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施用120 kg/hm2的氮肥能夠增加小麥貯水量。李武超等[16]研究表明，氮肥對(duì)產(chǎn)量、耗水系數(shù)和肥料利用效率的影響達(dá)極顯著水平,水氮之間的交互效應(yīng)達(dá)極顯著水平，拔節(jié)至成熟期土壤相對(duì)含水量65%～70%的條件下，小麥獲得高產(chǎn)的同時(shí)能夠兼顧水肥高效利用。袁浩等[15]研究表明，水分脅迫下施用氮肥，旗葉蒸騰速率減弱，凈光合速率增加，短時(shí)水分利用效率提高。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)方法連續(xù)3年(2018-2020年)研究了不同氮肥施用量〔0(CK)、100 kg/hm2(N1)、200 kg/hm2(N2)和300 kg/hm2(N3)〕對(duì)黃淮冬麥區(qū)旱地小麥耗水量及產(chǎn)量影響。結(jié)果表明，不同處理小麥越冬期、生長期、開花期、抽穗期和成熟期的水分利用效率分別為2.02～3.03 nmol/(m2·s)、2.47～3.82 nmol/(m2·s)、2.07～3.11 nmol/(m2·s)、1.61～2.57 nmol/(m2·s)和1.33～1.79 nmol/(m2·s)，均以N2最高，CK最低；越冬期、生長期和開花期的耗水量分別為37.4～42.6 mm、46.1～49.3 mm和63.3～69.3 mm，均以N2最高，CK最低；對(duì)來自土壤和降水的耗水分別為236.8～305.6 mm和97.0～144.1 mm，N3最高，CK最低；小麥對(duì)0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm土壤貯水的消耗量分別為24.0～32.9 mm、17.8～23.3 mm、14.5～18.3 mm、8.2～11.4 mm和4.1～6.0 mm，均以N2最高，CK最低；小麥穗數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和氮肥利用效率分別為514.6萬～663.2萬穗/hm2、42.14～47.37 g、8 233.0～9 225.0 kg/hm2、15.5～22.7 t/hm2和46.5%～79.5%，均以N2最高，CK最低。表明，當(dāng)?shù)手饾u增加時(shí)，土壤相對(duì)穩(wěn)定層下移至100 cm土層，能夠促進(jìn)小麥對(duì)深層土壤水分的吸收利用，即使氮肥施用量增加時(shí)80～100 cm土層土壤貯水量變化也不大，說明氮肥施用過量將抑制小麥對(duì)深層土壤水分的吸收；施氮可顯著提高小麥分蘗數(shù)和單株葉面積，增加地表覆蓋度，減少株間蒸發(fā)量。MIRANZADEH等[17]研究表明，在第2個(gè)小麥生長季降水量比上一生長季減少67.31%條件下，旱地冬小麥均在氮肥為80 kg/hm2時(shí)獲得較高的產(chǎn)量和水分利用效率。HALVORSON等[18]報(bào)道，受年份條件差異的制約，氮肥對(duì)小麥產(chǎn)量的影響較大，以84 kg/hm2最高。謝英荷等[19]研究發(fā)現(xiàn)，127 kg/hm2和165 kg/hm2的氮肥更有利于晉南旱地小麥的生長發(fā)育。王兵等[20]報(bào)道，黃土高原南部小麥種植區(qū)施用45 kg/hm2氮肥對(duì)小麥種植區(qū)的小麥生長尤為有利。

4 結(jié)論

黃淮冬麥區(qū)旱地小麥?zhǔn)┯玫士稍黾油寥赖暮?，提高其水分利用效率，并有效促進(jìn)籽粒產(chǎn)量的提升，以施用氮肥200 kg/hm2效果最好，其水分利用效率、耗水量、小麥穗數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和氮肥利用效率均最高。