水肥管理模式對(duì)小麥氮素吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

曹彩云，黨紅凱，鄭春蓮，李 佳，劉學(xué)彤，李科江，馬俊永,3

( 1.河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所,河北衡水 053000；2.河北省作物抗旱研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北衡水 053000；3.農(nóng)業(yè)部衡水潮土生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)野外科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站,河北衡水 053000; 4.河北省農(nóng)林科學(xué)院，河北石家莊 050031)

隨著耕地的減少和人口的不斷增加，我國(guó)糧食安全與日益減少的水資源矛盾日益突出[1]。華北地區(qū)為我國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)之一，其小麥產(chǎn)量的高低對(duì)我國(guó)的糧食安全具有重要的戰(zhàn)略意義[2]。華北平原主要的種植模式為冬小麥-夏玉米輪作[3-4]，小麥生長(zhǎng)季降水吻合度僅為0.26，小麥生產(chǎn)用水主要依靠抽采地下水灌溉來(lái)滿足，導(dǎo)致地下水位不斷下降[5]和深層漏斗現(xiàn)象的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響著整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[6]。與此同時(shí)，為了不斷提高作物產(chǎn)量，過(guò)量施肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上普遍存在[1]，不僅增加了生產(chǎn)成本、降低了肥料效率，而且加大了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。土壤的水分狀況在很大程度上影響著肥料效率的發(fā)揮，并在一定程度上決定著肥料的合理用量[7]，因此農(nóng)田水肥管理模式應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)條件和生產(chǎn)需求進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃[8-12]。灌水量與施肥量之間存在明顯的交互效應(yīng)[13-14]，其中灌水量起著主導(dǎo)作用[15]，肥料對(duì)小麥的增產(chǎn)作用只有在水分的配合下才能充分發(fā)揮[16]。小麥對(duì)肥料養(yǎng)分的吸收和利用受灌水量和灌水次數(shù)的影響[17-18]。灌水量和灌水次數(shù)一方面影響小麥產(chǎn)量，另一方面也影響花前積累的養(yǎng)分向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)、分配過(guò)程[19-22]，進(jìn)而對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用效率造成影響[23-24]。品種是影響小麥籽粒產(chǎn)量、氮素吸收利用的重要因素[25-26]，因而小麥水肥管理模式的優(yōu)化必須考慮品種的選擇。前人就不同灌水量和灌水時(shí)期對(duì)小麥產(chǎn)量和水肥利用效率的研究較多[27-29]，但建立在多年定位水肥管理模式基礎(chǔ)上的小麥產(chǎn)量效應(yīng)和氮素吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)等方面的研究鮮有報(bào)道。本研究在10余年定位水肥管理試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析不同水肥管理模式下小麥的產(chǎn)量、氮素吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)及水肥利用效率等的差異，以期為該區(qū)節(jié)水高效水肥管理技術(shù)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料及方法

1.1 試驗(yàn)概況

本試驗(yàn)以多年定位管理模式試驗(yàn)(2004年種麥開始)為基礎(chǔ)，于2013-2016年在河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所深州試驗(yàn)站進(jìn)行(37°44′N,115°47′E)，供試土壤為黏質(zhì)壤土。試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)水肥管理模式(分別用M1、M2、M3、M4和M5表示)，2013年10月小麥播種前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分見(jiàn)表1。小麥足墑播種，播種時(shí)間分別為2013年10月10日、2014年10月12日和2015年10月12日，播量210 kg·hm-2。試驗(yàn)田實(shí)行冬小麥-夏玉米輪作，每年總施肥量相同，小麥季底肥、追肥用量見(jiàn)表2，春季灌水時(shí)間和灌水量見(jiàn)表3，玉米水肥等管理同常規(guī)大田。小麥?zhǔn)斋@期三年分別為6月9日、6月10日和6月11日。小麥三個(gè)生長(zhǎng)季降水量在苗期至分蘗期(10月至笠年3月)分別為24.6、42.2和106.6 mm，拔節(jié)期(4月1日至15日)分別為2.5、49.9和0.5 mm，開花至灌漿初期(5月1日至10日)分別為4.3、51.9和 5.6 mm，總降水量分別為134.8、143.9和138.0 mm(小麥季常年平均降水量109 mm)。小麥生育期降水量及溫度變化如圖1所示。

表1 試驗(yàn)前基礎(chǔ)地力Table 1 Basic soil fertility of different management modes before sowing

表2 不同小麥生長(zhǎng)季肥料施用量Table 2 Fertilization rates in different wheat seasons in 2013-2016 kg·hm-2

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，以5種春季水肥管理模式為主區(qū)，以當(dāng)?shù)刂髟远←溒贩N衡觀35和衡4399為裂區(qū)。5種管理模式分別為春季不灌溉+拔節(jié)期趁墑追肥(M0)、拔節(jié)水+拔節(jié)肥(M1)、拔節(jié)水+拔節(jié)肥+揚(yáng)花或灌漿初期澆水(M2)、返青-拔節(jié)澆水(+追肥)+孕穗或揚(yáng)花水+灌漿水(M3)和起身水(+1/2追肥)+拔節(jié)水(+1/2追肥)+揚(yáng)花或灌漿初澆水+灌漿水(M4)。每次灌水量75 mm，小畦灌溉，小區(qū)之間設(shè)60 cm寬的隔離帶，春季灌溉方案見(jiàn)表3。三次重復(fù)，小區(qū)面積67.5 m2(7 m×9.6 m)。

圖1 2013-2016小麥季降雨量和平均氣溫變化

表3 小麥春季灌溉方案Table 3 Frequency and amount of spring irrigation for winter wheat

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 產(chǎn)量測(cè)定

每小區(qū)選有代表性的樣方1 m 6行3個(gè)點(diǎn)，收獲面積2.7 m2，脫粒后稱重，折算公頃產(chǎn)量。

1.3.2 干物質(zhì)測(cè)定

2016年分別在返青期、起身期、拔節(jié)期、揚(yáng)花期、灌漿期取樣，揚(yáng)花前每區(qū)取有代表性的植株10株(按基本苗折算生物量)，揚(yáng)花后每區(qū)取有代表性的植株40穗(按穗數(shù)折算生物量)，烘干后稱重折算出生物量，樣品留存測(cè)定全氮含量。

1.3.3 全氮含量測(cè)定

將揚(yáng)花前10株樣品整株粉碎，將揚(yáng)花后的樣品分成為葉片、莖稈+鞘、穎殼+穗軸和籽粒四部分粉碎，采用凱氏定氮法測(cè)定全氮含量。

1.3.4 土壤水分含量測(cè)定及耗水量計(jì)算

播種前和收獲后取2 m土體測(cè)土壤水分，土鉆取土，10 cm 1層，105 ℃烘箱烘干，計(jì)算土壤含水量(mm)。

土壤含水量=土層厚度×土壤容重×水重/干土重×10；

土壤水消耗量=階段初土壤含水量-階段末土壤含水量；

總耗水量=土壤貯水消耗量+生長(zhǎng)期有效降水量+生長(zhǎng)期總灌溉水量+地下水補(bǔ)給量-徑流-滲漏；

試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，2 m土體容重平均1.4 g·cm-3，地下水位在8 m以下，降水和灌水不足以形成徑流和滲漏，計(jì)算中地下水補(bǔ)給量、滲漏量和徑流量按0 mm計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2003進(jìn)行計(jì)算; 用SAS 8.02數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行顯著性分析(LSD 法)。氮素轉(zhuǎn)運(yùn)和利用參數(shù)計(jì)算[30]如下：

氮素利用效率=籽粒產(chǎn)量/植株氮素積累量;

氮素吸收效率=植株氮素積累量/氮素施用量;

營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量=開花期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量;

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率=營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/開花期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量×100%;

氮素貢獻(xiàn)率=營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量(或花后同化氮量)/成熟期籽粒氮素積累量×100%；

水分利用效率=籽粒產(chǎn)量/總耗水量。

2 結(jié)果與分析

2.1 春季不同水肥管理模式對(duì)小麥地上部干物質(zhì)積累的影響

由于春季灌水和施肥時(shí)間的不同，不同管理模式對(duì)小麥地上部干物質(zhì)積累的影響不同(圖2)。在起身至拔節(jié)期，地上部干物質(zhì)積累量平均以M0模式最高，以M4模式最低；從揚(yáng)花期開始，地上部干物質(zhì)積累量平均以M0模式最低，M1、M2、M3和M4模式的地上部干物質(zhì)積累量在揚(yáng)花期較M0模式分別高21.1%、16.3%、23.7%和14.2%，灌漿初期分別高22.7%、12.6%、 24.5%和30.5%，成熟期分別高15.9%、27.6%、 40.0%和39.5%，說(shuō)明不同水肥管理模式對(duì)小麥不同階段生長(zhǎng)發(fā)育的作用存在差異，進(jìn)而影響最終干物質(zhì)的積累。收獲期M3和M4模式間地上部干物質(zhì)平均積累量差異不顯著，但二者顯著高于其他模式。2個(gè)品種不同管理模式地上干物質(zhì)積累規(guī)律基本相同，收獲期均以M3模式干物質(zhì)積累量最多，品種與管理模式間的交互作用不顯著。衡觀35的地上部階段干物質(zhì)積累量均高于衡4399，但最終干物質(zhì)積累總量在2個(gè)品種間差異不顯著。

2.2 春季不同水肥管理模式對(duì)小麥不同生育時(shí)期氮素含量和階段積累量的影響

2個(gè)小麥品種春季植株氮素含量變化規(guī)律基本一致，從起身期到收獲期均呈下降趨勢(shì)(圖3)。返青期由于還未灌溉施肥，植株氮素含量在不同管理模式間差異不顯著；起身期植株氮素含量最高，以M4模式最低，可能由于該模式剛進(jìn)行了灌溉，植株氮素含量被稀釋的緣故；拔節(jié)期，2個(gè)品種均以M3模式植株氮素含量最高，其次為M4模式；揚(yáng)花期，衡觀35以M4模式最高，而衡4399以M3模式最高；灌漿期，M2、M3、M4模式間差異不顯著，均顯著高于其他模式；收獲期，M1、M2、M3、M4模式間差異不顯著，2個(gè)品種均以M0模式最低，其中衡觀35的M0模式與其他模式差異均顯著，衡4399的M0模式僅與M1模式差異顯著。這說(shuō)明植株氮素含量受灌水時(shí)間、施肥時(shí)間、灌水次數(shù)、品種等因素影響。

同一時(shí)期圖柱上不同小寫字母表示不同處理間差異在0.05水平顯著。下圖同。

返青期由于小麥的生長(zhǎng)相對(duì)較慢，對(duì)氮素的吸收相對(duì)較少，不同管理模式間2個(gè)品種地上部的氮素累積量均無(wú)顯著差異(表4)。隨著春季灌水量和灌水次數(shù)的差異及肥料的施入，不同管理模式間氮素的累積量開始出現(xiàn)明顯的差異，其中M3和M4模式的氮素積累表現(xiàn)出較快的速度。在收獲期M0模式地上部氮素的積累量最少，M1、M2、M3、M4模式的氮素積累量分別較M0模式平均高21.2%、36.3%、48.2%、48.1%，說(shuō)明灌溉時(shí)間和灌溉量及追肥時(shí)間均影響植株氮素的階段吸收和總積累量。

圖3 春季不同管理模式對(duì)小麥不同生育時(shí)期植株氮素的影響

表4 春季不同管理模式對(duì)小麥氮素積累量的影響Table 4 Effect of different management modes in spring on nitrogen accumulation of winter wheat at different growth stages

2個(gè)品種收獲期氮素積累總量差異不顯著；衡觀35以M3模式最高，但M2、M3和M4模式間差異不顯著；衡4399以M4模式最高，M3、M4模式間差異不顯著，但較其他模式間差異達(dá)顯著水平。說(shuō)明不同品種在不同水肥管理模式下對(duì)氮素的吸收是不同的，并不是灌溉越多對(duì)氮素的吸收越多。

2.3 春季不同水肥管理模式對(duì)小麥氮素吸收和利用效率的影響

水肥管理模式對(duì)小麥氮素吸收效率影響顯著，但對(duì)氮素利用效率影響較小(表5)。M1～M4模式的氮素吸收效率均顯著高于M0模式，其中M3和M4模式間差異不顯著，但二者高于其他模式。M2模式的氮素利用效率雖然最高，但在衡觀35上與其他模式間差異均不顯著，而在衡4399上僅與M4模式差異顯著。氮素的吸收和利用效率在品種間差異均不顯著，衡4399氮素利用效率平均較衡觀35僅高0.6%。品種與管理模式間的互作對(duì)氮素的吸收和利用效率影響也均不顯著。這說(shuō)明灌溉可促進(jìn)氮素吸收，在氮素利用率較高的M2模式下，衡4399較衡觀35的氮素利用效率高5.6%。

表5 不同管理模式處理下小麥的氮素吸收和氮素利用效率Table 5 Nitrogen absorption and utilization efficiency of winter wheat under different management modes in spring

2.4 春季不同水肥管理模式下小麥營(yíng)養(yǎng)器官氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)特征

小麥營(yíng)養(yǎng)器官花前貯存氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)量在不同水肥管理模式間存在明顯差異(表6)。M1～M4模式的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量較M0模式平均提高23.0%，差異明顯，但M1～M4模式間差異多不顯著，其中M1和M3模式表現(xiàn)較好；衡觀35和衡4399的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量平均分別為122.9和146.7 kg·hm-2，二者差異顯著，說(shuō)明合理水肥管理可促進(jìn)小麥營(yíng)養(yǎng)器官氮素在花后向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)。

表6 春季不同管理模式下小麥籽粒氮素的組成Table 6 Components of nitrogen in wheat grains after anthesis under different management modes in spring

從花后氮吸收量看，灌溉促進(jìn)了花后氮素的直接吸收，M0和M1模式間、M2和 M3模式間及M3和M4模式間差異均不顯著，但M2、M3、M4模式與M0、M1模式差異均顯著，灌水次數(shù)多、灌水量大的處理下花后養(yǎng)分吸收多；從品種間差異看，衡觀35花后氮素的吸收量顯著高于衡4399，衡觀35以M2模式最高，衡4399以M4模式最高，說(shuō)明灌溉促進(jìn)了小麥植株生長(zhǎng)發(fā)育和養(yǎng)分的吸收，同時(shí)還可在生育后期通過(guò)保持根系活力促進(jìn)養(yǎng)分吸收，保持營(yíng)養(yǎng)器官的功能期，并促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)器官養(yǎng)分的充分轉(zhuǎn)運(yùn)。

從不同營(yíng)養(yǎng)器官看，氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)效率表現(xiàn)為葉片>穎殼+穗軸>莖稈+葉鞘(表7)。隨灌水量和灌水次數(shù)的增多，各器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率總體上呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。衡4399葉片、穎殼+穗軸的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率及總轉(zhuǎn)運(yùn)效率均高于衡觀35，其中總轉(zhuǎn)運(yùn)效率平均較衡觀35提高5.1個(gè)百分點(diǎn)，但其在品種間差異不顯著，這可能與增加灌水促進(jìn)了碳代謝，進(jìn)而產(chǎn)生氮素積累和分配起到稀釋效應(yīng)，從而降低氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)效率。

表7 春季不同管理模式下小麥營(yíng)養(yǎng)器官花后向籽粒的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率Table 7 Nitrogen translocation efficiency from wheat vegetative organs to grains after anthesis under different management modes in spring %

衡4399營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒氮素的貢獻(xiàn)率平均較衡觀35高12.2個(gè)百分點(diǎn)，差異達(dá)顯著水平(表8)；M1、M2、M3和M4模式的平均貢獻(xiàn)率較M0分別增加3.4、-9.0、-7.5和 -11.5個(gè)百分點(diǎn)，說(shuō)明灌水量增加不利于營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒氮素的貢獻(xiàn)。

表8 春季不同管理模式下小麥營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒氮素的貢獻(xiàn)率Table 8 Contribution rate of nitrogen from wheat vegetative organs to grains after anthesis under different management modes in spring %

2.6 春季不同水肥管理模式對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

小麥的產(chǎn)量受降水年型、管理模式和品種及其交互作用等多因素影響(表9)。M1、M2、M3和M4模式三年產(chǎn)量平均分別較M0模式提高 28.5%、36.7%、44.7%和45.7%。從品種看，衡觀35的M1、M2、M3和M4模式產(chǎn)量三年平均值分別較M0模式提高28.1%、38.9%、44.3%和48.1%，衡4399分別提高 28.8%、34.7%、 45.0%和43.3%；M0模式下衡觀35產(chǎn)量較衡4399三年平均低4.4%，說(shuō)明衡4399較衡觀35的產(chǎn)量潛力高。

2個(gè)品種對(duì)水肥管理模式的響應(yīng)在不同年份表現(xiàn)不同，這可能與生育期降水的季節(jié)性分配有關(guān)(圖1)。2013-2014年，2個(gè)品種間產(chǎn)量差異不顯著，均以M4模式產(chǎn)量最高，且不同模式間差異均達(dá)顯著水平，M1、M2、M3和M4模式相對(duì)于M0模式的增產(chǎn)幅度分別為16.3%、31.7%、 41.9%和49.6%。2014-2015年，衡觀35以M2模式產(chǎn)量最高，M1、M2模式間產(chǎn)量差異不顯著，但與其他模式間差異顯著；而衡4399以M3模式產(chǎn)量最高，M3和M4模式間差異不顯著，但與其他模式間差異達(dá)顯著水平；M1、M2、M3和M4模式相對(duì)于M0模式的增產(chǎn)幅度分別為29.1%、 31.4%、31.3%和28.9%，M4模式的平均產(chǎn)量反而低于M2和M3模式，說(shuō)明小麥的需水量是有一定限度的，并不是灌水量越大，產(chǎn)量越高，過(guò)量灌水反而會(huì)降低產(chǎn)量。2015-2016年，衡觀35以M4模式產(chǎn)量最高，而衡4399以M3模式產(chǎn)量最高，M1、M2、M3和M4模式產(chǎn)量相對(duì)于M0模式分別提高了39.4%、48.1%、63.7%和62.4%。因此，水肥管理模式應(yīng)根據(jù)品種的產(chǎn)量潛力、水肥反應(yīng)特性及降水年型等多因素綜合確立。

表9 春季不同管理模式對(duì)小麥產(chǎn)量的影響及各因素F值Table 9 Yield of winter wheat and F value of factors under different management modes in spring

2.7 春季不同水肥管理模式對(duì)小麥水分利用效率的影響

小麥水分利用效率因年份和水肥模式的不同而表現(xiàn)出差異(表10)。2013-2014年，2個(gè)品種水分利用效率隨灌水量增加呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，平均以M2模式水分利用效率最高；2014-2015年，隨灌水量的增加水分利用效率呈現(xiàn)降低趨勢(shì)；2015-2016年，衡觀35的水分利用效率在M0和M4模式下相對(duì)較高，而衡4399以M0模式水分利用效率最高，其他模式間差異不顯著。三年水分利用效率平均以M0模式最高，其次為M2模式。品種間水分利用效率差異不大。衡4399的水分利用效率三年平均值較衡觀35高 3.1%，在M2模式下平均高1.1%。

表10 不同管理模式對(duì)小麥水分利用效率的影響

3 討 論

3.1 水肥管理模式與作物產(chǎn)量

作物的產(chǎn)量受水肥管理模式的影響，但水肥管理模式的確立需要考慮多個(gè)因素，如降水量的多少和降水的季節(jié)分配。本研究中3個(gè)年度總的降水量相差不大，均為豐水年份，但年際間產(chǎn)量差異達(dá)極顯著水平，年平均產(chǎn)量分別為7 278.5、8 975.1和8 458.2 kg·hm-2，在沒(méi)有灌溉的M0模式下平均產(chǎn)量分別5 690.4、7 230.3和5 926.2 kg·hm-2，2014-2015年獲得較高的產(chǎn)量，這可能與該年度降水的季節(jié)分配有很大關(guān)系。2014-2015年以M2模式平均產(chǎn)量最高，在4月上旬(拔節(jié)期)和5月上旬揚(yáng)花期或灌漿初期分別有49.9和58.2 mm的降水，而且降水的時(shí)間與小麥需水的關(guān)鍵期較吻合。2015-2016年降水主要分配在冬前，使得小麥有很好的底墑，平均以M3模式產(chǎn)量最高，灌溉增產(chǎn)幅度較大。同2013-2014年比，雖然4月下旬(拔節(jié)后)有60.7 mm降水，但在播種至4月中旬僅有27.1 mm降水，錯(cuò)過(guò)了小麥拔節(jié)期需水的關(guān)鍵期，平均以M4模式產(chǎn)量最高，而且平均產(chǎn)量也最低，印證了前人關(guān)于小麥拔節(jié)水重要性的結(jié)論[31]，也說(shuō)明并不是灌水量越大，產(chǎn)量越高，因?yàn)樽魑锏漠a(chǎn)量與灌水量非線性關(guān)系[32]。在2012-2013年度(少雨年)以春灌3水產(chǎn)量最高[33]。不同年型下不同品種的產(chǎn)量表現(xiàn)也是不同的。本研究中，衡觀35在2014-2015年以M1模式產(chǎn)量最高，而2013-2014年和2015-2016年以M4模式產(chǎn)量最高；衡4399 2013-2014年以M4模式產(chǎn)量最高，2014-2015年和2015-2016年以M3模式產(chǎn)量最高，說(shuō)明品種的水分反應(yīng)特性存在差異[34]。衡4399產(chǎn)量潛力較衡觀35高，M0、M1、M2、M3、M4模式下衡4399產(chǎn)量較衡觀35平均分別高4.6%、5.1%、 1.5%、5.1%、1.2%。因此小麥的水肥管理模式選擇需要考慮降水年型、品種的水分反應(yīng)特性及產(chǎn)量潛力等因素，這也是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求[35-38,4]。

3.2 水肥管理模式與氮素吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)及水肥利用效率

水肥管理模式影響了小麥氮素的階段積累和花后養(yǎng)分的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，2個(gè)品種在返青至揚(yáng)花階段氮素積累量均以M3模式最高，這可能是M4模式第1水灌溉時(shí)間較早，導(dǎo)致地溫降低，從而不利于植株生長(zhǎng)發(fā)育和養(yǎng)分的吸收，也可能是M1、M2模式澆水施肥相對(duì)較晚所致；揚(yáng)花至收獲階段氮素積累量均以M4模式最高，M1、M2、M3和M4模式氮素的花后吸收量較M0模式分別平均提高7.3%、73.4%、82.2%和93.7%，氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)量分別平均提高26.7%、15.2%、30.1%和 20.2%，營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒氮素的貢獻(xiàn)率分別提高14.0%、8.3%、7.5%和2.3%。這說(shuō)明灌水量和灌水次數(shù)越多，小麥從土壤中吸收的養(yǎng)分越多，花前和花后養(yǎng)分的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)量越大，但營(yíng)養(yǎng)器官積累的養(yǎng)分對(duì)籽粒養(yǎng)分的貢獻(xiàn)率卻降低，這勢(shì)必造成養(yǎng)分的“奢侈”吸收[39-40]和水肥資源的浪費(fèi)。

作物對(duì)養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和利用都依賴于土壤水分，土壤的水分狀況在很大程度上決定著肥料的合理利用。本研究中，不同水肥管理模式氮素總積累量隨灌水量和灌水次數(shù)的增加而增加，但氮素的吸收效率在M3、M4模式間差異不顯著，氮素利用效率呈先增后降的趨勢(shì)，平均以M2模式氮素利用效率最高，說(shuō)明在總施肥量相同的情況下灌溉促進(jìn)了氮素的吸收，但并非線性關(guān)系，這與Sinclair等[18]在一定范圍內(nèi)，隨灌水量和灌水次數(shù)的增加，小麥植株總氮素積累量顯著增加，而氮素利用效率全生育期灌水量在180～240 mm較好[19]結(jié)果一致。

作物節(jié)水的關(guān)鍵是充分利用自然降水和灌溉水，提高水分利用效率[41]。隨灌水量的增大，作物水分生產(chǎn)效率降低[42]。Panda等[43]指出，小麥適度的水分脅迫可獲得較高的水分利用效率。灌溉關(guān)鍵水[44]和采用節(jié)水高產(chǎn)灌溉模式[45]等措施在提高產(chǎn)量的同時(shí)，可提高水分利用效率。本研究中，2013-2014年以M2模式水分利用效率最高，2014-2015年水分利用效率隨灌水量的增加而降低，2015-2016年灌溉模式間水分利用效率差異不顯著，三年平均以M0模式最高，其次是M2模式，這與王德梅等[46]澆拔節(jié)水+揚(yáng)花水模式及金欣欣等[47]灌溉拔節(jié)水+揚(yáng)花水模式水氮利用效率較高的研究結(jié)果是一致的。

從品種看，衡4399的氮素利用效率高于衡觀35，而且氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率較衡觀35提高5.1個(gè)百分點(diǎn)，氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒氮素的貢獻(xiàn)率高12.2個(gè)百分點(diǎn)，水分利用效率三年平均高3.1%，在水肥利用效率較高的M2模式下，氮素的利用效率較衡觀35高5.6%，水分利用效率平均高1.1%，說(shuō)明不同品種對(duì)水氮的利用存在差異。

3.3 區(qū)域優(yōu)化水肥管理模式與農(nóng)業(yè)的可持續(xù) 發(fā)展

農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要高產(chǎn)、高效與環(huán)境可持續(xù)等多目標(biāo)并重，在我國(guó)北方冬小麥-夏玉米輪作體系中，由于施肥量大、灌溉不合理、雨季淋溶等因素影響，作物氮肥利用率低，氮損失嚴(yán)重[48-49]，使得通過(guò)灌溉和施肥實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的管理模式與因水肥管理造成的NO3-N淋溶[50-51]成為矛盾。本研究結(jié)果顯示，小麥產(chǎn)量及水肥利用效率并非灌水量越大越好。研究表明，在冬小麥-夏玉米/春玉米輪作體系下，石灰性潮土對(duì)氮肥的環(huán)境承受力一年僅為203 kg·hm-2[52]；華北灌溉冬麥區(qū)(有灌溉條件，土壤肥力較高)小麥的推薦施氮量為184 kg·hm-2[53]。這說(shuō)明小麥高產(chǎn)高效種植需要對(duì)水肥進(jìn)行科學(xué)管理。從華北區(qū)域水資源短缺和氮肥施用量較多的現(xiàn)狀看，小麥可在減少當(dāng)前氮肥施用量1/3的情況下，推薦采用M2模式，用產(chǎn)量潛力高且營(yíng)養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)效率及對(duì)籽粒氮素貢獻(xiàn)率高的衡4399，在兼顧產(chǎn)量的同時(shí)提高水氮利用效率[33,54]，減少土壤硝態(tài)氮的深層淋溶[55]。本研究是在多年定位灌溉的基礎(chǔ)上開展試驗(yàn)，其結(jié)果具有典型的代表意義，但還需對(duì)多年定位水肥管理系統(tǒng)土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)及土壤氮素形態(tài)及分布特征等進(jìn)行梳理總結(jié)，以便進(jìn)行科學(xué)的水肥管理，保護(hù)生態(tài)環(huán)境促進(jìn)區(qū)域農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。