氮肥運籌對節水高產冬小麥產量及水分利用率的影響

魏建偉，李 丁，李 強，孫書孌，孟祥海，李會敏，喬文臣，趙明輝，趙鳳梧

(河北省農林科學院旱作農業研究所，河北衡水 053000)

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氮肥運籌對節水高產冬小麥產量及水分利用率的影響

魏建偉，李 丁，李 強，孫書孌，孟祥海，李會敏，喬文臣，趙明輝，趙鳳梧*

(河北省農林科學院旱作農業研究所，河北衡水 053000)

摘要[目的]研究氮肥運籌對節水高產冬小麥產量和水分利用率的影響，以形成最佳的氮肥底追比例，保護有限水資源。[方法]在統一施用270 kg/hm2純氮條件下，選取節水高產冬小麥品種衡4399為材料，研究了底施與追肥比例3∶7、5∶5及7∶3這3種氮肥運籌方式對其產量、水分利用率的影響。[結果]氮肥運籌方式與產量及水分利用率高度相關，種植衡4399等節水高產冬小麥品種采用底追比3∶7的施氮方式，平均產量最高，為7 268.21 kg/hm2，水分利用率最大，為21.56 kg/(hm2·mm)。[結論]在黑龍港地區施用270 kg/hm2純氮條件下，種植衡4399這類分蘗能力較強的節水高產冬小麥品種宜采用底追比3∶7的施氮方式。

關鍵詞冬小麥；氮肥比例；產量；水分利用率

河北省是我國水資源嚴重缺乏的地區之一，人均水資源僅為311 m3，平均水資源3 120 m3/hm2，分別是全國平均水平的1/7和1/9。河北省全年總供水量約為170億m3，而年用水總量為220億m3，年超采50億m3，超采率達23%。由于超采已造成地下水位連年下降，特別是低平原區的深層水是1.0億～1.5億年前形成的水資源，其年下降速度高達1 m以上，已形成面積達5萬km2的、全國面積最大的地下水采空漏斗區[1]。自2014年起河北省全省開展節水項目，2014年投資12.6億元，壓縮灌溉小麥種植面積5.1萬hm2，通過項目補貼形式推廣抗旱節水品種20.0萬hm2；2015年投資12.2億元，在保持2014年壓縮灌溉小麥種植面積的基礎上，新增壓縮面積1.9萬hm2，通過項目補貼形式推廣抗旱節水品種46.7萬hm2。河北省小麥種植必須在有限的水資源條件下，提高水分利用率，達到高產高效。研究表明水分和肥料的交互作用對小麥生長的影響非常明顯[2]，通過氮肥運籌能夠在少澆水的條件下取得更高的小麥產量。拔節期補充氮肥可以促進籽粒灌漿，提高小麥產量和氮肥吸收利用率[5-8]，追施氮肥可以提高旗葉RuBPCase 活性和光合速率，其中以拔節期追氮基追比5∶5 處理產量構成三因素較為協調，產量最高[5]；也有研究認為，基追比4∶6施氮肥增產效果較好，原因主要是可顯著增加小麥的有效穗數[6]，在不同試驗條件下，也有其他不同的結果[7-10]。筆者研究了不同氮肥運籌方式對節水高產冬小麥產量及水分利用率的影響，以形成最佳的氮肥底追比例，保護有限的水資源。

1材料與方法

1.1試驗地概況試驗于2012～2013年在河北省農林科學院旱作農業研究所深州市護駕遲鎮旱作節水試驗站進行，前茬作物為玉米，地勢平坦，地力中等，播種前測定0～20 cm厚土層土壤養分：有機質1.86%、全氮1.10 mg/g、堿解氮69.72 mg/kg、速效磷22.85 mg/kg、速效鉀177.68 mg/kg。

1.2供試品種供試品種為節水高產冬小麥新品種衡4399。

1.3試驗設計采用隨機區組法進行田間排列，設3 個氮肥底施和追施比例處理，N1底追比3∶7，N2底追比5∶5，N3底追比7∶3。氮肥施用量統一為270 kg/hm2純氮，追肥時期統一為拔節期(春天第5葉露尖)；磷鉀肥全部底施，其中五氧化二磷為120 kg/hm2、氧化鉀90 kg/hm2。

小區長16.00 m，寬2.84 m，每小區18行，小區間空1行，行距0.16 m，小區面積為45.44 m2，3次重復，共9個小區。采用奧地利進口的自走式小區播種機播種，播期10月11日，基本苗300萬/hm2。灌水為拔節水、揚花灌漿水，灌水量每次750 m3/hm2。

1.4測定項目出苗后，每小區選均勻處定 1 m雙行樣段，在苗期(基本苗數)、起身期后期(最高莖數)、灌漿期(有效穗數)調查小麥田間群體。收獲期調查產量及其構成三要素，按小區收獲計產。

分別于播種前及小麥收獲后采集土壤，每小區隨機選取3個采樣點。土壤水分含量采用烘干稱質量法，土壤水分測定時取樣深度為 0～200 cm，每20 cm 土層作為1個樣品。每層土壤水分含量取3個采樣點的平均值。

土壤貯水量計算公式[11-14]：

V=ρ×h×w×10

(Ⅰ)

式中，V是土壤貯水量(mm)；ρ為實測土壤體積質量(g/cm3)；h為土層厚度(cm)；w為土壤水分含量(%)。

土壤耗水量計算公式[11-14]：

ETa=W1-W2+M+P

(Ⅱ)

式中，ETa為土壤耗水量(mm)；W1為播前土壤貯水量(mm)；W2為收獲后土壤貯水量(mm)；M為冬小麥生育期內灌水量(mm)；P為冬小麥生育期降水量(mm)。公式(Ⅰ)和(Ⅱ)中的土壤貯水量和耗水量均以200 cm土層含水量計算。

水分利用率計算公式[11-14]：

WUE=Y/ETa

(Ⅲ)

式中，WUE為水分利用率[kg/(hm2·mm)]；Y為冬小麥單位面積產量。

數據采用DPS和Excel軟件統計分析。

2結果與分析

2.1不同氮肥底追比對群體結構的影響由表1可知，由于播種量相同，不同氮肥底追比間基本苗數差異不明顯，施氮比例對冬小麥出苗影響較小。從最高莖數看，不同氮肥底追比對群體變化影響比較明顯，氮肥底追比為7∶3的處理最高莖數最大，平均為1 963.7×104個/hm2；氮肥底追比為5∶5的處理次之，平均為1 842.2×104個/hm2；氮肥底追比為3∶7的處理最小，平均為1 740.3×104個/hm2。從有效穗數看，氮肥底追比為3∶7和5∶5的處理顯著大于氮肥底追比7∶3的處理，且氮肥底追比3∶7和5∶5的處理差異不顯著，分別為703.0×104、688.3×104個/hm2。從分蘗成穗率看，各氮肥底追比處理間差異顯著。分析認為氮肥底追比7∶3的處理，兩極分化前分蘗過多，形成大量的無效消耗，加之后期施氮量低，造成氮素供應不足，反而形成有效穗數偏低。

表1　不同處理群體變化

注：同列數據后小寫字母不同表示0.05水平差異顯著，下同。

Note：Different lowercases in the same row indicated significant differences at 0.05 level，the same as follows.

2.2不同氮肥底追比對產量及其構成因素的影響由表2可知，氮肥底追比3∶7、5∶5和7∶3的處理平均穗粒數分別為34.9、34.4和33.3粒，氮肥底追比3∶7處理和5∶5處理穗粒數差異不顯著，但這2個處理與氮肥底追比7∶3處理差異顯著。氮肥底追比3∶7處理和5∶5、7∶3處理千粒重差異達到顯著水平，后兩者差異不顯著。從產量看，氮肥底追比3∶7處理產量最高，達7 268.21 kg/hm2，較氮肥底追比5∶5處理增產205.91 kg/hm2，增產幅度為2.9%，氮肥底追比7∶3的處理產量最低，為6 821.08 kg/hm2，較氮肥底追比5∶5處理減產3.4%，且不同氮肥底追比處理間差異均達顯著水平。

表2不同處理產量及其構成因素的變化

Table 2Changes of yields and component factors in different treatments

處理Treatment產量Yieldkg/hm2穗數Earnumber×104個/hm2穗粒數Grainsperear∥粒千粒重1000-grainweight∥gN17268.21a703.0a34.9a38.9aN27062.30b688.3a34.4a37.2bN36821.08c660.7b33.3b36.5b

2.3不同氮肥底追比對水分利用效率的影響由表3可知，氮肥底追比7∶3處理的耗水量略高于氮肥底追比5∶5和3∶7的處理，差異不明顯，但不同處理間水分利用率有差異。分析認為，氮肥底追比7∶3的處理中冬小麥起身至拔節期最高莖數過大，增加了葉面蒸騰，而其成穗率偏低，形成較大的無效蒸騰，到中后期雖然有效穗數不高，但下部仍有許多5粒以下的無效莖數，總蒸騰量并不減少，且又產生了部分無效蒸騰，造成水分利用率下降。

表3　不同處理耗水量和水分利用率的變化

3結論與討論

前人研究表明，小麥生育后期對氮肥有一定的需求量，采用適當的氮肥后移技術可以延緩葉片衰老和根系早衰，提高開花期光合速率，有利于干物質的積累，對灌漿有一定的促進作用，實現小麥籽粒產量的提高[15-16]。也有研究表明，氮肥后移提高了氮肥吸收利用率，同時顯著改善了小麥籽粒品質，但對籽粒產量影響不顯著，甚至是后期氮肥施用比例過大會導致其產量顯著降低[7，17]。該研究結果表明，在黑龍港流域地區，適當的氮肥后移可以控制冬小麥兩極分化前無

效分蘗數量，降低氮肥的無效消耗，提高分蘗成穗率，確保穗分化期氮素供應，提高穗粒數，延長旗葉功能期，提高千粒重，最終實現產量增加。以衡4399為代表的節水高產冬小麥品種，一般本身分蘗能力較強，前期施氮量大容易造成無效分蘗數量激增，造成大量的無效消耗，后期氮肥供應不足，影響產量三要素形成，降低產量，應盡量采用底追比3∶7的施氮方式，控制前期莖數，促進穗分化和干物質積累。

黑龍港地區的水利條件，使人們在進行節水高產冬小麥品種栽培技術研究時必須考慮盡量提高水分利用率。作物水分利用率是由溫度、肥料水平、土壤質地、降雨量和作物品種等多個因素共同決定的，而每個因素對水分利用率的影響程度又各不相同，在實際生產中，水分利用率的提高主要是通過增加作物產量和降低無效蒸發來實現的[18]。該研究結果表明，采取底追比3∶7的施氮方式可以使節水高產冬小麥品種衡4399形成合理的群體結構，從而降低無效蒸發和增加作物產量，最終實現水分利用率的提高。

綜合以上兩點認為，在黑龍港地區氮肥施用量為270 kg/hm2純氮條件下，種植衡4399這類分蘗能力較強的節水高產冬小麥品種宜采用底追比3∶7的施氮方式，可以提高水分利用率，增加冬小麥產量。

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基金項目農業部國家小麥產業技術體系項目(CARS-3-2-2)；河北省小麥產業技術體系項目(2012-2016)。

作者簡介魏建偉(1980- )，男，河北遷安人，助理研究員，從事小麥育種與生理栽培研究。*通訊作者，研究員，從事小麥資源創新與遺傳育種研究。

收稿日期2016-04-13

中圖分類號S 512.1+1

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)13-025-02

Effects of Nitrogen Fertilizer Application on Yield and Water Use Efficiency of Water-saving and High-yield Winter Wheat

WEI Jian-wei, LI Ding, LI Qiang, ZHAO Feng-wu*et al

(Institute of Dryland Farming, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Hengshui, Hebei 053000)

Abstract[Objective] To research the effects of nitrogen fertilizer application on yield and water use efficiency of water-saving and high-yield winter wheat, so as to obtain the optimal base and topdressing fertilizer rates, and to protect the limited water resources. [Method] When the nitrogen fertilizer application dosage was 270 kg/hm2, winter wheat cultivar Heng 4399 was selected, which had the characteristics of water saving and high yield and was widely planted. The ratios of base to topdressing nitrogen fertilizer were 3∶7, 5∶5 and 7∶3, respectively. Their effects on yield and water use efficiency were researched. [Result] Nitrogen fertilizer application mode was highly correlated to the yield and water use rate. The 3∶7 base-topdressing nitrogen fertilizer was suitable for the planting of Heng 4399 and other water-saving and high-yield cultivars. The average yield was 7 268.21 kg/hm2; and water use efficiency was 21.56 kg/(hm2·mm). [Conclusion] Under 270 kg/hm2 nitrogen fertilizer application in Heilonggang area, planting Heng 4399 and other water-saving and high-yield winter wheat varieties should adopt the application mode of 3∶7 base-topdressing nitrogen fertilizer.

Key wordsWinter wheat; Application ratio of nitrogen fertilizer; Yield; Water use efficiency