水氮耦合對滴灌冬小麥氮素吸收、轉運及產量的影響

陳 慧，黃振江，王冀川，潘雪嬌，張 迪，徐雅麗

(塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】水、氮是影響小麥籽粒產量形成的重要因素，為了獲得高產，過度增加水肥投入量，造成水分和氮肥農田利用率下降[1]，生產效率不高，同時，殘留在土壤和進入大氣中的氮素還對地下水及大氣等環境造成危害[2]。所以，合理的水、氮管理是實現作物產量與資源利用效率協同提高的重要措施。水氮耦合的關鍵在于最大程度地發揮水分與氮肥的正交互作用，利用二者間協同效應進行水氮綜合管理。【前人研究進展】前人研究發現，水分和氮素是影響小麥氮素吸收與轉運的最有效因子之一[3]，合理的水分供應和適量增施氮肥在一定程度上能增強小麥光葉片光合性能，促進氮素有效利用，提高籽粒產量[4]。然而，過度干旱或過量灌溉均不利于小麥植株對氮素的吸收，適量灌溉可以顯著提高水分和氮肥利用效率[3,5]。王麗梅等[6]報道，水氮耦合能顯著促進氮素在籽粒的累積，且植株氮素累積量與灌溉量呈二次回歸關系。另有研究表明，在小麥籽粒產量影響因素中，水分和氮肥之間存在著明顯的交互作用[7-8]。一方面小麥氮素的吸收、轉運和利用受土壤水分狀況的影響，另一方面土壤水分不足對產量的負效應可以通過適當增施氮肥而減小[9-10]。趙炳梓等[11]的研究表明，隨灌溉水量的增加小麥的水分利用率在降低，但當灌水量較低時，水分利用率隨著施氮量增加呈上升趨勢。【本研究切入點】在水氮資源日趨短缺的干旱區，實現小麥高產的同時更需要考慮水、肥資源高效利用。合理的水氮配比，既決定著小麥能否高產，也是實現水分、氮素養分效率協同提高的必要條件。迄今為止，有關氮肥、水分與干物質積累分配、葉片光合生理及水肥利用等相關的研究報道較多[12-14]，而水氮互作對滴灌冬小麥氮素吸收及轉運特性的影響則鮮見報道。研究南疆綠洲區冬小麥在不同滴灌水氮供應條件下氮素吸收及轉運特性指標上的差異。【擬解決的關鍵問題】設置滴灌水氮耦合試驗，研究南疆綠洲區冬小麥在不同滴灌水氮供應條件下氮素吸收及轉運特性指標上的差異，明確滴灌條件下冬小麥的水氮調控響應特征，為進一步研究滴灌小麥水肥高效利用及高產形成的生理機制奠定基礎。

1 材料與方法

1.1材料

試驗于2015～2016年在塔里木大學試驗站網室中進行，試驗點位于塔里木盆地西北邊緣，40°33′N，81°16′E，海拔1 012.2 m，年平均氣溫11.2℃，年均降水量45.7 mm，年均蒸發量1 988.4 mm，年均相對濕度在55%以下，屬典型暖溫帶內陸型氣候。試驗地土質為沙壤土，土壤干土質量為1.22 g/cm3，田間持水量23.8%，地下水位8.0 m左右，土壤有機質含量1.03%，全氮0.69 mg/g，堿解氮49.27 mg/kg，速效磷52.11 mg/kg，速效鉀214.10 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗采用二因素裂區設計，主區為施氮處理，設置4個滴施純氮水平：0 kg/hm2(N0)、138 kg/hm2(N1)、207 kg/hm2(N2)和276 kg/hm2(N3)，副區為滴水量處理，在2015年11月10日統一冬灌900 m3·hm2的基礎上，次年起身期以后在每個施氮水平下設置3個滴水量水平：1 800 m3/hm2(W1)、3 150 m3/hm2(W2)和4 500 m3/hm2(W3)。試驗共12個處理，每處理重復3次，每小區面積30 m2(3 m×10 m)，隨機區組排列。春季滴水7次，氮素按設計用量折算成尿素滴施4次。表1

表1 春季不同時期滴水與滴肥比例
Table 1 The proportion of drip irrigation and fertigation in different periods

注：TS：分蘗期，EJS：拔節初期，MJS：拔節中期，BS：孕穗期，FP：揚花期，GFS：籽粒形成期，EFS：灌漿初期，MFS：灌漿中期，MS：成熟期，下同

Note: TS:Tillering stage, EJS: Early jointing stage, MJS: Middle jointing stage, BS: Booting stage, FP: Flowering period, GFS: Grain formation stage, EFS: Early filling stage, MFS: Middle filling stage, MS: Mature stage. The same are as in the following tables and figures

以早熟矮稈品種新冬22號為供試材料，在2015年10月2日按15 cm等行距播種，種植密度為570×104株/hm2，小區面積3 m×10 m，種植20行，滴灌帶按1管4行模式鋪設。每個小區以水表記錄灌水量，以文丘里施肥器追施尿素。為防止養分和水分在小區間遷移，翻地時在各區之間放置防滲板(PVC聚酯板，深度80 cm)作為小區隔板。試驗田在播前統一施基肥重過磷酸鈣300 kg/hm2，硫酸鉀75 kg/hm2，其他田間管理同大田。

1.2.2 測定項目

1.2.2.1 全氮含量測定

在小麥各時期采集植物樣品，分莖鞘、葉片、穎殼+穗軸、籽粒取樣，每個處理選5株，稱鮮質量后放入干燥箱在105℃下殺青0.5 h，75℃ 恒溫干燥至恒重，用電子天平稱量干物質量。所有植物樣品均干燥后粉碎，并過0.5 mm 篩，在陰涼干燥處密閉保存。各器官樣品以濃H2SO4-H2O2消煮，用海能K9840半自動凱氏定氮儀測定全氮含量。籽粒含氮量乘以5.7即為其蛋白質含量[15]。

1.2.2.2 產量因子測定

成熟期每區選取1 m2植株，調查穗數并脫粒測產。每區選取30株調查穗粒數。在測產樣品中，分3次各數取1 000粒，測定千粒重。

1.3 數據處理

用Excel對數據進行處理、制圖，用DPS11.0統計軟件Duncan新復極差法進行統計分析(P<0.01)，Excel 2003 作圖。氮素積累與轉運、水氮生產效率等的計算公式如下[13,15-16]：

器官氮素累積量(kg/hm2)=器官氮素含量×器官干物質質量。

器官氮素轉運量(kg/hm2)=開花期某營養器官氮素積累量-成熟期該營養器官氮素積累量。

器官氮素轉運效率(%)=器官氮素轉運量/開花期該器官氮素積累量×100%。

器官轉移氮素對籽粒氮素的貢獻率(%)=器官氮素轉運量/成熟期籽粒氮素積累量×100%。

氮籽粒生產效率(kg/kg)=籽粒產量/植株氮素總積累量。

氮素收獲指數=成熟期籽粒氮素積累量/植株氮素積累量。

蛋白質產量(kg/hm2)=籽粒產量×籽粒蛋白質含量。

氮肥農學利用率(kg·kg)=(施氮區籽粒產量-同一水分處理下的無氮區籽粒產量)/施氮量。

氮肥偏生產力(kg·kg)=施氮區籽粒產量/施氮量。

氮肥利用效率(%)=(施氮區氮素積累量-同一水分處理下的無氮區氮素積累量)/施氮量×100。

灌溉水生產效率(kg/m3)=籽粒產量/(冬灌水量+春季滴灌水量)。

2 結果與分析

2.1 水氮對冬小麥植株氮素積累與分配的影響

研究表明，植株氮素積累量隨生育進程呈逐漸增加趨勢，至成熟期達到最大值，其中，拔節-揚花期氮素積累量占總氮素積累量的比例隨水氮供應量的增加而增加，為50.6%～68.4%。在同一氮素或滴灌水平下，隨灌水量或施氮量增加植株吸氮量增加，但高氮高水處理(N3W3)的吸氮量在揚花期以后增長速率快速下降。從最終氮素積累總量上看，N3W2處理顯著高于其他處理(P<0.05)，達269.26 kg/hm2，其次是N3W3、N2W3和N2W2處理，分別為258.52、253.34和228.85 kg/hm2，即高氮中水、高氮高水、中氮中水和中氮高水等處理的氮素積累量較高，而低氮、低水處理普遍較低。另外，N3W2和N2W3處理在籽粒形成期以后植株氮素積累量顯著(P<0.05)高于其他處理，且其成熟期籽粒氮素積累量也達223.85和212.08 kg/hm2，顯著(P<0.05)高于其他處理，說明高氮中水處理更有利于氮素向籽粒中轉移。表2

表2不同時期小麥植株氮素積累量(kg/hm2)

Table 2 Nitrogen accumulation of wheat plants at different stages

處理Treatment拔節初期EJS孕穗期BS揚花期FP籽粒形成期GFS灌漿中期MFS成熟期 MS籽粒Grain全株WholeplantN0W13705cd4909h9730g11084g11691g10523g11901gW23660cd6105g12921f15268e16257e14847f16878eW33851cd7902de15350e18161d19070d16676e19516dN1W13402d6208g10425g12388f12840f11701g13426fW24112bc8285d15208e17628d18846d16872e19348dW33974bc8944c17022d20358c21501c18994d22295cN2W13652cd6840f12869f14590e15502e13989f15991eW24090bc8208d16625d20809c22342c19612cd22885cW34353ab9300c18875c22612b24257b21208ab25334bN3W13836cd739ef13590f15601e16393e14705f16981eW24420ab10018b20375b24711a26000a22385a26926aW34664a11120a22341a25082a25711a20578bc25852ab

注：同一列數據不同字母表示差異達5%顯著水平，下同

Note: Deferent letters in the same column mean significant at 5% level. The same as below

從不同生育時期各器官氮素積累量情況來看，葉片、莖鞘和穎殼+穗軸的氮素積累均呈現“低、高、低”的變化趨勢，其中，葉片氮素積累在揚花期達最大，莖鞘和穎殼+穗軸在籽粒形成期達最大；籽粒氮素積累從籽粒形成期開始快速增加，至成熟期達最大。從氮素積累量占總氮素積累量的比例大小上看，拔節前以葉片生長為主，葉片氮素積累量比例大于莖稈；拔節后，植株進入到快速生長時期，莖鞘氮素積累迅速增加，至揚花前后達43.75%左右的最大值，隨后下降，至成熟期仍余7.12%；籽粒形成期以后氮素開始向穗器官轉移，灌漿至成熟期籽粒逐漸成為氮素運轉與積累中心，各器官氮素積累比例從大到小依次為籽粒>莖鞘>葉>穎殼+穗軸。表3

表3 不同時期各器官平均氮素積累量及所占比例
Table 3 The average accumulation and proportion of nitrogen in different organs in different periods

生育時期Growthperiod葉片Leaf莖鞘Stem+sheath穎殼+穗軸Spikeaxis+glume籽粒Grain氮素積累量NA(kg/hm2)百分比P(%)氮素積累量NA(kg/hm2)百分比P(%)氮素積累量NA(kg/hm2)百分比P(%)氮素積累量NA(kg/hm2)百分比P(%)總氮素積累量TN(kg/hm2)EJS3370847560715250000000000003977BS46605872304638382302900000007936FP67174349675643751971127600000015444GFS642035297221397027501512180098918191MFS3710193239822074220011469310484819202MS795402140971273337116841851519778

注：NA：氮素積累量，P：百分比，TN：總氮素積累量

Note: NA: Nitrogen accumulation;P: Percentage;TN : Total nitrogen

另外，從水氮對各器官不同時期氮素積累的影響程度上看，水分、氮素對葉片氮素積累的平均變異系數分別為26.89%和24.66%，對莖鞘的平均變異系數分別為41.20%和35.35%，對穎殼+穗軸的平均變異系數分別為21.58%和21.36%，對籽粒的平均變異系數分別為25.92%和23.33%，可見，水氮對各器官氮素積累的調控效應大小為莖鞘>葉片>籽粒>穎殼+穗軸，且水分效應略大于氮素效應。

2.2 水氮對冬小麥各生育階段氮素吸收的影響

研究表明，在籽粒形成期之前，隨施氮量或灌水量增加，各階段吸氮量增加，只是在灌漿階段N3處理或W3處理的吸氮量顯著(P<0.05)下降，說明過高的施氮量或灌水量會影響植株在灌漿期的氮素吸收能力；N0處理或W1處理的階段吸氮量始終低于其他處理，這主要與少氮低水下植株個體長勢不良、氮素積累不足有關。從各階段吸氮量大小上看，表現為孕穗-揚花>拔節-孕穗>分蘗-拔節>揚花-籽粒形成>籽粒形成-灌漿>灌漿-成熟，其中花前氮素吸收量平均占總吸收量的72.64%～86.42%；從各時期氮素平均吸收速率上看，分蘗-拔節、拔節-孕穗、孕穗-揚花、揚花-籽粒形成和籽粒形成-成熟分別為1.31、2.47、8.34、2.74和0.93 kg/(hm2·d)，說明拔節-揚花是冬小麥氮素吸收能力的高峰期。從水、氮處理對各生育時期吸氮量影響程度上看，不同氮素處理的植株含氮量在分蘗期、拔節期、孕穗期、揚花期、灌漿期和成熟期的變異系數分別為7.88%、27.28%、18.59%、17.04%、23.63%、20.82%，不同水分處理的分別為9.80%、30.65%、26.06%、31.19%、28.66和16.66%，說明水氮主要在拔節-籽粒形成期間影響吸氮量，其中水分影響重點在拔節期和揚花期，氮素影響重點在拔節期和籽粒形成期。 圖1，圖2

圖1 不同施氮量下群體階段吸氮量變化
Fig.1 Effect of different nitrogen on nitrogen uptake in winter wheat

圖2 不同灌水量下群體階段吸氮量變化
Fig.2 Effect of different water on nitrogen uptake in winter wheat

2.3 水氮對冬小麥各器官氮素轉運的影響

隨著施氮量或滴灌量的增加，各器官花前氮素向籽粒中的轉運量增加，同一灌水條件下，施氮處理葉片、莖鞘和穎殼+穗軸的氮素轉運量較N0處理分別增加了18.25%～49.35%、7.35%～23.49%和40.36%～74.93%。同一施氮條件下， W2、W3灌水處理較W1處理的葉片、莖鞘和穎殼+穗軸的氮素轉運量分別增加了39.88%～55.09%、24.34%～34.35%和33.96%～78.93%。氮素轉運效率隨施氮量或滴灌量增加卻逐漸下降，各器官氮素轉運的貢獻率表現不一，不同氮素處理間葉片和莖鞘氮素貢獻率表現為N0>N1>N2>N3，穎殼+穗軸為N2>N1>N3>N0。不同水分處理間葉片和莖鞘氮素貢獻率表現為W3>W2>W1，穎殼+穗軸為W1>W3>W2。表4

表4 各營養器官氮素的轉運量和貢獻率
Table 4 Nitrogen transfer amount and contribution rate of vegetative organs

處理Treatment葉片Leaf莖鞘Stem+sheath穎殼+穗軸Spikeaxis+glume轉運量TA(kg/hm2)轉運效率TR(%)貢獻率CR(%)轉運量TA(kg/hm2)轉運效率TR(%)貢獻率CR(%)轉運量TA(kg/hm2)轉運效率TR(%)貢獻率CR(%)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??2122??526?1686??3832??411ns4644??987??3002??W11983??9626??272ns9050??15191??1351??44332??1239??15900??W×N134ns743??127ns988??818??2005??1870??6313??6758??

注：TA：轉運量；TR：轉運效率；CR：貢獻率。ns表示P在0.05水平上差異不顯著，*和**表示P在0.05和0.01水平上差異顯著，下同

Note: TA:Transfer amount,TR:Transfer rate,CR:Contribution rate. ns:not significant(,P>0.05),*and**representsP<0.05 andP<0.01 respectively. The same as below

水、氮對營養器官氮轉運的影響效應(F值)均達顯著以上水平(P<0.05)，其中氮素處理的葉片、莖鞘和穎殼+穗軸中氮素運轉貢獻率的變異系數分別為4.05%、8.62%和11.18%，而水分處理的分別為2.75%、7.42%和13.58%，說明在籽粒氮素積累的貢獻率上，葉片和莖鞘的供氮效應大于供水效應，而穎殼+穗軸的供水效應大于供氮效應。莖鞘和穎殼+穗軸氮轉運量效率及貢獻率的水氮耦合效應達極顯著以上(P<0.01)，說明合理的水氮一體化供應能全面促進營養器官氮素的轉運量。另外，葉片、莖鞘及穎殼+穗軸的平均氮素轉運量分別是59.22、53.48和12.38 kg/hm2，氮素的平均轉運效率分別為88.68%、79.81%和62.69%，平均貢獻率分別為35.07%、32.35%和7.21%，可見，各器官氮素轉運量、轉運效率及對籽粒氮素積累的貢獻率大小為葉片>莖鞘>穎殼+穗軸。組合處理中，N3W3處理營養器官的氮素轉運量及葉片氮素貢獻率最大，N0W1處理莖鞘的轉運效率貢獻率最大，N3W1處理穎殼+穗軸的轉運效率和貢獻率最大，說明各營養器官氮素轉運對籽粒氮素的貢獻率受水氮供應而影響側重點不同，需要有一個適宜的水氮組合來保證各器官氮素貢獻率協調提高。

2.4水氮對冬小麥花后氮素轉運與利用效率的影響

研究表明，植株營養器官氮素轉移量隨施氮量或滴灌量的增加而增加，但營養器官氮素轉運率、氮籽粒生產效率及氮素收獲指數呈遞減趨勢，說明較高的水氮供應雖能促進植株氮素積累及營養器官氮素轉運量，但不表明能提高氮素的運轉效率，氮素利用率反而下降。籽粒蛋白質含量以N3W2和N2W2處理及處理的最高，說明在適當控水的基礎上增施氮肥有利于蛋白質產量的增加。從單因素對植株氮素分配的影響程度(F值)上看，除了籽粒蛋白質含量的氮素供應效應不顯著外，其他指標的水、氮效應均達顯著以上水平(P<0.05)，且在營養器官氮素轉運效率和對籽粒氮素的貢獻率、氮素收獲指數及蛋白質產量等指標方面的水氮耦合效應也達極顯著水平(P<0.01)，說明干旱區滴灌麥田保證水分供應是促進氮素吸收與轉運的基礎，合理的水氮供應能充分發揮氮素高效吸收和優化分配。N3W2處理營養器官轉移氮素對籽粒氮素的貢獻率和蛋白質產量高于其他處理，即高氮中水處理是保證氮素吸收與轉運的合理水氮組合。另外，氮素運轉率和氮素收獲指數在N0W1處理下最高，氮籽粒生產效率以N1W1處理最高，這可能與作物在水氮脅迫條件下優先保證生殖器官生長的自我調節有關[17]。N3W3處理的營養器官氮素轉移量及對籽粒氮素的貢獻率最高，這是由于高水高氮導致后期倒伏嚴重，莖葉功能下降，花后氮素吸收量下降所致。表5

表5 營養器官花后氮素轉運與利用效率特征
Table 5 Characteristics of nitrogen translocation and utilization efficiency in vegetative organs after anthesis

處理Treatment營養器官氮素轉運量NTAA(kg/hm2)營養器官氮素轉運率NTE(%)營養器官轉移氮素對籽粒氮素的貢獻率CNTAK(%)氮籽粒生產效率NGPE(kg/kg)籽粒蛋白質含量GPC(%)氮素收獲指數NHI(%)蛋白質產量PY(kg/hm2)N0W18352g8584a7074fgh3195bc1389abc8842a52623gW210889f8429b7334def3343abc1371bc8797ab76888eW312510e8151c7524cde3154bc1337c8545cde82208deN1W18700g8341b7437cde3574a1433abc8715abc66199fW212733de8367b7540bcd3406ab1443abc8721abc95108cW313722d8063c7220efg3010c1440abc8520cde96494cN2W110868f8445b7775bc3478ab1484abc8748abc82428deW213352de8032c6825h3454ab1541ab8570bcd125697bW314749c7813d6955gh3388ab1418abc8371de121778bN3W111314f8325b7705bcd3346abc1503abc8660abc85371dW215834b7771d7936ab3483ab1573a8314e147594aW317067a7639e8298a2597d1328c7960f89089cdFN9598??44722??883?1497??239ns670?9290??W19457??2596??1617??1290??1024??8761??38071??W×N258ns3294??963??254ns303?715??5579??

注：NTAA：營養器官氮素轉運量，NTE：營養器官氮素轉運率，CNTAK：營養器官轉移氮素對籽粒氮素的貢獻率，NGPE：氮籽粒生產效率，GPC：籽粒蛋白質含量，NHI：氮素收獲指數，PY：蛋白質產量

Note: NTAA:Nitrogen translocation amount after anthesis; NTE:Nitrogen translocation efficiency; CNTAK:Contribution of nitrogen translocation amount to kernel; NGPE:Nitrogen grain production efficiency;GPC: Grain protein content; NHI:Nitrogen harvest index;PY:Protein yield

2.5水氮對冬小麥產量及其構成因素、水氮素利用率的影響

不同水氮對小麥穗粒數、產量及水、氮效率利用的影響均達顯著以上水平(P<0.05)。同一灌水條件下，隨施氮量增加，穗粒數增加，但施氮量過高，千粒質量有所下降；同一施氮水平下，水灌水量增加，穗粒數和千粒質量增加，但N3W3處理的穗粒數和千粒質量下降，灌水對千粒質量和穗粒數的影響達極顯著水平(P<0.01)。從產量高低上看，N2處理及W2處理最高，但與N3及W3處理差異不大，說明207～276 kg/hm2的施氮量和3 150～4 500 m3/hm2的春季滴水量是比較合適的。隨著施氮量的增加，氮肥利用效率增加，但氮肥偏生產力下降；隨著滴灌量增加，灌溉水利用效率呈下降趨勢，而氮肥利用效率、氮肥偏生產力和農學利用率則在W2處理下最大，說明過度增加灌水或施氮量將不利于發揮其增產效果，適宜的水氮能提高資源利用效率的同時增加產量。從對產量構成及水氮利用效率的調控效應(F值)上看，除千粒質量的水氮互作效應外，其他指標的水、氮單因素及其耦合效應均達顯著以上水平(P<0.05)，且不同供水條件下穗粒數、千粒質量、產量、氮肥利用效率及灌溉水利用效率等指標的變異系數分別為13.57%、3.68%、21.98%、25.45%和18.45%，分別是不同供氮條件下各項指標變異系數的1.01、1.66、1.27、1.06和1.08倍，說明干旱區保證水分供應是第一位的，水氮結合以發揮其耦合效應是高產高效的關鍵。

從水氮組合處理上看，N3W2、N2W3和N2W2處理的產量最大，分別達9 379.83、8 582.85和8 164.05 kg/hm2，顯著高于其他處理(P<0.05)，且其千粒質量、穗粒數等產量構成因素以及氮肥利用效率、氮肥農學利用率和灌溉水利用率也明顯高于其他處理，其次是N3W3和N1W3處理，產量分別達6 709.68和6 699.71 kg/hm2。對氮(N)、水(W)耦合的產量(Y)效應進行方程擬合，得到Y=-10 918.524 1+13.682 1N+7.455 8W-0.003 6N2-0.000 8W2-0.001 1NW(R2=0.910 2)的二次多項式逐步回歸方程，對方程求極值，得到施氮量275.08 kg/hm2、灌水量4 457.89 m3/hm2時產量可達最大為8 558.73 kg/hm2。表6

表6 不同水、氮處理下冬小麥產量構成及水、氮利用效率
Table 6 Yield components,water and nitrogen use efficiency of winter wheat under different water and nitrogen treatments

處理Treatment穗粒數GS千粒質量TGW(g)產量Y(kg/hm2)氮肥利用效率NFUE(%)氮肥偏生產力NPE(kg/kg)氮肥農學利用率NAE(kg/kg)灌溉水利用效率IWUE(kg/m3)N0W11445e3847e379703f---141deW21842cd4200bcd562772d---139deW31926bc4231bcd614664cd---114fN1W11629de4055de463182e1105e3356c605e172cW21969bc4389abc658120c1789d4769a691d163cdW31972bc4422ab669971c2014d4855a401f124efN2W11867cd4129cd554896d1976d2681d846c206bW22445a4325abc816405b2902b3944b1225b202bW32541a4419ab858285ab2811b4146b1177b159cdN3W11909bc4192bcd567751d1841d2057e681de210abW22626a4510a937983a3641a3398c1359a232aW32162b4042de670968c2296c2431de204g124efFN1757??513?1706??6339??3141??33249??1560??W5485??1153??24191??19161??22722??9743??16331??W×N404?271ns2050??3502??2040??4217??1584??

注：GS：穗粒數，TGW：千粒質量，Y：產量，NFUE：氮肥利用效率，NPE：氮肥偏生產力，NAE：氮肥農學利用率，IWUE：灌溉水利用效率

Note: GS: Grains per spike; TGW: 1000-grain weight;Y: Yield; NFUE:Nitrogen fertilizer use efficiency; NPE: Nitrogen production efficiency; NAE:Agronomic efficiency of nitrogen fertilizer; IWUE: Irrigation water use efficiency

3 討 論

3.1 水氮對冬小麥氮素吸收的影響

多數研究認為[18-19]，增施氮肥，有利于植株氮素積累，且花后是小麥氮素吸收與分配的關鍵時期，開花后營養器官氮素的轉移對籽粒氮素積累有較大貢獻。但過多施氮明顯增加成熟期營養器官氮素殘留量，對籽粒氮素積累不利[20]。適量增施氮肥可增加籽粒產量和蛋白質含量[15]，但也有研究認為[21-22]，氮素增加，花后營養器官氮素向籽粒的轉移率和對籽粒氮的貢獻率降低，最終導致籽粒蛋白質含量并未增加。適當水分虧缺有利于提高營養器官轉移氮素對籽粒氮素的貢獻率[23-24]，灌水量過高，反而不利于籽粒的氮素積累[13]。研究結果表明，隨著生育進程的推進，冬小麥植株氮素吸收量逐漸增加，拔節-揚花期是冬小麥氮素吸收強度的高峰期，其氮素積累量為50.6%～68.4%，平均57.3%，低于邵云等[16]的76.79%的研究結果，這可能與滴灌供氮后移促進小麥花后氮素吸收比例增加有關。隨著水氮供應量的增加，植株氮素吸收量及營養器官氮素轉移量增加，營養器官氮素對籽粒氮素積累的貢獻率增加，但轉移率下降。當供氮和供水過高時，氮素貢獻率和利用率下降，這可能是高水高氮供應造成花后個體長勢偏旺引起的。

3.2 水氮對冬小麥氮素轉運的影響

小麥籽粒氮素主要來自花前營養器官貯存氮的輸入和花后植株的吸收，且花前氮素對籽粒氮素的貢獻率大于花后[25]，試驗中，籽粒氮素積累量為105.2～223.9 kg/hm2，占植株地上部總氮的79.6%～88.4%，其中72.6%～86.4%來自花前營養器官，略高于華北地區的62.1%～81.7%[26]，這可能與該地區花后氣溫較高、濕度較小的極端干旱氣候有關。營養器官氮素對籽粒氮素貢獻率葉片為32.1%～38.6%，莖鞘為27.0%～41.8%，穎殼+穗軸為4.0%～9.0%，這與Simpson等[27]和馬耕等[15]研究得到的葉片、莖鞘和穎殼+穗軸對籽粒氮素貢獻率分別是25.3%～40%、莖鞘為23.4%左右、穎殼+穗軸為11.3%左右有一定差別，這可能是試驗條件和品種的差異所致[28]。試驗中各器官氮素轉運量大小為葉片>莖鞘>穎殼+穗軸，與杜金哲等[29]的研究結果一致。另外，較高產量處理(N3W2、N2W3和N2W2)的花前氮素轉移率為77.7%～80.3%，低于其他處理，即高產小麥花后氮素吸收量高于中低產田，提高花后氮素吸收率是保證高產的關鍵，這與徐明杰等[26]的研究結論一致。增加灌水量和施氮量能顯著提高植株氮素積累量，有利于發揮水氮耦合效應，提高水氮吸收及利用率，促進各器官花前氮素向籽粒中的轉運，但W3N3處理氮素轉運率反而下降，產量下降，這可能與高水高氮造成群體后期嚴重倒伏、水氮吸收及根冠生理功能受阻有關[12]。

3.3 水氮對冬小麥水、氮利用效率的影響

試驗的氮肥利用效率以N3W2處理的最高，達36.48%，其次是N2W3，分別為29.02%，略高于華北徐明杰[26]的18.19%～34.8%和張愛平[30]的24.3%，可能與滴灌水肥一體化改善了養分吸收環境和減少氮素淋失等有關[31]，也可能與氣候和土壤肥力有關。與程銘正等[32]的研究結果類似，灌溉水利用效率隨滴水量增加而下降，在0～276 kg/hm2的施氮范圍內氮肥農學利用率、氮肥偏生產力和灌溉水利用效率均呈先增后降的趨勢。

4 結 論

4.1 花前是滴灌冬小麥氮素積累的主要時期，積累量占總積累量的72.65%～86.42%，平均78.28%，其中，拔節-揚花期是氮素積累和吸收的關鍵時期，其積累量為占總積累量的50.63%～68.38%，平均57.28%，其氮素吸收速率為1.95～3.53 kg/(hm2·d)，平均2.80 kg/(hm2·d)。各器官氮素轉運量、轉運效率及對籽粒氮素積累的貢獻率大小為葉片>莖鞘>穎殼+穗軸。

4.2 不同水氮供應顯著影響滴灌冬小麥的氮素吸收和轉運，隨水氮供應量增加，群體總氮積累量及各器官花前氮素向籽粒中的轉運量增加，而各器官氮素轉運對籽粒氮素的貢獻率受水氮供應的影響側重點不同，供氮主要影響葉片和莖鞘而供水主要影響穎殼+穗軸，說明在充分保證水氮供應的基礎上，實行科學的水氮組合才能促進各器官氮素貢獻率協調提高。

4.3 N3W2、N2W3和N2W2處理的產量較高，說明施氮量為207～276 kg/hm2與春季灌水量為3 150～4 500 m3/hm2是該地區較適宜的水肥組合，根據氮、水耦合的產量效應方程，得到施氮量275.08 kg/hm2、灌水量4 457.89 m3/hm2(包括冬灌900 m3/hm2)時產量可達最大為8 558.73 kg/hm2，可作為生產水氮實施的參考。

)

[1] Cao, C., Kong, L., Wang, J., Zhao, B., & Zhao, Z. (2005). Effects of nitrogen on yield, quality and nutritive absorption of middle and strong gluten wheat.PlantNutrition&FertilizingScience, 11(1): 46-50.

[2]曹仁林, 賈曉葵. 我國集約化農業中氮污染問題及防治對策[J]. 土壤肥料,2001, (3): 3-6.

CAO Ren-lin, JIA Xiao-kui. (2001).The problems and control countermeasures of nitrogen pollution in agriculture of China [J].SoilandFertilizerSciencesinChina, (3):3-6. (in Chinese)

[3]Xu, Z. Z., Yu, Z. W., Wang, D., & Zhang, Y. L. (2010). Nitrogen accumulation and translocation for winter wheat under different irrigation regimes.JournalofAgronomy&CropScience, 191(6): 439-449.

[4]于振文,潘慶民,姜東,等.9000kg/hm2小麥施氮量與生理特性分析[J].作物學報,2003,29(1):37-42.

YU Zhen-wen, PAN Qing-min, JIANG Dong,et al.(2003). Analysis of the amount of nitrogen applied and physiological characteristics in wheat of the yield level of 9000kg per hectare [J].ActaAgronomicaSinica, 29(1):37-43. (in Chinese)

[5]Palta, J. A., Kobata, T., Turner, N. C., & Fillery, I. R. (1994). Remobilization of carbon and nitrogen in wheat as influenced by postanthesis water deficits.CropScience, 34(1):118-124.

[6]王麗梅,李世清,邵明安.水、氮供應對玉米冠層營養器官干物質和氮素累積、分配的影響[J].中國農業科學,2010, 43(13):2 697-2 705.

WANG Li-mei, LI Shi-qing, SHAO Ming-an.(2010).Effects of N and water supply on dry matter and N accumulation and distribution in maize ( Zea mays L．) leaf and straw-sheath [J].ScientiaAgriculturaSinica, 43(13): 2,697-2,705. (in Chinese)

[7]王敏,張勝全,方保停,等.氮肥運籌對限水灌溉冬小麥產量及氮素利用的影響[J].中國農學通報,2007,23(7):349-353.

WANG Ming, ZHANG Sheng-quan, FANG Bao-ting, et al.(2007). Effect of nitrogen applications on grain yield and nitrogen use efficiency of winter wheat in limited water supply [J].ChineseAgriculturalScienceBulletin, 23(7): 349-353. (in Chinese)

[8]Cabrerabosquet, L., Molero, G., Bort, J., Nogue?S, S., & Araus, J. L. (2007). The combined effect of constant water deficit and nitrogen supply on wue, nue and Δ??c in durum wheat potted plants.AnnalsofAppliedBiology, 151(3): 277-289.

[9]賈樹龍,孟春香,唐玉霞,等.水分脅迫條件下小麥的產量反應及對養分的吸收特征[J].土壤通報,1995,26(1):6-8.

JIA Shu-long, MENG Chun-xiang, TANG Yu-xia, et al. (1995). Effects of water stress on wheat yield and the characteristic of nutrient absorption [J].ChineseJournalofSoilScience, 26(1): 6-8. (in Chinese)

[10]王曉英,賀明榮,劉永環,等.水氮耦合對冬小麥氮肥吸收及土壤硝態氮殘留淋溶的影響[J].生態學報,2008,28(2):685-694.

WANG Xiao-ying, HE Ming-rong, LIU Yong-huan, et al. (2008). Interactive effects of irrigation and nitrogen fertilizer on nitrogen fertilizer recovery and nitrate-N movement across soil profile in a winter wheat field [J].ActaEcologicaSinica, 28(2): 685-694. (in Chinese)

[11]趙炳梓,徐富安,周劉宗,等.水肥(N)雙因素下的小麥產量及水分利用率[J].土壤,2003,(2):122-125.

ZHAO Bin-zi, XU Fu-an, ZHOU Liu-zhong, et al. (2003). Wheat yield and water-use efficiency as influenced by different combinations of irrigation water and nitrogen fertilizer [J].Soils, (2): 122-125. (in Chinese)

[12]張松超,陳慧,黃振江,等.水氮耦合對滴灌春小麥干物質積累分配與運轉規律的影響[J].安徽農業科學,2017,45 (19):38-42.

ZHANG Song-chao, CHEN Hui, HUANG Zhen-jiang, et al.(2017) Effects of water and nitrogen coupling on dry matter accumulation, distribution and operation of spring wheat in drip irrigation [J].JournalofAnhuiAgriculturalSciences, 45(19):38-42. (in Chinese)

[13]楊佩,蔡煥杰,高振曉,等.涇惠渠灌區不同水氮供應對冬小麥氮素吸收運轉的影響[J].西北農林科技大學學報(自然科學版),2016, 44(7):87-94.

YANG Pei, CAI Huan-jie, GAO Zhen-xiao, et al. (2016) Effects of different water and nitrogen supply on nitrogen absorption and absorption of winter wheat in Jinghuiqu irrigation area [J].JournalofNorthwestA&FUniversity(NaturalScienceEdition) , 44(7):87-94. (in Chinese)

[14]Wang, J., Xu, C., Gao, S., & Han, X. (2013). Effects of water and nitrogen utilized by means of dripping on growth of root and canopy and matter distribution in spring wheat.AdvanceJournalofFoodScience&Technology, 5(4): 474-481.

[15]馬耕,張盼盼,王晨陽,等. 高產小麥花后植株氮素累積、轉運和產量的水氮調控效應[J]. 麥類作物學報,2015,35(6):798-805.

MA Geng, ZHANG Pan-pan,WANG Cheng-yang, et al. (2015).Regulation effect of irrigation and nitrogen on post-anthesis nitrogen accumulation, translocation and grain yield of high-yield wheat [J].JournalofTriticeaeCrops, 35(6):798-805. (in Chinese)

[16]邵云,李萬昌,馮榮成,等. 小麥-玉米輪作區西農979不同器官氮素轉運及對籽粒貢獻率的影響[J]. 麥類作物學報,2011,31(2):265-269.

SHAO Yun, LI Wan-chang, FENG Rong-cheng, et al.(2011).Nitrogen translocation and conversion rate to grain of Xinong 979 in wheat corn rotation area [J].JournalofTriticeaeCrops, 31(2):265-269. (in Chinese)

[17]張永麗,于振文. 灌水量對小麥氮素吸收、分配、利用及產量與品質的影響[J].作物學報,2008,34(5):870-878.

ZHANG Yong-li, YU Zhneg-wen.(2008).Effects of irrigation amount on nitrogen uptake, distribution, use, and grain yield and quality in wheat[J].ActaAgronomicaSinica, 34(5):870-878. (in Chinese)

[18]趙俊嘩,于振文.高產條件下施氮量對冬小麥氮素吸收分配利用的影響[J].作物學報,2006, 32(4): 484-490.

ZHAO Jun-hua, YU Zhen-wen.(2006). Effects of nitrogen fertilizer rate on uptake，distribution and utilization of nitrogen in winter wheat under high yielding cultivated condition[J].ActaAgronomicaSinica, 32(4):484-490. (in Chinese)

[19]張學順,朱 云,張 妮,等. 不同施氮量對滴灌春小麥生長及氮素吸收規律研究[J]. 新疆農業科學,2014,51(11):1 976-1 983.

ZHANG Xue-sun, ZU Yun, ZHANG Ni, et al.(2014).Effects of different nitrogen applications on the growth and nitrogen absorption of spring wheat under drip irrigation [J].XinjiangAgriculturalSciences, 51(11):1,976-1,983. (in Chinese)

[20]嚴美玲,姜鴻明,丁曉義,等. 灌溉處理對冬小麥氮的吸收轉移特性的影響[J]. 中國農學通報,2008,24(2):459-462.

YAN Mei-lin, JIANG Hong-min, DING Xiao-yi, et al. (2008) Effects of irrigation treatments on wheat nitrogen uptake and distribution of two winter wheat [J].ChineseAgriculturalScienceBulletin, 24(2):459-462. ( in Chinese)

[21]王小燕,于振文.不同施氮量條件下灌溉量對小麥氮素吸收轉運和分配的影響[J].中國農業科學,2008,41(10):3 015-3 024.

WANG Xiao-yan，YU Zhen-wen. (2008). Effect of irrigation rate on absorption and translocation of nitrogen under different nitrogen fertilizer rate in wheat [J].ScientiaAgriculturaSinica, 41(10):3,015-3,024. ( in Chinese)

[22]李東方,李世清,李紫燕,等. 冬小麥同化物、氮素轉移量和轉移效率對氮肥的反應[J]. 麥類作物學報,2006,26(5):106-112.

Li Dong-fang, LI Shi-qing, LI Zi-yan, et al.(2006). Response of various cultivars of winter wheat in assimilative matter and N translocation before anthesis to n fertilizer [J].JournalofTriticeaeCrops, 26(5):106-112.(in Chinese)

[23]Xu, Z. Z., Yu, Z. W., & Wang, D. (2006). Nitrogen translocation in wheat plants under soil water deficit.Plant&Soil, 280(1-2): 291-303.

[24]馮波,孔令安,張賓,等. 施氮量對壟作小麥氮肥利用率和土壤硝態氮含量的影響[J]. 作物學報,2012,38(6):1 107-1 114.

FENG Bo, KONG Ling-an, ZHANG Bin, et al. (2012).Effect of nitrogen application 1eve1 on nitrogen use efficiency in wheat and soil nitrate-N content under bed planting condition [J].ActaAgronoyniSinica, 38(6): 1,107-1,114.(in Chinese)

[25]王德梅,于振文,張永麗,等.不同灌水處理條件下不同小麥品種氮素積累、分配與轉移的差異[J].植物營養與肥料學報,2010,16 (5):1 041-1 048.

WANG De-mei, YU Zhen-wen, ZHANG Yong-li, et al.(2010). Changes in nitrogen accumulation, distribution, translocation and nitrogen efficiency in different wheat cultivars under different irrigation condition [J].PlantNutritionandFertilizerScience,16(5):1,041-1,048. (in Chinese)

[26]徐明杰,董嫻嫻,劉會玲,等. 不同管理方式對小麥氮素吸收、分配及去向的影響[J]. 植物營養與肥料學報,2014,20 (5):1 084-1 093.

XU Min-jie, DONG Xian-xian, LIU Hui-lin, et al.(2014).Effects of different management patterns on uptake，distribution and fate of nitrogen in wheat [J].JournalofPlantNutritionandFertilizer, 20 (5):1,084-1,093. (in Chinese)

[27]Simpson, R. J., Lambers, H., & Dalling, M. J. (1983). Nitrogen redistribution during grain growth in wheat (triticum aestivum l.) : iv. development of a quantitative model of the translocation of nitrogen to the grain.PlantPhysiology, 71(1): 7-14.

[28]張凱,陳年來,顧群英. 不同水氮水平下小麥品種對光、水和氮利用效率的權衡[J].應用生態學報,2016, 27(7):2 273-2 282.

ZHANG Kai, CHENG Nian-lai, GU Qun-ying. (2016).Trade-offs among light, water and nitrogen use efficiencies of wheat cultivars under different water and nitrogen application levels [J].ChineseJournalofAppliedEcology, 27 (7):2,273-2,282. (in Chinese)

[29]杜金哲,李文雄,胡尚連,等. 春小麥不同品質類型氮的吸收、轉化利用及與籽粒產量和蛋白質含量的關系[J]. 作物學報,2001,27(2):253-260.

DU Jin-zhe, LI Wen-xiong, HU Shang-lian, et al. (2001).Nitrogen assimilation, transfer and utilization in relation to grain protein content and yield of spring what genotypes differing in quality [J].ActaAgronomica, 27(2):253-261. (in Chinese)

[30]張愛平,楊世琦,楊淑靜,等.不同供氮水平對春小麥產量、氮肥利用率及氮平衡的影響[J].中國農學通報, 2009,25 (17):137-142.

ZHANG Ai-ping, YANG Shi-qi, YANG Shu-jing, et al.(2009).Effect of N rates on yield of spring wheat, fertilizer N recovery and N balance [J].ChineseAgriculturalScienceBulletin, 25(17):137-142.(in Chinese)

[31]黃麗華,沈根祥,錢曉雍,等.滴灌施肥對農田土壤氮素利用和流失的影響[J].農業工程學報,2008,24 (7) :49-52.

HUANG Li-hua, SHEN Gen-xiang, QIAN Xiao-yong, et al. (2008).Impacts of drip fertilizer irrigation on nitrogen use efficiency and total nitrogen loss load [J].Trans.Chin.Soc.Agric.Eng. , 24 (7):49-52. (in Chinese)

[32]程銘正,李磊,馬超,等. 冬小麥西農979光合、水肥利用和產量的水氮效應[J]. 麥類作物學報,2014,34(3):380-387.

CHENG Min-zheng, LI Lei, MA Chao, et al.(2014).Effect of water and nitrogen coupling on high yield and high efficiency of water and fertilizer of winter wheat Xinong 979[J].JournalofTriticeaeCrops, 34(3):380-387. (in Chinese)