測墑補灌和施氮對冬小麥產量及水分、氮素利用效率的影響

金修寬，馬茂亭，趙同科，安志裝，姜玲玲

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測墑補灌和施氮對冬小麥產量及水分、氮素利用效率的影響

金修寬1,2，馬茂亭2，趙同科2，安志裝2，姜玲玲1,2

（1河北農業大學資源與環境科學學院，河北 保定 071000；2北京市農林科學院植物營養與資源研究所，北京 100097）

【】測墑補灌是近年來研究的一種小麥節水灌溉新技術。論文旨在探索測墑補灌與施氮對冬小麥生長的影響，為該區節水、節氮提供依據。【】采用漫灌的方式設置測墑補灌和施氮兩因素田間試驗，補灌設置4個處理，于冬小麥拔節期、開花期依據0—40 cm土層土壤質量含水量進行測墑補灌，補灌至土壤田間持水量的50%（W1）、60%（W2）、70%（W3）、80%（W4）。施氮設置4個處理，不施氮（N0）、施純氮180 kg·hm-2（N180）、240 kg·hm-2（N240）和300 kg·hm-2（N300）。在此處理下研究了測墑補灌和施氮對冬小麥產量及水分、氮素利用效率的影響。【】(1)各施氮處理下，補灌量的增加可增加冬小麥籽粒產量，當補灌量至土壤田間持水量的60%—80%范圍內時，冬小麥籽粒的增產效應差異不顯著。各補灌處理下，當施氮量超過240 kg·hm-2時籽粒產量無顯著性變化。本試驗條件下當補灌至土壤田間持水量的60%，施氮量為240 kg·hm-2時冬小麥籽粒產量達到最高，為8 104.6 kg·hm-2。(2)增加施氮量和補灌量均可顯著增加麥田總耗水量，但當施氮量超過240 kg·hm-2時，施氮的提高效果不顯著。補灌量的增加會顯著增加麥田總耗水量，但當補灌至土壤田間持水量60%（W2）、70%（W3）時較補灌至80%（W4）處理顯著降低耗水量，說明有利于節約灌水而獲得較高產量。(3)相同施氮處理下，補灌量的增加可顯著提高冬小麥水分利用效率，當補灌量增至土壤田間持水量的60%時，冬小麥水分利用效率達到最大值，為14.7 kg·hm-2·mm-1。相同補灌處理下，增施氮肥可顯著提高冬小麥水分利用效率，但施氮量不宜超過240 kg·hm-2，否則將導致水分利用效率降低。(4)相同施氮處理下，應控制補灌量至土壤田間持水量的60%時冬小麥氮素干物質生產效率及氮素利用效率最高，為60.1 kg·kg-1、22.4 kg·kg-1。相同補灌處理下，施氮量應控制在240 kg·hm-2時可獲得較高的氮素干物質利用效率及冬小麥氮素利用效率最高，為63.9 kg·kg-1、23.5 kg·kg-1。【】本試驗條件下當施氮量為240 kg·hm-2、冬小麥拔節期、開花期補灌至土壤田間持水量的60%時冬小麥籽粒產量、水分利用效率、氮素干物質利用效率、氮素利用效率均最高，為最優的節水、節氮、高產組合，推薦其作為該區域適宜水、氮用量。

測墑補灌；小麥產量；水、氮利用效率

0 引言

【研究意義】冬小麥-夏玉米是中國主要的糧食作物，在全國農作物種植面積中分別居第3位和第1位[1-2]。而黃淮海平原區又是中國冬小麥-夏玉米主產區，對保障國家糧食安全具有重要的戰略地位[3]。施氮和灌水是冬小麥、夏玉米增產增收的重要農業措施。據研究報道[4-5]中國冬小麥、夏玉米適宜施氮量大致在150—250 kg·hm-2，而黃淮海平原區冬小麥-夏玉米輪作區施氮量普遍存在過量問題，平均為530 kg·hm-2，部分地區甚至超過600 kg·hm-2，遠超過農作物吸收量。過量施氮引發土壤氮素盈余增加，氮肥肥效及利用率降低、NO3--N淋失，導致氮肥資源浪費嚴重，污染環境等[6]問題發生。與此同時中國水資源普遍存在短缺，時空分布不均勻，灌水方式不合理等問題[7]，尤其是黃淮海平原區水資源匱乏嚴重，在小麥生產中常采用大水漫灌、傳統畦灌的灌溉方式，導致灌水過多、水分利用效率低，水資源浪費嚴重，冬小麥、夏玉米全生育期灌水量分別達到3 000 m3·hm-2和1 200 m3·hm-2，更加重了該區域水資源短缺問題。因此，在農業生產中存在過量施氮和水資源匱乏，灌水方式不合理，水、氮供應不協調等問題，要解決該區域上述問題，深入研究該區域水、氮交互對冬小麥產量、水分、氮素利用效率的影響具有重要的現實意義。【前人研究進展】研究表明[8]水、氮耦合存在閾值效應，閾值為施氮量105 kg·hm-2，定量灌溉1 500 m3·hm-2，若低于閾值，則水分利用效率較低，氮肥的增產效應不顯著。劉青林等[9]研究定量灌水與施氮對春小麥生育期耗水規律的影響，結果表明定量灌水327 mm處理的水分利用效率與定量灌水261 mm和196 mm的處理相比，各處理間均無顯著性差異，當施氮量增加到221 kg·hm-2時冬小麥籽粒產量6 365 kg·hm-2，達到最大值，再增加施氮量到300 kg·hm-2時籽粒產量增加不顯著。武明安等[10]研究冬小麥越冬期、拔節期各定量灌水75 mm處理，與冬小麥越冬期定量灌水75 mm的處理相比，冬小麥籽粒產量提高19.8%，增產2 068.7 kg·hm-2。ZHANG等[11]研究冬小麥拔節期0—60 cm土層土壤含水量為田間持水量的50%—60%、65%—70%時，冬小麥水分利用效率及籽粒產量最高。【本研究切入點】前人研究水、氮處理對冬小麥產量，水、氮利用效率的影響多數在定量灌溉、傳統畦灌或大水漫灌的方式下研究，由于定量灌溉、傳統畦灌、大水漫灌方式未考慮土壤墑情及降水情況，存在一定的盲目性，水資源浪費問題突出。因而，發展節水灌溉新技術是減少灌水量，提高水分利用效率的重要途徑。測墑補灌是近年研究的一種小麥節水灌溉新技術，而依據測墑補灌研究水、氮兩因素對冬小麥產量，水、氮利用效率的報道較少。【擬解決的關鍵問題】在黃淮海平原區典型潮土上設置測墑補灌和施氮兩因素試驗，通過對冬小麥產量，水、氮利用效率的水氮配合效應研究，以期為該區域推薦適宜的補灌量施氮量組合，為冬小麥節水、節氮、高產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

2015—2016年在產糧大縣河南省滑縣王莊鎮（114°30′E，35°35′N）進行田間試驗。該區域為典型的冬小麥-夏玉米輪作一年兩熟區，具有一定的代表性。供試土壤為中壤質潮土，播種前0—20 cm土層的土壤基礎理化性狀為：有機質含量13.9 g·kg-1，全氮1.4 g·kg-1，堿解氮89.24 mg·kg-1，速效磷23.14 mg·kg-1，速效鉀109.23 mg·kg-1。2015年10月降雨量18.4 mm，11月16.2 mm，12月14.4 mm。2016年1—2月降雨量總計21.8 mm，3月降雨量21.4 mm，4月降雨量24.6 mm，5月降雨量41.6 mm，6月降雨量19.6 mm。冬小麥全生育期總降水量為178 mm。該試驗區冬小麥全生育期間農民習慣灌水量能達到2 500— 3 000 m3·hm-2，甚至更多。0—20 cm、20—40 cm土層田間持水量為22.57%、20.73%，土壤容重為1.45、1.48 g·cm-3。

1.2 試驗設計

采用裂區設計，主區為補灌處理，副區為施氮處理，在冬小麥拔節期、開花期依據0—40 cm土層補灌處理的土壤質量含水量進行測墑補灌，補灌至土壤田間持水量的50%（W1）、60%（W2）、70%（W3）、80%（W4）。由公式（1）[12]計算出各處理補灌量，補灌量見表1。補灌處理在拔節期、開花期前測墑，以0—40 cm土層的含水量作為基礎含水量，根據試驗補灌設計計算出補灌量，用潛水泵水表來計量，各小區采用PVC軟管漫灌的方式補灌，補灌深度為0—40 cm。副區設4個施氮處理0（N0）、180 kg·hm-2（N180）、240 kg·hm-2（N240）、300 kg·hm-2（N300）。重復3次，隨機區組排列，共計48個小區，各處理間設2 m寬隔離區，小區面積為3 m×6 m=18 m2。

M=10×γ×H×（βi-βj） （1）

式中，M為灌水量（mm）；γ為0—40 cm測墑補灌層土壤容重（g·cm-3）；H為0—40 cm測墑補灌層深度（cm）；βi表示目標含水量（%）；βj灌溉前土壤含水量（%）。

氮、磷和鉀肥品種為尿素（N 46.4%）、過磷酸鈣（P2O516%）和氯化鉀（K2O 60%）。施肥量為P2O5120 kg·hm-2、K2O 105 kg·hm-2，磷和鉀肥作為基肥于農耕整地前施用，60%的氮肥作為基肥于耕地前施用，40%氮肥于拔節期作為追肥施用。供試冬小麥品種為周麥29，冬小麥于2015年10月11日播種，2016年6月4日收獲，除試驗處理外，田間管理措施同其他大田高產栽培。

表1 0—40 cm土層不同處理的補灌量

1.3 測定方法

1.3.1 土壤含水量 采用鋁盒烘干法測定。在0—100 cm土壤剖面，每20 cm取一個樣，將土樣裝入鋁盒稱鮮土重，并在105℃烘箱中烘干至恒重，稱干土重計算土壤質量含水量。土壤貯水消耗量計算方法見公式（2）。

1.3.2 植株干物質重及全氮測定 冬小麥植株樣品采集：越冬期、返青期、拔節期、開花期以及成熟期取樣，每個取樣點選取20株（用20株的干重換算小區生物量和養分積累量），于105℃殺青30 min后，于烘箱70℃烘至恒重，稱干物重，樣品粉碎后待測植株養分含量。植株全氮采用H2SO4-H2O2消煮法，AA3流動注射分析儀測定待測液全氮的含量。

1.3.3 籽粒產量及產量農藝性狀測定 冬小麥成熟后在各小區收獲2 m2樣方實收計產，籽粒晾曬干后稱重，并折算成公頃產量，同時取1 m雙行調查穗粒數、穗數、千粒重。

1.4 數據處理及分析

水分利用效率=作物籽粒產量/小麥生育期實際耗水量；

氮素利用效率=作物籽粒產量/植株氮素吸收量；

氮素干物質生產效率=作物地上部干物質量/植株氮素吸收量；

土壤貯水消耗量計算：

式中，為土壤貯水消耗量（mm）；為總土層數；表示土層編號；γ表示測墑補灌第層土壤容重；H為第層土壤厚度（cm）；θ1和θ2分別表示階段初和階段末第層的土壤含水量（%）。

農田耗水量=土壤貯水消耗量（mm）+降水量（mm）+補灌量（mm）。

試驗數據采用Microsoft Excel 2003和SPSS19計算數據和顯著性差異檢驗，LSD法進行差異性顯著比較，采用5%顯著水平。

2 結果

2.1 補灌和施氮對冬小麥籽粒產量的影響

由表2可知，不同補灌處理或施氮處理對冬小麥籽粒產量的影響達到極顯著性水平（＜0.01），補灌施氮配合對冬小麥籽粒產量具有顯著的交互效應（＜0.05）。

主效應補灌處理對冬小麥籽粒產量的影響為W2、W3、W4處理間均無顯著性差異（＞0.05），但均顯著高于W1處理（＜0.05）。說明控制補灌用量至土壤田間持水量的60%時為較優補灌用量，冬小麥產量達到6 931.5 kg·hm-2。主效應施氮處理對冬小麥籽粒產量的影響表現為N240和N300處理間差異不顯著（＞0.05），但均顯著高于N0、N180處理（＜0.05）。說明施氮可顯著提高冬小麥籽粒產量，但當施氮量超過240 kg·hm-2時籽粒產量不再增加。

同一補灌水平下，施氮對籽粒產量的影響因補灌量不同而異，在W1、W2、W3水平下，N180、N240、N300處理均顯著高于N0處理（＜0.05），N0、N180、N240處理間具有顯著性差異（＜0.05），但N240和N300處理間差異不顯著（＞0.05）。W4水平下，N240、N300處理均顯著高于N0、N180處理（＜0.05），但N240處理與N300處理間無顯著性差異（＞0.05）。說明相同補灌水平下，當施氮量超過240 kg·hm-2時冬小麥籽粒產量的增產效應無顯著性變化。同一施氮水平下，在N0水平下，W3、W4處理均顯著高于W1、W2處理，但W3、W4處理間無顯著性差異（＞0.05）。說明在不施氮處理下，補灌至土壤田間持水量的70%時冬小麥籽粒產量達到最大值，為6 246.4 kg·hm-2。在N180水平下，W2、W3、W4均顯著高于W1（＜0.05），其中W3補灌水平下籽粒產量達到最大值為7 049.6 kg·hm-2。在N240、N300水平下，W2、W3、W4處理間均無顯著性差異（＞0.05），但均顯著高于W1處理（＜0.05）。說明在施氮量240、300 kg·hm-2處理下，補灌量的增加可增加冬小麥籽粒產量，當補灌超過田間持水量的60%時，冬小麥的增產效應無顯著性變化。

表2 測墑補灌和施氮對冬小麥籽粒產量的影響

括號外不同小寫字母表示不同補灌量間差異在＜0.05水平顯著，括號內不同小寫字母表示不同施氮量間差異在＜0.05水平顯著，*和**分別表示水、氮或水氮交互作用在＜0.05和＜0.01水平顯著。下同

Different small letters after data outside/in brackets mean significant at＜0.05 among different N or W values,* and ** mean significant at＜0.05 and＜0.01, respectively. The same as below

在本試驗條件下，當補灌至土壤田間持水量的60%，施氮量為240 kg·hm-2時冬小麥籽粒產量達到最高產量，為8 104.6 kg·hm-2。

2.2 補灌和施氮對麥田耗水量的影響

由表3可知，不同補灌處理對麥田耗水量的影響達到極顯著性水平（＜0.01），不同施氮處理對麥田耗水量的影響達到顯著性水平（＜0.05），補灌施氮配合對麥田耗水量具有顯著性交互效應（＜0.05）。

主效應補灌處理對麥田耗水量的影響表現為W4補灌處理顯著高于W1、W2、W3處理（＜0.05），但W2、W3處理間無顯著性差異（＞0.05）。說明補灌量的增加可顯著增加總耗水量。主效應施氮處理對麥田耗水量的影響表現為N240＞N180＞N300＞N0，N240處理顯著高于N0、N180、N300處理（＜0.05）。說明施氮可顯著提高麥田總耗水量，但當施氮量超過240 kg·hm-2時麥田總耗水量減少。

同一補灌水平下，在W1水平下，N240、N300處理顯著高于N0、N180處理（＜0.05），但N240和N300處理間差異不顯著（＞0.05）。在W2、W3水平下，隨施氮量的增加麥田總耗水量呈先增加后降低趨勢，表現為N180、N240處理顯著高于N0、N300處理（＜0.05），但N180和N240處理間差異不顯著（＞0.05）。在W4水平下，N240處理顯著高于N0、N300處理（＜0.05）。說明相同補灌水平下，施氮量由0增加至240 kg·hm-2時，麥田總耗水量增加，在增加施氮量到300 kg·hm-2時，麥田總耗水量無顯著性變化。同一施氮水平下，在N0、N180、N240處理，麥田總耗水量均表現為W4處理均顯著高于W1、W2、W3處理（＜0.05），但W2、W3處理間無顯著性差異（＞0.05）。在N300水平下，W3、W4處理均顯著高于W1、W2處理（＜0.05），但W3、W4處理間無顯著性差異（＞0.05）。說明補灌至田間持水量的60%（W2）、70%（W3）較補灌至80%（W4）顯著降低了補灌量，有利于節約灌水而獲得較高產量。

2.3 補灌和施氮對冬小麥水分利用效率的影響

由表4可知，不同補灌處理對冬小麥水分利用效率的影響達到顯著性水平（＜0.05），不同施氮處理對冬小麥水分利用效率的影響達到極顯著性水平（＜0.01），補灌施氮配合處理對冬小麥水分利用效率的交互效應無顯著性變化（＞0.05）。

主效應補灌處理對冬小麥水分利用效率的影響表現為W1、W2處理顯著高于W3、W4處理（＜0.05），但W1、W2處理間無顯著性差異（＞0.05）。說明補灌量的增加顯著降低冬小麥水分利用效率，應控制補灌量至土壤田間持水量的50%—60%時，水分利用效率最高為14.2—14.7 kg·hm-2·mm-1。主效應施氮處理對冬小麥水分利用效率的影響表現為N180、N240處理均顯著高于N0、N300（＜0.05）。但N180、N240處理間無顯著性差異（＞0.05）。說明施氮可顯著提高冬小麥水分利用效率，但需控制氮肥用量在180—240 kg·hm-2，在增加施氮量對冬小麥水分利用效率無顯著性變化。

表3 不同處理對麥田總耗水量的影響

表4 測墑補灌和施氮對冬小麥水分利用效率的影響

同一補灌水平下，隨施氮量增加冬小麥水分利用效率呈先增加后降低趨勢。在W1水平下，N180、N240、N300處理均顯著高于N0處理（＜0.05），N180處理與N240、N300處理間具有顯著性差異（＜0.05）。但N240、N300處理間無顯著性差異（＞0.05）。當補灌至土壤田間持水量的50%時，施氮量為180 kg·hm-2時冬小麥水分利用效率達到最大值為16.3 kg·hm-2·mm-1。在W2、W3水平下，N180、N240及N300處理均顯著高于 N0處理（＜0.05），N180、N240處理間具有顯著性差異（＜0.05），但N240、N300處理間無顯著性差異（＞0.05）。在W4水平下，N240處理冬小麥水分利用效率顯著高于N0、N180、N300（＜0.05）。說明補灌至土壤田間持水量的60%、70%、80%條件下，施氮量為240 kg·hm-2時冬小麥水分利用效率達到最大值。同一施氮水平下，隨補灌量的增加，冬小麥水分利用效率均表現為W2＞W1＞W3＞W4。在 N0、N180水平下，W1、W2處理間無顯著性差異（＞0.05），但顯著高于W3、W4處理，W2補灌處理冬小麥水分利用效率最高。說明在不施氮和施氮量為180 kg·hm-2的處理下，補灌量控制至土壤田間持水量的60%時，水分利用效率最高為12.7—15.7 kg·hm-2·mm-1。在N240水平下，各補灌處理間差異不顯著（＞0.05），W2處理下水分利用效率最高，為15.4 kg·hm-2·mm-1。在N300水平下，W1和W2處理間差異不顯著（＞0.05），但均顯著高于W3、W4處理（＜0.05），W2補灌處理冬小麥水分利用效率最高為14.78 kg·hm-2·mm-1。說明在施氮量為240、300 kg·hm-2的處理下，補灌至土壤田間持水量的60%時，冬小麥水分利用效率最高，分別為15.4、14.8 kg·hm-2·mm-1。

本試驗條件下當補灌至土壤田間持水量的60%，施氮量為240 kg·hm-2時，水氮組合水分利用效率較高，為15.4 kg·hm-2·mm-1，為較優節水節氮組合。

2.4 補灌和施氮對冬小麥氮素利用效率的影響

由表5可知，不同補灌處理對冬小麥氮素利用效率的影響達到顯著性水平（＜0.05），不同施氮處理對冬小麥氮素利用效率的影響達到極顯著性水平（＜0.01），補灌施氮配合對冬小麥氮素利用效率的交互效應無顯著性變化（＞0.05）。

主效應補灌處理對冬小麥氮素利用效率的影響表現為W2、W3處理均顯著高于W1、W4處理（＜0.05），但W2、W3處理間無顯著性差異（＞0.05）。說明補灌至土壤田間持水量的60%、70%為較優補灌用量，冬小麥氮素利用效率達到21.8—22.4 kg·kg-1，在增加補灌量對冬小麥氮素利用效率無顯著性變化。主效應施氮處理對冬小麥氮素利用效率的影響表現為N240＞N180＞N0＞N300，各處理間達到顯著性差異水平（＜0.05），但當施氮量為240 kg·hm-2時，冬小麥氮素利用效率達到最大值，為23.5 kg·kg-1。

同一補灌水平下，冬小麥氮素利用效率表現為隨施氮量的增加而增加，當施氮量為240 kg·hm-2時達到最大值，在施氮量增加到300 kg·hm-2時氮素利用效率無顯著性變化。在W1、W2、W3、W4水平下，各施氮處理均表現為N240＞N180＞N0＞N300，處理間具有顯著性差異水平（＜0.05），但在W3水平下，N0、N300處理間無顯著性差異（＞0.05），各補灌水平下均以施氮量為240 kg·hm-2時冬小麥氮素利用效率最高，為18.0—27.1 kg·kg-1。說明各補灌水平下，應控制施氮量在240 kg·hm-2左右。同一施氮水平下，冬小麥氮素利用效率表現為W2＞W3＞W4＞W1。W1、W2、W3、W4補灌處理間具有顯著性差異（＜0.05），且W2補灌處理顯著高于W1、W3、W4處理（＜0.05）。說明在各施氮水平下補灌至土壤田間持水量的60%時，冬小麥氮素利用效率最高，為16.7—27.1 kg·kg-1。

考慮節約水、肥等因素下，本試驗條件下其水、氮配合處理以W2N240下冬小麥氮素利用效率最高，為27.1 kg·kg-1。

2.5 補灌和施氮對冬小麥氮素干物質生產效率的影響

由表6可知，不同補灌處理對冬小麥氮素干物質生產效率的影響無顯著性變化（＞0.05），不同施氮處理對冬小麥氮素干物質生產效率的影響達到極顯著性水平（＜0.01），補灌施氮配合對冬小麥氮素干物質生產效率的交互效應無顯著性變化（＞0.05）。

表5 測墑補灌和施氮對冬小麥氮素利用效率的影響

表6 測墑補灌和施氮對冬小麥氮素干物質生產效率的影響

主效應補灌處理對冬小麥氮素干物質生產效率表現為W2處理顯著高于W1、W3、W4處理（＜0.05），說明補灌至土壤田間持水量的60%時，冬小麥氮素干物質生產效率達到最大值，為60.1 kg·kg-1。但補灌量超過土壤田間持水量的60%時對冬小麥氮素干物質生產效率無顯著性變化。主效應施氮處理對冬小麥氮素干物質生產效率表現為N240＞N300＞N180＞N0，各處理間差異均達到顯著性水平（＜0.05），但N240處理顯著高于其他處理（＜0.05），說明施氮量為240 kg·hm-2時對冬小麥氮素干物質生產效率的影響效果最顯著，是本試驗條件下最優施氮量。

同一補灌水平下，冬小麥氮素干物質生產效率隨施氮量的增加均表現為N240＞N300＞N180＞N0。在W1水平下，N240、N300處理顯著高于N0、N180處理（＜0.05），但N240、N300處理間無顯著性差異（＞0.05）。說明補灌至土壤田間持水量的50%時，應控制施氮量在240 kg·hm-2時，為最優水氮組合。在W2、W3水平下，各施氮處理間差異均達到顯著性水平（＞0.05），但N240處理顯著高于其他施氮處理（＜0.05）。在W4水平下，N240處理顯著高于N0、N180、N300處理。說明補灌至土壤田間持水量的60%—80%時，應控制施氮量在240 kg·hm-2。同一施氮水平下，在N0水平下，各補灌處理間差異均達到顯著性水平（＜0.05），但W2處理顯著高于其他補灌處理（＜0.05）。在N180、N240水平下，W2、W3處理顯著高于W1、W4處理（＜0.05），但W2、W3處理間無顯著性差異（＞0.05）。在N300水平下，W2處理顯著高于其他補灌處理（＜0.05）。說明在同一施氮水平下，應控制補灌量至土壤田間持水量的60%時冬小麥氮素干物質生產效率最大，同時也節約水資源，為較優補灌用量。

本試驗條件下，當補灌至土壤田間持水量的60%，施氮量為240 kg·hm-2時，水氮組合冬小麥氮素干物質生產效率較高，為70.1 kg·kg-1，為最優節水節氮組合。

3 討論

3.1 測墑補灌、施氮的冬小麥產量

水、氮間存在著明顯的耦合作用，是農業生產中人為可調控的影響因子，對作物產量和生態環境具有重要的影響，因此合理調控水、氮間的耦合機制對農業的可持續發展具有重要的現實意義。劉青林等[9]在甘肅綠洲灌區研究定量灌水與施氮對春小麥生育期耗水規律及產量的影響，結果表明定量灌水處理間對水分利用效率無顯著性作用。當施氮量增加到221 kg·hm-2時冬小麥籽粒產量6 365 kg·hm-2達到最大值，再增加施氮量到300 kg·hm-2時籽粒產量增加無顯著性變化。金修寬等[13]研究拔節期測墑補灌和施氮對冬小麥產量的影響，結果表明補灌和施氮存在一定的臨界值，超過臨界值冬小麥產量無顯著性變化。當施氮量為195 kg·hm-2，補灌量為田間持水量的70%時，冬小麥最高產量達到8 500 kg·hm-2。栗麗等[14]研究灌水與施氮對冬小麥產量及水、氮利用效率的影響，結果表明當灌水0—1 500 m3·hm-2范圍內，冬小麥籽粒產量隨灌水量增加而增加，施氮量小于150 kg·hm-2時，冬小麥產量隨施氮量的增加而增加，當施氮量超過150 kg·hm-2時不再顯著增加，灌水1 500 m3·hm-2，施氮150 kg·hm-2時為最佳水氮組合。本試驗研究結果表明，各施氮水平下，補灌量的增加可增加冬小麥籽粒產量，當補灌量增至土壤田間持水量的60%—80%范圍內時，冬小麥籽粒的增產效應差異無顯著性變化。各補灌水平下，當施氮量超過240 kg·hm-2時籽粒產量無顯著性變化。本試驗條件下當補灌至土壤田間含水量的60%，施氮量為240 kg·hm-2時冬小麥籽粒產量達到最高產量為8 104.6 kg·hm-2。這與劉青林等[9]、金修寬等[13]、栗麗等[14]的研究結論基本一致。其原因可能是施氮和灌水影響冬小麥產量的三要素，SUGR等[26]研究表明施氮量為240 kg·hm-2時冬小麥增產的因素歸因于小麥穗粒數的增加。由于不同試驗研究差異，研究表明[27]在拔節期、開花期各定量灌水60 mm，冬小麥籽粒產量為7 834 kg·hm-2，但對冬小麥千粒重具有重要影響。但也與前人[15-16]研究結論有差異之處，其原因是不同區域環境、降雨、耕作、土壤墑情、土壤基礎肥力的等不同原因所導致。

本試驗僅僅在補灌和施氮處理下對冬小麥籽粒產量進行了初步探討，應需進一步研究補灌和施氮處理對冬小麥產量因子如穗粒數、千粒重、穗數、群體動態、分蘗力的影響，以期全面系統的闡明水、氮對冬小麥產量的影響，從而合理調控水、氮高效利用機制從而獲得更高的產量及水、氮利用效率。

3.2 測墑補灌、施氮的冬小麥水分利用

作物農田耗水來源主要有灌水、降水、土壤貯水三方面，施氮和灌水是影響農田耗水量、水分利用效率、冬小麥產量的重要因素。TILLING[17]研究表明施用氮肥對麥田耗水量有顯著性影響，適宜的灌水量和施氮量存在明顯的耦合效應，合理施氮降低麥田耗水量。粟麗、楊曉亞[18-19]研究表明當施氮量由0增加到270kg·hm-2時，冬小麥日耗水量增加，降雨和灌水量占耗水量的比例降低，土壤供水占耗水量的比例增加。隨灌水量的增加，麥田總耗水量逐漸增加，適當灌溉提高了小麥對降水的利用比例，降低了對灌溉水的利用比例。本試驗研究表明，增加施氮量和補灌量均可顯著增加麥田總耗水量。在相同補灌量下，但當施氮量超過240 kg·hm-2時，在增加施氮量對麥田總耗水量的提高效果不顯著，這與王欣[15]、TILLING[17]研究結論一致。在相同施氮量下，補灌量的增加會顯著增加麥田總耗水量，但當補灌至土壤田間持水量60%（W2）、70%（W3）時較補灌至80%（W4）處理顯著降低補灌量，有利于節約灌水而獲得較高產量。

本試驗未涉及分析土壤貯水和降水耗水量占農田耗水量的比例，及階段、日耗水量，需進一步研究討論土壤貯水和降水對農田耗水量的影響。在本試驗條件下其可能原因是該處理下冬小麥充分利用土壤貯水及土壤自身的供水，降低對補灌量的利用，其具體原因還需進一步研究說明，后期深入完善這方面研究。

李廷亮等[20]研究冬小麥生育期0—1.3 m土層土壤濕度控制在田間持水量的60%—80%，施氮量在150—225 kg·hm-2時，氮肥效果最好，水分利用效率最大。林同保等[21]研究拔節期灌水量為1 050 m3·hm-2時，隨著施氮量的增加，水分利用效率先升后降趨勢。本試驗研究結果表明：相同施氮水平下，補灌量的增加可顯著提高冬小麥水分利用效率，當補灌量增至土壤田間持水量的60%時，冬小麥水分利用效率達到最大值為14.7 kg·hm-2·mm-1。這與李廷亮[20]、ZHANG等[11]研究結果一致。相同補灌水平下，增施氮肥可顯著提高冬小麥水分利用效率，但施氮量不宜超過240 kg·hm-2，否則將導致水分利用效率降低。這與林同保[21]研究結果一致。

3.3 測墑補灌、施氮的冬小麥氮素利用效率

氮素利用效率及其合理用量很大程度上取決于灌水用量。李瑞奇[22]在黃淮海平原區限水灌溉條件下，施氮量為157. 5或240 kg·hm-2時，可獲得較高氮素利用效率。同延安等[23]研究施氮量0—210kg·hm-2范圍內，隨著施氮量增加氮素利用效率增加，當施氮量增加至 315 kg·hm-2氮肥利用效率降低。本研究結果表明，同一補灌水平下，施氮量應控制在240 kg·hm-2時可獲得較高的氮素利用效率為23.5 kg·kg-1，這與前人[22-23]研究結論基本一致。同一施氮處理下，應控制補灌量至土壤田間持水量的60%時，冬小麥氮素利用效率最高為22.4 kg·kg-1。這與呂麗華[24]研究結論一致。但也有研究表明[25]隨著灌水量的增加，土壤水分含量升高，不利于小麥的氮素吸收利用，氮素利用效率降低。與本研究不盡相同，其原因是不同區域不同土壤類型其土壤基礎肥力的差異所導致。

本試驗綜合考慮補灌和施氮對冬小麥產量、總耗水量、水分利用效率,和氮素利用效率的影響，初步推薦在中壤質潮土、冬小麥品種為周麥29、降水量在180 mm左右的相類生態區域適于本研究的測墑補灌至土壤田間持水量的60%和施氮量為240 kg·hm-2，其還需進一步研究補灌和施氮處理對冬小麥產量因子如穗粒數、千粒重、穗數、群體動態、分蘗力、氮素農學效率、氮素回收率的影響，以期全面系統的闡明補灌和施氮在該區域的應用潛力。

4 結論

在本試驗條件下，當施氮量超過240 kg·hm-2時，冬小麥籽粒產量，水分利用效率、氮素利用效率均無顯著性差異。且在施氮量為240 kg·hm-2時，在冬小麥拔節期、開花期補灌至土壤田間持水量的60%時冬小麥籽粒產量，水分利用效率，氮素利用效率均最高。為最優的節水、節氮、高產組合，推薦作為該區域適宜水、氮用量。

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（責任編輯 李云霞）

Effects of Nitrogen Application on Yield, Water and Nitrogen Use Efficiency of Winter Wheat Under Supplemental Irrigation Based on Measured Soil Moisture Content

JIN XiuKuan1,2, MA MaoTing2, ZHAO TongKe2, AN ZhiZhuang2, JIANG LingLing1,2

(1College of Agricultural Resources and Environmental Sciences, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, Hebei;2Institute of Plant Nutrient and Natural Resources, Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Beijing 100097)

【】Supplemental irrigation based on soil moisture content was a newly water-saving approach developed in wheat irrigation in recent years, so the purpose of this paper was to evaluate its application potential in Huang-Huai-Hai plain.【】In this study, a field experiment of supplemental irrigation based on measurement of moisture content was conducted, combining with different level of nitrogen application. The four irrigation treatments were designed in the main plots, and supplemental irrigation was based on measuring soil moisture content of 0-40 cm soil layers at jointing and anthesis stages of winter wheat. The soil moisture reached 50%FC (field capacity) (W1), 60%FC (W2), 70%FC (W3), 80%FC (W4). In the sub-plots, four nitrogen application treatments were applied at 0 (N0), 180(N180), 240(N240), 300(N300) kg N·hm-2. The effects of nitrogen application on yield, water and nitrogen use efficiency in winter wheat under supplemental irrigation based on measured soil moisture content were analyzed.【】(1) Under the equal nitrogen application treatments,the wheat yield increased with higher irrigation content. When the supplemental irrigation reached 60%-80%FC range, there were no significant differences in wheat yield among different treatments. For the same irrigation treatments, wheat yield was reduced when the amount of nitrogen applied exceeded 240 kg N·hm-2. The highest yield (8 104.6 kg·hm-2) of winter wheat was achieved under the N level of 240 kg·hm-2under W2treatment in this experimental study. (2) Increasing the amount of nitrogen, supplement irrigation could significantly increase the total water consumption of wheat. However, the effect of nitrogen application was not significant difference when the nitrogen application exceeded to 240 kg N·hm-2. Supplement irrigation could significantly increase the total water consumption of wheat. When the irrigation reached 60%FC, 70%FC, it significantly reduced the amount of irrigation content compared to the 80%FC, which was beneficial to save irrigation and to achieve higher yields. (3) Under the same nitrogen application treatments, supplement irrigation could significantly increase the water use efficiency of wheat. When the soil moisture reached 60%FC, the highest of water use efficiency was achieved, which was 14.7 kg·hm-2·mm-1. For the same irrigation treatments, increasing nitrogen application could significantly improve the water use efficiency of winter wheat, but the amount of nitrogen application should not exceed 240 kg N·hm-2, otherwise it would decrease the water use efficiency. (4) Under the same nitrogen application treatments, it should control the soil moisture reached 60%FC, and the highest of nitrogen dry matter production efficiency, nitrogen use efficiency were achieved to 60.1 kg·kg-1, 22.4 kg·kg-1, respectively. For the same irrigation treatments, the amount of nitrogen applied should be controlled at 240 kg N·hm-2, and the highest of nitrogen dry matter production efficiency, nitrogen use efficiency were achieved to 63.9 kg·kg-1, 23.5 kg·kg-1, respectively.【】Under the N level of 240 kg·hm-2, when the irrigation content at jointing and anthesis stages of winter wheat reached to 60% of soil field capacity,the grain yield, water use efficiency, nitrogen dry matter production efficiency and nitrogen use efficiency were achieved highest. As a result, this mode of nitrogen and irrigation integration was recommended as the regional suitable level for water and fertilizer application.

supplemental irrigation based onmeasurement of moisture content; winter wheat yield; water, nitrogen use efficiency

2017-07-05；

2017-10-13

國家重點研發計劃（2016YFD0801001, 2016YFD0200103）、農業部農業生態環境保護項目（2110402—201258）

金修寬，E-mail：jinxiukuan@163.com。

趙同科，E-mail：tkzhao@126.com