氮肥對黃淮冬麥區旱地小麥耗水及產量的影響

王穩江

(楊凌職業技術學院， 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，其產量直接影響糧食安全，對于廣大北方地區尤其重要。在小麥種植過程中不僅受水熱等條件的制約，還受養分及施肥等的制約[1-3]。陜西是典型的旱作麥區，全年70%的降雨集中在8月前后，加之大量水分蒸發，導致小麥產量較低[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分，進而形成更多的有效分蘗，對提升產量尤為關鍵[5]。探究氮肥對旱地小麥土壤耗水及其產量影響，對黃土丘陵旱作區小麥產量提升具有重要的現實意義?！厩叭搜芯窟M展】播期播量的控制在小麥種植過程中起著關鍵性作用，對其產量的制約效應突出。早播小麥由于在冬前分蘗旺盛，形成的群體較大，但是易產生早衰問題，晚播小麥形成的群體較小，難以形成較高的產量[6]。因此，合理控制播期播量，能夠更好地協調其個體與群體的關系，進而促進其產量的提升[7]。吳金芝等[8]報道了耕作方式和氮肥用量對旱地小麥產量、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]報道，合理的氮肥施用和水分條件控制能夠有效促進作物產量的提升和土壤的貯水能力[10-11]。LPEZ-BELLIDO等[12]研究發現，氮肥60 kg/hm2且雨水較充足條件下，地中海地區作物的籽粒產量提升。黃土高原南部旱地氮肥為80 kg/hm2時小麥增產幅度最大[13]。薛澄等[14]研究表明，渭北旱塬區氮肥為120 kg/hm2的小麥產量與傳統氮肥施用量180 kg/hm2差異不顯著，但水分利用效率提高?！狙芯壳腥朦c】不同地區旱地小麥氮肥適宜施用量不同，鮮見不同氮肥施用量對黃淮冬麥區旱地小麥土壤耗水及產量的影響。【擬解決的關鍵問題】探明不同氮肥施用量對黃淮冬麥區旱地小麥土壤耗水及產量的影響，以期為其小麥生產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018-2020年在西北農林科技大學北校區試驗地進行，該區域為黃土丘陵旱地，無灌溉條件，土壤有機質含量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 小麥品種為濟麥22，購于陜西省農業科學院。

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

1.3 方法

1.3.1 試驗設計 采用隨機區組試驗方法，小區面積30 m2(5 m×6 m)，小區間設2 m間隔。根據氮素施用量不同共設4個處理：對照(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，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，試驗樣地采用當地常規大田管理方法進行。

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，對于所取樣品稱重后置于鋁盒備用，之后進行110℃烘干處理，冷卻后稱重，計算土壤含水量。采用MVC-小型蒸發器于各生育期連續7 d測定不同時期小麥植株間蒸發量。在測量過程中需要將蒸發器垂直插入土層，采用電子稱測量后放回原位置，第2天再次測量，對連續2 d的差值計算即得到其蒸發量，精度要求0.01 g。成熟期調查產量構成要素(籽粒產量、平均穗粒數及千粒重)，每個小區收割2 m2計算實際產量。所有指標結果均以3年平均值計。

1.4 數據處理與分析

采取Excel 2007和SPSS 22.0對數據進行處理與分析。

2 結果與分析

2.1 不同氮肥施用量小麥對水分的利用效率

從表1可知，不同處理小麥各生育時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期的水分利用效率

2.2 不同氮肥施用量小麥各生育時期的耗水量

從表2看出，不同處理小麥各生育時期耗水量的變化。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，在抽穗期達最大。

表2 不同氮肥施用量小麥各生育時期的耗水量

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各土層土壤貯水的消耗量

從表4看出，不同處理小麥對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量構成與氮肥利用效率

從表5可知，不同處理小麥穗數、千粒重、籽粒產量、生物產量和氮肥利用效率的變化。小麥穗數、千粒重、籽粒產量和生物產量：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量構成與氮肥生產效率

3 討論

關于氮肥對旱地小麥水氮效應的研究多集中于黃土高原旱塬區，該區域全年降水量440～710 mm，季節性分布不均，小麥生育期降水量100～210 mm[11]。袁浩等[15]通過連續觀測試驗發現，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，氮肥對產量、耗水系數和肥料利用效率的影響達極顯著水平,水氮之間的交互效應達極顯著水平，拔節至成熟期土壤相對含水量65%～70%的條件下，小麥獲得高產的同時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，短時水分利用效率提高。采用隨機區組試驗方法連續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)〕對黃淮冬麥區旱地小麥耗水量及產量影響。結果表明，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、千粒重、籽粒產量、生物產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，當氮肥逐漸增加時，土壤相對穩定層下移至100 cm土層，能夠促進小麥對深層土壤水分的吸收利用，即使氮肥施用量增加時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深層土壤水分的吸收；施氮可顯著提高小麥分蘗數和單株葉面積，增加地表覆蓋度，減少株間蒸發量。MIRANZADEH等[17]研究表明，在第2個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時獲得較高的產量和水分利用效率。HALVORSON等[18]報道，受年份條件差異的制約，氮肥對小麥產量的影響較大，以84 kg/hm2最高。謝英荷等[19]研究發現，127 kg/hm2和165 kg/hm2的氮肥更有利于晉南旱地小麥的生長發育。王兵等[20]報道，黃土高原南部小麥種植區施用45 kg/hm2氮肥對小麥種植區的小麥生長尤為有利。

4 結論

黃淮冬麥區旱地小麥施用氮肥可增加土壤的含水量，提高其水分利用效率，并有效促進籽粒產量的提升，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、千粒重、籽粒產量、生物產量和氮肥利用效率均最高。