滴灌水肥次序與氮肥形態對冬小麥產量及氮素利用的影響

摘要：本研究采用柱栽試驗，設3種不同形態氮肥追施，分別為硝態氮肥（硝酸鈉，N）、銨態氮肥（氯化銨，A）和酰胺態氮肥（尿素，U），將滴灌時施肥時間等分為前中后3個時段，設3種滴灌水肥次序：氮-水-水（NW）、水-氮-水（WN）、水-水-氮（WW），共9個處理組合，研究氮肥形態、水肥次序及二者互作對冬小麥產量與氮素利用的影響。結果表明，追施酰胺態氮肥的WN處理0～20、20- 40 cm土層的土壤硝態氮含量均較高，小麥產量及產量構成因子也較高，不同形態氮肥處理小麥產量均表現為U＞N＞A，同一形態氮肥下各水肥次序處理產量則表現為WN＞WW＞NW;追施酰胺態氮肥條件下WN處理千粒重分別較NW、WW顯著高出11.95、10.1%，產量分別顯著高出3.9%、2.85。追施酰胺態氮肥處理的氮素轉運量顯著高于追施銨態氮肥和硝態氮肥處理，平均高出28.6%和23.3%。追施酰胺態氮肥配合WN處理的氮肥偏生產力、氮肥吸收利用率、氮肥生理利用效率和氮肥農學利用效率均較高。同一形態氮肥下，各水肥次序處理間旗葉的谷氨酰氨合成酶（GS）活性均無顯著差異，而同一滴灌水肥次序下不同形態氮肥處理旗葉GS活性大小表現為u＞A＞N；追施硝態氮肥的3個滴灌追肥次序處理小麥旗葉硝酸還原酶（NR）活性均顯著高于追施銨態氮肥處理的。綜上，在本試驗條件下，采用尿素配合水-氮-水的滴灌水肥次序追肥，能夠提高冬小麥千粒重及旗葉GS與NR活性，降低表觀氮損失，從而提高冬小麥產量及氮肥利用效率。

關鍵詞：冬小麥：滴灌；水肥次序；氮肥形態；氮素利用；產量

中圖分類號：S512.11： S275.6 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2025） 03-0108-09

小麥是我國重要的戰略儲備糧，在保障國家糧食安全方面發揮著舉足輕重的作用。小麥生產中過量施用氮肥不僅會導致生產成本增加，還會造成氮素淋失，引起環境污染。因此，突破氮素利用率與小麥產量協同提升的技術瓶頸始終是糧食生產領域亟待攻克的核心課題。

氮素代謝是小麥植株體內基本的物質代謝之一，對小麥產量和品質有重要影響。適量施用氮肥能夠提升小麥氮代謝相關酶活性，從而提高小麥產量。不同形態氮肥對小麥生長發育及產量的影響不同，在總施氮量為210 kg/hm2且基追比為1：2時，硝態氮比酰胺態氮和銨態氮能更顯著地提高強筋冬小麥的產量和品質。不同形態氮肥對小麥的氮素利用也有影響。有研究表明，追施銨態氮肥的小麥氮素利用效率高于追施硝態氮肥。也有研究表明，與追施尿素相比，追施尿素+硝酸銨的處理能顯著提高作物的氮素利用率。關于氮肥形態影響小麥氮素利用的機理，Pratelli等研究認為追施酰胺態氮肥能提高小麥旗葉硝酸還原酶（NR）和籽粒谷氨酰胺合成酶（GS）的活性，促進小麥對氮素的吸收利用。而邢瑤等的研究則認為追施硝態氮肥對GS活性的促進作用最強，銨態氮肥與硝態氮肥混施可以提高小麥NR的活性是氮肥混施促進小麥氮素利用的主要原因。由此可見，目前關于不同形態氮肥對小麥氮素利用和產量形成的研究結果還存在爭議。

隨著小麥種植規模化發展及綠色生產的需要，滴灌小麥面積不斷擴大。但是，目前尚未見在滴灌條件下研究不同形態氮肥追施對小麥氮素利用影響的報道。本研究利用柱栽試驗分析滴灌水肥次序與氮肥形態對冬小麥產量和氮素利用的影響，以期為冬小麥滴灌水肥一體化高效利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況及材料

柱栽試驗于2021年10月-2022年6月在青島農業大學防雨棚內進行。供試土壤取自大田耕層的壤質潮土，土壤pH值為6.2，全氮含量0.93g/kg、堿解氮88.41 mg/kg、速效磷22.28 mg/kg、速效鉀156.56 mg/kg、有機質15.23 mg/kg。供試肥料為氯化銨（N 25.4%）、硝酸鈉（N 16.5%）及尿素（N 46．o%）。供試小麥品種為濟麥22。

1.2 試驗設計與方法

試驗設銨態氮肥（氯化銨，A）、硝態氮肥（硝酸鈉，N）、酰胺態氮肥（尿素，U）3種追肥類型，將滴灌時施肥時間等分為3段，設氮-水-水（N-W-W，NW）、水-氮-水（W-N-W，WN）、水-水-氮（W-W-N，WW）3種滴灌追肥次序，共9個處理組合，分別表示為NNW、NWN、NWW、ANW、AWN、AWW、UNW、UWN、UWW，重復6次，隨機區組排列。

全生育期按照氮肥（N） 22.5 g/m2，磷肥（P2O5）9 g/m2，鉀肥（K2O）9g/m2進行施肥，其中，磷肥和鉀肥全部基施，將復合肥（N：P：K=15：15：15）全部混拌入0-20 cm土層，氮肥基追比為2：3，追肥分別在拔節期和開花期進行（2：1），追施時將氮肥溶于水中，通過自制滴灌裝置施入（滴灌流速為1.5 L/h）。

栽植容器為直徑25 cm、高80 cm的白色PVC管，將其下部端口用塑料薄膜封住，防止澆水時漏出。每柱裝土43 kg，出苗一周后，每柱保留20株長勢一致的麥苗。試驗期間植株出現受旱跡象時滴灌澆水1L，整個小麥生育期共澆水15 11柱（含溶解氮肥的用水量）。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 葉片酶活性測定

小麥開花期追肥后7d，選取長勢均勻一致的健康旗葉，利用紫外可見分光光度計（安捷倫Cary60，美國）測定葉片GS和NR活性。

1.3.2 籽粒產量及其構成因子測定

于小麥完熟期取樣調查穗數、穗粒數、千粒重和籽粒產量。

1.3.3

氮素利用效率的相關指標測定與計算

分別于開花期和成熟期選取10株完整小麥植株，按莖、葉、籽粒和穎殼分開，放入烘箱中80℃烘干至恒重，稱重后計算各器官干物質積累量；分別于播種時、開花期和收獲期，用內徑50 mm的土鉆取土柱0～20、20-40 cm土層土壤。將取出的土樣放入低溫冰箱中，待測。測定時，將土樣磨碎過篩，用1 mol/L的KCl溶液浸提，振蕩，然后將上清液過濾，用于測定土壤含氮量。植株氮素含量及土壤含氮量均采用AA3連續流動分析儀（SEAL，德國）測定。按照以下公式計算氮素利用效率的相關指標值。

氮素轉運量（kg/hm2）=開花期植株氮素積累量—成熟期營養器官氮素積累量：

氮素轉運效率（%）=營養器官氮素轉運量／開花期營養器官氮素累積量×100：

氮素收獲指數（%）=成熟期籽粒氮素積累量／成熟期地上部氮素積累量×100：

氮肥農學利用率（NAE，kg/kg）=（施氮處理籽粒產量-不施氮處理籽粒產量）／施氮量：

氮肥偏生產力（NPFP，kg/kg）=施氮處理籽粒產量／施氮量：

氮肥生理利用效率（NUTE，kg/kg）=（施氮處理籽粒產量-不施氮處理籽粒產量）／（施氮處理地上部氮積累量-不施氮處理地上部氮積累量）；

氮肥吸收利用率（NRE，%）=（施氮處理地上部氮素積累量-不施氮處理地上部氮素積累量）／施氮量×100：

表觀氮損失量（kg/hm2）=氮投入量（施氮量+播前0～40 cm土壤無機氮量）-氮輸出量（作物氮吸收量+0～40 cm土壤殘留氮量）。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2010整理數據及作圖，用SPSS 25.0軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 滴灌水肥次序和氮肥形態對土壤硝態氮和銨態氮含量的影響

由表1可知，氮肥形態、水肥次序及二者互作對成熟期小麥0～20 cm土層硝態氮和20～40 cm土層土壤銨態氮含量均存在極顯著影響，氮肥形態對0～20 cm土層銨態氮和20～40 cm土層硝態氮含量存在極顯著影響，二者互作對20-40 cm土層硝態氮含量存在顯著影響。

由圖1A可以看出，20～40 cm土層各處理土壤硝態氮含量均高于0～20 cm土層，且在酰胺態氮肥處理下的硝態氮含量較高。0～20 cm土層中，酰胺態氮肥處理下不同水肥次序處理間土壤硝態氮含量差異顯著，其中UWN處理土壤硝態氮含量最高，較UNW高出89. 1%。20-40 cm土層中，銨態氮肥處理的土壤硝態氮含量低于硝態氮肥和酰胺態氮肥處理，其中AWN處理的土壤硝態氮含量最低，較UWW顯著降低38.1%。

由圖1B可以看出，0～20、20～40 cm土層中，施用銨態氮肥處理的土壤銨態氮含量較高，其中AWW處理的土壤銨態氮含量均顯著高于其他氮肥形態處理。

2.2 滴灌水肥次序和氮肥形態對小麥產量及其構成因子的影響

由表2看出，氮肥形態和滴灌水肥次序對小麥產量均有極顯著影響，穗數、穗粒數與千粒重受氮肥形態影響顯著或極顯著，穗粒數受水肥次序影響極顯著，氮肥形態與水肥次序的交互作用對千粒重存在極顯著影響。

由表2還可以看出，同一水肥次序處理下，不同形態氮肥處理間小麥穗數均表現為酰胺態氮肥處理＞硝態氮肥處理＞銨態氮肥處理，其中UWW處理的穗數最多，較AWW處理高出9.3%，且差異顯著；UWN處理的穗粒數及千粒重均最高，其中穗粒數較ANW顯著高出55.6%，千粒重較AWN、UNW、UWW處理分別顯著高出19. 9%、11.9%、10.1%。不同形態氮肥處理間產量存在顯著差異，表現為酰胺態氮肥處理最高，銨態氮肥處理最低，其中UWN處理的產量顯著高于其他處理，比NWN和AWN分別高出5.0%和8.2%。在同一形態氮肥處理中，不同水肥次序處理間的產量存在著顯著差異，表現為WN＞WW＞NW，即以水-氮-水處理的產量最高。而UWN處理的產量較UNW、UWW處理分別高出3.9%、2.8%。

2.3 滴灌水肥次序和氮肥形態對冬小麥氮素轉運的影響

由表3看出，氮肥形態對冬小麥營養器官氮素轉運量、氮素轉運效率和氮素收獲指數均存在極顯著影響，而水肥次序及氮肥形態與水肥次序的互作效應僅對氮素轉運效率存在極顯著影響。

由表3可知，不同形態氮肥處理間冬小麥營養器官的氮素轉運量存在顯著差異，追施尿素處理的營養器官氮素轉運量平均較追施硝態氮肥和銨態氮肥處理的高出28. 6%、23. 3%，硝態氮肥和銨態氮肥處理下的氮素轉運量基本無顯著差異。銨態氮肥處理的氮素轉運效率較高，且不同水肥次序處理之間無顯著差異，但顯著高于其他形態氮肥處理。酰胺態氮肥處理的氮素收獲指數較高，且不同水肥次序處理之間無顯著差異，但均顯著高于追施硝態氮肥的各處理。

2.4 滴灌水肥次序和氮肥形態對冬小麥氮素利用的影響

表4顯示，氮肥形態和滴灌水肥次序對冬小麥的氮素利用均存在極顯著影響，氮肥形態與水肥次序的交互作用對NRE、NUTE和NAE均存在極顯著影響。

由表4可以看出，酰胺態氮肥處理的NAE顯著高于銨態氮肥和硝態氮肥處理，且UWN處理的NRE和NAE均顯著高于其他處理。NWW與UWN處理的NUTE顯著高于除UWW外的其他處理，而Nww與UWN處理間無顯著差異。在酰胺態氮肥處理下，UWN處理的NRE較UNW、UWW處理高5.8%、19.3%；NAE高25. 4%、16.7%。同一形態氮肥處理下，WN處理的NRE和NAE高于其他兩種水肥次序。同一水肥次序處理下，UWN處理的NRE較NWN、AWN處理分別高38.0%、54.7%，NAE分別高33.3%、64.7%，且差異顯著。

2.5 滴灌水肥次序和氮肥形態對谷氨酰胺合成酶和硝酸還原酶活性的影響

由表5看出，氮肥形態對冬小麥GS和NR活性存在極顯著影響：水肥次序、氮肥形態與水肥次序的交互作用對GS和NR活性均無顯著影響。

由圖2A可以看出，不同形態氮肥處理下，酰胺態氮肥處理的GS活性較高，其中UWW處理的冬小麥旗葉GS活性最高，NNW處理的GS活性最低。同一氮肥形態下，WW處理的GS活性較高，且在同一水肥次序處理下，GS活性均表現為U＞A＞N，其中UWW處理GS活性分別較Nww、Aww高13.9%、5.9%，且與Nww差異顯著。

由圖2B可知，同一形態氮肥處理下，不同水肥次序處理間的NR活性無顯著差異。硝態氮肥處理的NR活性平均值較銨態氮肥處理高28.1%，其中，Nww處理的NR活性較Aww處理高41.3%，且差異顯著。

2.6 滴灌水肥次序和氮肥形態對表觀氮損失量的影響

氮肥形態、水肥次序以及二者的互作效應對冬小麥生育期內表觀氮損失量均存在極顯著影響（表6）。

由圖3可知，硝態氮肥處理下，NNW處理的表觀氮損失量較高，NWN處理的較低，且二者差異顯著。銨態氮肥處理下，Aww處理的表觀氮損失量顯著高于ANW和AWN。酰胺態氮肥處理下的表觀氮損失量顯著低于其他形態氮肥處理，且UWW處理顯著高于UNW和UWN。水肥次序為W-W-N和W-N-W處理下不同形態氮肥的表觀氮損失量大小均表現為銨態氮肥＞硝態氮肥＞酰胺態氮肥。

2.7 各指標間的相關性分析

由表7可知，產量和產量構成因子的相關性強弱表現為穗粒數＞穗數＞千粒重，產量與GS活性、NR活性、氮素轉運效率、NPFP、NRE、NAE和土壤硝態氮含量均呈極顯著正相關，而產量與表觀氮損失量和土壤銨態氮呈極顯著負相關：GS活性與氮素轉運效率、表觀氮損失量、NPFP、NAE和NUTE均呈極顯著正相關，與NRE呈顯著正相關：NR活性與土壤硝態氮呈極顯著正相關，而與表觀氮損失量和土壤銨態氮呈極顯著負相關：氮素轉運效率與NPFP、NRE、NUTE和NAE均呈極顯著正相關，而與表觀氮損失量呈極顯著負相關：表觀氮損失量與NPFP、NRE、NAE及土壤硝態氮呈顯著或極顯著負相關，而與土壤銨態氮呈極顯著正相關；NPFP與NRE、NUTE、NAE均呈極顯著正相關：NRE與NAE呈極顯著正相關而與土壤銨態氮呈極顯著負相關；NUTE與NAE呈極顯著正相關；土壤硝態氮與土壤銨態氮呈極顯著負相關。

3 討論

3.1 滴灌水肥次序和氮肥形態對土壤氮素的影響

土壤氮素含量與小麥產量密切相關，氮肥施入土壤后經過硝化和脲酶作用轉化為硝態氮和銨態氮是作物吸收利用氮素的主要方式，因此土壤硝態氮和銨態氮含量可作為氮肥施用響應的重要指標。土壤中NO3 -N最易發生淋溶損失，其次是NH+4 -N，這是由于NH+4 -N易被礦物晶格和土壤膠體吸附，而NO-3 -N難以被土壤膠體吸附，運移能力強。有學者研究發現，適量氮肥配合高頻次滴灌使根區0- 40 cm土層土壤硝態氮含量維持在相對適宜水平，40～80 cm土層土壤硝態氮含量相對較低。本研究中，小麥收獲期土壤硝態氮含量在20-40 cm土層中含量較高，其中追施尿素的W-W-N處理土壤硝態氮含量最高，可能是因為施氮時間后移，硝態氮隨水分運移滯留在淺層土壤。銨態氮肥處理在0- 40 cm土層中土壤銨態氮含量較高，酰胺態氮肥處理的土壤銨態氮含量略低于其他兩種形態氮肥處理。不同形態氮肥處理之間土壤硝態氮與銨態氮含量不同，可能是因為銨態氮會在土壤中通過硝化作用轉化為硝態氮。

3.2 滴灌水肥次序和氮肥形態對冬小麥產量的影響

不同形態氮肥對小麥的增產效果不同，有研究表明施用硝態氮肥會增加小麥的穗數與穗粒數，提高小麥產量，而追施尿素的產量最低。也有研究表明追施酰胺態氮肥后中筋小麥的產量、干物質、氮素積累量、氮效率及產量等指標均優于追施硝態氮肥和銨態氮肥的。本研究中，追施酰胺態氮肥的小麥產量顯著高于追施硝態氮肥與銨態氮肥，且穗數、穗粒數和千粒重受氮肥形態影響顯著，表現為酰胺態氮肥處理的穗數與穗粒數高于硝態氮肥處理。這與Wang等的研究結果相似，他們認為氮肥形態主要影響單位面積穗數和千粒重，導致產量差異顯著，施用不同形態氮肥會影響小麥的分蘗，分蘗數直接決定穗數，進而影響小麥產量。本研究相關性分析結果顯示，產量與穗粒數的相關性最強（穗粒數＞穗數＞千粒重），這與不同氮肥形態對產量構成因子的影響一致。郎漫等研究表明，追肥時天氣變暖，土壤溫度升高，酰胺態氮肥轉化為有效態氮素的速度增快，為小麥的生長發育提供了足夠的氮素，從而影響小麥產量。

本研究中，氮肥形態對冬小麥產量的影響較水肥次序更顯著，水肥次序W-N-W處理的小麥產量高于N-W-W、W-W-N處理，且對穗粒數有顯著影響。Sun等的研究結果也表明，在灌水中期施肥可以有效提高冬小麥的穗粒數和千粒重。這可能是因為不同水肥次序處理可以將氮素輸送到不同深度土層，且W-N-W處理提高了氮素轉運效率，促進了根系對氮素的吸收，從而提高了產量。相關性分析結果也支持這一結論，產量與氮素轉運效率呈極顯著正相關。

3.3 滴灌水肥次序和氮肥形態對冬小麥氮素利用的影響

植物對氮素的選擇和吸收利用會受到自身種類、生育時期、土壤特性等因素的影響。氮肥利用效率受植物從土壤中吸收氮和植物利用體內氮效率的影響，在一定條件下，供氮可以提高氮素利用效率，減少肥料用量，提高作物產量，而氮肥的不合理施用，會導致土壤中硝態氮的淋溶，進而導致作物對氮素的吸收下降。本研究相關性分析結果顯示，產量與氮素轉運效率、NPFP、NRE、NAE等氮素利用指標均呈極顯著正相關，而與表觀氮損失量呈極顯著負相關，表明氮素的高效利用對產量提升至關重要。Cui等研究發現，不同形態氮肥對小麥氮素利用率有顯著影響，且酰胺態氮與硝態氮1：1混施下小麥產量和氮素利用率較高。本研究中，氮肥形態對氮肥偏生產力、氮肥生理利用效率和氮肥吸收利用率的影響大于水肥次序的影響，且追施酰胺態氮肥處理對上述指標的影響更顯著，而氮肥農學利用效率受水肥次序的影響較大。有研究表明，植物吸收利用的氮肥形態主要是硝態氮，而硝態氮受到灌水或降水的影響會不斷下移。Sun等的研究結果表明，水肥次序對小麥的氮素利用有顯著影響，將施肥時間推遲后，小麥的氮素利用得到了提高。本試驗結果表明，同一形態氮肥處理下氮肥利用效率在水肥次序W-N-W處理下最高，其中UWN處理最高。這可能是因為追肥時作物對養分的需求增加，而酰胺態氮肥肥效持久，增加了植株的氮素吸收轉運，滿足了作物生長發育所需，提高了氮肥利用效率。

3.4 滴灌水肥次序和氮肥形態對冬小麥GS與NR活性的影響

高等植物在初級同化過程中，氮合成氨基酸、蛋白質和其他含氮化合物后轉化為谷氨酰胺和谷氨酸，GS與NR在這個過程中起著重要作用。GS活性的高低直接影響植物氮的同化與再循環能力。本研究相關性分析結果顯示，GS活性與氮素轉運效率、NPFP、NUTE、NAE等指標呈極顯著正相關，表明GS活性在氮素同化和利用中起關鍵作用。NR對植株氮代謝的強弱起關鍵的調控作用，對農作物產量與品質有重要影響。本研究相關性分析還顯示，NR活性與土壤硝態氮呈極顯著正相關，而與表觀氮損失量和土壤銨態氮呈極顯著負相關，表明NR活性與土壤中硝態氮的有效性密切相關。

有研究表明，GS活性受到氮肥類型和濃度、作物生育時期、土壤pH值等因素的影響，其中氮肥形態的影響較大。本研究中，氮肥形態對冬小麥旗葉GS與NR活性的影響大于水肥次序的影響。Li等研究發現，銨態氮對小麥旗葉GS活性的影響優于硝態氮，而本試驗結果中追施銨態氮肥與硝態氮肥對GS活性的影響差異并不顯著，這可能是因為土壤中氮素濃度差異較小，從而使得GS活性差異不顯著。本試驗結果表明，酰胺態氮肥處理的旗葉GS活性優于硝態氮和銨態氮肥處理，這與Lyu等的研究結果相似，他們也認為追施酰胺態氮對提高GS活性的影響優于追施硝態氮和銨態氮。本試驗中，酰胺態氮肥處理的小麥旗葉GS活性較高的原因可能與尿素的轉化有關，尿素施入土壤后持續轉化為小麥可吸收的有效氮，因而GS活性也隨之增強，這與張露等在水稻上的研究結果相似。

有研究發現，旗葉NR活性與施氮量密切相關，隨著施氮量的增加旗葉NR活性升高，但當氮肥達到一定用量時，旗葉NR活性開始下降。且付帥等的研究發現，單施硝態氮及其與銨態氮組合處理下的冬小麥旗葉NR活性顯著提高，而單施銨態氮處理下沒有明顯變化。本研究中，水肥次序對旗葉NR活性沒有顯著影響，氮肥形態對旗葉NR活性的影響較大，其中，硝態氮肥處理下的旗葉NR活性較高，而銨態氮肥處理的較低，這可能是因為硝態氮肥施入后增加了小麥可吸收的硝態氮，提高了NO3-的濃度，從而提高了旗葉硝酸還原酶活性。

4 結論

追肥水肥次序和氮肥形態對冬小麥的生長發育有顯著影響，滴灌追施酰胺態氮肥更有利于冬小麥的氮素吸收及其生長發育。其中，采用水-肥-水的滴灌次序追施尿素（UWN）可以更有利于促進旗葉氮素轉化，減少氮素損失，獲得較高的氮素利用率和小麥籽粒產量。

基金項目：國家重點研發計劃科技型中小企業項目（2023YFD2303200）；山東省重點研發計劃（重大科技創新工程）項目 （2022LZGC005 -4）；山東省自然科學基金項目（ZR2022QC081）