任愛霞，孫敏，高志強，王培如，薛建福，薛玲珠，雷妙妙

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夏閑期覆蓋配施氮肥對旱地小麥土壤水分及氮素利用的影響

任愛霞，孫敏，高志強，王培如，薛建福，薛玲珠，雷妙妙

（山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，山西太谷 030801）

【目的】針對黃土高原旱地小麥降水少且分配不均、水分和氮素利用效率低的問題，探索旱地小麥覆蓋保水和氮肥施用的最佳技術(shù)途徑。【方法】于2010—2013年在山西省聞喜縣邱家?guī)X村開展試驗，主區(qū)為覆蓋方式，設(shè)夏閑期深翻后覆蓋與不覆蓋2個水平，副區(qū)為施氮量，設(shè)低（純氮75 kg·hm-2）、中（純氮150 kg·hm-2）、高（純氮225 kg·hm-2）3個水平，明確年際間夏閑期深翻覆蓋配施氮肥對旱地麥田土壤水分、植株氮素利用、產(chǎn)量的影響?！窘Y(jié)果】各生育時期土壤水分、植株氮素積累量、花前氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒的貢獻率均以豐水年最高，欠水年最低，豐水年、平水年較欠水年分別提高產(chǎn)量80%、69%，提高水分利用效率7%、20%，提高氮素利用效率6%、5%。夏閑期覆蓋較不覆蓋，播種期0—300 cm土壤蓄水量顯著提高，達50—62 mm；花前各生育時期土壤蓄水量顯著提高，各生育時期植株氮素積累量提高，籽粒氮素積累量顯著提高；豐水年和平水年拔節(jié)后各階段氮素積累量顯著提高，花前葉片和穗氮素轉(zhuǎn)運量對籽粒貢獻率提高；欠水年花前各階段氮素積累量及其所占比例提高，花前莖稈+莖鞘氮素轉(zhuǎn)運量對籽粒貢獻率顯著提高；產(chǎn)量顯著提高，達23%—41%；水分利用效率提高3%—15%；豐水年和平水年氮素利用效率顯著提高，達14%—26%，欠水年低氮條件下也顯著提高，達10%。豐水年配施高氮，平水年和覆蓋條件下的欠水年配施中氮，不覆蓋條件下的欠水年配施低氮，孕穗期前土壤蓄水量、產(chǎn)量和水分利用效率均較高。豐水年配施高氮，花前氮素轉(zhuǎn)運量和花后氮素積累量均最高，且各處理間差異顯著，主要是由于促進花前葉片和穗中氮素向籽粒轉(zhuǎn)運；平水年和覆蓋條件下的欠水年配施中氮，花前氮素轉(zhuǎn)運量和籽粒氮素積累量最高，且各處理間差異顯著，平水年主要促進葉片和穗中氮素向籽粒轉(zhuǎn)運，穗＞葉片，覆蓋條件下的欠水年主要促進莖稈+莖鞘和穗中氮素向籽粒中轉(zhuǎn)運，莖稈+莖鞘＞穗；不覆蓋條件下的欠水年配施低氮，籽粒氮素積累量最高，且各處理間差異顯著，花前氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒貢獻率最高，莖稈+莖鞘和穗氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒貢獻率最高，且各處理間差異顯著?！窘Y(jié)論】旱地麥田夏閑期覆蓋有利于蓄積降水，有利于促進豐水年和平水年小麥生育中后期氮素積累，促進葉片和穗中氮素向籽粒轉(zhuǎn)運；有利于促進欠水年生育前中期氮素積累，促進莖稈+莖鞘中氮素向籽粒轉(zhuǎn)運。豐水年施氮225 kg·hm-2，平水年和覆蓋條件下的欠水年施氮150 kg·hm-2，不覆蓋條件下的欠水年施氮量75 kg·hm-2可實現(xiàn)產(chǎn)量和水分利用效率的同步提升。

旱地小麥；夏閑期覆蓋；氮肥；土壤水分；植株氮素利用；產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】黃土高原旱作麥區(qū)夏閑期是土壤水分恢復(fù)的關(guān)鍵時期，最大限度的蓄積此期的自然降水可改善底墑，這對旱地小麥生產(chǎn)非常重要，有研究表明產(chǎn)量的47%來自于播前底墑[1]，這已被旱作栽培工作者重視，在旱地麥田夏閑期采用耕作或覆蓋方式研究其蓄水保墑效果，且已取得較大進展?！厩叭搜芯窟M展】Plaza-Bonilla等[2]、Lipiec等[3]研究表明，耕作可改善土壤結(jié)構(gòu)，使土壤孔隙系統(tǒng)具有較高的低活性孔隙度，提高了土壤的吸收和儲水能力；王小彬等[4]研究表明，旱地麥田夏閑期深松可提高夏閑末期0—180 cm土壤蓄水量9—24 mm，提高產(chǎn)量8%；Zhao等[5]研究表明，旱地麥田夏閑期深翻提高播前0—300 cm土壤蓄水量17 %，提高產(chǎn)量28%。為最大限度利用夏閑期降水，前人的研究不僅在耕作蓄積降水方面有了發(fā)現(xiàn)，在覆蓋保水方面也有較大進展。劉爽等[6]研究表明，豫西旱作麥田夏閑期深松后采用秸稈覆蓋提高了播前含水量1個百分點，提高產(chǎn)量11%，提高水分利用效率5%；鄭國璋等[7]研究表明，晉南旱作麥田夏閑期深翻后平覆蓋和壟覆蓋較不覆蓋可分別提高播前土壤蓄水量27 mm、39 mm，產(chǎn)量11%、29%，水分利用效率2%、15%?？梢姡拈e期耕作蓄水和覆蓋保水均有利于提高底墑，有利于提高旱地小麥產(chǎn)量和水分利用效率。氮素是作物生長所必需的礦質(zhì)元素，與水分之間存在明顯的交互作用。Jing等[8]、Drinkwater等[9]研究表明，適當灌溉條件下，在一定施氮量范圍內(nèi)，冬小麥籽粒產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，但過量施氮會降低增產(chǎn)效果和氮肥利用效率；寧東峰[10]研究表明，黃淮海地區(qū)施氮量0—240 kg·hm-2時，冬小麥產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，但超過240 kg·hm-2產(chǎn)量反而略有降低。而旱地小麥氮肥對產(chǎn)量影響受土壤水分的調(diào)節(jié)效應(yīng)更明顯。戴健等[11]研究表明，在陜西渭北旱塬長期進行氮肥定位研究，建議施氮量控制為146—163 kg·hm-2，能保證旱地小麥高產(chǎn)。李廷亮等[12]研究還表明，晉南地區(qū)施氮量0—180 kg·hm-2，增加施氮量小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)增加，產(chǎn)量和氮素利用效率提高，但施氮量超過180 kg·hm-2，只促進莖葉生長，對籽粒產(chǎn)量無顯著貢獻，氮素利用效率也降低；黨廷輝等[13]研究表明，豐水年、平水年氮肥增產(chǎn)效果極為顯著，應(yīng)增加施用量，干旱年氮肥的效果受到抑制，應(yīng)減少施用量；沈新磊等[14]、孟曉瑜等[15]的研究表明，豐水年增加施氮量對下年度底墑無明顯影響，而欠水年增加施氮量則顯著降低下年度底墑?！颈狙芯壳腥朦c】制約旱地小麥產(chǎn)量提升的主要限制因子是土壤水分，而當在充分蓄保夏閑期降水，提高土壤底墑的前提下，氮肥就成為限制產(chǎn)量進一步提升的關(guān)鍵因素，前人圍繞旱作麥田因降水定量施用施氮量的產(chǎn)量效果研究較多，但其中的水、氮素利用機理還鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究于2010—2013年連續(xù)3年在山西聞喜縣邱家?guī)X村開展旱地麥田夏閑期深翻后覆蓋的蓄水保墑技術(shù)研究，并在此基礎(chǔ)上，研究不同施氮量對不同降水年型旱地麥田土壤水分、植株氮素吸收轉(zhuǎn)運、產(chǎn)量和水氮利用效率的影響，試圖確定不同降水年型旱作麥田高產(chǎn)高效的最佳蓄水保墑技術(shù)及最佳施氮量，為黃土高原旱作麥區(qū)高產(chǎn)栽培提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗于2010—2013年度在山西省聞喜縣邱家?guī)X村旱地小麥試驗基地進行，試驗點位于黃土高原半干旱地區(qū)東塬，海拔450—700 m，東經(jīng)110°15′—112°04′，北緯34°35′—35°49′，屬于暖溫帶大陸性季風氣候，年均降水量450—630 mm，光熱資源豐富，年均氣溫11—13℃，無霜期190—230 d左右，年日照數(shù)2 200—2 500 h，太陽總輻射量502—523 KJ·cm-2。試驗田為丘陵旱地，無灌溉條件，種植模式為一年種植一茬，夏季休閑。2010年6月18日、2011年6月10日、2012年6月10日測定0—20 cm土層土壤肥力，其中有機質(zhì)含量分別為8.57、8.72、8.88 g·kg-1，全氮含量分別為0.65、0.78、0.61 g·kg-1，堿解氮含量分別為32.83、40.12、38.62 mg·kg-1，速效磷含量分別為20.11、19.87、14.61 mg·kg-1。

采用國內(nèi)較常用的降水年型劃分標準[16]劃分降水年型。表1為試驗點2010—2013年降水情況，2010—2011年度總降水量為553 mm，略高于年均降水量，屬平水年，其中休閑期降水占全年75%；2011—2012年度總降水量為662 mm，高于年均降水量35%，屬豐水年，其中休閑期降水占全年68%，播種—越冬占全年19%，且較此階段平均降水量高98%；2012—2013年度總降水量為356 mm，低于年均降水量38%，屬欠水年，其中休閑期降水占全年50%，開花—成熟占全年28%，且較此階段平均降水量高56%。

表1 試驗點全年降水量及其分布

數(shù)據(jù)由山西省聞喜縣氣象站提供

Data were provided by the Meteorological Observation Station of Wenxi county, Shanxi province, China

1.2 田間試驗設(shè)計

試驗品種為運旱20410。采用二因素裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為休閑期覆蓋方式，設(shè)夏季深翻后覆蓋（M）與不覆蓋（NM）2個水平；副區(qū)為施氮量，設(shè)低氮（75 kg·hm-2，LN），中氮（150 kg·hm-2，MN），高氮（225 kg·hm-2，HN）3個水平，共6個處理，重復(fù)3次，小區(qū)面積30 m2（3 m×10 m）。前茬小麥收獲時留高茬（茬高20—30 cm），7月上旬撒施生物有機肥1 500 kg·hm-2，并進行深翻（深度為25—30 cm），將麥茬秸稈、有機肥全部翻埋于土壤中，耙平后用滲水地膜（山西省農(nóng)業(yè)科學院研制，具有微通透結(jié)構(gòu)，能滲水、透氣，聚乙烯塑料地膜，厚度為0.008 mm，用法同普通地膜）將地面全部覆蓋。2010—2013年耕作處理時間分別為2010年7月15日，2011年7月10日，2012年7月15日。8月底（2010年8月28日，2011年8月25日，2012年8月25日）進行揭膜、旋耕、耙耱，9月底或10月初播種（2010年9月29日，2011年10月1日，2012年10月1日），播前按試驗設(shè)計將氮肥（尿素，46%N）均勻撒入相應(yīng)小區(qū)，同時每小區(qū)撒入純磷肥（過磷酸鈣，16%P2O5）、純鉀肥（氯化鉀，52%K2O）各150 kg·hm-2，旋耕后機械條播，行距20 cm，基本苗225×104株/hm2，常規(guī)管理。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤蓄水量 于小麥播種期、越冬期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期、成熟期用土鉆鉆取0—300 cm土層土樣（每20 cm為一土層），采用烘干法測定土壤含水量。其中土壤容重于前茬小麥收獲后，在地塊內(nèi)挖一個0—300 cm深的剖面坑，將剖面削齊鏟平，分層取土，每20 cm為一土層，采用環(huán)刀法測定土壤容重[17]。

1.3.2 植株含氮率 于越冬期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期、成熟期取樣20株。開花期分為葉片、莖稈+莖鞘、穗3部分，成熟期植株分為葉片、莖稈+莖鞘、穗、籽粒4部分，樣品于105℃殺青30 min后，70℃烘至恒重，稱量并記錄。將不同生育時期植株樣本烘干后磨碎，用H2SO4-H2O2-靛酚藍比色法測定植株含氮率[18]。

1.3.3 籽粒產(chǎn)量 成熟期收割16 m2計算經(jīng)濟產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

土壤蓄水量[19]：W=h×ρ×ω×10。式中，W為土壤蓄水量，mm；h為土層深度，cm；ρ為土壤容重，g·cm-3；ω為土壤含水量，%；為土層；10為換算系數(shù)。

生育期耗水量[20-21]：ET = R+U-R-F-ΔW。式中，ET為作物耗水量，mm；R為作物生育期降水量，mm；U為地下水補給量，mm；R為徑流量，mm；F為深層滲漏量，mm；ΔW為播種期與收獲期土壤蓄水量的變化，mm。其中，土壤蓄水量及作物耗水量均以3 m土層含水率計算。本試驗?zāi)攴輧?nèi)未發(fā)生高強度、持續(xù)性降水，因此沒有通過地面徑流或向下滲漏出3 m根系層而引起水分損失，即R=0。試驗田地下水埋深較大，多在幾十米以下，因此可以不考慮地下水補給影響，即U=0。試驗田較為平坦，小區(qū)之間的側(cè)向水分交換較少發(fā)生，可忽略不計，即F=0。據(jù)此，上式可簡化為ET=R-ΔW。

水分利用效率：WUE=Y/ET。式中，WUE為水分利用效率，kg·hm-2·mm-1；Y為籽粒產(chǎn)量，kg·hm-2。

植株氮素：植株氮素積累量=植株含氮率×植株干物質(zhì)量；花前各營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量=開花期各營養(yǎng)器官氮素積累量-成熟期各營養(yǎng)器官氮素積累量；花后氮素積累量=成熟期植株氮素積累量-開花期植株氮素積累量；氮素利用效率=籽粒產(chǎn)量/植株氮素積累量。

夏閑期覆蓋和施氮量的增產(chǎn)量[22]：夏閑期覆蓋的增產(chǎn)量ΔY1=(Y1-Y2)/(W1-W2)，Y1、Y2分別為相同施氮量時夏季覆蓋和不覆蓋下的產(chǎn)量，kg·hm-2；W1、W2分別為相同施氮量時夏季覆蓋和不覆蓋下花前氮素轉(zhuǎn)運量或花后氮素積累量，kg·hm-2。施氮量的增產(chǎn)量ΔY2=(Y3-Y4)/(W3-W4)，Y3、Y4分別為覆蓋和不覆蓋時較高、最低施氮量下的產(chǎn)量，kg·hm-2；W3、W4分別為覆蓋和不覆蓋時較高、最低施氮量下產(chǎn)量對應(yīng)的花前氮素轉(zhuǎn)運量或花后氮素積累量，kg·hm-2。

采用Excel 2003軟件處理數(shù)據(jù)，用SAS 9.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用LSD法檢驗處理間差異顯著性，顯著性水平設(shè)定為α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 夏閑期覆蓋配施氮肥對播種期和各生育時期0—300 cm土層蓄水量的影響

播種期和各生育時期土壤水分均表現(xiàn)為豐水年最高，欠水年最低（表2）。可見，降水是土壤水分補給的唯一來源，降水較多的年份較降水較少的年份補給效果更明顯。

夏閑期覆蓋較不覆蓋播種期0—300 cm土壤蓄水量顯著提高，提高量為50—62 mm，提高比例9%—15%；各生育時期土壤蓄水量提高，提高比例為3%—15%，開花前差異顯著（表2）?？梢姡拈e期覆蓋有利于蓄積降水，其效果可延續(xù)至開花期，也由于充足土壤水分增加植株耗水，導致成熟期土壤水分差異不明顯。

施氮量對不同降水年型和覆蓋條件下各生育時期土壤水分的影響存在差異。豐水年，增加施氮量，孕穗期前土壤蓄水量顯著提高。平水年和覆蓋條件下的欠水年，越冬至孕穗期蓄水量以中氮最高，而開花和成熟期以低氮最高，但不顯著。不覆蓋條件下的欠水年，增加施氮量，越冬至孕穗期蓄水量降低，而開花期和成熟期提高，但不顯著?？梢姡S水年增加施氮量促進花前土壤蓄水，同時促進作物生長，增強耗水，導致花后土壤蓄水量降低；平水年和覆蓋條件下的欠水年配施中氮效果較好，而不覆蓋條件下的欠水年配施低氮效果較好。

2.2 夏閑期覆蓋配施氮肥對植株氮素吸收的影響

2.2.1 對各生育時期植株氮素積累量的影響 各生育時期植株氮素積累量均表現(xiàn)為豐水年最高，欠水年最低（表3）。可見，欠水年在一定程度上抑制了植株體內(nèi)氮素積累。

表2 夏閑期覆蓋配施氮肥對播種期和各生育時期0—300 cm土層蓄水量的影響

BSS：播種期；PS：越冬期；JS：拔節(jié)期；BS：孕穗期；AS：開花期；MS：成熟期。同列不同小寫字母表示0.05水平差異顯著。Mean1：休閑期覆蓋的平均值；Mean2：休閑期不覆蓋的平均值；Mean：各年份的平均值。M：夏閑期覆蓋；NM：夏閑期不覆蓋。下同

BSS: Before sowing stage; PS: Pre-wintering stage; JS: Jointing stage; BS: Booting stage; AS: Anthesis; MS: Maturity. Values followed by different small letters within a column indicate significant difference at 0.05 level. Mean1: The average of mulch during fallow period; Mean2: The average of no mulch during fallow period; Mean: The average of each year. M: Mulching during fallow stage; NM: Not mulching during fallow stage. The same as below

表3 夏閑期覆蓋配施氮肥對各生育時期氮素積累量的影響

夏閑期覆蓋較不覆蓋，籽粒氮素積累量顯著提高，提高量為19—31 kg·hm-2，提高比例為15%—50%；各生育時期植株氮素積累量提高，提高量為1—28 kg·hm-2，提高比例為2%—49%，且豐水年和平水年孕穗至成熟期差異顯著，欠水年各生育時期差異均顯著?？梢?，夏閑期覆蓋有利于植株氮素吸收，尤其促進欠水年生育前期氮素吸收。

施氮量對不同降水年型和覆蓋條件下植株氮素吸收的影響存在差異。豐水年，增加施氮量，籽粒氮素積累量顯著提高，各生育時期植株氮素積累量提高，且覆蓋條件下孕穗至開花期差異顯著；平水年和覆蓋條件下的欠水年，籽粒氮素積累量以中氮最高，且各處理間差異顯著，各生育時期植株氮素積累量以中氮最高，且孕穗至成熟期差異顯著；不覆蓋條件下的欠水年，增加施氮量，籽粒氮素積累量顯著降低，各生育時期植株氮素積累量降低，且孕穗至成熟期差異顯著?？梢姡S水年增加施氮量促進植株對氮素的吸收，平水年和覆蓋條件下的欠水年配施中氮，不覆蓋條件下的欠水年配施低氮促進植株對氮素的吸收，且均表現(xiàn)為生育中后期效果明顯。

2.2.2 對各生育階段氮素積累量及其所占比例的影響 豐水年和平水年各生育階段植株氮素積累量明顯高于欠水年，尤其拔節(jié)—開花，而不同降水年型各階段氮素積累所占的比例無明顯差異（表4）。

夏閑期覆蓋較不覆蓋，豐水年和平水年的拔節(jié)—開花、開花—成熟兩階段氮素積累量顯著提高，提高量為3—7 kg·hm-2，提高比例為8%—15%，所占比例提高，達0.31—1.71個百分點，而播種—拔節(jié)氮素積累量及其所占比例無顯著變化；欠水年的播種—拔節(jié)、拔節(jié)—開花階段氮素積累量及其所占比例提高，氮素積累量提高量為8—20 kg·hm-2，提高比例為42%—47%，所占比例提高1.44—5.55個百分點，而開花—成熟階段氮素積累量及其所占比例顯著降低?？梢?，夏閑期覆蓋主要促進豐水年和平水年生育中后期氮素積累和欠水年生育前中期氮素積累。

施氮量對不同降水年型和覆蓋條件下氮素吸收的影響存在差異。豐水年，增加施氮量，各生育階段氮素積累量提高，拔節(jié)后差異顯著，而播種—拔節(jié)氮素積累量所占比例降低。平水年，各生育階段氮素積累量以中氮最高，拔節(jié)后差異顯著，而拔節(jié)前所占比例以中氮最低，且與其他兩處理差異顯著。覆蓋條件下的欠水年，開花前氮素積累量及其所占比例以中氮最高，且拔節(jié)—開花差異顯著，而開花—成熟以中氮顯著最低。不覆蓋條件下的欠水年，增加施氮量，開花前氮素積累量及其所占比例降低，且拔節(jié)—開花差異顯著，而開花—成熟以低氮最低，且各處理間差異顯著?？梢姡S水年配施高氮，平水年和覆蓋條件下的欠水年配施中氮有利于促進生育中后期植株氮素積累，不覆蓋條件下的欠水年配施低氮有利于促進生育中期植株氮素積累。

表4 夏閑期覆蓋配施氮肥對各生育階段氮素積累量及其所占比例的影響

2.3 夏閑期覆蓋配施氮肥對植株氮素轉(zhuǎn)運的影響

2.3.1 對花前氮素轉(zhuǎn)運和花后氮素積累的影響 花前氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒的貢獻率以豐水年最高，花后氮素積累量及其對籽粒的貢獻率以平水年最高，而花前氮素轉(zhuǎn)運量和花后氮素積累量及其對籽粒的貢獻率均以欠水年最低?？梢?，欠水年抑制了植株氮素的積累及轉(zhuǎn)運（表5）。

表5 夏閑期覆蓋配施氮肥對花前氮素轉(zhuǎn)運和花后氮素積累的影響

TABA：花前氮素轉(zhuǎn)運量Translation amount of N before anthesis from vegetative organs；TABAG：花前氮素轉(zhuǎn)運量對籽粒的貢獻率Translation amount of N before anthesis from vegetative organs to grains；NAAA：花后氮素積累量N accumulation amount after anthesis；NAAAG：花后氮素積累量對籽粒的貢獻率N accumulation amount after anthesis to grains

夏閑期覆蓋較不覆蓋，花前氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒的貢獻率提高，花前氮素轉(zhuǎn)運量提高16—33 kg·hm-2，提高比例為16%—73%，貢獻率提高1—15個百分點；豐水年和平水年，花后氮素積累量顯著提高，提高量3—4 kg·hm-2，提高比例為12%—15%，而花后氮素積累量對籽粒貢獻率降低；欠水年，花后氮素積累量及其對籽粒貢獻率降低。

施氮量對不同降水年型和覆蓋條件下花前氮素轉(zhuǎn)運和花后氮素積累的影響存在差異。豐水年配施高氮、平水年配施中氮，花前氮素轉(zhuǎn)運量和花后氮素積累量顯著提高；施氮量對花前氮素轉(zhuǎn)運量對籽粒貢獻率和花后氮素積累量對籽粒貢獻率無顯著影響。覆蓋條件下的欠水年，花前氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒貢獻率以中氮最高，且各處理間差異顯著；不覆蓋條件下的欠水年，花前氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒貢獻率以低氮最高，花后氮素積累量及其對籽粒貢獻率均以低氮最低。可見，豐水年配施高氮、平水年和覆蓋條件下的欠水年配施中氮有利于提高花前氮素轉(zhuǎn)運量和花后氮素積累量，尤其有利于覆蓋條件下的欠水年花前氮素向籽粒中轉(zhuǎn)運。

2.3.2 對花前各器官氮素轉(zhuǎn)運的影響 花前各器官氮素運轉(zhuǎn)量以豐水年最高，欠水年最低，葉片和莖桿+莖鞘氮素運轉(zhuǎn)量對籽粒的貢獻率以欠水年最高，而穗部以欠水年最低（表6）。可見，欠水年抑制了穗中的氮素向籽粒運轉(zhuǎn)。

表6 夏閑期覆蓋配施氮肥對花前營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒的貢獻率的影響

TA：轉(zhuǎn)運量Translation amount；CP：貢獻率Contribution proportion

夏閑期覆蓋較不覆蓋，花前各器官氮素轉(zhuǎn)運量提高，且豐水年和平水年差異顯著。豐水年和平水年葉片和穗氮素轉(zhuǎn)運量對籽粒貢獻率提高；欠水年莖稈+莖鞘氮素轉(zhuǎn)運量對籽粒貢獻率顯著提高?？梢?，夏閑期覆蓋有利于促進豐水年和平水年葉片和穗中氮素向籽粒轉(zhuǎn)運，而欠水年更有利于莖稈+莖鞘中氮素向籽粒轉(zhuǎn)運。

施氮量對不同降水年型和覆蓋條件下花前各器官氮素轉(zhuǎn)運的影響存在差異。豐水年增加施氮量，花前葉片和穗氮素轉(zhuǎn)運量顯著提高，其對籽粒貢獻率提高。平水年葉片和穗氮素轉(zhuǎn)運量以中氮最高，且各處理間差異顯著，其對籽粒貢獻率以中氮最高，且穗差異顯著。覆蓋條件下的欠水年，莖稈+莖鞘和穗氮素轉(zhuǎn)運量以中氮最高，且各處理間差異顯著，其對籽粒貢獻率以中氮最高，且莖稈+莖鞘差異顯著。不覆蓋條件下的欠水年，增加施氮量，莖稈+莖鞘和穗氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒貢獻率降低?？梢姡S水年配施高氮、平水年配施中氮有利于促進葉片和穗中氮素向籽粒轉(zhuǎn)運，覆蓋條件下的欠水年配中氮有利于莖稈+莖鞘和穗中氮素向籽粒轉(zhuǎn)運。

2.4 夏閑期覆蓋配施氮肥的增產(chǎn)、增效作用

豐水年、平水年較欠水年分別提高產(chǎn)量80%、69%，提高水分利用效率7%、20%，提高氮素利用效率6%、5%（表7）。

表7 夏閑期覆蓋配施氮肥的增產(chǎn)、增效作用

IYNBA：單位花前氮素轉(zhuǎn)運量的增產(chǎn)量Yield increase per increase transferred nitrogen amount before anthesis；IYNAA：單位花后氮素積累量的增產(chǎn)量Yield increased per accumulated nitrogen amount after anthesis

夏閑期覆蓋較不覆蓋產(chǎn)量顯著提高，達23%—41%；水分利用效率提高3%—15%；豐水年和平水年氮素利用效率顯著提高，達14%—26%，欠水年低氮條件下也顯著提高，達10%。

施氮量對不同降水年型和覆蓋條件下產(chǎn)量、水氮利用效率的影響存在差異。豐水年，增加施氮量，產(chǎn)量顯著提高，水分利用效率提高；平水年和覆蓋條件下的欠水年，產(chǎn)量和水分利用效率以中氮最高，且產(chǎn)量各處理間差異顯著；不覆蓋條件下的欠水年，產(chǎn)量和水分利用效率均以低氮最高。豐水年氮素利用效率以高氮顯著最高；平水年以低氮顯著最高，中氮顯著最低；欠水年氮素利用效率以高氮最高。

可見，夏閑期覆蓋可顯著提高不同降水年型產(chǎn)量和水分利用效率，顯著提高豐水年和平水年氮素利用效率，且豐水年配施高氮、平水年和覆蓋條件下的欠水年配施中氮、不覆蓋條件下的欠水年配施低氮可實現(xiàn)產(chǎn)量和水分利用效率的同步提高。

分析覆蓋的增產(chǎn)效果可看出，每增加1 kg·hm-2花前氮素轉(zhuǎn)運量，增產(chǎn)18—82 kg·hm-2；每增加1 kg·hm-2花后氮素積累量，豐水年和平水年增產(chǎn)305—399 kg·hm-2，而欠水年沒增產(chǎn)。分析施氮量的增產(chǎn)效果可看出，每增加1 kg·hm-2花前氮素轉(zhuǎn)運量，增產(chǎn)3—53 kg·hm-2；每增加1 kg·hm-2花后氮素積累量，豐水年和平水年增產(chǎn)9—177 kg·hm-2，而欠水年沒增產(chǎn)。可見，花后氮素積累量對產(chǎn)量的貢獻明顯大于花前氮素轉(zhuǎn)運量對產(chǎn)量的貢獻，旱地小麥夏閑期覆蓋保水的增產(chǎn)效果明顯大于氮肥的增產(chǎn)效果，欠水年增加花后氮素積累對籽粒產(chǎn)量無明顯貢獻。

3 討論

3.1 播前和各生育時期0—300 cm土層蓄水量

降水是旱地麥田補給土壤水分的唯一來源，尤其在夏季休閑期，其多少決定著播前土壤墑情，是影響產(chǎn)量的重要因素，因此旱地小麥的抗旱增產(chǎn)應(yīng)考慮夏閑期降水的蓄保[23]。地表覆蓋不僅能降低土壤表面水分無效蒸發(fā)，而且能增加對降水的攔儲和促進水分向土壤下層入滲[24]，在北方旱作農(nóng)業(yè)區(qū)被廣泛應(yīng)用[25]。楊海迪等[26]在陜西渭北旱塬的研究表明，夏閑期降水越多夏閑末期0—200 cm土壤蓄水量越多。本研究結(jié)果表明，降水越多越有利于補給旱地麥田土壤水分，土壤水分隨生育進程推移逐漸減少，但欠水年成熟期土壤水分略有回升，是由于欠水年花后降水較多，為100.1 mm，較豐水年和平水年多53.8 mm、69.5 mm。

楊海迪等[26]研究還表明，夏閑期地膜覆蓋較不覆蓋可使土壤擴蓄增容，2008—2009年（夏閑期降水310.6 mm）、2009—2010年（夏閑期降水236.7 mm）旱地麥田夏閑末期0—200 cm土壤蓄水量分別提高7—123 mm，26—76 mm，蓄水保墑率分別達34%以上、58%以上。本研究結(jié)果表明，夏閑期地膜覆蓋較不覆蓋顯著提高播種期0—300 cm土壤蓄水量，達44—65 mm，且欠水年效果最好，主要是由于欠水年夏閑期降水僅188.4 mm，與豐水年（459.9 mm）和平水年（419.9 mm）相差較大，不覆蓋會導致水分蒸發(fā)量更大，而使地膜覆蓋的相對增墑效果更好，這與前人研究結(jié)果基本一致。

播前土壤水分能否延續(xù)應(yīng)用至小麥生長后期，對旱地小麥的產(chǎn)量提高至關(guān)重要。王勇[23]在甘肅省隴東地區(qū)的研究表明，由于旱地地膜冬小麥播前底墑不同，不同生育時期土壤貯水量差異一直維持至孕穗前，抽穗前后由于不同處理的耗水量不同，使土壤貯水量發(fā)生變化，收獲期各處理土壤貯水量基本接近。本研究結(jié)果表明，夏閑期覆蓋較不覆蓋，各生育時期0—300 cm土壤蓄水量提高，且花前差異顯著，但成熟期不顯著，主要由于充足的土壤水分促進了植株生長耗水，導致成熟期土壤水分無顯著差異，這與前人研究結(jié)果一致。

旱地麥田最適施氮量的上限由于土壤水分改善而提高，一方面促進了肥效發(fā)揮，另一方面提高了水分利用[27-28]。段文學等[29]在山東淄博旱地小麥的研究表明，當施氮量由 90 kg·hm-2增加到 150 kg·hm-2時，氮肥增施（90—150 kg·hm-2）可增強小麥深層土壤貯水利用能力，但施氮量繼續(xù)增加，80 cm以下土層土壤貯水消耗量未顯著增加。劉曉宏等[30]進行溫室盆栽試驗的研究結(jié)果表明，嚴重干旱脅迫條件下增加氮肥小麥耗水會更嚴重，應(yīng)少量合理施氮而不宜大量施用。本研究結(jié)果表明，豐水年增加施氮量促進花前土壤蓄水，同時促進作物生長，增強耗水，導致花后土壤蓄水量降低；平水年和覆蓋條件下的欠水年配施中氮效果較好，而不覆蓋條件下的欠水年配施低氮效果較好，與前人“干旱時應(yīng)減少施氮量”結(jié)果一致，但水分與氮肥的準確互作量前人研究較少，尤其旱地，因此還需進一步深入研究驗證。

3.2 旱地小麥植株氮素吸收、轉(zhuǎn)運

植株氮素的吸收、轉(zhuǎn)運與土壤水分狀況有關(guān)[31]。臧賀藏等[32]研究表明，在相同施氮水平下，高水分處理可提高花后氮素積累量和分配比例，但向籽粒轉(zhuǎn)運率和貢獻率降低。本研究結(jié)果表明，夏閑期覆蓋保水較不覆蓋促進植株氮素吸收，這與前人研究結(jié)果相似。夏閑期覆蓋主要促進豐水年和平水年生育中后期氮素積累，欠水年生育前中期氮素積累，可能與欠水年后期水分不充足，而豐水年和平水年較為充足有關(guān)，這與本研究團隊多年開展氮素積累規(guī)律研究結(jié)果一致。鄭成巖等[33]研究表明，深松+條旋耕和深松+旋耕較單獨條旋耕和旋耕提高了0—200 cm土層土壤蓄水量，增加了開花期營養(yǎng)器官中氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率。Bahrani等[34]、張勝全等[35]研究表明，缺水與充足水分相比，小麥花前營養(yǎng)器官貯存的氮素較多，向籽粒中轉(zhuǎn)運也較高。李華等[36]在陜西渭北旱塬的研究表明，地膜覆蓋可提高旱地小麥植株氮素吸收，促進生長后期莖、葉氮素轉(zhuǎn)運。本研究結(jié)果表明，夏閑期覆蓋較不覆蓋，豐水年和平水年花前葉片和穗氮素轉(zhuǎn)運量對籽粒貢獻率提高，欠水年花前莖稈+莖鞘氮素轉(zhuǎn)運量對籽粒貢獻率顯著提高，這與前人研究結(jié)果不一致，而與本團隊[37]研究結(jié)果一致，這可能與降水和地力差異有關(guān)。

根據(jù)旱地小麥土壤水分狀況合理配施氮肥可顯著調(diào)控植株氮素吸收積累規(guī)律，水氮之間有明顯的交互作用，王兵等[38]研究表明，平水年增加施氮量（0—180 kg·hm-2），旱地小麥吸氮量增加，而干旱年施氮量180 kg·hm-2時，吸氮量降低。本研究結(jié)果表明，豐水年配施高氮，平水年和覆蓋條件下的欠水年配施中氮有利于促進生育中后期植株氮素積累，不覆蓋條件下的欠水年配施低氮有利于促進生育中期植株氮素積累，這與前人[37]研究結(jié)果一致。

李強等[39]研究認為，地膜覆蓋雖使開花期具有良好的土壤水分，但后期氮肥不足影響了后期植株氮素吸收和轉(zhuǎn)運。馬耕等[40]研究表明，在豫北高產(chǎn)條件下，不灌水或灌1水時，小麥適宜施氮量為180—240 kg·hm-2，灌2水時適宜施氮量為240 kg·hm-2，水氮互作顯著影響葉片氮素積累和轉(zhuǎn)運。趙新春等[41]在陜西半干旱黃土區(qū)的研究表明，水分條件一般時，增加施氮量（80—240 kg·hm-2），旱地小麥莖、葉氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒貢獻率增加。本研究結(jié)果表明，豐水年配施高氮促進花前葉片和穗中氮素向籽粒中轉(zhuǎn)運；平水年和覆蓋條件下的欠水年配施中氮處理下，平水年主要促進葉片和穗中氮素向籽粒轉(zhuǎn)運，尤其是穗；覆蓋條件下的欠水年主要促進莖稈+莖鞘和穗中氮素向籽粒中轉(zhuǎn)運，尤其是莖稈+莖鞘；不覆蓋條件下的欠水年配施低氮，促進莖稈+莖鞘和穗向籽粒中轉(zhuǎn)運。說明，隨土壤水分增多，適宜的施氮量也增加，因水氮水平的不同會影響不同器官的氮素向籽粒轉(zhuǎn)運，尤其欠水年配施合理氮肥時又促進了莖稈和莖鞘中氮素轉(zhuǎn)運，這與前人研究結(jié)果略有不同，可能與地區(qū)降水和施肥差異有關(guān)。

3.3 旱地小麥增產(chǎn)、增效作用

王紅麗等[42]研究表明，覆蓋栽培可充分滿足作物生長水分需求，優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成因素，提高產(chǎn)量。武繼承等[43]研究表明，旱地麥田夏閑期地膜覆蓋提高產(chǎn)量和水分利用效率。本研究結(jié)果表明，夏閑期覆蓋較不覆蓋，產(chǎn)量顯著提高，達23%—41%；水分利用效率提高3%—15%；豐水年和平水年氮素利用效率顯著提高，達14%—26%，欠水年低氮條件下也顯著提高，達10%。這與前人研究結(jié)果一致。

水分和氮肥是限制旱地小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵因子[44]。土壤水分正常情況下，隨施氮量增加，作物產(chǎn)量增加，但氮素利用效率降低。Ryan等[45]在非洲北部的研究結(jié)果表明，年降水量350—500 mm時，小麥高產(chǎn)的適宜施氮量為60—120 kg·hm-2，而降水量為270 mm時適宜施氮量為30 kg·hm-2。李廷亮等[46]在山西臨汾的研究表明，年降水量為400 mm時，施氮肥180 kg·hm-2顯著提高冬小麥產(chǎn)量，但超過180 kg·hm-2后，主要促進地上部營養(yǎng)器官生長，產(chǎn)量并沒提高。本研究結(jié)果表明，豐水年配施高氮，平水年和覆蓋條件下的欠水年配施中氮，不覆蓋條件下的欠水年配施低氮，產(chǎn)量和水分利用效率最高,這與前人結(jié)果相似。但氮素利用效率僅豐水年配施高氮顯著提高，平水年和欠水年顯著降低，具體原因還需進一步研究。

王小燕等[47]研究表明，施氮和灌水對小麥植株氮素吸收、轉(zhuǎn)運、籽粒產(chǎn)量均產(chǎn)生調(diào)控和互補效應(yīng)，且灌水對產(chǎn)量起主導作用，施氮量對灌水也有一定的補償效應(yīng)。孟曉瑜等[48]研究表明，施氮量對產(chǎn)量的影響大于底墑。本研究表明，花后氮素積累量對產(chǎn)量的貢獻明顯大于花前氮素轉(zhuǎn)運量對產(chǎn)量的貢獻，旱地小麥夏閑期覆蓋保水的增產(chǎn)效果明顯大于氮肥的增產(chǎn)效果，且水分較多的年份更明顯。這與前人研究不一致，具體原因還需進一步研究驗證。

4 結(jié)論

降水能有效補給旱地麥田土壤水分，夏閑期深翻覆蓋后，蓄水保墑效果顯著，顯著提高豐水年和平水年拔節(jié)后各階段氮素積累量、花前氮素轉(zhuǎn)運量和花后氮素積累量，提高欠水年花前各階段氮素積累量及其所占比例，顯著提高花前氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒貢獻率；適宜施氮量顯著提高不同降水年型花前氮素轉(zhuǎn)運量和花后氮素積累量。不同降水年型夏閑期覆蓋配施氮肥條件下，花后氮素積累量對產(chǎn)量的貢獻大于花前氮素轉(zhuǎn)運量對產(chǎn)量的貢獻，旱地小麥夏閑期覆蓋保水的增產(chǎn)效果大于氮肥的增產(chǎn)效果。總之，旱地小麥夏閑期深翻覆蓋保水調(diào)節(jié)施氮量可實現(xiàn)產(chǎn)量和水分利用效率同步提升。

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（責任編輯 楊鑫浩）

Effects of Mulching During the Fallow Period and Nitrogen Fertilizer on Soil Water and Plant Nitrogen Use of Dry-Land Wheat

Ren AiXia, Sun Min, Gao ZhiQiang, Wang PeiRu, Xue JianFu, Xue LingZhu, Lei MiaoMiao

(College of Agronomy, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801 Shanxi)

【Objective】For the problem of less rainfall and uneven distribution, lower water and nitrogen use efficiency of dryland wheat in the Loess Plateau, the best technological way for water conservation through mulching and nitrogen fertilization of dryland wheat was studied.【Method】Field experiments were carried out in Qiujialing village, Wenxi, Shanxi from 2010 to 2013, the main plot was mulched with plastic film or no mulched after deep tillage during the fallow period, the subplot was applied with nitrogen fertilizer at 75 kg·hm-2, 150 kg·hm-2, and 225 kg·hm-2in order to make clear the effect of mulching during the fallow period and nitrogen fertilization on soil moisture, plant nitrogen utilization and its contribution to yield of dryland wheat in different years. 【Result】The results showed that the soil moisture, plant nitrogen accumulation, the N translation amount before anthesis and its contribution proportion to grain at every growth period were the highest in humid year and the lowest in dry year. Compared with the dry year, the yield of grain in humid and normal year, respectively, increased by 80% and 69%, the water use efficiency, respectively, increased by 7% and 20%, the N use efficiency, respectively, increased by 6% and 5%. Compared with no mulching during the fallow period, the soil water storage in 0-300 cm depth was significantly increased by 52-60 mm at sowing stage under the condition of mulching, and the soil water storage was significantly increased before anthesis, plant nitrogen accumulation was increased in every growth period, the N accumulation of grain was significantly increased. Compared with no mulching during the fallow period, the N accumulation was significantly increased after jointing stage under the condition of mulching in humid and normal years, the contribution rate to grain of the N translation amount of leaf and spike before anthesis was increased; the N accumulation and its proportion at different growing stages were increased in dry year, the contribution rate to grain of the N translation amount of stem and sheath before anthesis was significantly increased. Compared with no mulching during the fallow period, the grain yield was significantly increased by 23%-41%; water use efficiency increased by 3%-15%, the N use efficiency was significantly increased in humid and normal years by 14%-26% and significantly increased by 10% under the condition of low N fertilization in dry year. Combined with high N fertilization in humid year, combined with middle N fertilization in normal year and dry year under the condition of mulching during the fallow period, combined with low N fertilization in dry year under the condition of no mulching during the fallow period, the soil water storage, yield and water use efficiency were the highest before booting stage. Combined with high N fertilization in humid year, the translation amount of N before anthesis and the N accumulation after anthesis were significantly the highest, especially promoted the translation from leaf and spike to grain before anthesis. Combined with middle N fertilization in normal year and dry year under the condition of mulching during the fallow period, the N translation amount before anthesis and the N accumulation of grain were significantly the highest, and promoted the translation from leaf and spike to grain in humid year, especially the spike. And promoted the translation from stem and sheaths and spike to grain in dry year under the condition of mulching, especially the stem and sheaths. Combined with low N fertilization in dry year under the condition of no mulching during the fallow period, the N accumulation of grain was significantly the highest, the N translation amount before anthesis and its contribution rate to grain was the highest, the N translation amount of stem and sheaths and its contribution rate to grain was the highest. 【Conclusion】 Mulching during the fallow period of dry-land contributed to accumulating precipitation, promoting N accumulation at middle and late growth stages in humid and normal years, promoting the N translation from leaf and spike to grain, contributed to promoting the N accumulation at early and middle growth stages in dry year, promoting the N translation from stem and sheaths to grain. Humid year combined with high nitrogen at 225 kg·hm-2, normal year and dry year under the condition of mulching during the fallow period combined with middle nitrogen at 150 kg·hm-2, and dry year under the condition of no mulching during the fallow period combined with low nitrogen at 75 kg·hm-2could achieve synchronous improvement of yield and water use efficiency.

dryland wheat; mulching during fallow period; nitrogen fertilizer; soil water; plant nitrogen use; yield

2017-04-05；接受日期：2017-06-19

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-03-01-24）、國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201303104）、山西省科技攻關(guān)項目（20140311008 -3）、農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項（201503120）、國家科技支撐計劃項目（2015BAD23B04）、山西省回國留學人員重點科研資助項目（2015-重點4）

任愛霞，E-mail：rax_renaixia@163.com。通信作者高志強，E-mail：gaozhiqiang1964@126.com