田文仲，張 園，張學(xué)品，張少瀾，段國(guó)輝，吳少輝，高海濤，朱云集

(1.洛陽(yáng)農(nóng)林科學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002)

優(yōu)化栽培模式對(duì)冬小麥水氮運(yùn)移、籽粒產(chǎn)量和水氮利用的影響

田文仲1，張 園1，張學(xué)品1，張少瀾1，段國(guó)輝1，吳少輝1，高海濤1，朱云集2

(1.洛陽(yáng)農(nóng)林科學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002)

在大田試驗(yàn)條件下，在河南省溫縣高產(chǎn)區(qū)監(jiān)測(cè)了冬小麥不同種植模式麥田土壤水分和硝態(tài)氮含量變化動(dòng)態(tài)，研究了優(yōu)化栽培模式對(duì)冬小麥產(chǎn)量、水氮利用效率、土壤硝態(tài)氮累積量等的影響。結(jié)果表明：優(yōu)化種植模式提高了小麥的產(chǎn)量，且優(yōu)化栽培高于不施氮處理和習(xí)慣種植；在不同的處理中，土壤水分和硝態(tài)氮隨土壤深度的變化呈相反的趨勢(shì)，即土壤水分隨深度的增加呈增加的趨勢(shì)，而硝態(tài)氮?jiǎng)t相反；優(yōu)化栽培模式提高了土壤水分利用率、氮素生產(chǎn)力、氮肥利用率，且隨施氮量增加呈增加趨勢(shì)。

冬小麥；氮肥；土壤水分；硝態(tài)氮；籽粒產(chǎn)量

近年來(lái)，人們?yōu)榱颂岣咝←湲a(chǎn)量，不斷更新栽培措施。有研究指出，傳統(tǒng)栽培導(dǎo)致小麥群體過(guò)大、倒伏、氮肥利用率低、水分利用效率低等，致使小麥減產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益降低[1]。大量研究表明：采用地膜覆蓋、壟溝栽培等模式，可減少土壤水分蒸發(fā)，提高水分利用效率[2]。但也有學(xué)者指出，地膜覆蓋在有些情況下并不增產(chǎn)，甚至還會(huì)導(dǎo)致減產(chǎn)[3]。在各種栽培模式中，氮肥的施用起著至關(guān)重要的作用，實(shí)踐表明，適量使用氮肥不僅能提高小麥產(chǎn)量，而且能提高水分和氮肥等的利用效率。過(guò)量施用氮肥容易造成土壤剖面中硝態(tài)氮的大量累積，引發(fā)諸如氮肥利用率和增產(chǎn)效果降低、生產(chǎn)成本增加、環(huán)境污染等一系列矛盾[4]。因此，通過(guò)優(yōu)化耕作栽培措施，創(chuàng)造適合作物生長(zhǎng)的外部環(huán)境，提高作物的生產(chǎn)能力[5]是當(dāng)務(wù)之急。以上栽培模式多是在特殊條件下進(jìn)行的，且大多是針對(duì)小麥玉米輪作體系來(lái)進(jìn)行研究，而關(guān)于平原麥區(qū)針對(duì)提高小麥產(chǎn)量及水肥利用效率的栽培模式的研究還不多。因此，探索出合理的栽培模式并運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐，提高小麥產(chǎn)量、水分和肥料的利用效率是亟待研究的課題。本試驗(yàn)是在河南省溫縣高產(chǎn)田以冬小麥為研究對(duì)象，研究了栽培模式優(yōu)化對(duì)土壤水分含量、硝態(tài)氮含量和籽粒產(chǎn)量的影響，旨在為作物高產(chǎn)及資源高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2009～2010年在河南省溫縣祥云鎮(zhèn)試驗(yàn)田中進(jìn)行，供試品種為平安8號(hào)，前茬玉米全部秸稈還田，耕層土壤基礎(chǔ)肥力：有機(jī)質(zhì)18.27 g/kg、全氮1.04 g/kg、堿解氮109.5 mg/kg、速效磷17.29 mg/kg、速效鉀130 mg/kg、pH值8.39。

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理，處理1(對(duì)照)：不施氮肥，磷、鉀肥均為90 kg/hm2，灌拔節(jié)水、灌漿水，播種量為120 kg/hm2；處理2：即習(xí)慣種植，施氮225 kg/hm2，磷肥75 kg/hm2，鉀肥60 kg/hm2，灌蒙頭水、返青水、灌漿水，播種量187.5 kg/hm2；處理3(優(yōu)化處理)：施氮180 kg/hm2，磷、鉀肥施用量及灌水時(shí)期同處理2，播種量為150 kg/hm2。全部磷、鉀肥和50%氮肥作基肥，另50%在拔節(jié)期追施，其中對(duì)照處理與優(yōu)化處理均為深耕，習(xí)慣種植為旋耕，隨機(jī)排列，小區(qū)面積為200 m2。

1.2 樣品處理

1.2.1 土壤樣品的采集 土壤樣品分別在播種前、苗期、返青期、拔節(jié)期、開(kāi)花期和收獲期用土鉆采集，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇2個(gè)樣點(diǎn)，每30 cm為一個(gè)層次，采集深度為120 cm，分別裝入編號(hào)的鋁盒中。

1.2.2 土壤含水量和硝態(tài)氮含量的測(cè)定 土壤水分含量采用烘干法測(cè)定；土壤硝態(tài)氮含量測(cè)定方法：稱(chēng)取新鮮土壤樣品12.00 g，用0.1 mol/L CaCl2溶液浸提，振蕩1 h，然后采用流動(dòng)分析儀分析浸提液中NO3-N含量。

1.2.3 植株樣品處理和全氮的測(cè)定 分別在苗期、返青期、拔節(jié)期、開(kāi)花期和成熟期采集植株樣品，在小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取20株均勻一致且具有代表性的小麥植株，分莖稈、葉、籽粒，分別裝入信封于105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒重；采用FOSSTECATOR公司KJELTEC 2300型凱氏定氮系統(tǒng)測(cè)定按GB/T 5511─1985(半微量凱氏定氮法)測(cè)定樣品含氮量；成熟時(shí)各小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn)，每處理取10株按常規(guī)考種分析。

1.3 數(shù)據(jù)分析及計(jì)算方法

SNO3-N=H·P·CNO3-N/10

式中：SNO3-N為土壤硝態(tài)氮累積量(kg/hm2)；H為土層厚度(cm)；P為土壤密度，(g/cm3)；CNO3-N為土壤硝態(tài)氮含量(mg/kg)。

氮肥利用效率(NUTE)=籽粒產(chǎn)量/植株氮素累積量

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003軟件處理，采用SPSS 15.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2009～2010年溫縣光、溫、水的變化如圖1所示，從圖1可以看出，整個(gè)生育期內(nèi)光照時(shí)數(shù)、月積溫和降水變化趨勢(shì)基本一致，都呈先降后升的趨勢(shì)。2009年8、9月份的降水量偏多，2009年11月、2010年的4、5、6月份降水量中等，其他月份降水量偏少或無(wú)降水，總降水量為370.30 mm；日照時(shí)數(shù)總體變化趨勢(shì)不明顯；月積溫在10月至11月間下降較大，1月份達(dá)到最低。

圖1 冬小麥生長(zhǎng)期光、溫、水變化

2.1 栽培模式對(duì)不同土層土壤水分含量和硝態(tài)氮質(zhì)量比的影響

2.1.1 不同土層土壤水分含量的影響 不同生育時(shí)期隨土層深度增大水分含量變化趨勢(shì)如圖2所示：0～120 cm深度，各生育時(shí)期不同處理下土壤含水量隨深度的增大，變化趨勢(shì)基本一致(除成熟期)，即隨土壤深度的增大，含水量逐漸升高，但升高幅度較為平緩，成熟期土壤含水量呈先降低后升高的變化趨勢(shì)。不同處理間表現(xiàn)：各生育時(shí)期0～60 cm土層含水量均以處理2的最高，而60 cm以下則以處理3的高。這可能是由于氮肥的施用影響了根系的分布[6]。處理2氮肥全部底施，而其他處理則1/2底施1/2追施，根系的生長(zhǎng)也需要充足的營(yíng)養(yǎng)，當(dāng)土壤表層養(yǎng)分高時(shí)，能充分提供作物生長(zhǎng)之所需，在土壤表層根系生長(zhǎng)量偏多，吸收水肥較多[7]。

2.1.2 對(duì)不同土層土壤硝態(tài)氮質(zhì)量比的影響 從圖3可以看出，不同生育時(shí)期土壤硝態(tài)氮含量隨土層深度的增加呈逐漸降低趨勢(shì)，表現(xiàn)耕層土壤中硝態(tài)氮含量高；在越冬期、返青期、成熟期硝態(tài)氮以處理2含量最高，而在拔節(jié)和開(kāi)花期則以處理3最高；在拔節(jié)期之前，基施氮肥顯著提高了土壤硝態(tài)氮含量，且全部基施比基施1/2的高，表現(xiàn)為處理2>處理3>處理1；拔節(jié)期追肥顯著提高了處理3耕層硝態(tài)氮含量。從越冬期到成熟期各處理0～120 cm土層硝態(tài)氮含量比明顯降低，這與土壤水分含量變化一致。

圖2 冬小麥各生育時(shí)期土壤水分分布

圖3 冬小麥各生育時(shí)期土壤硝態(tài)氮的變化動(dòng)態(tài)

2.2 栽培模式對(duì)冬小麥植株吸氮量及土壤硝態(tài)氮累積量的影響

由表1可知，不同處理間的小麥植株對(duì)氮素的吸收量不同，施用氮肥對(duì)冬小麥植株吸氮量有顯著的提高，與處理1相比，處理2、處理3顯著增加了冬小麥地上部的吸氮量。在整個(gè)生育期，小麥植株的吸氮量是呈逐漸增加的趨勢(shì)，但不同處理間吸氮量增加的幅度不同，以處理2的增加幅度最大，增幅為270.75 kg/hm2，處理1的增幅最小，增幅為194.4 kg/hm2；返青期，處理2與處理3的冬小麥地上部吸氮量的變化幅度較小，返青期后冬小麥地上部植株吸氮量迅速增加。在冬小麥的各生育期，處理3與處理1的吸氮量之間存在顯著性差異，而處理3與處理2間未能達(dá)到顯著性差異。同時(shí)，還可以看出，處理2和處理3增加了土壤中硝態(tài)氮的累積量，土壤中硝態(tài)氮累積量呈先下降后上升的趨勢(shì)，隨施氮量增加，土壤中硝態(tài)氮的累積量也增加。

表1 冬小麥植株吸氮量和0～120 cm土壤硝態(tài)氮累積累量 kg/hm2

注：同列數(shù)據(jù)后的小字母相同則表示差異不顯著(P>0.05)，不同則差異顯著(P<0.05)。下同。

2.3 栽培模式對(duì)冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成及水氮利用率的影響

由表2可知，處理3的產(chǎn)量最高且與處理1、處理2之間存在顯著差異(P<0.05)，處理2、處理3較處理1分別增產(chǎn)4.04%、16.22%，處理2較處理1的產(chǎn)量增幅較小。穗粒數(shù)表現(xiàn)為顯著性差異，而穗數(shù)表現(xiàn)為處理2較其他處理達(dá)到顯著性差異，千粒重則以處理1最高且與其他處理之間差異顯著。各處理間籽粒吸氮量的差異達(dá)顯著性水平。處理3的氮素偏生產(chǎn)力及氮肥的利用率高于處理2，且差異達(dá)顯著性水平。在水分利用率方面，以處理3的最大，且與其他處理的差異顯著。

表2 不同栽培模式下冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成及水氮利用率的影響

3 討論

本研究分析了不同的栽培模式下，冬小麥土壤水、硝態(tài)氮對(duì)產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明：不同處理的土壤含水量隨深度的增加而增加，且優(yōu)化模式較習(xí)慣種植和對(duì)照處理的水分利用率高。2010年4～5月降水有所增加，而優(yōu)化模式又由于前期控水，在拔節(jié)期和開(kāi)花期土壤含水量較高，這為小麥孕穗期和開(kāi)花期提供充足的水分，與肥料相結(jié)合提高了穗粒數(shù)和千粒重，這是因?yàn)槌渥愕乃旨由虾侠淼牡适┯么龠M(jìn)了小花分化，減少了小花敗育，為后期形成較多的結(jié)實(shí)小穗和千粒重提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。有研究表明：施肥能提高植物滲透調(diào)節(jié)能力，尤其是增施氮肥可顯著抑制蒸騰失水，提高水分利用效率，但施肥過(guò)量時(shí)則導(dǎo)致水分利用率降低[8]。本試驗(yàn)也得出相同結(jié)果。優(yōu)化栽培及習(xí)慣種植的水分利用率均高于不施氮處理，且優(yōu)化處理高于習(xí)慣種植，表明優(yōu)化施肥可以提高氮肥及水分的利用率。

硝態(tài)氮含量卻與水分含量呈相反的趨勢(shì)，即隨深度增加而減少，與不施氮處理相比，習(xí)慣種植和優(yōu)化栽培增加了土壤中硝態(tài)氮的累積量。許多研究結(jié)果表明[9-13]，土壤中硝態(tài)氮的累積量隨氮肥施入量的增加而增加，這與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。但是過(guò)量施氮會(huì)引起土壤中硝態(tài)氮的大量累積，不但導(dǎo)致土壤肥力下降，作物產(chǎn)量降低，而且還會(huì)污染環(huán)境。張宏等[14]研究表明：硝態(tài)氮的淋失不僅與施入土壤的氮素?cái)?shù)量有關(guān)，而且與栽培模式有密切的關(guān)系，本試驗(yàn)也得出相同的結(jié)論。小麥地上部的吸氮量也隨施氮量的增加呈增加的趨勢(shì)，而籽粒吸氮量并沒(méi)有這樣的表現(xiàn)。伍維模等[15]研究表明：施氮增加了氮吸收總量，但并未顯著增加籽粒氮的含量。趙俊曄等[16]用N15標(biāo)記也得到了相似的結(jié)果。施氮提高小麥的產(chǎn)量，同時(shí)也提高了氮素生產(chǎn)力、氮肥利用率，但是過(guò)量使用氮肥卻使氮素生產(chǎn)力、氮肥利用率顯著降低。因此，合理施用氮肥對(duì)提高氮素生產(chǎn)力及利用率有重要的作用。

小麥產(chǎn)量在不同處理間呈顯著性差異，且優(yōu)化模式高于習(xí)慣種植，雖然習(xí)慣種植穗數(shù)較多，但是穗粒數(shù)和千粒重均小于優(yōu)化栽培，且施氮量高于優(yōu)化栽培，表明小麥產(chǎn)量的提高施由產(chǎn)量構(gòu)成三因素協(xié)調(diào)發(fā)展的。綜上所述，合理施用水、氮肥的模式對(duì)提高土壤水分利用率、氮素偏生產(chǎn)力、氮肥利用率，籽粒吸氮量有重要的作用。因此，有必要進(jìn)一步深入研究不同栽培模式對(duì)土壤水分利用、土壤硝態(tài)氮?jiǎng)討B(tài)變化及植株氮素吸收的效應(yīng)，而關(guān)于不同模式對(duì)小麥產(chǎn)量的影響機(jī)制還有待于進(jìn)一步的研究。

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EffectsofOptimizedCultivationPatternonSoilNitrogen-WaterMigration,GrainYieldandNitrogen-WaterUseEfficiencyofWinterWheat

TIAN Wen-zhong1, ZHANG Yuan1, ZHANG Xue-pin1, ZHANG Shao-lan1, DUAN Guo-hui1, WU Shao-hui1, GAO Hai-tao1, ZHU Yun-ji2

(1. Luoyang Academy of Agricultural and Forestry Sciences in Henan Province, Luoyang 471023, China; 2. College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

Under the conditions of field test for various cultivation patterns, the dynamic changes in soil moisture and nitrate-nitrogen contents in winter wheat high-yielding fields of Wenxian county were monitored, and the effects of optimized cultivation pattern on the grain yield and nitrogen-water use efficiency of winter wheat, as well as on the accumulation of nitrate-nitrogen in soil were studied. The results showed that: the optimized cultivation pattern increased the yield of wheat as compared with the no nitrogen application treatment and the conventional planting pattern; in all treatments, when the depth of soil layer increased, the soil moisture content increased, while the soil nitrate-nitrogen content decreased; the optimized cultivation pattern enhanced the soil water use efficiency, nitrogen productivity, and nitrogen use efficiency, and these indexes increased with the increase in nitrogen application rate.

Winter wheat; Nitrogen fertilizer; Soil moisture; Nitrate-nitrogen; Grain yield

2017-06-21

國(guó)家小麥產(chǎn)業(yè)體系(CARS-E-2-36);河南省小麥產(chǎn)業(yè)體系(S2010-10-02)。

田文仲(1980─),男,助理研究員,碩士,主要從事小麥栽培技術(shù)研究。

S512.1

A

1001-8581(2017)11-0044-05

(責(zé)任編輯：曾小軍)