周曉楠 劉 影 杜承航 胡乃月 孫振才 張英華 王志敏

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，北京 100193)

華北平原是我國(guó)重要的糧食產(chǎn)區(qū)，其糧田主要種植制度是冬小麥-夏玉米一年兩熟輪作制。該區(qū)水資源緊缺，全年降水70%以上集中在夏季，冬小麥生長(zhǎng)季干旱少雨，需要補(bǔ)充灌溉，而灌溉水主要來(lái)自地下水。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)過(guò)程中，為了維持高產(chǎn)，冬小麥灌溉量大，常年灌水4～5次，總灌溉量300 mm以上，導(dǎo)致地下水嚴(yán)重超采。同時(shí)，在充分灌溉下，麥?zhǔn)蘸篁v出的土壤庫(kù)容小，容納不下夏季多余的降水，使得汛期雨水流失和氮肥淋洗，降低了周年水、肥利用效率并危害環(huán)境。為協(xié)調(diào)糧食高產(chǎn)與環(huán)境安全，前人已經(jīng)做了大量有益探索。冬小麥節(jié)水高產(chǎn)技術(shù)的推廣應(yīng)用，已使麥田灌溉量降至 2～3次。Zhao等通過(guò)大田試驗(yàn)結(jié)合作物模型得出結(jié)論認(rèn)為，麥-玉周年灌溉量可降低至225 mm，且主要是麥季需水，同時(shí)氮肥用量可減少至330 kg/hm。麥-玉周年進(jìn)行節(jié)水栽培，可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和高水效的統(tǒng)一。然而，現(xiàn)行的節(jié)水技術(shù)仍需在春季補(bǔ)充灌溉，在地下水嚴(yán)重超采區(qū)仍受水資源匱乏的限制。近年來(lái)，國(guó)家實(shí)施地下水超采綜合治理，為實(shí)現(xiàn)地下水采補(bǔ)平衡，農(nóng)田灌溉量需要進(jìn)一步減少。為此，冬小麥-夏玉米貯墑旱作栽培模式在河北省缺水區(qū)被提出，并投入應(yīng)用。在該模式中，冬小麥澆足底墑水，夏玉米澆出苗水，兩作生育期間均不再澆水，全年灌溉量約150 mm；由于播后不澆水，麥田不再需要構(gòu)筑畦埂，土地資源利用率提高，收獲面積增加，對(duì)產(chǎn)量有補(bǔ)償作用，且冬小麥晚播早收，可延長(zhǎng)夏玉米生長(zhǎng)期，夏玉米可早播晚收提高產(chǎn)量，在綜合技術(shù)的作用下全年糧食總產(chǎn)可達(dá)15 000 kg/hm。這項(xiàng)技術(shù)不僅大幅度降低了農(nóng)田灌溉量，而且簡(jiǎn)化了栽培管理措施，節(jié)省了人力資源成本，可增加種田戶的經(jīng)濟(jì)收益。隨著節(jié)水模式的改變，配套的施肥模式也應(yīng)調(diào)整變化。然而，與貯墑旱作相適應(yīng)的周年氮肥高效運(yùn)籌模式尚未建立起來(lái)。

Zhou等和王艷哲等的研究表明，夏玉米生長(zhǎng)在高溫多雨季節(jié)，根系分布較淺(最大根深120 cm)，當(dāng)降雨量較大時(shí)，施于表層的氮肥易隨水淋洗到根層以下，導(dǎo)致夏玉米不能吸收，氮肥利用率降低，若玉米施氮量增多，則氮肥損失加大。冬小麥在節(jié)水灌溉條件下，土壤氮素?fù)p失少，而且，由于根系分布較深(200 cm)，可以吸收利用深層土壤殘留的氮素資源。有研究表明，旱作小麥適當(dāng)增施氮肥，可以促進(jìn)早期生長(zhǎng)，以肥調(diào)水，提高抗旱性和產(chǎn)量，并能增加植株氮素吸收，提高籽粒蛋白質(zhì)含量。在冬小麥-夏玉米貯墑旱作栽培體系中，統(tǒng)籌考慮2種作物生長(zhǎng)環(huán)境和氮素供需特點(diǎn)，在周年有限施氮的前提下適當(dāng)增加冬小麥?zhǔn)┑壤?，減少夏玉米施氮量，可能有利于提高全年產(chǎn)量并減少氮損失，提高周年水氮利用效率，關(guān)于這方面的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)基于河北省冬小麥-夏玉米貯墑旱作栽培體系，在全年總施氮360 kg/hm的前提下，設(shè)置2茬作物不同氮肥運(yùn)籌模式試驗(yàn)，測(cè)定冬小麥-夏玉米周年作物產(chǎn)量和水、氮利用效率，旨在探討不同氮肥運(yùn)籌模式對(duì)產(chǎn)量和資源利用的影響，以期為該地區(qū)建立貯墑旱作配套施肥模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017—2019年在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)吳橋?qū)嶒?yàn)站(37°41′ N、116°37′ E)進(jìn)行。試驗(yàn)地作物種植模式為冬小麥-夏玉米一年兩熟輪作。試驗(yàn)地處于海河平原黑龍港流域中部，海拔14～22 m，地下水位常年在9 m以下，降水量為560 mm/年，且主要分布在7—8月份，冬小麥季多年平均降水量為125 mm，夏玉米季多年平均降水量為435 mm。2017—2019年，冬小麥-夏玉米生育期內(nèi)的降水量和日平均溫度，見(jiàn)圖1。2017—2018年降水量為676.2 mm，其中冬小麥季191.5 mm，夏玉米季484.7 mm；2018—2019年的降水量為367.1 mm，其中冬小麥季62.3 mm，夏玉米季304.8 mm。根據(jù)不同年份的降水量，本研究將2017—2018年歸類為豐水年型，將2018—2019年歸類為枯水年型。試驗(yàn)地土壤為壤質(zhì)潮土，0～25 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為12.6 g/kg，全氮含量為1.1 g/kg，有效磷含量為45.5 mg/kg，速效鉀含量為163.9 mg/kg。0～2 m土層從上至下每20 cm土層所對(duì)應(yīng)的土壤容重分別為1.37、1.43、1.45、1.43、1.45、1.45、1.46、1.46、1.46和1.46 g/cm。

圖1 2017—2019 年冬小麥-夏玉米生育期內(nèi)降水量和日平均氣溫

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)作物種植模式為冬小麥-夏玉米輪作，設(shè)置2種灌溉模式，一是貯墑旱作模式(W)，即冬小麥和夏玉米分別灌底墑水和出苗水，生育期內(nèi)不再澆水；二是常規(guī)生產(chǎn)模式(W)，即冬小麥在灌底墑水基礎(chǔ)上春季灌2水(拔節(jié)水和開(kāi)花水)，夏玉米灌出苗水。在2種灌溉模式下設(shè)置不同氮肥運(yùn)籌試驗(yàn)，全年總施氮量根據(jù)節(jié)水減氮要求設(shè)為360 kg/hm，冬小麥和夏玉米施氮處理，見(jiàn)表1。冬小麥灌底墑水；夏玉米灌出苗水；小麥肥料全部底施，玉米肥料均于播后在行側(cè)開(kāi)溝施。各模式處理冬小麥季施PO135.0 kg/hm和KO 112.5 kg/hm；夏玉米季施PO90.0 kg/hm和KO 112.5 kg/hm。

表1 試驗(yàn)地水分和氮肥處理

Table 1 Water and nitrogen input of each treatment

處理Treatment年份Year灌溉模式及灌溉量/mmIrrigationregimeandirrigation氮肥配置/(kg/hm2)Nitrogenapplicationpattern冬小麥Winterwheat夏玉米Summermaize周年灌水量Annualirrigation冬小麥Winterwheat夏玉米Summermaize周年施氮量AnnualnitrogenapplicationW0N12017—2018底墑水75出苗水751501202403602018—2019底墑水75出苗水90W0N22017—2018底墑水75出苗水751501801803602018—2019底墑水75出苗水90165W0N32017—2018底墑水75出苗水751502401203602018—2019底墑水75出苗水90165W1Nc2017—2018底墑水+拔節(jié)水+開(kāi)花水75+75+75出苗水753001801803602018—2019底墑水+拔節(jié)水+開(kāi)花水75+75+75出苗水90315

供試冬小麥品種為‘農(nóng)大399’，供試夏玉米品種為‘鄭單958’。2017年，冬小麥10月21日播種，播量285 kg/hm，翌年6月10日收獲；夏玉米6月12日播種，定苗6×10株/hm，10月5日收獲。2018年，冬小麥10月13日播種，播量240 kg/hm，翌年6月11日收獲；夏玉米6月13日播種，定苗6.75×10株/hm，10月4日收獲。冬小麥澆底墑水后，墑情適宜時(shí)肥料全部作基肥撒施，旋耕后播種，行距15 cm。夏玉米免耕貼茬播種，全部肥料在播種行側(cè)10 cm處開(kāi)溝條施，播種行距60 cm，播后灌出苗水。冬小麥和夏玉米秸稈全量還田。每個(gè)試驗(yàn)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)小區(qū)面積50 m(長(zhǎng)10 m×寬5 m)。其他田間栽培管理措施同大田節(jié)水栽培模式。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

地上部干物質(zhì)：冬小麥在開(kāi)花期和成熟期每個(gè)小區(qū)取1 m雙行植株樣品，按器官莖鞘、葉片、穗軸+穎殼、籽粒分離，裝入紙袋中75 ℃下烘干稱重，計(jì)算地上部干物質(zhì)積累量。夏玉米在成熟期每個(gè)重復(fù)取代表性植株4株，按器官莖鞘、葉片、苞葉、穗軸和籽粒分離，恒溫75 ℃烘干稱重，計(jì)算地上部干物質(zhì)積累量?；ㄇ百A藏物質(zhì)對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率計(jì)算方法為：

花前干物質(zhì)對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率=(開(kāi)花期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)量-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)量)/成熟期籽粒干重×100%

產(chǎn)量：冬小麥在成熟期每個(gè)小區(qū)收獲2.0 m的植株籽粒，曬干稱重測(cè)其含水量，按含水量13%計(jì)算籽粒產(chǎn)量。夏玉米在成熟期每個(gè)小區(qū)取3行6 m(10.8 m)的果穗曬干脫粒稱重，再測(cè)其含水量，按含水量14%計(jì)算籽粒產(chǎn)量。

土壤水分：分別在冬小麥和夏玉米成熟期，用土鉆在0～2 m 土層中分層鉆取土樣，每20 cm為一層，105 ℃烘干，測(cè)定土壤質(zhì)量、含水量，結(jié)合土壤容重?cái)?shù)據(jù)計(jì)算各層土壤貯水量。作物蒸散量計(jì)算公式如下：

ET=SWC+

P

+

I

-

R

-

D

+

C

(1)

式中：ET，蒸散量,mm；SWC，土壤貯水消耗量,mm；

P

，降雨量,mm；

I

，灌溉量,mm；

R

，地表徑流,mm；

D

,深層滲漏,mm；

C

，毛管水利用量,mm。本試驗(yàn)中，地下水位低于9 m，無(wú)地表徑流，所以

R

和

C

值皆為0。深層滲漏

D

按照以下公式計(jì)算：

D

=

α

(

I

+

P

)

(2)

式中：補(bǔ)償系數(shù)α由土壤質(zhì)地，灌溉水以及降水來(lái)確定。

α

取值范圍在0.1～0.3，粘土取值0.1，沙土取值0.3。本研究中，當(dāng)單次灌溉或降水量≤90 mm時(shí)，

α

取值0.10；當(dāng)單次灌溉或降水量在90～250 mm時(shí)，

α

取值0.15；當(dāng)單次灌溉或降雨>250 mm時(shí)，

α

取值0.20。

土壤硝態(tài)氮含量：2 m土層分層取土樣，用0.01 mol/L CaCl溶液浸提法提取土壤中無(wú)機(jī)氮素，并用紫外分光光度計(jì)法測(cè)定得到土壤硝態(tài)氮含量。

植株氮含量：將烘干后植株樣品粉碎混勻過(guò)篩，采用半微量凱式定氮法測(cè)定各器官氮素含量。計(jì)算群體氮素分配和利用特征指標(biāo)，公式如下：

氮素生理效率(NUE,kg/kg)=籽粒產(chǎn)量/成熟期地上部氮素積累量

(3)

氮肥偏生產(chǎn)力(PFP,kg/kg)=籽粒產(chǎn)量/施氮量

(4)

氮素收獲指數(shù)NHI=籽粒氮積累量/成熟期地上部氮素積累量

(5)

籽粒蛋白質(zhì)含量=籽粒氮素含量×5.70×100%

(6)

式中：5.70，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007整理數(shù)據(jù)，SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，GraphPad Prism 8進(jìn)行圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬小麥-夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表2可知，2017—2019年的貯墑旱作冬小麥產(chǎn)量由高到低均為WN>WN>WN，且差異顯著(

P

<0.05，下同)，WN表現(xiàn)產(chǎn)量較高的原因主要是穗數(shù)較多，穗粒數(shù)相對(duì)穩(wěn)定同時(shí)千粒重顯著提升。說(shuō)明在貯墑旱作下適當(dāng)增施氮肥可穩(wěn)定增加穗數(shù)和粒重，從而獲得較高產(chǎn)量；但各處理之間夏玉米的產(chǎn)量無(wú)顯著差異，說(shuō)明在全年總施氮量一定的前提下，夏玉米當(dāng)季施氮量對(duì)產(chǎn)量的影響不顯著；冬小麥-夏玉米周年產(chǎn)量由高到低仍為WN>WN>WN，WN全年產(chǎn)量比WN和WN分別增加3.20%～5.17%和6.84%～9.94%；2個(gè)年份比較，豐水年份貯墑旱作各處理的產(chǎn)量均高于枯水年份。

與常規(guī)模式(WN)相比，貯墑旱作模式灌溉量減少150 mm，各施氮處理周年產(chǎn)量均降低。在枯水年份，貯墑旱作模式與常規(guī)模式之間的產(chǎn)量差異顯著，主要是由于貯墑旱作冬小麥產(chǎn)量顯著降低，而夏玉米產(chǎn)量在處理之間差異不顯著;WN處理雖然在枯水年份減產(chǎn)11.38%，但在豐水年份產(chǎn)量與常規(guī)模式之間差異不顯著。

2.2 冬小麥-夏玉米周年地上部干物質(zhì)積累與分配

由表3可知，在貯墑旱作模式下，無(wú)論豐水年還是枯水年，不同施氮處理的冬小麥總生物量和花前、花后生物量由高到低均為WN>WN>WN，在豐水年份總生物量的差異顯著，而收獲指數(shù)在處理間無(wú)顯著差異(豐水年份)，或WN表現(xiàn)高于WN和WN處理(枯水年份)。說(shuō)明增加小麥季施氮量可增加小麥生物產(chǎn)量。在貯墑旱作條件下，不同處理間夏玉米生物量無(wú)顯著差異，枯水年份WN處理收獲指數(shù)顯著高于其他處理。周年生物量以WN最高。

表3 冬小麥-夏玉米周年地上部干物質(zhì)積累與分配

Table 3 Dry matter accumulation and distribution of winter wheat and summer maize under different water and nitrogen managements

年份Year處理Treatment冬小麥Winterwheat夏玉米Summermaize開(kāi)花期干物質(zhì)/(kg/hm2)Drymatteratanthesis成熟期干物質(zhì)/(kg/hm2)Drymatteratmaturity花前物質(zhì)對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率/%Contributionrateofpre-anthesisdrymattertograinyield收獲指數(shù)HI成熟期干物質(zhì)/(kg/hm2)Drymatteratmaturity收獲指數(shù)HI周年總干物質(zhì)/(kg/hm2)Totaldrymatterofwinterwheat-summermaizeW0N15960c9303d32.2a0.53a15631a0.55a24934b2017—2018W0N26748b10728c30.0b0.52a16372a0.54a27100aW0N37211b11695b26.7bc0.52a15985a0.55a27680aW1Nc8132a12835a25.4c0.49b15468a0.56a28303aW0N16937c9786c35.2a0.50a17442a0.44b27474c2018—2019W0N28394b11976b34.6a0.45b17073a0.45b28916bW0N38468b12027b36.8a0.46b17874a0.47a29768bW1Nc9870a15258a26.8b0.49a17171a0.45b32431a

與常規(guī)模式(WN)比較，貯墑旱作模式各施肥處理在不同年份冬小麥地上部干物質(zhì)積累量均顯著降低，說(shuō)明減少灌溉量降低了物質(zhì)積累；收獲指數(shù)在2017—2018年(豐水年份)表現(xiàn)顯著升高，在2018—2019年(枯水年份)WN和WN則表現(xiàn)顯著降低；從產(chǎn)量物質(zhì)來(lái)源來(lái)看，貯墑旱作各處理花前貯藏物質(zhì)對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率均顯著高于常規(guī)模式。夏玉米的干物質(zhì)積累量和收獲指數(shù)在不同處理間的差異多為不顯著。貯墑旱作模式的冬小麥-夏玉米周年干物質(zhì)積累量低于常規(guī)灌溉模式。

由表4可知，在貯墑旱作模式下，無(wú)論豐水年還是枯水年，冬小麥吸氮量由高到低均為WN>WN>WN，氮素收獲指數(shù)在豐水年份表現(xiàn)為WN顯著高于其他處理，枯水年各處理間無(wú)顯著差異。冬小麥籽粒蛋白質(zhì)含量由高到低則表現(xiàn)為WN>WN>WN，WN顯著高于WN和WN。說(shuō)明增加小麥季施氮量，小麥植株的吸收氮肥能力隨之增加，也有利于提高籽粒蛋白質(zhì)含量。在貯墑旱作模式下，不同施氮處理的夏玉米氮素積累和氮收獲指數(shù)差異不顯著，全年兩茬的氮積累量隨冬小麥?zhǔn)┑吭黾佣黾印?/p>

表4 冬小麥-夏玉米周年氮素積累與分配

Table 4 Accumulation and distribution of nitrogen of winter wheat and summer maize under different water and nitrogen managements

年份Year處理Treatment冬小麥Winterwheat夏玉米Summermaize開(kāi)花期氮積累/(kg/hm2)Nitrogenaccumulationatanthesis成熟期氮積累/(kg/hm2)Nitrogenaccumulationatmaturity籽粒蛋白質(zhì)含量/%Proteincontent氮收獲系數(shù)Nitrogenharvestindex成熟期氮積累/(kg/hm2)Nitrogenaccumulationatmaturity氮收獲系數(shù)Nitrogenharvestindex周年氮素積累/(kg/hm2)AnnualnitrogenaccumulationW0N1104c141c13.2b0.81a177a0.65a318c2017—2018W0N2125b172b13.6a0.78b174a0.65a346bW0N3136b189a13.8a0.78b174a0.65a363aW1Nc158a195a13.4ab0.76c174a0.63b369aW0N1114c121c12.2c0.81b192ab0.59a313c2018—2019W0N2130b141b12.2c0.79b187b0.57a328cW0N3135b148b12.6b0.80b201a0.58a349bW1Nc152a205a13.3a0.85a189b0.55b394a

與常規(guī)模式(WN)比較，貯墑旱作模式各處理冬小麥的氮素積累量在不同年份均較低，但2017—2018年(豐水年份)WN處理與WN差異不顯著；貯墑旱作各處理冬小麥氮收獲指數(shù)在枯水年份則顯著低于WN，但在2018—2019年(豐水年份)顯著高于WN。從籽粒蛋白質(zhì)含量看，在枯水年份旱作處理蛋白質(zhì)含量顯著低于常規(guī)灌溉WN處理，但在豐水年份隨施氮量增加旱作處理蛋白質(zhì)含量逐漸增加，在WN處理時(shí)最高，雖高于WN，但差異不顯著。夏玉米的氮積累量，在枯水年WN處理顯著高于WN，其他旱作處理與WN無(wú)顯著差異；夏玉米的氮收獲指數(shù)則表現(xiàn)為貯墑旱作各處理間無(wú)顯著差異，但都顯著高于WN。

2.3 土壤硝態(tài)氮?dú)埩?/h3>

由圖2可知，2017—2018年(第1年豐水年份)，冬小麥?zhǔn)斋@后，上層0～60 cm土壤中硝態(tài)氮含量由高到低為WN>WN>WN>WN，WN顯著高于其他處理，表明小麥季施氮量越高，麥?zhǔn)蘸笊蠈油寥老鯌B(tài)氮存留量也越高，且在相同施氮模式下貯墑旱作土壤硝態(tài)氮含量高于常規(guī)灌溉WN處理；在>60～160 cm土層，處理間硝態(tài)氮含量以WN相對(duì)較高，WN相對(duì)較低；160 cm以下土層硝態(tài)氮含量由高到低則表現(xiàn)為WN>WN>WN>WN。夏玉米收獲后，0～120 cm土層硝態(tài)氮含量由高到低為WN>WN>WN>WN，表明玉米季施氮量越高土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅恳苍礁?，且在相同施氮下貯墑旱作土壤硝態(tài)氮含量高于常規(guī)灌溉WN處理；120 cm以下土層硝態(tài)氮含量則表現(xiàn)為WN>WN>WN>WN。

圖2 2018年冬小麥(a)和夏玉米(b)收獲后土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?/p>

由圖3可知，2018—2019年(第2年枯水年份)，冬小麥?zhǔn)斋@后，上層0～40 cm土壤中硝態(tài)氮含量由高到低為WN>WN>WN>WN，表明麥季施氮量越高表層土壤硝態(tài)氮含量也越高，且在相同施氮處理，貯墑旱作土壤硝態(tài)氮含量高于常規(guī)灌溉模式(WN)；40 cm以下土層硝態(tài)氮含量在不同處理間無(wú)顯著差異，且數(shù)值均較小。夏玉米收獲后，貯墑旱作不同處理0～2 m土層硝態(tài)氮含量變化基本相似，處理間無(wú)顯著差異，但均低于常規(guī)灌溉模式(WN)。

圖3 2019年冬小麥(a)和夏玉米(b)收獲后土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?/p>

2.4 冬小麥-夏玉米周年水氮效率分析

由圖4可知，在豐水年份，冬小麥水分利用效率表現(xiàn)為，貯墑旱作模式除WN處理外均顯著高于常規(guī)模式(WN)，且貯墑旱作模式處理間隨氮肥施用量增加而顯著提高，以WN相對(duì)最高；夏玉米水分利用效率以WN和WN最高，兩者之間差異不顯著，但均顯著高于WN和WN處理；周年水分利用效率由高到低則表現(xiàn)為WN>WN>WN>WN，差異均達(dá)顯著水平。在枯水年份，冬小麥水分利用效率表現(xiàn)為：WN>WN>WN>WN，差異均達(dá)顯著水平；夏玉米水分利用效率以旱作處理顯著高于WN處理，其中WN和WN最高；周年水分利用效率由高到低則表現(xiàn)為WN>WN>WN>WN。

圖4 2017—2018(a)和2018—2019(b)年冬小麥-夏玉米周年水分利用效率

由表5可知，無(wú)論是豐水年還是枯水年，冬小麥氮素利用效率均以WN顯著高于其他處理，WN、WN和WN處理間差異不顯著；夏玉米氮素利用效率在枯水年份處理間無(wú)顯著差異，但在豐水年份則以WN和WN最高，WN最低；全年氮素利用效率則表現(xiàn)貯墑旱作各處理均高于WN處理。從氮肥偏生產(chǎn)力(PFP)看，冬小麥季以WN處理最低，但夏玉米季則以WN處理最高，冬小麥-夏玉米周年各處理間PFP由高到低表現(xiàn)為WN>WN>WN>WN，在貯墑旱作不同施氮處理間以WN處理最高。

表5 冬小麥-夏玉米周年氮素利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力

Table 5 Nitrogen use efficiency and partial fertilizer productivity of winter wheat and summer maize under different water and nitrogen managements kg/kg

年份Year處理Treatment冬小麥Winterwheat夏玉米Summermaize周年Anniversary氮素利用效率NUE氮肥偏生產(chǎn)力PFP氮素利用效率NUE氮肥偏生產(chǎn)力PFP氮素利用效率NUE氮肥偏生產(chǎn)力PFPW0N138.8a45.6a54.4b40.1c47.5a42.0c2017—2018W0N236.3b34.7c56.7a54.8b46.5b44.7bW0N336.0b28.3d56.4a81.8a45.8c46.1aW1Nc35.9b38.9b52.2c53.3b45.0d46.1aW0N144.4a44.8b46.4a37.1c45.6a39.7c2018—2019W0N242.0b32.9c45.9a47.6b44.2b40.3cW0N342.5b26.2d46.6a74.7a45.0a42.4bW1Nc41.3b47.0a45.1a47.4b43.1c47.2a

3 討 論

關(guān)于冬小麥和夏玉米氮肥合理施用的研究，多側(cè)重于單季施氮量、施氮時(shí)期、基追比和氮肥形態(tài)對(duì)作物的影響以及與栽培措施的互作。小麥季適量增加施氮量，產(chǎn)量增加，品質(zhì)改善，但過(guò)量施氮，產(chǎn)量有下降的趨勢(shì)，且造成植株貪青，物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率下降。玉米季增加施肥多表現(xiàn)為增產(chǎn)幅度很小，且當(dāng)季肥料利用率不高。還有部分研究涉及到單季施肥對(duì)下茬作物的后效作用，例如小麥季施肥對(duì)玉米的后效，或者玉米季施肥對(duì)小麥的后效。

已有研究表明，冬小麥-夏玉米周年實(shí)施平衡施肥的策略，能夠獲得較高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)收益，但試驗(yàn)中周年總施肥量偏高(420～480 kg/hm)，且多依賴灌溉進(jìn)行追肥以提高肥料生產(chǎn)力，更多考慮的依然是保障當(dāng)季作物的生長(zhǎng)以便獲得產(chǎn)量的綜合提升。也有研究表明，氮肥對(duì)小麥的增產(chǎn)效果要優(yōu)于玉米，小麥季氮肥利用率顯著高于玉米。冬小麥比夏玉米對(duì)氮肥的反應(yīng)更敏感，氮肥的季節(jié)配置應(yīng)當(dāng)以冬小麥為主，夏玉米為輔。

總而言之，在肥料合理運(yùn)籌范圍內(nèi)，既要保證作物需求，又要最大限度降低施肥量是兼顧產(chǎn)量和環(huán)境保護(hù)的重要參考。本研究針對(duì)貯墑旱作這一新型栽培模式進(jìn)行跨季氮肥配比研究，結(jié)果表明，在周年限量施純氮360 kg/hm的前提下，提高冬小麥季氮肥用量，減少夏玉米季氮肥用量，配比2∶1時(shí)可以獲得最大收益。具體表現(xiàn)為冬小麥產(chǎn)量增加，粗蛋白含量增加，營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)改善，夏玉米產(chǎn)量并不因減氮而減產(chǎn)，周年產(chǎn)量和水氮效率均能顯著提升。在貯墑旱作條件下，小麥增加施氮量促進(jìn)植株對(duì)氮素的吸收，增加了前期生長(zhǎng)量，可穩(wěn)定提高穗數(shù)，有利于后期抗逆生長(zhǎng)，同時(shí)旱作土壤氮素?fù)p失少，未被小麥吸收的肥料氮轉(zhuǎn)化為土壤氮存留于上層土體中，麥?zhǔn)蘸?～40 cm土壤氮素含量顯著升高，這一結(jié)果與于寧寧等的研究類似。Ferguson等研究認(rèn)為，玉米播前根區(qū)(0～90 cm)硝態(tài)氮存留與當(dāng)季施肥具有同等有效性，而從本試驗(yàn)看，WN相對(duì)于其他處理夏玉米施氮量最低，但夏玉米的總吸氮量不僅沒(méi)有降低，反而在枯水年份吸收氮肥的能力升高，說(shuō)明前茬土壤氮的有效性要高于當(dāng)季肥料氮。夏玉米季水熱條件好，土壤養(yǎng)分釋放快，易被作物吸收利用，但汛期降雨過(guò)于集中，在小麥常規(guī)的多次灌溉條件下，麥?zhǔn)蘸篁v出的土壤庫(kù)容小于汛期多余的降水會(huì)造成水、氮向地下滲漏淋洗，尤其是肥料氮容易淋失，利用率降低。在貯墑旱作條件下，冬小麥春季不再灌溉，麥?zhǔn)蘸?～2 m土層能夠比常規(guī)灌溉多騰出近100 mm的土壤水分庫(kù)容量，這可接納汛期多余的水分避免水氮淋失。有關(guān)貯墑旱作模式下周年肥料氮的運(yùn)移和吸收動(dòng)態(tài)尚需進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在華北平原貯墑旱作有限施氮(N 360 kg/hm)條件下，優(yōu)化配置兩茬氮肥資源，適當(dāng)減少夏玉米季施氮，增加冬小麥?zhǔn)┑炕蚴┑壤?，是協(xié)同提高全年產(chǎn)量和水氮利用效率的重要途徑。在本試驗(yàn)所處地力和生產(chǎn)條件下，控制全年總施氮量在360 kg/hm，冬小麥?zhǔn)┑空?0%～70%是實(shí)現(xiàn)周年高產(chǎn)高效的最適氮肥配置方式。