氮肥管理对高寒地区冬小麦氮素积累的影响

彭显龙，刘 佳，刘小伦，秦迎春，刘 洋，邰福军，王 健，国 鑫

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030）

氮肥管理对高寒地区冬小麦氮素积累的影响

彭显龙，刘 佳，刘小伦，秦迎春，刘 洋，邰福军，王 健，国 鑫

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030）

采用田间小区试验方法，测定0～90 cm土层土壤无机氮、叶片叶绿素值、干物质积累、氮积累和小麦产量，研究氮肥管理对冬小麦产量和氮效率影响。结果表明，习惯施肥，大量氮肥施用在返青期，增加拔节期和抽穗期叶片SPAD值，促进拔节期前干物质积累和抽穗前氮素积累，抑制抽穗期后干物质和氮素积累，造成0～60 cm土层无机氮较高残留；通过氮肥优化管理可防止土层无机氮含量过高，促进抽穗后干物质和氮素积累增加；在氮肥用量降低42.8%～47.6%条件下，冬小麦产量提高4.2%～13.1%，氮肥偏生产力提高95.5%～98.7%（P＜0.05）。

寒地；冬小麦；氮肥管理；土壤无机氮；产量

近年来黑龙江省小麦种植面积呈减少趋势[1]，春小麦因春旱严重，产量低、稳产性差。虽然冬小麦产量高、稳产性好，但由于黑龙江冬季气温低，引种其他地区高产冬小麦品种无法越冬。东农冬麦1号品种育成后，返青率在80%以上，达到品种推广标准，解决了越冬问题，产量比春小麦高30%[2]。

氮是影响小麦产量和品质的主要因子，我国主要粮食作物的氮肥利用率只有28%～41%，平均仅为35%[3]。氮肥大量施用，不仅难达到小麦高产高效目的，还会造成土壤剖面硝态氮积累[4-5]。旱田土壤中硝态氮易淋出作物根区，造成地下水污染[6-7]。Chen等提出根据作物需氮量和根层土壤无机氮进行实时氮肥管理[8]。在华北平原应用该技术可显著降低氮肥用量，提高小麦氮效率[9-10]。由于高寒地区冬小麦施肥研究处于初步阶段，实时氮肥管理技术在高寒地区的应用效果尚无结论。本试验旨在分析氮肥管理对土壤硝态含量和小麦氮素吸收的影响，以期为高寒地区冬小麦科学施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

2010～2011年，在东北农业大学香坊实验实习基地进行小区试验，前茬作物是寒地冬小麦。土壤基础肥力为：有机质26.73 g·kg-1，全氮1.26 g·kg-1，全磷0.87 g·kg-1，速效磷26.0 mg·kg-1，缓效钾922 mg·kg-1，速效钾148 mg·kg-1，pH 6.84。供试品种为东农冬麦1号，于垄沟内播种（垄距65 cm），采用双排苗方式，行间距20 cm。

试验共设4个处理，重复4次，拉丁方设计。习惯施肥（FFP），施氮量105 kg·hm-2，基肥、追肥比例为1∶2，在返青期追施氮肥；优化施肥方式1 （OPT1）：基肥为N 20 kg·hm-2[11]，根据小麦需氮规律和土壤无机氮测试确定施氮量，返青-拔节期土壤供氮目标值为45 kg·hm-2，拔节-成熟期土壤供氮目标值为85 kg·hm-2[8]。优化施肥方式2和3 （OPT2和OPT3）：氮量为60 kg·hm-2。OPT2的施氮比例是1∶2，分别在播种和拔节期施用；OPT3的施氮比例是2∶1∶3，分别在播种、返青期和拔节期施用。所有处理磷钾肥用量相同，P2O5为30 kg·hm-2，K2O为40 kg·hm-2。

种肥施用方法：2010年9月5日播种，种肥施用全部的磷钾肥和20 kg·hm-2氮肥，超过该氮量的处理，播种后把氮肥撒在行间，浇水。追肥方法：在双排苗中间撒施肥料，浇水。

1.2 测定项目及方法

在返青期取0～30 cm土层样品，在拔节期、抽穗期和成熟期用电动土钻分别取地下0～30、30～60 和60～90 cm土壤样品，混匀后利用四分法留取适量样品带回实验室，称取相当于10 g干土样品，100 mL 2 mol·L-1KCl浸提1 h，过滤后上清液用AA3连续流动分析仪测定铵态氮和硝态氮含量。

在拔节期和抽穗期，采用日本产SPAD-502叶绿素快速测定仪，测定主茎最上展平叶片的叶绿素值，每个叶片在中间和上下1/3部位测定3次，取平均值为该叶片的叶绿素值；在拔节、抽穗和成熟期取0.14 m2冬小麦样品，带根挖出，带回实验室。用自来水冲洗干净，然后按茎、叶、穗分开，样品105℃杀青30 min后，70℃烘干至恒重，分别测定茎、叶、穗干物重。样品粉碎后，称取植物样品0.15 g，浓H2SO4-H2O2消煮，AA3连续流动分析仪（德国布朗卢比）测定氮含量。收获期每小区取3 m2考种测产。所得数据用SPSS 13.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 土壤无机氮

返青期0～30 cm土层无机氮均超过50 kg·hm-2（见图1），高于返青期施肥目标值，因此返青到拔节期不施氮肥；从拔节到抽穗期整个根层土壤氮目标值为85 kg·hm-2，土层中氮为50 kg·hm-2，因此施氮量为35 kg·hm-2。实时氮肥管理施氮总量为55 kg·hm-2。

从图1可知，随生育期推进，0～30 cm土层无机氮先下降，然后升高，成熟期又恢复到返青期水平。收获期习惯施肥0～30 cm土层无机氮高于返青期，有积累趋势；30～60 cm土层无机氮抽穗期最低，返青期施用高量氮肥（习惯施肥）提高拔节期和成熟期30～60 cm土层无机氮含量，其他处理无机氮比习惯施肥低15.86%～24.33%；除习惯施肥外，整个生育期60～90 cm土层无机氮变化不明显。返青期大量施用氮肥（习惯施肥）提高拔节期该层次土壤无机氮含量。说明前期大量施氮会造成表层土壤无机氮积累及土壤无机氮下移，增加施肥造成的环境风险，而通过氮肥优化管理能够降低表层土壤无机氮含量，减轻环境风险。

图1 冬小麦生育期间0～90 cm土壤无机氮含量Fig.1 Soil Nmin content of 0～90 cm soil layer during the growth stage of winter wheat

2.2 叶绿素值

由图2可知，各处理抽穗期叶片SPAD值均高于拔节期。在拔节期和抽穗期，习惯施肥的SPAD值最大，拔节期FFP比OPT1、OPT2处理SPAD值高7.17%～14.00%，差异显著（P＜0.05）；抽穗期，FFP比优化施肥处理高4.71%～9.94%，与OPT1处理差异显著（P＜0.05）。拔节期和抽穗期，叶片含氮量和叶片SPAD值均呈显著正相关（见图3），可以用叶片SPAD值评价植株氮营养状况。

图2 不同时期冬小麦叶片叶绿素值Fig.2 SPAD value of winter wheat leaves at jointing and heading stage

图3 叶绿素值与叶片含氮量的关系Fig.3 Relationship between SPAD value and N concentration of leaves

2.3 干物质积累

结果见表1。

表1 不同生长期寒地冬小麦干物质积累量Table 1 Dry matter weight of winter wheat at different growth stages (t·hm-2)

由表1可知，拔节期习惯施肥比优化施肥干物重高23.42%～35.42%（P＜0.05）；拔节期追肥促进拔节-抽穗，抽穗到成熟期干物质积累。抽穗期-成熟期，优化施肥比习惯施肥干物质多积累41.95%～76.03%。说明前期施氮太多虽促进拔节期以前干物质积累，但抑制抽穗后干物质积累，降低前期氮量并在拔节期施氮可显著增加抽穗后干物质积累量，提高成熟期干物质积累。

2.4 氮素积累量

拔节期和抽穗期，习惯施肥氮积累量最高（见表2）。

表2 不同时期寒地冬小麦氮素积累量Table 2 N uptake of wheat at different growth stage (kg·hm2)

由表2可知，拔节期习惯施肥比优化施肥处理氮积累量提高49.49%～109.28%（P＜0.05）；抽穗期FFP处理比优化施肥处理高33.94%～51.81%。拔节期施氮增加拔节-抽穗和抽穗-成熟期氮素积累，由于成熟期习惯施肥处理冬小麦发生较为严重倒伏，因此抽穗-成熟氮素积累为负值。

结果表明，前期施氮过多会造成冬小麦前期对氮素的过度吸收，抑制后期吸收量，而控制基追比例，增加后期施氮量，可以显著促进抽穗后氮积累。

2.5 冬小麦产量、产量构成因素和氮肥偏生产力

由表3可知，各处理成穗数差异不显著，但氮肥优化管理的穗数、穗粒数和千粒重均有增加趋势，其中收获指数增加显著（P＜0.05）。结果表明，优化施肥氮肥用量降低42.8%～47.6%，小麦产量提高4.2%～13.1%，氮肥偏生产力提高95.5%～98.7%，差异显著（P＜0.05）。

表3 冬小麦产量、产量构成因素、收获指数和氮肥偏生产力Table 3 Yield and yield components,harvest index and nitrogen partial factor productivity of winter wheat

3 讨论与结论

高寒地区冬小麦产量较低，研究显示，产量差异的主要影响因素是收获期穗数[12]，高寒地区冬小麦穗数只有400万，而其他产区穗数多为600～700万[9,13]。虽然本试验收获穗数达到约700万，但小麦穗粒数和结实率均低于上年，因此产量较低。本试验春季温度显著提高，小麦返青率超过90%，穗数显著提高，反而降低穗粒数、粒重和收获指数。在高寒地区，为提高冬小麦返青率，采用垄内双行播种方式。在两垄的垄帮上播种，利用积雪覆盖小麦，提高地表温度，以促进返青。如果遇到高温年份，冬小麦返青好，因植株过于集中在相邻2行，不利于小麦大穗形成。小麦收获穗数高，穗粒数低和粒重小也是小麦收获指数只有0.35的原因。可见高寒地区冬小麦栽培技术有待优化，形成与该品种相适应的栽培技术，对提高寒地冬小麦产量具有重要意义。

氮肥施入麦田土壤后的去向主要包括小麦吸收利用、土壤残留及损失；其中作物吸收利用与氮素损失间存在竞争关系，即作物吸收利用的氮素多，可在一定程度上减少氮素损失[11]。适当施用种肥和拔节肥可提高小麦对氮素的吸收利用，减少土壤残留及损失[12]，这与本研究结果一致。Liu等研究显示，施氮量越大，土壤0～300 cm中硝态氮含量越大，有50%以上残留在100～300 cm土层中，损失量越大[10]。种肥和拔节肥比例直接影响小麦产量[14]。王宗权研究表明，在同等氮量的情况下，基肥∶返青肥=1∶1时产量低于基肥∶拔节肥∶孕穗肥=5∶3∶2[15]。前期试验显示种肥和拔节期追肥比例在3∶2和1∶2间产量较高，本试验进一步证实基肥和拔节肥比例为1∶2处理产量较高。在本试验中实时氮肥管理用氮量最低，产量和其他处理无差异。由于实时氮肥管理需要多次土壤取样，操作麻烦，建议在生产上通过测定土壤无机氮确定氮肥总量，按固定比例追肥。

抽穗前、后干物质积累对小麦产量的影响是研究热点。凌启鸿研究显示抽穗后干物质积累越高越利于作物高产[16]。在高寒地区小麦生产中，前期施氮太高造成前期小麦旺长，使小麦分蘖成穗率降低[6]。本试验进一步证明，优化氮肥管理，减少基肥氮量，增加拔节期施氮量能有效控制小麦前期旺长，促进抽穗后氮素吸收，增加抽穗后干物质积累，实现小麦高产和氮素高效利用。

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Effect of nitrogen management on nitrogen uptake of winter wheat in cold area

PENG Xianlong,LIU Jia,LIU Xiaolun,QIN Yingchun,LIU Yang,TAI Fujun,WANG Jian, GUO Xin(School of Resources and Environmental Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

Field experiment was conducted to study the effect of nitrogen management on wheat yield and nitrogen use efficiency.Inorganic nitrogen(Nmin)of 0-90 cm soil layer,and soil and plant analysis development section(SPAD)value,accumulation of dry matter,nitrogen uptake,wheat yield were measured.The experiment results showed that farmer's fertilization practice,applying excessive nitrogen fertilizer at turning green period,increased SPAD value of leaves at jointing and heading stage,enhanced the dry matter weight before jointing stage and nitrogen uptake before heading stage,but inhibited the dry matter and nitrogen accumulation after heading stage and increased residual Nmin in 0-60 cm soil layer. Optimized nitrogen management(OPT)can match wheat nitrogen demand by applying nitrogen at jointing so that 0-60 cm soil layer Nmin maintained appropriate level and improved dry matter weight and nitrogen uptake after heading.The nitrogen rate of OPT was decreased by 42.8%-47.6%compared to farmer's fertilization practice,but the wheat yield was improved by 4.2%-13.1%and partial factor productivity of nitrogen fertilizer was enhanced by 95.5%-98.7%(P＜0.05).

cold area;winter wheat;nitrogen management;soil Nmin;yield

S511.3+3；S162.5

A

1005-9369（2014）07-0009-05

时间2014-7-4 17:31:10 [URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140707.0843.015.html

彭显龙,刘佳,刘小伦,等.氮肥管理对高寒地区冬小麦氮素积累的影响[J].东北农业大学学报,2014,45(7):9-13.

Peng Xianlong,Liu Jia,Liu Xiaolun,et al.Effect of nitrogen management on nitrogen uptake of winter wheat in cold area[J]. Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(7):9-13.(in Chinese with English abstract)

2013-05-08

国家科技部973项目（2009CB118606）；农业部公益性行业科研专项（201103003）

彭显龙（1976-），男，教授，博士，研究方向为植物营养与施肥。E-mail:PXL0508@163.com