不同农艺措施对河套灌区节水春小麦氮素利用的影响

李晓娟等

摘要 [目的]系统研究春小麦生长发育特性以及植株氮素吸收规律，阐明不同农艺措施与氮素利用的关系，深入揭示节水条件下氮肥高效利用的生理机制，明确节水灌溉春小麦实现高氮素利用效率的适宜农艺措施，以期达到减少氮肥施用量、提高氮肥利用效率、降低小麦生产成本、减少环境污染、保护生态环境的目的。[方法]在前期研究确立的节水灌溉模式基础上，通过4因素5水平二次回归正交设计试验，以基本苗数、种肥磷量、施氮量和灌水定额4项主要农艺措施为决策变量，以氮素农学利用效率为目标函数，建立了内蒙古河套灌区主要农艺措施与春小麦氮素农学利用效率的二次多项式回归模型。[结果]4项农艺措施对氮素农学利用效率的影响大小顺序为：基本苗数>灌水定额>施氮量>种肥磷量。通过频数寻优，定量化地提出了河套灌区春小麦实现高氮素农学利用效率的农艺措施优化组合方案，即基本苗数控制在678.9万～710.9万株/ hm2，种肥磷量（P2O5）142.4～158.9 kg/hm2，拔节期追施氮量（纯N）124.5～142.0 kg/hm2，拔节期和抽穗期灌水定额均为903.5～951.6 m3/hm2，可实现节水春小麦氮素利用率大于10 kg/kg。[结论]该研究可为建立河套灌区春小麦节水省肥高产栽培技术体系提供理论依据。

关键词 春小麦；氮素利用效率；农艺措施；河套灌区

中图分类号 S512 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）11-03199-04

Abstract [Objective] The aim was to study the wheat growth and development characteristics and its plants nitrogen use absorption law systematically to clarify the relationship between different agronomic measures and nitrogen use， reveal the physiological mechanism of high efficiency use of nitrogen under water-saving conditions deeply to confirm on the suitable agronomic measures of water-saving spring wheat to realize high efficiency use of nitrogen， then to get the goal of decreasing nitrogen application amount， improving nitrogen use efficiency， cutting down wheat production cost， reducing environment pollution to protect ecological environment. [Method] On the basis of water-saving irrigation pattern of preliminary studies established， the field experiment was carried out through the four factors and five levels quadratic regression orthogonal designed test， a quadratic polynomial regression mathematical model of major agronomic measures and nitrogen use efficiency of spring wheat in Hetao Irrigation Region of the Inner Mongolia were established taking the four key agronomic measures（basic seedlings number， the amount of basic phosphorus， nitrogen application amount and irrigation water quota） as decision variables， and the nitrogen use efficiency as the objective function. [Result] The effects of the four agronomic measures on nitrogen use efficiency was in the order of basic seedlings number> irrigation water quota> nitrogen application amount> the amount of basic phosphorus. Through the frequency analysis， quantitatively proposed that optimized agronomic measures combination plan of spring wheat of the Hetao Irrigation District realizing high nitrogen use efficiency was as follows： the basic seedlings number was 6.789-7.109 million plants per hectare， the amount of basic phosphorus （P2O5） was 142.4- 158.9 kg/hm2， additional nitrogen amount of jointing stage （pure N） was 124.5- 142.0 kg/hm2， the irrigation quota of jointing and heading stage was 903.75- 951.6 m3/hm2， which achieved that the nitrogen use efficiency of watersaving spring wheat was more than 10 kg/kg. [Conclusion] The study provides a theoretical basis for establishing water-saving， fertilizersaving and high yield production technological system of spring wheat in Hetao Irrigation Region of the Inner Mongolia.

Key words Spring wheat； Nitrogen use efficiency； Agronomic measures； Hetao Irrigation Region

春小麦是河套灌区的主要粮食作物之一，常年播种面积约占粮食作物播种面积的50%以上，小麦生产在该地区粮食生产中占有举足轻重的地位。氮素是植物生长必需的大量元素，对许多生理活动有直接调节作用。氮素的缺乏会使许多生命代谢过程发生改变，提高氮素利用效率是发展农业的重点问题之一[1]。河套平原灌区的春小麦伴随着多次、大量灌水，化肥的投入量也在逐年增加[2-3]。在高水肥投入条件下，小麦生产中化肥氮的利用率低、损失量大是存在的普遍问题。由此导致的地表水富营养化、地下水硝态氮含量超标以及土壤板结等一系列生态环境恶化现象已引起广泛关注[4]。因此，如何通过技术突破减少灌溉用水和化肥用量，提高水、肥利用效率，是摆在人们面前的重要课题。关于充分灌水条件下小麦的营养吸收特性国内外已有大量研究[5-7]。汪芝寿等国内外科学工作者对春小麦氮磷钾吸收动态已开展了大量的研究工作，取得了相应的成果[8-10]。但对于春小麦节水灌溉下养分利用特性还尚未见报道。为此，笔者以提高氮肥利用效率为中心，在不同农艺措施处理下，系统研究春小麦生长发育特性以及植株氮素吸收规律，阐明不同农艺措施与氮素利用的关系，深入揭示节水条件下氮肥高效利用的生理机制，明确节水灌溉春小麦实现高氮素利用效率的适宜农艺措施，以期达到减少氮肥施用量、提高氮肥利用效率、降低小麦生产成本、减少环境污染、保护生态环境的目的，从而为建立河套灌区春小麦节水省肥高产栽培技术体系提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2013年在内蒙古巴彦淖尔市五原县农业技术推广中心进行，试验区属大陆性干旱、半干旱气候，大气干燥，降水稀少，蒸发强烈，年降水量为136～225 mm，年蒸发量为1 992～3 305 mm，无霜期117～150 d。土壤基础肥力为：有机质22.98 g/kg，碱解氮70.56 mg/kg，速效磷21.57 mg/kg，速效钾134.56 mg/kg，pH 7.92。

1.2 试验设计

试验设施氮量（N）、种肥磷量（P）、基本苗数（D）、灌水定额（I）4个因素，每个因素5个水平，采用4因素5水平二次回归正交设计（1/2）方案，17个处理组合，其编码水平及实际值见表1、2，另设1个不施肥小区（18）作为对照。供试小麦品种为当地主推良种永良4号。采用随机区组排列，3次重复，共54个试验小区，每小区面积为21 m2，行距15 cm。磷肥按处理水平作为底肥随播种一次性施入，氮肥在拔节期结合灌水追施。灌水分别在拔节期和抽穗期进行，其他管理措施同普通小麦大田。

1.3 测定内容及方法

采用凯氏定氮仪和酸滴定仪测定小麦植株的氮素含量，并按如下公式计算氮素利用相关指标。吸氮量= 植株干物重× 植株氮素含量；氮素表观利用率=（施氮处理植株吸氮量-不施氮处理植株吸氮量）/施氮量× 100%；氮肥农学利用率=（ 施氮区产量- 空白区产量）/施氮量；氮素生理效率= 经济产量/植株总吸氮量；氮肥偏生产力= 施氮区产量/施氮量。

1.4 数据统计分析

所有试验数据均采用Excel（2003）和SPSS（19）软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同农艺措施处理下节水春小麦植株含氮率变化

不同农艺措施处理下节水春小麦整个生育期地上部植株含氮率均呈下降趋势。在春小麦植株的分蘖至成熟期间，由于干物质重的增长速度较大，植株含氮率随生育进程的推进而逐渐降低，分蘖期的含氮率最高，成熟期最低。

由图1可知，在拔节期进行施氮处理以前，各处理间植株含氮率没有明显差异，但是都明显大于对照。拔节期进行不同氮肥处理以后，中氮处理下的植株含氮率明显大于其他处理。到了抽穗期，植株含氮率表现为中氮>高氮>低氮>对照开花期以后，各处理间植株含氮率差异不明显，但是都明显大于不施氮的对照。

由图2可知，不同磷肥处理间中磷处理下的植株含氮率在整个生育时期都表现为最大，不施磷的对照始终最小，分蘖期到开花期之间植株含氮率表现为中磷>高磷>低磷>对照。开花期以后，施磷量对植株含氮率的影响不明显。

由图3可知，不同种植密度下，在分蘖期中密处理和低密处理下的植株含氮率没有明显差异，但是都明显大于高磷处理和不施磷的对照。到开花期以后，植株含氮率表现为低密>中密>高密>对照。

3 结论与讨论

春小麦一生中，氮素积累量与生育进程符合S型曲线变化，苗期积累氮量少，随生育进程推进，氮素积累量增加，至完熟期达到最大值。适宜水肥量和适宜密度下的氮素积累量在春小麦的整个生育时期都保持最大。而春小麦植株含氮率随着生育进程逐渐减小，分蘖期最大，之后逐渐减小，到成熟期降为最低。前人关于施氮量影响小麦植株氮素吸收的研究多认为，随施氮量增加，植株氮素含量和积累量增加。该试验中进一步验证了上述结果，中氮处理下的植株含氮率和氮素积累量都明显大于低氮处理，但该试验中过量施氮处理，植株含氮率和积累量反而下降。这说明施氮量过多，反而抑制了植株含氮率和氮素积累量的提高。

提高小麦氮素利用效率是目前急待解决的农业问题，关于小麦氮素利用效率的研究己有很多[1-5]，主要是对不同基

因型小麦氮素利用效率的比较研究，而该试验是通过对不同

农艺措施下的氮素利用效率做比较，旨在得出河套灌区最大氮素农学利用效率的农艺措施组合。该试验在前期研究确立的“河套灌区春小麦高产节水灌溉模式”基础上，建立了春小麦氮素农学利用效率与基本苗数、种肥磷量、追氮肥量和灌水定额4项农艺措施的二次多项式回归方程。通过氮素农学利用效率决策频数分析，提出河套灌区春小麦实现高氮素农学利用效率的农艺措施组合方案：种植密度678.9万～710.9万株/ hm2，种肥磷量（P2O5）142.4～158.9 kg/hm2，拔节期追施氮量（纯N）124.5～142.0 kg/hm2，拔节期和抽穗期灌水定额均为903.5～951.6 m3/hm2，可实现节水春小麦氮素利用率大于10 kg/kg。

董文娟等在河套灌区对春小麦的研究得出，灌4水条件下最大氮素利用效率的施氮量为148.5～195.0 kg/hm2，而灌2水条件下得出最大氮素利用效率的施氮量为124.5～129.0 kg/hm2[16]，与该试验得出的节水春小麦最大氮素农学利用效率的施氮量范围124.5～142.0 kg/hm2接近。这证明，在节水栽培条件下，适当减少施氮量可显著提高小麦的氮素利用效率。

该试验结果表明，在优化种植密度、施肥量和灌水定额条件下，河套平原灌区春小麦的氮素利用效率能够达到13.6 kg/kg，远高于目前现有报道的数值范围。该试验得出的河套灌区春小麦高氮素农学利用效率的优化组合措施为实现北方灌区春小麦模式化栽培提供了切实可行的途径。由于整个河套灌区各地的小气候、土壤条件不同，因此该研究提出的春小麦高氮素农学利用效率的农艺措施方案的适应性和持续性尚待进一步验证。

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