氮肥运筹对节水高产冬小麦产量及水分利用率的影响

魏建伟，李 丁，李 强，孙书娈，孟祥海，李会敏，乔文臣，赵明辉，赵凤梧

(河北省农林科学院旱作农业研究所，河北衡水 053000)



氮肥运筹对节水高产冬小麦产量及水分利用率的影响

魏建伟，李 丁，李 强，孙书娈，孟祥海，李会敏，乔文臣，赵明辉，赵凤梧*

(河北省农林科学院旱作农业研究所，河北衡水 053000)

摘要[目的]研究氮肥运筹对节水高产冬小麦产量和水分利用率的影响，以形成最佳的氮肥底追比例，保护有限水资源。[方法]在统一施用270 kg/hm2纯氮条件下，选取节水高产冬小麦品种衡4399为材料，研究了底施与追肥比例3∶7、5∶5及7∶3这3种氮肥运筹方式对其产量、水分利用率的影响。[结果]氮肥运筹方式与产量及水分利用率高度相关，种植衡4399等节水高产冬小麦品种采用底追比3∶7的施氮方式，平均产量最高，为7 268.21 kg/hm2，水分利用率最大，为21.56 kg/(hm2·mm)。[结论]在黑龙港地区施用270 kg/hm2纯氮条件下，种植衡4399这类分蘖能力较强的节水高产冬小麦品种宜采用底追比3∶7的施氮方式。

关键词冬小麦；氮肥比例；产量；水分利用率

河北省是我国水资源严重缺乏的地区之一，人均水资源仅为311 m3，平均水资源3 120 m3/hm2，分别是全国平均水平的1/7和1/9。河北省全年总供水量约为170亿m3，而年用水总量为220亿m3，年超采50亿m3，超采率达23%。由于超采已造成地下水位连年下降，特别是低平原区的深层水是1.0亿～1.5亿年前形成的水资源，其年下降速度高达1 m以上，已形成面积达5万km2的、全国面积最大的地下水采空漏斗区[1]。自2014年起河北省全省开展节水项目，2014年投资12.6亿元，压缩灌溉小麦种植面积5.1万hm2，通过项目补贴形式推广抗旱节水品种20.0万hm2；2015年投资12.2亿元，在保持2014年压缩灌溉小麦种植面积的基础上，新增压缩面积1.9万hm2，通过项目补贴形式推广抗旱节水品种46.7万hm2。河北省小麦种植必须在有限的水资源条件下，提高水分利用率，达到高产高效。研究表明水分和肥料的交互作用对小麦生长的影响非常明显[2]，通过氮肥运筹能够在少浇水的条件下取得更高的小麦产量。拔节期补充氮肥可以促进籽粒灌浆，提高小麦产量和氮肥吸收利用率[5-8]，追施氮肥可以提高旗叶RuBPCase 活性和光合速率，其中以拔节期追氮基追比5∶5 处理产量构成三因素较为协调，产量最高[5]；也有研究认为，基追比4∶6施氮肥增产效果较好，原因主要是可显著增加小麦的有效穗数[6]，在不同试验条件下，也有其他不同的结果[7-10]。笔者研究了不同氮肥运筹方式对节水高产冬小麦产量及水分利用率的影响，以形成最佳的氮肥底追比例，保护有限的水资源。

1材料与方法

1.1试验地概况试验于2012～2013年在河北省农林科学院旱作农业研究所深州市护驾迟镇旱作节水试验站进行，前茬作物为玉米，地势平坦，地力中等，播种前测定0～20 cm厚土层土壤养分：有机质1.86%、全氮1.10 mg/g、碱解氮69.72 mg/kg、速效磷22.85 mg/kg、速效钾177.68 mg/kg。

1.2供试品种供试品种为节水高产冬小麦新品种衡4399。

1.3试验设计采用随机区组法进行田间排列，设3 个氮肥底施和追施比例处理，N1底追比3∶7，N2底追比5∶5，N3底追比7∶3。氮肥施用量统一为270 kg/hm2纯氮，追肥时期统一为拔节期(春天第5叶露尖)；磷钾肥全部底施，其中五氧化二磷为120 kg/hm2、氧化钾90 kg/hm2。

小区长16.00 m，宽2.84 m，每小区18行，小区间空1行，行距0.16 m，小区面积为45.44 m2，3次重复，共9个小区。采用奥地利进口的自走式小区播种机播种，播期10月11日，基本苗300万/hm2。灌水为拔节水、扬花灌浆水，灌水量每次750 m3/hm2。

1.4测定项目出苗后，每小区选均匀处定 1 m双行样段，在苗期(基本苗数)、起身期后期(最高茎数)、灌浆期(有效穗数)调查小麦田间群体。收获期调查产量及其构成三要素，按小区收获计产。

分别于播种前及小麦收获后采集土壤，每小区随机选取3个采样点。土壤水分含量采用烘干称质量法，土壤水分测定时取样深度为 0～200 cm，每20 cm 土层作为1个样品。每层土壤水分含量取3个采样点的平均值。

土壤贮水量计算公式[11-14]：

V=ρ×h×w×10

(Ⅰ)

式中，V是土壤贮水量(mm)；ρ为实测土壤体积质量(g/cm3)；h为土层厚度(cm)；w为土壤水分含量(%)。

土壤耗水量计算公式[11-14]：

ETa=W1-W2+M+P

(Ⅱ)

式中，ETa为土壤耗水量(mm)；W1为播前土壤贮水量(mm)；W2为收获后土壤贮水量(mm)；M为冬小麦生育期内灌水量(mm)；P为冬小麦生育期降水量(mm)。公式(Ⅰ)和(Ⅱ)中的土壤贮水量和耗水量均以200 cm土层含水量计算。

水分利用率计算公式[11-14]：

WUE=Y/ETa

(Ⅲ)

式中，WUE为水分利用率[kg/(hm2·mm)]；Y为冬小麦单位面积产量。

数据采用DPS和Excel软件统计分析。

2结果与分析

2.1不同氮肥底追比对群体结构的影响由表1可知，由于播种量相同，不同氮肥底追比间基本苗数差异不明显，施氮比例对冬小麦出苗影响较小。从最高茎数看，不同氮肥底追比对群体变化影响比较明显，氮肥底追比为7∶3的处理最高茎数最大，平均为1 963.7×104个/hm2；氮肥底追比为5∶5的处理次之，平均为1 842.2×104个/hm2；氮肥底追比为3∶7的处理最小，平均为1 740.3×104个/hm2。从有效穗数看，氮肥底追比为3∶7和5∶5的处理显著大于氮肥底追比7∶3的处理，且氮肥底追比3∶7和5∶5的处理差异不显著，分别为703.0×104、688.3×104个/hm2。从分蘖成穗率看，各氮肥底追比处理间差异显著。分析认为氮肥底追比7∶3的处理，两极分化前分蘖过多，形成大量的无效消耗，加之后期施氮量低，造成氮素供应不足，反而形成有效穗数偏低。

表1　不同处理群体变化

注：同列数据后小写字母不同表示0.05水平差异显著，下同。

Note：Different lowercases in the same row indicated significant differences at 0.05 level，the same as follows.

2.2不同氮肥底追比对产量及其构成因素的影响由表2可知，氮肥底追比3∶7、5∶5和7∶3的处理平均穗粒数分别为34.9、34.4和33.3粒，氮肥底追比3∶7处理和5∶5处理穗粒数差异不显著，但这2个处理与氮肥底追比7∶3处理差异显著。氮肥底追比3∶7处理和5∶5、7∶3处理千粒重差异达到显著水平，后两者差异不显著。从产量看，氮肥底追比3∶7处理产量最高，达7 268.21 kg/hm2，较氮肥底追比5∶5处理增产205.91 kg/hm2，增产幅度为2.9%，氮肥底追比7∶3的处理产量最低，为6 821.08 kg/hm2，较氮肥底追比5∶5处理减产3.4%，且不同氮肥底追比处理间差异均达显著水平。

表2不同处理产量及其构成因素的变化

Table 2Changes of yields and component factors in different treatments

处理Treatment产量Yieldkg/hm2穗数Earnumber×104个/hm2穗粒数Grainsperear∥粒千粒重1000-grainweight∥gN17268.21a703.0a34.9a38.9aN27062.30b688.3a34.4a37.2bN36821.08c660.7b33.3b36.5b

2.3不同氮肥底追比对水分利用效率的影响由表3可知，氮肥底追比7∶3处理的耗水量略高于氮肥底追比5∶5和3∶7的处理，差异不明显，但不同处理间水分利用率有差异。分析认为，氮肥底追比7∶3的处理中冬小麦起身至拔节期最高茎数过大，增加了叶面蒸腾，而其成穗率偏低，形成较大的无效蒸腾，到中后期虽然有效穗数不高，但下部仍有许多5粒以下的无效茎数，总蒸腾量并不减少，且又产生了部分无效蒸腾，造成水分利用率下降。

表3　不同处理耗水量和水分利用率的变化

3结论与讨论

前人研究表明，小麦生育后期对氮肥有一定的需求量，采用适当的氮肥后移技术可以延缓叶片衰老和根系早衰，提高开花期光合速率，有利于干物质的积累，对灌浆有一定的促进作用，实现小麦籽粒产量的提高[15-16]。也有研究表明，氮肥后移提高了氮肥吸收利用率，同时显著改善了小麦籽粒品质，但对籽粒产量影响不显著，甚至是后期氮肥施用比例过大会导致其产量显著降低[7，17]。该研究结果表明，在黑龙港流域地区，适当的氮肥后移可以控制冬小麦两极分化前无

效分蘖数量，降低氮肥的无效消耗，提高分蘖成穗率，确保穗分化期氮素供应，提高穗粒数，延长旗叶功能期，提高千粒重，最终实现产量增加。以衡4399为代表的节水高产冬小麦品种，一般本身分蘖能力较强，前期施氮量大容易造成无效分蘖数量激增，造成大量的无效消耗，后期氮肥供应不足，影响产量三要素形成，降低产量，应尽量采用底追比3∶7的施氮方式，控制前期茎数，促进穗分化和干物质积累。

黑龙港地区的水利条件，使人们在进行节水高产冬小麦品种栽培技术研究时必须考虑尽量提高水分利用率。作物水分利用率是由温度、肥料水平、土壤质地、降雨量和作物品种等多个因素共同决定的，而每个因素对水分利用率的影响程度又各不相同，在实际生产中，水分利用率的提高主要是通过增加作物产量和降低无效蒸发来实现的[18]。该研究结果表明，采取底追比3∶7的施氮方式可以使节水高产冬小麦品种衡4399形成合理的群体结构，从而降低无效蒸发和增加作物产量，最终实现水分利用率的提高。

综合以上两点认为，在黑龙港地区氮肥施用量为270 kg/hm2纯氮条件下，种植衡4399这类分蘖能力较强的节水高产冬小麦品种宜采用底追比3∶7的施氮方式，可以提高水分利用率，增加冬小麦产量。

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基金项目农业部国家小麦产业技术体系项目(CARS-3-2-2)；河北省小麦产业技术体系项目(2012-2016)。

作者简介魏建伟(1980- )，男，河北迁安人，助理研究员，从事小麦育种与生理栽培研究。*通讯作者，研究员，从事小麦资源创新与遗传育种研究。

收稿日期2016-04-13

中图分类号S 512.1+1

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)13-025-02

Effects of Nitrogen Fertilizer Application on Yield and Water Use Efficiency of Water-saving and High-yield Winter Wheat

WEI Jian-wei, LI Ding, LI Qiang, ZHAO Feng-wu*et al

(Institute of Dryland Farming, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Hengshui, Hebei 053000)

Abstract[Objective] To research the effects of nitrogen fertilizer application on yield and water use efficiency of water-saving and high-yield winter wheat, so as to obtain the optimal base and topdressing fertilizer rates, and to protect the limited water resources. [Method] When the nitrogen fertilizer application dosage was 270 kg/hm2, winter wheat cultivar Heng 4399 was selected, which had the characteristics of water saving and high yield and was widely planted. The ratios of base to topdressing nitrogen fertilizer were 3∶7, 5∶5 and 7∶3, respectively. Their effects on yield and water use efficiency were researched. [Result] Nitrogen fertilizer application mode was highly correlated to the yield and water use rate. The 3∶7 base-topdressing nitrogen fertilizer was suitable for the planting of Heng 4399 and other water-saving and high-yield cultivars. The average yield was 7 268.21 kg/hm2; and water use efficiency was 21.56 kg/(hm2·mm). [Conclusion] Under 270 kg/hm2 nitrogen fertilizer application in Heilonggang area, planting Heng 4399 and other water-saving and high-yield winter wheat varieties should adopt the application mode of 3∶7 base-topdressing nitrogen fertilizer.

Key wordsWinter wheat; Application ratio of nitrogen fertilizer; Yield; Water use efficiency