施氮量对滴灌冬小麦产量及氮素利用的影响

周勃　赖宁　陈署晃　孙霞

摘要：为明确不同施氮处理对滴灌冬小麦产量及氮素利用规律的影响，在新疆奇台县西地镇西地村试验基地进行肥力定位试验。以不施氮肥处理为对照（CK），共设置5个氮肥施用量梯度处理，分别为N0、N1、N2、N3、N4，研究冬小麦的产量及氮素利用规律。研究表明，施氮能够显著增加冬小麦的产量，处理N1、N2、N3、N4的产量分别比处理N0提高19.18%、36.90%、24.60%、16.27%;最大施氮量为277 kg/hm2，最佳施氮量为253 kg/hm2;最大施氮量冬小麦产量为7 594 kg/hm2，最佳施氮量冬小麦产量为7 580 kg/hm2。本研究可为新疆滴灌条件下冬小麦的氮肥合理施用提供理论指导。

关键词：冬小麦;施氮量;产量;氮素利用规律

中图分类号： S147.2;S512.1+10.6  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）04-0061-04

小麦是我国第二大粮食作物，在新疆的种植面积约 80万hm2，占新疆粮食播种面积的53.89%，其中冬小麦约 56万hm2，其高产高效种植有着重要的社会和现实意义[1-3]。同时，新疆又是我国缺水最严重的省份之一，农业用水量占到总用水量的95%，大力发展现代节水农业、提高灌溉水利用率和水分利用效率是实现新疆经济、社会、环境协调发展的前提条件。因此，滴灌节水灌溉技术近几年得到迅速发展，仅2013年新疆种植的滴灌小麦就已达11万hm2，比2012年增长了45.3%，有着巨大的发展潜力。

氮素是作物生长必需的矿质营养元素之一，施用氮肥对作物增产具有重要的作用[4-6]。但由于氮肥在土壤中易发生转化而损失，盲目用氮肥会造成减产，甚至环境污染等[5-7]。因此，探究不同施氮量对作物生长的影响、找到适宜的施氮量，是农业高产高效和可持续发展的必然要求。

本试验探讨滴灌条件下不同施氮量对冬小麦产量及产量构成因素的影响，获得滴灌冬小麦的氮肥适宜用量，研究小麦不同部位氮肥的利用率，对进一步推广滴灌冬小麦以及保障粮食安全具有重要的理论和现实意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验设在新疆奇台县西地镇西地村，位于新疆东北部，天山北麓，准噶尔盆地东南缘。属中温带大陆性半荒漠干旱性气候，年平均气温5.5 ℃，极端最高气温39 ℃，极端最低气温-37.3 ℃，無霜期年平均153 d，年平均降水量269.4 mm。土壤层（壤土）厚度≥60 cm，各土壤层养分状况见表1。

1.2 试验设计

冬小麦供试品种为新冬22，播种量375 kg/hm2，采取滴灌种植，滴灌带布设方式为1管4行（紧邻滴灌带的为行1，外边为行2），行距为15 cm，小区面积36 m2。2015年9月28日播种，10月7日出苗，灌溉方式为高压滴灌，生育期灌溉8次，总灌水量6 300 m3/hm2。试验设N0、N1、N2、N3、N4共5个氮水平（表2），3次重复。供试氮肥为尿素（N 46%），磷肥为重过磷酸钙（P2O5 46%），钾肥为硫酸钾（K2O 51%）。30%氮肥、磷肥和钾肥作为基肥，在小麦播种前施入，70%氮肥作为追肥随水滴施，其中15%在返青期追施，20%在拔节期追施，20%在孕穗期追施，15%在灌浆期追施。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 植株样品的采集和测定 在小麦返青期（4月7日）、拔节期（4月18日）、孕穗期（5月6日）、扬花期（5月27日）、灌浆期（6月9日）、乳熟期（6月22日）、成熟期（7月10日）采取各处理行1、行2的小麦植株地上部样品，按不同器官（茎、叶、籽粒）分开，烘干、称质量、粉碎，测定植株不同部位氮养分含量（浓H2SO4-H2O2消解法），同时测定小麦的穗长、穗粒数、千粒质量和株数等生长指标。

1.3.2 小麦测产 成熟后按各处理行1、行2收获，测定各试验小区的株数、有效穗数和穗粒数等产量构成因素，测定所取籽粒样品的千粒质量，计算各试验小区的产量。

1.3.3 数据处理 所有数据使用Microsoft Excel 2007进行预处理，Origin 8.0制图，SPSS 17.0进行单因素方差分析和逐步回归分析。肥料利用率的具体计算公式如下式：

肥料利用率=（施肥区作物吸收养分量-缺素区作物吸收养分量）/分量养分施用量×100%。

2 结果与分析

2.1 小麦产量及产量构成因子分析

2.1.1 小麦产量分析 从表3可以看出，处理N2的行1、行2产量最高，分别为3 961、3 910 kg/hm2，都显著高于其他处理（P<0.05），但二者间没有显著差异;处理N3、N1的行1行2均没有显著差异;处理N0的行1行2的产量最低，显著小于其他处理（P<0.05），但行1行2间差异不显著。处理N2的总产量最高，为7 871 kg/hm2，显著大于其他处理（P<0.05），比处理N0增产36.90%;处理N3总产量为 7 164 kg/hm2，显著大于处理N1、N4、N0（P<0.05），比处理N0增产24.60%。处理N1、N4平均产量显著大于处理N0（P<0.05），比处理N0分别增产19.18%、16.27%，但二者间没有显著差异。

2.1.2 小麦产量构成因子分析 从表4可以看出，各处理的小麦穗长没有显著差异，表明施用氮肥对小麦穗长影响不显著。各处理的小麦穗粒数随施氮量的增加呈现出先增加后减少的趋势，处理N2的行2穗粒数最多，为33.82粒，而处理N0的行1穗粒数最少，仅为29.69粒，但是各处理的行1、行2间均没有显著差异。各处理的小麦千粒质量差异显著，处理N1的行1行2千粒质量最大，分别为48.00、48.70 g，显著大于处理N2、N3、N4（P<0.05），而与处理N0没有显著差异;处理N2、N3、N4的千粒质量均没有显著差异;各处理的行1行2间均没有显著差异。各处理的株数表现为随施氮量的增加而增加的趋势，处理N4的行1行2株数最多，与处理N0、N1达到了显著差异（P<0.05），与处理N2、N3差异不显著;而处理N0的株数最少，显著低于其他处理（P<0.05）;各处理的行1行2间均没有显著差异。各处理的小麦有效株数随施氮量的增加呈现出先增加后减少的趋势，处理N2有效株数最多，显著大于其他处理（P<0.05），而处理N1、N2、N3间没有显著差异，但都显著高于处理N0;而各处理的行1行2间均没有显著差异。各处理的小麦无效株数随施氮量的增加呈现出先减少后增加的趋势，处理N4的无效株数最多，显著高于其他处理（P<0.05）;其次是处理N3，无效株数显著高于处理N0、N1、N2（P<0.05），而处理N0、N1、N2无效株数表现为N1>N0>N2，但三者间没有显著差异。

2.2 小麦干物质积累与分配

由图1可知，处理N4的行2行1的叶干物质分别为673、662 kg/hm2，显著高于处理N1、N0（P<0.05），与处理N2、N3没有显著差异;处理N0行2行1的叶干物质分别为467、468 kg/hm2，显著小于除了与N1处理外的其他处理（P<0.05）;处理N2的行2行1总叶干物质比处理N0增加33.14%。处理N1、N2、N3、N4的行1行2茎干物质差异不显著，但都显著大于处理N0（P<0.05），其中处理N2的行1行2平均茎干物质比处理N0增加37.07%。处理N2的行1行2的籽粒干物质显著高于其他处理（除了N3的行2外）（P<0.05），分别为4 046、3 971 kg/hm2，总籽粒干物质比处理N0增加35.97%;处理N1、N3、N4行1的籽粒干物质差异不显著，处理N3行2的籽粒干物质与处理N1行2无显著差异，但显著高于处理N4行2（P<0.05），而N1、N3、N4的行1行2的籽粒干物质都显著大于处理N1的行1行2（P<0.05）。处理N2行1的叶、茎、籽粒总干物质达到14 217 kg/hm2，显著高于其他处理（P<0.05），行2为14 187 kg/hm2，除了处理N3的行2外，与其他处理行2都达到了显著差异（P<005）;处理N0行1行2总干物质均显著小于其他处理（P<005），而处理N1、N3、N4间没有显著差异。

2.3 小麦氮素吸收与分配

从表5可知，各处理的行1小麦茎氮素吸收量以处理N4最大，为13.02 kg/hm2，其次是处理N3，为11.17 kg/hm2，且二者间没有显著差异，但都与其他处理的行2达到了显著差异（P<0.05），而处理N2、N1、N0的行2小麦茎氮素吸收量差异不显著。各处理的行2小麦茎氮素吸收量以处理N4、N3较大，分别为12.89、12.75 kg/hm2，二者间没有显著差异，均与处理N2、N0的行2达到了显著差异（P<0.05），与处理N1没有显著差异，而处理N1、N2与N0的行2小麦茎氮素吸收量差异显著。同一处理的行1行2的茎的氮素吸收量均没有显著差异。

各处理的小麦叶氮素吸收量随着氮肥施用量的增加而增加，且处理间差异显著（P<0.05）。行1的叶氮素吸收量以处理N4最大（13.04 kg/hm2），处理N0最小（4.45 kg/hm2）;行2的叶氮素吸收量以处理N4最大（13.32 kg/hm2），处理N0最小（4.45 kg/hm2）;同一处理的行1行2的叶的氮素吸收量均没有显著差异。

各处理的小麦籽粒氮素吸收量具有随着氮肥施用量的先增加后减少的趋势，且处理间差异显著（P<0.05）。行1的籽粒氮素吸收量以处理N2最大，为94.14 kg/hm2，显著大于其他处理（P<0.05）;其次是处理N3，显著大于处理N1、N4、N0（P<0.05），处理N1、N4均显著高于处理N0（P<0.05），但二者间没有显著差异。行2的籽粒氮素吸收量以处理N3最大，为93.32 kg/hm2，其次是处理N2，显著高于其他处理（P<0.05），但处理N3和N2行2的籽粒氮素吸收量没有显著差异;处理N0为41.87 kg/hm2，显著小于其他处理（P<0.05）。同一处理（除处理N3外）的行1行2的籽粒的氮素吸收量均没有显著差异。

各处理的小麦总氮素吸收量差异显著，行1以处理N2最大，为110.29 kg/hm2;其次是处理N3，为109.16 kg/hm2;处理N0最小，为51.79 kg/hm2。行2以处理N3最大，为117.51 kg/hm2;其次是处理N2，为109.43 kg/hm2;处理N0最小，为51.97 kg/hm2。处理N1、N2、N3、N4的平均氮肥利用率为65.04%、48.32%、34.14%、21.18%。

2.4 肥料效应

根據小麦不同氮肥用量试验的产量结果用一元二次方程拟合出产量y和施氮量x的关系式（图2），即氮肥的效应方程：y=-0.024 3x2+13.462x+5 729.6（r2=0.918 3* *），按照当年当地的小麦收购价3.0元/kg、氮肥价格2.6元/kg，由氮肥的效应方程可得出：最大施氮量为277 kg/hm2，最佳施氮量为253 kg/hm2，最大施氮量小麦产量为7 594 kg/hm2，最佳施氮量小麦产量为 7 580 kg/hm2。

3 讨论与结论

氮是植物必需的营养元素，氮肥对于提高作物产量、改善农产品质量有重要作用。研究表明，施用氮肥可显著提高小麦产量，对小麦产量的贡献率可达20%以上[8]。然而过量施用氮肥，非但不能增加小麦的产量，还会造成小麦减产、资源浪费、环境污染等问题。因此，确定小麦氮肥的合理施用量非常重要。不同地区小麦适宜的施氮量有很大差异。张福锁等研究认为，华北平原高产地块冬小麦氮素的需求量为 174 kg/hm2[9];李裕元等研究表明，豫西黄土丘陵区小麦适宜施氮量为138 kg/hm2[10];赵新春等认为，施氮量80 kg/hm2是黄土高原南部小麦的最佳氮肥施用量[11];孔令聪等研究认为，小麦在淮北地区中等肥力地块的适宜施氮量为150～225 kg/hm2[12]。而新疆奇台县滴灌冬小麦氮肥平均用量为322.4 kg/hm2，已大大高于其他地区的氮肥合理施用量。本研究认为，施氮能够显著增加小麦的产量，处理N1、N2、N3、N4的小麦产量分别比处理N0提高了19.18%、36.90%、24.60%、16.27%，小麦产量随着施氮量的增加呈现先增加后下降的趋势。施氮量为253 kg/hm2时，小麦产量可达 7 580 kg/hm2。

作物产量的形成是产量构成因子共同作用的结果。张炳勇等认为，适当增施氮肥可促进小麦穗的发育，使单位面积穗数和穗粒数增加，提高粒质量，最终提高小麦产量[8]。在本试验不同氮肥处理下，小麦穗粒数随施氮量的增加呈现出先增加后减少的趋势，进一步对小麦干物质积累与分配进行分析，可以看出小麦的籽粒干物质量随施氮量的增加呈现出先增加后减少的趋势，而叶片的干物质量表现为随施氮量的增加而增加，说明施用氮肥会增强小麦的营养生长，过量施用氮肥后营养生长会对生殖生长造成抑制作用，进而影响小麦的籽粒产量，并且与本研究中氮素在小麦茎、叶和籽粒中的分配规律相一致。最终由氮肥的效应方程可得出：滴灌冬小麦在新疆奇台的最大施氮量为277 kg/hm2，最佳施氮量为 253 kg/hm2。本研究结果与前人对作物氮肥利用规律的研究结果[13-16]相一致，冬小麦的施氮量会由于品种、气候、地域等差异而有所变化。因此，在实际生产中须要根据具体情况进行适当调整[17-22]。

参考文献：

[1]胡 诚，乐群芬，孙 斌，等. 氮肥用量与施用方法对土壤养分与小麦生长的影响[J]. 西南农业学报，2017，30（9）：2017-2023.

[2]安婷婷，侯小畔，周亚男，等. 氮肥用量对小麦开花后根际土壤特性和产量的影响[J]. 中国农业科学，2017，50（17）：3352-3364.

[3]窦晓静，张彦红，耿庆龙，等. 施氮量对春小麦生长及土壤养分积累的影响[J]. 新疆农业科学，2017，54（7）：1191-1199.

[4]乔江飞，赖 宁，耿庆龙，等. 不同滴灌年限小麦土壤养分积累时空变异特征[J]. 新疆农业科学，2017，54（4）：667-674.

[5]吴晓丽，李朝苏，汤永禄，等. 氮肥运筹对小麦产量、氮素利用效率和光能利用率的影响[J]. 应用生态学报，2017，28（6）：1889-1898.

[6]侯云鹏，韩立国，孔麗丽，等. 不同施氮水平下水稻的养分吸收、转运及土壤氮素平衡[J]. 植物营养与肥料学报，2015，21（4）：836-845.

[7]纪德智，王 端，赵京考，等. 不同氮肥形式对玉米氮、磷、钾吸收及氮素平衡的影响[J]. 水土保持学报，2014，28（4）：104-109.

[8]张炳勇，崔日鲜. 氮肥运筹对冬小麦光合特性和产量的影响[J]. 青岛农业大学学报（自然科学版），2010，27（3）：195-199，204.

[9]张福锁，王激清，张卫峰，等. 中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J]. 土壤学报，2008，45（5）：915-924.

[10]李裕元，郭永杰，邵明安. 施肥对丘陵旱地冬小麦生长发育和水分利用的影响[J]. 干旱地区农业研究，2000，18（1）：15-21.

[11]赵新春，王朝辉. 半干旱黄土区不同施氮水平冬小麦产量形成与氮素利用[J]. 干旱地区农业研究，2010，28（5）：65-70，91.

[12]孔令聪，汪建来，曹承富，等. 主要栽培措施对中筋小麦皖麦44产量和品质的影响[J]. 麦类作物学报，2004，24（4）：84-87.

[13]何晓雁，郝明德，李慧成，等. 黄土高原旱地小麦施肥对产量及水肥利用效率的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2010，16（6）：1333-1340.

[14]潘圣刚，翟 晶，曹凑贵，等. 氮肥运筹对水稻养分吸收特性及稻米品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2010，16（3）：522-527.

[15]潘圣刚，曹凑贵，蔡明历，等. 不同灌溉模式下氮肥水平对水稻氮素利用效率、产量及其品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2009，15（2）：283-289.

[16]郝明德，王旭刚，党廷辉，等. 黄土高原旱地小麦多年定位施用化肥的产量效应分析[J]. 作物学报，2004，30（11）：1108-1112.

[17]姜丽娜，齐冰玉，徐光武，等. 水氮对根箱种植冬小麦根系生长及产量的影响[J]. 江苏农业科学，2017，45（14）：42-45.

[18]孟自力，王和洲，闫向泉，等. 施氮量对小麦商麦156光合特性、冠层光截获及产量的影响[J]. 江苏农业科学，2017，45（23）：76-79.

[19]毛祥敏，钟雯雯，王兴亚，等. 种植方式与施氮量对小麦光合特性及产量的影响[J]. 江苏农业科学，2018，46（3）：56-60.

[20]李 彬，张 旭，仲 敏，等. 不同基施氮肥量对冬小麦产量的影响[J]. 农业科学研究，2018，39（1）：40-43.

[21]何 杰，张敬昇，王昌全，等. 包膜控释氮肥配施尿素对冬小麦产量与氮素积累及利用的影响[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版），2018，46（3）：1-8.

[22]张礼军，张耀辉，鲁清林，等. 耕作方式和氮肥水平对旱地冬小麦籽粒品质的影响[J]. 核农学报，2017，31（8）：1567-1575.王 奇，陈培赛，周 佳，等. 粉垄耕作对甘蔗农艺性状及产量的影响[J]. 江苏农业科学，2019，47（4）：65-68.