渭北旱塬不同水肥優(yōu)化模式對(duì)冬小麥產(chǎn)量及水氮利用效率的影響

賈 亮，翟丙年(.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 7200；2.金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，農(nóng)業(yè)部植物營(yíng)養(yǎng)與新型肥料創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東臨沭 276700)

渭北旱塬不同水肥優(yōu)化模式對(duì)冬小麥產(chǎn)量及水氮利用效率的影響

賈 亮1,2，翟丙年1
(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100；2.金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，農(nóng)業(yè)部植物營(yíng)養(yǎng)與新型肥料創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東臨沭 276700)

水分不足和養(yǎng)分虧缺是限制渭北旱塬冬小麥生產(chǎn)的主要因素。采用大田試驗(yàn)方法，研究有限灌溉條件下不同施肥灌溉處理對(duì)渭北旱塬冬小麥產(chǎn)量及水氮利用效率的影響，旨在為渭北旱塬冬小麥高產(chǎn)及資源高效利用提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，秸稈覆蓋、增施有機(jī)肥與拔節(jié)期追氮補(bǔ)灌相結(jié)合的優(yōu)化模式3與傳統(tǒng)施氮灌溉及其他優(yōu)化處理相比，小麥產(chǎn)量最高，達(dá)4 500 kg/hm2，水分利用效率和氮素利用效率較傳統(tǒng)施氮處理分別提高21.9% 和13.7%。優(yōu)化水氮管理中，增加秸稈覆蓋，冬小麥產(chǎn)量無(wú)顯著增加，但水氮利用效率有所提高；而配施有機(jī)肥能顯著提高小麥產(chǎn)量和水氮利用效率?？傮w看，優(yōu)化水氮處理與傳統(tǒng)施氮灌溉管理相比，在高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)前提下，能大幅降低灌水量并提高水氮利用效率。因此，在渭北旱塬水資源緊缺的背景下，優(yōu)化施氮補(bǔ)灌、秸稈覆蓋及配施有機(jī)肥相結(jié)合的優(yōu)化水氮栽培管理模式可以大幅提高小麥產(chǎn)量及水氮利用效率，值得大力推廣。

冬小麥；產(chǎn)量；水氮利用效率

中國(guó)是一個(gè)水資源缺乏且分布不均衡的國(guó)家，雖然水資源總量豐富，但是人均占有量?jī)H占全世界平均水平的1/4，而糧食生產(chǎn)主要依賴于占國(guó)土面積 40% 的半干旱區(qū)。渭北旱塬為陜西省旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要區(qū)域，曾經(jīng)為區(qū)域糧食安全做出重要貢獻(xiàn)，冬小麥?zhǔn)瞧渲饕募Z食作物，但因其干旱缺水、土壤養(yǎng)分不足限制糧食產(chǎn)量的進(jìn)一步提高[1]。

隨著綜合生產(chǎn)能力的不斷提高，農(nóng)民對(duì)土地的投入逐漸增加，但目前農(nóng)民傳統(tǒng)施肥仍然存在施肥不足與過(guò)量并存，重化肥而輕視有機(jī)肥的現(xiàn)象[2]，并且，由于長(zhǎng)期濫用化肥導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降及環(huán)境污染問(wèn)題出現(xiàn)[3-4]。渭北旱塬當(dāng)?shù)囟←溵r(nóng)民傳統(tǒng)的施肥方式多為“一炮轟”；由于該地區(qū)氣候干旱、降水分布不均，使得大部分麥田無(wú)灌水條件，只有極少數(shù)麥田能在返青時(shí)得到一次春灌，灌水量在130 mm左右。在這種傳統(tǒng)的水肥投入條件下，不僅產(chǎn)量無(wú)法得到有效提高，而且水氮利用效率低、損失量大[5]。因此，如何采取有效措施來(lái)提高有限的水分和養(yǎng)分利用效率、提高作物產(chǎn)量，并對(duì)土壤進(jìn)行培肥，已成為提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)田生產(chǎn)力水平的關(guān)鍵。

在旱作農(nóng)業(yè)區(qū)開(kāi)展優(yōu)化施肥與節(jié)水灌溉相結(jié)合，可以使小麥在生育期內(nèi)協(xié)調(diào)水肥并能均衡生長(zhǎng)發(fā)育，從而獲得高產(chǎn)和較高的水氮利用效率[6-8]。研究表明，拔節(jié)期追氮補(bǔ)灌及其與秸稈覆蓋相結(jié)合可以顯著提高冬小麥產(chǎn)量及水氮利用效率[9-12]，施用有機(jī)肥和秸稈覆蓋對(duì)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和含水量、改善土壤結(jié)構(gòu)、培肥土壤、提高農(nóng)作物產(chǎn)量及水氮利用有重要意義[13-18]。目前就有限灌溉、秸稈覆蓋、優(yōu)化施肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量及水氮利用效率的影響方面的研究已有許多[9-18]，但多為單一或兩種技術(shù)措施的結(jié)合，將栽培措施和水肥管理等多項(xiàng)技術(shù)集成的優(yōu)化水肥模式研究則鮮見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)從渭北旱塬冬小麥生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，通過(guò)優(yōu)化模式與農(nóng)戶模式對(duì)比，形成一套集有限灌溉、秸稈覆蓋、有機(jī)肥施用及氮磷鉀肥優(yōu)化配比等于一體的技術(shù)集成模式，為實(shí)現(xiàn)該地區(qū)冬小麥的高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于陜西澄城縣，該縣地處陜西渭北高原，東經(jīng)109°56′30″，北緯35°13′14″，海拔653 m，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降雨544.6 mm，年平均氣溫12.1 ℃，無(wú)霜期204 d，晝夜溫差大，光照充足，年日照時(shí)數(shù)達(dá)2 616 h。

試驗(yàn)于2009年9月底布設(shè)，為期3 a，試驗(yàn)地區(qū)以前一直為大田傳統(tǒng)耕作，通常為氮磷配施，施肥量均為90～120 kg/hm2，無(wú)有機(jī)肥投入。試驗(yàn)區(qū)地表平坦，土壤類型為黃綿土，黃土母質(zhì)，基礎(chǔ)肥力中等。0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.36 g/kg、全氮0.77 g/kg、硝態(tài)氮10 mg/kg、銨態(tài)氮3 mg/kg、速效磷17.68 mg/kg、速效鉀168 mg/kg、pH為8.19。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

共設(shè)有對(duì)照(CK)、農(nóng)戶模式(FM)、優(yōu)化模式(OM)等6 個(gè)處理(表1)，4 次重復(fù)，田間排列采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為108 m2(18 m×6 m)。供試冬小麥品種為‘晉麥47’，播種量為150 kg/hm2。農(nóng)戶模式1為采用傳統(tǒng)施氮“一炮轟”的施肥方式；農(nóng)戶模式2在農(nóng)戶模式1的基礎(chǔ)上增加返青期漫灌；優(yōu)化模式：在節(jié)水的前提下，采用以基追質(zhì)量比為2∶1結(jié)合拔節(jié)期追氮補(bǔ)灌及秸稈覆蓋和配施有機(jī)肥相結(jié)合的優(yōu)化施氮灌溉方案。氮肥為尿素[w(N)=46%]，磷肥為過(guò)磷酸鈣[w(P2O5)=12%]，鉀肥為硫酸鉀[w(K2O)=50%]，有機(jī)肥為土雜肥(有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.78 g/kg，全氮為1.56 g/kg，有效磷為59.35 mg/kg，速效鉀115.23 mg/kg)，覆蓋物為小麥秸稈(覆蓋量為4 500 kg/hm2)；基肥在冬小麥播種前撒施，翻入土中；追肥結(jié)合拔節(jié)期灌水人工撒施，其余田間管理與農(nóng)戶傳統(tǒng)相同，當(dāng)季整個(gè)小麥生育期降水約177.6 mm。

表1 冬小麥優(yōu)化灌水及施肥試驗(yàn)方案Table 1 Experiment design of optimized water and fertilizer management in winter wheat

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 干物質(zhì)取樣與考種計(jì)產(chǎn) 于小麥成熟期從每個(gè)小區(qū)采集長(zhǎng)勢(shì)均勻的1 m植株樣段帶回實(shí)驗(yàn)室，按葉片、莖鞘、穗(或籽粒、穎殼)等分器官處理，105 ℃殺青后置70 ℃烘箱中烘干稱量，樣品粉碎后以備測(cè)試用。

于收獲前，在已定的3行1 m長(zhǎng)的長(zhǎng)勢(shì)均勻的小麥樣段測(cè)定成穗數(shù)；選擇有代表性的15株小麥，手工脫粒，測(cè)定每穗粒數(shù)；準(zhǔn)確數(shù)出并稱取1 000 粒小麥籽粒的質(zhì)量，測(cè)定千粒質(zhì)量(2 次的質(zhì)量相差小于0.5 g)。小麥成熟時(shí)，在各試驗(yàn)小區(qū)選取3個(gè)1 m×2 m的代表性樣方，單獨(dú)收割、晾曬，脫粒計(jì)產(chǎn)。

1.3.2 土壤水分測(cè)定及水分利用效率 在小麥播種前及收獲后，每隔20 cm土層用土鉆取土，置105 ℃烘箱烘干，測(cè)定2 m土體內(nèi)的土壤含水量，采用土壤水分平衡法計(jì)算不同處理的耗水狀況，總耗水量按如下公式計(jì)算[19]：

ET=P+I+△W

其中，ET為作物生長(zhǎng)季總耗水量(蒸發(fā)蒸騰量)，單位為mm；P為小麥生長(zhǎng)季的降雨量，單位為mm；I為生長(zhǎng)季灌溉量，單位為mm；△W為播種前土壤貯水量與收獲后土壤貯水量之差。

水分利用效率(Water use efficiency)=作物籽粒產(chǎn)量/作物總耗水量[20]。

1.3.3 植物樣品氮素測(cè)定和氮素利用效率(氮肥回收率) 小麥各器官植株樣品用濃H2SO4-H2O2消煮，德國(guó)BRAN+LUEBBE AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定植物全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。氮素利用效率按如下公式計(jì)算[21]：

氮肥農(nóng)學(xué)效率(Agronomic nitrogen use efficiency)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量×100%

氮肥回收率(Nitrogen recovery efficiency)=(施氮區(qū)植株吸氮量-不施氮區(qū)植株吸氮量)/施氮量×100%

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003和DPS 7.05軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用一元方差分析方法(one-way ANOVA)以LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥優(yōu)化模式對(duì)冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表 2 可知，農(nóng)戶模式1比對(duì)照不施氮的產(chǎn)量提高42.8%，而農(nóng)戶模式2相比對(duì)照提高98.7%，說(shuō)明施氮和灌水可以大幅提高冬小麥產(chǎn)量。優(yōu)化模式中，拔節(jié)期追氮補(bǔ)灌相比對(duì)照產(chǎn)量平均提高107.5%。其中，優(yōu)化模式3最高，為4 500 kg/hm2，較對(duì)照處理提高127.8%。農(nóng)戶模式2產(chǎn)量顯著高于不灌水的農(nóng)戶模式1，進(jìn)一步說(shuō)明水分虧缺是限制該區(qū)冬小麥產(chǎn)量的主要因子，返青期大水漫灌可以顯著提高小麥產(chǎn)量。優(yōu)化模式1與農(nóng)戶模式2的產(chǎn)量相比，差異未達(dá)到顯著水平，但相對(duì)于農(nóng)戶模式1，產(chǎn)量卻顯著提高36.8%，說(shuō)明在有限灌水的條件下，拔節(jié)期追氮、補(bǔ)充灌水可以顯著提高小麥產(chǎn)量。優(yōu)化模式3比農(nóng)戶模式2的產(chǎn)量顯著提高14.6%，原因可能是有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施能增強(qiáng)土壤酶活性，進(jìn)而促進(jìn)土壤中有機(jī)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和作物對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用，提高作物產(chǎn)量[22]。在本試驗(yàn)的土壤肥力和降水條件下，雖然優(yōu)化模式1、2與農(nóng)戶模式2的冬小麥產(chǎn)量無(wú)顯著性差異，但優(yōu)化模式可以大幅度降低灌水量，節(jié)約大量水資源。

從產(chǎn)量構(gòu)成三要素看，各處理之間的穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量均無(wú)顯著性差異，但不同水氮處理對(duì)小麥穗數(shù)有明顯影響。結(jié)果顯示，農(nóng)戶模式1較對(duì)照提高小麥穗數(shù)，卻沒(méi)有達(dá)到顯著性差異；而農(nóng)戶模式2與對(duì)照相比，有效穗數(shù)顯著提高47.1%。優(yōu)化模式1、2的有效穗數(shù)顯著高于農(nóng)戶模式1和對(duì)照，但與農(nóng)戶模式2相比，有效穗數(shù)雖然有所提高，但差異不顯著，說(shuō)明拔節(jié)期補(bǔ)灌追氮可以顯著增加小麥穗數(shù)從而大幅提高小麥產(chǎn)量。優(yōu)化模式3與對(duì)照、農(nóng)戶模式1和農(nóng)戶模式2相比，穗數(shù)分別顯著提高87.2%、48.3%、27.2%。說(shuō)明本試驗(yàn)條件下提高冬小麥的有效穗數(shù)是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵，而追氮補(bǔ)灌與秸稈覆蓋、有機(jī)肥結(jié)合可以顯著提高小麥的成穗數(shù)，從而顯著提高籽粒產(chǎn)量。

表2 不同優(yōu)化模式下冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Table 2 Effects of different optimized modes on grain yield and composition in winter wheat

注：同列數(shù)據(jù)后的不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Note：Values followed by different letters in the same column are significantly difference(P<0.05).The same below.

2.2 不同水肥優(yōu)化模式對(duì)冬小麥水分利用效率的影響

由表 3 可知，不施氮肥、不灌水的對(duì)照處理水分利用效率最低，為6.53 kg/(hm2·mm)，顯著低于其他處理。農(nóng)戶模式2的生育期總耗水最高為436.2 mm，所有灌水處理的小麥生育期總耗水量以及水分利用效率高于不灌水處理，說(shuō)明灌水是小麥生育期總耗水的主導(dǎo)因子；返青期漫灌或拔節(jié)期補(bǔ)灌均有利于提高水分利用效率。優(yōu)化模式3的水分利用效率最高為12.18 kg/(hm2·mm)，較對(duì)照和農(nóng)戶模式1、2分別提高86.5%、33.0%、21.9%。

農(nóng)戶模式1的生育期總耗水與對(duì)照沒(méi)有明顯差異，但由于產(chǎn)量差異顯著，使得農(nóng)戶模式1的水分利用效率顯著高于對(duì)照，說(shuō)明施用氮肥能顯著提高小麥對(duì)水分的吸收和利用。優(yōu)化模式1的水分利用效率較對(duì)照和農(nóng)戶模式2分別提高69.2%、10.6%，說(shuō)明拔節(jié)期追氮補(bǔ)灌可大幅提高水分利用效率，并且提高幅度比返青期大水漫灌更加明顯。優(yōu)化模式2較優(yōu)化模式1的冬小麥水分利用效率提高2.5%，說(shuō)明秸稈覆蓋降低土壤水分的蒸發(fā)，增加土壤含水率，有利于提高產(chǎn)量和作物水分利用效率。增施有機(jī)肥的優(yōu)化模式3與其他優(yōu)化模式相比，進(jìn)一步提高冬小麥水分利用效率，原因可能是，有機(jī)質(zhì)不僅能夠改善土壤理化性狀，提高土壤蓄水、保水、供水能力；而且可以減少養(yǎng)分淋失，提高供肥能力，及時(shí)滿足作物生長(zhǎng)需要，從而提高冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率[23]。

同時(shí)，結(jié)果顯示降水占各處理冬小麥生育期耗水量的40.7%～59.6%，進(jìn)一步說(shuō)明渭北旱塬境內(nèi)農(nóng)業(yè)用水主要靠天然降水；在有限的灌溉條件下，適時(shí)適量的灌水對(duì)冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率有重要影響。

表3 不同優(yōu)化模式下小麥的耗水組成及水分利用效率Table 3 Effect of different optimized mode on consuming composition and water use efficiency(WUE) in winter wheat

2.3 不同水肥優(yōu)化模式對(duì)冬小麥氮素利用效率的影響

由表4可知，不同水氮管理模式的小麥氮素積累量有顯著差異，表現(xiàn)為優(yōu)化模式>農(nóng)戶模式>對(duì)照。農(nóng)戶模式1、2的小麥氮素積累量較對(duì)照分別顯著提高95.4%、130.3%，說(shuō)明施氮和灌水都可以提高小麥地上部的氮素積累量。優(yōu)化模式1的小麥氮素積累量較對(duì)照和農(nóng)戶模式2分別提高173.8%、18.9%，說(shuō)明拔節(jié)期追氮補(bǔ)灌有利于小麥的氮素轉(zhuǎn)移，提高小麥氮素累積量。優(yōu)化模式3的小麥氮素累積量最高，為119.07 kg/hm2，較優(yōu)化模式1提高6.7%，差異顯著。這是由于秸稈覆蓋、增施有機(jī)肥進(jìn)一步增加植株蒸騰，促進(jìn)干物質(zhì)累積，提高小麥的生物量和籽粒產(chǎn)量。

氮肥農(nóng)學(xué)效率是單位施肥量對(duì)作物籽粒產(chǎn)量增加的反映，它的大小可以評(píng)價(jià)施用氮肥的增產(chǎn)效果，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最關(guān)心的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。結(jié)果分析表明(表4)，灌水處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著高于不灌水處理，其中農(nóng)戶模式2的氮素農(nóng)學(xué)效率最高，較農(nóng)戶模式1顯著提高184.2%，說(shuō)明返青漫灌和拔節(jié)期補(bǔ)灌可以顯著提高小麥?zhǔn)┯玫实脑霎a(chǎn)效果。優(yōu)化模式處理中，優(yōu)化模式3較優(yōu)化模式1、2分別顯著提高28.0%、29.5%，說(shuō)明施用有機(jī)肥可以顯著提高氮肥的增產(chǎn)效果。

氮肥回收率作為評(píng)價(jià)作物對(duì)氮素肥料吸收的一個(gè)重要指標(biāo)，反映作物對(duì)土壤中肥料氮的回收利用效果。由表4可以看出，不同水氮管理模式可以顯著影響氮肥回收率，表現(xiàn)為優(yōu)化模式3>優(yōu)化模式2>優(yōu)化模式1>農(nóng)戶模式2>農(nóng)戶模式1。農(nóng)戶模式2與農(nóng)戶模式1相比，氮肥回收率提高36.6%，說(shuō)明返青期灌水130 mm有利于提高氮肥利用效率。優(yōu)化模式之間的氮肥回收率沒(méi)有顯著差異，但與農(nóng)戶模式1相比顯著提高61.1%，比農(nóng)戶模式2提高18.0%，說(shuō)明氮肥后移并結(jié)合拔節(jié)期的補(bǔ)充灌溉促進(jìn)植株中來(lái)自土壤氮和肥料氮的積累，促進(jìn)氮素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，從而提高氮肥利用率。優(yōu)化模式3中氮肥回收率最高，為54.39%，與農(nóng)戶模式1、2相比差異顯著。優(yōu)化模式的結(jié)果表明，在拔節(jié)期追氮補(bǔ)灌的基礎(chǔ)上，增加秸稈覆蓋和增施有機(jī)肥都利于進(jìn)一步提高氮肥利用效率。

表4 不同優(yōu)化模式下冬小麥的植株吸氮量、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥回收率Table 4 Effects of different optimized mode on plant nitrogen, agronomic nitrogen use efficiency and nitrogen recovery rate in winter wheat

3 討論與結(jié)論

在灌溉條件有限的半干旱地區(qū)，利用自然降水和進(jìn)行節(jié)水灌溉來(lái)提高小麥產(chǎn)量是旱區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要途徑之一[24]。大量研究表明，秸稈覆蓋、灌水量、灌水時(shí)期和灌溉次數(shù)等水分調(diào)控模式對(duì)提高作物產(chǎn)量和水分利用效率有重要影響[25-27]。拔節(jié)期是冬小麥水氮配合效應(yīng)的關(guān)鍵期和虧缺敏感期，拔節(jié)期供水供肥可以顯著地提高冬小麥產(chǎn)量[10]；若拔節(jié)期灌水與秸稈覆蓋相結(jié)合，不但可以增加小麥的氮素累積量，還可以提高冬小麥水分利用效率[12]。唐小明[14]研究表明，旱作土壤施用有機(jī)肥料能明顯提高作物產(chǎn)量和水分利用率。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，農(nóng)戶傳統(tǒng)的返青期灌水和優(yōu)化模式中拔節(jié)期追氮補(bǔ)灌都可以顯著提高冬小麥的產(chǎn)量和水分利用效率。雖然優(yōu)化模式1、2與傳統(tǒng)灌溉施氮在產(chǎn)量上沒(méi)有顯著差異，但是優(yōu)化的拔節(jié)期追氮補(bǔ)灌可以大幅度降低作物的總耗水量，節(jié)約大量水資源，而且顯著提高水分利用效率。增加秸稈覆蓋和配施有機(jī)肥的優(yōu)化模式3產(chǎn)量最高，為4 500 kg/hm2，顯著高于其他優(yōu)化模式和農(nóng)戶模式；優(yōu)化模式間的水分利用效率沒(méi)有顯著差異，但優(yōu)化模式3顯著高于農(nóng)戶傳統(tǒng)模式，說(shuō)明秸稈覆蓋和增施有機(jī)肥均有進(jìn)一步提高冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率的趨勢(shì)。

張福鎖等[28]研究指出，中國(guó)小麥的氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥利用效率遠(yuǎn)低于國(guó)際水平，水肥綜合管理技術(shù)是有效提高氮肥利用率的主要途徑。在常規(guī)灌溉下，冬小麥氮素累積量隨施氮量增加而顯著增加，氮肥回收率隨施氮量的增加而顯著減少，損失量增加[29]。大量研究表明，拔節(jié)期追氮補(bǔ)灌可以顯著地提高冬小麥產(chǎn)量及水氮利用效率[10-12]，而增加有機(jī)肥和秸稈覆蓋有利于冬小麥產(chǎn)量和水氮利用效率的提高[15-17]。本研究結(jié)果也表明，拔節(jié)期追氮補(bǔ)灌可以顯著增加冬小麥成熟后的地上部氮素累積量，提高氮肥回收率。各處理中以傳統(tǒng)施肥灌溉的農(nóng)戶模式2氮肥農(nóng)學(xué)效率較高，原因是優(yōu)化施肥中增加施肥量，并且處于試驗(yàn)的第1年，土壤肥力水平仍然較低，增施的氮肥量沒(méi)有大幅度提高產(chǎn)量。但從肥料利用效果上看，優(yōu)化模式3氮肥回收率最高，并且顯著高于農(nóng)戶模式2，說(shuō)明優(yōu)化模式采用的拔節(jié)期追氮補(bǔ)灌，不但顯著降低水資源的消耗，而且明顯提高氮肥的利用率。這說(shuō)明施用有機(jī)肥和秸稈覆蓋不但有利于提高土壤肥力和保水能力，提升土壤質(zhì)量，而且有利于增加冬小麥地上部的吸氮量和產(chǎn)量，提高其氮素利用效率[23]。本研究氮肥回收率為29.81%～54.39%，比一般研究高，原因可能有兩個(gè)方面: 一方面試驗(yàn)地區(qū)產(chǎn)量較低，而本次試驗(yàn)的優(yōu)化模式添加鉀肥、有機(jī)肥、拔節(jié)期追氮補(bǔ)灌、秸稈覆蓋等措施較傳統(tǒng)對(duì)照處理產(chǎn)量大幅提高；另一方面可能是在計(jì)算氮肥回收率時(shí)，產(chǎn)量和養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)是以每個(gè)處理中采集的1 m樣段植株測(cè)定，取樣可能存在一定的誤差，從而導(dǎo)致本研究的氮肥回收率偏高。

試驗(yàn)地地處黃土高原南端，該地區(qū)大部分農(nóng)民有傳統(tǒng)冬灌或春灌的習(xí)慣，灌水方式較為粗放，約為130 mm，水資源浪費(fèi)巨大。據(jù)對(duì)試驗(yàn)田所在地區(qū)的32個(gè)農(nóng)戶小麥生產(chǎn)狀況調(diào)查顯示，當(dāng)?shù)囟←満档氐漠a(chǎn)量平均約2 700 kg/hm2，水澆地產(chǎn)量約為3 675 kg/hm2。而本試驗(yàn)采用優(yōu)化的拔節(jié)期補(bǔ)充灌溉不但可以增加冬小麥產(chǎn)量，而且可以節(jié)約大量水資源；此外，為滿足當(dāng)?shù)毓麍@有機(jī)肥的需要，政府大力扶持畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，為麥田有機(jī)肥的來(lái)源提供諸多方便?？傊捎谩皟?yōu)化施氮灌水+秸稈覆蓋+有機(jī)肥”集成栽培模式的節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)，不僅節(jié)約大量水資源，還大幅提高小麥產(chǎn)量，促進(jìn)旱地農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。從生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益上看，這種集成模式的節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)有很大推廣潛力。

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EffectsofDifferentOptimizedWaterandFertilizerModesonYield,Water-nitrogenUseEfficiencyofWinterWheatinWeibeiDryPlateauArea

JIA Liang1,2and ZHAI Bingnian1
(1.College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and Agri-environment in Northwest China, Ministry of Agriculture of P.R.China, Yangling Shaanxi 712100,China；2.Key Laboratory of Plant Nutrition and New Fertilizer R&D, Ministry of Agriculture, P.R. China,Kingenta Ecological Engineering Group Co., Ltd., Linshu Shangdong 276700,China)

Water shortage and nutrient deficiency are the key factors that restrict winter wheat production in Weibei dry plateau area.Field experiment was carried out to study the effect of different nitrogen application rates and water control patterns on grain yield, water, and nitrogen use efficiency and aimed to provide theoretical basis for cultivation measures of grains yield and resource use efficiency of winter wheat in Weibei dry Plateau Areas.The results showed that, compared with the conventional fertilizer application mode, under the condition of high and stable yield, the optimized mode treatments decreased the irrigation and improved the water and nitrogen use efficiency. The maximum yield in optimized modes of straw mulch manure application and topdressing nitrogen in jointing treatment was 4 500 kg/hm2,and significantly higher than other optimized modes treatments, and significantly higher than those of other optimized modes.The conventional fertilizer mode compared with the conventional fertigation mode,the water and nitrogen use efficiency in the optimized mode of straw mulching and manure application treatment increased by 21.9% and 13.7%, respectively. Among all the optimized modes treatments, there was no obvious increase on the yield of winter wheat in the straw mulch treatment, however, the water and nitrogen use efficiency was opposite. Otherwise, manure application could significantly improve wheat yield and water and nitrogen use efficiency. Above all, under the condition of water deficit in Weibei dryland Plateau, the optimized modes had prominent positive effects on yield of winter wheat and water and nitrogen use efficiency, and it was worth of extending to large area.

Winter wheat; Yield; Water and nitrogen use efficiency

2017-04-08

2017-05-11

Construction Project of Northwest A&F University Innovation Team(No.Z111021005);National Science and Technology Support Project(No.2008BADA4B09);New High Efficient Fertigation Technology of Shandong Provincial Agricultural Science and Technology Development Fund [No.Luke(2015)131].

JIA Liang, male, master student. Research area:water and fertilizer management in dryland. E-mail:jialiang624@foxmail.com

ZHAI Bingnian, male, Ph.D,professor. Research area:plant nutrition regulation and water and fertilizer management in dryland. E-mail: bingnianz@sohu.com

顧玉蘭ResponsibleeditorGUYulan)

日期：2017-12-21

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20171221.1650.010.html

2017-04-08

2017-05-11

西北農(nóng)林科技大學(xué)“創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)計(jì)劃”(Z111021005)；國(guó)家支撐計(jì)劃(2008BADA4B09)；山東省農(nóng)業(yè)科技發(fā)展資金(魯科字[2015]131號(hào))。

賈 亮，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楹档厮使芾?。E-mail:jialiang624@foxmail.com

翟丙年，男，博士，教授，研究方向?yàn)橹参餇I(yíng)養(yǎng)調(diào)控與旱地水肥管理。E-mail：bingnianz@sohu.com

S512.1；S143.1

A

1004-1389(2017)12-1768-08