水氮耦合對土壤水分時空分布與胡麻耗水特性及產(chǎn)量的影響

崔政軍 高玉紅,? 剡 斌 吳 兵 牛俊義趙邦慶 趙永偉 李 瑛

(1甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室,甘肅 蘭州 730070;2甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070;3 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070;4定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院,甘肅 定西 743000)

水資源短缺是限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全球性問題,干旱對作物的生長發(fā)育具有嚴重影響,不僅導(dǎo)致產(chǎn)量降低,還在一定程度上限制了作物更廣泛的分布,加劇了生態(tài)環(huán)境的惡化[1-2]。 地面灌溉技術(shù)是最古老又常見的灌溉方式,迄今為止世界各國仍在使用。 目前,全世界采用地面灌溉面積占灌溉總面積的95%左右,我國占98%以上,且在相當(dāng)長的時間內(nèi)地面灌溉仍將占據(jù)主導(dǎo)地位[3]。 隴中黃土高原半干旱丘陵溝壑區(qū)水資源匱乏,極少數(shù)區(qū)域配備農(nóng)業(yè)灌水條件,因此如何高效地利用有限水資源已成為該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的難點。 氮素是土壤養(yǎng)分中影響作物生長的重要因子,是植物需求量最大的礦質(zhì)營養(yǎng)元素,能夠顯著影響作物生長和產(chǎn)量形成[4]。 中國農(nóng)田普遍缺氮[5],因此提高土壤氮素水平,是發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要途徑之一[6],但過量施用氮肥,不但對作物增產(chǎn)無益,反而會降低氮肥回報率和利用率[7]。 水氮供應(yīng)是調(diào)控作物生長和發(fā)育的重要手段,通過合理的水氮運籌可調(diào)節(jié)作物生長發(fā)育,實現(xiàn)作物高產(chǎn)[8]。 研究表明,水分不僅影響土壤中氮素的有效性,還影響作物生長發(fā)育中氮素的吸收、轉(zhuǎn)運和同化[9];水分不足會限制氮肥肥效的正常發(fā)揮,水分過多則易導(dǎo)致氮肥淋溶,增加氮肥損失,造成減產(chǎn)[10]。因此,只有科學(xué)的進行水氮投入,才能產(chǎn)生明顯的協(xié)同和互補效果[11]。 水肥之間的耦合效應(yīng)是旱地“以肥調(diào)水”、“以水促肥”的理論基礎(chǔ)。 李培嶺等[12]通過研究棉花的水氮耦合效應(yīng),發(fā)現(xiàn)灌水量對水分利用效率(water use efficiency,WUE)的影響大于施肥量,不同灌水模式下,WUE 隨著施氮量的增加而顯著提升,隨著灌水量的增加而顯著下降。 劉小剛等[13]研究表明,玉米籽粒灌溉水利用效率隨著灌水量的增加而降低,全生育期灌水量為340 mm 時增施氮肥可使籽粒產(chǎn)量和籽粒灌溉水利用效率同時提高。 適宜的水分脅迫與氮肥使用能夠產(chǎn)生耦合效應(yīng),促進同化物向小麥籽粒運轉(zhuǎn),提高小麥籽粒結(jié)實率和粒重,有利于小麥產(chǎn)量的提高[14]。

胡麻(Linumusitatissimum Linn.),又稱油用亞麻,是西北和華北地區(qū)重要的油料作物和經(jīng)濟作物,也是甘肅省中部半干旱區(qū)、高寒區(qū)的主要油料作物[15],具有生育期短、適應(yīng)性廣等特點。 胡麻是需肥較多而不耐高氮的作物,氮、磷肥的施用量是影響旱地胡麻籽粒產(chǎn)量的首要因素[16],且對胡麻水分利用具有顯著影響[17]。 研究表明,施氮150 kg·hm-2、施磷75 kg·hm-2處理的籽粒產(chǎn)量和水分利用效率較不施肥、單施氮肥、單施磷肥高[18]。 氮磷配施胡麻的水分利用效率以150 kg·N hm-2、75 kg·P hm-2的水分利用效率最大,150 kg·N hm-2、150 kg·P hm-2次 之,分 別 較0 kg·N hm-2、0 kg·P hm-2顯著增加30.23%～38.54%、20.50%～36.81%[19]。 近年來,諸多學(xué)者對不同施肥水平下胡麻籽粒產(chǎn)量和水分利用效率進行了深入研究。 如吳兵等[20]研究發(fā)現(xiàn)氮磷配施有利于促進胡麻根系對土壤水分的吸收,尤其是深層貯水的利用,以滿足胡麻生育后期的水分需求。 楊萍等[21]指出,過量施氮會破壞植株的碳氮平衡,進而影響光合產(chǎn)物的合成及其向籽粒的轉(zhuǎn)移。 賈海濱等[22]認為,合理施氮可有效提高胡麻單株有效果數(shù)和千粒重,單位面積產(chǎn)量與單株干物質(zhì)量呈顯著正相關(guān),氮肥農(nóng)學(xué)效率隨著施氮量增加而降低。 然而,關(guān)于水氮耦合對旱地胡麻耗水特性影響的研究尚鮮見報道。 水氮耦合對不同作物耗水特性影響不同,如何在有限的水分條件下,通過合理的水氮運籌方式提高胡麻籽粒產(chǎn)量,降低土壤耗水,提高水分利用效率是當(dāng)前旱地胡麻生產(chǎn)中亟需解決的問題。 為此,本研究在隴中黃土高原半干旱丘陵溝壑區(qū)旱作生態(tài)條件下,采用大田試驗,比較分析水氮耦合對土壤水時空分布與不同胡麻品種耗水特性及產(chǎn)量的影響,以期篩選出適宜旱地胡麻生產(chǎn)的高效水氮耦合模式,為該區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年在隴中黃土高原半干旱丘陵溝壑區(qū)的定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)院西寨油料試驗站進行。 試驗地屬中溫帶偏旱區(qū),平均海拔2 050 m,年均太陽輻射592.9 KJ·cm-2,日照時數(shù)2 161 h,年平均氣溫8.78℃,無霜期213 d,年降雨量405.9 mm。 試驗地農(nóng)田土壤為黃綿土,土質(zhì)綿軟,土層深厚,質(zhì)地均勻。 試驗地0～30 cm 土層土壤基本理化性狀如表1 所示,胡麻生育期降水量及平均氣溫如圖1 所示。 胡麻生育期降雨量204.7 mm,平均氣溫17.8℃,8月上旬降雨量最多,占胡麻生育期降雨量的30.39%。

表1 試驗地土壤基本理化性狀Table 1 Physicochemical properties of the soil used

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用裂區(qū)設(shè)計的方法,試驗因素設(shè)為品種、灌水和氮肥3 個因素。 品種為主區(qū),灌水為副區(qū),肥料為副副區(qū)。 其中,2 個品種分別為輪選2 號(記作V1)和定亞22 號(記作V2);灌水設(shè)3 個水平,即0(不灌水,記作W1)、1 200(花期600 m3·hm-2+子實期600 m3·hm-2,記作W2)和1 800 m3·hm-2(花期900 m3·hm-2+子實期900 m3·hm-2,記作W3);灌溉水通過管道引入各小區(qū)內(nèi),管道上安裝水表,通過水表進行計量;氮肥設(shè)3 個水平,即0(不施氮,記作N1)、60(施氮,記作N2)、120 kg·hm-2(高氮,記作N3),氮肥為尿素(含純N46.4%),三分之二作為基肥,三分之一作為追肥于現(xiàn)蕾期追施。 種植密度7.5×106株·hm-2,播深3 cm,行距20 cm。 共18 個處理,3 次重復(fù)。 試驗主區(qū)面積為107.44 m2(長15.8 m、寬6.8 m);副區(qū)面積為34 m2(長6.8 m、寬5.0 m,);副副區(qū)面積為10 m2(長5.0 m、寬2.0 m)。 各小區(qū)間間隔40 cm,重復(fù)間間隔50 cm,四周設(shè)保護行。 試驗地占地739.2 m2(長33.0 m、寬22.4 m)。 于4月17日播種,8月12日收獲,生育期118 d。

圖1 2017年胡麻生長季降雨量和平均氣溫Fig.1 Temperature and precipitations during oil flax growing period in 2017

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤含水量 分別于胡麻苗期、現(xiàn)蕾期、花期、子實期和成熟期采用常規(guī)土鉆取土烘干法測定0～160 cm 土層的土壤含水量,每20 cm 為一個土層,重復(fù)3次。 稱量土壤鮮重后,105℃烘干至恒重,分別稱量干土質(zhì)量和鋁盒質(zhì)量。 按照公式計算土壤含水量(soil water content,SWC)[23]:

式中,M1:土壤鮮質(zhì)量(g);M2:土壤干質(zhì)量(g)。

1.3.2 土壤貯水量 按照公式計算土壤貯水量(soil water storage,SWS,mm)[24]。

式中,h:土層厚度(cm);ρ:土壤容重(g·cm-3)。

1.3.3 耗水量 按照公式計算耗水量(water consumption,ETi)[25]

式中,SWSi:某個生育時期初始時的土壤貯水量(mm);SWSi+1:該生育時期結(jié)束時的土壤貯水量(mm);Pi:該生育期降雨量(mm);Ⅰ:凈灌水量(mm)。

1.3.4 水分利用效率、灌溉水利用效率和肥料利用效率 按照公式分別計算水分利用效率[26](water use efficiency,WUEY) 和灌溉水利用效率[27](irrigation water use efficiency,WUEI):

式中,Y:籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2);ETa:小麥生育期間的實際耗水量(mm)。

按照公式計算肥料利用效率(fertilizer use efficiency,FUE)[22],包括農(nóng)學(xué)利用率(agronomic use efficiency, AUE, kg·kg-1) 和偏生產(chǎn)力( partial productivity,PFP,kg·kg-1):

1.3.5 籽粒產(chǎn)量測定 收獲時按小區(qū)單打單收,曬干后稱取胡麻籽粒重量,測得小區(qū)實際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 進行數(shù)據(jù)處理和繪圖;SPSS 24.0 軟件數(shù)據(jù)分析;采用Duncan′s 法進行差異顯著性檢驗,LSD 法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥耦合模式下胡麻土壤含水量時空動態(tài)變化

由圖2 可知,不同胡麻品種的土壤含水量在苗期、現(xiàn)蕾期均隨著土層深度的增加呈先增加(0～60 cm)后降低(60 ～140 cm)再增加(140 ～60 cm)的趨勢,在花期呈先增加(0 ～80 cm)后降低(80 ～160 cm)的趨勢。在子實期和成熟期土壤含水量均呈持續(xù)下降(0 ～160 cm)的變化趨勢,其中,在子實期,V2 品種0 ～20、20 ～40、40 ～60、60 ～80、80 ～100、100 ～120、120 ～140 cm、140～160 cm 土層的土壤含水量較V1 分別低5.67%、13.94%、10.94%、7.18%、6.02%、5.36%、3.16% 和7.10%(P＜0.05);在成熟期,V1 品種0～20 cm 土層的土壤含水量較V2 品種顯著低6.58%,但20 ～40、60 ～160 cm 土層土壤含水量2 個品種間無顯著性差異,40 ～60 cm 土層的土壤含水量V2 較V1 低4.96%,說明除子突期品種整體上對不同生育期土壤含水量影響均較小。

圖2 不同品種胡麻生育時期土壤含水量Fig.2 Soil water content in different growth stage of oil flax in different variety

圖3 不同灌水水平胡麻生育時期土壤含水量Fig.3 Soil water content in different growth stage of oil flax in different irrigation level

由圖3-A 可知,苗期還未進行灌水,因此不同處理間耗水量無顯著性差異;現(xiàn)蕾期,W1 的0 ～100 cm 土層土壤含水量顯著低于W2 和W3(P＜0.05), 分別低27.03%和30.57%,但100～160 cm 土層土壤含水量各處理間無顯著差異(圖3-B);花期,各處理不同土層含水量均表現(xiàn)為W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1(圖3-C),其中W2 與W1處理間無顯著差異,W3 顯著高于W1(P＜0.05);子實期,80～160 cm 土層的土壤含水量各處理間無顯著差異,0～60 cm 土層土壤含水量依次表現(xiàn)為W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1,W3 處理0 ～20、20 ～40、40 ～60 cm 土層的土壤含水量均顯著高于W2、W1(P＜0.05),分別高17.73%和10.30%、17.77%和9.57%、11.43%和8.07%(圖3-D);成熟期,W1 各土層平均土壤含水量顯著低于W2和W3(P＜0.05),分別低13.89%和21.30%(圖3-E)。

圖4 不同氮肥水平胡麻生育時期土壤含水量Fig.4 Soil water content in different growth stage of oil flax in different nitrogen level

由圖4-A 可知,不同施氮水平下,胡麻苗期0～160 cm(除20 ～40、40 ～60 cm 土層外)土層土壤含水量N1、N2 與N3 處理間無顯著性差異,N3 處理20 ～40 cm 土層的土壤含水量高于N1、N2,分別高3.65%和3.80%,40～60 cm 土層的土壤含水量分別高3.66%和2.75%。 現(xiàn)蕾期,不同施氮水平下0 ～40、100 ～160 cm土層土壤含水量無顯著差異;40 ～60、60 ～80 cm 土層土壤含水量均依次表現(xiàn)為N3＞N2＞N1,N3 較N1 分別顯著高11.44%、12.91%(P＜0.05);80 ～100 cm 土層土壤含水量N3 處理顯著高于N1 和N2(P＜0.05),分別高9.85%、7.13%(圖4-B)。 花期、子實期各土層土壤含水量均無顯著差異,且總體均表現(xiàn)為N3＞N2＞N1(圖4-C、D)。 成熟期,0 ～20、20 ～40、40 ～60、60 ～80、80～100、100～120、120～140、140 ～160 cm 土層土壤含水量N3 顯著高于N1 和N2,較N1 分別高6.92%、9.83%、11.17%、11.76%、9.84%、13.07%、6.08%、8.60%,較N2 分別高5.07%、4.46%、7.74%、8.33%、4.77%、3.97%、3.02%、6.54%(圖4-E)。

2.2 水肥耦合方式下胡麻生育期土壤貯水量動態(tài)變化

由圖5 可知,隨著生育時期的推進,不同處理下胡麻土壤貯水量均呈先下降(苗期-花期)后升高(花期-成熟期)的趨勢,其中花期最低,苗期最高。 品種對子實期土壤貯水量的影響顯著,V1 品種較V2 高8.12%,但對其他生育時期無顯著影響。 現(xiàn)蕾期W2、W3 處理間土壤貯水量無顯著差異,但均顯著高于W1 處理,分別高24.83%、28.23%;花期,土壤貯水量依次表現(xiàn)為W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1,W3、W2 較W1 分別高11.48%和4.10%;子實期,W2 和W3 處理間無顯著差異,但均顯著高于W1,分別高16.51%、22.17%;成熟期,W3、W2 的土壤貯水量分別較W1 高27.01%,W2 較W1 高16.05%。 施氮水平僅影響現(xiàn)蕾期、成熟期的土壤貯水量,而對其他生育時期貯水量無顯著影響,現(xiàn)蕾期N3、N2 處理較N1 分別高6.91%和4.13%,成熟期貯水量變化趨勢與現(xiàn)蕾期一致,N3 處理貯水量較N1 顯著高9.59%。

2.3 不同處理對胡麻田總耗水量、水分來源及其占總耗水量比例的影響

由表2 可知,灌水(I)、氮肥(N)分別對總耗水量有極顯著和顯著影響,而品種(V)、品種×灌水(V×I)、品種×氮肥(V×N)、灌水×氮肥(I×N)、品種×灌水×氮肥(V×I×N)對總耗水量均無顯著影響。 灌水水平對耗水量的影響依次表現(xiàn)為W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1(P＜0.05),W3較 W1、 W2 高 49.94%、 11.28%, W2 較 W1 高34.73%;N1、N2 耗水量較N3 分別高6.23%、3.71%(表3)。 灌水、氮肥均能顯著影響土壤耗水量,其中灌水、氮肥均達到極顯著水平,V×I、I×N 對土壤耗水量影響顯著,而品種、V×N、V×I×N 對土壤耗水量無顯著影響(表2)。 由表3 可知,W3 的土壤耗水量顯著高于W2 和W1,分別高18.70%、126.80%; N1 的土壤耗水量顯著高于N3 處理,較N3 高24.34%。 灌水、氮肥對土壤耗水量占總耗水量比例影響極顯著,而品種、兩因素、三因素交互作用對其均無顯著影響。 W2、W3 處理的土壤耗水量占總耗水量比例均顯著高于W1,分別高43.21%和53.24%;N1 的土壤耗水量占總耗水量比例顯著高于N3 處理,較N3 高17.73%。 灌水對降雨量占總耗水量比例影響極顯著,而其他單因素、兩因素、三因素對其均無顯著影響,灌水從1 200 m3·hm-2增加到1 800 m3·hm-2,氮肥從60 kg·hm-2增加到120 kg·hm-2時,降雨量占總耗水量比例無顯著變化。

表2 品種、灌水和氮肥對胡麻田總耗水量、水分來源及其占總耗水量比例影響的方差分析Table 2 Analysis of variance for total water consumption, source of water and the rate of oil flax as affected by variety, irrigation and N fertilization

表3 不同處理胡麻田耗水量及不同來源水分占胡麻田總耗水量百分率Table 3 Total water consumption amount and percentage of different sources water to total water consumption amount under different treatments

2.4 水肥耦合方式對胡麻產(chǎn)量和構(gòu)成要素的影響

由表4 可知,品種、灌水、氮肥對產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子中的單株蒴果數(shù)影響顯著,但對每果子粒數(shù)和千粒重均無顯著影響,兩因素間交互作用(除V×N 外)對產(chǎn)量影響極顯著(P＜0.01),三因素間交互作用對產(chǎn)量影響不顯著,Ⅰ×N 對單株蒴果數(shù)影響顯著(P ＜0.05),但對其他產(chǎn)量構(gòu)成因子無顯著影響。 V2 品種的產(chǎn)量、單株蒴果數(shù)較V1 分別顯著高8.94%和8.01%(P＜0.05)。 灌水對胡麻產(chǎn)量和單株蒴果數(shù)影響極顯著,與W1 相比,W3 單株蒴果數(shù)和產(chǎn)量分別顯著增加了17.75%和40.35%。 施氮量從N1 增加到N2 和從N1 增加到N3,單株蒴果數(shù)和產(chǎn)量分別顯著增加12.16%和13.28%、8.50%和13.86%(P＜0.05)。

表4 品種、灌水和氮肥對胡麻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響Table 4 Effect of comparisons of means for yield and yield components of oil flax as affected by variety,irrigation and N fertilization

2.5 水肥耦合處理下胡麻水肥利用效率

由表5 可知,品種對WUEⅠ具有極顯著影響,但對WUEY、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力均無顯著影響;灌水對WUEⅠ、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力具有極顯著影響,而對WUEY無顯著影響;氮肥對WUEY、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力具有極顯著影響,但對WUEⅠ無顯著影響;兩因素間交互作用均對農(nóng)學(xué)利用率具有極顯著影響(P＜0.01),而三因素間交互作用對水分利用率和肥料利用率均無顯著影響,Ⅰ×N 對偏生產(chǎn)力具有極顯著影響(P＜0.01)。

由表6 可知,V2 品種的WUEⅠ較V1 高11.96%(P ＜0.05)。 灌 水 量 從0 m3·hm-2增 加 到1 800 m3·hm-2對胡麻WUEY、WUEⅠ、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力具有一定影響,W3 與W2 和W1 相比,WUEY分別降低了1.32%和6.72%,農(nóng)學(xué)利用率分別降低了43.05%和52.91%,偏生產(chǎn)力分別增加了36.87%和9.76%。 施氮量從0 kg·hm-2增加到60 kg·hm-2,WUEY和WUEⅠ分別增加了11.85%和6.41%(P ＜0.05),施氮量從0 kg·hm-2增加到120 kg·hm-2,WUEY和WUEⅠ分別增加了22.54%和8.92%,施氮量從60 kg·hm-2增加到120 kg·hm-2,偏生產(chǎn)力降低了90.61%。

表5 品種、灌水和氮肥對胡麻水分利用率及肥料利用率影響的方差分析Table 5 Analysis of variance for WUE and FUE of oil flax as affected by variety, irrigation and N fertilization

表6 不同處理對胡麻WUE 及FUE 的影響Table 6 Effect of different treatment on WUE and FUE of oil flax

3 討論

土壤水分動態(tài)變化主要包括降水、灌水、下滲、地下水補給、蒸發(fā)及根系吸收等[28],其中,降雨屬于自然因素,灌水屬于人為因素[29]。 土壤含水量不僅受降水的影響,還受灌水等其他因素影響[30]。 改變土壤水分狀況會影響作物的氮素吸收、轉(zhuǎn)運和利用[31],適當(dāng)增施氮肥可以有效緩解作物水分脅迫,并補償因土壤水分不足造成的部分生長負效應(yīng)[32-33]。 前人在小麥上的研究發(fā)現(xiàn)0～60 cm 土層土壤含水量受灌水和降水的影響較大,生育期間不灌溉時60 cm 以下土層含水量變化較小或基本穩(wěn)定,灌水和降水對140 ～200 cm土層土壤含水量的影響較小[34-35]。 本研究中,灌水對胡麻現(xiàn)蕾期0～100 cm 土壤含水量、子實期0 ～60 cm土層土壤含水量均有顯著影響;現(xiàn)蕾期,W1 處理0 ～100 cm 土層土壤含水量較W2 和W3 處理分別低27.03%和30.57%。 施氮提高了土壤剖面各層次的含水量,其中,以高氮(N3) 處理的土壤含水量最高。 表明增加灌水和施氮量均有利于改善胡麻不同土層土壤水分狀況。

土壤深層貯水具有較高的生物有效性,開發(fā)利用的潛力很大,增加深層土壤水分的利用程度可明顯提高水分利用率[36-37]。 充分利用土壤貯水尤其是下層土壤水是減少灌溉水、提高水分利用效率的有效途徑[38]。 吳兵等[19]研究表明,旱地殘膜穴播技術(shù)下土壤貯水量隨著胡麻生育進程的推進而逐漸下降。 本研究中,胡麻土壤貯水量隨生育進程的推進呈先下降后升高的變化趨勢,其中花期最低,苗期最高。 這可能是由于胡麻子實期灌水使得后期土壤含水量增加,最終表現(xiàn)為土壤貯水量升高。 馮福學(xué)等[39]研究表明,燕麥農(nóng)田土壤貯水量隨著灌水量的增大而增大。 本研究中,胡麻不同生育時期土壤貯水量均表現(xiàn)為W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1,其中,成熟期W3 處理較W1 和W2 處理分別高27.01%和9.45%。 施氮水平僅影響現(xiàn)蕾期、成熟期的土壤貯水量,其中,現(xiàn)蕾期N3、N2 處理較N1 處理分別高6.91%和4.13%,成熟期分別高9.59%和3.88%,說明較高的施氮量有助于提高胡麻田土壤貯水量。 黃玲等[40]研究表明,灌水和施氮均會促進小麥總耗水增加,且二者互作效應(yīng)顯著。 本研究發(fā)現(xiàn)胡麻總耗水量、土壤耗水量占總耗水量的比例也隨著灌水量的增加而升高,降雨消耗量所占耗水比例降低。 這與馬興華等[32]、段文學(xué)等[41]和張勝全等[42]在小麥上的研究結(jié)果基本一致。 研究發(fā)現(xiàn),施氮促進旱地小麥對土壤水分的消耗,當(dāng)施氮量由90 kg·hm-2增加到150 kg·hm-2時,小麥對深層土壤貯水利用能力增強,但施氮量繼續(xù)增加,80 cm 以下土層土壤貯水消耗量未顯著增加[41]。 本研究中,胡麻田土壤耗水量隨施氮量的增加而下降,當(dāng)施氮量從60 kg·hm-2增加到120 kg·hm-2時,土壤總耗水量下降3.58%。 說明增加灌水量可以提高胡麻田土壤貯水量,施氮可以提高胡麻植株對土壤貯水的利用能力,降低對灌水的依賴。 在灌溉不足的地區(qū)可以通過適當(dāng)提高施氮量來提高胡麻土壤貯水能力。

Moosavi 等[43]對葫蘆巴進行研究,發(fā)現(xiàn)灌水間隔對葫蘆巴的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子無顯著影響,施氮水平極顯著影響每株莢數(shù)、每平米莢數(shù)和產(chǎn)量,且灌水和施氮交互作用顯著。 本研究中,品種、灌水、施氮三因素對胡麻產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子的交互作用不顯著,而品種和灌水、灌水和施氮兩因素間交互作用顯著,尤其是灌水×氮肥顯著影響胡麻單株蒴果數(shù)。 馮福學(xué)等[44]研究表明,燕麥籽粒產(chǎn)量隨著灌水量的增加顯著增加,而水分利用效率則降低。 陳凱麗等[45]研究發(fā)現(xiàn)施氮量為0～111 kg·hm-2時,冬小麥產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加。 本研究中,胡麻籽粒產(chǎn)量隨著灌水量和施氮量的增加而增加,W3 處理與W1 相比,產(chǎn)量顯著增加40.35%, N3 處理籽粒產(chǎn)量較 N1 顯著增加13.86%。 水分利用效率是評價缺水條件下作物生長適宜程度的一個重要指標[46]。 Clothier 等[47]研究發(fā)現(xiàn)小麥耗水量隨著灌水量的增加而增加,水分利用效率隨灌水量的增加而降低。 當(dāng)灌溉水平較低時,小麥水分利用效率隨施氮量的增加呈上升趨勢[41]。 本研究發(fā)現(xiàn)胡麻WUEY、WUEⅠ均隨著灌水量的增加而降低,隨著施氮量的增加而升高。 劉小剛等[13]在春玉米水氮耦合效應(yīng)研究中也發(fā)現(xiàn)了類似規(guī)律。 李玉斌等[48]研究發(fā)現(xiàn)玉米耗水量隨著灌水量的增加呈上升趨勢,水分利用效率則呈下降趨勢,氮肥農(nóng)學(xué)效率及氮肥偏生產(chǎn)力均隨著施氮量的增加而減小。 本試驗表明,胡麻氮肥農(nóng)學(xué)利用率隨灌水量、施氮量的增加而下降,其中W3、W2 處理分別較W1 處理顯著下降43.05%和52.91%,N3 處理較N2 處理顯著下降18.56%。 氮肥偏生產(chǎn)力隨著灌水量的增加而增加,隨著施氮量的增加而下降,表明在灌水條件有限的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域可通過適量增施氮肥來彌補水分不足而造成的胡麻減產(chǎn)。

本研究僅限于討論不同水氮條件對胡麻耗水特性及產(chǎn)量的影響,未對氮素利用進行研究,而有研究報道,作物水氮利用效率(率)峰值與作物產(chǎn)量峰值并非完全吻合[49-50]。 本研究中,W3 產(chǎn)量高于W2,水分利用效率低于W2,可見,在本試驗條件下,同時滿足作物高產(chǎn)與高水分利用效率之間存在矛盾,還有待進一步揭示水氮耦合效應(yīng)及其機制,尋求實現(xiàn)水氮資源、環(huán)境與產(chǎn)量可持續(xù)目標的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明,水氮耦合效應(yīng)促進同化物向籽粒運轉(zhuǎn),提高籽粒產(chǎn)量,在胡麻高產(chǎn)高效栽培生產(chǎn)中,適宜的水氮耦合模式在提高胡麻子粒產(chǎn)量的同時促進了土壤水分吸收,且有效避免了過量施肥造成的農(nóng)業(yè)面源污染。 在試驗區(qū)條件選擇V2 品種、灌水1 800 m3·hm-2、施氮60 kg·hm-2為宜。 在胡麻實際生產(chǎn)中選擇適宜的灌水量和施氮量的同時,還需結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件、土壤肥力和環(huán)境條件等綜合措施。 本研究僅對胡麻耗水特性進行了相關(guān)研究,今后還應(yīng)開展對植株養(yǎng)分、土壤養(yǎng)分的測定,以揭示和驗證水氮耦合效應(yīng)機制。