丁晉利 武繼承 楊永輝 馮 浩

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所， 陜西楊凌 712100； 2.鄭州師范學(xué)院地理與旅游學(xué)院， 鄭州 450044；3.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所， 鄭州 450002； 4.農(nóng)業(yè)部作物高效用水原陽科學(xué)觀測(cè)站， 原陽 453514)

長(zhǎng)期保護(hù)性耕作對(duì)冬小麥氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

丁晉利1,2武繼承3,4楊永輝3,4馮 浩1

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所， 陜西楊凌 712100； 2.鄭州師范學(xué)院地理與旅游學(xué)院， 鄭州 450044；3.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所， 鄭州 450002； 4.農(nóng)業(yè)部作物高效用水原陽科學(xué)觀測(cè)站， 原陽 453514)

基于長(zhǎng)期定位耕作試驗(yàn)(2006—2016年)，探討長(zhǎng)期傳統(tǒng)翻耕、免耕和深松耕作對(duì)冬小麥關(guān)鍵生育期0～100 cm土層土壤含水率的影響，分析長(zhǎng)期免耕和深松耕作下冬小麥植株氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn)的特性。試驗(yàn)結(jié)果表明：長(zhǎng)期免耕和深松耕作較傳統(tǒng)翻耕均不同程度提高了0～100 cm土層土壤含水率，但在較干旱年份，不同生育期免耕蓄水保墑效果優(yōu)于深松耕作。從冬小麥揚(yáng)花期到成熟期，無論何種耕作方式氮素在莖和葉中的分配比例逐漸減小，在穗中的分配比例逐漸增大。揚(yáng)花期，與傳統(tǒng)翻耕相比，連續(xù)2 a免耕分別提高莖、葉和穗的平均氮素積累量44.3%、80.5%和70.9%，而連續(xù)2 a深松耕作未呈現(xiàn)顯著變化；成熟期，連續(xù)2 a免耕和深松耕作較傳統(tǒng)翻耕均顯著降低了莖的平均氮素積累量，增加了籽粒的平均氮素積累量(P<0.05)，且免耕優(yōu)于深松耕作。此外，與傳統(tǒng)耕作相比，免耕顯著提高冬小麥植株?duì)I養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)移率和營(yíng)養(yǎng)器官對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率(P<0.05)，而深松耕作僅在較干旱年份未明顯提高冬小麥植株?duì)I養(yǎng)器官轉(zhuǎn)運(yùn)量和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率。綜上，長(zhǎng)期深松耕作并不能持續(xù)促進(jìn)冬小麥植株氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)，對(duì)于干旱少雨年份免耕優(yōu)于深松耕作。

冬小麥； 保護(hù)性耕作； 氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)； 土壤水分

引言

隨著中國(guó)人口快速增長(zhǎng)和可利用耕地面積減少，糧食安全問題日趨嚴(yán)峻[1]。小麥作為中國(guó)第一大糧食作物，如何提高其產(chǎn)量是作物科學(xué)研究的熱點(diǎn)問題之一。氮素是營(yíng)養(yǎng)元素中限制產(chǎn)量的首要因子，氮素的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)實(shí)現(xiàn)小麥增產(chǎn)具有重大意義[2]。小麥開花前營(yíng)養(yǎng)器官貯存氮素的再分配是籽粒中積累氮素的主要來源，約占籽粒氮素的53%～80.8%[3]。小麥對(duì)氮素的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和同化受土壤水分影響，尤其是小麥開花后期土壤水分[4-6]。有研究認(rèn)為，適度的干旱有利于小麥葉片氮素向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而促進(jìn)籽粒氮素的積累[7-8]。

保護(hù)性耕作是以秸稈覆蓋和免耕播種技術(shù)為核心的一種新型耕作方法，它能夠通過免耕、深松和殘茬覆蓋等措施改變土壤物理性質(zhì)，增加土壤水分并提高氮素吸收利用，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性發(fā)展[9-12]。黃明等[13]研究表明，免耕和深松耕作均能夠改善旗葉光合特性，提高小麥開花后干物質(zhì)生產(chǎn)量及向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量。鄭成巖等[14]研究認(rèn)為，深松較傳統(tǒng)翻耕降低了小麥生育后期土壤含水率，促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)器官中貯存的氮素向籽粒中的再分配。然而，以往關(guān)于保護(hù)性耕作方式下小麥氮素吸收利用的研究多是短期效應(yīng)，長(zhǎng)期保護(hù)性耕作對(duì)小麥氮素吸收利用的持續(xù)作用效果仍不清楚，尤其是長(zhǎng)期免耕和深松耕作是否能夠持續(xù)促進(jìn)冬小麥植株氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn)有待進(jìn)一步研究。

本文利用長(zhǎng)期定位耕作試驗(yàn)，以長(zhǎng)期免耕和深松耕作下冬小麥關(guān)鍵生育期土壤含水率為基礎(chǔ)，探討長(zhǎng)期免耕和深松耕作對(duì)冬小麥氮素積累量、轉(zhuǎn)運(yùn)量及氮素利用效率的影響，旨在優(yōu)化耕作管理，提高氮素利用效率，為保護(hù)性耕作措施推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在河南省中部節(jié)水農(nóng)業(yè)禹州試驗(yàn)基地(34.16°N、113.15°E，海拔高度150 m)進(jìn)行。該地區(qū)多年平均降水量674.9 mm，其中60%以上集中在夏季，存在較嚴(yán)重的春旱、伏旱和秋旱；土壤為褐土，土壤母質(zhì)為黃土性物質(zhì)，耕層有機(jī)質(zhì)12.3 g/kg、全氮0.80 g/kg、水解氮47.82 mg/kg、速效磷6.66 mg/kg、速效鉀114.8 mg/kg(均為質(zhì)量比)。2014—2016年冬小麥季降水量分別為260.0 mm 和193.2 mm，逐月降水量如圖1所示。

圖1 禹州試驗(yàn)站2014—2016年冬小麥生育期逐月降水量Fig.1 Distribution of monthly precipitation during winter wheat growth stages in 2014—2016 of Yuzhou experiment station

選取10 a長(zhǎng)期定位試驗(yàn)(2006—2016)中的2 a試驗(yàn)用于研究(2014—2016)。試驗(yàn)處理分別為傳統(tǒng)翻耕(CT)、免耕(NT)和深松(ST)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。3種耕作方式具體操作方法：傳統(tǒng)翻耕是在玉米收獲后，將全部秸稈粉碎覆蓋在地表，用犁鏵全面深翻20～25 cm將秸稈深埋；免耕是玉米收獲后，全部秸稈粉碎覆蓋在地表，無其他措施；深松是玉米秸稈粉碎覆蓋在地表后，用深松鏟耕作，深度30～35 cm。種植的冬小麥品種為“矮抗58”，播種量150 kg/hm2，播種時(shí)間為10月中旬，收獲時(shí)間為次年5月下旬，行距23 cm。冬小麥播種前施用氮肥(純氮225 kg/hm2)、過磷酸鈣(P2O5105 kg/hm2)和鉀肥(75 kg/hm2)，一次性底施。小區(qū)面積為36 m2(6 m×6 m)。

1.2 田間取樣與測(cè)定方法

于冬小麥苗期、越冬期、拔節(jié)期、揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期采集植株樣，具體采集日期見表1。其中，苗期、越冬期、拔節(jié)期留取整株樣品，開花期和灌漿期植株樣品分為葉片、莖稈和穗3部分，成熟期分為籽粒、葉片、莖稈和穗4部分。樣品于105℃殺青并在70℃干燥至質(zhì)量恒定，測(cè)定干物質(zhì)質(zhì)量。在冬小麥關(guān)鍵生育期(拔節(jié)期、揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期)采用土鉆取土，烘干法測(cè)定土壤含水率。采用濃硫酸消煮-半微量凱氏定氮法測(cè)定植株全氮含量。

表1 植株取樣時(shí)間Tab.1 Time of collecting plant samples

1.3 計(jì)算方法

各時(shí)期不同器官氮素積累量(kg/hm2)是氮素含量與干物質(zhì)質(zhì)量的乘積；各時(shí)期的氮素分配比例(%)是各器官氮素積累量占地上部植株氮素積累總量的百分比；營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量(kg/hm2)是開花期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量減去成熟期氮素積累量；營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移率(%)是營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量占開花期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量的百分比；營(yíng)養(yǎng)器官氮素貢獻(xiàn)率(%)是營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量占成熟期籽粒氮素積累量的百分比。

圖2 不同耕作方式冬小麥關(guān)鍵生育期0～100 cm 土壤質(zhì)量含水率變化Fig.2 Soil moisture changes in 0～100 cm soil profile of different tillage treatments during winter wheat growth stages

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2007處理數(shù)據(jù)；采用SPSS進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(LSD 法)；采用SigmaPlot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作處理對(duì)0～100 cm土壤含水率的影響

與傳統(tǒng)翻耕相比，免耕均不同程度地增加了冬小麥關(guān)鍵生育期(拔節(jié)期、揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期) 0～100 cm土層土壤平均含水率；深松耕作在冬小麥拔節(jié)期未明顯提高0～100 cm土壤平均含水率，但顯著提高了揚(yáng)花期和成熟期的土壤平均含水率(圖2)。在冬小麥揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期60 cm土層處，3種耕作處理下的土壤含水率均達(dá)到最低值，0～60 cm 土壤含水率隨深度增加而降低，而60～100 cm土壤含水率隨深度增加有增加的趨勢(shì)。其中0～40 cm 屬耕作層，土壤含水率受耕作處理明顯。2015年，免耕較傳統(tǒng)翻耕分別提高冬小麥拔節(jié)期、揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期0～40 cm土壤平均含水率8.9%、11.5%、14.3%和8.6%；深松耕作分別提高冬小麥揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期0～40 cm 土壤平均含水率2.0%、3.6%和10.8%。2016年免耕較傳統(tǒng)翻耕分別提高冬小麥拔節(jié)期和揚(yáng)花期土壤平均含水率19.1%和9.2%，而降低了成熟期土壤平均含水率5.3%；深松耕作較傳統(tǒng)翻耕僅提高了冬小麥揚(yáng)花期土壤平均含水率7.6%，在冬小麥拔節(jié)期、灌漿期和成熟期均表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)，這是由于連續(xù)深松耕作強(qiáng)烈改變了土壤物理性質(zhì)和土壤結(jié)構(gòu)，致使孔隙度增大，持水能力降低，加之2015—2016年冬小麥季降水量偏低，墑情變差[15]?？梢姡飧蜕钏筛鞯男钏勑Ч芙邓坑绊?，在較干旱年份，不同生育期土壤蓄水保墑效果免耕優(yōu)于深松耕作。

2.2 不同耕作處理對(duì)冬小麥植株氮素積累量的影響

從冬小麥整個(gè)生育期來看，氮素積累量呈先增加后降低的趨勢(shì)，在拔節(jié)期達(dá)到最大值(圖3, 同一時(shí)期，不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05))。2014—2015年冬小麥關(guān)鍵生育期植株氮素積累量明顯高于2015—2016年同生育期氮素積累量，這是由于2015—2016年冬小麥季降水量偏低造成的。2014—2015年，免耕處理在苗期、拔節(jié)期、揚(yáng)花期和成熟期的氮素積累量較傳統(tǒng)翻耕處理顯著提高，且在拔節(jié)期達(dá)到最高值794.54 kg/hm2，這是由于一方面冬小麥在拔節(jié)期分蘗株數(shù)最多，另一方面免耕處理較其他耕作處理土壤含水率較高，致使冬小麥植株生物量最高，進(jìn)而使其氮素積累量達(dá)到最大值。連續(xù)2 a免耕在拔節(jié)期、揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期的氮素積累量較傳統(tǒng)翻耕分別提高14.0%、48.2%、75.1%和11.7%。而連續(xù)2 a深松耕作僅在越冬期顯著提高冬小麥植株氮素積累量，這可能是由于2014—2016年冬小麥越冬期降水量均較大(圖1)，深松耕作提高土壤表層(0～40 cm)含水率，導(dǎo)致冬小麥植株氮素積累量提高。

圖3 不同耕作處理冬小麥不同生育期氮素積累量Fig.3 Nitrogen accumulation amount during winter wheat growth stages under different tillage treatments

2.3 不同耕作處理氮素在冬小麥莖、葉、穗中的分配

從冬小麥揚(yáng)花期、灌漿期到成熟期，3種耕作處理氮素在莖和葉中的分配比例逐漸減小，在穗中的分配比例逐漸增大。其中，揚(yáng)花期氮素分配比例由大到小為：莖、葉、穗，成熟期氮素分配比例由大到小為：籽粒(穗)、莖、葉(表2)。揚(yáng)花期，連續(xù)2 a免耕處理較傳統(tǒng)翻耕處理莖、葉和穗的平均氮素積累量分別提高44.3%、80.5%、70.9%。這是由于冬小麥拔節(jié)-揚(yáng)花期免耕處理土壤水分顯著高于傳統(tǒng)翻耕，促進(jìn)小麥營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)，增加了莖和葉的生物量，進(jìn)而導(dǎo)致其氮素積累量增加。與傳統(tǒng)翻耕處理相比，深松耕作在2015年冬小麥揚(yáng)花期顯著提高莖、葉和穗的氮素積累量，而在2016年降低了莖、葉和穗的氮素積累量，這是由于2015年冬小麥揚(yáng)花期土壤含水率顯著高于2016年同生育期土壤含水率。成熟期，2 a免耕和深松耕作分別降低了莖的平均氮素積累量14.1%和31.8%，而顯著提高了穗和籽粒的氮素積累量(P<0.05)，說明氮素由莖葉轉(zhuǎn)運(yùn)到穗和籽粒。其中關(guān)于籽粒中的氮素積累量，2 a免耕和深松耕作較傳統(tǒng)翻耕分別提高了43.1%和32.4%。

表2 耕作方式對(duì)冬小麥各器官氮素積累與分配的影響Tab.2 Effects of different tillage treatments on nitrogen accumulation and distribution in various organs of winter wheat

注：同一時(shí)期同列數(shù)值后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

2.4 揚(yáng)花后冬小麥植株氮素向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)

由表3可知，連續(xù)2 a免耕處理顯著提高冬小麥植株?duì)I養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率(P<0.05)，而深松耕作在降水量較少年份(2015—2016年)未顯著提高冬小麥植株?duì)I養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量及對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率。其中，2015年免耕處理較傳統(tǒng)翻耕處理分別提高營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)移率和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率42.5%、14.8%和18.1%；深松耕作處理分別提高42.4%、26.4%和27.1%。然而，2016年免耕較傳統(tǒng)翻耕顯著提高營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)移率和對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率(P<0.05)；而深松耕作與傳統(tǒng)翻耕處理無顯著性差異，這可能是由于2016年冬小麥拔節(jié)期深松耕作0～40 cm土壤含水率較低，抑制了冬小麥植株氮素積累，不利于小麥植株氮素轉(zhuǎn)運(yùn)，最終致使深松耕作處理下冬小麥植株氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及轉(zhuǎn)運(yùn)率偏低。綜上，深松處理并不能持續(xù)促進(jìn)氮素向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)和吸收，就小麥植株氮素轉(zhuǎn)運(yùn)持續(xù)性效果來看，免耕優(yōu)于深松耕作。

表3 不同耕作方式冬小麥營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率Tab.3 Nitrogen translocation amount and translocation rate and contribution rate to grains from wheat vegetative organs under different tillage treatments

3 討論

3.1 冬小麥植株氮素積累與分配特征

在小麥生長(zhǎng)過程中，氮素以光合同化物的形式積累，氮素的積累與轉(zhuǎn)運(yùn)與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)運(yùn)密切相關(guān)。ZHU等[16]研究表明，小麥植株氮素積累量隨生育進(jìn)程推進(jìn)而不斷增加，至成熟期達(dá)峰值，但也有研究認(rèn)為，成熟期比開花期氮素積累量有所下降[17-18]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，冬小麥植株氮素積累量至拔節(jié)期達(dá)到峰值，在成熟期氮素積累量有所下降。這主要是由于拔節(jié)期冬小麥分蘗株數(shù)在整個(gè)生育期達(dá)到最大值，致使生物量達(dá)到最大，進(jìn)而影響氮素積累量。開花至成熟階段是冬小麥氮素吸收分配的關(guān)鍵時(shí)期，開花后營(yíng)養(yǎng)器官氮素的轉(zhuǎn)移對(duì)籽粒氮素積累有較大貢獻(xiàn)[19]。本研究中揚(yáng)花前營(yíng)養(yǎng)器官對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率高達(dá)66.49%～85.80%，這與前人研究結(jié)果一致[20]。這說明冬小麥揚(yáng)花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒的積累作用遠(yuǎn)高于揚(yáng)花后吸收的氮素。

3.2 耕作方式對(duì)冬小麥植株氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

不同耕作方式由于對(duì)土壤擾動(dòng)程度不同，使農(nóng)田降水入滲和土壤水分蒸發(fā)條件有所差異，致使不同耕作方式的蓄水保墑能力不同。長(zhǎng)期免耕因減少土壤表層擾動(dòng)，減少水分散失，具有良好的蓄水保墑作用[21-22]，深松耕作可打破犁底層，增加土壤水分入滲，進(jìn)而提高土壤蓄水保墑能力[23-24]。免耕和深松耕作的蓄水保墑效果受降水狀況影響，許迪等[15]研究發(fā)現(xiàn)在平水年和干旱年，免耕0～40 cm土層土壤蓄水量平均增加7.1%和15.4%，免耕的蓄水保墑作用在干旱少雨條件下更加明顯。然而，余海英等[25]研究表明免耕處理作物全生育期土壤剖面的平均含水率均明顯高于傳統(tǒng)翻耕，兩者間的差異在降水量較大的情況下表現(xiàn)尤為突出。本研究結(jié)果表明，免耕在降水量較大的年份(2014—2015年)冬小麥關(guān)鍵生育期的蓄水保墑效果優(yōu)于干旱年份(2015—2016年)。另外，王小彬等[26]研究表明，在麥田夏閑期末，免耕覆蓋和深松處理土壤蓄水量顯著提高，由大到小表現(xiàn)為：免耕、深松耕作、翻耕。也有研究表明連續(xù)深松耕作強(qiáng)烈改變了土壤結(jié)構(gòu)，增大了土壤孔隙度，造成土壤持水能力下降，墑情變差[15]。本研究結(jié)果也表明，在降水量較少的年份(2015—2016年)，連續(xù)深松耕作降低了冬小麥關(guān)鍵生育期(拔節(jié)期、灌漿期和成熟期)的土壤含水率?？梢?，免耕的蓄水保墑效果優(yōu)于深松耕作，尤其在干旱年份表現(xiàn)明顯。

土壤水分狀況是影響冬小麥氮素吸收、積累及轉(zhuǎn)運(yùn)的重要因素之一[27-29]。水分虧缺能夠顯著降低小麥的氮素吸收量[30-31]、氮素利用效率和籽粒產(chǎn)量[32]。本研究結(jié)果表明，2015—2016年干旱年份冬小麥各生育期的植株氮素積累量顯著低于2014—2015年冬小麥同生育期的氮素積累量。張永麗等[33]研究認(rèn)為小麥開花后土壤含水率過高會(huì)使其營(yíng)養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率降低。鄭成巖等[14]指出深松耕作促進(jìn)了小麥生育中后期對(duì)表層土壤水分的消耗，降低了小麥生育后期的土壤含水率，促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)器官中貯存的氮素向籽粒中的再分配。然而，也有研究[34-35]表明，冬小麥不同生育期中度和重度干旱脅迫能減少冬小麥氮素吸收量,并降低花前貯藏氮素向籽粒中的轉(zhuǎn)移量。本研究發(fā)現(xiàn)深松耕作在降水量較大的年份(2014—2015年)能夠有效提高冬小麥生長(zhǎng)前期土壤表層含水率，促進(jìn)冬小麥營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量，降低揚(yáng)花后期土壤含水率，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)器官中貯存的氮素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，且由大到小表現(xiàn)為：深松耕作、免耕、傳統(tǒng)翻耕。但對(duì)于較干旱的年份，連續(xù)深松耕作降低了冬小麥拔節(jié)期和灌漿期土壤表層含水率，干旱脅迫增大，抑制小麥植株氮素積累，進(jìn)而影響后期小麥莖和葉中氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)。而免耕在干旱少雨的年份蓄水保墑優(yōu)于深松耕作，提高了冬小麥生長(zhǎng)前期土壤含水率，促進(jìn)了冬小麥植株氮素積累，進(jìn)而提高了小麥植株氮素轉(zhuǎn)運(yùn)營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率。綜上，深松耕作并不能持續(xù)促進(jìn)冬小麥植株氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)，對(duì)于干旱少雨年份免耕優(yōu)于深松耕作。

4 結(jié)論

(1)與傳統(tǒng)翻耕相比，免耕和深松耕作均不同程度地增加了0～100 cm土層土壤平均含水率，但免耕和深松耕作的蓄水保墑效果受降水狀況影響。在降水量較多的年份(2014—2015年)，免耕和深松耕作較傳統(tǒng)翻耕顯著提高了冬小麥關(guān)鍵生育期(揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期)0～40 cm 土壤平均含水率；而在降水量較少的年份(2015—2016年)，免耕較傳統(tǒng)翻耕分別提高冬小麥拔節(jié)期和揚(yáng)花期土壤平均含水率19.1%和9.2%，而深松耕作僅提高了冬小麥揚(yáng)花期土壤平均含水率，在冬小麥拔節(jié)期、灌漿期和成熟期均表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)。可見，在干旱年份，不同生育期土壤蓄水保墑效果免耕優(yōu)于深松耕作。

(2)從冬小麥整個(gè)生育期來看，氮素積累量呈先增加后降低的趨勢(shì)，在拔節(jié)期達(dá)到最大值。從冬小麥揚(yáng)花期、灌漿期到成熟期，3種耕作方式氮素在莖和葉中的分配比例逐漸減小，在穗中的分配比例逐漸增大。與傳統(tǒng)翻耕相比，連續(xù)2 a免耕在揚(yáng)花期分別提高莖、葉和穗的平均氮素積累量44.3%、80.5%、70.9%，在成熟期降低了莖的平均氮素積累量14.1%，而顯著增加了穗和籽粒的平均氮素積累量；連續(xù)2 a深松耕作在揚(yáng)花期并未顯著增加莖、葉和穗的平均氮素積累量，在成熟期顯著降低了莖的平均氮素積累量，增加穗和籽粒的平均氮素積累量。其中，籽粒的氮素積累量由大到小表現(xiàn)為：免耕、深松、傳統(tǒng)翻耕。

(3)與傳統(tǒng)翻耕相比，免耕顯著提高營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率(P<0.05)。深松耕作并不能持續(xù)促進(jìn)氮素向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)與吸收，在干旱年份，長(zhǎng)期免耕優(yōu)于深松耕作更能促進(jìn)氮素的積累與轉(zhuǎn)運(yùn)。

1 胡富亮, 郭德林, 高杰, 等. 種植密度對(duì)春玉米干物質(zhì)、氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2013, 22(6):60-66. HU Fuliang, GUO Delin, GAO Jie, et al. Effects of planting densities on dry matter and nitrogen accumulation and grain yield in spring maize[J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2013, 22(6):60-66. (in Chinese)

2 OTTMAN M J, POPE N V. Nitrogen fertilizer movement in the soil as influenced by nitrogen rate and timing in irrigated wheat[J]. Soil Science Society of America Journal, 2000, 64(5):1883-1892.

3 張慶江, 張立言, 畢桓武. 春小麥品種氮的吸收積累和轉(zhuǎn)運(yùn)特征及與籽粒蛋白質(zhì)的關(guān)系[J]. 作物學(xué)報(bào), 1997, 23(6):712-718. ZHANG Qingjiang, ZHANG Liyan, BI Huanwu. The absorption, accumulation and translocation of nitrogen and their relationships to grain protein content in spring wheat variety[J].Acta Agronomica Sinica, 1997, 23(6):712-718. (in Chinese)

4 WANG H, MCCAIG T N, DEPAUW R M, et al. Physiological characteristics of recent Canada western red spring wheat cultivars: components of grain nitrogen yield[J]. Canadian Journal of Plant Science, 2003, 83(4):699-707.

5 王曉英, 賀明榮. 水氮耦合對(duì)濟(jì)麥20籽粒蛋白質(zhì)組分及品質(zhì)的影響[J]. 作物學(xué)報(bào), 2007, 33(1):126-131. WANG Xiaoying, HE Mingrong. Coupling effects of irrigation and nitrogen fertilizer on protein composition and quality of winter wheat cultivar Jimai 20[J]. Acta Agronomica Sinica, 2007, 33(1):126-131. (in Chinese)

6 王德梅, 趙廣才, 常旭虹, 等. 土壤相對(duì)含水量對(duì)冬小麥氮素積累、蛋白質(zhì)組成和加工品質(zhì)的影響[J]. 麥類作物學(xué)報(bào), 2014, 34(9):1245-1252. WANG Demei, ZHAO Guangcai, CHANG Xuhong, et al. Effects of soil water content on nitrogen accumulation, protein composition and processing quality of winter wheat[J]. Journal of Triticeae Crops, 2014, 34(9):1245-1252. (in Chinese)

7 許振柱, 王崇愛, 李暉. 土壤干旱對(duì)小麥葉片光合和氮素水平及其轉(zhuǎn)運(yùn)效率的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2004, 22(4):75-79. XU Zhenzhu, WANG Chongai, LI Hui. Effects of soil drought on photosynthesis, nitrogen and nitrogen translocation efficiency in wheat leaves[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2004, 22(4):75-79. (in Chinese)

8 鄭成巖, 于振文, 王西芝,等. 灌水量和時(shí)期對(duì)高產(chǎn)小麥氮素積累、分配和轉(zhuǎn)運(yùn)及土壤硝態(tài)氮含量的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2009, 15(6):1324-1332. ZHENG Chengyan, YU Zhenwen, WANG Xizhi, et al. Effects of irrigation amount and stage on nitrogen accumulation, distribution, translocation and soil NO3-N content in high-yield wheat[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15(6):1324-1332. (in Chinese)

9 SINGH B, CHANASYK D S, MCGILL W B. Soil water regime under barley with long-term tillage-residue systems[J]. Soil & Tillage Research, 1998, 45(1-2):59-74.

10 DE VITA P, DI PAOLO E, FECONDO G, et al. No-tillage and conventional tillage effects on durum wheat yield, grain quality and soil moisture content in southern Italy[J]. Soil & Tillage Research, 2007, 92(1-2):69-78.

11 RILEY H C F, BLEKEN M A, ABRAHAMSEN S, et al. Effects of alternative tillage systems on soil quality and yield of spring cereals on silty clay loam and sandy loam soils in the cool, wet climate of Central Norway[J]. Soil & Tillage Research, 2005, 80(1-2):79-93.

12 朱炳耀, 黃建華, 黃永耀, 等. 連續(xù)免耕對(duì)中稻產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),1999,19(增刊1):159-163. ZHU Bingyao, HUANG Jianhua, HUANG Yongyao, et al. Effect of continuous tillage-free practice on the grain yield of semilate rice and soil physicochemical property[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences,1999,19(Supp.1):159-163. (in Chinese)

13 黃明, 吳金芝, 李友軍, 等. 不同耕作方式對(duì)旱作區(qū)冬小麥生產(chǎn)和產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2009, 25(1):50-54. HUANG Ming, WU Jinzhi, LI Youjun, et al. Effects of different tillage management on production and yield of winter wheat in dryland[J]. Transactions of the CSAE, 2009, 25(1):50-54. (in Chinese)

14 鄭成巖, 于振文, 王東,等. 耕作方式對(duì)冬小麥氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)及土壤硝態(tài)氮含量的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012,18(6): 1303-1311. ZHENG Chengyan, YU Zhenwen, WANG Dong, et al. Effects of tillage practices on nitrogen accumulation and translocation in winter wheat and NO3-N content in soil[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(6): 1303-1311. (in Chinese)

15 許迪, SCHMI R, MERMOUD A. 耕作方式對(duì)土壤水動(dòng)態(tài)變化及夏玉米產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 1999, 15(3):101-106. XU Di, SCHMI R, MERMOUD A. Effects of tillage practices on the variation of soil moisture and the yield of summer maize[J]. Transactions of the CSAE, 1999, 15(3):101-106. (in Chinese)

16 ZHU X K, GUO W S, FENG C N, et al. Nitrogen absorption and utilization differences among wheat varieties for different end uses[J]. Plant Nutrition & Fertilizing Science, 2005, 11(2):148-154.

17 SCHENK M K. Regulation of nitrogen uptake on the whole plant level[J]. Plant and Soil, 1996, 181(1): 131-137.

18 HOU Y L, O’BRIEN L, ZHONG G R. Study on the dynamic changes of the distribution and accumulation of nitrogen in different plant parts of wheat[J]. Acta Agronomica Sinica, 2001, 27(4): 493-499.

19 王秀英. 不同水氮條件對(duì)燕麥氮素吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和積累的影響[J]. 西南師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2014, 39(11):101-107. WANG Xiuying. On effect of different water and nitrogen condition on nitrogen absorption, translocation and accumulation of oat[J]. Journal of Southwest China Normal University: Natural Science, 2014, 39(11):101-107. (in Chinese)

20 PALTA J A, KOBATA T, TURNER N C, et al. Remobilization of carbon and nitrogen in wheat as influenced by postanthesis water deficits[J]. Crop Science, 1994, 34(1):118-124.

21 張國(guó)盛, CHAN K Y, LI G D, 等. 長(zhǎng)期保護(hù)性耕種方式對(duì)農(nóng)田表層土壤性質(zhì)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(6):2722-2728. ZHANG Guosheng, CHAN K Y, LI G D, et al. Long-term effects of tillage systems and rotation on selected soil properties in cropping zone of Southern NSW, Australia[J]. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(6):2722-2728. (in Chinese)

22 黃高寶, 郭清毅, 張仁陟,等. 保護(hù)性耕作條件下旱地農(nóng)田麥-豆雙處理輪作體系的水分動(dòng)態(tài)及產(chǎn)量效應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 26(4): 1176-1185. HUANG Gaobao, GUO Qingyi, ZHANG Renzhi, et al. Effects of conservation tillage on soil moisture and crop yield in a phased rotation system with spring wheat and field pea in dryland[J]. Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(4):1176-1185. (in Chinese)

23 李素娟, 李琳, 陳阜, 等. 保護(hù)性耕作對(duì)華北平原冬小麥水分利用的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2007, 22(增刊1):115-120. LI Sujuan, LI Lin, CHEN Fu, et al. Effects of conservation tillage on water use of winter wheat in North China Plain[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2007, 22(Supp.1):115-120. (in Chinese)

24 張麗華, 李軍, 賈志寬, 等. 渭北旱塬保護(hù)性耕作對(duì)冬小麥-春玉米輪作田蓄水保墑效果和產(chǎn)量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 22(7):1750-1758. ZHANG Lihua, LI Jun, JIA Zhikuan, et al. Effects of conservation tillage on soil water conservation and crop yield of winter wheat-spring maize rotation field in Weibei highland[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2011, 22(7):1750-1758. (in Chinese)25 余海英, 彭文英, 馬秀, 等. 免耕對(duì)北方旱作玉米土壤水分及物理性質(zhì)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 22(1):99-104. YU Haiying, PENG Wenying, MA Xiu, et al. Effects of no tillage on soil water content and physical properties of spring corn fields in semiarid region of northern China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2011, 22(1):99-104. (in Chinese)

26 王小彬, 蔡典雄, 金軻, 等. 旱坡地麥田夏閑期耕作措施對(duì)土壤水分有效性的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2003, 36(9):1044-1049. WANG Xiaobin, CAI Dianxiong, JIN Ke, et al. Water availability for winter wheat affected by summer fallow tillage practices in sloping dryland[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2003, 36(9):1044-1049. (in Chinese)

27 XU Z Z, YU Z W, WANG D, et al. Nitrogen accumulation and translocation for winter wheat under different irrigation regimes[J]. Journal of Agronomy & Crop Science, 2005, 191(6): 439-449.

28 范雪梅，戴廷波，姜東，等. 花后干旱與漬水下氮素供應(yīng)對(duì)小麥碳氮運(yùn)轉(zhuǎn)的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2004，18(6):63-67. FAN X M, DAI T B, JIANG D, et al. Effects of nitrogen rates on carbon and nitrogen assimilate translocation in wheat grown under drought and waterlogging from anthesis to maturity[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2004, 18(6): 63-67. (in Chinese)

29 ZHAO G C, HE Z H, LIU L H, et al. Study on the co-enhancing regulating effect of fertilization and watering on the main quality and yield in Zhongyou 9507 high gluten wheat[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2004, 37(3): 351-356.

30 WANG Z H, WANG B, LI S X. Influence of water deficit and supplemental irrigation on nitrogen uptake by winter wheat and nitrogen residual in soil[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2004, 15(8): 1339-1343.

31 XU Z Z, YU Z W, WANG D. Nitrogen translocation in wheat plants under soil water deficit[J]. Plant and Soil, 2006, 280(1-2): 291-303.

32 LI F S, KANG S Z, ZHANG J H, et al. Effects of atmospheric CO2enrichment, water status and applied nitrogen on water and nitrogen-use efficiencies of wheat[J]. Plant and Soil, 2003, 254(2): 279-289.

33 張永麗, 于振文. 灌水量對(duì)小麥氮素吸收、分配、利用及產(chǎn)量與品質(zhì)的影響[J]. 作物學(xué)報(bào), 2008, 34(5): 870-878. ZHANG Yongli, YU Zhenwen. Effects of irrigation amount on nitrogen uptake, distribution, use, and grain yield and quality in wheat[J]. Acta Agronomica Sinica, 2008, 34(5): 870-878. (in Chinese)

34 樊小林, 李玲, 何文勤, 等. 氮肥、干旱脅迫、基因型差異對(duì)冬小麥吸氮量的效應(yīng)[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 1998, 4(2):131-137. FAN Xiaolin, LI Ling, HE Wenqin, et al. Effect of nitrogen fertilizer, water stress and the genotypes on nitrogen uptake of winter wheat[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 1998, 4(2):131-137. (in Chinese)

35 劉恩科, 梅旭榮, 龔道枝, 等. 不同生育時(shí)期干旱對(duì)冬小麥氮素吸收與利用的影響[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 34(5):555-562. LIU Enke, MEI Xurong, GONG Daozhi, et al. Effects of drought on N absorption and utilization in winter wheat at different developmental stages[J]. Acta Phytoecologica Sinica, 2010, 34(5):555-562. (in Chinese)

Effects of Long-term Conservation Tillage on Nitrogen Accumulation and Translocation of Winter Wheat

DING Jinli1,2WU Jicheng3,4YANG Yonghui3,4FENG Hao1

(1.InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China2.CollegeofGeographyandTourism,ZhengzhouNormalUniversity,Zhengzhou450044,China3.InstituteofPlantNutritionandResource&EnvironmentalScience,HenanAcademyofAgriculturalSciences,Zhengzhou450002,China
4.YuanyangExperimentalStationofCropWaterUse,MinistryofAgriculture,Yuanyang453514,China)

To study the effects of long-term conservation tillage (no-tillage and subsoiling) on nitrogen accumulation and translocation characteristics of winter wheat, a ten-year (2006—2016) field experiment was carried out, and the effects of different tillage treatments, including traditional tillage, no-tillage and subsoiling on the soil water content in 0～100 cm during the key winter wheat growth stages were analysed. The results showed that long-term no-tillage and subsoiling treatments significantly increased the soil water content in 0～100 cm and no-tillage treatment was superior to subsoiling treatment in the dry year. The nitrogen distribution ratio in stem and leaf was gradually decreased, while it was gradually increased in wheat are from flowering to harvesting stage under three tillage treatments. Compared with conventional tillage treatment, average nitrogen accumulation amounts in stem, leaf and ear under 2-year continuous no-tillage treatment were increased by 44.3%, 80.5% and 70.9%, respectively, and there was no significant increase under 2-year continuous subsoiling treatment at flowering stage. At harvesting stage, no-tillage and subsoiling treatments significantly decreased the nitrogen accumulation in stem, while significantly increased its ear accumulation amount compared with conventional tillage treatment. Moreover, no-tillage treatment significantly increased the nitrogen translocation amount of winter wheat vegetative organs, translocation ratio, contribution ratio to grain (P<0.05), while subsoiling treatment was non-sustainable to increase nitrogen translocation amount and ratio. In general, long-term effect of no-tillage treatment on nitrogen translocation of winter wheat was superior to that of subsoiling treatment, especially in the dry year.

winter wheat; conservation tillage; nitrogen accumulation and translocation; soil water

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.02.032

2016-10-25

2016-12-13

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2013AA102904)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1404404)

丁晉利(1978—)，女，博士生，鄭州師范學(xué)院講師，主要從事土壤生態(tài)與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究，E-mail: dingjinli1978@163.com

馮浩(1970—)，男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事水土資源高效利用研究，E-mail: nercwsi@vip.sina.com

S154.4

A

1000-1298(2017)02-0240-07