張嫚，周蘇玫，楊習(xí)文，周燕, 楊蕊，張珂珂，賀德先，尹鈞

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減氮適墑對冬小麥土壤硝態(tài)氮分布和氮素吸收利用的影響

張嫚1，周蘇玫1，楊習(xí)文1，周燕1, 楊蕊1，張珂珂2，賀德先1，尹鈞1

（1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，鄭州450002；2河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，鄭州450002）

針對黃淮冬麥區(qū)過量施氮的現(xiàn)象，研究了適量減氮在不同土壤墑情下硝態(tài)氮分布以及冬小麥對氮素吸收利用效率和籽粒產(chǎn)量的變化，為該地區(qū)小麥生產(chǎn)上科學(xué)施用氮肥提供理論依據(jù)。于2014—2015和2015—2016兩個(gè)小麥生長季，在大田條件下設(shè)置3個(gè)灌水處理，自然降水（W1）、適墑（W2，70%±5%）、足墑（W3，80%±5%）和3個(gè)施氮量處理（不施氮，N1；減氮施肥，N2：195 kg·hm-2；常規(guī)高量氮肥，N3：270 kg·hm-2），測定了0—100 cm土層硝態(tài)氮含量、冬小麥植株氮素吸收轉(zhuǎn)運(yùn)量和籽粒產(chǎn)量。0—60 cm土層硝態(tài)氮（NO3-N）的分布隨土層加深而減少，隨施氮量增加而提高，隨土壤墑情的增大而減少；＞60 cm又出現(xiàn)不同程度的回升，尤其是足墑（W3）加大了NO3-N的淋溶，N2、N3水平下80—100 cm土層W3平均比W1高出了3.8 mg·kg-1和4.2 mg·kg-1；減氮處理（N2）促進(jìn)了NO3-N吸收，成熟期0—20 cm土層NO3-N比開花期平均降幅為2.3 mg·kg-1，高氮處理（N3）收獲后土層中NO3-N卻有較多的富集。減氮適墑處理（W2N2）顯著增加了開花期營養(yǎng)器官氮素積累量（＜0.05），并促進(jìn)氮素向籽粒的有效轉(zhuǎn)運(yùn)，尤其表現(xiàn)在葉片中；花前氮素轉(zhuǎn)移量和對籽粒的貢獻(xiàn)率均達(dá)最大，籽粒產(chǎn)量和籽粒中的氮素積累量分別比其他處理平均高出15.4%、27.3%，從而極顯著提高了氮素吸收率和生產(chǎn)效率（＜0.05）。本試驗(yàn)條件下，施氮量195 kg·hm-2，拔節(jié)后土壤相對含水量維持在70%±5%，是兼顧產(chǎn)量、氮肥吸收和生產(chǎn)效率的最佳處理。

冬小麥；減氮適墑；氮素吸收利用；硝態(tài)氮含量；產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】黃淮冬麥區(qū)是中國重要的小麥生產(chǎn)基地，總產(chǎn)量占全國的76%，該地區(qū)常年降雨量為520—900 mm，小麥生育期降水僅有150—300 mm，尤其是北部地區(qū)降水量少，不能滿足小麥生長發(fā)育需要，多依靠超采地下水進(jìn)行農(nóng)田灌溉，導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降，水資源日益匱乏[1]。灌水技術(shù)上又存在足量灌溉或大水漫灌的現(xiàn)象，造成農(nóng)田土壤養(yǎng)分的淋失。氮素是影響作物生長發(fā)育的重要限制因子，合理施氮能促進(jìn)根系發(fā)育，增強(qiáng)作物對土壤水分和氮肥的吸收，提高籽粒產(chǎn)量[2-3]。而過量施用氮肥，導(dǎo)致氮素殘留在土壤或以氨等形式揮發(fā)，不僅造成氮肥增產(chǎn)效果下降、土壤板結(jié)，還會以硝態(tài)氮淋失等途徑污染地下水，危害生態(tài)環(huán)境[4-5]。因此，適宜土壤墑情下，探討降低施氮量對麥田土壤中硝態(tài)氮的利用，開花前后氮素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)分配特性的影響，對于小麥的可持續(xù)生產(chǎn)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】冬小麥營養(yǎng)器官氮素積累、分配及轉(zhuǎn)運(yùn)與籽粒的產(chǎn)量和品質(zhì)緊密相關(guān)[6]。適量灌溉是促進(jìn)氮肥吸收，提高氮肥利用率的基礎(chǔ)，隨灌溉量和灌溉次數(shù)的增加，小麥開花前后植株對氮素的吸收量顯著增加[7]，但灌水不足或過量灌溉均不利于氮素在植株中的積累[8]。研究表明，增施氮肥能夠促進(jìn)植株對氮素的吸收和開花前后氮素向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)[2,9]，而氮肥用量過多會延緩植株衰老，降低籽粒產(chǎn)量、氮素轉(zhuǎn)移率和氮肥利用率[10-11]。蒿寶珍等[12]研究表明，在限水灌溉條件下，適量施氮（180—210 kg·hm-2）可增大華北地區(qū)冬小麥冠層葉片間氮素垂直分布梯度，提高葉片氮素轉(zhuǎn)移量和對籽粒的貢獻(xiàn)率，獲得較高的氮素利用率。王小燕等[13]研究指出，在一定灌溉條件下，施氮量由120 kg·hm-2增至240 kg·hm-2時(shí)，各營養(yǎng)器官中氮素的積累量增加，但開花后營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移率降低，最終不利于提高籽粒蛋白質(zhì)含量。郭天財(cái)?shù)萚14]認(rèn)為，高產(chǎn)麥田中，隨施氮量（0—360 kg·hm-2）的增加，植株地上部氮積累量提高，同時(shí)氮表觀損失量和土壤殘留量也逐漸增多。硝態(tài)氮（NO3-N）是植物根系吸收利用的主要無機(jī)氮，灌水過多或長期大量施氮都會導(dǎo)致硝態(tài)氮在小麥根區(qū)以下土層積累，生物有效性降低，而硝態(tài)氮淋失是農(nóng)田氮素?fù)p失的主要途徑[15-16]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】黃淮南部小麥高產(chǎn)生產(chǎn)中氮素的使用量大都在270 kg·hm-2以上，如何優(yōu)化氮肥管理，提高氮肥利用率，降低硝態(tài)氮在深層土壤的殘留，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，充分發(fā)揮氮素肥效，維持小麥可持續(xù)生產(chǎn)，成為生產(chǎn)上亟待解決的問題，而這方面的研究報(bào)道尚少。【擬解決的關(guān)鍵問題】本試驗(yàn)在大田常規(guī)高量施肥的基礎(chǔ)上適當(dāng)減少施氮量，結(jié)合適宜補(bǔ)墑灌溉處理，研究土壤中有效氮的動態(tài)分布和植株對氮素的有效利用規(guī)律，旨在為黃淮高產(chǎn)麥區(qū)提高氮肥吸收利用率和小麥高效高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014—2016年在河南省鄭州市河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教示范園區(qū)（113°39′ E，34°43′N）進(jìn)行，地處北溫帶大陸半濕潤性季風(fēng)氣候區(qū)域，平均海拔46.5 m，年平均日照時(shí)數(shù)1 869.7 h，年平均氣溫15.6℃，無霜期209 d，一年兩熟，年平均降雨量542.2 mm。2014—2015和2015—2016年小麥生育期間總降水量為216.8 mm和239.0 mm，其中播種到拔節(jié)期分別為46.8 mm和154.9 mm，拔節(jié)到成熟期分別為170.0 mm和84.1 mm，具體分布見圖1。試驗(yàn)區(qū)降水量少且分布不均，為保證冬小麥的高產(chǎn)生長發(fā)育，必需補(bǔ)充灌溉。試驗(yàn)材料為河南省主推高產(chǎn)品種周麥22。試驗(yàn)田地勢平坦，地力均勻，前茬作物為玉米，供試土壤為潮土，土壤容重為1.5 g·cm-3，田間最大持水量為24.2%。土壤基礎(chǔ)肥力情況如表1所示。

圖1 兩個(gè)小麥生長季的降水量和平均溫度分布

表1 試驗(yàn)土壤的基礎(chǔ)肥力狀況

OM：有機(jī)質(zhì)；TN：全氮；AN：堿解氮；AP：速效磷；AK：速效鉀

OM: Organic matter; TN: Total nitrogen; AN: Available nitrogen; AP: Available phosphorus; AK: Available potassium

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)水分處理：（1）自然降水（W1，不灌溉）；（2）適墑處理（W2，拔節(jié)后土壤相對含水量維持在70%±5%）；（3）足墑處理（W3，拔節(jié)后土壤相對含水量維持在80%±5%），不同灌水處理小區(qū)間設(shè)置1 m隔離帶。3個(gè)施氮處理：（1）N1（不施氮肥）；（2） N2（減氮施肥處理，施純氮195 kg·hm-2）；（3）N3（常規(guī)高量氮肥處理，施純氮270 kg·hm-2）。本試驗(yàn)為多年定點(diǎn)定位水肥試驗(yàn)，采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為水分處理，副區(qū)為施氮處理，共9個(gè)處理，重復(fù)3次，共27個(gè)小區(qū)。小區(qū)面積21 m2（7 m×3 m），每小區(qū)12行，行距20 cm。小麥播種之前施入基肥，其中磷肥（過磷酸鈣）97.5 kg P2O5·hm-2，鉀肥（硫酸鉀）150 kg K2O·hm-2，同時(shí)施入40%氮肥（尿素）；拔節(jié)期追施剩余60%氮肥。

兩年均在10月14日播種，基本苗為237.5萬株/hm2，3葉期確定一米雙行進(jìn)行追蹤觀察。小麥開花時(shí)在各小區(qū)中間區(qū)域選擇同期開花、穗型整齊、株高一致的單莖進(jìn)行掛牌標(biāo)記。于5月25日至6月3日按成熟先后以小區(qū)為單位分次收獲。其他管理措施同大田高產(chǎn)栽培。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

1.2.1 補(bǔ)灌方法與土壤相對含水量的計(jì)算 小麥拔節(jié)后，每隔10 d測一次土壤墑情，按公式SI = 10×γ×D×(θ-θ)計(jì)算灌水量。式中，SI（mm）為灌水量，γ（g·cm-3）為計(jì)劃濕潤層的土壤容重，D（cm）為計(jì)劃濕潤層的土壤深度（本試驗(yàn)中為60 cm），θ（%）為目標(biāo)含水量，θ（%）為灌溉前土壤含水量。用水表計(jì)量實(shí)際灌水量，保證各處理土壤含水量控制在試驗(yàn)要求的范圍。

采用直徑4 cm土鉆取0—20 cm和20—40 cm土層的土壤，裝入鋁盒稱鮮質(zhì)量，105℃烘干至恒量，稱干質(zhì)量，計(jì)算土壤質(zhì)量含水量和土壤相對含水量。

1.2.2 土壤硝態(tài)氮含量測定 在小麥開花期和成熟期，用土鉆取0—100 cm土層土樣，每20 cm為一層，土樣剔除作物根系后混勻立即裝入自封袋，于-20℃條件保存。采用KCl浸提法，在220 nm和275 nm波長下測定硝態(tài)氮含量[17]。

1.2.3 植株氮素含量測定及氮素積累、運(yùn)轉(zhuǎn)的計(jì)算方法 各處理在開花期和成熟期取田間標(biāo)記過的單莖10株，進(jìn)行器官分離，在80℃條件下烘至恒重，粉碎后用于植株氮素含量測定。采用H2SO4-H2O2消煮、半微量凱氏定氮儀測定植株的含氮量。各 器官氮素積累、運(yùn)轉(zhuǎn)及氮素利用的計(jì)算公式[11,18-19]如下：

各器官氮素積累量=氮素含量（%）×干物質(zhì)質(zhì)量；

花前氮素轉(zhuǎn)移量=開花期營養(yǎng)器官氮素積累量-成熟期營養(yǎng)器官氮素積累量；

花前氮素轉(zhuǎn)移率=花前氮素轉(zhuǎn)移量/開花期氮素積累量×100%；

花前氮素對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率=花前氮素轉(zhuǎn)移量/成熟期籽粒氮素積累量×100%；

花后氮素積累量=成熟期植株氮素積累量-開花期植株氮素積累量；

花后氮素對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率=花后氮素積累量/成熟期籽粒氮素積累量×100%；

氮素吸收效率=成熟期植株地上部氮素積累量/施氮量；

氮素利用效率=籽粒產(chǎn)量/成熟期植株地上部氮素積累量；

氮肥生產(chǎn)效率=籽粒產(chǎn)量/施氮量；

氮素收獲指數(shù)=籽粒氮素積累量/成熟期植株地上部氮素積累量。

1.2.4 籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的測定 小麥成熟時(shí)，收獲一米雙行，統(tǒng)計(jì)穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重。每小區(qū)實(shí)收4.8 m2（1.6 m×3 m），脫粒曬干后計(jì)算籽粒產(chǎn)量，籽粒含水量為12.5%，3次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

用Microsoft Excel 2010整理數(shù)據(jù)和作圖，SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析和多重比較（LSD法）。除圖3為2015—2016年數(shù)據(jù)外，其他為2014—2016兩年數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果

2.1 冬小麥生育期內(nèi)0—40 cm土層含水量的動態(tài)變化

小麥生育期間，不同水分處理土壤耕層（0—40 cm）的相對含水量動態(tài)變化如圖2所示?？梢钥闯?，兩個(gè)小麥生長季0—40 cm土層相對含水量受灌溉的影響，表現(xiàn)為W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1，0—20 cm土層W1、W2和W3處理在越冬至灌漿期相對含水量的變幅分別是39.3%—59.6%、65.5%—73.3%和74.6%—81.1%，平均含水量為48.3%、70.0%和77.3%，變異系數(shù)為15.9%、4.1%和3.4%，20—40 cm土層W1、W2和W3水分處理在越冬至灌漿期水分的變幅分別是33.7%—64.2%、67.8%—76.7%和76.7%—82.6%，平均含水量為49.0%、72.1%和80.7%，變異系數(shù)為23.6%、4.7%和3.0%。由此可見，可根據(jù)不同生育階段的降雨量和土壤墑情的變化，進(jìn)行測墑補(bǔ)灌，保證了土壤中要求的含水量，從而調(diào)控氮肥的吸收和利用。同時(shí)，自然降水條件下，生育期含水量均較低，變異系數(shù)較大，限制了氮素的吸收和運(yùn)動。

2.2 0—100 cm土層中硝態(tài)氮和土壤含水量的分布

0—100 cm土層中硝態(tài)氮和土壤含水量分布如圖3所示。由圖3-A可以看出，土壤硝態(tài)氮（NO3-N）的含量在0—60 cm隨土層加深逐漸減少，大于60 cm又有不同程度的回升。隨施氮量的增加，各土層中硝態(tài)氮含量顯著提高，N1、N2和N3水平下0—100 cm土層平均含量在開花期依次為4.7、11.5和12.8 mg·kg-1，成熟期依次為3.9、10.7和13.40 mg·kg-1，其中硝態(tài)氮在0—20 cm土層含量最高，大于20 cm土層含量明顯降低。N1和N2水平下，開花期0—80 cm各土層平均硝態(tài)氮含量均高于成熟期，尤其是N2處理0— 20 cm土層相差最大，平均降幅為2.3 mg·kg-1；N3水平下，開花期0—100 cm各土層平均硝態(tài)氮含量低于成熟期，其中80—100 cm土層增幅最大，為1.8 mg·kg-1。由此可見，適量施氮（N2）增加了土壤硝態(tài)氮含量，維持植株生長的需要，有利于花后對硝態(tài)氮的吸收利用，收獲后硝態(tài)氮含量明顯下降；而高氮處理（N3），開花期含量較高，收獲后土層中的硝態(tài)氮仍有較多的富集。

由圖3-B還可看出，不同的灌溉量明顯影響了0—100 cm土層中的土壤含水量，在0—80 cm隨土層加深逐漸減少，60—80 cm出現(xiàn)低谷，80—100 cm又有回升，其中以W3回升最明顯，從而改變了土層中硝態(tài)氮的分布。同一施氮水平下，0—40 cm土層硝態(tài)氮含量隨灌水量的增加而降低，表現(xiàn)為W3＜W2＜W1，各處理間差異顯著（＜0.05）（圖3-A）；隨著土層的加深，灌水處理之間的差異減少，開花期60—80 cm、收獲后40—60 cm土層不同水分處理之間的差異不明顯；土層進(jìn)一步加深，水分處理間差異又變大，尤其在成熟期80—100 cm土層硝態(tài)氮含量隨灌水量的增加而顯著升高，N2和N3水平下，均為W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1（除開花期N3水平下W3＞W(wǎng)1＞W(wǎng)2）（＜0.05），其中在N2條件下，W3、W2平均分別比W1高3.8 mg·kg-1、1.2 mg·kg-1，N3條件下W3、W2平均分別比W1高4.2 mg·kg-1、1.2 mg·kg-1，說明灌溉加速NO3-N向土壤深層的淋失，隨著施氮量的增多，淋失量增大。

圖2 兩個(gè)小麥生長季內(nèi)0—40 cm土壤相對含水量

圖3 0—100 cm土層土壤NO3-N含量(A)和土壤含水量(B)分布（2015—2016）

2.3 減氮適墑對冬小麥氮素積累與分配的影響

表2為小麥開花和成熟期不同水氮處理下營養(yǎng)器官和籽粒中氮素的積累情況，結(jié)果表明灌水和施肥均明顯提高了植株氮素的積累量。2014—2015年度，在W2和W3條件下，開花期氮素積累量在莖+鞘和穗中表現(xiàn)為N3＞N2＞N1，在葉中表現(xiàn)為N2＞N3＞N1；成熟期各器官中氮素積累量隨施氮量的增加表現(xiàn)基本一致，為N2＞N3＞N1，但營養(yǎng)器官中氮素積累量在N3和N2間無顯著差異。2015—2016年度，在適墑處理W2下，開花期和成熟期各營養(yǎng)器官的氮素積累量表現(xiàn)為N2、N3顯著高于N1（＜0.05），N3與N2差異不大；在足墑W3處理下，各營養(yǎng)器官和籽粒中的氮素積累量隨施氮量的增加逐漸增加，表現(xiàn)出N3＞N2＞N1（除開花期穗中以N2處理較高）。

表2 不同處理對小麥開花期和成熟期氮素積累的影響

VO：營養(yǎng)器官；同列不同字母表示差異顯著（＜0.05）。下同

VO: Vegetative organ; Values followed by different letters within the same column mean significantly different (<0.05). The same as below

2014—2015年度開花期穗/營養(yǎng)體以W2N2處理最低（0.1），2015—2016年度以W3N3處理較低，而成熟期籽粒/營養(yǎng)體在兩個(gè)生長季均以W3N3處理表現(xiàn)最低（4.0和3.6，＜0.05），表明足墑下施氮過多導(dǎo)致成熟期營養(yǎng)器官中的氮素殘留量增加，不利于向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)，造成氮素收獲指數(shù)降低。而減氮適墑（W2N2）處理下，開花期營養(yǎng)器官和成熟期籽粒中氮素積累量最高，其中籽粒氮素積累量平均達(dá)237.9 kg·hm-2，比其他處理高出27.3%。

2.4 減氮適墑對冬小麥氮素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

由表3可見，開花后各器官氮素向籽粒中的轉(zhuǎn)移量表現(xiàn)為葉片＞莖+鞘＞穗，表明葉片是籽粒積累氮素的最大供給器官。2014—2015年度，隨灌溉水平的增加，莖+鞘氮素轉(zhuǎn)移量表現(xiàn)為W2＞W(wǎng)3＞W(wǎng)1，葉片和穗中表現(xiàn)為W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1；在W2和W3處理下，隨施氮量的增加，莖+鞘氮素轉(zhuǎn)移量為N3＞N2＞N1，葉中為N2＞N3＞N1，而在穗中為N1＞N3＞N2。2015—2016年度，不同灌水處理間比較，各器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移量表現(xiàn)為W2＞W(wǎng)3＞W(wǎng)1，在灌溉處理W2、W3下，各營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量隨施氮量的增加變化與2014—2015年度基本一致。

灌溉顯著增加了兩年度冬小麥花前氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移總量及貢獻(xiàn)率，為W2＞W(wǎng)3＞W(wǎng)1；在適墑W2條件下，花前氮素轉(zhuǎn)移量隨施氮量的增加表現(xiàn)為N2＞N3＞N1，足墑W3條件下，表現(xiàn)為N3＞N2＞N1，兩年均在W2N2處理下最大，這與各器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移情況相吻合，表明減氮適墑處理有效促進(jìn)氮素向籽粒中的轉(zhuǎn)移。在W2和W3處理下，不同施氮量間比較，花前氮素對籽粒氮的貢獻(xiàn)率在2014—2015年度為N3＞N2＞N1，2015—2016年度為N2＞N3＞N1。兩年度小麥花前氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移率在灌溉間表現(xiàn)為W2＞W(wǎng)3，在W2水平下，施氮處理間表現(xiàn)為N2、N3＞N1，但在W3水平下，表現(xiàn)為N1＞N2、N3，N2與N3間差異不顯著，且兩年氮素轉(zhuǎn)移率在W2N2處理有較高值，表明足墑條件下，大量施氮對營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移有抑制效應(yīng)。

表3 不同處理?xiàng)l件下冬小麥植株氮素的吸收與轉(zhuǎn)移

AS：開花期；MS：成熟期；NTA：氮素轉(zhuǎn)移量；NTR：氮素轉(zhuǎn)移率；NRC：氮素對籽粒氮的貢獻(xiàn)率；NAA：氮素積累量

AS: Anthesis stage; MS: Maturity stage; NTA: N transportation amount; NTR: N transportation rate; NRC: Contribution of N remobilized to grain; NAA: Nitrogen accumulation amoun

兩年度冬小麥花后氮素積累量及對籽粒氮的貢獻(xiàn)率隨灌溉水平增加，表現(xiàn)為W1＞W(wǎng)3＞W(wǎng)2，同一灌溉條件下，花后氮素積累量在2014—2015年度表現(xiàn)為N2＞N3，2015—2016年度在W2、W3水平下為N3＞N2，兩年均在W1N2處理下有較高值。兩年度冬小麥花后氮素積累量對籽粒氮的貢獻(xiàn)率在W2和W3下，隨施氮量增加表現(xiàn)為N1＞N3、N2，各施氮間無顯著差異，表明灌溉條件下施氮降低了花后氮素積累對籽粒氮的貢獻(xiàn)。

2.5 減氮適墑對冬小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表4可知，適墑和減量施氮明顯影響了兩年籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。灌水處理間比較，兩年度的穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重的變化趨勢基本一致，W3、W2顯著高于W1（＜0.05），W3＞W(wǎng)2，差異不大；同一灌溉水平下，隨施氮量的增加均表現(xiàn)為N2＞N3＞N1。自然降水條件下（W1），N2和N3處理穗粒數(shù)和千粒重差異不顯著，施氮效應(yīng)不明顯；W2 條件下，穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量在不同施氮處理間差異顯著，2014—2015年度穗粒數(shù)和千粒重及2015—2016年度穗數(shù)均以W2N2處理最高，顯著高于其他處理（＜0.05）。W3水平下，穗數(shù)和產(chǎn)量在N2和N3間差異顯著，穗粒數(shù)以N2處理最高。兩年籽粒產(chǎn)量范圍為7 238—9 704 kg·hm-2和6 313—8 899 kg·hm-2，均在W2N2達(dá)到較高，平均比其他處理高出15.4%。

表4 不同處理對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

SN：穗數(shù)；GNS：穗粒數(shù)；TGW：千粒重；GY：籽粒產(chǎn)量

SN: Spike number; GNS: Grain number per spike; TGW: 1000-grain weight; GY: Grain yield

2.6 減氮適墑對冬小麥氮素生產(chǎn)與利用效率的影響

由表5可知，2014—2015年度，小麥氮素吸收效率和氮肥生產(chǎn)效率不同灌溉處理間表現(xiàn)為W2＞W(wǎng)3＞W(wǎng)1，差異顯著；同一灌溉水平下，氮素吸收效率和氮肥生產(chǎn)效率隨施氮量的增加表現(xiàn)為N2＞N3。2015—2016年度，氮素吸收效率和氮肥生產(chǎn)效率變化趨勢與2014—2015年度一致，均以W2N2處理最高，兩年度二者平均比W2N3分別提高0.5 kg·kg-1和12.2 kg·kg-1。表明在適墑W2條件下，減量施氮至195kg·hm-2更有效提高植株中氮素積累量和籽粒產(chǎn)量。

2014—2015年度，灌溉處理間比較，氮素利用效率表現(xiàn)為W2＞W(wǎng)3＞W(wǎng)1，氮素收獲指數(shù)表現(xiàn)為W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3；同一灌溉處理下，氮素利用效率隨施氮量的增加表現(xiàn)為N1＞N3＞N2，各施氮間無顯著差異，其中W3N3在理間表現(xiàn)較高；收獲指數(shù)在W2條件下表現(xiàn)為N2＞N3＞N1，在W3條件下表現(xiàn)為N1＞N2＞N3，以W2N2處理較高。與2014—2015年度相比，2015—2016年度各處理氮素利用效率和收獲指數(shù)較低，變化趨勢與2014—2015年度基本一致，且收獲指數(shù)均在W3N3處理表現(xiàn)最低（＜0.05）。

表5 不同處理對小麥氮素吸收和利用效率的影響

3 討論

3.1 減氮適墑對土壤硝態(tài)氮含量的影響

土壤硝態(tài)氮（NO3-N）是作物直接吸收利用的氮素形態(tài)，主要集中在0—40 cm土層，且含量隨著小麥生育時(shí)期的推進(jìn)，呈下降趨勢[20]。前人研究表明，施氮提高了各土層硝態(tài)氮含量，低氮水平下施氮不會顯著增加土壤中硝態(tài)氮的積累量，而高于最佳氮肥量時(shí)，氮肥施入會造成硝態(tài)氮向下層移動并在深層中累積，同時(shí)增大氮素淋失量[21-22]。戴健等[17]研究表明，硝態(tài)氮發(fā)生淋失的土層深度和淋失量與氮肥量呈顯著的拋物線關(guān)系（=0.9889和0.9940），在施氮量160 kg·hm-2的基礎(chǔ)上，每增加100 kg·hm-2的氮肥量，硝態(tài)氮淋失深度和淋失量的增加量分別高于27 cm和80.4 kg·hm-2。本試驗(yàn)結(jié)果表明，減氮施肥處理（N2）促進(jìn)了小麥在花后對土壤表層硝態(tài)氮的吸收利用，開花期0—80 cm各土層硝態(tài)氮含量均高于成熟期，0—20 cm土層含量相差最大，平均降幅為2.3 mg·kg-1；而高施氮（N3）條件下，收獲后土壤硝態(tài)氮在0—100 cm各土層均有不同程度的積累，80—100 cm土層比開花期增加了1.8 mg·kg-1。

灌水量過多是促進(jìn)硝態(tài)氮向深層土壤運(yùn)移，造成氮素?fù)p失的另一主要原因。當(dāng)施氮量從0增加到450 kg·hm-2時(shí)，高頻灌溉和低頻灌溉處理的硝態(tài)氮淋失量分別增加了10倍和6倍[23]；也有研究表明，施氮210 kg·hm-2水平下，在灌溉底墑水+拔節(jié)水的基礎(chǔ)上增加開花水和開花水+灌漿水，硝態(tài)氮向100 cm以下土層的淋溶量增加；施氮量達(dá)300 kg·hm-2時(shí)，隨灌水量的增加硝態(tài)氮在深層土壤的積累量均明顯增多[16]，而小麥的根系90%左右集中在100 cm以上土層[3]，硝態(tài)氮下移至深層不利于根系的吸收利用。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施氮條件下補(bǔ)充灌溉增加了硝態(tài)氮在60—100 cm土層的積累，尤其是W3處理；收獲后80—100 cm土層，W3處理硝態(tài)氮含量在N2和N3水平下分別比W1處理增加了3.8 mg·kg-1和4.2 mg·kg-1。減氮水平（N2）下，W2與W3處理相比，促進(jìn)成熟期植株對0—60 cm土層硝態(tài)氮的吸收利用，可減少硝態(tài)氮向60 cm以下土層的淋溶，是小麥氮素吸收效率較高的原因。

3.2 減氮適墑對小麥氮素積累及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

灌溉與施氮量是調(diào)控小麥花后氮素的積累、轉(zhuǎn)運(yùn)及分配，提高氮素利用效率的有效措施。形成小麥籽粒的氮素主要有兩部分，花前營養(yǎng)器官氮素的轉(zhuǎn)移和花后氮素積累，因氣候和栽培措施的不同，前者是后者的2.6—6.0倍[24]。有研究指出[25]，土壤干旱提高了花前營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移率，但因植株總氮素積累量較少，籽粒中的氮素積累也并未得到提高；但多數(shù)研究表明，灌水不足或過多均會導(dǎo)致花前營養(yǎng)器官的氮素轉(zhuǎn)移量降低，適宜灌溉是提高小麥開花前營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量和花后吸氮量，提高籽粒產(chǎn)量和氮素利用效率的基礎(chǔ)[7, 26-27]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，各營養(yǎng)器官氮素積累量及向籽粒的轉(zhuǎn)移量，花前氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移總量及貢獻(xiàn)率均以W2處理較高，花前氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移率亦有較高水平，使得籽粒中氮素積累量最高，而花后氮素積累量及對籽粒的貢獻(xiàn)率以W1最高，與前人結(jié)果基本一致。足墑處理W3延緩了小麥植株衰老，導(dǎo)致氮素在成熟期營養(yǎng)器官中的殘留量增大，不利于向籽粒中轉(zhuǎn)移，兩年度的收獲指數(shù)在W3N3處理表現(xiàn)最低。

前人研究表明，當(dāng)施氮量較低時(shí)，在一定的施氮范圍內(nèi)小麥開花、成熟期氮素吸收量和籽粒氮素積累量隨施氮量的增加表現(xiàn)增加的趨勢，但當(dāng)超出了這個(gè)施氮范圍，再增施氮肥會造成營養(yǎng)器官中氮素的殘留量增加，不利氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移[9,13,28]。熊淑萍等[29]研究也表明，施氮量從225 kg·hm-2減少至120 kg·hm-2時(shí)，漯麥18和豫麥49-198的花前氮素轉(zhuǎn)移量下降但降幅較小，而開花后氮素的吸收量及對籽粒的貢獻(xiàn)率增高。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在W2水平下，N2處理有效促進(jìn)了葉片中積累的氮素向籽粒中轉(zhuǎn)移，從而提高了花前營養(yǎng)器官對籽粒的氮素轉(zhuǎn)移量及貢獻(xiàn)率，兩年度籽粒氮素積累量平均比其他處理高出27.3%，轉(zhuǎn)移率亦達(dá)較高水平，這與前人研究結(jié)果基本一致，表明適墑條件下（W2），適量減少氮肥的施入有利于植株?duì)I養(yǎng)器官中氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移。

3.3 減氮適墑對小麥籽粒產(chǎn)量及氮素利用的影響

適宜補(bǔ)灌能提高群體氮素吸收量，充分發(fā)揮肥效，提高氮素利用效率和再分配效率，從而實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)[30-31]。張永麗等[25]研究表明，在小麥生育期間降水量為196.1 mm的情況下，灌水240 mm相比180 mm和300 mm可顯著提高濟(jì)麥20的氮素利用效率和生產(chǎn)效率，從而提高籽粒產(chǎn)量，試驗(yàn)中適宜灌水量為180—240 mm。本研究結(jié)果顯示，兩年度小麥生育期降水量為216.8 mm和239.0 mm的情況下，適宜灌溉結(jié)合減施氮肥（W2N2）可顯著提高籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素，產(chǎn)量平均較其他處理高出15.4%。Van Sanford等[32]指出，氮素收獲指數(shù)范圍為0.7—0.8，高施氮條件下氮素收獲指數(shù)的降低會導(dǎo)致氮素利用效率的下降。趙俊曄等[11]研究表明，高產(chǎn)條件下，隨施氮量（150—195 kg·hm-2）的增加，植株氮素積累量增加不顯著，但施氮量由195 kg·hm-2提高到240 kg·hm-2時(shí)，小麥的氮素吸收利用效率、氮肥生產(chǎn)效率和收獲指數(shù)均趨于降低。也有研究表明，施氮240 kg·hm-2時(shí)，籽粒含氮量達(dá)最大，氮肥生產(chǎn)效率卻從施氮80 kg·hm-2的70.0 kg·kg-1，下降至27.7 kg·kg-1，降低幅度達(dá)60%[18]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，W2條件下，施氮量195 kg·hm-2在2015—2016年獲得8 240 kg·hm-2籽粒產(chǎn)量，雖低于產(chǎn)量最大值（N3，8 899 kg·hm-2），但該處理在兩年度的氮素吸收效率和氮肥生產(chǎn)效率均為最高，相比N3分別提高了0.5 kg·kg-1和12.2 kg·kg-1。2014—2015年籽粒產(chǎn)量及兩年的產(chǎn)量構(gòu)成因素均以W2N2處理較高，從資源利用效率考慮，以拔節(jié)后土壤相對含水量維持在70%±5%，施氮量減少至195 kg·hm-2較為適宜，有利于實(shí)現(xiàn)小麥產(chǎn)量和氮素吸收利用的同步提高。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，水肥一體化對小麥植株?duì)I養(yǎng)器官氮素積累量、轉(zhuǎn)移量和籽粒產(chǎn)量的影響存在互作效應(yīng)。過量施氮增加了土壤中氮素的累積，足量灌水可導(dǎo)致硝態(tài)氮向深層土壤（80—100 cm）的淋溶。河南省小麥生產(chǎn)中氮肥施用量一般在270 kg·hm-2以上，施氮量減少25%—30%，即減至195 kg·hm-2時(shí)，通過對0—60 cm的土壤墑情監(jiān)控，并及時(shí)補(bǔ)灌，使拔節(jié)后土壤相對含水量維持在70%±5%，小麥開花期植株氮素積累量、花前氮素向籽粒中轉(zhuǎn)移量及對籽粒的貢獻(xiàn)率均明顯增加，氮素吸收效率和氮肥生產(chǎn)效率也顯著提高，因此，減氮適墑處理是兼顧籽粒產(chǎn)量和氮肥的施用效率的最佳處理，可在本地區(qū)推廣應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effects of Nitrogen-Reducing and Suitable Soil Moisture on Nitrate Nitrogen Distribution in Soil, Nitrogen Absorption and Utilization of Winter Wheat

ZHANG Man1，ZHOU SuMei1，YANG XiWen1, ZHOU Yan1, YANG Rui1, ZHANG KeKe2, HE DeXian1, YIN Jun1

(1College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002;2Institute of Plant Nutrient and Environmental Resources, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002)

The objective of this experiment was to study the effect of reduced nitrogen(N) application under different soil moisture on the nitrate nitrogen (NO3-N) distribution in soil, N absorption, use efficiency in plant and grain yield of winter wheat. This study will provide a scientific basis for rational N application in Huang-Huai plain.To determine NO3-N content in different soil layers of 0-100 cm soil depth, N accumulation, N translocation amount and grain yield of winter wheat, we established a split-plot experiment for two consecutive years (2014-2015 and 2015-2016) in field, i.e. three levels of soil moisture, water deficits to no irrigation (W1), water-savingirrigation to 70%±5% of soil relative moisture after jointing stage (W2) and adequate irrigation to 80%±5% of soil relative moisture after jointing stage (W3); three levels of nitrogen: 0 (N1), 195 kg·hm-2(N2) and 270 kg·hm-2(N3).The content of NO3-N in 0-60 cm soil layer decreased with the layer's deepening, and soil water content and N application input amount increased; whereas the NO3-N content in 60-100 cm soil layers increased, especially under W3 treatment. Besides, soil NO3-N content of 80-100 cm soil layer at N2 and N3 under high supplemental irrigation condition (W3) increased by 3.8 mg·kg-1and 4.2 mg·kg-1, respectively, compared with that under no irrigation (W1). N2 treatment had higher NO3-N content of 0-20 cm soil layer at anthesis, increased by 2.2 mg·kg-1than that at maturity; whereas there was more NO3-N residue under high N application (N3) at post-harvest. The results also showed that N translocation amount in vegetative organs ordered by leaf > stem> sheath. In addition, W2 with N2 treatment had the largest N accumulation amount in plant at anthesis, pre-antheis N translocation amount (N accumulation in vegetative organs at anthesis minus the N accumulation in vegetative organs at maturity, NTA) and the contribution of N remobilized to grain (NTA/ N accumulation in vegetative organs at maturity stage, NRC) from vegetative organs after anthesis. Similarly, the grain yield and N accumulation amount in grain under W2 with N2 treatment were 15.4% and 27.3% higher than that at other treatments, respectively. Those increases would improve N uptake efficiency and N fertilizer productive efficiency under W2 with N2 treatment (＜0.05).Considering the yield, N uptake efficiency, N fertilizer productive efficiency and soil nitrogen balance, reducing N application from 270 to 195 kg·hm-2under suitable soil moisture (water-saving) is optimal in Huang-Huai Rivers Valley wheat region.

winter wheat; nitrogen-reducing and suitable soil moisture; nitrogen absorption and utilization; nitrate nitrogen content; yield

2017-03-26；接受日期：2017-08-29

國家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目“糧食豐產(chǎn)科技工程”（2011BAD16B07、2013BAD07B07、2015BAD26B01）

張嫚，E-mail：zm9168@163.com。周蘇玫，Tel：0371-63558122；E-mail：smzhou129@163.com。張嫚和周蘇玫為同等貢獻(xiàn)作者。通信作者尹鈞，Tel：13592622283；E-mail：xmzxyj@126.com