屈會峰，劉吉飛，趙護兵

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

減氮結(jié)合不同覆蓋對冬小麥產(chǎn)量、
水氮利用及根系的影響

屈會峰，劉吉飛，趙護兵*

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

【目的】研究減氮結(jié)合不同覆蓋措施對黃土高原旱地冬小麥的保水增產(chǎn)效應(yīng)，探索旱地冬小麥在減氮結(jié)合不同覆蓋模式下的高產(chǎn)、高效與環(huán)境友好型的栽培施肥技術(shù)?！痉椒ā坑?014-2016年在陜西省永壽縣進行田間試驗，研究減氮結(jié)合不同覆蓋措施對冬小麥產(chǎn)量、水氮利用效率和根系的影響?！窘Y(jié)果】在150 kg·hm-2施氮條件下，與農(nóng)戶減氮相比，壟覆溝播氮肥生理效率在第1年增加12 %，耗水量在第2年顯著增加7 %；全膜穴播產(chǎn)量、播前貯水量和氮肥生理效率在第1年分別增加15 %、15 %和16 %，在第2年分別增加12 %、10 %和35 %；秸稈覆蓋產(chǎn)量和播前貯水量在第1年分別增加9 %和16 %，水分利用效率和地上部吸氮量在第2年分別增加12 %和17 %。壟覆溝播和全膜穴播總根長在第1年分別減少35 %、26 %；秸稈覆蓋總根干重、總根長在第1年分別減少63 %、43 %；第2年分別減少41 %和17 %?！窘Y(jié)論】農(nóng)戶減氮相比農(nóng)戶模式冬小麥產(chǎn)量、水氮利用及根系生長均無顯著影響。在150 kg·hm-2施氮條件下，與農(nóng)戶減氮相比，壟覆溝播提高了氮肥生理效率和耗水量；全膜穴播顯著提高冬小麥產(chǎn)量、播前貯水量和水分利用效率，同時能夠提高對氮素的吸收和利用效率；秸稈覆蓋顯著提高播前貯水量和水分利用效率，進而提高冬小麥產(chǎn)量；壟覆溝播、全膜穴播和秸稈覆蓋均顯著降低冬小麥總根干重和總根長。因此，減氮結(jié)合覆蓋是實現(xiàn)旱地冬小麥增產(chǎn)增效的重要措施。

減氮；覆蓋；產(chǎn)量；水分；氮肥；根系

【研究意義】由于人口不斷增加和經(jīng)濟快速發(fā)展，導(dǎo)致糧食消耗量和需求量持續(xù)增長，保證糧食作物可持續(xù)增產(chǎn)成為全球面臨的重大問題之一[1-2]。旱地約占世界陸地面積的40 %，養(yǎng)育著34 %的世界人口[3]，旱地農(nóng)業(yè)對保證全球糧食安全有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】限制旱地作物生長的兩個主要因素是水分和養(yǎng)分，所以旱地農(nóng)業(yè)的核心問題時水分和養(yǎng)分的調(diào)控[4-5]。旱地小麥的生產(chǎn)占據(jù)著中國小麥十分重要的位置。在天然降雨的情況下，旱地水分和養(yǎng)分的耦合效應(yīng)對提高旱地冬小麥的產(chǎn)量、肥料利用效率以及改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤生產(chǎn)力有重要意義[6-8]。旱地冬小麥由于缺少水資源，導(dǎo)致產(chǎn)量偏低，覆蓋栽培能夠減少水分虧缺度，增加產(chǎn)量[9-11]。合理施肥，能充分利用土壤水分，提高產(chǎn)量及水分利用效率[12]。優(yōu)化作物栽培方式，提高土壤水分和養(yǎng)分利用率是實現(xiàn)糧食作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要途徑。地表覆蓋能夠調(diào)控土壤水分和養(yǎng)分狀況，是提高作物產(chǎn)量的有效措施之一。地膜覆蓋在旱地是一種廣泛使用的地表覆蓋方式，它能夠減少水分蒸發(fā)、改善地面溫度，進而提高作物產(chǎn)量[13-14]。近年來，對小麥根系的研究已成為小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)栽培的一個較為活躍的研究領(lǐng)域，施肥特別是氮磷鉀合理施用，能促進冬小麥根系生長發(fā)育，使土壤水分得到充分利用，提高產(chǎn)量及水分利用效率[15]。苗果園等[16]研究了水肥對小麥根系整體影響及其與地上部的相關(guān)性，孫海國等[17]和張永清等[18]分別研究了缺磷脅迫和水分脅迫條件下小麥根系的生長，李金才[19]和周政玫等[20]分別研究了土壤漬水對小麥根系衰老和營養(yǎng)代謝的影響。【本研究切入點】在旱作區(qū)，水資源匱乏，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵是水分和養(yǎng)分的合理分配，旱地農(nóng)田水肥耦合效應(yīng)不僅與降雨量而且和土壤底墑及根系等都有密切關(guān)系[21-22]，具有區(qū)域差異性。【擬解決的關(guān)鍵問題】本試驗在陜西省永壽縣御駕宮村黃土高原渭北旱地冬小麥種植區(qū)布置田間試驗，研究減氮結(jié)合不同覆蓋措施對冬小麥的產(chǎn)量構(gòu)成、水氮需求規(guī)律以及根系生長的影響，旨在為旱地冬小麥高產(chǎn)、高效與環(huán)境友好型的栽培施肥技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點基本情況

試驗地位于黃土高原典型旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)陜西省永壽縣御駕宮村，東經(jīng)35.7°，北緯108.2°，海拔995 m。該區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性氣候，年均氣溫在10.8 ℃左右，年平均降雨量為601.6 mm左右，主要集中在7-9月份。潛在蒸發(fā)量為807.4 mm，0～20 cm耕層土壤pH 8.1，有機質(zhì)平均含量為11.7 g·kg-1，全氮0.87 g·kg-1，硝態(tài)氮14.5 mg·kg-1，銨態(tài)氮2.7 mg·kg-1，速效磷10.7 mg·kg-1，速效鉀99.9 mg·kg-1，容重為1.25 g·cm-3。試驗于2014年9月到2016年6月，共計2季。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)6個處理(表1)，采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)4次，小區(qū)面積12 m×4 m=48 m2，小麥品種為運旱20410。冬小麥生育期間無任何補充灌溉，人工控制雜草，不施入任何除草劑，且無明顯病蟲害發(fā)生。氮磷肥均作為底肥使用，氮肥用尿素(N含量46 %)，磷肥用過磷酸鈣(P2O5含量12 %)，2種肥料在小麥播種前均勻撒入小區(qū)，翻入土壤耕層后耙平。

表1 永壽試驗田不同栽培模式試驗方案

1.3 測定項目及方法

1.3.1 樣品采集 小麥收獲期采集植物樣品，每個小區(qū)中間選取3 m2樣方，小麥植株連根拔起，于根莖結(jié)合處剪掉根系后，將穗、莖風干，分別稱量籽粒、穎殼和莖葉干重。取100 g籽粒、50 g穎殼和50 g莖葉烘干后作為化學(xué)分析樣品。小麥開花期采集根系樣品，取樣時，每處理取兩鉆，兩鉆合一為同一土層根系樣品，每20 cm為一個層次。

1.3.2 樣品測定 在播前及收獲后取2 m深土樣，每20 cm為一層，并測定土壤水分含量，用H2SO4-H2O2消解植物樣品，用連續(xù)流動分析儀(Auto analysis 3)測定消解液的氮和磷素，用火焰光度計測定消解液的鉀素。根系樣品用鑷子去除雜質(zhì)和雜根，之后將其分層平鋪于根系掃描儀玻璃板上，再采用根系分析軟件對之進行分析，從而獲得各處理不同階段不同土層的根長，然后烘干后稱重，即得到根干重。

1.4 試驗統(tǒng)計方法

試驗數(shù)據(jù)均用Excel和SPSS數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 減氮結(jié)合不同覆蓋措施對冬小麥產(chǎn)量、生物量的影響

減氮結(jié)合不同覆蓋措施對冬小麥產(chǎn)量及其三要素的影響因年而異(表2)。在不同氮肥水平下，農(nóng)戶減氮的產(chǎn)量相比農(nóng)戶模式無顯著性差異。在150 kg·hm-2的施氮條件下，第1年壟覆溝播相比農(nóng)戶減氮僅穗數(shù)顯著減少12 %；全膜穴播相比農(nóng)戶減氮顯著增產(chǎn)15 %，穗數(shù)顯著增加21 %，穗粒數(shù)顯著增加27 %，千粒重無顯著性差異；秸稈覆蓋相比農(nóng)戶減氮顯著增產(chǎn)9 %，穗數(shù)顯著增加26 %，穗粒數(shù)顯著增加21 %，千粒重無顯著性差異；第2年壟覆溝播相比農(nóng)戶減氮產(chǎn)量及其三要素均無顯著性差異；全膜穴播相比農(nóng)戶減氮顯著增產(chǎn)12 %，穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均無顯著性差異；秸稈覆蓋相比農(nóng)戶減氮產(chǎn)量及其三要素均無顯著性差異。

減氮結(jié)合不同覆蓋措施能夠增加冬小麥生物量。在不同氮肥水平下，農(nóng)戶減氮的生物量相比農(nóng)戶模式無顯著性差異。在150 kg·hm-2的施氮條件下，第1年壟覆溝播的生物量相比農(nóng)戶減氮無顯著性差異；全膜穴播的生物量相比農(nóng)戶減氮顯著增加23 %；秸稈覆蓋的生物量相比農(nóng)戶減氮顯著增加13 %。第2年壟覆溝播的生物量相比農(nóng)戶減氮無顯著性差異；全膜穴播的生物量相比農(nóng)戶減氮顯著增加17 %；秸稈覆蓋的生物量相比農(nóng)戶減氮顯著增加12 %。2年生物量產(chǎn)量趨勢相同，在減氮條件下，全膜穴播和秸稈覆蓋能夠顯著提高冬小麥產(chǎn)量和生物量。

2.2 減氮結(jié)合不同覆蓋措施對冬小麥水分及其利用效率的影響

由表3可知，在不同氮肥水平下，2年的農(nóng)戶減氮小麥播前貯水量、耗水量和水分利用效率相比農(nóng)戶模式均無顯著性差異。在150 kg·hm-2的施氮條件下，與農(nóng)戶減氮相比，第1年壟覆溝播的播前貯水量、耗水量和水分利用效率均無顯著性差異；全膜穴播的播前貯水量顯著增加15 %，耗水量顯著增加11 %，水分利用率無顯著性差異；秸稈覆蓋的播前貯水量顯著增加16 %，耗水量顯著增加11 %，水分利用率無顯著性差異。第2年壟覆溝播的播前貯水量無顯著性差異，耗水量顯著增加7 %，水分利用率無顯著性差異；全膜穴播的播前貯水量顯著增加10 %，耗水量顯著增加26 %，水分利用率顯著增加15 %；秸稈覆蓋的播前貯水量無顯著性差異，耗水量顯著增加11 %，水分利用率顯著增加12 %。

表2 減氮結(jié)合不同覆蓋措施對冬小麥產(chǎn)量、生物量的影響

注：同列的不同小寫字母表示不同處理間的差異達到5 %的顯著水平。

Note：Different small letters in the same column indicate significant differences among treatments atP<0.05.

表3 減氮結(jié)合不同覆蓋措施對冬小麥水分及其利用效率的影響

2.3 減氮結(jié)合不同覆蓋措施對冬小麥氮素吸收、氮肥利用率的影響

由表4可知，在不同氮肥水平下，2年的農(nóng)戶減氮地上部吸氮量、籽粒含氮量和氮肥利用率相比農(nóng)戶模式均無顯著性差異。在150 kg·hm-2的施氮條件下，與農(nóng)戶減氮相比，第1年壟覆溝播的地上部吸氮量和籽粒含氮量均無顯著性差異，氮肥利用率顯著增加12 %；全膜穴播的地上部吸氮量顯著增加25 %，籽粒含氮量無顯著性差異，氮肥利用率顯著增加16 %；秸稈覆蓋的地上部吸氮量顯著增加29 %，籽粒含氮量顯著增加17 %，氮肥利用率無顯著性差異。第2年壟覆溝播的地上部吸氮量無顯著性差異，籽粒含氮量顯著減少14 %，氮肥利用率顯著增加24 %；全膜穴播的地上部吸氮量顯著增加24 %，籽粒含氮量顯著減少20 %，氮肥利用率顯著增加35 %；秸稈覆蓋的地上部吸氮量顯著增加17 %，籽粒含氮量顯著減少9 %，氮肥利用率無顯著性差異。

表4 減氮結(jié)合不同覆蓋措施對冬小麥氮素吸收、氮肥利用率的影響

表5減氮結(jié)合不同覆蓋措施下0～100cm土層冬小麥開花期內(nèi)總根干重、總根長的動態(tài)變化

Table 5 Dynamic changes of root dry weight and total root length during flowering stage of winter wheat under 0-100 cm soil layer under different nitrogen reduction and different cover measures

年份Years處理Treatments總根干重(g·m-2)Rootdryweight總根長(×103m·m-2)Rootlengthdensity2014-2015無氮對照86.1ab6.2abc農(nóng)戶模式71.9ab7.9ab農(nóng)戶減氮103.8a8.4a壟覆溝播72.1ab5.5bc全膜穴播100.1a6.2abc秸稈覆蓋38.8b4.8c2015-2016無氮對照97.6ab5.0ab農(nóng)戶模式131.7a6.5ab農(nóng)戶減氮105.7a5.3ab壟覆溝播107.5a6.5a全膜穴播117.3a5.3ab秸稈覆蓋62.3b4.4c

2.4 減氮結(jié)合不同覆蓋措施對冬小麥開花期總根干重、總根長的影響

根系總干重、根系總根長是根系研究的重要指標。減氮結(jié)合不同覆蓋措施下冬小麥根系總干重、根系總根長的變化趨勢如表5。在不同氮肥水平處理下，兩年的農(nóng)戶減氮根系總干重、根系總根長相比農(nóng)戶模式均無顯著性差異。在150 kg·hm-2的施氮條件下，與農(nóng)戶減氮相比，第1年壟覆溝播的總根干重無顯著性差異，總根長顯著減少35 %；全膜穴播的總根干重無顯著性差異，總根長顯著減少26 %；秸稈覆蓋的總根干重顯著減少63 %，總根長顯著減少43 %。第2年壟覆溝播和全膜穴播的總根干重、總根長均無顯著性差異；秸稈覆蓋的總根干重顯著減少41 %，總根長顯著減少17 %。

3 討 論

(1)地膜覆蓋可以降低土壤水分散失，改良土壤水分環(huán)境，促進小麥個體發(fā)育和群體構(gòu)建，提高作物體內(nèi)干物質(zhì)積累及干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運能力，從而增加作物產(chǎn)量[23-24]。Rehman等[25]在小麥生育期覆蓋地膜增產(chǎn)5 %，Li等[26]在春小麥生育期覆蓋地膜也增產(chǎn)23 %。本試驗在150 kg·hm-2的施氮條件下，第1年全膜穴播顯著增產(chǎn)15 %，第2年顯著增產(chǎn)12 %，與上述研究結(jié)果一致。另有研究表明，休閑期降雨量與小麥產(chǎn)量呈正相關(guān)[27]。本試驗第1年休閑期降雨量較多為318 mm，且全年降雨量較多，秸稈覆蓋顯著增產(chǎn)9 %，與上述結(jié)果一致。因此，地膜覆蓋措施有利于提高冬小麥產(chǎn)量，秸稈覆蓋措施在降雨較多的年份增加冬小麥產(chǎn)量。

(2)侯賢清等[28]研究認為休閑期翻耕覆蓋顯著改善了冬小麥苗期的土壤水分狀況，能有效蓄雨保墑，提高旱地冬小麥播前的土壤貯水量。本試驗在150 kg·hm-2的施氮條件下，第1年全膜穴播和秸稈覆蓋的播前貯水量分別顯著增加15 %和16 %，第2年全膜穴播顯著增加10 %，與上述研究結(jié)果一致。地面覆蓋具有保溫保墑、增產(chǎn)增收效果[29-35]。本試驗第1年各處理間水分利用效率均無顯著性差異，第2年全膜穴播和秸稈覆蓋分別顯著增加15 %和12 %，與上述結(jié)果一致，這主要是由于第2年降雨量較少，覆蓋措施的保墑作用更明顯。

(3)小麥籽粒氮素積累量和籽粒產(chǎn)量取決于植株對氮素的吸收及氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運， 而影響植株氮素吸收轉(zhuǎn)運的重要因素是土壤水分狀況[36-37]。本研究表明在150 kg·hm-2的施氮條件下，第1年全膜穴播和秸稈覆蓋地上部吸氮量分別顯著增加25 %和29 %，第2年分別顯著增加24 %和17 %，第1年壟覆溝播和全膜穴播的氮肥利用率分別顯著增加12 %和16 %，第2年分別顯著增加24 %和35 %。主要是由于覆蓋改善了土壤水分狀況，促進了氮素吸收進而促進根系生長發(fā)育及對氮素的吸收與代謝，從而提高了植株氮素積累量及氮肥生理效率。

(4)作物根干重密度和根長密度是根系研究的重要指標。有研究表明，覆膜使土壤溫度急劇升高，造成了根系的大量死亡和根系活性下降[38]。本試驗在150 kg·hm-2的施氮條件下，第1年壟覆溝播和全膜穴播的根系總根長分別顯著減少35 %、26 %，與上述研究結(jié)果一致。由于秸稈覆蓋模式下，耕層溫度降低，根區(qū)低溫會阻止根系伸長[39-41]。本試驗第1年秸稈覆蓋根系總干重顯著減少63 %，第2年秸稈覆蓋根系總干重顯著減少41 %，與前人研究結(jié)果一致。根系生長發(fā)育與冬小麥不同生育期有關(guān)，本研究只測得開花期數(shù)據(jù)，因此相關(guān)的研究有待于進一步研究。

4 結(jié) 論

農(nóng)戶減氮相比農(nóng)戶模式冬小麥產(chǎn)量、水氮利用及根系生長均無顯著影響。在150 kg·hm2施氮條件下，與農(nóng)戶減氮相比，壟覆溝播提高了氮肥生理效率和耗水量；全膜穴播顯著提高了冬小麥產(chǎn)量、播前貯水量和水分利用效率，同時能夠提高對氮素的吸收和利用效率；秸稈覆蓋顯著提高了播前貯水量和水分利用效率，進而提高冬小麥產(chǎn)量。壟覆溝播、全膜穴播和秸稈覆蓋均降低冬小麥總根干重和總根長。因此，減氮結(jié)合覆蓋是實現(xiàn)旱地冬小麥增產(chǎn)增效的重要措施。

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EffectofNitrogenReductionCombinedwithDifferentCoverMeasuresonYield,UtilizationofWaterandNitrogenandRootofWinterWheat

QU Hui-feng, LIU Ji-fei, ZHAO Hu-bing*

(College of Resources and Environment，Northwest A&F University，Yangling Shaanxi 712100，China)

【Objective】The effects of nitrogen reduction combined with different mulching methods on water-saving and yield-increasing of winter wheat were studied in dry land of Loess Plateau, to explore dry land winter wheat yielding under reduced nitrogen binding overlay mode, efficient and environmentally friendly cultivation fertilization techniques. 【Methods】A field test was conducted in Yongshou county Shaanxi province in 2014-2016 years, to determine the effects of nitrogen reduction and different mulching methods on winter wheat yield, water use efficiency and root growth. 【Result】Under the nitrogen application rate of 150 kg·hm-2, compared with the household nitrogen reduction, the physiological efficiency of nitrogen fertilizer of ridge mulching and furrow sowing increased by 12 % in the first year, water consumption increased by 7 % in second year. The yield and water storage before sowing and physiological efficiency of nitrogen fertilizer of whole film mulching increased by 15 %, 15 % and 16 % in the first year, while increasing by 12 %, 10 % and 35 % in second year. The yield and water storage before sowing of straw mulching increased by 9 % and 16 % in the first year, water use efficiency and above-ground nitrogen uptake increased by 12 % and 17 % in the second year respectively. The total root length of ridge mulching and furrow sowing and whole film mulching decreased 35 % and 26 % in the first year. The total dry weight and total root length of straw mulching decreased 63 % and 43 % in the first year, while decreasing by 41 %, 10 % and 17 % in second year. 【Conclusion】Compared with the farmer model，there was no significant effect of nitrogen reduction on yield, water use and root growth of winter wheat compared with farmer model. Under the nitrogen application rate of 150 kg / hm2.Compared with the farmer nitrogen reduction, the ridge mulching and furrow sowing increased the nitrogen fertilizer physiological efficiency and water consumption. The whole film mulching significantly increased winter wheat yield, water storage and water use efficiency, and the nitrogen absorption and utilization efficiency can be improved. Straw mulching significantly increased water storage and water use efficiency before sowing, thereby increasing winter wheat yield. Reducing total root dry weight and total root length of winter wheat by ridge mulching and furrow sowing, whole film mulching and straw mulching. Therefore, the nitrogen reduction combined with different cover measures is an important measure to achieve efficiency of dry land winter wheat yield.

Nitrogen reduction; Cover; Yield; Water; Nitrogen fertilizer; Root system

1001-4829(2017)10-2270-07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.10.019

2016-10-27

國家自然科學(xué)基金(31272250)；國家科學(xué)技術(shù)支撐計劃(2015BAD23B04)；農(nóng)業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201503124)

屈會峰(1992-)，男，山東棗莊人，在讀碩士研究生，主要從事土壤植物營養(yǎng)方面的研究，Tel：18042636973，E-mail：quhuifeng1992@126.com;*為通訊作者：Tel：18991295902，E-mail：zhaohubing@hotmail.com。

S512;S318

A

(責任編輯 李 潔)