蔡?hào)|玉 周麗麗 顧 濤 嚴(yán)海軍

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 北京 100083； 2.中國(guó)灌溉排水發(fā)展中心， 北京 100054)

0 引言

華北地區(qū)是我國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)，提高該地區(qū)小麥產(chǎn)量對(duì)確保我國(guó)糧食安全具有戰(zhàn)略意義。當(dāng)前冬小麥栽培管理中為了追求高產(chǎn)，氮肥投入量居高不下，但氮肥的利用率只有30%～35%，甚至更低[1]。普遍采用地面灌溉和過量施氮導(dǎo)致了氮素大量淋失，同時(shí)不合理的追肥時(shí)間和施肥方式也降低了該地區(qū)的氮素利用效率[2]。因此，如何在保證華北地區(qū)冬小麥產(chǎn)量的前提下優(yōu)化水氮管理，提高氮肥利用效率，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用是當(dāng)前亟待解決的問題。水肥一體化技術(shù)具有節(jié)水、節(jié)肥、省工、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一項(xiàng)重要的綜合管理技術(shù)措施[3]。由于圓形噴灌機(jī)具有控制面積大、自動(dòng)化程度高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)[4-5]，“十二五”以來，我國(guó)圓形噴灌機(jī)發(fā)展應(yīng)用面積逐漸加快，利用圓形噴灌機(jī)開展水肥一體化作業(yè)也得到了應(yīng)用和發(fā)展[6]。

近年來，國(guó)外在圓形噴灌機(jī)灌溉施肥對(duì)氮素利用的影響方面開展了很多研究工作。SPALDING等[7]研究發(fā)現(xiàn)，圓形噴灌機(jī)水肥一體化可以顯著減少土壤氮素淋失。GASCHO 等[8]認(rèn)為圓形噴灌機(jī)水肥一體化技術(shù)為玉米葉片吸收氮肥創(chuàng)造了條件，提高了氮肥的吸收效率，從而促進(jìn)玉米增產(chǎn)。國(guó)內(nèi)在噴灌施肥一體化方面的研究主要集中在管道式噴灌系統(tǒng)上。李久生等[9-11]研究了半固定式噴灌系統(tǒng)下噴灌施肥均勻性對(duì)冬小麥氮素吸收量、產(chǎn)量、土壤氮素空間分布的影響，結(jié)果表明噴灌均勻系數(shù)在62%～82%變化范圍內(nèi)，噴灌施肥均勻性對(duì)冬小麥氮素吸收量、產(chǎn)量以及土壤氮素空間分布無明顯影響。劉海軍等[12-13]研究表明，噴灌條件下冬小麥的產(chǎn)量和水分利用效率明顯高于地面灌溉，并且能夠調(diào)節(jié)田間溫度與濕度等氣候條件。張英華等[14]研究表明，在灌水總量一定的條件下，增加冬小麥生育期微噴次數(shù)，使得開花期后用水比例增加，延緩了葉片衰老，增加了花后干物質(zhì)積累，提高了千粒質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量。近年來國(guó)內(nèi)在圓形噴灌機(jī)水肥一體化技術(shù)方面也陸續(xù)開展了相關(guān)研究，嚴(yán)海軍等[15]研究表明，圓形噴灌機(jī)采用泵注式施肥裝置進(jìn)行噴灌施肥作業(yè)具有較高的噴灌施肥均勻性，可以滿足作物施肥需求。綜合來看，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要在噴灌施肥均勻性、噴灌灌水量以及灌水頻率對(duì)作物產(chǎn)量和水分利用效率等方面開展研究工作，但是關(guān)于噴灌水肥一體化條件下施肥制度對(duì)產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響研究相對(duì)較少。

本文通過基于圓形噴灌機(jī)水肥一體化條件下不同施氮頻率對(duì)冬小麥產(chǎn)量、地上部分生物量、植株氮素利用及土壤硝態(tài)氮含量變化的影響研究，篩選冬小麥圓形噴灌機(jī)水肥一體化最優(yōu)施氮方案，以期為華北地區(qū)冬小麥水肥管理提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2014—2015年和2015—2016年在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)通州實(shí)驗(yàn)站(39°41′59″N、116°41′01″E)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)地處永定河、潮白河沖積平原，地勢(shì)平坦，屬溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，海拔291 m，年平均溫度11.3℃，無霜期185 d，年平均降水量620 mm，主要分布在6—9月。土壤類型為砂壤土，耕層有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比13 g/kg，全氮質(zhì)量比1.06 g/kg，速效磷質(zhì)量比19.1 mg/kg，速效鉀質(zhì)量比49.31 mg/kg，pH值7.9，土壤肥力中等。灌溉用井水，井深80 m，距試驗(yàn)地約200 m。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)供試小麥品種為農(nóng)大211。2014—2015年和2015—2016年播種日期分別為2014年9月29日和2015年10月9日，播種量分別為240、300 kg/hm2，行距15 cm。試驗(yàn)所用圓形噴灌機(jī)由2跨(43.3 m和37.5 m)和懸臂(16.5 m)組成，機(jī)組長(zhǎng)度97.3 m。配置美國(guó)Nelson公司的D3000型噴頭，選用藍(lán)色噴盤，噴頭間距2.9～3.1 m，距地面約1.6 m，每個(gè)噴頭安裝壓力調(diào)節(jié)器(Nelson公司，104 kPa)。噴灌機(jī)入機(jī)流量為24.8 m3/h，入機(jī)工作壓力0.15 MPa。施肥設(shè)備采用泵注式施肥裝置[16]，肥料桶體積為2 000 L。試驗(yàn)地形狀為90°的扇形，總面積約0.74 hm2。以圓形噴灌機(jī)中心支軸為圓心均分成4個(gè)試驗(yàn)處理，而且每個(gè)處理在機(jī)組第2跨和懸臂控制區(qū)域內(nèi)又設(shè)置3個(gè)6 m×10 m的試驗(yàn)小區(qū)，因此共12個(gè)小區(qū)(4個(gè)處理×3次重復(fù))。為避免不同試驗(yàn)處理之間的影響，最靠近中心支軸的試驗(yàn)小區(qū)與相鄰處理試驗(yàn)小區(qū)之間的最短周向距離大于該位置對(duì)應(yīng)噴頭的噴灑直徑。試驗(yàn)布置如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)布置示意圖Fig.1 Experimental plot

2年試驗(yàn)均采用基肥和追肥的施肥方案。2014—2015年冬小麥總施氮量333 kg/hm2，其中基肥采用復(fù)合肥(總養(yǎng)分大于等于48%，N∶P2O5∶K2O為28∶15∶5)，施氮量126 kg/hm2；2015—2016年總施氮量315 kg/hm2，其中基肥采用磷酸二銨(總養(yǎng)分大于等于64%，N∶P2O5∶K2O為18∶46∶0)，施氮量為108 kg/hm2。2年追肥肥料均選用尿素(N大于等于46%)，施氮量均為207 kg/hm2，采用圓形噴灌機(jī)水肥一體化進(jìn)行追施。追肥處理按冬小麥不同生育期

設(shè)置4個(gè)施氮頻率處理，即在拔節(jié)期施氮(T1)，在拔節(jié)期和灌漿期施氮(T2)，在返青期、拔節(jié)期和灌漿期施氮(T3)，在返青期、拔節(jié)期、開花期和灌漿期施氮(T4)。具體試驗(yàn)處理如表1所示。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1噴灌均勻性測(cè)定

圓形噴灌機(jī)水量分布均勻性是決定噴灌施肥均勻與否的前提條件。2014年參照GB/T 19797—2012[17]在冬小麥苗期對(duì)圓形噴灌機(jī)進(jìn)行了水量分布均勻性試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)置了2種機(jī)組運(yùn)行速度，對(duì)應(yīng)百分率計(jì)時(shí)器設(shè)定值為20%、40%，試驗(yàn)期間風(fēng)速為0.1～1.8 m/s，平均溫度為9.3℃，平均濕度為19%。測(cè)得噴灌機(jī)第2跨和懸臂噴灌區(qū)域內(nèi)的平均噴灌均勻系數(shù)分別為81%和77%，且無顯著差異(P>0.05)，因此本試驗(yàn)不考慮噴灌均勻性對(duì)試驗(yàn)小區(qū)布置的影響。

表1 冬小麥不同生育期的施氮處理Tab.1 Nitrogen amount applied for winter wheat at different growth stages

1.3.2氣象數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)區(qū)安裝美國(guó)HOBO公司的自動(dòng)氣象站，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣象數(shù)據(jù)，包括降水量、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、相對(duì)濕度、太陽輻射等。冬小麥生長(zhǎng)季2014—2015年降水量156.1 mm，2015—2016年降水量170.7 mm。由圖2可以看出，冬小麥生育期內(nèi)降水總體分布不均勻，生長(zhǎng)前期降水量較少，而后期4—6月降水較多。

圖2 冬小麥生育期內(nèi)降水量Fig.2 Precipitation in winter wheat growing seasons

1.3.3作物指標(biāo)測(cè)定與計(jì)算

(1)群體生物量積累測(cè)定：在拔節(jié)期、開花期和成熟期測(cè)定群體生物量，每個(gè)小區(qū)取代表性的2行×50 cm樣段，按葉片、莖鞘、穗等分器官處理。在105℃殺青30 min，80℃干燥至恒質(zhì)量后稱量(精確至0.1 g)，計(jì)算階段干物質(zhì)積累量和分配比例。

(2)植株全氮(%)含量及籽粒蛋白質(zhì)含量的測(cè)定：從生物量樣品中隨機(jī)選取有代表性的10株小麥植株在分器官測(cè)定生物量后，將材料磨碎制成待測(cè)樣品保存。采用半微量凱氏定氮法測(cè)定氮含量，計(jì)算冬小麥群體氮積累量與氮素利用指標(biāo)。籽粒蛋白質(zhì)含量按籽粒含氮量乘以5.7折算[18]。

(3)冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的測(cè)定：在冬小麥成熟期測(cè)產(chǎn)，采用對(duì)角線取樣法。測(cè)產(chǎn)小區(qū)尺寸為1 m×1 m，脫粒風(fēng)干，調(diào)查穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，籽粒質(zhì)量含水率計(jì)為13%，最后折算成單位面積籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)。

(4)土壤硝態(tài)氮含量測(cè)定：分別在返青期、拔節(jié)期、開花期和灌漿期灌水或灌水施肥后7～10 d采用土鉆取土，取土深度為80 cm，每20 cm為一層；采用紫外分光光度計(jì)測(cè)定土壤硝態(tài)氮含量[19]，每個(gè)處理的測(cè)定結(jié)果為3個(gè)重復(fù)的平均值。

(5)氮素利用相關(guān)指標(biāo)計(jì)算：籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量為籽粒產(chǎn)量和籽粒蛋白質(zhì)含量的乘積；植株地上部分含氮量為成熟期地上各部分器官生物量的總和與各部分器官含氮量的乘積；氮素利用效率為籽粒產(chǎn)量和成熟期地上部分總吸氮量的比值；氮素收獲指數(shù)為籽粒吸氮量和植株總吸氮量的比值；氮肥偏生產(chǎn)力為籽粒產(chǎn)量和總施氮量的比值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013進(jìn)行記錄和整理，采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和Origin 9.1繪圖軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成

由表2可知，2014—2015年冬小麥籽粒產(chǎn)量隨施氮頻率的增加而增大，T4處理產(chǎn)量顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，T3處理產(chǎn)量顯著高于T1處理(P<0.05)；T4與T3處理、T3與T2處理、T2與T1處理產(chǎn)量差異不顯著(P>0.05)。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，隨著施氮頻率的增加，各處理穗數(shù)差異不顯著(P>0.05)；穗粒數(shù)隨著施氮頻率的增加而增大，其中T4處理顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，但與T3處理無顯著差異(P>0.05)。T4處理的千粒質(zhì)量高于其余處理，但各處理之間差異不顯著(P>0.05)。在收獲指數(shù)方面，T4處理顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，但和T3處理差異不顯著(P>0.05)，其余處理之間差異也不顯著(P>0.05)。

2015—2016年，冬小麥生育期內(nèi)施氮頻率從1次增加到2次、3次和4次，籽粒產(chǎn)量依次增大，其中T4處理產(chǎn)量顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，其余處理之間差異不顯著(P>0.05)。在產(chǎn)量構(gòu)成方面，T4處理穗數(shù)顯著高于T3處理(P<0.05)，其余處理之間差異不顯著(P>0.05)； T1到T4處理穗粒數(shù)差異不顯著(P>0.05)；在千粒質(zhì)量方面，T3處理最大，顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，其余處理差異不顯著(P>0.05)。在收獲指數(shù)方面，T4處理顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，但T4和T3處理，T3、T2和T1處理之間差異不顯著(P>0.05)。

表2 不同處理下冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成Tab.2 Grain yield and yield components of winter wheat under different treatments

注：不同小寫字母表示不同施氮頻率處理差異顯著(P<0.05)，下同。

綜合2年不同施氮頻率處理下的產(chǎn)量數(shù)據(jù)(表2)可以看出：冬小麥產(chǎn)量隨著施氮頻率的增加而增大，2年處理都以T4處理產(chǎn)量最高，表明生育期4次追肥能顯著提高冬小麥產(chǎn)量，但是產(chǎn)量構(gòu)成因素在2年內(nèi)有所不同。2014—2015年冬小麥生長(zhǎng)初期基本苗(270萬株/hm2)偏低，導(dǎo)致后期有效穗數(shù)均值(564萬穗/hm2)低于2015—2016年；該生長(zhǎng)季施氮頻率增加主要促進(jìn)了穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量增加。2015—2016年冬小麥初期基本苗(330萬株/hm2)比2014—2015年高22%，成熟期有效穗數(shù)均值(748萬穗/hm2)比2014—2015年高32.7%；但該年穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量均值分別比2014—2015年低23.6%和19.6%，因此穗數(shù)對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)高于2014—2015年。2年試驗(yàn)中T4處理收獲指數(shù)最大，表明4次追肥有利于提高生物量向產(chǎn)量的轉(zhuǎn)化比例。

2.2 冬小麥地上部分生物量積累和分配

從冬小麥成熟期群體地上部分生物量來看(表3)，2014—2015年在噴灌水肥一體化條件下，總生物量隨施氮頻率的增加呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，但所有處理總生物量差異不顯著(P>0.05)。從階段生物量積累和分配來看，在出苗-拔節(jié)的T4處理顯著高于T3、T2和T1處理(P<0.05)，T3處理顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，表明T4和T3處理在返青期追肥顯著提高了該階段生物量。在拔節(jié)-開花所有處理都進(jìn)行了追肥，該階段T1、T2、T3、T4處理的施氮量依次減少，相應(yīng)生物量積累值隨之降低，其中T4處理顯著低于其余處理(P<0.05)，表明該階段生物量的積累值隨著試驗(yàn)處理施氮量的增加而增大。進(jìn)入開花-成熟，T2處理生物量積累量最大，其次是T4處理，且T2顯著高于T3、T1處理(P<0.05)，表明適當(dāng)增加灌漿期追氮比例有助于提高該階段生物量。

2015—2016年試驗(yàn)結(jié)果表明，在噴灌水肥一體化條件下施氮頻率從1次增加至4次對(duì)總生物量影響也不顯著(P>0.05)。從階段生物量積累和分配來看，出苗-拔節(jié)T4和T3處理顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，T4和T3處理差異不顯著(P>0.05)，表明T4和T3處理在返青期追肥顯著提高了該階段的生物量。在拔節(jié)-開花所有處理都進(jìn)行了追肥，該階段T1、T2、T3、T4處理的施氮量依次減少，相應(yīng)生物量積累值隨之降低，其中T4處理顯著低于T1處理(P<0.05)。進(jìn)入開花-成熟，T2處理生物量值顯著高于T3和T1處理(P<0.05)，T3處理也顯著高于T1處理(P<0.05)，表明適當(dāng)增加灌漿期追氮量的比例有助于提高該階段生物量。從2年生物量分配比例的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：相比于其他處理，T4處理生物量的積累值在整個(gè)生育期的分配要更加均勻。可見施氮頻率的增加使得冬小麥生物量在各階段的分配更合理。

表3 不同處理下冬小麥生物量在各生長(zhǎng)階段的積累與分配Tab.3 Biomass accumulation and distribution during different growing periods under different treatments

2.3 冬小麥籽粒蛋白質(zhì)含量和籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量

圖3 不同處理下冬小麥籽粒蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.3 Grain protein content of winter wheat under different treatments

2年試驗(yàn)結(jié)果表明(圖3)：2014—2015年隨著施氮頻率的增加冬小麥籽粒蛋白質(zhì)含量也相應(yīng)增加，各處理差異不顯著(P>0.05)；2015—2016年冬小麥籽粒蛋白質(zhì)含量的變化趨勢(shì)與2014—2015年一致，但T4處理顯著高于T3、T2和T1處理(P<0.05)，T3處理顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，T2和T1處理差異不顯著(P>0.05)。綜合來看，2年中T4處理籽粒蛋白質(zhì)含量最高，2014—2015年達(dá)到14.9%，比T3、T2、T1處理分別高4.2%、8.0%、8.8%；2015—2016年T4處理的籽粒蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.0%，比T3、T2、T1處理分別高5.6%、13.6%、14.5%。可見，生育期4次追肥處理有利于提高冬小麥籽粒蛋白質(zhì)含量。

圖4 不同處理下冬小麥籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量Fig.4 Grain protein yield of winter wheat under different treatments

由圖4可知，2年中冬小麥籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量均隨著施氮頻率的增加而增大。2014—2015年T4處理顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，其余處理之間差異不顯著(P>0.05)；2015—2016年T4處理顯著高于T3、T2和T1處理，T3處理顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，T2和T1處理差異不顯著(P>0.05)。可見，隨著冬小麥生育期追肥次數(shù)從1次增加至4次，籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量顯著提高(P<0.05)。

2.4 冬小麥氮素利用效率

由表4可知，2014—2015年植株地上部分含氮量隨著施氮頻率的增加而增大，其中T4處理顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，T3處理顯著高于T1處理(P<0.05)，T2和T1處理差異不顯著(P>0.05)；2015—2016年T4處理顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，其余處理間差異不顯著(P>0.05)。2年試驗(yàn)表明，冬小麥植株地上部分含氮量隨施氮頻率的增加而增大，2014—2015年T4處理比T3、T2、T1處理分別增加2.6%、11.9%、18.4%，2015—2016年T4處理比T3、T2、T1處理分別增加4.5%、10.2%、11.4%。氮素利用效率在2年試驗(yàn)中所有處理間差異均不顯著(P>0.05)，2014—2015年T1和T4處理相等，并且高于T2、T3處理；2015—2016年T4處理高于T3、T2、T1處理。氮素收獲指數(shù)在2014—2015年所有處理差異均不顯著(P>0.05)，其中T4處理比T3、T2、T1處理分別高8.8%、8.8%、12.7%；2015—2016年T4處理顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，其中T4處理比T3、T2、T1處理分別高10.0%、22.2%、20.3%。氮肥偏生產(chǎn)力方面，在2014—2015年試驗(yàn)中T4和T3處理差異不顯著(P>0.05)，T4顯著高于T2、T1處理(P<0.05)；在2015—2016年試驗(yàn)中T4處理顯著高于T2和T1處理(P<0.05)，其余處理間差異不顯著(P>0.05)。2年試驗(yàn)表明，施氮頻率從1次增加至4次能顯著提高氮肥偏生產(chǎn)力。

表4 不同處理下氮素利用效率Tab.4 Nitrogen utilization efficiency under different treatments

2.5 冬小麥生長(zhǎng)季土壤硝態(tài)氮含量變化

土壤硝態(tài)氮能夠直接被植物吸收利用，其含量是反映農(nóng)田土壤養(yǎng)分水平的重要指標(biāo)之一[20-21]。圖5表示2015—2016年各處理分別在返青期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期灌水施肥7～10 d后土壤0～80 cm土層硝態(tài)氮含量，其中各生育期灌水施肥后取樣期間最大降雨發(fā)生在灌漿期，降雨量為14.5 mm。由圖5a可知，返青期T4和T3處理施肥后0～20 cm平均含量分別為60.1、60.0 mg/kg，顯著高于T2和T1處理(P<0.05)；在0～40 cm土層T4、T3硝態(tài)氮含量高于T2處理但不顯著(P>0.05)，顯著高于T1處理(P<0.05)；在40～60 cm處各處理硝態(tài)氮含量均降低，但T4和T3處理含量依然高于T2和T1處理，在60～80 cm土層處各處理硝態(tài)氮含量基本相同。表明返青期T4和T3追施氮肥提高了0～40 cm土層硝態(tài)氮含量。

圖5 2015—2016年不同處理下生育期內(nèi)土壤0～80cm硝態(tài)氮含量變化Fig.5 Dynamics of soil nitrate content in depth of 0～80 cm under different treatments in 2015—2016

冬小麥進(jìn)入拔節(jié)期對(duì)土壤硝態(tài)氮的吸收量增加，由圖5b可知拔節(jié)期施肥后，土壤0～20 cm和20～40 cm處硝態(tài)氮含量平均值比上個(gè)生育期有所增加。其中在0～20 cm處 T1處理硝態(tài)氮含量顯著高于T3、T4處理(P<0.05)，T2處理也顯著高于T4處理；20～40 cm土壤硝態(tài)氮含量隨著T1、T2、T3、T4處理施氮量的減少也相應(yīng)降低；進(jìn)入40～60 cm和60～80 cm土層硝態(tài)氮含量和上個(gè)生育期相比變化不大。拔節(jié)期所有處理都灌水45 mm，但從60～80 cm土壤硝態(tài)氮含量可以看出該階段灌水并未引起硝態(tài)氮向下滲漏，這與李艷等[22]認(rèn)為冬小麥生長(zhǎng)季噴灌灌水量小于等于40 mm條件下硝態(tài)氮的運(yùn)移深度最大為80 cm，且有利于防止硝態(tài)氮滲漏和提高作物對(duì)氮素吸收利用能力的研究結(jié)果相近。

開花期土壤硝態(tài)氮含量變化如圖5c所示，所有處理在0～60 cm土層硝態(tài)氮含量相比于上個(gè)生育期有所減少，其中0～40 cm土層硝態(tài)氮下降最明顯，T4處理0～20 cm硝態(tài)氮含量高于其他處理，但各處理之間差異不顯著(P>0.05)，表明T4處理在開花期追施少量氮肥補(bǔ)充了該階段0～20 cm土壤硝態(tài)氮。由圖5d可知，相比于開花期，T2處理0～40 cm土壤硝態(tài)氮增加，其余處理在灌漿期土壤硝態(tài)氮含量變化不大，在0～20 cm和20～40 cm土層，T2硝態(tài)氮含量顯著高于T4、T3、T1處理(P<0.05)，在40～80 cm處所有處理差異不顯著(P>0.05)，表明灌漿期追施少量氮肥能夠有助于提高土壤0～40 cm硝態(tài)氮含量，促進(jìn)冬小麥生長(zhǎng)后期從土壤耕層吸收氮素?？梢?，少量多次追施氮肥能使土壤硝態(tài)氮更多地分布在土壤表層，促進(jìn)了根系對(duì)氮素的吸收。

3 討論

合理的水肥管理方案既可以確保小麥產(chǎn)量穩(wěn)定，同時(shí)也能提高水肥利用率[1]。水肥一體化技術(shù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要措施之一，能夠提高水肥利用率、作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[3, 23]。本研究在2個(gè)生長(zhǎng)季采用的灌溉定額分別為187.5 mm和135 mm，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)灌溉的灌水量。高鷺等[24]研究表明，噴灌灌水定額較小，灌水大部分集中于0～60 cm土層，有利于冬小麥根系對(duì)水分吸收利用，對(duì)提高灌溉水分利用效率具有積極作用。在施肥方面，本研究中2個(gè)生長(zhǎng)季的基肥施氮量分別為126、108 kg/hm2，追氮量均為207 kg/hm2，這與薛彬等[25]在高產(chǎn)田下采用的噴灌追氮量接近。尹飛虎等[26]研究發(fā)現(xiàn)，滴灌隨水施肥技術(shù)與常規(guī)灌溉施肥技術(shù)相比，可以提高肥料利用率。姚素梅等[27]研究表明，和傳統(tǒng)灌溉相比噴灌灌水能提高小麥籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量。本研究中T1處理2年的產(chǎn)量值都高于當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)管理方式下小麥的產(chǎn)量[28]，這可能與本文采用圓形噴灌機(jī)水肥一體化技術(shù)有關(guān)。增加冬小麥生育期施肥頻率使得冬小麥在中后生育期氮肥追施分配比例增大。有研究表明[29]氮肥后移可延長(zhǎng)冬小麥后期的葉片功能期，從而提高籽粒產(chǎn)量，同時(shí)在較高施氮水平下，分次施用氮肥的產(chǎn)量顯著高于一次性基施方式。周艷等[30]研究發(fā)現(xiàn)，在總施肥量一定的情況下，滴灌春小麥的產(chǎn)量隨施肥頻率的增加而增加，但超過一定的施肥頻率后，滴灌春小麥的產(chǎn)量隨著施肥頻率的增加而下降。本研究施氮頻率從1次增加至4次，改變了傳統(tǒng)一次施入基肥或者在拔節(jié)期一次追施氮肥的方式，使得在開花期、灌漿期也有了水氮供應(yīng)，結(jié)果表明產(chǎn)量隨著施氮頻率的增加而增大，其中2014—2015年產(chǎn)量從7 689.1 kg/hm2增加至9 128.5 kg/hm2；2015—2016年產(chǎn)量從7 746.7 kg/hm2增加至9 092.3 kg/hm2，這與上述研究結(jié)論一致。本研究發(fā)現(xiàn)，在提高產(chǎn)量的途徑中，增加冬小麥生育期施氮頻率在基本苗偏低的情況下能促進(jìn)穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量的增加，以彌補(bǔ)有效穗數(shù)的不足，進(jìn)而保證產(chǎn)量；在基本苗滿足高產(chǎn)田的要求時(shí)，增加生育期施氮頻率可以保證成熟期的有效穗數(shù)，從而確保產(chǎn)量的穩(wěn)定。

有關(guān)追氮時(shí)期和基追比例對(duì)冬小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的研究說法不一。趙俊曄等[31]、潘慶民等[32]研究發(fā)現(xiàn)，開花至成熟階段是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)，增加開花后的吸氮量不僅有利于提高小麥的籽粒產(chǎn)量并可改善籽粒品質(zhì)。王曉英等[33]、石書兵等[34]研究發(fā)現(xiàn)，不同追氮時(shí)期的追肥比例對(duì)蛋白組分的調(diào)控效應(yīng)不同，對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響不同，不同品種在不同地區(qū)種植，其施氮時(shí)期后移的效應(yīng)存在一定的差異。上述研究中灌溉都采用了傳統(tǒng)畦灌或管道式噴灌方式，而追肥采用人工撒施或機(jī)具條施方式，尚未見到噴灌水肥一體化條件下冬小麥不同生育期追肥對(duì)產(chǎn)量、品質(zhì)等的研究報(bào)道。本研究是在基于圓形噴灌機(jī)水肥一體化條件下，試驗(yàn)得到生育期4次追肥籽粒蛋白質(zhì)含量最高，表明將冬小麥傳統(tǒng)生產(chǎn)中拔節(jié)期一次追施的氮肥分配到返青、拔節(jié)、開花和灌漿4個(gè)生育期，其中返青和拔節(jié)期追肥量占全部追肥量的2/3，開花和灌漿期占1/3，并通過噴灌水肥一體化方式施入田間可以提高冬小麥籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量。

4 結(jié)論

(1)2年試驗(yàn)中T4處理產(chǎn)量最高(分別為9 128.5、9 092.3 kg/hm2)，表明采用圓形噴灌機(jī)水肥一體化技術(shù)在冬小麥生育期保持灌溉施肥量一致的前提下，在基本苗偏少時(shí)增加施氮頻率可以提高穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，而在基本苗較高時(shí)有利于提高穗數(shù)和千粒質(zhì)量，進(jìn)而提高籽粒產(chǎn)量。

(2)2年試驗(yàn)表明，在圓形噴灌機(jī)水肥一體化條件下，增加施氮頻率對(duì)冬小麥總生物量的影響不顯著，但可以顯著影響生物量在不同生育期的分配比例、籽粒蛋白質(zhì)含量、氮素收獲指數(shù)和氮肥偏生產(chǎn)力。

(3)采用圓形噴灌機(jī)水肥一體化技術(shù)對(duì)冬小麥進(jìn)行少量多次追施氮肥，發(fā)現(xiàn)0～40 cm土層的土壤硝態(tài)氮含量在冬小麥各生育階段要高于同期40～80 cm土層硝態(tài)氮含量，降低了硝態(tài)氮向土壤深層的滲漏，有利于根系吸收氮肥，從而提高冬小麥對(duì)氮素的利用效率。

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