梁艷妃，孫敏，高志強，張慧芋，張娟，李念念，楊清山

(山西農業(yè)大學 農學院，山西 太谷 030801)

水分不足和土壤肥力低是黃土高原半干旱地區(qū)旱地小麥發(fā)展的主要限制因子，該區(qū)小麥生產主要依賴集中在7～9月的自然降雨，屬于典型的雨養(yǎng)農業(yè)區(qū)[1]。水分和氮素是調節(jié)產量的重要因素，兩者之間有著明顯的交互作用[2～4]。一方面土壤水分影響植株氮素累積、轉運；另一方面適當增加施氮量在一定程度上可以降低土壤水分虧缺對產量的負效應。但目前生產中，為了追求高產，水肥投入過多，則導致肥料利用率下降[5]。姜麗娜等[6]研究表明，增施氮肥可以顯著增加小麥營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉運量和花后氮素累積量；花后氮素累積量以施氮量360 kg·hm-2最高，氮素養(yǎng)分利用效率、農學利用效率及生產效率均以施氮量120 kg·hm-2處理下最高。張宏等[7]研究表明，在陜西關中麥區(qū)，施氮240 kg·hm-2較120 kg·hm-2處理可顯著增加氮素累積量，但花后營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉運量之間無顯著差異。段文學等[8]研究表明，在施氮量150 kg·hm-2處理下可顯著提高小麥各生育時期植株氮素累積量、花前氮素轉運量及花后氮素累積量。不同的栽培措施對土壤水分、養(yǎng)分等的影響不同，導致小麥生長發(fā)育、干物質累積與分配不同，導致小麥對氮素的吸收累積和轉運的不同，從而影響對氮素的吸收利用，最終影響產量。因此最大限度地保蓄有限的降水，減少地表水分無效蒸發(fā)，優(yōu)化養(yǎng)分投入是旱地小麥增產和水分、養(yǎng)分高效利用的關鍵。有研究表明產量的47%來自于播前底墑，這已被旱作栽培工作者重視，在旱地麥田夏閑期采用耕作或覆蓋方式研究其蓄水保墑效果，且已取得較大進展。為此，本文研究旱地麥田深松蓄水條件下，不同施氮量對植株氮素累積轉運的影響，旨在為旱地小麥蓄水合理施肥實現(xiàn)增產提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗點位于山西省聞喜縣旱地小麥試驗基地(東經110°15′-112°04′，北緯34°35′-35°49′)，試驗田為丘陵旱地，無灌溉條件，夏季休閑。其中，小麥播種前試驗田0～20 cm土層土壤含有有機質10.55 g·kg-1、全氮0.68 g·kg-1、堿解氮37.65 mg·kg-1、速效磷17.64 mg·kg-1。試驗點位于黃土高原半干旱地區(qū)東塬，該地區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風氣候，海拔 450～700 m，年均氣溫12.9 ℃，年均日照時數(shù)2242.0 h，太陽總輻射量502～523 KJ·cm-2，無霜期190～230 d左右，年均降雨量456.90 mm，60%左右集中于7～9月。圖1為試驗田2015-2016年降雨情況。

圖1 2015-2016夏閑期及小麥生育期內降水量/mmFig.1 Precipitation during the fallow period and growing stages from 2015 to 2016注：FP: 夏閑期; STW: 播種-冬前; WTJ: 越冬-拔節(jié)期; JTA: 拔節(jié)-開花期; ATM: 開花-成熟期。 Note：FP: Fallow period; STW: Sowing to Before winter; WTJ: Before winter to Jointing; JTA: Jointing to Anthesis; ATM: Anthesis to maturity.

1.2 試驗設計

供試品種為運旱20410。試驗采用裂區(qū)設計，耕作方式為主區(qū)，設夏閑期深松(深度為30～40 cm，SS)和對照(當?shù)貍鹘y(tǒng)耕作：遇雨淺旋、整地等待播種，CK)2個水平；施氮量為副區(qū)，設低氮(90 kg·hm-2，LN)，中氮(150 kg·hm-2，MN)，高氮(210 kg·hm-2，HN)3個水平，共6個處理，重復3次，小區(qū)面積30 m2(3 m×10 m)。前茬小麥收獲時留高茬(20～30 cm)，約7月中旬進行耕作處理，8月下旬淺旋、粑耱平整土地，播前按試驗設計將氮肥(尿素，46%N)均勻撒入相應小區(qū)，同時每小區(qū)撒入純磷肥(過磷酸鈣，16%P2O5)、純鉀肥(氯化鉀，52%K2O)各150 kg·hm-2，播量為90 kg·hm-2，基本苗225×104株·hm-2，膜際條播，行距30 cm。于小麥花后10～15 d揭生育期覆蓋的地膜，適時收獲。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤貯水量的測定

于小麥關鍵生育時期用土鉆每20 cm一土層取0～300 cm原狀土樣，用鋁盒帶回實驗室，稱濕土重，烘干法計算各土層土壤貯水量。

1.3.2 植株含氮率測定

于冬前期、拔節(jié)期、開花期以及收獲期取20株樣品，按照葉片、莖稈+葉鞘、穎殼+穗軸和籽粒四個部分分樣，105 ℃殺青30 min后，70 ℃烘至恒重，稱量干物質重。樣品磨碎，用H2SO4-H2O2-靛酚藍比色法消煮，測定含氮率。參照趙俊曄等的方法計算植株氮素轉運。

1.3.3 籽粒產量的測定

在收獲期對各小區(qū)收割16 m2測產，調查1 m2內穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重，計算經濟產量。

1.4 數(shù)據統(tǒng)計分析

采用Excel 2003進行數(shù)據處理，用DPS軟件進行統(tǒng)計分析，用LSD法進行差異顯著性檢驗，顯著性水平取α=0.05。

土壤貯水量、氮素累積及轉運的計算公式參照白冬等[9]、范雪梅等[10]的方法。

2 結果與分析

2.1 夏閑期深松和施氮量對土壤貯水量變化的影響

2.1.1 夏閑期深松和施氮量對各生育時期0～300 cm土壤貯水量變化的影響

與對照相比，夏閑期深松顯著提高各生育時期土壤貯水量(表1)。無論深松與否，越冬-孕穗期土壤貯水量以中氮處理顯著最高。夏閑期深松條件下，越冬期低氮與高氮處理下差異顯著；對照條件下，孕穗期低氮處理與高氮處理之間差異顯著。而花后土壤貯水量均以中氮處理最低，以低氮處理顯著最高。可見，夏閑期深松可有效提高各生育時期土壤水分，同時配施150 kg·hm-2氮肥改善花前土壤水分狀況。

表1 夏閑期不同耕作方式和施氮量對各生育時期0～300 cm土壤貯水量的影響Table 1 Impacts of tillage during fallow period and nitrogen application rate on soil water storage in wheat plant /mm

注：同列數(shù)字后不同小寫字母表示處理間差異顯著(α=0.05)。下同。

Note:Values followed by different letters in a column indicate significant difference at α=0.05.The same below.

2.1.2 夏閑期深松和施氮量對孕穗期0～300 cm各土層土壤貯水量變化的影響

隨土層深度的增加，孕穗期土壤貯水量呈先降后升的變化趨勢(圖2)。無論深松與否，中氮處理較低、高氮處理提高0～300 cm各土層土壤貯水量，且80～120 cm、140～180 cm、280～300 cm各土層處理間差異顯著。

圖2 休閑期不同耕作模式和施氮量對孕穗期0～300 cm土壤蓄水量的影響Fig.2 Effect of different tilla ge in fallow period and nitrogen fertilization on soil water storage at the depth of 0～300 cm at wintering stage

2.2 夏閑期深松和施氮量對植株氮素吸收的影響

2.2.1 對各生育時期氮素累積量的影響

耕作方式及施氮量對植株氮素累積量影響顯著(表2)。夏閑期深松較對照，各生育時期氮素累積量均顯著提高。無論深松與否，各生育時期植株氮素累積量均以中氮處理顯著最高；氮素累積量均以低氮處理顯著最低，除對照條件下孕穗及開花期與高氮處理之間無顯著差異?？梢姡拈e期提前深松有利于氮素累積，為籽粒蛋白質合成提供氮源，其中以深松配施150 kg·hm-2氮肥播種效果較好。

2.2.2 對各生育階段氮素累積量及其所占比例的影響

耕作方式及施氮量顯著影響冬小麥各生育階段氮素累積量及比例(表3)。群體氮素累積量、累積比例均以拔節(jié)-開花階段最高，播種-拔節(jié)階段次之。與對照相比，深松可顯著提高越冬-拔節(jié)、開花-成熟階段氮素累積量及比例；拔節(jié)-開花階段氮素累積量所占比例顯著降低。中氮處理可顯著提高各階段氮素累積量，越冬-開花階段氮素累積量以低氮處理顯著最低，開花-成熟階段以高氮處理顯著最低。中氮可顯著降低拔節(jié)-開花階段氮素累積量所占比例?？梢姡拈e期深松蓄水條件下，配施150 kg·hm-2氮肥更有利于促進小麥各生育階段氮素的累積。

表2夏閑期不同耕作方式和施氮量對各生育時期氮素累積量的影響

Table2 Impacts of tillage during fallow period and N application rate on N accumulation amount in wheat plant at different growth stages

耕作Tillage施氮量/kg·hm-2Nitrogen application冬前Before winter拔節(jié)期Jointing 孕穗期Booting開花期Anthesis 成熟期Maturity深松SS對照CK 低氮(LN)24.16e36.01d80.45c95.24c114.54d中氮(MN)35.93a46.15a100.01a111.06a134.70a高氮(HN)32.31b43.55b85.92b105.86b120.39b低氮(LN)20.44f30.64f68.33d86.99d102.51f中氮(MN)31.64c39.80c89.35b105.82b118.77c高氮(HN)27.39d34.34e68.58d89.58d103.04e

2.3 夏閑期深松和施氮量對植株氮素轉運的影響

2.3.1 對花前氮素轉運和花后氮素累積的影響

與對照相比，夏閑期深松可顯著提高花前氮素轉運量對籽粒的貢獻率、花后氮素累積量及對籽粒的貢獻率，花后氮素累積量提高1～8 kg·hm-2，貢獻率提高16%～37%，中氮條件下深松和對照處理之間花前氮素轉運量無顯著差異(表4)。與低、高氮處理相比，中氮顯著提高花前氮素轉運量與花后氮素累積量，提高量分別達4～18 kg·hm-2、1～9 kg·hm-2。與低、中氮處理相比，高氮可顯著提高花前氮素轉運量對籽粒的貢獻率，提高量達1%～9%。與低、中氮處理相比，高氮處理可顯著降低花后氮素累積量對籽粒的貢獻率?？梢姡拈e期深松蓄水條件下，配施150 kg·hm-2氮肥提高花前氮素轉運量、花后氮素累積量及其對籽粒的貢獻率。

表3夏閑期不同耕作方式和施氮量對各生育階段氮素累積量及其所占比例的影響

Table3 Impacts of tillage during fallow period and N application rate on N accumulation amount and its ratio in wheat plant during different growth periods

耕作Tillage施氮量/kg·hm-2Nitrogen application冬前-拔節(jié)Before winter- Jointing拔節(jié)-開花Jointing-Anthesis開花-成熟Anthesis-Maturity數(shù)量Amount比例Ratio數(shù)量Amount比例Ratio數(shù)量Amount比例Ratio深松SS對照CK低氮(LN)36.01d31.51d59.22d51.78b19.30b16.60b中氮(MN)46.15a34.26b64.91b48.18d23.62a17.56a高氮(HN)43.55b36.18a62.30c51.75c14.53b12.08c低氮(LN)30.64f29.94e56.35e54.92a15.52c15.14c中氮(MN)39.80c33.51c66.02a53.06b15.95d13.43d高氮(HN)34.34e33.32c55.25e53.62b13.46e13.06e

表4夏閑期耕作方式和施氮量對花前氮素轉運和花后氮素累積的影響

Table4 Impacts of tillage during fallow period and N application rate on N remobilization before anthesis and N accumulation amount after anthesis

耕作Tillage施氮量/kg·hm-2Nitrogen application花前運轉量/kg·hm-2NTBA花前運轉量対籽粒的貢獻率/%Contribution ofNTBA to N in grains花后積累量/kg·hm-2NAAA花后積累量対籽粒的貢獻率/%Contribution ofNAAA to N in grains深松SS對照CK低氮(LN)64.13d76.87e19.30b23.13b中氮(MN)73.71a75.72e23.63a24.28a高氮(HN)71.34b83.08a14.53c16.92e低氮(LN)62.36e80.07d15.52e19.93c中氮(MN)72.30a81.93c15.95d18.07d高氮(HN)66.51c82.74b13.46f17.26e

注：NTBA: nitrogen translation before anthesis; NAAA, nitrogen accumulation after anthesis

2.3.2 對花前各器官氮素轉運的影響

花前植株各器官氮素累積量、轉運量及其對籽粒的貢獻率以莖稈+葉鞘最高，以穎殼+穗軸最低，葉片居中(表5)。夏閑期深松較對照，可提高葉片、莖稈+葉鞘花前氮素轉運量及其對籽粒的貢獻率，葉片、莖稈+葉鞘花前氮素轉運量分別提高2～3 kg·hm-2、1～4 kg·hm-2。中氮處理可顯著提高葉片和莖稈+葉鞘的花前氮素轉運量，而低氮顯著最低。深松條件下，中氮處理顯著降低了莖稈+葉鞘氮素轉運量對籽粒的貢獻率，低氮處理顯著降低了葉片氮素轉運量對籽粒的貢獻率?？梢?，夏閑期深松蓄水條件下，配施150 kg·hm-2氮肥有利于葉片和莖稈+葉鞘中氮素向籽粒中轉運。

2.4 夏閑期耕作配施氮肥對氮效率的影響

夏閑期深松較對照可顯著提高產量，提高9%～17%(表6)。無論深松與否，中氮處理較低、高氮顯著提高產量，分別提高9%～15%、10%～26%。夏閑期深松較對照，可提高氮素吸收效率和氮素生產效率。無論深松與否，增加施氮量可使氮素吸收效率、氮肥生產效率降低。與對照相比，增加施氮量可降低深松條件下的氮素利用效率?？梢?，夏閑期深松配施150 kg·hm-2氮肥有利于提高氮素吸收效率和氮肥生產效率。

3 討論與結論

3.1 各生育時期0～300 cm 土層貯水量

黃土高原旱作麥區(qū)夏閑期是土壤水分恢復的關鍵時期，最大限度的蓄積此期的自然降水可改善底墑，這對旱地小麥生產非常重要。在旱地麥田夏閑期采用耕作或覆蓋方式研究其蓄水保墑效果，且

表5夏閑期深松和施氮量對花前各營養(yǎng)器官氮素累積、轉運及其對籽粒的貢獻率的影響

Table5 Effect of tillage in fallow period and nitrogen application rate on N accumulation、remobilization and contribution ratio to grain of wheat before anthesis

耕作Tillage施氮量/kg·hm-2Nitrogen application葉片Leaf莖稈+葉鞘Steam+sheath穎殼+穗軸Glume+spike轉運量/kg·hm-2NTBA貢獻率/%Contribution of NTBA to N in grain轉運量/kg·hm-2NTBA貢獻率/%Contribution of NTBA to N in grain轉運量/kg·hm-2NTBA貢獻率/%Contribution of NTBA to N in grain深松SS對照CK低氮(LN)16.42c19.69d42.17c50.63d5.54d6.63d中氮(MN)19.57a20.10c45.61a46.85e8.52b8.75c高氮(HN)18.11b21.33b44.49b52.41b8.76b10.32b低氮(LN)14.24e18.29e41.35d53.09a6.78c8.71c中氮(MN)19.59a21.70a45.68a50.62d9.05a10.03b高氮(HN)15.70d20.12c40.18e51.52c8.76b11.23a

表6 夏閑期耕作和施氮量對氮效率的影響Table 6 Impacts of tillage during fallow period and N application on yield and nitrogen use efficiency

已取得較大進展。侯賢清等[11]研究表明，與免耕處理相比，夏閑期深松能有效地蓄雨保墑。王小彬等[12]研究表明，夏閑期深松較對照土壤貯水量增加9～24 mm。李友軍等[13]研究表明，拔節(jié)-成熟耗水高峰階段，深松覆蓋、傳統(tǒng)耕作的土壤貯水量分別下降107. 2 mm和96 mm。強秦等[14]研究表明，返青-成熟階段土壤含水量隨小麥生長發(fā)育進程推進而不斷減少，80 cm以上土層含水量由返青期的19%～16%下降到成熟期的9%～7%。毛紅玲等[15]研究表明，與翻耕處理相比，夏閑期深松可提高0～300 cm 土壤貯水量達21 mm。。劉爽等[16]研究表明，豫西旱作麥田夏閑期深松后采用秸稈覆蓋提高了播前含水量1個百分點；鄭國璋等[17]研究表明，晉南旱作麥田夏閑期深翻后平覆蓋和壟覆蓋較不覆蓋可分別提高播前土壤蓄水量27 mm、39 mm。本試驗表明，夏閑期深松可有效提高各生育時期土壤水分，同時配套150 kg·hm-2的施氮量改善花前土壤水分狀況。本研究團隊多年研究結果表明，夏閑期深松可有效地蓄積降水于深層土壤，且蓄水效果延續(xù)至開花期，實現(xiàn)伏雨春夏用[18～20]。

3.2 旱地小麥植株氮素吸收、轉運

鄭成巖等[21]研究表明深松+旋耕處理和深松+條旋耕處理較旋耕、條旋耕處理可顯著提高開花期氮素累積量、花前營養(yǎng)器官氮素轉運量，進而提高產量。王靜等[22]研究表明深松處理可以通過增強根系對水分和養(yǎng)分的吸收來提高花前氮素轉運量以及花后氮素的高吸收。WANG等[23]研究表明，深松可提高花后氮素累積量及其對籽粒的貢獻率，提高量分別達50%和38%。李華等[24]在陜西渭北旱塬的研究表明，地膜覆蓋可提高旱地小麥植株氮素吸收，促進生長后期莖、葉氮素轉運。充足的土壤水分促進小麥生長發(fā)育，影響植株氮素的吸收利用，從而影響產量。馬春英等[25]研究認為，水分虧缺時，氮素向籽粒的轉移受到限制，降低產量和氮肥生產效率會；水分充足條件下，應適當增加施氮量，否則水分利用率會降低。趙滿興等[26]研究認為增施氮肥可顯著提高地上部氮素累積量，施氮量180 kg·hm-2處理下籽粒氮素累積量最高，再增施氮肥會降低籽粒氮素累積量。李世娟等[27]研究表明，提高拔節(jié)至開花階段的吸氮比例，有利于籽粒產量提高。本研究結果表明，夏閑期深松有利于氮素累積，配套150 kg·hm-2的施氮量更有利于促進小麥各生育階段氮素的累積，為籽粒蛋白質合成提供氮源。這可能由于深松提高土壤有效貯水量，促進水分和氮素吸收，而在施氮量適宜的基礎上，促進根系的生長，進一步提高旱地小麥對所供應土壤氮和肥料氮的吸收能力，促進了營養(yǎng)生長和生殖生長，促進了葉片、莖稈+葉鞘中氮素向籽粒中運轉，提高了花前氮素轉運量及對籽粒的貢獻率，進而提高了產量。

3.3 旱地小麥產量

王紅麗等[28]研究表明，覆蓋栽培可充分滿足作物生長水分需求，優(yōu)化產量構成因素，提高產量。深松促進小麥對水分的吸收利用，進而獲得較高的產量[29～30]。何建寧等[31]研究表明，與旋耕、翻耕相比，間隔2年深松+條旋耕可顯著提高籽粒產量。毛紅玲等[15]研究表明，與免耕處理相比，夏閑期深松可提高產量6%～9%。本研究表明，夏閑期深松較對照可顯著提高產量，提高9%～17%。孟自力等[32]研究表明，施氮量為270 kg·hm-2可以提高商麥156光合特性和IPAR，優(yōu)化冠層結構，增加產量。劉慧婷等[33]研究表明，N120和N240處理較N0處理顯著提高籽粒產量。本研究表明，中氮處理較低、高氮處理顯著提高產量，分別提高9%～15%、10%～26%。

綜上，本研究結果表明，夏閑期深松蓄水條件下，配施150 kg·hm-2的氮肥提高了小麥花前各生育時期土壤貯水量，進一步提高氮素累積量及向籽粒的轉運量，提高產量，為獲得小麥高產奠定基礎。