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摘要：通过田间试验，连续4 a研究了不同施氮量对春小麦水分利用效率的影响。结果表明，在黄土高原黄绵土土壤中，随施氮量的增加，春小麦水分利用效率呈先增后降的趋势，连续4 a施氮105 kg/hm2时，春小麦的水分利用效率最高。春小麦产量与生育期降水量呈极显著线性相关水平，说明生育期降水极显著影响春小麦产量水平，并与降水年型有很大关系。
关键词：半干旱;春小麦;水分;利用效率
中图分类号：S512.1 文献标志码：A 文章编号：1001-1463（2019）04-0056-04
Abstract：Field trials were conducted to study the effects of different nitrogen application rates on water use efficiency of spring wheat for 4 consecutive years. The results showed that the water use efficiency of spring wheat increased first and then decreased with the increase of nitrogen application rate in loess soil of the Loess Plateau. The water use efficiency of crops was the highest when the nitrogen application rate was 105 kg/hm2 for 4 consecutive years. The linear correlation between spring wheat yield and precipitation during growth period was very significant， which indicated that precipitation during growth period had a significant effect on yield of spring wheat and had a great relationship with precipitation pattern.
Key words：Semi-arid;Spring wheat;Water;Use efficiency
甘肃省定西市是我国西北黄土高原半干旱丘陵沟壑区的典型代表，年降水量400 mm左右，农作物生产以旱作为主。春小麦是该区的主栽作物之一，其产量受降水和肥料的双重限制[1 - 3 ]。尽管降水难以人为控制，但可以通过保护性耕作、农艺和工程等保水措施来提高水分的利用效率[4 ]。随着农业生产条件的改善，对农作物的施肥量也在不断增加[5 ]。一般情况下，增加氮肥投人，有利于作物吸收同化更多的氮素，能极显著提高产量，也有利于粮食作物品质的改善[6 ]。然而施用不当或施用量过高，不仅难以达到增产高效的目的，还会造成资源浪费、环境污染[7 ]。我们以春小麦为研究对象，重点研究不同施氮量对春小麦水分利用效率的影响，以期为黄土高原半干旱区春小麦优质高效绿色可持续生产提供参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料
指示春小麦品种为定西35号，由定西市农业科学研究院提供。供施氮肥为尿素（含N 46%），磷肥为普通过磷酸钙（含P2O5 12%）。
1.2 试验区概况
试验在甘肃省定西市李家堡镇甘肃农业大学旱农试验站进行。位于甘肃省中部偏南，属中温带半干旱区，是我国半干旱雨养农业的典型地区之一，无灌溉条件。多年年平均降水量为415.2 mm，年蒸发量1 531 mm，干燥度2.53。80%保证率的降水量为365 mm，变异系数为24.3%。地下水与地表水俱缺，降水是农业生产的唯一水源。该区海拔1 970 m，平均太阳辐射591.89 KJ/cm2，日照时数2 476.6 h，平均气温6.4 ℃，≥10 ℃积温为2 239.1 ℃，无霜期为140 d。土壤为典型的黄绵土，土质绵软、深厚，质地均匀，贮水性能良好，0～30 cm土层含速效钾171.4 mg/kg、缓效钾为752.0 mg/kg、全钾为20.14 g/kg、速效氮28.4 mg/kg、全氮0.81 g/kg、速效磷9.6 mg/kg、全磷1.76 g/kg、有机质12.08 g/kg，pH为8.39。
1.3 试验方法
试验共设了5个处理，为N1（CK）、N2、N3、N4、N5，施氮量分别为0、52.5、105.0、157.5、210.0 kg/hm2。随机区组排列，3次重复，小区面积为3×10 m2。试验于2013年开始，连续4 a每年3月中旬用免耕播种机播种，行距0.25 m，播量为187.5 kg/hm2。各处理播前结合整地施P2O5 105 kg/hm2，氮肥按试验方案于播种前一次性施入，不施农家肥。生长期间除锄草外无其它作业。
1.3 数据处理与结果计算
1.3.1 土壤含水量 分别于播前和收获后用烘干法测定不同处理0～2 m土层的土壤含水量。
土壤重量含水量=[（盒+湿土重）-（盒+干土重）]/（盒+干土重-盒重）×100%
1.3.2 水分利用效率 按照田間水分平衡方程ET=P-△W计算田间全生育期间的耗水量。式中ET为耗水量（mm），P为从播种到收获的降水量（mm），△W为收获与播种时2 m土层贮水量之差（mm），即土壤水分消耗量。 水分利用效率PWUE为单位耗水量获得的产量（Y：kg/hm2），即PWUE=Y/ET。式中：Y为春小麦产量（kg/hm2），ET为生育期耗水量（mm）。
2013 — 2016年春小麦全生育降水量分别为298.4、177.6、282.4、180.9 mm。
2 结果与分析
2.1 施氮对水分利用效率的影响
通过表1可以看出，在连续4 a施N（处理N2、N3、N4、N5）的条件下，春小麦的水分利用效率均高于N1（CK）处理，水分利用率随施氮量的增加而呈先增后降趋势。从平均值来看，春小麦的水分利用效率与春小麦生长期间的降水量的大小有关，春小麦生长期间的降水量越高，則春小麦的水分利用效率就越低，反之则越高。综合比较，连续4 a施氮105 kg/hm2时（N3处理），春小麦的水分利用效率最高，这也正好与产量效益最高的施氮量相一致。
2.2 春小麦产量与降水量的关系
由于2013的月降水量趋势较为特殊，且严重影响下年土壤中的水分含量，所以将4个试验年份的结果按2013 — 2014年、2015 — 2016年两个阶段分析。从表2可以看出，2015 — 2016年春小麦产量与生育期降水量呈正的极显著线性相关水平，说明生育期降水极显著影响春小麦产量水平。一般情况下，生育期降水量越高则春小麦产量越高。2013 — 2014年的结果却正好相反，产量与降水量呈负的极显著相关水平。分析原因，一是2013年的降水趋势较为特殊，生育期降水较少，作物收获后无效降水较多，水分没有被作物消耗而保持在土壤中，对2014年春小麦生长起到了很大的作用，使较干旱的年份春小麦保持了较高的产量，而在总降水较高的年份春小麦产量却很低，从而出现降水量与春小麦产量呈负的极相关水平的现象。
3 小结与讨论
作物的水分利用效率与作物生长期间的降水量的大小有关，作物生长期间的降水量越高，则作物的水分利用效率就越低，反之，则越高。综合比较，连续4 a施氮105 kg/hm2时，春小麦的水分利用效率最高，这也更进一步说明了氮肥应当适量施用，施氮过高会造成氮肥利用率和水分利用率均降低，造成氮肥的大量损失，给环境造成负担[8 - 9 ]。
2015 — 2016年春小麦产量与生育期降水量呈显著正相关，这与前人的研究结果相一致。但2013 — 2014年春小麦的产量与生于期降水量却成显著负相关，原因主要是2013年的降水趋势较为特殊，虽然春小麦全生育降水量高于其它年份，但在春小麦营养生长的4月份大于5 mm的2次降水只有13 mm，6月份大于10 mm的2次降水只有24 mm。特别是6月中旬无降水，6月中旬到8月上旬的旬降水变异系数高达57.4%，而多年平均仅为27.2%，前者是后者的2倍，而且降水量最大的一次降水是在8月，春小麦已到收获期，这时的降水对春小麦而言成了无效降水。另一方面，2014年春小麦生育期降水较少，属于极为干旱的年份，但是2013年后半年降水很高，春小麦收获后土壤休闲，水分没有被作物消耗而保持在土壤中，使较干旱的年份2014年春小麦保持了较高的产量，出现降水量与春小麦产量呈负的极相关水平的现象。所以在讨论春小麦产量与降水年型的关系时，不能只考虑春小麦生育期的降水量，还应当考虑春小麦播前土壤保持的水分含量。
参考文献：
[1] 戴其根，许 轲，张洪程，等. 冬小麦超高产氮肥施用技术的研究[M]//王志敏，赵 越. 作物栽培与生理学研究进展. 北京：中国农业大学出版社，2003.
[2] 张 健，陈亚兰，王会蓉，等. 抗锈春小麦新品种定丰17号选育报告[J]. 甘肃农业科技，2016（10）：26-28.
[3] 孟亚雄. 旱地春小麦新品种甘春32号选育报告[J]. 甘肃农业科技，2017（4）：11-13
[4] 梁振兴，刘兴海. 小麦产量形成的栽培技术原理[M]. 北京：北京农业大学出版社，1994.
[5] 尚宏翔. 不同节水灌溉方式对小麦产量及水分利用效率的影响[J]. 陕西水利，2018（5）：75-76;82.
[6] 李庆逵，朱兆良，于天仁. 中国农业持续发展中的肥料问题[M]. 南昌：江西科学技术出版社，1998.
[7] 李 鹤，李曙光，刘新潮，等. 有机肥及地膜对土壤温度及春小麦水分利用效率的影响[J]. 江苏农业科学，2018，46（19）：85-87.
[8] FERGUSON R B，HERGERT G W，SCHEPERS J S，et al. Site-specific nitrogen management of irrigated maize：Yield and soil residual nitrate effects[J]. Soil. Sci. Soc. Am. J.，2002，
66：544-553.
[9] 张 娟，孙 敏，原亚琦，等. 休闲期耕作对旱地小麦产量及品质的影响[J]. 山西农业大学学报（自然科学版），2018，38（12）：15-21.
（本文责编：陈 伟）
关键词：半干旱;春小麦;水分;利用效率
中图分类号：S512.1 文献标志码：A 文章编号：1001-1463（2019）04-0056-04
Abstract：Field trials were conducted to study the effects of different nitrogen application rates on water use efficiency of spring wheat for 4 consecutive years. The results showed that the water use efficiency of spring wheat increased first and then decreased with the increase of nitrogen application rate in loess soil of the Loess Plateau. The water use efficiency of crops was the highest when the nitrogen application rate was 105 kg/hm2 for 4 consecutive years. The linear correlation between spring wheat yield and precipitation during growth period was very significant， which indicated that precipitation during growth period had a significant effect on yield of spring wheat and had a great relationship with precipitation pattern.
Key words：Semi-arid;Spring wheat;Water;Use efficiency
甘肃省定西市是我国西北黄土高原半干旱丘陵沟壑区的典型代表，年降水量400 mm左右，农作物生产以旱作为主。春小麦是该区的主栽作物之一，其产量受降水和肥料的双重限制[1 - 3 ]。尽管降水难以人为控制，但可以通过保护性耕作、农艺和工程等保水措施来提高水分的利用效率[4 ]。随着农业生产条件的改善，对农作物的施肥量也在不断增加[5 ]。一般情况下，增加氮肥投人，有利于作物吸收同化更多的氮素，能极显著提高产量，也有利于粮食作物品质的改善[6 ]。然而施用不当或施用量过高，不仅难以达到增产高效的目的，还会造成资源浪费、环境污染[7 ]。我们以春小麦为研究对象，重点研究不同施氮量对春小麦水分利用效率的影响，以期为黄土高原半干旱区春小麦优质高效绿色可持续生产提供参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料
指示春小麦品种为定西35号，由定西市农业科学研究院提供。供施氮肥为尿素（含N 46%），磷肥为普通过磷酸钙（含P2O5 12%）。
1.2 试验区概况
试验在甘肃省定西市李家堡镇甘肃农业大学旱农试验站进行。位于甘肃省中部偏南，属中温带半干旱区，是我国半干旱雨养农业的典型地区之一，无灌溉条件。多年年平均降水量为415.2 mm，年蒸发量1 531 mm，干燥度2.53。80%保证率的降水量为365 mm，变异系数为24.3%。地下水与地表水俱缺，降水是农业生产的唯一水源。该区海拔1 970 m，平均太阳辐射591.89 KJ/cm2，日照时数2 476.6 h，平均气温6.4 ℃，≥10 ℃积温为2 239.1 ℃，无霜期为140 d。土壤为典型的黄绵土，土质绵软、深厚，质地均匀，贮水性能良好，0～30 cm土层含速效钾171.4 mg/kg、缓效钾为752.0 mg/kg、全钾为20.14 g/kg、速效氮28.4 mg/kg、全氮0.81 g/kg、速效磷9.6 mg/kg、全磷1.76 g/kg、有机质12.08 g/kg，pH为8.39。
1.3 试验方法
试验共设了5个处理，为N1（CK）、N2、N3、N4、N5，施氮量分别为0、52.5、105.0、157.5、210.0 kg/hm2。随机区组排列，3次重复，小区面积为3×10 m2。试验于2013年开始，连续4 a每年3月中旬用免耕播种机播种，行距0.25 m，播量为187.5 kg/hm2。各处理播前结合整地施P2O5 105 kg/hm2，氮肥按试验方案于播种前一次性施入，不施农家肥。生长期间除锄草外无其它作业。
1.3 数据处理与结果计算
1.3.1 土壤含水量 分别于播前和收获后用烘干法测定不同处理0～2 m土层的土壤含水量。
土壤重量含水量=[（盒+湿土重）-（盒+干土重）]/（盒+干土重-盒重）×100%
1.3.2 水分利用效率 按照田間水分平衡方程ET=P-△W计算田间全生育期间的耗水量。式中ET为耗水量（mm），P为从播种到收获的降水量（mm），△W为收获与播种时2 m土层贮水量之差（mm），即土壤水分消耗量。 水分利用效率PWUE为单位耗水量获得的产量（Y：kg/hm2），即PWUE=Y/ET。式中：Y为春小麦产量（kg/hm2），ET为生育期耗水量（mm）。
2013 — 2016年春小麦全生育降水量分别为298.4、177.6、282.4、180.9 mm。
2 结果与分析
2.1 施氮对水分利用效率的影响
通过表1可以看出，在连续4 a施N（处理N2、N3、N4、N5）的条件下，春小麦的水分利用效率均高于N1（CK）处理，水分利用率随施氮量的增加而呈先增后降趋势。从平均值来看，春小麦的水分利用效率与春小麦生长期间的降水量的大小有关，春小麦生长期间的降水量越高，則春小麦的水分利用效率就越低，反之则越高。综合比较，连续4 a施氮105 kg/hm2时（N3处理），春小麦的水分利用效率最高，这也正好与产量效益最高的施氮量相一致。
2.2 春小麦产量与降水量的关系
由于2013的月降水量趋势较为特殊，且严重影响下年土壤中的水分含量，所以将4个试验年份的结果按2013 — 2014年、2015 — 2016年两个阶段分析。从表2可以看出，2015 — 2016年春小麦产量与生育期降水量呈正的极显著线性相关水平，说明生育期降水极显著影响春小麦产量水平。一般情况下，生育期降水量越高则春小麦产量越高。2013 — 2014年的结果却正好相反，产量与降水量呈负的极显著相关水平。分析原因，一是2013年的降水趋势较为特殊，生育期降水较少，作物收获后无效降水较多，水分没有被作物消耗而保持在土壤中，对2014年春小麦生长起到了很大的作用，使较干旱的年份春小麦保持了较高的产量，而在总降水较高的年份春小麦产量却很低，从而出现降水量与春小麦产量呈负的极相关水平的现象。
3 小结与讨论
作物的水分利用效率与作物生长期间的降水量的大小有关，作物生长期间的降水量越高，则作物的水分利用效率就越低，反之，则越高。综合比较，连续4 a施氮105 kg/hm2时，春小麦的水分利用效率最高，这也更进一步说明了氮肥应当适量施用，施氮过高会造成氮肥利用率和水分利用率均降低，造成氮肥的大量损失，给环境造成负担[8 - 9 ]。
2015 — 2016年春小麦产量与生育期降水量呈显著正相关，这与前人的研究结果相一致。但2013 — 2014年春小麦的产量与生于期降水量却成显著负相关，原因主要是2013年的降水趋势较为特殊，虽然春小麦全生育降水量高于其它年份，但在春小麦营养生长的4月份大于5 mm的2次降水只有13 mm，6月份大于10 mm的2次降水只有24 mm。特别是6月中旬无降水，6月中旬到8月上旬的旬降水变异系数高达57.4%，而多年平均仅为27.2%，前者是后者的2倍，而且降水量最大的一次降水是在8月，春小麦已到收获期，这时的降水对春小麦而言成了无效降水。另一方面，2014年春小麦生育期降水较少，属于极为干旱的年份，但是2013年后半年降水很高，春小麦收获后土壤休闲，水分没有被作物消耗而保持在土壤中，使较干旱的年份2014年春小麦保持了较高的产量，出现降水量与春小麦产量呈负的极相关水平的现象。所以在讨论春小麦产量与降水年型的关系时，不能只考虑春小麦生育期的降水量，还应当考虑春小麦播前土壤保持的水分含量。
参考文献：
[1] 戴其根，许 轲，张洪程，等. 冬小麦超高产氮肥施用技术的研究[M]//王志敏，赵 越. 作物栽培与生理学研究进展. 北京：中国农业大学出版社，2003.
[2] 张 健，陈亚兰，王会蓉，等. 抗锈春小麦新品种定丰17号选育报告[J]. 甘肃农业科技，2016（10）：26-28.
[3] 孟亚雄. 旱地春小麦新品种甘春32号选育报告[J]. 甘肃农业科技，2017（4）：11-13
[4] 梁振兴，刘兴海. 小麦产量形成的栽培技术原理[M]. 北京：北京农业大学出版社，1994.
[5] 尚宏翔. 不同节水灌溉方式对小麦产量及水分利用效率的影响[J]. 陕西水利，2018（5）：75-76;82.
[6] 李庆逵，朱兆良，于天仁. 中国农业持续发展中的肥料问题[M]. 南昌：江西科学技术出版社，1998.
[7] 李 鹤，李曙光，刘新潮，等. 有机肥及地膜对土壤温度及春小麦水分利用效率的影响[J]. 江苏农业科学，2018，46（19）：85-87.
[8] FERGUSON R B，HERGERT G W，SCHEPERS J S，et al. Site-specific nitrogen management of irrigated maize：Yield and soil residual nitrate effects[J]. Soil. Sci. Soc. Am. J.，2002，
66：544-553.
[9] 张 娟，孙 敏，原亚琦，等. 休闲期耕作对旱地小麦产量及品质的影响[J]. 山西农业大学学报（自然科学版），2018，38（12）：15-21.
（本文责编：陈 伟）