作物水肥耦合类型量化方法在华北冬小麦水氮配置中的应用

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张经廷, 吕丽华, 张丽华, 董志强, 姚艳荣, 姚海坡, 申海平, 贾秀领^,河北省农林科学院粮油作物研究所/农业农村部华北地区作物栽培科学观测实验站,石家庄 050035

A Novel Method for Quantitating Water and Fertilizer Coupling Types and Its Application in Optimizing Water and Nitrogen Combination in Winter Wheat in the North China Plain

ZHANG JingTing, Lü LiHua, ZHANG LiHua, DONG ZhiQiang, YAO YanRong, YAO HaiPo, SHEN HaiPing, JIA XiuLing^,Institute of Cereal and Oil Crops, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Science /Scientific Observing Experimental Station of Crop Cultivation in North China of Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Shijiazhuang 050035

通讯作者: 贾秀领,E-mail：jiaxiuling2013@163.com

责任编辑: 李云霞
收稿日期:2019-03-20接受日期:2019-04-23网络出版日期:2019-09-01

基金资助:

国家自然科学基金.31701373
河北省自然科学基金.C2018301050
河北省农业创新工程项目.F19R034896

Received:2019-03-20Accepted:2019-04-23Online:2019-09-01
作者简介 About authors
张经廷,E-mail：jingting58@126.com。

摘要
【目的】研究一种作物水肥耦合类型量化方法及基于这种方法的华北冬小麦水氮优化配置,丰富作物水肥耦合分析方法,为促进冬小麦水肥协同高效生产提供理论基础和实践依据。【方法】根据作物相对产量的真实值与理论值的差异显著性来判定某一具体水肥组合的耦合类型。2006—2016连续10年在黄淮北部进行了冬小麦季不同水氮处理的大田定位试验。裂区设计,灌水量为主区,设春灌1水（拔节期75 mm,W₁）和2水（拔节期和开花期各75 mm,W₂）两个处理;施氮量为副区,设5个水平,分别为0 （N₀）、60（N₆₀）、120（N₁₂₀）、180（N₁₈₀）、240 kg·hm ^-2（N₂₄₀）,共10对水氮组合。研究冬小麦不同水氮组合的耦合类型及其年际转换特征,确选适宜的水氮配置。【结果】某一水肥组合相对产量真实值经统计检验显著高于其理论值,此水肥组合的水肥耦合类型即为“协同”（水肥互相促进）;真实值显著小于理论值,水肥耦合类型即为“拮抗”（水肥互相限制）;真实值与理论值没有显著差异,水肥耦合类型即为“加和”（水肥互不影响）。冬小麦W₂与不同施氮水平（N_x）组成的水氮组合的耦合类型及其年际变化特征受施氮水平的影响显著。W₂N₆₀水氮耦合类型10年平均为“拮抗”,定位第1—2年灌水限制施氮的增产作用,施氮限制了灌水的增产作用,水氮“拮抗”;定位第3 ^-25年耦合类型转变成“增水促氮,增氮促水”的“协同”;定位第6—10年又转为“拮抗”。W₂N₁₂₀的耦合类型在定位第1—4年为“加和”,第5年起就转为“协同”,10年平均为“协同”。施氮超过120 kg·hm ^-2的两水氮组合W₂N₁₈₀与W₂N₂₄₀的耦合类型各年度均为水氮互不影响的“加和”。【结论】基于作物相对产量真实值与理论值差异的显著性来定量判定某一特定水肥组合的耦合类型具有较强的可行性。黄淮北部冬小麦生产中, W₂N₁₂₀组合水氮协同增产效果显著,耦合类型长期为“协同”,因此,在一定年限内可作为该区冬小麦季适宜的水氮配置,年均产量水平维持在8.5 t·hm ^-2左右。
关键词： 水肥耦合类型;量化方法;冬小麦;华北平原;水氮配置

Abstract

【Objective】 A novel method for distinguishing quantitatively irrigation and fertilizer coupling types was introduced, and basing on this method, irrigation and nitrogen combination in winter wheat on North China Plain was to be optimized. The aim of the study was to have a greater understanding of coupling effect of water and fertilizer, and to provide theoretical and practical basis for promoting water and fertilizer synergetic management in crop production. 【Method】 The results showed that the difference between the true value and the theoretical value of crop relative yield was statistically significant (P＜0.05) or not was considered as the critical criterion for distinguishing the coupling type of a specific water-fertilizer combination. The two-factor split plot experiment was persistently carried out in the North China Plain in Hebei province during ten successive winter wheat growing seasons (2016-2016). In this experiment, the two irrigation treatments were the main plots, irrigation one time (75 mm in jointing stage, W₁) and two times (75 mm in jointing and flowering stage respectively, W₂) during wheat growing season, and five N rates were the subplots, consisting of 0 (N₀), 60 (N₆₀), 120 (N₁₂₀), 180 (N₁₈₀), and 240 (N₂₄₀) kg·hm ^-2, respectively. The coupling types of different water-nitrogen combinations and their inter-annual variation characteristics were explored to determine the optimized water-nitrogen combination in winter wheat growing seasons.【Result】 When the true value of the crop relative yield of a water-fertilizer combination was statistically higher than its theoretical value, the water and fertilizer coupling type of this combination was “synergism” (water and fertilizer promote mutually). When the true value was significantly smaller than the theoretical value, the water and fertilizer coupling type was “antagonism” (water and fertilizer restrict mutually). When there was no significant difference between the true value and the theoretical value, the water and fertilizer coupling type of the combination was “additivity” (water and fertilizer no interaction). The water-nitrogen coupling type and inter-annual variation characteristics of the W₂Nx combinations in winter wheat were significantly affected by nitrogen application rate. Generally, the water-nitrogen coupling type of W₂N₆₀ was antagonism basing on the average yield of winter wheat in the 10 years. To be specific, for the W₂N₆₀, water and nitrogen antagonized mutually in the first two experimental years, in the 3rd year the relationship between water and nitrogen changed into collaboration until the 5th experimental year, and the water-nitrogen coupling type of the combination was antagonism in the 6th to 10th year. The water-nitrogen coupling type of W₂N₁₂₀ was additivity in the 1st to 4th year, and then turned into synergism in the 5th to 10th experimental year. The coupling type of W₂N₁₈₀ and W₂N₂₄₀, in which nitrogen application exceed 120 kg·hm ^-2, was additivity in each year in the experiment. 【Conclusion】 It is of great feasibility to identify quantitatively the coupling type of a specific water and fertilizer combination based on the significance of the difference between the actual value and the theoretical value of the crop relative yield. Under the combination of W₂N₁₂₀, water and nitrogen promoted yield increase synergistically for a long time. Therefore, maintaining the annual grain yield of 8.5 t·hm ^-2 or so, W₂N₁₂₀ should be recommended as an optimal combination of water and nitrogen for winter wheat in the northern part of the Huang-Huai Plain over a certain period of time.

Keywords：water and fertilizer coupling type;quantization method;winter wheat;North China Plain;water and nitrogen combination

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本文引用格式
张经廷, 吕丽华, 张丽华, 董志强, 姚艳荣, 姚海坡, 申海平, 贾秀领. 作物水肥耦合类型量化方法在华北冬小麦水氮配置中的应用[J]. 中国农业科学, 2019, 52(17): 2997-3007 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.008
ZHANG JingTing, Lü LiHua, ZHANG LiHua, DONG ZhiQiang, YAO YanRong, YAO HaiPo, SHEN HaiPing, JIA XiuLing. A Novel Method for Quantitating Water and Fertilizer Coupling Types and Its Application in Optimizing Water and Nitrogen Combination in Winter Wheat in the North China Plain[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2019, 52(17): 2997-3007 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.17.008

0 引言

【研究意义】水和肥是农田生态系统中人为调控最为密集、重视度最高的两大限制因子,对作物的生长发育、产量形成及品质都至关重要^[1]。水肥存在明显的耦合效应^[2,3],水分是养分运输的介质,水分适宜可促进肥料的转化和吸收,提高肥料利用率,干旱则限制作物对肥的吸收^[4,5];许多研究也证实适量施肥可有效调节水分利用过程,提高水分利用效率^[6,7]。根据水肥对作物生长发育效应的不同,水肥耦合可分为三种具体类型,即加和效应（水氮互不影响）、协同效应（水肥互相促进）和拮抗效应（水肥互相限制）^[8]。作物生长过程中,水肥配置优化可充分发挥水肥耦合协同效应,提高水肥利用效率,避免产生资源浪费和生态环境问题^[9,10,11]。华北平原是我国冬小麦的优质高产区,但生产中灌溉施肥过量,水氮配置不合理,水氮利用率低等现象普遍存在,由此引发了地下水超采、农业面源污染加剧等系列生态和环境问题^[12,13,14]。因此,创新水肥耦合类型定量评定方法,并据此在华北冬小麦生产中指导组配耦合类型为协同的水氮组合,对推进作物水肥耦合研究及提高冬小麦产量和水氮利用效率具有重要的理论与实践意义。【前人研究进展】目前国内外通常通过显著性方差统计来检验水肥交互效应^{[15,16,17,18]},或通过建立水肥回归数学模型根据方程中交互项系数的正负和显著性检验来确定水肥耦合类型的^[19,20,21]。建立数学回归模型具体是指,设立不同水肥梯度形成不同水肥组合,对作物生长发育的特定性状（产量、生物量、光合速率、养分吸收运转等）与灌水量和施肥量进行回归模拟,根据交互项系数的正负和显著性来判定水肥耦合类型。在华北冬小麦生产中,围绕水氮优化配置前人进行了大量研究,研究表明,冬小麦灌水105—150 mm,施氮150—195 kg·hm^-2为同步实现高产及水氮高效利用的最佳运筹和配置范围^{[22,23,24,25]}。【本研究切入点】方差统计法和回归方程模型法都只能从整体上反应试验设定的水肥施用范围内水肥总的耦合效应,而不能对某一特定具体水肥组合的耦合类型进行判定,从而不能据此来组配水肥协同的组合。前人一般都是根据作物产量与水氮利用特性对水氮的响应来进行水肥优化配置的。【拟解决的关键问题】本研究为了实现对某一具体水肥组合耦合类型的判定,提出一种基于作物相对产量的水肥耦合类型的评定方法,并基于此方法对华北冬小麦10年大田定位试验中不同水氮组合的耦合类型及年际转变特征进行定量分析,筛选确定水氮耦合为协同类型的水氮组合,以期丰富作物水氮耦合分析方法,为优化作物节灌施肥制度,推进冬小麦水肥协同丰产高效生产提供理论基础和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2006—2016年在河北省农林科学院粮油作物研究所堤上试验站（E 114°72′,N 37°94′）进行。该区属太行山前平原,为暖温带半温润性季风气候,年均温12.5℃,年均降水量494 mm,日照时数2 711.4 h,无霜期190 d,四季分明。土壤深厚,质地轻壤质,2006年试验开始前0—20 cm土层含有机质15.5 g·kg^-1,全氮0.97 g·kg^-1,全磷2.2 g·kg^-1,碱解氮72.7 mg·kg^-1,有效磷19.5 mg·kg^-1,有效钾91.0 mg·kg^-1。试验区为冬小麦-夏玉米轮作区,秸秆还田。试验期间冬小麦季月降水分布见表1,本文图中试验年度指收获年份。

Table 1
表1
表12006—2016年冬小麦各生长季月降水分布
Table 1Monthly precipitation in 2006-2016 growing seasons (mm)

月份Month	2006-2007	2007-2008	2008-2009	2009-2010	2010-2011	2011-2012	2012-2013	2013-2014	2014-2015	2015-2016
10	0.0	47.0	19.6	3	6.4	13.2	4.1	9.6	9.2	15.5
11	18.2	1.0	0.0	53.4	0.0	32.2	26.4	6.2	4.7	15
12	0.0	2.4	0.0	0.0	3.8	1.1	12.0	0.0	0.0	0.4
1	0.0	0.9	0.0	0.1	0.0	0.0	5.0	0.0	0.6	2.4
2	17.0	0.0	4.1	8.9	13.1	0.0	10.1	5.9	2	13.2
3	34.3	16.5	5.3	14.7	0.0	4.1	0.3	1.0	0.4	0.0
4	13.8	38.4	7.8	12.5	2.2	34.1	24.6	13.9	29.1	12.5
5	42.1	57.2	30.5	14.7	46.0	16.6	12.1	28.2	53.1	16.5
总计Total	125.4	163.4	67.3	107.3	71.5	101.3	94.6	64.8	99.1	75.5

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采用二因子裂区设计,小区面积25.92 m²（4.8 m×5.4 m）。以灌水处理为主区,设冬小麦拔节期灌1水（W₁）和拔节期、开花期各灌1水（W₂）两个处理,每次灌水量约为75 mm,灌溉方式为塑料软管小区畦灌。以施氮水平为副区,设置5个施氮水平,纯氮（N）量分别为0、60、120、180、240 kg·hm^-2。氮肥（尿素,含N 46.4%）50%做基肥于播前撒施后旋耕施入,50%在拔节期撒施后灌水。磷肥（重过磷酸钙,含P₂O₅ 43%）和钾肥（氯化钾,含K₂O 60%）用量分别为P₂O₅ 165 kg·hm^-2和K₂O 105 kg·hm^-2,均做基肥一次性施入。冬小麦收获后,硬茬免耕播种夏玉米,夏玉米季无灌水处理,施肥处理与小麦季相同。冬小麦品种为当年试验区主推品种,播种密度为3.75×10⁶株/hm²,因播期及品种千粒重存在年度差异,各年度的播种量也不同,一般在185—220 kg·hm^-2之间,播种期为10月10—20日,收获期为次年6月5—15日。按当地生产习惯进行田间管理。

1.2 测定指标与计算方法

1.2.1 籽粒产量（Yield, Y）生理成熟后小区联合收割机收获,烘干法测定水分,折算为含水量13%的标准产量。

1.2.2 相对产量（Relative yield, RY）

2水条件下某一施氮水平（W₂N_x）的相对产量可分为真实相对产量（Actual relative yield, ARY）和理论相对产量（Theoretical relative yield, TRY）,分别用以下公式计算：

(1) ARY(W₂N_x) =Y(W₂N_x)/Y(W₁N_x-1)

(2) TRY(W₂N_x)= RY(W₂N_x﹕W)×RY(W₂N_x﹕N)

(3) 其中, RY(W₂N_x﹕W)=Y(W₂N_x)/Y(W₁N_x)

(4) RY(W₂N_x﹕N)=Y(W₁N_x)/Y(W₁N_x-1)

本研究中N₀、N₆₀、N₁₂₀、N₁₈₀和N₂₄₀分别依次用N₀、N₁、N₂、N₃和N₄来代表,RY(W₁N₀)定为1。

1.2.3 施氮增产率（Yield increase derived from N-fertilizer,YI﹕N,%）

(5) 1水条件下YI﹕N_W1=[Y(W₁N_x)-Y(W₁N_x-1)]/Y(W₁N_x-1)×100

(6) 2水条件下YI﹕N_W2=[Y(W₂N_x)-Y(W₂N_x-1)]/Y(W₂N_x-1) ×100

1.2.4 灌水增产率（Yield increase derived from irrigation,YI﹕W,%）

(7) 某一施氮水平YI﹕W_Nx=[Y(W₂N_x)-Y(W₁N_x)]/Y(W₁N_x)×100

2 结果

2.1 基于相对产量的水肥耦合类型量化评定方法

某个特定水肥组合耦合类型的评定,需要有另外3个水肥组合作参照。比如,水肥组合W_HF_H耦合类型的评定,需要另外设置W_LF_L、W_LF_H和W_HF_L3个水肥参照组合（W、F分别代表水和肥;L、H分别代表低量和高量）。根据W_HF_H相对产量真实值与理论值大小的显著性检验来评定其水肥耦合类型。W_HF_H相对产量的真实值是其产量与W_LF_L产量的比值,W_HF_H相对产量的理论值是W_LF_H相对产量真实值与W_HF_L相对产量真实值的乘积。W_LF_H和W_HF_L的相对产量真实值分别为其产量与W_LF_L产量的比值。如果W_HF_H相对产量真实值经统计分析（T检验）显著高于其理论值,此水肥组合的水肥耦合类型即为“协同”;如果真实值显著小于理论值,水肥耦合类型即为“拮抗”;如果真实值与理论值没有显著差异,水肥耦合类型即为“加和”。

2.2 基于10年大田定位试验的冬小麦不同水氮组合耦合类型及其对施氮量的响应

基于2006—2016年10年大田定位试验不同水氮组合冬小麦的平均产量,根据相对产量的真实值与其理论值差异显著性标准对其水氮耦合类型进行定量评定,结果如表2所示。冬小麦不同水氮组合耦合类型受施氮水平的影响较大,W₂N₆₀相对产量真实值显著小于其理论值（0.05水平上）,水氮耦合类型为“拮抗”;W₂N₁₂₀相对产量真实值显著大于其理论值,耦合类型为“协同”;W₂N₁₈₀与W₂N₂₄₀相对产量真实值与其理论值没有显著性差异,耦合类型均为“加和”。

Table 2
Table 2Water nitrogen coupling types of different water and nitrogen combinations in winter wheat basing on a 10-year located field experiment

施氮¹⁾ 水平 N rate	10年平均产量 Average yield of 10 years, Y (kg·hm^-2)		W₂N_x的相对产量 Relative yield in W₂N_x, RY (W₂N_x)					W₂N_x水氮耦合类型⁶⁾ Water nitrogen coupling type in W₂N_x	氮增产率 Yield increase derived from N-fertilizer (%)		水增产率 Yield increase derived from irrigation (%)	水氮互作 Water nitrogen interaction
施氮¹⁾ 水平 N rate	1水 W₁	2水 W₂	氮¹⁾ Nitrogen (N)	水²⁾ Water (W)	真实值³⁾ Actual value	理论值⁴⁾ Theoretical value	真实值与理论值差异性⁵⁾ Significance of variance	W₂N_x水氮耦合类型⁶⁾ Water nitrogen coupling type in W₂N_x	1水 W₁	2水 W₂	水增产率 Yield increase derived from irrigation (%)	水氮互作 Water nitrogen interaction
N₀(N₀)	3555.6	3750.5	1.00	1.05							5.48
N₁(N₆₀)	6573.6	6542.9	1.85	1.00	1.84	1.95	*	Ant	84.88	74.45	-0.47	增水限氮,增氮限水 Restrict mutually
N₂(N₁₂₀)	7252.9	8427.6	1.10	1.16	1.28	1.10	*	Syn	10.34	28.80	16.19	增水促氮,增氮促水 Promote mutually
N₃(N₁₈₀)	7350.2	8612.9	1.01	1.17	1.19	1.18	no	Add	1.34	2.20	17.18	no	no
N₄(N₂₄₀)	7369.2	8460.1	1.00	1.15	1.15	1.17	no	Add	0.26	-1.77	14.80	no	no

¹⁾ RY(W₂N_x:N)=Y(W₁N_x)/Y(W₁N_x-1) ①, ²⁾ RY(W₂N_x:W)=Y(W₂N_x)/Y(W₁N_x) ②, ³⁾ ARY(W₂N_x)=Y(W₂N_x)/Y(W₁N_x-1) ③, ⁴⁾TRY(W₂N_x)= RY(W₂N_x:N)× RY (W₂N_x-1:W) ④, 其中, RY(N₀:N)定义为1
⁵⁾ *表示相对产量的实际值与理论值经T-检验在0.05水平上有显著性差异,no 表示没有显著差异。⁶⁾水氮耦合类型Ant、Syn、Add分别表示拮抗、协同、加和 ⁵⁾ * means the true value of relative yield was significant difference from its theoretical value at 0.05 level by T-test, and “no” means no significant difference. ⁶⁾ “Ant”, “Syn” and “Add” represent antagonism, synergism and additivity, respectively

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从水氮互作角度分析,春灌1水条件（W₁）下,从不施氮（N₀）增加到N₆₀冬小麦产量增加84.88%,而春灌2水条件（W₂）下,施氮从N₀增加到N₆₀增产74.45%,增加灌水限制了施氮的增产效果,即“增水限氮”;N₀条件下,灌水从W₁水增加到W₂灌水增产率为5.48%,而N₆₀条件下,灌水增产率仅为-0.47%,增加施氮（从N₀增加到N₆₀）限制了增加灌水的增产效应,即“增氮限水”,因此,W₂N₆₀水氮互作为“增水限氮、增氮限水”。同理,W₂N₁₂₀在W₁条件下N₆₀增加到N₁₂₀的氮增产率为10.34%,而W₂条件下N₆₀增加到N₁₂₀的氮增产率高达28.80%,说明增加灌水促进了施氮的增产效果,即“增水促氮”;N₆₀条件下,W₁增加到W₂的灌水增产率为-0.47%,而增加施氮到N₁₂₀水平,灌水增产率增至16.19%,说明增加施氮促进了增加灌水的增产效应,即“增氮促水”,因此,W₂N₁₂₀水氮互作为“增水促氮、增氮促水”。对于W₂N₁₈₀组合,W₁和W₂条件下施氮从N₁₂₀进一步增加到N₁₈₀增产率依次为1.34%和2.20%,两者没有显著性差异,说明增加灌水不影响增施氮的增产效应;同样,N₁₂₀与N₁₈₀水平的灌水增产率也没有显著性差异,说明增加施氮不影响增加灌水的增产效应,所以,W₂N₁₈₀水氮之间没有互作。同理可分析W₂N₂₄₀水氮之间也没有互作。

2.3 冬小麦不同水氮组合施氮增产率与灌水增产率的年际变化特征

W₁和W₂两种水分条件下冬小麦从不施氮（N₀）到施氮60 kg·hm^-2（N₆₀）施氮增产率随定位年限的增加均呈“缓升-陡增-振荡平衡”的趋势,定位前3年施氮增产率增加缓慢,第4年陡增至60%以上,之后随年限增加呈锯齿形振荡。灌水对N₀到N₆₀的施氮增产率的影响为：前两年增加灌水限制了施氮的增产作用,W₁条件下施氮增产率显著高于W₂;定位第3—5年增加灌水又促进了氮肥增产作用,W₂的施氮增产率显著高于W₁;定位第6—10年增加灌水又转为限制氮肥增产作用,除了第7年W₁与W₂的施氮增产率无显著差异外,其余4年W₂都显著高于W₁（图1）。

图1

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图1冬小麦不同水氮组合递次施氮增产率的年际变化特征

* 表示相对产量的实际值与理论值经T-检验在0.05水平上有显著性差异。下同
Fig. 1Inter-annual variation characteristics of yield increase ratio derived from added N-fertilizer in different water nitrogen combinations in winter wheat

* Means the true value of relative yield was significant difference from its theoretical value at 0.05 level by T-test. The same as below

两种水分条件下,施氮从N₆₀增加到N₁₂₀的施氮增产率的年际变化特征为：前3年增加施氮没有增产效果,从第4年起增加施氮增产显著,但施氮增产率的年际变化极大,最高为2012年W₂条件下的50.42%,最低为2013年W₁的1.14%。定位前4年W₁与W₂的施氮增产率没有显著差异,增加灌水对施氮增产效应没有影响;第5—10年W₂的施氮增产率均显著高于W₁,增加灌水对施氮增产效应有显著促进作用（图1）。

本试验结果表明,施氮从N₁₂₀增加到N₁₈₀以及从N₁₈₀增加到N₂₄₀增加施氮已没有增产效果,甚至个别年份增加施氮降低产量;增加灌水对施氮增产率也没有显著影响（图1）。

N₀和N₆₀条件下定位前5年增加灌水有一定的增产作用,灌水增产率为正值;第6—10年灌水增产率接近于0,甚至有些年份出现负值,说明随着定位年限的延长灌水增产作用逐渐丧失,甚至会减产。施氮达到N₁₂₀后灌水增产率呈“先小-后增-再降”的变化趋势。在定位前2年灌水增产率较小,第3年陡增至一定程度后在高值随年际震荡变化3年,第6年灌水增产率下降到一定值后趋于稳定。

递次增加施氮对灌水增产率也有影响。N₆₀的灌水增产率在定位前2年显著低于N₀处理,第3—5年转为显著高于N₀,第6—10年又变为显著低于N₀,表明从N₀增加施氮到N₆₀对灌水增产率影响的年际转变频繁。N₁₂₀的灌水增产率与N₆₀相比,定位前4年两者没有显著差异,说明施氮从N₆₀ 增加至N₁₂₀灌水增产率未受影响;第5—10年N₁₂₀的灌水增产率都显著高于N₆₀,说明从N₆₀ 增加施氮至N₁₂₀显著促进了灌水的增产效应。N₁₂₀与N₁₈₀、N₁₈₀与N₂₄₀各年度的灌水增产率相比整体上均没有显著差异,说明施氮从N₁₂₀增加至N₁₈₀、从N₁₈₀增加至N₂₄₀,灌水增产效应都没有受到影响（图2）。可见,本试验条件下施氮超过120 kg·hm^-2后进一步增加施氮对灌水效应不会产生显著影响。

图2

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图2冬小麦递次施氮对灌水增产率及其年际变化特征的影响

Fig. 2Effect of N-fertilizer increase homogeneity on yield increase ratio derived from added irrigation and its inter-annual variation in winter wheat

2.4 冬小麦不同水氮组合的相对产量真实值与理论值及耦合类型年际变化特征

冬小麦不同水氮组合的耦合类型及其年际变化特征不同。水氮组合W₂N₆₀相对产量的真实值在定位前两年显著低于其理论值,水氮耦合类型为“拮抗”;定位第3—5年相对产量真实值显著高于其理论值,水氮耦合类型转为“协同”;定位第6—10年真实值显著低于理论值,水氮耦合类型又转为“拮抗”。所以,W₂N₆₀水氮耦合类型的年际变化特征为“拮抗-协同-拮抗”。

定位前4年水氮组合W₂N₁₂₀相对产量的真实值与理论值没有显著差异,水氮耦合类型为“加和”;定位第5—10年相对产量的真实值显著大于理论值,水氮耦合类型为“协同”。所以,W₂N₁₂₀水氮耦合类型的年际变化特征为“加和-协同”。

水氮组合W₂N₁₈₀和W₂N₂₄₀相对产量的真实值与理论值在定位10年中均没有显著差异,说明水氮独立发挥作用,没有互作,水氮耦合类型为“加和”（图3）。

图3

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图3冬小麦不同水氮组合相对产量真实值及其理论值年际变化特征

Fig. 3Inter-annual variation characteristics of true valve and theoretical value of winter wheat relative yield in different water nitrogen combinations

3 讨论

3.1 作物水肥耦合类型的定量判定

作物产量的形成是作物本身的遗传特性和生理机能的内在因素以及光、热、水、土、肥等外在环境因素综合作用的结果。但在一定条件下,这些因素中,水和肥是最易被人为调控。作物吸收水和肥是两个独立的过程,但是水和肥对作物生长的影响却是紧密联系的。在农田系统中,水和肥之间,各种肥之间,作物与水肥之间的相互制衡的动态平衡关系,以及这些相互作用对作物生长发育和产量形成的影响称为作物的水肥耦合效应^[26]。作物水肥耦合效应可分为“加和”“协同”“拮抗”3种类型。目前国内外通常采用设立水肥组合建立回归数学模型,检验水肥交互项系数大小和显著性来判定水肥耦合类型,若交互项系数为正值且达到显著水平,则说明水肥表现正交互效应,耦合类型为“协同”;若交互项系数为负值且显著,水肥为负交互效应,水肥耦合类型为“拮抗”;若交互项系数不显著则水肥耦合类型为“加和”。这种方法虽能从整体上判定在试验设定的水肥施用范围内的水肥耦合类型,但不能对某一特定具体水肥组合的耦合类型进行判定。本研究提出了一种基于作物相对产量的评定某具体水肥组合耦合类型的新方法。该方法通过设立水肥基础组合（W_LF_L）、增水组合（W_HF_L）、增肥组合（W_LF_H）来评定水肥同增组合（W_HF_H）的耦合类型。为了便于标准化统一处理引入相对产量的概念,W_HF_L、W_LF_H和 W_HF_H的相对产量（真实值）为各自的实际经济产量与W_LF_L的经济产量的比值。W_HF_H相对产量的理论值为W_HF_L的相对产量与W_LF_H的相对产量的乘积,意思是水肥同时增加（W_HF_H）后的产量结果理论上应该为单独增水（W_HF_L）与单独增肥（W_LF_H）两组合的叠加综合效应。通过检验W_HF_H作物相对产量真实值与理论值的大小及差异显著性即可评定其耦合类型：若相对产量的真实值显著大于理论值,水肥耦合为“协同”;真实值显著小于理论值为“拮抗”;两者没有显著性差异则为“加和”。通过在10年大田水氮定位试验中的应用,证明该方法具有较强的可行性和适用性。

3.2 冬小麦生育期降水对灌水增产效应的影响

作物生育期内的有效降水与灌水对作物的生长具有等效性,灌水增产率与生育期降水量负相关。本研究中冬小麦不同生育期降水量显著不同（表1）,不同水氮组合的灌水增产率也存在显著年际差异（图2）。灌水增产效应除受降水量制约外,与生育期降水分布也密切相关。本试验中,2008—2009与2010—2011年冬小麦季生育期降水量比常年偏少30%以上,属严重干旱年型,这两年灌水增产效果极其显著,灌水增产率显著大于其他年份;2013—2014年生育期降水量同样显著低于常年（比常年少35%）,但65%的降水都分布在冬小麦需水关键期的4、5月份,导致灌水增产率显著低于2008—2009与2010—2011两个年度。

3.3 冬小麦水氮耦合类型的年际转变

冬小麦不同生育期降水情景显著不同,随着定位年限的增加不同施氮水平的地力状况也发生了不同程度的改变,因此,不同水氮组合的耦合类型势必会表现出不同的年际变化特征。本研究表明,W₂N₆₀组合水氮耦合类型随定位年限的增加呈现“拮抗-协同-拮抗”的变化特征,W₂N₁₂₀的年际变化特征为“加和-协同”,W₂N₁₈₀和W₂N₂₄₀各年度水氮耦合类型均为“加和”。相同的灌水条件下不同水氮组合的耦合类型及其年际变化特征可能与土壤供氮与作物吸氮的供需动态平衡有关。由于基础肥力较高,试验前期不施氮就能达到与施氮处理相当的产量水平,施氮反而限制了灌水的增产效应,水氮拮抗;随着年限的增加,当施氮60 kg·hm^-2（N₆₀）加上土壤固有氮素恰能满足作物氮素需求时,水氮由“拮抗”转为“协同”;随着定位年限的进一步增加,N₆₀处理由于氮肥输入远小于作物氮素携出土壤氮素长期入不敷出,当土壤氮素供应不能满足作物需求时,水氮从“协同”又转为“拮抗”。本试验条件下,N₁₂₀可能是土壤供氮和作物需氮的平衡点,在前期土壤基础氮素含量较高时水氮“加和”,随着定位年限的增加N₆₀处理土壤供氮不能满足作物需求产量降低时,W₂N₁₂₀水氮耦合就由“加和”转为“协同”;由于N₁₂₀氮素供应基本能满足作物氮素需求,可维持高产水平, 因此进一步增加施氮至N₁₈₀或N₂₄₀ 无益于水氮协同增产,W₂N₁₈₀和W₂N₂₄₀水氮耦合类型在定位10年范围内均为“加和”。

3.4 冬小麦季适宜的水氮配置

冬小麦拔节至开花期既是耗水最多的时期,又是需水的生理生态临界,该时期水分的有效供给对保障产量和较高的水分利用率至关重要^[27]。而黄淮北部冬小麦拔节至开花期降水远不能满足该时期冬小麦的水分需求,拔节至开花期灌溉补水就成为保证冬小麦产量和水分利用率协同提高的必要途径^[28,29],春灌拔节和开花两水（W₂）现已普及为该区的优化灌溉模式。如果估算土壤氮平衡仅考虑氮肥输入和作物籽粒氮携出,冬小麦季施氮120 kg·hm^-2（N₁₂₀）时籽粒氮携出量高于施氮输入量,土壤氮素表观亏缺^[14],但在此施氮水平下冬小麦氮营养来源中当季施入化肥氮仅占50%左右^[30],因此这种土壤氮素表观亏缺可能造成的氮素供应不足可由其他氮素来源和技术途径有效补偿：一是土壤氮时空补偿, 研究证实深根冬小麦可以把前茬残留氮^[31]和土壤深层氮^[32]作为其氮营养来源的重要组成部分;二是环境氮高值补偿,近年来受农田施氮不合理及畜禽粪便管理不当等农业源和工业、交通等非农业源活性氮排放增大的影响,我国农业生态系统氮沉降平均从1980年的13.2 kg·hm^-2增至2010年的21.1 kg·hm^-2,其中人口密集和农业集约化程度高的华北平原是高沉降通量区^[33,34],大气沉降氮已成为土壤氮库的一个重要补充。三是农艺增效补偿,研究表明,在氮肥适当减施条件下,增加种植密度^[35]和优选氮高效品种^[36]可显著增加冬小麦的氮素吸收效率和利用效率,获得与高氮投入相同水平的籽粒产量。本研究表明,W₁与W₂条件下,N₁₂₀处理冬小麦10年平均产量与N₁₈₀和N₂₄₀均没有显著性差异,因此,冬小麦施氮120 kg·hm^-2（N₁₂₀）在相当一段年限内可作为该区优化施氮量,但该施氮水平下的土壤氮肥力变化趋势需持续监测。本研究中不同水氮组合耦合类型的年际变化特征表明,W₂N₁₂₀水氮耦合类型逐渐由“加和”转变为“协同”,水氮对冬小麦的增产效应表现为相互促进,协同提高。综上,水氮组合W₂N₁₂₀在一定年限内可推荐为华北平原北部冬小麦生产中适宜的水氮配置,多年平均产量维持在8.5 t·hm^-2左右。

4 结论

根据作物相对产量真实值与理论值差异的显著性检验可有效判定某一具体水肥组合的耦合类型。华北地区冬小麦生产中, 水氮组合W₂N₆₀耦合类型的年际转换特征为“拮抗-协同-拮抗”,W₂N₁₂₀为“加和-协同”,W₂N₁₈₀和W₂N₂₄₀各年度水氮耦合类型均为“加和”。水氮组合W₂N₁₂₀可充分发挥“增水促氮,增氮促水”水氮协同的增产效应,在一定年限内可作为黄淮北部冬小麦季适宜的水氮配置,多年平均产量可维持在8.5 t·hm^-2左右。

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通过田间裂区试验，研究了不同灌水量（900、 1200和1500 m3/hm2）和施氮量（0、 150、 210和270 kg/hm2）对夏玉米生长状况、产量构成及水、氮利用效率等的影响。结果表明:  当灌水量超过最低量 900 m3/hm2、施氮量超过150 kg/hm2时，二者对玉米产量、产量构成因素（穗粒数、百粒重及穗粒重）和收获指数（HI）以及各生育期干物质积累量等均没有明显影响; 氮肥农学效率和氮肥偏生产力随氮肥用量的增加呈明显降低趋势; 灌水生产效率和水分利用效率随灌水量的增加也显著降低，二者均表现为900 m3/hm2>1200 m3/hm2>1500 m3/hm2。因此，在本试验条件下，以W900N150处理的水、氮利用效率、产量及其构成因素等较高，并且对环境造成潜在危害最小，为当地地域气候条件下夏玉米生产中节水减氮的较为适宜的水氮配比。

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目的 针对土壤水分、氮肥供应不足以及玉米早衰、种植密度不合理等严重制约绿洲灌区玉米的生产问题,通过研究不同水氮配比及种植密度对玉米光合作用、干物质积累特征和产量的影响,以期为该区玉米高产、稳产提供技术支撑。方法 2016—2017年,于河西绿洲灌区进行大田试验,以先玉335为参试品种,采用裂裂区设计,灌水水平（W1：4 050 m 3·hm -2,W2：3 720 m 3·hm -2）做主区,施氮水平（不施氮N0：0,低施氮N1：300 kg·hm -2,高施氮N2：450 kg·hm -2）为裂区,种植密度（低密度D1：75 000株/hm 2,中密度D2：97 500株/hm 2,高密度D3：120 000 株/hm 2）为裂裂区,测定光合速率、干物质积累量和产量等指标。 结果 施氮量、种植密度对玉米全生育期净光合速率、干物质最大增长速率及其出现天数、干物质积累量、产量、WUE和氮肥利用率有显著影响。水肥耦合可增强玉米密植条件下的光合作用,提高干物质最大增长速率,提前干物质最大增长速率出现的天数,增大干物质积累量和产量。在减量20%灌水和高施氮水平下,中密度处理的全生育期净光合速率较低密度和高密度分别提高17.31%和11.43%;高密度和中密度处理的干物质最大增长速率及最大增长速率出现天数较低密度处理分别提高21.07%、7.52%和提前6.7 d、4.1 d;高密度处理的干物质积累量较中密度、低密度分别提高4.27%和10.59%,中密度处理的产量、水分利用效率和氮肥利用率较低密度、高密度处理分别提高24.2%、11.4%、29.9%和29.2%、18.4%、13.8%。在减量20%灌水条件下,中密度高施氮处理的全生育期净光合速率、干物质积累量和产量分别较中施氮、不施氮分别提高7.34%、11.63%、14.63%和49.54%、44.53%、69.03%;高密度高施氮处理的干物质最大增长速率及最大增长速率出现天数较中施氮、不施氮分别提高19.07%、54.35%和提前3.9 d、6.8 d;同等密度高施氮处理的氮肥利用率较低施氮处理提高24.5%。综上,减量20%灌水与高施氮耦合主要通过提高密植玉米的光合作用和干物质积累速率,延长干物质积累的持续时间,提高WUE和氮肥利用率,从而对干物质积累量和产量产生调控作用。结论 在绿洲灌区,采用水肥耦合（生育期减量20%灌水（3 720 m 3·hm -2）、施氮量450 kg·hm -2、中密度97 500株/hm 2）的最优栽培模式,可为进一步发掘密植条件下玉米高产、高效栽培提供技术指导。

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在封丘农田生态系统国家试验站, 通过多组水肥组合试验, 研究了冬小麦-夏玉米轮作下, 水、肥对作物产量、硝态氮在土壤剖面中的分布特征及其淋失风险的影响。结果表明, 适宜灌溉情况下, 氮磷配施是提高作物产量的关键, 氮钾配施与磷钾配施增产效果不明显。统计结果表明, 各因素对小麦产量影响次序依次为氮肥≥磷肥＞灌溉＞钾肥, 对玉米产量的影响次序为氮肥＞磷肥＞钾肥＞灌溉, 只有氮磷对作物产量的影响达到统计学上的显著性差异。随着施氮量和灌溉量的增加, 硝态氮累积峰峰值增加, 峰厚度加厚, 出现位置加深, 且根区外硝态氮含量亦显著增加, 极大地提高了硝态氮的淋失风险。适宜氮肥用量与适宜灌溉是减轻硝态氮淋失风险的关键, 氮磷配施可有效降低深层土壤硝态氮累积。研究区域适宜氮肥用量为每年400 kg(N)?hm-2,适宜磷肥用量为每年225 kg( P2O5)?hm-2, 一般降雨年型全年灌溉量以280 mm 左右为宜。

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马伯威, 王红光, 李东晓, 李瑞奇, 李雁鸣 . 水氮运筹模式对冬小麦产量和水氮生产效率的影响
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DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.19.012 Magsci [本文引用: 1]

【目的】水肥是作物产量的两大限制因子。当前在作物生产中对水氮资源利用不够合理，不仅浪费水资源，而且严重威胁环境。为了探讨华北山前平原冬小麦-夏玉米轮作体系合理的水氮配合措施，在5年水氮定位试验基础上对周年轮作体系产量、氮吸收与利用状况进行了分析。【方法】试验为冬小麦夏玉米周年轮作种植，设置水、氮两因子，裂区试验设计，水分为主区，施氮量为副区。水分设置限水和适水两个处理，根据华北山前平原冬小麦夏玉米灌溉制度，冬小麦限水和适水下灌水次数分别为1水（拔节期）和2水（拔节+开花水），夏玉米限水和适水下灌水次数根据不同年型降水量而定（1水为播前水，2水为播前水+12展叶水，3水为播前水+12展叶水+开花水）。周年设置6个施氮水平，小麦+玉米氮肥用量分别为（0+0）、（60+60）、（120+120）、（180+180）、（240+240）、（300+300）kg·hm-2。【结果】在供水量较高和较适宜的条件下（年供水量大于609.5 mm），水分不是氮肥肥效发挥的限制因素，氮肥对产量的贡献较大；而供水量较低的条件下，肥效受较大抑制，供水对产量贡献较大。供水量和施氮量有明显的耦合效应，限水和适水下得到最高产量的施氮量冬小麦分别为134.8和126.4 kg·hm-2、夏玉米分别为176.8和127.2 kg·hm-2。限水和适水下单季施氮量分别为300和240 kg·hm-2时，地上部总氮量达较高值，但限水和适水下夏玉米和限水下冬小麦氮量超过60 kg·hm-2、适水下冬小麦施氮量超过120 kg·hm-2时，秸秆残留氮素明显增加，对籽粒氮的贡献变小。氮肥偏生产力随施氮量增加而降低，且随年度推移氮肥偏生产力明显降低，尤其是小麦季施氮量60 kg·hm-2处理随年份增加降低尤为迅速。在本试验条件下周年施氮量限水240 kg·hm-2、适水120 kg·hm-2就能保持土壤有机质和全氮含量不降低。【结论】限水条件下水是限制氮肥肥效发挥的主要因素，通过改善水分条件可更有效的提高氮肥肥效，因此在干旱年型应降低施氮量。中高产田冬小麦-夏玉米轮作体系限水和适水下得到最高产量的施氮量分别为311.6和253.6 kg·hm-2，此时最佳产量可分别达16 127.5和17 272.9 kg·hm-2。

LYU L

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. Effect of water and nitrogen on yield and nitrogen utilization of winter wheat and summer maize
Scientia Agricultura Sinica, 2014,47(19):3839-3849. (in Chinese)

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.19.012 Magsci [本文引用: 1]

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中国农业科学, 2009,42(4):1306-1315.

Magsci [本文引用: 1]

【目的】研究高产条件下灌水时期和灌水量对小麦的耗水特性和籽粒蛋白质组分含量的影响，为小麦节水高产优质栽培提供理论依据。【方法】设置不同灌水时期和灌水量的处理，采用反相高效液相色谱（RP-HPLC）分析方法对籽粒蛋白质进行分离量化，研究不同水分处理对小麦耗水量、水分利用率、籽粒产量、籽粒品质和籽粒蛋白质组分含量的影响。【结果】随着灌水量的增加，灌水量占农田耗水量的百分率提高，降水量和土壤贮水消耗量占农田耗水量的百分率降低。减少灌水量，促进小麦对土壤贮水的利用，提高小麦在0～100 cm各土层的土壤耗水量。降低农田耗水量、提高水分利用率是实现节水高产栽培的有效途径。拔节期和开花期分别灌水60 mm的处理在两年度生长季均获得了最高的水分利用率;在2004－2005年生长季W1处理的籽粒产量与W2无显著差异，但显著高于W0处理;在2005－2006年生长季W'2处理的籽粒产量与W'3无显著差异，但显著高于W'0、W'1处理。水分对小麦籽粒蛋白质组分含量具有重要的调控作用。在2004－2005年生长季，与W2处理相比，W1处理的籽粒醇溶蛋白含量降低，HMW-GS含量和谷蛋白含量升高，籽粒蛋白质含量和湿面筋含量升高，面团形成时间和面团稳定时间延长，有利于强筋小麦济麦20籽粒品质的改善。在2005－2006年生长季，随灌水量增加，籽粒HMW-GS含量、谷蛋白含量有先升高后降低的趋势，以W'2处理最高，与籽粒蛋白质含量、面团形成时间和面团稳定时间的变化趋势一致。【结论】本试验条件下，拔节期和开花期分别灌水60 mm是兼顾节水、高产、优质的最优处理。

CHU P

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. Effects of irrigation stage and amount on water consumption characteristics, grain yield and content of protein components of wheat
Scientia Agricultura Sinica, 2009,42(4):1306-1315. (in Chinese)

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张胜全, 方保停, 王志敏, 周顺利, 张英华 . 春灌模式对晚播冬小麦水分利用及产量形成的影响
生态学报, 2009,29(4):2035-2044.

Magsci [本文引用: 1]

为了明确华北严重缺水区晚播冬小麦耗水规律及高产高效灌溉制度，在大田条件下设置不灌水（W0）、1水（W1，拔节水）、2水（W2，拔节水+开花水）、3水（W3，起身水+孕穗水+开花水）和4水（W4，起身水+孕穗水+开花水+灌浆水）等五种春季灌溉模式，研究了不同灌溉模式下晚播冬小麦水分利用特征及产量形成特点。结果表明，在晚播且免浇冬水条件下，春季每增加750m3/hm2的灌溉水量则减少土壤水消耗量约440 m3/hm2，增加小麦总耗水量约230m3/hm2；从播种到拔节，小麦阶段耗水强度低，此生育阶段控制灌溉可显著降低总耗水量；春季第一水推迟至拔节期可提高土壤水消耗量占总耗水量比例至50%，土壤水利用率增加；开花前仅灌一次拔节水可基本满足拔节-开花期耗水需要，其群体库容量与开花前灌起身水+孕穗水模式无显著差异，且由于相对降低了开花期群体叶面积，显著增加了群体粒叶比; 晚播密植条件下，单位面积穗数是群体库容形成的主要贡献因素，在保证大库容建成条件下，灌浆期灌水会降低开花前贮藏物质向籽粒再转运比例，而后期控水可显著提高开花前贮藏物质再转运比例和对库容填充的贡献率，且较高的群体库源比增强了库对源的反馈促进作用，使花后单位叶面积的物质生产能力提高，这可补偿后期水分亏缺对叶片光合生产的不利影响。连续两年试验结果显示，晚播密植条件下，春季灌拔节水和开花水可以实现高产与水分高效利用的统一。

ZHANG S

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. Influence of different spring irrigation treatments on water use and yield formation of late-sowing winter wheat
Acta Ecologica Sinica, 2009,29(4):2035-2044. (in Chinese)

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王家瑞, 刘卫星, 陈雨露, 康娟, 张艳菲, 徐文俊, 侯阁阁, 李华, 王晨阳 . 不同灌水模式对冬小麦产量及水分利用的调控效应
麦类作物学报, 2018,38(10):1229-1236.

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张经廷, 王志敏, 周顺利 . 夏玉米不同施氮水平土壤硝态氮累积及对后茬冬小麦的影响
中国农业科学, 2013,46(6):1182-1190.

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2013.06.011 Magsci [本文引用: 1]

【目的】探讨夏玉米季不同施氮水平土壤硝态氮（NO3--N）累积及对后茬冬小麦的影响，利用作物轮作降低土壤NO3--N累积，减缓其淋洗，以提高氮肥周年利用率。【方法】夏玉米季设置不同施氮量处理，冬小麦采取节水省肥栽培，研究夏玉米收获后土壤剖面累积的NO3--N对冬小麦生长发育、产量及NO3--N累积动态的影响。【结果】夏玉米季施氮量与作物收获后土壤剖面NO3--N累积量，NO3--N累积量与冬小麦的产量都呈极显著线性正相关关系。冬小麦季采取限氮或不施氮处理作物收获后土壤剖面各层NO3--N含量，与夏玉米收获后相比都有显著降低。夏玉米季施氮240 kg•hm-2、冬小麦季施氮157.5 kg•hm-2（N240+157.5）或者冬小麦季不施氮前茬夏玉米季施氮360 kg•hm-2（N360+0）都能满足冬小麦各生育时期对氮的需求，产量、吸氮量和周年氮肥利用率相近且都保持较高的水平，但夏玉米季高施氮处理,当季氮存在很大的淋洗等损失风险。【结论】夏玉米季施入的氮肥对后茬冬小麦有很强的有效性，小麦季采取节水省肥栽培，能显著减少前茬作物收获后残留的NO3--N，减缓其淋洗，同时保障作物产量，提高氮肥利用率。生产中氮肥的合理分配应充分考虑前茬残留氮素对后茬的有效性。

ZHANG J

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Scientia Agricultura Sinica, 2013,46(6):1182-1190. (in Chinese)

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中国环境科学, 2014,34(5):1089-1097.

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利用区域空气质量模式Models-3/CMAQ对我国2010年的氮沉降特征进行了模拟分析.结果表明,2010年我国氮沉降总量约为7.6′ 103Gg,化学组成上以NHx-N(包括NH3、NH4+中的氮)沉降为主,平均占到2/3以上.夏季氮沉降量最高,冬季最低.干沉降为氮沉降的主要途径(约占62%),主要为气态含氮污染物的贡献,湿沉降的氮则主要来自颗粒态的铵盐和硝酸盐.我国氮沉降的空间分布具有东高西低、地区间差异显著的特征,高沉降通量区域主要集中在华北平原、四川盆地、华中的中南部、两广以及东北部分地区.加强对氨排放的管理和控制,同时重视东部沿海的发达地区的氮氧化物排放,对减少氮沉降具有重要意义.

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. Simulation of atmospheric nitrogen deposition in China in 2010
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张娟, 武同华, 代兴龙, 王西芝, 李洪梅, 蒋明洋, 贺明荣 . 种植密度和施氮水平对小麦吸收利用土壤氮素的影响
应用生态学报, 2015,26(6):1727-1734.

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2011—2013小麦季，在大田条件下设置2个氮肥水平(180和240 kg N·hm-2)和3个种植密度(135、270和405万·hm-2)，并将15N尿素分别标记在20、60和100 cm土层处，研究种植密度-施氮互作对小麦吸收、利用土壤氮素及硝态氮残留量的影响.结果表明：种植密度从135万·hm-2增加至405万·hm-2，小麦在20、60和100 cm土层的15N吸收量分别增加1.86、2.28和2.51 kg·hm-2，地上部氮素积累量和吸收效率分别提高12.6%和12.6%，氮素利用效率降低5.4%；施氮量由240 kg N·hm-2降至180 kg N·hm-2，小麦在20、60 cm土层的15N吸收量分别降低4.11和1.21 kg·hm-2，在100 cm土层的15N吸收量增加1.02 kg·hm-2，地上部氮素积累量平均降低13.5%，氮素吸收效率和利用效率分别提高9.4%和12.2%.施氮180 kg N·hm-2+种植密度为405万·hm-2处理与施氮240 kg N·hm-2+种植密度为270或405万·hm-2处理相比，其籽粒产量无显著差异，深层土壤氮素的吸收量显著提高，氮素吸收效率和利用效率分别提高13.4%和11.9%，0～200 cm土层的硝态氮积累量及100～200 cm土层硝态氮分布比例降低.在适当降低氮肥用量条件下,通过增加种植密度可以促进小麦吸收深层土壤氮素，减少土壤氮素残留,并保持较高的产量水平.

ZHANG

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