金修宽, 马茂亭, 赵同科, 安志装, 姜玲玲. 测墒补灌和施氮对冬小麦产量及水分、氮素利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2018, 51(7): 1334-1344 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2018.07.011
JIN XiuKuan, MA MaoTing, ZHAO TongKe, AN ZhiZhuang, JIANG LingLing. Effects of Nitrogen Application on Yield, Water and Nitrogen Use Efficiency of Winter Wheat Under Supplemental Irrigation Based on Measured Soil Moisture Content[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2018, 51(7): 1334-1344 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2018.07.011

0 引言

【研究意义】冬小麦-夏玉米是中国主要的粮食作物,在全国农作物种植面积中分别居第3位和第1位^[1,2]。而黄淮海平原区又是中国冬小麦-夏玉米主产区,对保障国家粮食安全具有重要的战略地位^[3]。施氮和灌水是冬小麦、夏玉米增产增收的重要农业措施。据研究报道^[4,5]中国冬小麦、夏玉米适宜施氮量大致在150—250 kg·hm^-2,而黄淮海平原区冬小麦-夏玉米轮作区施氮量普遍存在过量问题,平均为530 kg·hm^-2,部分地区甚至超过600 kg·hm^-2,远超过农作物吸收量。过量施氮引发土壤氮素盈余增加,氮肥肥效及利用率降低、NO₃^--N淋失,导致氮肥资源浪费严重,污染环境等^[6]问题发生。与此同时中国水资源普遍存在短缺,时空分布不均匀,灌水方式不合理等问题^[7],尤其是黄淮海平原区水资源匮乏严重,在小麦生产中常采用大水漫灌、传统畦灌的灌溉方式,导致灌水过多、水分利用效率低,水资源浪费严重,冬小麦、夏玉米全生育期灌水量分别达到3 000 m³·hm^-2和1 200 m³·hm^-2,更加重了该区域水资源短缺问题。因此,在农业生产中存在过量施氮和水资源匮乏,灌水方式不合理,水、氮供应不协调等问题,要解决该区域上述问题,深入研究该区域水、氮交互对冬小麦产量、水分、氮素利用效率的影响具有重要的现实意义。【前人研究进展】研究表明^[8]水、氮耦合存在阈值效应,阈值为施氮量105 kg·hm^-2,定量灌溉1 500 m³·hm^-2,若低于阈值,则水分利用效率较低,氮肥的增产效应不显著。刘青林等^[9]研究定量灌水与施氮对春小麦生育期耗水规律的影响,结果表明定量灌水327 mm处理的水分利用效率与定量灌水261 mm和196 mm的处理相比,各处理间均无显著性差异,当施氮量增加到221 kg·hm^-2时冬小麦籽粒产量6 365 kg·hm^-2,达到最大值,再增加施氮量到300 kg·hm^-2时籽粒产量增加不显著。武明安等^[10]研究冬小麦越冬期、拔节期各定量灌水75 mm处理,与冬小麦越冬期定量灌水75 mm的处理相比,冬小麦籽粒产量提高19.8%,增产2 068.7 kg·hm^-2。ZHANG等^[11]研究冬小麦拔节期0—60 cm土层土壤含水量为田间持水量的50%—60%、65%—70%时,冬小麦水分利用效率及籽粒产量最高。【本研究切入点】前人研究水、氮处理对冬小麦产量,水、氮利用效率的影响多数在定量灌溉、传统畦灌或大水漫灌的方式下研究,由于定量灌溉、传统畦灌、大水漫灌方式未考虑土壤墒情及降水情况,存在一定的盲目性,水资源浪费问题突出。因而,发展节水灌溉新技术是减少灌水量,提高水分利用效率的重要途径。测墒补灌是近年研究的一种小麦节水灌溉新技术,而依据测墒补灌研究水、氮两因素对冬小麦产量,水、氮利用效率的报道较少。【拟解决的关键问题】在黄淮海平原区典型潮土上设置测墒补灌和施氮两因素试验,通过对冬小麦产量,水、氮利用效率的水氮配合效应研究,以期为该区域推荐适宜的补灌量施氮量组合,为冬小麦节水、节氮、高产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2015—2016年在产粮大县河南省滑县王庄镇（114°30′E,35°35′N）进行田间试验。该区域为典型的冬小麦-夏玉米轮作一年两熟区,具有一定的代表性。供试土壤为中壤质潮土,播种前0—20 cm土层的土壤基础理化性状为：有机质含量13.9 g·kg^-1,全氮1.4 g·kg^-1,碱解氮89.24 mg·kg^-1,速效磷23.14 mg·kg^-1,速效钾109.23 mg·kg^-1。2015年10月降雨量18.4 mm,11月16.2 mm,12月14.4 mm。2016年1—2月降雨量总计21.8 mm,3月降雨量21.4 mm,4月降雨量24.6 mm,5月降雨量41.6 mm,6月降雨量19.6 mm。冬小麦全生育期总降水量为178 mm。该试验区冬小麦全生育期间农民习惯灌水量能达到2 500— 3 000 m³·hm^-2,甚至更多。0—20 cm、20—40 cm土层田间持水量为22.57%、20.73%,土壤容重为1.45、1.48 g·cm^-3。

1.2 试验设计

采用裂区设计,主区为补灌处理,副区为施氮处理,在冬小麦拔节期、开花期依据0—40 cm土层补灌处理的土壤质量含水量进行测墒补灌,补灌至土壤田间持水量的50%（W₁）、60%（W₂）、70%（W₃）、80%（W₄）。由公式（1）^[12]计算出各处理补灌量,补灌量见表1。补灌处理在拔节期、开花期前测墒,以0—40 cm土层的含水量作为基础含水量,根据试验补灌设计计算出补灌量,用潜水泵水表来计量,各小区采用PVC软管漫灌的方式补灌,补灌深度为0—40 cm。副区设4个施氮处理0（N₀）、180 kg·hm^-2（N₁₈₀）、240 kg·hm^-2（N₂₄₀）、300 kg·hm^-2（N₃₀₀）。重复3次,随机区组排列,共计48个小区,各处理间设2 m宽隔离区,小区面积为3 m×6 m=18 m²。
M=10×γ×H×（β_i-β_j） （1）
式中,M为灌水量（mm）;γ为0—40 cm测墒补灌层土壤容重（g·cm^-3）;H为0—40 cm测墒补灌层深度（cm）;β_i表示目标含水量（%）;β_j灌溉前土壤含水量（%）。
Table 1
表1
表10—40 cm 土层不同处理的补灌量
Table 1Supplemental irrigation rates of different treatments in 0-40 cm soil layer

处理 Treatment		灌量Irrigation volume (mm)
		拔节期 Jointing	开花期 Anthesis
W1	N0	21.0	40.8
	N180	34.4	45.2
	N240	32.0	49.6
	N300	46.5	46.3
W2	N0	38.6	59.5
	N180	41.9	66.1
	N240	40.8	65.0
	N300	43.0	61.7
W3	N0	48.5	66.1
	N180	46.3	67.2
	N240	45.2	71.6
	N300	50.7	73.8
W4	N0	56.2	83.7
	N180	60.6	87.0
	N240	69.5	89.0
	N300	65.1	85.9

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氮、磷和钾肥品种为尿素（N 46.4%）、过磷酸钙（P₂O₅ 16%）和氯化钾（K₂O 60%）。施肥量为P₂O₅ 120 kg·hm^-2、K₂O 105 kg·hm^-2,磷和钾肥作为基肥于农耕整地前施用,60%的氮肥作为基肥于耕地前施用,40%氮肥于拔节期作为追肥施用。供试冬小麦品种为周麦29,冬小麦于2015年10月11日播种,2016年6月4日收获,除试验处理外,田间管理措施同其他大田高产栽培。

1.3 测定方法

1.3.1 土壤含水量 采用铝盒烘干法测定。在0—100 cm土壤剖面,每20 cm取一个样,将土样装入铝盒称鲜土重,并在105℃烘箱中烘干至恒重,称干土重计算土壤质量含水量。土壤贮水消耗量计算方法见公式（2）。
1.3.2 植株干物质重及全氮测定 冬小麦植株样品采集：越冬期、返青期、拔节期、开花期以及成熟期取样,每个取样点选取20株（用20株的干重换算小区生物量和养分积累量）,于105℃杀青30 min后,于烘箱70℃烘至恒重,称干物重,样品粉碎后待测植株养分含量。植株全氮采用H₂SO₄-H₂O₂消煮法,AA3流动注射分析仪测定待测液全氮的含量。
1.3.3 籽粒产量及产量农艺性状测定 冬小麦成熟后在各小区收获2 m²样方实收计产,籽粒晾晒干后称重,并折算成公顷产量,同时取1 m双行调查穗粒数、穗数、千粒重。

1.4 数据处理及分析

水分利用效率=作物籽粒产量/小麦生育期实际耗水量;
氮素利用效率=作物籽粒产量/植株氮素吸收量;
氮素干物质生产效率=作物地上部干物质量/植株氮素吸收量;
土壤贮水消耗量计算：

式中,S为土壤贮水消耗量（mm）;n为总土层数;i表示土层编号;γ_i表示测墒补灌第i层土壤容重;H_i 为第i层土壤厚度（cm）;θ_i1和 θ_i2分别表示阶段初和阶段末第i层的土壤含水量（%）。
农田耗水量=土壤贮水消耗量（mm）+降水量（mm）+补灌量（mm）。
试验数据采用Microsoft Excel 2003和SPSS19计算数据和显著性差异检验,LSD法进行差异性显著比较,采用5%显著水平。

2 结果

2.1 补灌和施氮对冬小麦籽粒产量的影响

由表2可知,不同补灌处理或施氮处理对冬小麦籽粒产量的影响达到极显著性水平（P<0.01）,补灌施氮配合对冬小麦籽粒产量具有显著的交互效应（P<0.05）。
Table 2
表2
表2测墒补灌和施氮对冬小麦籽粒产量的影响
Table 2Grain yield of winter wheat under different irrigation and nitrogen application rates (kg·hm^-2)

处理Treatment	N0	N180	N240	N300	补灌处理均值Irrigation average
W1	4474.9c(c)	5119.2c(b)	6361.7b(a)	6024.0b(a)	5494.9b
W2	5571.3b(c)	6142.0b(b)	8104.6a(a)	7907.7a(a)	6931.5a
W3	6246.4a(c)	7049.6a(b)	7664.3a(a)	7765.5a(a)	7181.5a
W4	6013.2a(b)	6239.7b(b)	7870.7a(a)	7461.6a(a)	6896.3a
施氮处理均值Nitrogen average	5576.5c	6137.6b	7500.4a	7289.7a
	F-test
W	0.0018**
N	0.0001**
W×N	0.0255*

Different small letters after data outside/in brackets mean significant at P<0.05 among different N or W values,* and ** mean significant at P<0.05 and P<0.01, respectively. The same as below括号外不同小写字母表示不同补灌量间差异在P<0.05水平显著,括号内不同小写字母表示不同施氮量间差异在P<0.05水平显著,*和**分别表示水、氮或水氮交互作用在P<0.05和P<0.01水平显著。下同
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主效应补灌处理对冬小麦籽粒产量的影响为W₂、W₃、W₄处理间均无显著性差异（P>0.05）,但均显著高于W₁处理（P<0.05）。说明控制补灌用量至土壤田间持水量的60%时为较优补灌用量,冬小麦产量达到6 931.5 kg·hm^-2。主效应施氮处理对冬小麦籽粒产量的影响表现为N₂₄₀和N₃₀₀处理间差异不显著（P>0.05）,但均显著高于N₀、N₁₈₀处理（P<0.05）。说明施氮可显著提高冬小麦籽粒产量,但当施氮量超过240 kg·hm^-2时籽粒产量不再增加。
同一补灌水平下,施氮对籽粒产量的影响因补灌量不同而异,在W₁、W₂、W₃水平下,N₁₈₀、N₂₄₀、N₃₀₀处理均显著高于N₀处理（P<0.05）,N₀、N₁₈₀、N₂₄₀处理间具有显著性差异（P<0.05）,但N₂₄₀和N₃₀₀处理间差异不显著（P>0.05）。W₄水平下,N₂₄₀、N₃₀₀处理均显著高于N₀、N₁₈₀处理（P<0.05）,但N₂₄₀处理与N₃₀₀处理间无显著性差异（P>0.05）。说明相同补灌水平下,当施氮量超过240 kg·hm^-2时冬小麦籽粒产量的增产效应无显著性变化。同一施氮水平下,在N₀水平下,W₃、W₄处理均显著高于W₁、W₂处理,但W₃、W₄处理间无显著性差异（P>0.05）。说明在不施氮处理下,补灌至土壤田间持水量的70%时冬小麦籽粒产量达到最大值,为6 246.4 kg·hm^-2。在N₁₈₀水平下,W₂、W₃、W₄均显著高于W₁（P<0.05）,其中W₃补灌水平下籽粒产量达到最大值为7 049.6 kg·hm^-2。在N₂₄₀、N₃₀₀水平下,W₂、W₃、W₄处理间均无显著性差异（P>0.05）,但均显著高于W₁处理（P<0.05）。说明在施氮量240、300 kg·hm^-2处理下,补灌量的增加可增加冬小麦籽粒产量,当补灌超过田间持水量的60%时,冬小麦的增产效应无显著性变化。
在本试验条件下,当补灌至土壤田间持水量的60%,施氮量为240 kg·hm^-2时冬小麦籽粒产量达到最高产量,为8 104.6 kg·hm^-2。

2.2 补灌和施氮对麦田耗水量的影响

由表3可知,不同补灌处理对麦田耗水量的影响达到极显著性水平（P<0.01）,不同施氮处理对麦田耗水量的影响达到显著性水平（P<0.05）,补灌施氮配合对麦田耗水量具有显著性交互效应（P<0.05）。
Table 3
表3
表3不同处理对麦田总耗水量的影响
Table 3Effects of different treatments on total water consumption of wheat (mm)

处理Treatment	N0	N180	N240	N300	补灌处理均值 Irrigation average
W1	352c(c)	377c(b)	393c(a)	389b(a)	377.8c
W2	379b(c)	412b(a)	419b(a)	394b(b)	401b
W3	384ab(b)	411b(a)	413b(a)	407a(a)	403.8b
W4	391a(c)	426a(a)	432a(a)	412a(b)	415.5a
施氮处理均值 Nitrogen average	376.8c	406.5b	414.3a	400.5b
	F-test
W	0.0015**
N	0.0125*
W×N	0.0243*

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主效应补灌处理对麦田耗水量的影响表现为W₄补灌处理显著高于W₁、W₂、W₃处理（P<0.05）,但W₂、W₃处理间无显著性差异（P>0.05）。说明补灌量的增加可显著增加总耗水量。主效应施氮处理对麦田耗水量的影响表现为N₂₄₀>N₁₈₀>N₃₀₀>N₀,N₂₄₀处理显著高于N₀、N₁₈₀、N₃₀₀处理（P<0.05）。说明施氮可显著提高麦田总耗水量,但当施氮量超过240 kg·hm^-2时麦田总耗水量减少。
同一补灌水平下,在W₁水平下,N₂₄₀、N₃₀₀处理显著高于N₀、N₁₈₀处理（P<0.05）,但N₂₄₀和N₃₀₀处理间差异不显著（P>0.05）。在W₂、W₃水平下,随施氮量的增加麦田总耗水量呈先增加后降低趋势,表现为N₁₈₀、N₂₄₀处理显著高于N₀、N₃₀₀处理（P<0.05）,但N₁₈₀和N₂₄₀处理间差异不显著（P>0.05）。在W₄水平下,N₂₄₀处理显著高于N₀、N₃₀₀处理（P<0.05）。说明相同补灌水平下,施氮量由0增加至240 kg·hm^-2时,麦田总耗水量增加,在增加施氮量到300 kg·hm^-2时,麦田总耗水量无显著性变化。同一施氮水平下,在N₀、N₁₈₀、N₂₄₀处理,麦田总耗水量均表现为W₄处理均显著高于W₁、W₂、W₃处理（P<0.05）,但W₂、W₃处理间无显著性差异（P>0.05）。在N₃₀₀水平下,W₃、W₄处理均显著高于W₁、W₂处理（P<0.05）,但W₃、W₄处理间无显著性差异（P>0.05）。说明补灌至田间持水量的60%（W₂）、70%（W₃）较补灌至80%（W₄）显著降低了补灌量,有利于节约灌水而获得较高产量。

2.3 补灌和施氮对冬小麦水分利用效率的影响

由表4可知,不同补灌处理对冬小麦水分利用效率的影响达到显著性水平（P<0.05）,不同施氮处理对冬小麦水分利用效率的影响达到极显著性水平（P<0.01）,补灌施氮配合处理对冬小麦水分利用效率的交互效应无显著性变化（P>0.05）。
Table 4
表4
表4测墒补灌和施氮对冬小麦水分利用效率的影响
Table 4Effects of different treatments on water use efficiency of wheat (kg·hm^-2·mm^-1)

处理Treatment	N0	N180	N240	N300	补灌均值 Irrigation average
W1	11.7a(c)	16.3a(a)	14.7a(b)	14.1a(b)	14.2a
W2	12.7a(c)	15.7a(a)	15.4a(a)	14.8a(b)	14.7a
W3	10.9b(c)	13.9b(a)	14.4a(a)	12.5b(b)	12.9b
W4	9.6c(c)	10.9c(b)	13.8a(a)	9.7c(c)	11.0c
施氮均值 Nitrogen average	11.2c	14.2a	14.6a	12.8b
	F-test
W	0.0411*
N	0.0009**
W×N	0.5179

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主效应补灌处理对冬小麦水分利用效率的影响表现为W₁、W₂处理显著高于W₃、W₄处理（P<0.05）,但W₁、W₂处理间无显著性差异（P>0.05）。说明补灌量的增加显著降低冬小麦水分利用效率,应控制补灌量至土壤田间持水量的50%—60%时,水分利用效率最高为14.2—14.7 kg·hm^-2·mm^-1。主效应施氮处理对冬小麦水分利用效率的影响表现为N₁₈₀、N₂₄₀处理均显著高于N₀、N₃₀₀（P<0.05）。但N₁₈₀、N₂₄₀处理间无显著性差异（P>0.05）。说明施氮可显著提高冬小麦水分利用效率,但需控制氮肥用量在180—240 kg·hm^-2,在增加施氮量对冬小麦水分利用效率无显著性变化。
同一补灌水平下,随施氮量增加冬小麦水分利用效率呈先增加后降低趋势。在W₁水平下,N₁₈₀、N₂₄₀、N₃₀₀处理均显著高于N₀处理（P<0.05）,N₁₈₀处理与N₂₄₀、N₃₀₀处理间具有显著性差异（P<0.05）。但N₂₄₀、N₃₀₀处理间无显著性差异（P>0.05）。当补灌至土壤田间持水量的50%时,施氮量为180 kg·hm^-2时冬小麦水分利用效率达到最大值为16.3 kg·hm^-2·mm^-1。在W₂、W₃水平下,N₁₈₀、N₂₄₀及N₃₀₀处理均显著高于 N₀处理（P<0.05）,N₁₈₀、N₂₄₀处理间具有显著性差异（P<0.05）,但N₂₄₀、N₃₀₀处理间无显著性差异（P>0.05）。在W₄水平下, N₂₄₀处理冬小麦水分利用效率显著高于N₀、N₁₈₀、N₃₀₀（P<0.05）。说明补灌至土壤田间持水量的60%、70%、80%条件下,施氮量为240 kg·hm^-2时冬小麦水分利用效率达到最大值。同一施氮水平下,随补灌量的增加,冬小麦水分利用效率均表现为W₂>W₁>W₃>W₄。在 N₀、N₁₈₀水平下,W₁、W₂处理间无显著性差异（P>0.05）,但显著高于W₃、W₄处理,W₂补灌处理冬小麦水分利用效率最高。说明在不施氮和施氮量为180 kg·hm^-2的处理下,补灌量控制至土壤田间持水量的60%时,水分利用效率最高为12.7—15.7 kg·hm^-2·mm^-1。在N₂₄₀水平下,各补灌处理间差异不显著（P>0.05）,W₂处理下水分利用效率最高,为15.4 kg·hm^-2·mm^-1。在N₃₀₀水平下,W₁和W₂处理间差异不显著（P>0.05）,但均显著高于W₃、W₄处理（P<0.05）,W₂补灌处理冬小麦水分利用效率最高为14.78 kg·hm^-2·mm^-1。说明在施氮量为240、300 kg·hm^-2的处理下,补灌至土壤田间持水量的60%时,冬小麦水分利用效率最高,分别为15.4、14.8 kg·hm^-2·mm^-1。
本试验条件下当补灌至土壤田间持水量的60%,施氮量为240 kg·hm^-2时,水氮组合水分利用效率较高,为15.4 kg·hm^-2·mm^-1,为较优节水节氮组合。

2.4 补灌和施氮对冬小麦氮素利用效率的影响

由表5可知,不同补灌处理对冬小麦氮素利用效率的影响达到显著性水平（P<0.05）,不同施氮处理对冬小麦氮素利用效率的影响达到极显著性水平（P<0.01）,补灌施氮配合对冬小麦氮素利用效率的交互效应无显著性变化（P>0.05）。
Table 5
表5
表5测墒补灌和施氮对冬小麦氮素利用效率的影响
Table 5Effects of different irrigation and nitrogen application rates on nitrogen use efficiency of wheat (kg·kg^-1)

处理 Treatment	N0	N180	N240	N300	补灌均值Irrigation average
W1	11.2d(c)	12.6d(b)	18.0d(a)		13.0c
W2	21.7a(c)	24.3a(b)	27.1a(a)	16.7b(d)	22.4a
W3	19.8b(c)	22.7b(b)	25.7b(a)	19.0a(c)	21.8a
W4	17.5c(c)	19.8c(b)	23.2c(a)	14.4c(d)	18.7b
施氮均值Nitrogen average	17.6c	19.9b	23.5a	15.1d
	F-test
W	0.0111*
N	0.0001**
W×N	0.6830

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主效应补灌处理对冬小麦氮素利用效率的影响表现为W₂、W₃处理均显著高于W₁、W₄处理（P<0.05）,但W₂、W₃处理间无显著性差异（P>0.05）。说明补灌至土壤田间持水量的60%、70%为较优补灌用量,冬小麦氮素利用效率达到21.8—22.4 kg·kg^-1,在增加补灌量对冬小麦氮素利用效率无显著性变化。主效应施氮处理对冬小麦氮素利用效率的影响表现为N₂₄₀> N₁₈₀>N₀>N₃₀₀,各处理间达到显著性差异水平（P<0.05）,但当施氮量为240 kg·hm^-2时,冬小麦氮素利用效率达到最大值,为23.5 kg·kg^-1。
同一补灌水平下,冬小麦氮素利用效率表现为随施氮量的增加而增加,当施氮量为240 kg·hm^-2时达到最大值,在施氮量增加到300 kg·hm^-2时氮素利用效率无显著性变化。在W₁、W₂、W₃、W₄水平下,各施氮处理均表现为N₂₄₀>N₁₈₀>N₀>N₃₀₀,处理间具有显著性差异水平（P<0.05）,但在W₃水平下,N₀、N₃₀₀处理间无显著性差异（P>0.05）,各补灌水平下均以施氮量为240 kg·hm^-2时冬小麦氮素利用效率最高,为18.0—27.1 kg·kg^-1。说明各补灌水平下,应控制施氮量在240 kg·hm^-2左右。同一施氮水平下,冬小麦氮素利用效率表现为W₂>W₃>W₄>W₁。W₁、W₂、W₃、W₄补灌处理间具有显著性差异（P<0.05）,且W₂补灌处理显著高于W₁、W₃、W₄处理（P<0.05）。说明在各施氮水平下补灌至土壤田间持水量的60%时,冬小麦氮素利用效率最高,为16.7—27.1 kg·kg^-1。
考虑节约水、肥等因素下,本试验条件下其水、氮配合处理以W₂N₂₄₀下冬小麦氮素利用效率最高,为27.1 kg·kg^-1。

2.5 补灌和施氮对冬小麦氮素干物质生产效率的影响

由表6可知,不同补灌处理对冬小麦氮素干物质生产效率的影响无显著性变化（P>0.05）,不同施氮处理对冬小麦氮素干物质生产效率的影响达到极显著性水平（P<0.01）,补灌施氮配合对冬小麦氮素干物质生产效率的交互效应无显著性变化（P>0.05）。
Table 6
表6
表6测墒补灌和施氮对冬小麦氮素干物质生产效率的影响
Table 6Effects of different irrigation and nitrogen application rates on nitrogen dry matter production efficiency of wheat (kg·kg^-1)

处理 Treatment	N0	N180	N240	N300	补灌均值Irrigation average
W1	39.1c(c)	47.0c(b)	53.0c(a)	52.2c(a)	47.8c
W2	48.5a(d)	58.9a(c)	70.1a(a)	64.8a(b)	60.1a
W3	43.1b(d)	57.6a(c)	68.2a(a)	60.0b(b)	57.2b
W4	44.9b(c)	53.0b(b)	64.1b(a)	62.5b(a)	56.1b
施氮均值 Nitrogen average	43.9d	54.1c	63.9a	59.9b
	F-test
W	0.4445
N	0.0024**
W×N	0.8798

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主效应补灌处理对冬小麦氮素干物质生产效率表现为W₂处理显著高于W₁、W₃、W₄处理（P<0.05）,说明补灌至土壤田间持水量的60%时,冬小麦氮素干物质生产效率达到最大值,为60.1 kg·kg^-1。但补灌量超过土壤田间持水量的60%时对冬小麦氮素干物质生产效率无显著性变化。主效应施氮处理对冬小麦氮素干物质生产效率表现为N₂₄₀>N₃₀₀>N₁₈₀>N₀,各处理间差异均达到显著性水平（P<0.05）,但N₂₄₀处理显著高于其他处理（P<0.05）,说明施氮量为240 kg·hm^-2时对冬小麦氮素干物质生产效率的影响效果最显著,是本试验条件下最优施氮量。
同一补灌水平下,冬小麦氮素干物质生产效率随施氮量的增加均表现为N₂₄₀>N₃₀₀>N₁₈₀>N₀。在W₁水平下,N₂₄₀、N₃₀₀处理显著高于N₀、N₁₈₀处理（P<0.05）,但N₂₄₀、N₃₀₀处理间无显著性差异（P>0.05）。说明补灌至土壤田间持水量的50%时,应控制施氮量在240 kg·hm^-2时,为最优水氮组合。在W₂、W₃水平下,各施氮处理间差异均达到显著性水平（P>0.05）,但N₂₄₀处理显著高于其他施氮处理（P<0.05）。在W₄水平下,N₂₄₀处理显著高于N₀、N₁₈₀、N₃₀₀处理。说明补灌至土壤田间持水量的60%—80%时,应控制施氮量在240 kg·hm^-2。同一施氮水平下,在N₀水平下,各补灌处理间差异均达到显著性水平（P<0.05）,但W₂处理显著高于其他补灌处理（P<0.05）。在N₁₈₀、N₂₄₀水平下,W₂、W₃处理显著高于W₁、W₄处理（P<0.05）,但W₂、W₃处理间无显著性差异（P>0.05）。在N₃₀₀水平下,W₂处理显著高于其他补灌处理（P<0.05）。说明在同一施氮水平下,应控制补灌量至土壤田间持水量的60%时冬小麦氮素干物质生产效率最大,同时也节约水资源,为较优补灌用量。
本试验条件下,当补灌至土壤田间持水量的60%,施氮量为240 kg·hm^-2时,水氮组合冬小麦氮素干物质生产效率较高,为70.1 kg·kg^-1,为最优节水节氮组合。

3 讨论

3.1 测墒补灌、施氮的冬小麦产量

水、氮间存在着明显的耦合作用,是农业生产中人为可调控的影响因子,对作物产量和生态环境具有重要的影响,因此合理调控水、氮间的耦合机制对农业的可持续发展具有重要的现实意义。刘青林等^[9]在甘肃绿洲灌区研究定量灌水与施氮对春小麦生育期耗水规律及产量的影响,结果表明定量灌水处理间对水分利用效率无显著性作用。当施氮量增加到221 kg·hm^-2时冬小麦籽粒产量6 365 kg·hm^-2达到最大值,再增加施氮量到300 kg·hm^-2时籽粒产量增加无显著性变化。金修宽等^[13]研究拔节期测墒补灌和施氮对冬小麦产量的影响,结果表明补灌和施氮存在一定的临界值,超过临界值冬小麦产量无显著性变化。当施氮量为195 kg·hm^-2,补灌量为田间持水量的70%时,冬小麦最高产量达到8 500 kg·hm^-2。栗丽等^[14]研究灌水与施氮对冬小麦产量及水、氮利用效率的影响,结果表明当灌水0—1 500 m³·hm^-2范围内,冬小麦籽粒产量随灌水量增加而增加,施氮量小于150 kg·hm^-2时,冬小麦产量随施氮量的增加而增加,当施氮量超过150 kg·hm^-2时不再显著增加,灌水1 500 m³·hm^-2,施氮150 kg·hm^-2时为最佳水氮组合。本试验研究结果表明,各施氮水平下,补灌量的增加可增加冬小麦籽粒产量,当补灌量增至土壤田间持水量的60%—80%范围内时,冬小麦籽粒的增产效应差异无显著性变化。各补灌水平下,当施氮量超过240 kg·hm^-2时籽粒产量无显著性变化。本试验条件下当补灌至土壤田间含水量的60%,施氮量为240 kg·hm^-2时冬小麦籽粒产量达到最高产量为8 104.6 kg·hm^-2。这与刘青林等^[9]、金修宽等^[13]、栗丽等^[14]的研究结论基本一致。其原因可能是施氮和灌水影响冬小麦产量的三要素,SUGR等^[26]研究表明施氮量为240 kg·hm^-2时冬小麦增产的因素归因于小麦穗粒数的增加。由于不同试验研究差异,研究表明^[27]在拔节期、开花期各定量灌水60 mm,冬小麦籽粒产量为7 834 kg·hm^-2,但对冬小麦千粒重具有重要影响。但也与前人^[15,16]研究结论有差异之处,其原因是不同区域环境、降雨、耕作、土壤墒情、土壤基础肥力的等不同原因所导致。
本试验仅仅在补灌和施氮处理下对冬小麦籽粒产量进行了初步探讨,应需进一步研究补灌和施氮处理对冬小麦产量因子如穗粒数、千粒重、穗数、群体动态、分蘖力的影响,以期全面系统的阐明水、氮对冬小麦产量的影响,从而合理调控水、氮高效利用机制从而获得更高的产量及水、氮利用效率。

3.2 测墒补灌、施氮的冬小麦水分利用

作物农田耗水来源主要有灌水、降水、土壤贮水三方面,施氮和灌水是影响农田耗水量、水分利用效率、冬小麦产量的重要因素。TILLING^[17]研究表明施用氮肥对麦田耗水量有显著性影响,适宜的灌水量和施氮量存在明显的耦合效应,合理施氮降低麦田耗水量。粟丽、杨晓亚^[18,19]研究表明当施氮量由0增加到270 kg·hm^-2时,冬小麦日耗水量增加,降雨和灌水量占耗水量的比例降低,土壤供水占耗水量的比例增加。随灌水量的增加,麦田总耗水量逐渐增加,适当灌溉提高了小麦对降水的利用比例,降低了对灌溉水的利用比例。本试验研究表明,增加施氮量和补灌量均可显著增加麦田总耗水量。在相同补灌量下,但当施氮量超过240 kg·hm^-2时,在增加施氮量对麦田总耗水量的提高效果不显著,这与王欣^[15]、TILLING^[17]研究结论一致。在相同施氮量下,补灌量的增加会显著增加麦田总耗水量,但当补灌至土壤田间持水量60%（W₂）、70%（W₃）时较补灌至80%（W₄）处理显著降低补灌量,有利于节约灌水而获得较高产量。
本试验未涉及分析土壤贮水和降水耗水量占农田耗水量的比例,及阶段、日耗水量,需进一步研究讨论土壤贮水和降水对农田耗水量的影响。在本试验条件下其可能原因是该处理下冬小麦充分利用土壤贮水及土壤自身的供水,降低对补灌量的利用,其具体原因还需进一步研究说明,后期深入完善这方面研究。
李廷亮等^[20]研究冬小麦生育期0—1.3 m土层土壤湿度控制在田间持水量的60%—80%,施氮量在150—225 kg·hm^-2时,氮肥效果最好,水分利用效率最大。林同保等^[21]研究拔节期灌水量为1 050 m³·hm^-2时,随着施氮量的增加,水分利用效率先升后降趋势。本试验研究结果表明：相同施氮水平下,补灌量的增加可显著提高冬小麦水分利用效率,当补灌量增至土壤田间持水量的60%时,冬小麦水分利用效率达到最大值为14.7 kg·hm^-2·mm^-1。这与李廷亮^[20]、ZHANG等^[11]研究结果一致。相同补灌水平下,增施氮肥可显著提高冬小麦水分利用效率,但施氮量不宜超过240 kg·hm^-2,否则将导致水分利用效率降低。这与林同保^[21]研究结果一致。

3.3 测墒补灌、施氮的冬小麦氮素利用效率

氮素利用效率及其合理用量很大程度上取决于灌水用量。李瑞奇^[22]在黄淮海平原区限水灌溉条件下,施氮量为157. 5或240 kg·hm^-2时,可获得较高氮素利用效率。同延安等^[23]研究施氮量0—210 kg·hm^-2范围内,随着施氮量增加氮素利用效率增加,当施氮量增加至 315 kg·hm^-2氮肥利用效率降低。本研究结果表明,同一补灌水平下,施氮量应控制在240 kg·hm^-2时可获得较高的氮素利用效率为23.5 kg·kg^-1,这与前人^[22,23]研究结论基本一致。同一施氮处理下,应控制补灌量至土壤田间持水量的60%时,冬小麦氮素利用效率最高为22.4 kg·kg^-1。这与吕丽华^[24]研究结论一致。但也有研究表明^[25]随着灌水量的增加,土壤水分含量升高,不利于小麦的氮素吸收利用,氮素利用效率降低。与本研究不尽相同,其原因是不同区域不同土壤类型其土壤基础肥力的差异所导致。
本试验综合考虑补灌和施氮对冬小麦产量、总耗水量、水分利用效率,和氮素利用效率的影响,初步推荐在中壤质潮土、冬小麦品种为周麦29、降水量在180 mm左右的相类生态区域适于本研究的测墒补灌至土壤田间持水量的60%和施氮量为240 kg·hm^-2,其还需进一步研究补灌和施氮处理对冬小麦产量因子如穗粒数、千粒重、穗数、群体动态、分蘖力、氮素农学效率、氮素回收率的影响,以期全面系统的阐明补灌和施氮在该区域的应用潜力。

4 结论

在本试验条件下,当施氮量超过240 kg·hm^-2时,
冬小麦籽粒产量,水分利用效率、氮素利用效率均无显著性差异。且在施氮量为240 kg·hm^-2时,在冬小麦拔节期、开花期补灌至土壤田间持水量的60%时冬小麦籽粒产量,水分利用效率,氮素利用效率均最高。为最优的节水、节氮、高产组合,推荐作为该区域适宜水、氮用量。
The authors have declared that no competing interests exist.

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