本站小編為你精心準(zhǔn)備了小麥氮素吸收及其產(chǎn)量效應(yīng)參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報》2016年第二期

摘要:

【目的】掌握小麥氮素的吸收特征及區(qū)域差異性有利于指導(dǎo)小麥區(qū)域合理施肥，提高氮肥肥效，維持小麥增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。本研究旨在探討我國小麥氮素吸收特征的區(qū)域性差異及其產(chǎn)量效應(yīng)。【方法】收集了2000年以后我國小麥田間試驗產(chǎn)量、籽粒和秸稈氮含量的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析了黃淮海冬麥區(qū)、西北冬春兼播麥區(qū)和長江中下游麥區(qū)的小麥產(chǎn)量、地上部氮吸收、籽粒氮含量、秸稈氮含量、100kg籽粒需氮量的區(qū)域差異，并進(jìn)一步分析了小麥不同產(chǎn)量水平下100kg籽粒需氮量、籽粒氮含量和秸稈氮含量。【結(jié)果】小麥產(chǎn)量、籽粒氮含量、秸稈氮含量、地上部吸氮總量和生產(chǎn)100kg籽粒需氮量的波動范圍大，變異性較高，存在明顯的區(qū)域差異。我國田間試驗的小麥平均產(chǎn)量為6.18t/hm2(n=5484，變異系數(shù)34.37%)，其中以黃淮海冬麥區(qū)最高(7.06t/hm2)，西北冬春兼播麥區(qū)最低(4.71t/hm2)，長江中下游冬麥區(qū)居中(5.60t/hm2);生產(chǎn)100kg籽粒需氮量的全國平均為2.87kg(n=5073，變異系數(shù)25.43%)，其中以黃淮海冬麥區(qū)最高(2.98kg)，長江中下游冬麥區(qū)和西北冬春兼播麥區(qū)偏低(分別為2.60kg和2.84kg);籽粒氮含量、秸稈氮含量、地上部吸氮總量全國平均分別為2.17%(n=3456)、0.55%(n=2460)、180.9kg/hm2(n=4962)，變異系數(shù)分別為23.96%、38.18%、44.50%。籽粒氮含量、秸稈氮含量、地上部吸氮總量均以黃淮海麥區(qū)居高，分別為2.24%、0.56%、211.1kg/hm2，長江中下游冬麥區(qū)和西北冬春兼播麥區(qū)偏低，分別為1.92%、0.5%、146.7kg/hm2和2.14%、0.53%、138.0kg/hm2。生產(chǎn)100kg小麥籽粒需氮量、籽粒氮含量和秸稈氮含量隨小麥產(chǎn)量水平的增加而呈增加趨勢，產(chǎn)量范圍＜4.5、4.56.5、6.58.5、8.510.5、＞10.5t/hm2，生產(chǎn)100kg籽粒需氮量分別為2.79、2.80、2.91、3.03和3.05kg，對應(yīng)的籽粒氮含量分別為2.01%、2.11%、2.27%、2.26%和2.40%，秸稈氮含量分別為0.46%、0.53%、0.58%、0.61%和0.63%。【結(jié)論】溫度、水分等氣候條件、土壤類型、主栽品種及田間管理技術(shù)等差異，造成了小麥氮素吸收特性的區(qū)域間差異，因此小麥?zhǔn)┓蕬?yīng)根據(jù)各區(qū)域的小麥產(chǎn)量、小麥氮素需求規(guī)律因地制宜地科學(xué)施肥。

關(guān)鍵詞:

小麥產(chǎn)量;氮素吸收;需氮量;響應(yīng)特征

小麥在保障我國糧食安全方面起著舉足輕重的作用［1］，2013年小麥播種面積和產(chǎn)量分別占全國糧食作物的21.54%和20.26%［2］。施用化學(xué)肥料，特別是氮肥，是保證小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的一項重要農(nóng)藝措施，20世紀(jì)糧食單產(chǎn)的1/2、總產(chǎn)的1/3來自化肥的貢獻(xiàn)。如果停止施用化肥，全球作物產(chǎn)量將減產(chǎn)50%［3］。化肥對我國糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率達(dá)40%60%［4］。如果不充分掌握小麥氮素的需求規(guī)律，僅為單一追求小麥高產(chǎn)，往往造成氮肥施用過量，例如山東［5－6］、河南［7］、陜西［8］等地區(qū)均存在氮肥過量問題，而氮肥的過量投入不僅造成肥料資源浪費，養(yǎng)分利用率低下［9］，也容易引起土壤酸化［10］、地下水污染［11］、溫室氣體排放［12］等負(fù)面環(huán)境問題。因此，研究小麥的氮素吸收規(guī)律，特別是區(qū)域間差異性，對科學(xué)合理地指導(dǎo)小麥區(qū)域施肥具有重要意義。近年來在小麥產(chǎn)量、品質(zhì)、氮效率、氮平衡等方面已開展了大量的研究工作［13－16］。曹承富等［13］在安徽砂漿黑土的研究表明，施氮量為225kg/hm2時皖麥38和皖麥44產(chǎn)量最高，分別為5.91t/hm2和6.22t/hm2，再增施氮肥(75kg/hm2)小麥產(chǎn)量不升反降。徐鳳嬌等［14］研究表明，小麥產(chǎn)量與蛋白質(zhì)產(chǎn)量在施氮量為N270kg/hm2時達(dá)最高，再增施氮肥N90kg/hm2，小麥產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量均下降。黨廷輝等［15］在陜西黑壚土上的研究表明，麥田土壤中硝態(tài)氮數(shù)量、氮素盈余值與氮肥用量成正比。目前的研究主要集中于田塊尺度，或小樣本數(shù)的氮吸收規(guī)律，尚缺乏區(qū)域間大尺度、大樣本數(shù)量的深入探索［17］。因此，本文在收集2000年以后大量文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和田間試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析我國黃淮海冬麥區(qū)、長江中下游冬麥區(qū)和西北冬春兼播麥區(qū)小麥主產(chǎn)區(qū)的小麥產(chǎn)量、籽粒氮含量、秸稈氮含量、地上部吸氮總量和生產(chǎn)100kg小麥籽粒需氮量的區(qū)域差異，探索不同小麥產(chǎn)量水平下籽粒氮含量、秸稈氮含量和100kg籽粒需氮量的變化特征，以期為我國小麥推薦施肥模型等提供科學(xué)的區(qū)域參數(shù)，為指導(dǎo)小麥區(qū)域合理施肥提供理論依據(jù)與科學(xué)參考，實現(xiàn)我國小麥增產(chǎn)高產(chǎn)，提高氮肥利用效率。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況在參考我國小麥種植業(yè)區(qū)劃、中國化肥區(qū)劃等資料的基礎(chǔ)上［18－19］，根據(jù)2013年我國小麥區(qū)域生產(chǎn)布局和產(chǎn)量情況，選擇3個主要的小麥生產(chǎn)區(qū)作為研究對象，分別為黃淮海冬(秋播)麥區(qū)(HH)、長江中下游冬(秋播)麥區(qū)(YR)和西北冬春兼播麥區(qū)(NW)。2013年3個小麥產(chǎn)區(qū)小麥的播種面積為21783千公頃，占我國小麥總播種面積的90.32%;小麥產(chǎn)量11485萬噸，占我國小麥總產(chǎn)量的94.20%［2］。黃淮海冬(秋播)麥區(qū)主要包括山東、河南、河北、北京、天津及江蘇和安徽北部。本區(qū)地處暖溫帶，氣候溫和，屬半濕潤性或半干旱季風(fēng)氣候，土壤類型以褐土和潮土為主，小麥主要為冬小麥(冬小麥—夏玉米輪作)。2013年本區(qū)小麥播種面積和產(chǎn)量占全國的57.44%和66.64%［2］。長江中下游冬(秋播)麥區(qū)包括浙江、湖北、湖南、江西及安徽和江蘇南部等。本區(qū)位于北亞熱帶季風(fēng)區(qū)，氣候溫暖濕潤，熱量豐富，土壤類型主要為水稻土、棕壤等，小麥主要為冬小麥(冬小麥—水稻或其他作物輪作)。2013年本區(qū)小麥播種面積和產(chǎn)量占全國的14.53%和13.74%［2］。西北冬春兼播麥區(qū)包括陜西、山西、新疆、寧夏、甘肅和內(nèi)蒙古東部區(qū)域。本區(qū)處于中溫帶內(nèi)陸地區(qū)，屬大陸性氣候，冬季寒冷，夏季炎熱，土壤以棕鈣土、灰鈣土、灌漠土、灰漠土等為主。小麥有冬小麥和春小麥。2013年本區(qū)小麥播種面積和產(chǎn)量占全國的18.35%和13.82%［2］。

1.2數(shù)據(jù)來源本研究所涉及數(shù)據(jù)包括小麥產(chǎn)量、籽粒氮吸收量、秸稈氮吸收量、地上部氮吸收總量、籽粒含氮量、秸稈含氮量等。數(shù)據(jù)來自于課題組“十一五”、“十二五”國家科技支撐計劃課題的試驗數(shù)據(jù)等，以及2000年后公開發(fā)表的文獻(xiàn)資料，包括期刊文獻(xiàn)、碩博畢業(yè)論文、書籍等。選擇研究區(qū)域的樣點數(shù)，其中產(chǎn)量數(shù)據(jù)為5484組、籽粒氮含量3456組、秸稈氮含量2460組、植株氮積累量4962組和生產(chǎn)100kg籽粒需氮量數(shù)據(jù)5073組。詳細(xì)樣點分布見圖1和表1。

1.3數(shù)據(jù)處理利用Excel(2003)進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理;應(yīng)用Sigmplot10.0軟件制作小麥籽粒氮含量、小麥秸稈氮含量、100kg籽粒需氮量與產(chǎn)量變化的關(guān)系圖，同時分析小麥產(chǎn)量與地上部吸收氮總量的相互關(guān)系并制圖。黃淮海冬麥區(qū)、長江中下游冬麥區(qū)、西北冬春兼播麥區(qū)及全國樣點的小麥產(chǎn)量與小麥吸收氮總量進(jìn)行模擬分析時，模型選試指數(shù)函數(shù)、線性函數(shù)、多項式、乘冪函數(shù)等，經(jīng)多次調(diào)試選用R2最高、顯著性最好的乘冪函數(shù)Y=aXb(a、b為常數(shù))。

2結(jié)果與分析

2.1小麥主產(chǎn)區(qū)的氮素吸收規(guī)律我國大田試驗條件下小麥平均產(chǎn)量為6.18t/hm2(n=5484)，籽粒氮含量2.17%(n=3456)，秸稈氮含量0.55%(n=2460)，地上部吸收氮總量為180.9kg/hm2(n=4962)(表1)，但各參數(shù)波動范圍較大，變異系數(shù)較高。小麥產(chǎn)量、籽粒氮含量、秸稈氮含量、地上部氮吸收量變幅分別為0.215.48t/hm2、0.46%5.26%、0.03%1.53%、6.7658.2kg/hm2，變異系數(shù)分別為34.37%、23.96%、38.18%、44.50%。這一結(jié)果說明，我國地域遼闊，氣候環(huán)境、土壤類型等千差萬別，造成小麥產(chǎn)量、籽粒氮含量、秸稈氮含量、地上部氮累積量等區(qū)域差異明顯，變異性較大，在小麥推薦施肥過程中要因地制宜，探索不同區(qū)域的小麥氮素需求特征。黃淮海冬麥區(qū)小麥產(chǎn)量最高，達(dá)7.06t/hm2(n=3027)，西北冬春兼播麥區(qū)最低，僅為4.71t/hm2(n=1398)，長江中下游冬麥區(qū)居中，為5.60t/hm2(n=1059)。區(qū)域間小麥產(chǎn)量水平的不同，氮素吸收量也存在差異。黃淮海冬麥區(qū)籽粒氮含量、秸稈氮含量、地上部吸氮總量較高，分別為2.24%、0.56%、211.1kg/hm2;長江中下游冬麥區(qū)籽粒氮含量、秸稈氮含量、地上部吸氮總量分別為1.92%、0.5%、146.7kg/hm2;西北冬春兼播麥區(qū)籽粒氮含量、秸稈氮含量、地上部吸氮總量分別為2.14%、0.53%、138.0kg/hm2(表1)。小麥產(chǎn)量與地上部氮吸收總量的相關(guān)分析表明，二者呈顯著的乘冪函數(shù)關(guān)系(圖2)。全國樣點相關(guān)函數(shù)表達(dá)式為Y=26.447X1.033(Y表示小麥產(chǎn)量，X為地上部氮吸收總量)，R2為0.7664，達(dá)極顯著水平(P＜0.001)。黃淮海冬麥區(qū)、長江中下游冬麥區(qū)和西北冬春兼播麥區(qū)R2也均達(dá)極顯著水平，分別為0.713、0.7691和0.7489。全國范圍生產(chǎn)100kg小麥籽粒的需氮量為2.87kg(n=5073)，變幅為0.598.44kg，變異系數(shù)25.43%。這說明，小麥生產(chǎn)100kg籽粒的氮需求量存在區(qū)域差異性，如黃淮海冬麥區(qū)為2.98kg、長江中下游冬麥區(qū)為2.60kg，而西北冬春兼播麥區(qū)為2.84kg。

2.2小麥氮素吸收特征及其產(chǎn)量效應(yīng)為進(jìn)一步探索不同區(qū)域小麥產(chǎn)量水平與籽粒氮含量、秸稈氮含量、需氮量的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)小麥產(chǎn)量水平將籽粒氮含量、秸稈氮含量及100kg籽粒需氮量進(jìn)行分組研究。將小麥產(chǎn)量分為5個水平，分別為＜4.5t/hm2(平均產(chǎn)量3.15kg/hm2，n=1216)、4.56.5t/hm2(平均產(chǎn)量5.56kg/hm2，n=1677)、6.58.5t/hm2(平均產(chǎn)量7.50kg/hm2，n=1910)、8.510.5t/hm2(平均產(chǎn)量9.11kg/hm2，n=639)和＞10.5t/hm2(平均產(chǎn)量11.8kg/hm2，n=42)。

3討論與結(jié)論

本研究所搜集的2000年以后的文獻(xiàn)資料數(shù)據(jù)顯示，我國平均小麥產(chǎn)量為6.18t/hm2(n=5484)，這一產(chǎn)量水平明顯高于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所匯總的19811983年1260個試驗點的最高小麥產(chǎn)量(4.69t/hm2)［19］和Liu等［20］統(tǒng)計的19851995年小麥產(chǎn)量(0.358.73t/hm2)，其主要原因是我國小麥品種的更新?lián)Q代、高產(chǎn)小麥品種的培育［21－22］，肥料尤其化學(xué)肥料的大量施用以及田間管理措施的改進(jìn)和配套設(shè)施的完善等［23－24］。這一產(chǎn)量水平較國家統(tǒng)計資料20002013年平均小麥產(chǎn)量(4.44t/hm2)［2］高39.19%。可能是由于所搜集的試驗數(shù)據(jù)主要來自于各大學(xué)及科研院所的小麥試驗，試驗地基本選擇在地勢平坦、環(huán)境適宜的地區(qū)，同時試驗地的田間管理良好，施肥、除草、噴農(nóng)藥及時等，有利于小麥產(chǎn)量的提高。考慮未來我國后備耕地資源相對匱乏，而且受干旱、洪澇、鹽堿、水土流失等多種不利因素的影響，中低產(chǎn)田所占比重偏高，同時隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，可用于耕種的土地極為有限。因此，僅僅依靠擴大播種面積以提高糧食總產(chǎn)量的潛力越來越小，解決未來我國糧食問題的主要途徑是提高糧食單產(chǎn)水平。生產(chǎn)100kg籽粒所需的氮量作為推薦施氮模型中的一個重要參數(shù)，其精準(zhǔn)程度將影響推薦施氮量。本研究表明，我國小麥100kg籽粒所需氮量平均為2.87kg，隨產(chǎn)量水平的提高，小麥需氮量呈增加趨勢，＜4.5t/hm2、4.56.5t/hm2、6.58.5t/hm2、8.510.5t/hm2、＞10.5t/hm2的產(chǎn)量范圍其100kg籽粒的需氮量分別為2.79kg(n=1068)、2.80kg(n=1505)、2.91kg(n=1744)、3.03kg(n=623)和3.05kg(n=38)(圖4，All)，所影響的籽粒和秸稈的氮素含量分別為2.01%、2.11%、2.21%、2.26%、2.4%和0.46%、0.53%、0.58%、0.61%和0.63%(圖3)，這說明小麥產(chǎn)量水平與小麥本身氮素吸收能力密切相關(guān)。這一研究結(jié)果的趨勢與串麗敏匯總的結(jié)果類似［17］，冬小麥噸糧氮吸收量隨產(chǎn)量范圍的增加表現(xiàn)出增加趨勢，在＜4.0、4.06.0、6.08.0、8.010.0、10.012.0t/hm2產(chǎn)量時每噸產(chǎn)量的氮吸收量分別為22.9(n=128)、24.4(n=494)、24.8(n=972)、25.0(n=245)和27.6kg(n=25)。這與Xu等［25］和Witt等［26］研究的玉米和水稻100kg籽粒需氮量隨產(chǎn)量增加的變化趨勢相類似。但與Yue等在華北地區(qū)的研究結(jié)果不同［27］，差異可能來自樣品數(shù)量、區(qū)域尺度的不同。由于區(qū)域間溫度、水分、土壤等環(huán)境條件和田間管理技術(shù)的差異，也造成了區(qū)域間生產(chǎn)100kg小麥籽粒的需氮量不同，黃淮海冬麥區(qū)、長江中下游冬麥區(qū)和西北冬春兼播麥區(qū)100kg小麥籽粒的需氮量分別為2.98kg、2.60kg和2.84kg。說明推薦施氮模型要精確考慮區(qū)域間小麥產(chǎn)量、小麥氮素需求規(guī)律的差異，因地制宜地指導(dǎo)小麥科學(xué)施肥。

作者：車升國 袁亮 李燕婷 林治安 沈兵 胡樹文 趙秉強 單位：農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所