杨君林，马忠明，张立勤，徐生明，连彩云

(1.甘肃省农业科学院 土壤肥料与节水农业研究所，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省农业科学院，甘肃 兰州 730070)



甘肃省河西绿洲干旱灌区施氮量对小麦-玉米间作水分利用和产量的影响

杨君林1，马忠明2，张立勤1，徐生明1，连彩云1

(1.甘肃省农业科学院 土壤肥料与节水农业研究所，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省农业科学院，甘肃 兰州 730070)

小麦玉米间作种植是甘肃省河西一熟制灌区的主要种植模式，对提高当地粮食产量发挥了重要作用。2种作物间作时，除了充分利用光、热资源外，单位面积养分和水分的充足供应也是保证高产的关键。河西地区主要依赖祁连山雪水灌溉，水资源量少，提高作物水分利用率是高效利用水资源的重要途径。通过河西干旱灌区小麦玉米间作的田间试验，研究了不同施氮量对小麦玉米间作水分利用及产量的影响。结果表明：不同施氮水平条件下，小麦带土壤中的含水量随施氮量的增加变化较小，而玉米带土壤中的含水量随着施氮量的增加逐渐降低。随着施氮量的增加无论小麦产量还是玉米产量都是先增加而后降低，施氮375 kg·hm-2时小麦玉米间作产量都达到最高，施氮562.5 kg·hm-2时产量反而有所降低，施氮量对小麦玉米间作的水分利用效率有显著影响，水分利用效率随施氮量的增加呈单峰变化趋势，施氮量超过375 kg·hm-2时，水分利用效率有所下降。图3，表1，参11。

小麦玉米间作；施氮量；水分利用效率

0　引　言

河西绿洲灌区位于甘肃省西北部，区内土地资源丰富，光照充足，昼夜温差大，降雨稀少，但灌溉条件优越，有利于农作物生长发育，是我国传统的优势农业生产基地。河西绿洲灌区降水稀少，蒸发量大，是典型的干旱内陆河灌区，农业的特点是没有灌溉就没有农业[1]。河西绿洲灌区农业发达，是甘肃省粮食主产区和全国十二大商品粮基地之一，虽耕地面积占全省的19%，但生产出占全省32%的粮食和70%的商品粮。作为我国农作物的高产稳产优质带，尤其是沿山冷凉灌区粮油作物的高产稳产带，平川灌区小麦玉米间作、小麦向日葵间作、粮食毛勺子间套多熟种植的高产带，对甘肃省乃至全国的粮食安全具有重要影响。小麦玉米间作是河西绿洲灌区主要的高产栽培模式，对当地的粮食产量发挥了重要的作用[2-3]。

近年来，广大农村对氮肥过量的施用，使得氮肥不再是作物高产的限制因子[4]，但河西绿洲灌区水资源短缺，且时空分布不均。河西绿洲灌区农业生产中小麦玉米间作推荐施纯氮量为480 kg·hm-2～540 kg·hm-2，然而实际施氮量达到630 kg·hm-2，而且农民普遍在施肥后立即灌水，每年要灌水7次～10次，每次灌水高达1 500 m3·hm-2，灌水量和施肥量很高，水分利用率低，土壤中硝态氮的累积和淋失严重[5]，因此，河西绿洲灌区水分已成为作物高产的重要因子，如何提高水分利用率在有限供水条件下充分发挥肥料的增产作用,已成为河西地区农业可持续发展中作物优质高产亟待解决的问题[6-8]。选择适合当地灌水条件下肥料的增产效应，从而最大程度地发挥现有水资源的生产潜力在河西地区农业生产中具有重要的意义[9]。

1　材料与方法

1.1试验地基本情况

试验于2008年在甘肃省张掖市小满镇省农科院农业节水试验站进行，该试验站位于甘肃省河西走廊中部，海拔1 570 m，年日照时数3 085 h，昼夜温差13.0℃～16.0℃,平均气温7℃，≥0℃积温3 388℃，≥10℃积温2 896℃，无霜期153 d。年蒸发量2 075 mm，年降水量不足130 mm，见图1。试验地土壤含有机质7.6 g·kg-1，全氮0.77 g·kg-1，碱解氮72 mg·kg-1,全磷0.14%，全钾14 g·kg-1，pH 8.5(水土比1∶1)。

图1　2008年张掖市全年的降雨量Fig.1　Annual rainfall in Zhangye city in 2008

1.2试验设计和供试作物

试验设4个纯氮水平，分别为N0(0)，N1(187.5 kg·hm-2)，N2(375 kg·hm-2)，N3(562.5 kg·hm-2)，随机区组排列，灌水量为5 250 m3·hm-2，氮肥主要是尿素，40%做底肥，磷肥150 kg·hm-2做底肥，小麦播种时一次性施入，30%氮肥于小麦收获后追施，30%氮肥在玉米灌浆中期追施，其它管理同大田，重复3次，小区面积27 m2，供试小麦品种为宁春4号，玉米品种为沈单16，小麦带宽为70 cm，小麦种植6行，小麦播种密度450万株·hm-2，玉米带宽为80 cm，玉米种植2行，玉米行覆膜种植，玉米保苗82 500株·hm-2。

春小麦于2008年3月20号播种，同年7月24号收获；玉米于2008年4月15号播种，同年10月10号收获。

1.3测定项目和测定方法

在小麦播前、小麦苗期、小麦挑旗期、小麦灌浆期、玉米吐丝期、玉米灌浆中期和玉米收获后七个时期测定0～160 cm土壤剖面的含水量,用土钻取土，每20 cm一层，含水量用烘干法测定。播前0～20 cm的土样同时用于测定土壤pH、有机质、全氮、全磷和全钾等指标。收获时除两个边行外全区收获，单区脱粒，晒干后称重，记产。计算水分生产效率：水分生产效率=籽粒产量/土壤耗水量，土壤耗水量=播前土壤储水量+生育期降水量+灌水量-收获后土壤储水量[10]。

2　结果与分析

2.1施氮量对小麦玉米间作土壤水分垂直分布的影响

图2是河西绿洲灌区小麦玉米间作不同生育期不同施氮水平下0～160 cm土层含水量的垂直分布，结果表明：小麦带在播前土壤含水量最高，从播种到收获，土壤中的含水量持续降低，至收获后土壤含水量降至最低。各时期0～60 cm土壤含水量变化较大，40 cm土壤含水量较高，而60 cm土壤含水量较低，因此在60 cm处出现一个耗水层；从60 cm以下土壤含水量逐渐升高，不同时期不同氮处理各土层的含水量的变化基本一致。各施氮处理相比，N0和N3处理土壤的水分相对较高，而N1和N2处理土壤的水分含量相对较低，这与合理的施用氮肥促进了作物的生长而导致对水分的需求量增大有关。而玉米带在收获后土壤含水量最高，这是由于河西地区降雨量增加所致。各时期0～60 cm土层土壤含水量变化相对较大，60 cm以下变化幅度较小，这主要是由于玉米根系大部分分布在0～60 cm土层所致，这和小麦带结果基本一致。各生育期土壤水分动态变化规律相似，各不同施氮处理在大喇叭口期、抽雄期和吐丝期对土壤水分的消耗相对较大，因此这三个时期土壤各层次水分相对较低。对比不同施氮水平，小麦带土壤中的含水量随施氮量的增加变化较小，而玉米带土壤中的含水量随着施氮量的增加逐渐降低。

图2　施氮量对小麦玉米间作土壤水分垂直分布的影响Fig.2　N application rate on the influence of the vertical distribution of soil moisture in wheat-corn inter-cropping

2.2施氮量对小麦玉米间作产量的影响

施用氮肥能显著提高小麦玉米间作的产量，施氮188 kg·hm-2、375 kg·hm-2和563 kg·hm-2处理间作小麦产量分别为2 831 kg·hm-2、3 958 kg·hm-2、3 372 kg·hm-2，比对照增产26%、76%和50%；间作玉米产量分别为6 406 kg·hm-2、6 939 kg·hm-2、6 781 kg·hm-2，比对照增产87%、103%和98.4%，混合产量分别为9 236 kg·hm-2、10 896 kg·hm-2、10 153 kg·hm-2，比对照增产63%、92%和79%，但随着施氮量的增加无论小麦还是玉米产量都是先增加而后减少，施氮375 kg·hm-2时小麦玉米间作产量都达到最高，施氮562.5 kg·hm-2时产量反而有所降低，因此，合理的施氮量既保证了作物增产，提高了氮肥的施用效率，又降低了生产成本，见表1。

表1施氮量对春小麦玉米间作产量的影响

Tab.1N application rate on yield of of wheat-maize inter-cropping

处理Treament间作小麦产量(kg·hm-2)Inter-croppingwheatyield增减产(%)Yieldincreaseordecline间作玉米产量(kg·hm-2)Inter-croppingmaizeyield增减产(%)Yieldincreaseordecline混合产量(kg·hm-2)Combinedyield增减产(%)YieldincreaseordeclineN02246d-3418c-5665c-N12831c26.06406b879236b63.1N23958b76.26939a10310896a92.4N33372a50.16781a9810153a79.2

注：数据后的相同字母表示氮水平间的方差分析结果差异不显著(p>0.05)。

Note:Values followed by same letters show no significant difference(p>0.05) between N rates according to Duncan′s Multiple Range Test

2.3施氮量对小麦玉米间作水分利用效率的影响

无论小麦带、玉米带还是小麦玉米混合带水分利用效率都随着施氮量的增加先增加而后降低，施氮量增加到562.5 kg·hm-2时水分利用效率反而降低，而施氮375 kg·hm-2和施氮562.5 kg·hm-2之间差异不显著，但施氮375 kg·hm-2时的水分利用效率显著高于不施氮和施氮187.5 kg·hm-2处理，小麦不施氮处理消耗水分生产籽粒5.4 kg·hm-2·mm-1，施氮187.5 kg·hm-2、375 kg·hm-2和562.5 kg·hm-2处理消耗水分分别生产籽粒6.7 kg·hm-2·mm-1、9.2 kg·hm-2·mm-1和8.1 kg·hm-2·mm-1，分别比不施氮处理高1.3 kg·hm-2·mm-1、3.8 kg·hm-2·mm-1和2.7 kg·hm-2·mm-1，见图3。以上结果充分说明，施氮量对小麦玉米间作的水分利用效率有显著影响，无论小麦带、玉米带和小麦玉米混合带的水分利用效率都随施氮量的增加而增加，但施氮量超过375 kg·hm-2时，水分利用效率有所下降，这主要是由于过量的氮肥促使作物营养生长过旺而消耗了大量的养分，因此合理施肥能够提高作物的水分利用效率。

图3　施氮量对小麦玉米间作水分利用效率的影响Fig.3　N application effects on water use efficiency of maize-wheat inter-cropping

3　结　论

通过不同施氮量对河西干旱灌区小麦玉米间作土壤水分动态变化及水分生产效率影响的研究，结果表明，小麦带在播前土壤含水量最高，从播种到收获，土壤中的含水量持续降低，至收获后土壤含水量降至最低，原因在于河西绿洲灌区地处我国西北干旱区，在小麦的整个生长期降雨稀少，全年降雨量只有105.1 mm，作物生长所需要的水分基本依靠灌溉补给，另外随着生育期的后延蒸发量逐渐加大，河西地区全年蒸发量高达1 500 mm～2 500 mm，这就导致收获后土壤水分远远低于播前水平，播前土壤含水量最高，主要是由于入冬前灌水所致。各生育期不同施氮处理0～160 cm小麦带土壤剖面的含水量随施氮量的增加变化较小，而玉米带土壤中的含水量随着施氮量的增加逐渐降低，主要原因在于增施氮肥促进了作物营养生长，加大了蒸腾作用所致。0～160 cm土壤剖面的变化为：0～60 cm土壤含水量变化较大，60 cm以下土壤含水量变化较小，主要原因在于根系吸收、表层水分的蒸发和灌水对0～60 cm土层的水分、养分影响较大，使该层土壤水分、养分条件不断变化。

合理施氮可以提高作物产量,提高对氮素的吸收和利用率;氮肥过量不仅导致减产,反而使大量的氮素残留在土壤中[10-11]。无论小麦、玉米或小麦玉米间作的产量随施氮量的增加都呈现出先增后减的趋势，施氮375 kg·hm-2时无论小麦、玉米或小麦玉米间作的产量都达到最高，可见，作物生长时施用适量的氮肥才有利于作物生长,有利于提高作物的水氮利用率，这样既可以达到高产，又降低了生产成本。

氮肥施用量对小麦玉米间作的水分利用效率有显著影响，水分利用效率随施氮量的增加而增加，但施氮量增加到一定量时，水分利用效率反而下降，呈单峰变化趋势，施氮375 kg·hm-2时无论小麦带、玉米带和小麦玉米混合带的水分利用效率都达到最高，这主要是由于过量的氮肥促使作物营养生长过旺而加大了作物的蒸腾作用，因此合理施肥能够提高作物的水分利用效率。

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Effects of Different N Rates on Water Use Efficiency and Yield of Wheat-maize Inter-cropping in Irrigated Area of Hexi Oasis in Gansu Province

YANG Junlin1, MA Zhongming2, ZHANG Liqin1, XU Shengming, LIAN Caiyun1

(1.InstituteofSoil，FertilizerandWater-savingAgriculture，GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730070，China; 2.GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730070，China)

Wheat and maize inter-cropping is the main cropping pattern in the irrigated area of Hexi corridor, Gansu Province, which plays an important role in improving the local grain yield. Besides the optimum use of light and heat resources, adequate supply of nutrients and water per unit area are the other key factors ensuring high output for inter-cropping. Due to less water in Hexi region, melt-snow from Qilian Mountainhas has been mainly used for irrigation proposes.Therefore, the increasing crop water use efficiency is an important approach to efficient utilization of water resources. The influences of the different rates of nitrogen applied on water use and yield were studied in wheat and maize inter-cropping by field experiment in Hexi arid irrigated area. The results showed that compared to different nitrogen treatments, the soil water content in wheat belt changed little with the increase of nitrogen rates applied while maize belt′s soil water content was decreased. With the increase of nitrogen application, both wheat and maize yields increased first and then decreased. The yields of wheat and maize inter-cropping reached the highest when nitrogen fertilizer was applied to 375 kg·hm-2; on the contrary, the yield decreased when nitrogen fertilizer was 562.5 kg·hm-2. Nitrogen rates had a significant effect on the water use efficiency of wheat and maize. The water use efficiency increased with the increase of nitrogen application with a single peak, over 375 kg·hm-2nitrogen application, the water use efficiency was decreased.

wheat-corn inter-cropping; N rate; water use efficiency

10.11689/j.issn.2095-2961.2016.03.008

2095-2961(2016)03-0176-05

2015-05-29；

2016-04-14.

国家公益性行业(农业)科研专项(201503125-2).

杨君林(1977-)，男，甘肃天水人，硕士，副研究员，研究方向为作物栽培.

马忠明(1965-)，男，甘肃武威人，博士，研究员，研究方向为作物栽培.

S565.1

A