免耕一膜两年用及水氮减量对西北灌区小麦水氮利用效率的影响.pdf
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1、2023 年 6 月第 3 期4249甘肃农业大学学报 JOURNAL OF GANSU AGRICULTURAL UNIVERSITY第5 8卷双 月 刊免耕一膜两年用及水氮减量对西北灌区小麦水氮利用效率的影响张正鹏1,陈桂平2,3,李盼2,3,韦金贵2,3,殷文2,3(1.甘肃省武威市凉州区种业中心,甘肃 武威 733000;2.省部共建干旱生境作物学国家重点实验室,甘肃 兰州 730070;3.甘肃农业大学农学院,甘肃 兰州 730070)摘要:【目的】针对长期连作作物生产力低、水氮减量作物稳产技术研究薄弱等突出问题,研究前茬地膜覆盖玉米收获后免耕留存地膜,在水氮减量投入下提高种植后茬小
2、麦的水氮利用效率对于建立西北灌区小麦生产的节本增效技术具有实践指导意义。【方法】通过田间试验,设置了免耕一膜两年覆盖利用(NT)和传统耕作(CT)2个耕作方式,传统灌水(I2,2 400 m3/hm2)与减量20%灌水(I1,1 920 m3/hm2)2个灌水水平,传统施氮(N3,225 kg/hm2)、减量20%施氮(N2,180 kg/hm2)和减量40%施氮(N1,135 kg/hm2)3个施氮水平。【结果】免耕一膜两年覆盖利用较传统耕作提高小麦籽粒产量与水分利用效率分别为 10.4%与 12.4%,增加小麦籽粒与植株氮素累积量分别为17.7%与15.6%。减量20%灌水与减量20%施氮
3、同步集成于免耕一膜两年覆盖利用措施进一步增强小麦增产与氮素积累能力而提高水氮利用效率,较传统耕作和传统水氮供应处理小麦增产15.2%、水分利用效率提高20.5%,小麦籽粒与植株氮素累积量分别增加 27.6%与 16.0%,氮素收获指数提高 10.0%,氮素利用效率提高 8.4%。【结论】前茬玉米免耕一膜两年覆盖利用配套减量20%灌水(1 920 m3/hm2)与减量20%施氮(180 kg/hm2)是提高西北绿洲灌区小麦水氮利用效率的节水节氮有效措施。关键词:地膜覆盖;免耕;水氮减量;小麦;水氮利用效率;干旱灌区中图分类号:S512.1 文献标志码:A 开放科学(资源服务)标识码(OSID):
4、文章编号:1003-4315(2023)03-0042-08Effects of notillage with residual plastic mulching in the second year and water and nitrogen reduction on water and nitrogen use efficiency of wheat in northwest irrigated areasZHANG Zhengpeng1,CHEN Guiping2,3,LI Pan2,3,WEI Jingui2,3,YIN Wen2,3(1.Seed Industry Center o
5、f Liangzhou District,Wuwei 733000,China;2.Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science,Lanzhou 730070,China;3.College of Agronomy,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)Abstract:【Objective】In view of low crop productivity in continuous cropping system and less research on cr
6、op yield stabilization technology with water and nitrogen reduction,it is of great significance to study the influence of no-tillage with residual plastic mulching from previous crop in the second year on the proDOI:10.13432/ki.jgsau.2023.03.006第一作者:张正鹏,高级农艺师,主要从事农业技术推广服务工作。E-mail:通信作者:殷文,教授,硕士生导师,主
7、要从事作物多样化种植资源高效利用研究。E-mail:基金项目:国家自然科学基金项目(32101857);甘肃农业大学伏羲青年英才培育项目(Gaufx-03Y10);甘肃省科学技术协会青年人才托举工程项目(2020-12);甘肃省重点人才项目(204197083016)。收稿日期:2022-07-14;修回日期:2022-08-08第 3 期张正鹏等:免耕一膜两年用及水氮减量对西北灌区小麦水氮利用效率的影响duction of the following crops,and then to optimize cultivation pattern and establish the cost-s
8、aving and benefits-increasing technology of crop production in Hexi irrigated areas of Gansu province.【Method】A field experiment was carried out with two tillage practices,i.e.,no-tillage with residual plastic mulching from previous maize in the second year(NT)and conventional tillage after removing
9、 the mulched plastic in previous maize(CT),two levels of irrigations,i.e.,the local conventional irrigation amount(I2,2 400 m3/hm2)and reduced local conventional irrigation amount by 20%(I1,1 920 m3/hm2),and with three levels of nitrogen application,i.e.,the local conventional nitrogen amount(N3,225
10、 kg/hm2),the reduced local conventional nitrogen amount by 20%(N2,180 kg/hm2)and the reduced local conventional nitrogen amount by 40%(N1,135 kg/hm2),followed by evaluating effects of these treatments on water and nitrogen use efficiency of wheat.【Result】NT practice increased grain yield and water u
11、se efficiency of wheat by 10.4%and 12.4%,respectively,and increased grain and plant nitrogen accumulation amounts by 17.7%and 15.6%,respectively,compared to CT.A reduction by 20%in both irrigation and nitrogen application,coupled with NT practice,could increase grain yield and water use efficiency b
12、y 15.2%and 20.5%,respectively,increase nitrogen accumulation in grain and plant by 27.6%and 16.0%,respectively,and increase nitrogen harvest index and nitrogen use efficiency by 10.0%and 8.4%,respectively,compared to CT with conventional high levels of irrigation and nitrogen applications.【Conclusio
13、n】No-tillage with residual plastic mulching from previous maize in the second year,coupled with a reduced irrigation by 20%(i.e.,1 920 m3/hm2)and a reduced nitrogen application by 20%(i.e.,180 kg/hm2),can be used as the effective measure of increasing water and nitrogen use efficiency(i.e.,water-and
14、 nitrogen-saving)of wheat production in northwest irrigated areas.Key words:plastic film mulching;no tillage;water and nitrogen reduction;wheat;water and nitrogen use efficiency;arid irrigated areas小麦是全球主要粮食作物之一1,其水氮利用与产量表现及氮素的吸收及积累密切相关。促进小麦增产稳产与氮素累积的主要技术途径有品种选择、前茬管理、灌水与施氮制度优化、适宜种植密度筛选等方面2-3,大量研究证实前
15、茬管理及灌水与施氮制度优化是调控小麦产量与氮素吸收利用的主要途径2-4。已出版文献证实,休闲期覆盖地膜对小麦产量形成与氮素吸收及积累具有明显的调控作用4,通过优化土壤水分与热量环境,调控作物生长发育动态而促进地上植株氮素吸收与累积,尤其是促进小麦开花之后氮素吸收与累积及其从营养器官向穗部生殖器官的转运,从而提高产量与水氮利用效率3-4。小麦氮素的吸收利用主要依靠土壤水分进行转移和分配2,生育后期较低的土壤含水量促进氮素向穗部器官运输,进而提高小麦氮素收获指数与利用效率5,但随着土壤含水量的增加,生育后期氮素累积与转运呈先上升后下降的趋势2。随着不断增施氮肥,小麦植株氮素累积量在一定程度上也逐渐
16、增加,但是抑制了小麦开花后氮素从营养器官向籽粒器官的转移而降低氮素收获指数与利用效率6。另外,适宜的灌水量与施氮量能提高小麦绿色叶片的光合性能,促进小麦营养器官氮素及其光合同化物向籽粒器官中的转移而提高水氮利用效率7-8。另有实践证明,不同作物组成的合理轮作倒茬模式通过改善土壤理化性质、优化土壤水热特性、平衡土壤养分而促进小麦氮素累积与转运,从而促进小麦对水分与氮素的高效利用9-10。以上说明,优化茬口特性及水分与氮素的管理制度是提高小麦水氮利用效率的重要调控措施。当今,干旱绿洲灌区降水少、无效水分蒸发大,导致作物生产对地膜覆盖的依赖性较大,传统作物生产模式以每年覆盖新地膜及作物连作为主11,
17、土壤水分含量与氮素水平作为影响作物产量形成、氮素累积及水氮利用的重要因子3,12,能否通过集成轮作倒茬种植模式、免耕一膜两年覆盖利用技术,配置适宜的水分与氮素供应水平提高作物水氮利用效率急需实践证明。因此,本研究在西北绿43甘肃农业大学学报2023 年洲灌区,以前茬地膜玉米免耕一膜两年覆盖利用种植后茬小麦为研究对象,探究不同水氮供应水平下前茬地膜覆盖玉米免耕一膜两年利用种植后茬小麦的水氮利用效率,以期为研发区域内小麦资源节约增效栽培技术提供技术支撑。1材料与方法1.1试验区概况本研究在甘肃河西走廊东端武威市凉州区黄羊镇进行。该区多年平均气温7.2,多年平均日照时数长达2 950 h,10 的积
18、温大概3 000。试区降水 短 缺,年 均 降 水 量 约 160 mm,年 蒸 发 量 约2 400 mm,资源性缺水严重,属于典型的绿洲农业区。小麦和玉米是该区的主栽作物,玉米采用每年覆盖地膜种植,小麦、玉米连作普遍且水肥投入量大。1.2试验设计2015 年覆盖地膜种植玉米,进行预备试验。2016年4月20日播种玉米,9月20日玉米联合收割机收获,免耕留膜次年轮作小麦,2017年3月26日免耕采用穴播机种植春小麦,传统耕作处理则在玉米联合收割机收获后进行深翻耕,于2017年施肥整地后在相同日期穴播小麦。本试验为三因素裂区试验,以翻耕连作小麦为对照,主区设 2 种耕作措施:免耕一膜两年覆盖利
19、用(NT)、传统耕作(CT);副区为 2 个灌水水平:减量20%灌水(I1)与传统灌水(I2);以及次副区为3 个施氮水平:减量40%施氮(N1)、减量20%施氮(N2)与传统施氮(N3),共组成12个处理,3 次重复,具体灌溉与施氮量如表1所示。本研究采用宽为120 cm、厚度为0.01 mm的无色 地 膜,参 试 小 麦 品 种 为 陇 春 30 号,播 种 量450 kg/hm2,试验小区面积42.5 m2。不同处理冬储水均为120 mm,在不同小麦生长阶段实施灌溉定额地方传统灌水量在小麦苗期、孕穗期及灌浆期分别灌水75、90、75 mm,减量20%灌水在3个相应生育时期分别灌水60、7
20、2、60 mm。灌水采用滴灌,水表控制灌水量,尿素(46-0-0 of N-P2O5-K2O)和过磷酸钙(0-18-0 of N-P2O5-K2O)全部做基肥,水推式施肥器穴施。1.3测定指标与计算方法1.3.1小麦籽粒产量、耗水量及水分利用效率小麦成熟后,每个小区采取样方法(4 m1.5 m)进行测产,用种子水分仪(PM-8188)测定籽粒含水量,计算籽粒产量(GY,kg/hm2)时保留籽粒含水量为13%。采用水分平衡公式计算耗水量1:ET=P+I-S式中:ET为作物耗水量(mm),P为降水量,I为灌水量,S为播前和收后土壤贮水量之差(mm)。由于试验地区地下水在30 m以下,灌水量较少,渗
21、漏量和地下水上升的影响忽略不计。水分利用效率(WUE)计算公式为:WUE=GY/ET1.3.2地上部植物氮素积累量与氮素利用效率及氮素收获指数小麦收获时,在试验小区中央位置任意选取长势均匀、有代表性的随机取样20株(不包括根系),然后分器官烘干至恒重,再将烘干样品粉碎后过筛装袋。使用Elementar元素分析仪测出植株氮含量,然后计算籽粒与地上部植株氮素累积量、表1试验设计及处理代码Table 1Experiment design and treatment codes耕作方式Tillage method免耕一膜两年用No-tillage with residual plastic mulch
22、ing forusing in the second year(NT)传统耕作Conventional tillage(CT)灌水水平Irrigation levelI2(2 400 m3 hm-2)I1(1 920 m3 hm-2)I2(2 400 m3 hm-2)I1(1 920 m3 hm-2)施氮水平及处理代码Nitrogen level and treatment codeN3(225 kg hm-2)NTI2N3NTI1N3CTI2N3CTI1N3N2(180 kg hm-2)NTI2N2NTI1N2CTI2N2CTI1N2N1(135 kg hm-2)NTI2N1NTI1N1CT
23、I2N1CTI1N144第 3 期张正鹏等:免耕一膜两年用及水氮减量对西北灌区小麦水氮利用效率的影响氮素利用效率及氮素收获指数3。氮素累积量=各器官全氮含量(%)干物质质量氮素利用效率(NUE,kg/kg)=籽粒产量(kg/hm2)/地上部植株氮素累积量(kg/hm2)氮素收获指数(NHI)=籽粒氮素累积量(kg/hm2)/地上部植株氮素累积量(kg/hm2)1.4数据处理与统计方法采用Microsoft Excel 2010整理、汇总数据并制作图表,SPSS 19.0 进行统计分析及显著性检验(Duncan法,=0.05)。2结果与分析2.1不同耕作措施、灌水及施氮水平对小麦籽粒产量、耗水量
24、及水分利用效率的影响2.1.1籽粒产量前茬地膜覆盖玉米免耕一膜两年利用可为获得较高的籽粒产量提供保障,且在水氮减量条件下增产效应显著加强(图1)。免耕一膜两年利用(NT)较传统耕作(CT)小麦籽粒增产10.4%,减量40%施氮(N1)较减量20%施氮(N2)与传统施氮(N3)小麦籽粒分别减产13.6%与11.4%,减量20%施氮(N2)与传统施氮(N3)和减量20%灌水(I1)与传统灌水(I2)小麦籽粒产量无显著差异。在减量20%与传统灌水条件下,NT较CT小麦籽粒产量分别提高9.4%与11.5%;在减量40%、减量20%与传统施氮条件下,NT 较 CT 分别增产 10.9%、11.1%、9.
25、3%,增产效应显著。免耕一膜两年利用配合减水减氮20%(NTI1N2)较传统耕作传统灌水与施氮(CTI2N3)处理小麦增产15.2%。因此,将减量20%水氮集成于前茬地膜覆盖玉米免耕一膜两年利用仍保持后茬小麦较高的籽粒产量。2.1.2耗水量灌水与施氮水平及两者交互作用对小麦全生育期耗水量产生显著影响(图2)。I1较I2处理小麦耗水量降低3.2%,N1较N2与N3小麦耗水量分别降低5.1%与5.6%,N2与N3小麦耗水量差异不显著。在不同灌水与施氮水平下,NT与CT小麦耗水量差异不显著。与CTI2N3处理相比,NTI1N2降低小麦全生育期耗水量4.4%。说明减量20%灌水与施氮集成于免耕一膜两年
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