水肥耦合對南皮小麥生長?產(chǎn)量及水分利用效率的影響

楊依凡　涂攀峰　張滿義　尹功超　胡義熬　姬靜華　鄧蘭生　張承林　程鳳嫻

摘要 為進(jìn)一步提高南皮縣小麥種植中的水肥利用效率，減少灌溉水用量和肥料施用量，在河北省滄州市南皮縣小麥種植區(qū)進(jìn)行大田水肥管理試驗(yàn)，在等施肥量下設(shè)置常規(guī)施肥、噴灌施肥和澆灌施肥3種灌溉施肥方式。結(jié)果表明，噴灌施肥和澆灌施肥可促進(jìn)小麥的生長，其中噴灌施肥株高和穗鮮重分別比常規(guī)施肥處理高11.39%和23.91%。與常規(guī)施肥處理相比，噴灌和澆灌施肥千粒重提高3.50%～4.70%，產(chǎn)量提高40.82%～43.36%，水分利用效率提高62.22%～91.85%，肥料偏生產(chǎn)力顯著提高。

關(guān)鍵詞 小麥;噴灌;澆灌;生長;產(chǎn)量

中圖分類號 S512文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）21-0153-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.21.046

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Effects of Fertigation on Growth，Yield and Moisture Use Efficiency of Wheat in Nanpi

YANG Yifan1，2，TU Panfeng1，2，ZHANG Manyi3 et al

（1. Dongguan Yixiang Liquid Fertilizer Co.，Ltd.，Dongguan，Guangdong? 523135;2.College of Natural Resources and Environment，South China Agricultural University，Guangzhou，Guangdong? 510642;3. Agricultural Bureau of Nanpi County，Hebei Province，Nanpi，Hebei? 061500）

Abstract A field experiment was conducted in Cangzhou，Hubei Province to study the effects of three fertigation methods on growth，yield and water use efficiency of wheat. The results showed that sprinkler and drip fertigation promoted the growth of wheat. Compared to the traditional fertigation，the height and ear fresh weight of wheat increased by 11.39% and 23.91% under sprinkler，and the 1 000grain weight，yield and water use efficiency increased by 3.50%-4.70%，40.82%-43.36% and 62.22%-91.85% under sprinkler fertigation and flood fertigation，and fertilizer partial productivity significantly improved.

Key words Wheat;Sprinkler;Water;Growth;Yield

基金項(xiàng)目 “十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAD05B04F05）;科技部國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2016YFD0200404）;東莞市引進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍人才計(jì)劃項(xiàng)目。

作者簡介 楊依凡（1991—），男，浙江嘉興人，碩士研究生，研究方向：水肥一體化技術(shù)和液體肥料等的研究與推廣應(yīng)用。通信作者，副教授，從事作物營養(yǎng)與灌溉施肥教學(xué)、研究和推廣應(yīng)用工作。

收稿日期 2019-05-10

小麥（Triticum aestivum Linn）是世界上分布廣、消費(fèi)量大的糧食作物之一，也是蛋白質(zhì)和熱量的主要來源，以小麥為主要糧食的人口占全球人口的35%～40%，其產(chǎn)量的高低及品質(zhì)的優(yōu)劣直接關(guān)系世界糧食安全、地區(qū)的穩(wěn)定和人民的營養(yǎng)健康。河北省位于小麥黃金種植帶，是我國小麥的主產(chǎn)區(qū)之一[1]。南皮縣隸屬河北省滄州市，位于河北省東南部，屬北部冬麥區(qū)[2]，土壤多為鹽漬土，適耕期短，耕作較困難，因此合理的水肥管理成為保證該地區(qū)小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和水肥高效利用的重要農(nóng)藝措施[3]。

水和肥是影響作物生長發(fā)育的關(guān)鍵因素，兩者并不是單獨(dú)作用于作物的，而是通過水肥耦合的作用對作物產(chǎn)生協(xié)同、拮抗或疊加效應(yīng)[4]，使作物發(fā)生一系列的生理變化，最終影響其產(chǎn)量和品質(zhì)[5]。前人關(guān)于水肥耦合對作物影響開展了一系列的研究，Kuscu等[6]研究發(fā)現(xiàn)滴灌施肥可節(jié)水33%，水肥利用率提高了42%，同時(shí)達(dá)到增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的效果。李靜[7]提出水肥交互作用存在閥值反應(yīng)，當(dāng)?shù)陀陂y值時(shí)，增產(chǎn)效果隨水肥投入量的增加而明顯增加;當(dāng)高于閥值時(shí)，無增產(chǎn)效果。水分缺乏已成為阻礙我國北方農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素之一，在小麥種植中有明顯的限制作用。目前，我國多在設(shè)施蔬菜和經(jīng)濟(jì)作物上推廣應(yīng)用水肥一體化技術(shù)，小麥種植生產(chǎn)中較少應(yīng)用[8]。在水資源日趨匱乏的今天，節(jié)水型小麥生產(chǎn)模式逐漸成為主流[9]。水肥一體化管理有助于同時(shí)提高水分利用率和肥料利用率，它將灌溉與施肥結(jié)合在一起，既可灌水，又可供肥，并能節(jié)省勞動(dòng)力，在節(jié)水型小麥生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景[10-11]。

為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)部“一控兩減三基本”中關(guān)于控制農(nóng)業(yè)用水總量和減少化肥使用量的目標(biāo)，筆者選用南皮縣主栽小麥品種，設(shè)置了常規(guī)施肥、噴灌施肥和澆灌施肥3種不同的水肥耦合方式，探討不同灌溉施肥方式對小麥生長、產(chǎn)量、養(yǎng)分利用率及水分利用率的影響，以期為南皮小麥高產(chǎn)和水肥高效利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年10月至2016年6月在河北省滄州市南皮縣馮家口鎮(zhèn)木架橋村進(jìn)行。該地區(qū)屬暖溫帶大陸季風(fēng)氣候，年平均氣溫12.5 ℃，年平均降水581 mm，年積溫4 785 ℃，無霜期181 d。供試土壤為砂壤土，其基本理化性狀：pH 7.48，EC值0.56 ms/cm，有機(jī)質(zhì) 1.52 g/kg，堿解氮72.92 mg/kg，有效磷36.55 mg/kg，速效鉀120.34 mg/kg。試驗(yàn)示范中采用微咸水灌溉，含較高的鈣離子，其基本理化性狀：pH 7.68，EC值1.55 ms/cm，TDS 1.09 g/L，Ca2+81.3 mg/L，CaCO3 203.3 mg/L，Na+ 138.8 mg/L，Cl-259.3 mg/L。

1.2 試驗(yàn)材料 供試小麥品種為河農(nóng)826。供試肥料：尿素、磷酸氫二銨、復(fù)合肥（15-15-15）、氯化鉀、液體肥料（12-18-9）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)常規(guī)施肥、澆灌施肥和噴灌施肥3個(gè)處理，分別在小麥返青期、孕穗期和灌漿結(jié)實(shí)期進(jìn)行灌溉追肥。其中常規(guī)施肥處理的施肥和灌溉方式按農(nóng)民常規(guī)管理進(jìn)行（即先撒施肥料后進(jìn)行灌溉），澆灌施肥處理采用人工澆灌的方式同時(shí)進(jìn)行灌溉和施肥（即將肥料溶解于水中后采用托管進(jìn)行灌溉），噴灌施肥處理采用噴水帶進(jìn)行灌溉和施肥（即隨噴隨施），其他農(nóng)事管理與常規(guī)管理一致。各處理灌溉用水由水表嚴(yán)格控制，生育期間不遮雨。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)種植小區(qū)，面積為520 m2。具體水分和養(yǎng)分投入量見表1、2。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

各處理每小區(qū)隨機(jī)選定10株小麥檢測株高、莖粗，成熟時(shí)于各種植小區(qū)中央隨機(jī)選定1 m2測定有效穗數(shù)，同時(shí)取10株進(jìn)行考種，烘干稱重，并考察穗長、穗重、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等。將莖稈和籽粒烘干粉碎后，測定氮、磷、鉀養(yǎng)分含量。植物樣品氮、磷、鉀含量用H2SO4-H2O2消煮，氮用凱氏定氮法測定，磷采用釩鉬黃比色法測定，鉀采用原子吸收法[12]測定。

水分利用率計(jì)算公式：水分利用率=單位小區(qū)作物產(chǎn)量/（灌溉用水量+降雨量）。

偏生產(chǎn)力計(jì)算公式（以氮肥為例）：氮肥偏生產(chǎn)力=施氮小區(qū)作物產(chǎn)量/施氮量，指單位投入的肥料氮所能生產(chǎn)的作物籽粒產(chǎn)量，其大小反映施用氮肥對經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量產(chǎn)生的效應(yīng)[13]。

1.5 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010（Microsoft Company）和SAS 8.1統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理小麥生長狀況

不同處理小麥生長指標(biāo)見表3。由表3可知，與常規(guī)施肥相比，噴灌施肥和澆灌施肥處理的小麥長勢較好，其中噴灌施肥處理的小麥長勢具有明顯優(yōu)勢，其株高、莖粗、穗長和穗鮮重分別增加了11.39%、4.01%、11.39%和23.91%。澆灌施肥處理的小麥長勢與常規(guī)施肥處理無顯著差異。噴灌施肥處理小麥的株高比澆灌施肥顯著高8.68%，澆灌施肥處理的小麥穗長比噴灌施肥處理的高4.60%，但差異不顯著，2個(gè)處理小麥長勢的差異主要表現(xiàn)在株高上。

2.2 不同處理小麥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量

成熟期小麥基本農(nóng)藝性狀見表4。由表4可知，噴灌處理和澆灌處理小麥每穗粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重均顯著高于常規(guī)施肥處理，增幅分別為23.34%～26.84%、16.69%～28.35%、3.50%～4.70%。各處理小麥的有效穗數(shù)差異不顯著，以噴灌施肥處理的最高，達(dá)848.66 萬穗/hm2。噴灌施肥處理的小麥結(jié)實(shí)率顯著低于常規(guī)施肥和澆灌施肥處理。由圖1可知，噴灌施肥處理小麥產(chǎn)量最高，為10 519.5 kg/hm2，顯著高于常規(guī)施肥處理，但與澆灌處理間顯著不差異。此外，澆灌施肥小麥產(chǎn)量比常規(guī)施肥處理高40.99%，達(dá)顯著差異水平。

2.3 不同處理水分利用效率

由表5可知，與常規(guī)施肥處理相比，噴灌施肥和澆灌施肥處理的灌溉水量均有所降低，降幅分別為25.45%、58.18%;但水分利用率大幅提升，增幅分別為62.22%、91.85%。噴灌施肥處理采用少量多次的方式進(jìn)行灌溉施肥，在提高小麥產(chǎn)量的同時(shí)大幅度節(jié)省灌溉水用量，水分利用效率達(dá)6.57 kg/m3。澆灌施肥后期澆灌不便，總灌溉量較少，因此水分利用效率甚至超過噴灌施肥。

2.4 不同處理肥料偏生產(chǎn)力

由表6可知，與常規(guī)施肥處理相比，噴灌施肥和澆灌施肥處理小麥籽粒氮、磷、鉀肥偏生

產(chǎn)力具有明顯優(yōu)勢。噴灌施肥處理籽粒中氮肥偏生產(chǎn)力較常規(guī)施肥處理高13.91 kg/kg，磷肥偏生產(chǎn)力高9.70 kg/kg，鉀肥偏生產(chǎn)力高76.00 kg/kg。澆灌施肥處理籽粒中氮肥偏生產(chǎn)力較常規(guī)施肥處理高7.49 kg/kg，磷肥偏生產(chǎn)力高5.22 kg/kg，鉀肥偏生產(chǎn)力高40.92 kg/kg。

3 結(jié)論與討論

南皮小麥種植主要是通過大水漫灌的方式進(jìn)行灌溉施肥，此種灌溉方式存在嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)水資源浪費(fèi)現(xiàn)象[14]。該試驗(yàn)在大田條件下進(jìn)行，不可避免地受到氣象條件和土壤物理特性變異等因素的影響，但從試驗(yàn)結(jié)果分析，噴灌和澆灌顯著促進(jìn)小麥的生長和提高產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)小麥增產(chǎn)40.82%～43.36%，這主要是由于這2個(gè)處理是灌溉和施肥同時(shí)進(jìn)行，作物對水分和肥料的利用率提高，而且水肥耦合對作物產(chǎn)生協(xié)同作用，促進(jìn)了小麥植株生長健壯，有效分蘗增多，千粒重增加，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，這與Liu等[15]的研究結(jié)果相似，噴灌對

小麥株高有明顯促進(jìn)作用，也提高產(chǎn)量。曲英等[16]關(guān)于滴灌、噴灌、畦灌3種方式對冬小麥生長影響的研究，結(jié)果表明滴灌下小麥的產(chǎn)量最高，較畦灌處理增產(chǎn)量達(dá)56.42%;研究表明，滴灌與其他灌溉方式相比能顯著提高水分利用效率[17-18]和肥料利用效率[19-20]。常規(guī)施肥處理中采用大水漫

灌的方式進(jìn)行灌溉，用水量高于噴灌和澆灌，水分利用效率也較低，這是因?yàn)槌Ｒ?guī)施肥將肥料和灌溉分開進(jìn)行，當(dāng)大水灌溉時(shí)極易將肥料沖離根層區(qū)域，根系吸收的養(yǎng)分量減少，導(dǎo)致養(yǎng)分利用率降低，植株長勢變差，產(chǎn)量降低。肥料偏生產(chǎn)力是反映當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分水平和肥料使用量綜合效應(yīng)的重要指標(biāo)，該試驗(yàn)結(jié)果表明，噴灌施肥和澆灌施肥處理小麥籽粒氮、磷、鉀肥偏生產(chǎn)力具有明顯優(yōu)勢，說明水肥的有機(jī)結(jié)合與合理應(yīng)用是提高小麥產(chǎn)量的有效途徑之一。

小麥滴灌和噴灌等水肥一體化技術(shù)可以提高產(chǎn)量，主要原因是常規(guī)施肥是把施肥和灌溉分開，先將肥料撒在地里，然后澆水，由于灌溉用水量過大，導(dǎo)致過量的水將肥料沖到根層之外[21-22]，而且當(dāng)灌溉量達(dá)到一定限額后再增加灌溉，產(chǎn)量隨之下降[ 8，23]。在華北地區(qū)，農(nóng)戶以施用尿素為主，尿素更容易被淋洗，造成地下水污染，產(chǎn)量也隨之降低。采用水肥一體化技術(shù)后，水肥同時(shí)供應(yīng)，根據(jù)根層深度確定灌水量，肥料不會(huì)淋洗，而且還節(jié)水[24]。水肥一體化技術(shù)可根據(jù)作物對水肥的需求，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)對作物的水肥供給量，可在最大限度利用水肥資源的同時(shí)，提高農(nóng)作物生產(chǎn)效率，達(dá)到最佳的水肥利用效率和節(jié)水節(jié)肥效果。

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