不同土壤肥力条件下水肥运筹对滴灌冬小麦生长发育与产量品质的影响

加孜拉，白云岗

(新疆水利水电科学研究院，乌鲁木齐 830049)

0 引 言

水和肥是小麦生长发育和产量形成的关键因素[1-5]，水和肥的运筹很大程度上决定产量高低与产量品质的优劣。小麦籽粒品质既受遗传控制，也受环境条件的影响。因此利用滴灌技术[6,7]高频率、高强度、低流量的特点，根据小麦需水需肥特点供水和供肥，充分发挥水和肥的协同作用，使小麦优质高产[8-11]。毛凤梧等[12]研究表明，合理的水肥运筹对小麦品质形成具有明显的调节效应。郭天财等[13]研究表明，不同水、氮运筹对小麦旗叶光合性能具有明显的调控效应。雷振生等[14]认为，孕穗期追肥有利于肥的代谢与转化，与拔节期追肥相比可明显改善品质。张维军等[15]认为，适当提前返青水、灌浆水和麦黄水不但能高产还能改善籽粒品质。曹洪鑫等[16]研究认为，水肥密切配合时，能使产量大幅度提高，籽粒产量和蛋白质含量之间的负相关关系可以通过合理的水肥运筹加以协调。但以上研究都侧重于地面灌小麦水肥运筹方式的研究，关于水肥运筹对滴灌冬小麦生长和产量品质影响的研究甚少。因此，有必要通过田间试验，研究滴灌下冬小麦水肥运筹模式对小麦生长、产量和品质的影响，探索滴灌优质高产冬小麦科学合理的水肥运筹模式，为大面积推广冬小麦滴灌高效节水节肥技术提供科学依据。

1 材料与方法

试验于2013年10月-2014年7月在新疆昌吉州五家渠水利厅灌溉试验站(44.9°N，87.31°E，海拔450 m)进行。该站位于新疆天山北麓，年气温温差较大，无霜期160 d，多年平均降水量180.1 mm，且多集中在4-6月，约占全年降水量的43%，全区光照充足，年均日照时间2 800 h。

供试作物为当地主栽小麦品种新冬8号，于2013年9月27日播种，播种行距15 cm。试验采用单翼迷宫式滴灌带，滴头间距为30 cm，滴头设计流量3.2 L/h, 滴灌带间距为60 cm，采用1管4行模式。磷肥和钾肥作为底肥1次性施入。于2013年10月2日滴出苗水，11月6日滴冬灌水。灌溉水源为井水，采用水泵供水和水表计量，采用施肥罐进行施肥。

试验共设置9个处理，试验在2013年水肥耦合效应研究试验结果得到最佳灌水量和施肥量的基础上，以灌水量、施肥量和时间分布为因子，设定不同水肥运筹方案。试验设置一次重复。试验选择两种不同肥力水平的田块进行，肥力水平见表1。

表1 两试验地播前土壤肥力状况

不同水肥运筹方案为：在相同灌水量的情况下，施肥量在冬小麦不同生育时期内的分配；在相同施肥量的情况下，设置灌水量在小麦不同生育时期内的分配，灌水次数相同，返青后灌水8次，出苗水一次，冬灌一次，共灌水10次，详见表2～表4。

表2 滴灌冬小麦水肥运筹方案

表3 滴灌冬小麦灌水方案

表4 滴灌冬小麦施肥方案

小麦分蘖期、拔节期、孕穗期，抽穗期、开花期、灌浆期、乳熟期和成熟期，测定小麦株高、叶面积。测定每处理总茎数、成穗数、总穗质量、穗质量、每穗粒数、单穗质量、粒质量、产量。

2 结果与分析

2.1 不同土壤肥力条件水肥运筹对滴灌冬小麦株高的影响

2.1.1不同土壤基础肥力对滴灌冬小麦株高的影响

小麦株高是衡量小麦群体株型状况是否合理的敏感指标，其高矮直接影响小麦发育过旺或不良。图1可以看出，两个田块冬小麦株高变化趋势大体相同，都具有：返青分蘖期至抽穗期急剧增长，抽穗后株高增长相对缓慢。整个生育期高肥力田小麦株高普遍高于低肥力田小麦株高，分蘖期高肥力田小麦株高高于低肥力田小麦株高5.6 cm，成熟期高于13.2 cm，这说明土壤肥力对小麦株高影响很大，土壤基础肥力高返青期旺苗，返青期无需施肥，当返青期小麦长势过于旺盛时需喷施矮壮素。土壤基础肥力低返青期弱苗，需施肥壮苗。

图1 土壤肥力对滴灌冬小麦株高的影响

2.1.2水肥运筹对滴灌冬小麦株高的影响

从图2可看出，无论是高肥力田还是低肥力田，W1处理冬小麦株高均高于W2处理和对照处理CK。高肥力田W1处理株高为82.4 cm，分别高于W2处理和CK处理6.2和12.4 cm，水分运筹对高肥力田株高的影响表现为：W1> W2> CK。低肥力田W1处理滴灌冬小麦株高为67.5 cm，分别高于W2处理和CK处理5.4和3.3 cm，水分运筹对低肥力田滴灌冬小麦株高的影响表现为：W1> CK > W2，说明在适当增加返青-拔节期灌水量，对滴灌冬小麦株高有更好的调控效应。

图2 水分运筹对不同基础土壤肥力田滴灌冬小麦株高的影响

2.1.3氮肥运筹对滴灌冬小麦株高的影响

图3可看出，氮肥运筹对高肥力田和低肥力田株高影响不一致，高肥力田N2处理小麦株高最高为84.96 cm，分别高于处理N1、N3、N4和CK处理株高8.0、9.5、6.7、15.4 cm，氮肥运筹对高肥力田滴灌冬小麦株高的影响表现为：N2>N4>N1>N3>CK，说明在土壤基础肥力高的田返青期无需施肥。低肥力田N1处理小麦株高最高，分别高于处理N2、N3、N4和CK处理株高5.4、12.2、4.4、6.1 cm，氮肥运筹对低肥力田滴灌冬小麦株高的影响表现为：N1>N4>N2>CK>N3，说明对低肥力田来说返青期施肥十分重要，当返青期小麦长势表现为弱苗时，可适当增加返青期施肥量来提高小麦株高。

图3 肥分运筹对不同基础土壤肥力田滴灌冬小麦株高的影响

2.2 不同土壤肥力和水肥运筹模式下滴灌冬小麦株高与产量的关系

图4为不同土壤基础肥力和水肥运筹下滴灌冬小麦株高与产量的关系曲线，从图4可知，滴灌冬小麦株高与产量的关系成二次抛物线关系，模型采用18组株高与产量数据点进行拟合，结果表明，滴灌冬小麦产量随着株高的增高而增加，当株高增加到一定程度，产量反而降低，株高与产量拟合模型为：

Y=-2.676x2+501.88x- 11 190R2=0.687 4

图4 滴灌冬小麦株高与产量关系

2.3 土壤基础肥力和水肥运筹对滴灌冬小麦LAI的影响

2.3.1土壤基础肥力对滴灌冬小麦LAI的影响

小麦高产取决于对光能利用的提高，而叶面积指数是反映小麦群体光合性能的重要指标，叶面积大小直接影响小麦截获光能的多少，从而影响小麦产量。图5为土壤基础肥力对滴灌冬小麦叶面积的影响，从图5可看出，土壤基础肥力对冬小麦叶面积指数LAI具有明显的调节效应。高肥力田冬小麦LAI最高处理为W1N2处理且孕穗期LAI为8.80，高于高肥力田对照处理CK孕穗期叶面积指数3.1%。低肥力田叶面积指数LAI最高处理为W1N3处理且孕穗期LAI为6.13，高于低肥力田对照处理CK孕穗期叶面积指数7.8%。高肥力田和低肥力田最高LAI处理W1N2处理和WIN3处理间LAI差为2.67，差异达30.3%，差异显著。两种不同肥力田的对照处理CK的LAI差为1.39，LAI差异达22.7%。

图5 土壤基础肥力对滴灌冬小麦叶面积的影响

2.3.2水肥运筹对不同土壤肥力田滴灌冬小麦LAI的影响

从图6可看出，在不同土壤基础肥力的情况下，水分运筹对滴灌冬小麦LAI的影响均表现为：W2> W1> CK，高肥力田滴灌冬小麦孕穗期LAI间差异不显著，LAI最高水分运筹处理W2的LAI为8.87，与W1水分运筹方式和CK处理LAI间差异分别为0.3%和3.8%。低肥力田W2、W1和CK处理冬小麦孕穗期LAI值分别为8.03、7.59和5.67，W2水分运筹方式分别提高W1和CK处理LAI5.5%和29.5%，与CK处理间差异显著，说明在土壤基础肥力低的情况下，适当增加返青-拔节期灌水量，可以提高冬小麦LAI。

图6 水运筹对不同土壤肥力田滴灌冬小麦LAI的影响

从图7看出，在不同土壤基础肥力的情况下，氮肥运筹对冬小麦LAI的影响不一致。高肥力田N3处理冬小麦孕穗期LAI最高，其值为9.81，分别高于N1、N2、N4和CK处理20.9%、0.3%、18.6%和13.0%，与处理N2孕穗期LAI间差异不明显，氮肥运筹对高肥力田冬小麦LAI的影响表现为：N3>N2>CK>N4>N1。低肥力田N4处理冬小麦孕穗期LAI最高，其值为9.32，分别高于N1、N2、N3和CK处理孕穗期LAI13.4%、30.6%、30.7%和39.2%，与N1处理间差异不明显。氮肥运筹对低肥力孕穗期LAI的影响表现为：N4>N1>N2>N3>CK，说明在土壤基础肥力低的情况下，返青-分蘖期施肥适当增加来改善小麦长势从而得到较高的LAI。

图7 肥运筹对不同土壤肥力田滴灌冬小麦LAI的影响

2.4 土壤基础肥力对滴灌冬小麦产量与籽粒品质的影响

2.4.1土壤基础肥力对滴灌冬小麦籽粒品质的影响

从试验结果(表5)可以看出，土壤基础肥力对冬小麦籽粒品质有明显的影响，低肥力田小麦籽粒容重、维生素B1、蛋白质含量和氨基酸分别高于高肥力田10.22 g/L、0.000 1 mg、1.14%、1.19%，而吸水率降低0.26%，这说明土壤基础肥力增加对滴灌冬小麦籽粒容重、蛋白质含量、维生素B1、氨基酸含量和吸水率具有负效应。

表5 土壤基础肥力对滴灌冬小麦籽粒品质的影响

2.4.2水肥运筹对滴灌冬小麦籽粒品质的影响

从表6～7可以看出，水肥运筹对冬小麦籽粒品质有明显的影响，在2种不同土壤基础肥力下，维生素B1含量以W2N2处理最高，分别为0.005 1和0.006 6 mg/g，分别提高维生素B1含量6%和48%。在2种不同土壤基础肥力下，氨基酸含量以W2N3处理最高，分别为16.51%和14.87%，高于2种不同肥力田CK对照处理1.73%和0.81%。在2种不同土壤基础肥力下，吸水率以CK处理最高，分别为9.20%和9.60。高肥力田冬小麦籽粒容重和蛋白质含量以W2N4处理为最高，分别为825 g/L和14.51%，与CK对照处理相比，分别提高6%和39%。低肥力田冬小麦籽粒容重以W1N3处理最高，高于CK处理25 g/L，蛋白质含量以W2N3处理为最高，与CK对照处理相比，提高12%。

表6 水肥运筹对滴灌冬小麦籽粒品质的影响(低肥力田)

表7 水肥运筹对滴灌冬小麦籽粒品质的影响(高肥力田)

2.5 土壤基础肥力和水肥运筹对滴灌冬小麦产量和产量结构的影响

穗数、穗粒数、千粒重是冬小麦产量评价的重要指标，不同水肥运筹对冬小麦产量及产量结构有不同的影响。从表8～9可看出，不同水肥运筹方式对滴灌冬小麦产量有明显的调节作用。高肥力田W2N2处理最高为13.96 kg/hm2，较CK处理增产18.7%，说明对于高肥力田，灌浆期水分调控和氮肥后移的组合方式(W2N2)能取得高产。低肥力田W1N4处理最高为10 924 kg/hm2，较CK处理增产7.6%，说明对于低肥力田，返青-拔节期水分调控和施肥量能取得高产。从土壤基础肥力对冬小麦穗数的影响来看，高肥力田冬小麦穗数均低于低肥力田冬小麦穗数，这可能是由于高肥力田土壤肥力高，小麦生育初期长势旺盛，加快了小麦生长发育进程，使得冬小麦分蘖和幼穗分化时间短，穗数少。高肥力田W2N2处理穗粒数均高于其他处理，比CK处理高2.8%，低肥力田W1N1处理穗粒数均高于其他处理，比CK处理高2.5%。

表8 水肥运筹对滴灌冬小麦产量及产量结构的影响(高肥力田)

表9 水肥运筹对滴灌冬小麦产量及产量结构的影响(低肥力田)

3 结 语

根据本试验结果来看，土壤基础肥力和水肥运筹均对滴灌冬小麦生长、产量及产量品质具有明显调控效应，水肥运筹对滴灌冬小麦长势的表现不一致。土壤肥力增加对滴灌冬小麦籽粒容重、蛋白质含量、维生素B1、氨基酸含量和吸水率具有负效应。高肥力田：W2N2水肥运筹处理产量最高，为13 096 kg/hm2，比其他处理增产3.13%～18.73%。低肥力田：W1N3水肥运筹处理产量最高，为10 924 kg/hm2，比其他处理增产3.33%～20.59%。综上所述，推荐高肥力田滴灌冬小麦水肥运筹模式为W2N2即灌浆期水分调控和氮肥后移的组合方式，低肥力田滴灌冬小麦水肥运筹模式为W1N3即返青-拔节期水肥调控的组合方式为宜。

[1] 杨文钰,屠乃美.作物栽培学各论[M].北京:中国农业出版社,2003.

[2] 李法云,宋丽,郑良.水肥耦合作用对土壤养分变化及春小麦生长发育的影响[J].辽宁大学学报,2001,28(3):263-267.

[3] Arnon L. Physiological principles of dryland corp production//In:Gupta U.S.(ed)Physiological aspects of dryland farming[M].1975:3-24.

[4] 金 剑,刘晓冰,王光华,等.水肥耦合对春小麦群体叶面积及产量的影响[J].吉林农业大学学报,2005,27(3):241-244,247.

[5] 高 山,王冀川,徐雅丽,等.不同土壤水分对滴灌春小麦生长·干物质积累与分配的影响[J].安徽农业科学,2011,39(9):5 151-5 153,5240.

[6] 戈德堡.滴灌原理与应用[M].北京:中国农业出版社,1983.

[7] 张志新.滴灌工程规划设计原理与应用[M].北京:中国水利,水电出版社,2007:5-8.

[8] 山 仑,徐 萌.节水农业及其生理生态基础[J].应用生态学报,1991,2(1):70-76.

[9] 陈亚新,康绍忠.非充分灌溉原理[M].北京:水利电力出版社,1995.

[10] 於 琍,于 强,罗 毅,等.水分胁迫对冬小麦物质分配及产量构成的影响[J].地理科学进展,2004,23(1):105-112.

[11] 闫永銮,郝卫平,梅旭荣,等.拔节期水分胁迫-复水对冬小麦干物质积累和水分利用效率的影响[J].中国农业气象,2011,32(2):190-195.

[12] 毛凤梧,赵会杰,徐立新,等.水肥运筹对小麦品质的形成的调控效应[J].河南农业大学学报,2001,3(35):13-15.

[13] 郭天财,姚战军,王晨阳,等.水肥运筹对小麦旗叶光合特性及产量的影响[J].西北植物学报,2004,24(10):1 786-1 791.

[14] 雷振生,徐立新,吴政卿,等.水肥运筹和化学调控对强筋小麦品质的影响[J].华北农学报,2006,21(4):71-74.

[15] 张维军,袁汉民,陈东升,等.水肥运筹对冬小麦品质和产量的影响[J].宁夏农林科技,2009,(4):1-3.

[16] 曹宏鑫,王世敬,戴晓华.土壤基础肥力和水肥运筹对春小麦产量和品质及植株肥状况的影响[J].麦类作物学报,2003,23(2):52-56.

[17] 加孜拉,张 燕,白云岗.滴灌下水肥耦合对北疆冬小麦干物质累积和产量的影响[J].灌溉排水学报,2014,33(4-5):77-80.

[18] 加孜拉,白云岗,肖 军.北疆滴灌冬小麦水肥耦合效应研究[J].灌溉排水学报,2014,33(增刊) :12-15.

[19] 肖 军,加孜拉.滴灌条件下水肥耦合对北疆冬小麦生理生长和产量的影响[J].安徽农业科学,2014,42(26):8 915-8 918.

[20] 白云岗,加孜拉.不同土壤肥力条件下的滴灌冬小麦水肥运筹试验研究[J].中国农学通报,2016,32(6):11-18.