测墒补灌与氮肥运筹对小麦品种水分利用的影响

武继承，杨永辉，郑惠玲，潘晓莹，韩伟锋

(1. 河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所，河南 郑州 450002；2. 农业部作物高效用水原阳科学观测站，河南 原阳 453514；3.河南省土壤肥料站，河南 郑州 450002)

测墒补灌与氮肥运筹对小麦品种水分利用的影响

武继承1，2，杨永辉1，2，郑惠玲3，潘晓莹1，2，韩伟锋1，2

(1. 河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所，河南 郑州 450002；2. 农业部作物高效用水原阳科学观测站，河南 原阳 453514；3.河南省土壤肥料站，河南 郑州 450002)

为探明不同小麦品种对水分条件的响应，以矮抗58和周麦18为材料，在通许县开展了壤质潮土测墒灌溉与氮肥运筹配合对小麦水分利用的影响研究。结果表明，小麦分蘖-返青期(11月15日-2月15日)耗水比例较低，其中重度胁迫和充分灌溉处理矮抗58高于周麦18，轻度胁迫处理则低于周麦18；返青-抽穗期(2月15日-4月15日)耗水明显增加，矮抗58高于周麦18；抽穗-成熟期(4月15日-6月10日)品种间差别较小。矮抗58总体耗水量较周麦18略高，轻度胁迫有利于降低耗水量，其中矮抗58轻度胁迫处理与充分灌溉处理相比耗水量减少18.89～104.45 mm，周麦18则减少10.57～53.22 mm，但周麦18拔节+灌浆和返青-拔节+扬花2次追肥两处理分别增加11.26，30.45 mm。矮抗58的水分利用效率，除了重度胁迫返青-拔节+扬花2次追肥处理和充分灌溉不追肥处理外，均高于周麦18，重度胁迫时提高0.49～3.08 kg/(mm·hm2)，充分灌溉时提高0.23～2.82 kg/(mm·hm2)，轻度胁迫时提高1.26～3.27 kg/(mm·hm2)。矮抗58以扬花-灌浆1次追肥和拔节期+灌浆期2次追肥效果较好；周麦18则以返青-拔节+扬花2次追肥和返青-拔节1次追肥效果较好。说明不同小麦品种间控水时间和施肥时间有一定的差异。

壤质潮土；小麦；品种；氮肥运筹；水分利用

河南省是农业和产粮大省，又是水资源严重匮乏的省份，全省人均水资源量仅412 m3，常年缺水30亿～50亿m3。近年来黄河以北及黄河以南部分地区地下水漏斗面积不断扩大，目前已占到平原区面积的20%左右；但灌水利用系数仅0.52左右，水分利用效率仅1.1～1.2 kg/m3。因此，提高水分利用效率是解决水资源供需矛盾的重要途径。水肥管理是提高小麦产量的重要技术措施，小麦产量随土壤水分增加而增加，在田间持水量75%时产量最高，最佳纯氮用量为360 kg/hm2[1]。通过补充灌水与氮肥追施配合秸秆覆盖对冬小麦产量具有显著的增产效果[2]。水肥同区使用方式显著高于水肥异区方式[3]。小麦籽粒产量及其品质的最佳结合点是拔节和开花期的水氮配合施用[4]，在高氮条件下补灌拔节水和灌浆水或仅补灌拔节水都可以实现水肥的高效耦合效应[5]；在高产条件下单位纯氮用量240 kg/hm2并分别补灌底墒水、拔节水和开花水的相应处理小麦籽粒产量、水分氮肥利用率较好[6]。灌水量越大，小麦耗水量与耗水强度也越大，施肥量增加耗水量下降；相同灌水条件下，小麦产量随施肥量增加而增加，并在高水中肥时达到最佳[7]。干旱胁迫则会严重影响氮肥的作用，只有与水分相配合，才能充分发挥氮肥的作用[8]。研究表明，在60%氮肥基施条件下，以灌拔节水+孕穗水，同时在孕穗期追施40%氮肥处理的小麦表现最好[9]；而灌水量对小麦产量的影响主要通过影响0～140 cm土层的土壤水分含量来实现[10-11]。目前的研究主要侧重于灌水量与氮肥用量的耦合效应，关于不同相对含水量与氮肥运筹方式配合对小麦产量和水分利用的关系研究则报道较少[12-16]。因此，本研究选用河南省不同主栽小麦品种，设置不同水分胁迫及氮肥分期施用相结合的水肥耦合处理，探讨了测墒灌溉与氮肥运筹方式配合对不同小麦品种对水分利用的响应，旨在为粮食高产和水肥高效利用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验地点在河南省通许县冯庄乡前山村，土壤为壤质潮土，耕层有机质16.60 g/kg、全氮 1.12 g/kg、全磷1.04 g/kg、全钾18.5 g/kg、水解氮68.8 mg/kg、速效磷16.8 mg/kg、速效钾86.4 mg/kg。土壤容重1.32 g/cm，土壤机械组成为：砂粒(2.00～0.02 mm)占85%，粉粒(0.020～0.002 mm)占6.1%，黏粒(<0.002 mm)占8.9%。供试小麦品种为矮抗58和周麦18。试验水分条件设置充分灌溉(田间持水量的75%～85%)、轻度胁迫(田间持水量的65%～75%)和重度胁迫(田间持水量的50%～55%)3种水分条件；氮肥追施设置6种运筹方式：①不追肥；②返青-拔节期追肥1次；③扬花-灌浆期追肥1次；④返青+灌浆期追肥2次；⑤拔节+灌浆期追肥2次；⑥返青-拔节+扬花期追肥2次，共18个处理，其中重度胁迫为处理1～6，轻度胁迫为处理7～12，充分灌溉为处理13～18(表1)(周麦18以TC18-1～TC18-18表示，矮抗58以TC58-1～TC58-18表示)。3次重复，随机排列。小麦于2011年10月24日播种，播种量150 kg/hm2，2012年6月上旬收获。小区面积5 m×6 m=30 m2。处理间间距50 cm，重复间间距80 cm。

表1 水肥试验处理及试验代号

1.2 试验方法

1.2.1 土壤含水量测定 采用重量烘干法按照越冬、返青、拔节、孕穗、灌浆和成熟期等生育阶段测定0～100 cm土层的土壤含水量。同时，利用便携式土壤水分速测仪(TDR)快速测定土壤水分含量，观测土壤墒情的变化特征。

1.2.2 水分利用效率的计算 补充灌水前，首先测定不同水肥处理的土壤含水量，计算达到目标土壤含水量需补充的灌水量，并依此进行补灌。灌水量(mm)由下面的公式计算：

M=10×ρb×H(βi-βj)

其中：H为土壤计划湿润层的深度(cm)，本试验研究不同处理计划湿润深度为60～100 cm；ρb为计划湿润土层的平均土壤容重(g/cm3)；βi为目标土壤含水量(田间持水量乘以目标相对含水量)；βj为灌前土壤含水量。

农田耗水量采用水分平衡法计算：

其中：ET为小麦生育期的耗水量(mm)；i为土层编号；n为总土层数；γi为第i层土壤干容重(g /cm3)；Hi为第i层土壤厚度(cm)；θi1和θi2分别为第i层土壤播种前和收获后含水量；M为灌水量(mm)；P0为生育期内有效降水量(mm)，冬小麦生育期间的降雨资料由当地气象部门提供；K为时段内的地下水补给量(mm)，当地下水埋深大于2.5 m时，K值可以忽略不计，本试验的地下水埋深在5 m以下，故地下水补给量可视为0。

水分利用效率(WUE)计算公式：

WUE=Y/ET

式中WUE为水分利用效率(kg/(mm·hm2))；Y为籽粒产量(kg/hm2)；ET为小麦生育期内耗水量(mm)。

2 结果与分析

2.1 不同水分与氮肥运筹对土壤水分的影响

从图1可以看出，周麦18不同生育期田间土壤含水量表现为从足墒播种后，由于持续无有效降水，小麦越冬期、分蘖期-返青初期土壤水分呈逐渐下降趋势；2月份受降水和灌溉的影响土壤含水量得到明显改善，小麦返青期和拔节期土壤水分处于较高水平，但受作物生长旺盛的影响，至孕穗和扬花期土壤含水量也呈下降趋势；5月份受灌水和降水的影响，小麦灌浆期土壤水分含量较高，至成熟期土壤水分含量再次下降。总之，周麦18生育期内土壤水分含量呈现出3高3低的变化特征，即播种、返青期-拔节、扬花期-灌浆期土壤水分含量较高，分蘖-返青期、孕穗期、成熟期土壤含水量较低。矮抗58与周麦18具有同样的变化趋势(图2)。

图1 周麦18不同生育期土壤水分的变化特征

2.2 不同水分条件与氮肥运筹对小麦阶段耗水的影响

从表2可以看出，不同水分条件与氮肥运筹方式配合不同小麦品种的阶段耗水特征具有明显的差异。小麦分蘖-越冬期(11月15日-2月15日)耗水量占总耗水量的比例较低，其中矮抗58重度胁迫、充分灌溉和轻度胁迫分别占总耗水量26.85%～31.52%，6.78%～14.50%，6.35%～10.50%；周麦18相应分别为22.58%～30.86%，6.24%～11.45%，7.80%～11.36%。2个品种相比，重度胁迫和充分灌溉处理矮抗58高于周麦18，而轻度胁迫处理则低于周麦18。返青-抽穗期(2月15日-4月15日)耗水量明显增加，其中矮抗58重度胁迫、充分灌溉和轻度胁迫处理分别占总耗水量34.62%～40.63%，44.19%～51.59%，44.31%～47.33%；周麦18相应处理分别为31.23%～41.55%，42.57%～48.15%，43.01%～46.75%。2个品种相比，3种水肥条件矮抗58均高于周麦18。抽穗-成熟期(4月15日～6月10日)耗水量也较前期耗水量明显提高，其中矮抗58重度胁迫、充分灌溉和轻度胁迫处理分别占总耗水量30.94%～36.58%，41.14%～44.88%，43.46%～49.33%；周麦18相应处理分别为30.28%～40.01%，45.07%～47.34%，42.44%～47.36%。2个品种相比，相对差别较小。

图2 矮抗58不同生育期土壤水分的变化特征

不同品种的总耗水量具有明显的差异。周麦18充分灌溉时分别较重度胁迫增加0.89～88.54 mm，轻度胁迫不追肥处理和返青-拔节期1次追肥较重度胁迫相应处理分别减少9.68，30.97 mm，其他处理增加15.28～102.13 mm；与充分灌溉相比，拔节+灌浆期2次追肥和返青-拔节+扬花期2次追肥分别增加11.26，30.45 mm，其他处理减少10.57～53.22 mm。矮抗58充分灌溉与重度胁迫相比，增加34.98～101.47 mm；轻度胁迫时不追肥处理和返青-拔节期1次追肥分别减少56.73，29.76 mm，其他处理增加15.08～26.32 mm。轻度胁迫与充分灌溉相比减少19.90～104.45 mm。周麦18与矮抗58相比，重度胁迫时扬花-灌浆期处理增加4.65 mm，其他处理减少14.47～65.55 mm；充分灌溉时减少11.99～61.30 mm；轻度胁迫时不追肥、拔节+灌浆期2次追肥和返青-拔节+扬花期2次追肥分别增加32.58 ，19.17，31.14 mm，返青-拔节期1次追肥、扬花-灌浆期1次追肥和返青+灌浆期2次追肥分别减少15.83，4.84，15.07 mm。由此可见，矮抗58总体耗水量较周麦18略高，轻度胁迫时耗水总量减少或耗水幅度减小。

表2 不同水分条件与氮肥运筹对阶段耗水的影响

表2(续)

2.3 不同水分条件与氮肥运筹对小麦水分利用效率的影响

从表3可以看出，不同水分条件与氮肥运筹方式配合不同小麦品种的水肥利用效率具有一定的差异性。重度胁迫时，矮抗58不同处理的水分利用效率为16.48～20.85 kg/(mm·hm2)，其中扬花-灌浆期1次追肥最高，其次分别为返青-拔节+扬花期2次追肥、返青+灌浆期2次追肥、拔节+灌浆期2次追肥、返青-拔节期1次追肥，所有处理分别较不追肥处理增加4.37，2.95，2.67，2.49，1.38 kg/(mm·hm2)。周麦18则为15.21～19.63 kg/(mm·hm2)，其中返青-拔节+扬花期2次追肥最高，其次分别为拔节+灌浆期2次追肥、扬花-灌浆期1次追肥、返青+灌浆期2次追肥、返青-拔节期1次追肥，分别较不追肥处理提高4.42，3.27，2.56，1.61，1.37 kg/(mm·hm2)。与周麦18相比，除返青-拔节+扬花期2次追肥处理外，矮抗58相应处理水分利用效率分别提高0.49～3.08 kg/(mm·hm2)，扬花-灌浆期1次追肥差别最大，其次分别为返青+灌浆期2次追肥、返青-拔节期1次追肥、不追肥和拔节+灌浆期2次追肥。

充分灌溉时，矮抗58水分利用效率分别为16.81～19.46 kg/(mm·hm2)，周麦18则为16.44～18.23 kg/(mm·hm2)。与相应重度胁迫相比，矮抗58拔节+灌浆、返青-拔节和不追肥3个处理分别提高0.49，0.35，0.33 kg/(mm·hm2)，其他处理降低0.64～1.55 kg/(mm·hm2)；周麦18返青-拔节和不追肥2个处理分别提高0.34，1.77 kg/(mm·hm2)，其他处理降低0.38～1.84 kg/(mm·hm2)。与周麦18相比，除不追肥处理外，矮抗58其他相应处理水分利用效率分别提高0.23～2.82 kg/(mm·hm2)，拔节+灌浆处理差别最大，其次分别为扬花-灌浆、返青+灌浆、返青-拔节和返青-拔节+扬花等处理。

轻度胁迫时，矮抗58水分利用效率分别为20.67～22.79 kg/(mm·hm2)，周麦18则为17.80～19.88 kg/(mm·hm2)。与相应重度胁迫相比，矮抗58相应处理分别提高1.24～4.69 kg/(mm·hm2)，周麦18返青-拔节+扬花和拔节+灌浆2个处理分别降低0.68，1.78 kg/(mm·hm2)，其他处理提高1.77～3.35 kg/(mm·hm2)。与相应充分灌溉相比，矮抗58相应处理分别提高1.61～4.36 kg/(mm·hm2)，周麦18除返青-拔节+扬花处理外，其他处理分别提高1.16～2.96 kg/(mm·hm2)。与周麦18相比，矮抗58其他相应处理水分利用效率分别提高1.27～3.27 kg/(mm·hm2)，拔节+灌浆处理差别最大，其次分别为扬花-灌浆、返青-拔节+扬花、不追肥、返青+灌浆和返青-拔节等处理。

综上所述，轻度胁迫与氮肥运筹方式配合有利于提高水分利用效率，且矮抗58优于周麦18。矮抗58以扬花-灌浆期追肥1次处理效果最好，周麦18则以返青-拔节期追肥1次处理效果较好。

2.4 不同水分条件与氮肥运筹对灌溉水利用效率的影响

从表3可以看出，不同水分条件与氮肥运筹方式配合不同品种间的灌溉水利用效率有明显差异。重度胁迫时，矮抗58不同处理的灌溉水利用效率分别为1.29～2.30 kg/m3，周麦18则为0.91～1.68 kg/m3。矮抗58与周麦18相比，不同氮肥运筹处理分别增加0.31～1.04 kg/m3。

充分灌溉时，矮抗58不同处理的灌溉水利用效率分别为2.03～3.20 kg/m3，周麦18则为1.61～2.10 kg/m3。与重度胁迫相比，矮抗58相应处理分别提高0.19～0.90 kg/m3，周麦18则提高0.27～0.79 kg/m3。与周麦18相比，矮抗58不同氮肥运筹处理分别增加0.02～1.31 kg/m3。

轻度胁迫时，矮抗58灌溉水利用效率分别为1.90～2.90 kg/m3，周麦18则为1.88～2.18 kg/m3。与重度胁迫相比，矮抗58相应处理分别提高0.31～0.61 kg/m3，周麦18则提高0.39～0.97 kg/m3。与充分灌溉相比，矮抗58只有返青-拔节期+扬花期提高0.25 kg/m3，其他处理均有所降低；周麦18则提高0.03～0.43 kg/m3。与周麦18相比，矮抗58不同氮肥运筹处理分别增加0.02～0.90 kg/m3。

综上所述，轻度胁迫和氮肥运筹相结合有利于提高灌溉水利用效率，矮抗58以扬花-灌浆期追肥1次和拔节+灌浆期追肥2次处理效果较好，周麦18则以返青-拔节+扬花期追肥2次和返青-拔节+扬花期追肥2次处理较好。

表3 不同水分条件与氮肥运筹对不同小麦品种水分利用效率的影响

表3(续)

注：灌溉水利用效率(kg/m3)=(灌水小区小麦籽粒产量-未灌水区小麦籽粒产量)/灌水量，其中矮抗58未灌水处理产量为6 981.0 kg/hm2，周麦18未灌水处理产量为6 474.0kg/hm2。

Note： Irrigation use efficiency(kg/m3) is equal to the wheat grain yield of irrigation area minus that of no irrigation area divided by the volume of irrigation. The yield of no irrigation area for Aikang 58 is 6 981.0 kg/ha， the yield of no irrigation area for Zhoumai 18 is 6 474.0 kg/ha.

3 结论与讨论

本研究结果表明，氮肥运筹和测墒补灌对2个品种的增产效应表现为轻度胁迫>充分灌溉>重度胁迫。矮抗58总体耗水量较周麦18略高，轻度胁迫有利于降低耗水量，提高水分利用效率，且矮抗58的水分利用效率高于周麦18。矮抗58以扬花-灌浆期追肥1次和拔节期+灌浆期追肥2次增产效果较好；周麦18则以返青-拔节+扬花期追肥2次和返青-拔节期追肥1次效果较好。作物生育期受水分胁迫下，施用氮肥对作物产量是否有利，一直以来都是一个有争议的话题[17-20]，本试验表明干旱影响肥效，只有在合理的水分条件下，氮肥作用才能充分发挥，这与翟丙年等[8，21]研究结果一致。有研究显示[22]，灌水过多导致作物产量降低，产量在土壤相对含水量为75%～80%时达最大值。本试验也得到类似结果，但是在轻度胁迫65%～75%时，产量最高。从灌水时期看，本试验2个品种的敏感期分别为：矮抗58灌浆期前灌水效果较好，周麦18则在拔节期前灌水效果更佳。与赵淑章等[4]和孔东等[5]的研究结果有一定的吻合性。小麦耗水特性与水分利用方面，轻度胁迫有利于减少耗水量、提高水分利用效率，本试验的研究结果与段文学等[23]、易立攀等[10]、韩占江等[24]、王红光[25]、栗丽等[26]、张艳艳等[27]的相关研究成果有一定的吻合性，即灌水量增加耗水量增加，合理的补灌时期和补灌量能够提高水分利用效率。

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Effect of Measuring Irrigation and Nitrogen Planning Management on Water Use of Wheat Varieties

WU Jicheng1，2，YANG Yonghui1，2，ZHENG Huiling3，PAN Xiaoying1，2，HAN Weifeng1，2

(1.Institute of Plant Nutrition & Resource Environment，Henan Academy of Agricultural Sciences，Zhengzhou 450002， China；2.Yuanyang Experimental Station of Crop Water Use，Ministry of Agriculture，Yuanyang 453514， China；3.Workshop of Henan Soil and Fertilizer，Zhengzhou 450002， China)

In order to explore the effect of water conditions on wheat varieties, the experiment was conducted to study the effects of measuring irrigation and nitrogen planning management on wheat varieties in loamy soil in Tongxu county， with Aikang 58 and Zhoumai 18. The main results showed the proportion of water consumption was lower during the tiller stage to the green period from Nov.12 to Feb.15， and which of Aikang 58 was higher than that of Zhoumai 18 under severe stress and full irrigation condition， and lower under mild stress condition. The water consumption increased significantly during the green period to the heading stage from Feb.15 to Apr. 15， which of Aikang 58 under three kinds of water and nitrogen planning management conditions was higher than that of Zhoumai 18. Their water consumption also preliminary increased significantly during the heading stage to the mature stage from Apr. 15 to Jun. 10， but it had relatively little difference between 2 species. However， the total water consumption of Aikang 58 was slightly higher than that of Zhoumai 18， the water consumption could be reduced by the water and nitrogen planning management under mild stress condition， which of Aikang 58 was reduced 18.89 mm to 104.45 mm respectively than that of corresponding treatments under full irrigation， and that of Zhoumai 18 reduced 10.57 mm to 53.22 mm respectively， except the treatments of jointing stage plus filling stage and returning green stage plus flowering stage increased 11.26,30.45 mm. The water use efficiency of Aikang 58 was higher than that of Zhoumai 18 under different water and nitrogen planning management condition， which was increased 0.49 kg/(mm·ha) to 3.08 kg/(mm·ha) under severe stress， and increased 0.23 kg/(mm·ha) to 2.82 kg/(mm·ha) under full irrigation， and increased 1.26 kg/(mm·ha )to 3.27 kg/(mm·ha) under mild stress. However， the best treatments of Aikang 58 were the stage topdressing once in flowering to filling stage and twice in jointing plus filling stage， but the best ones for Zhoumai 18 were green-jointing plus flowering stage or returning green to jointing stage， so the control time of water and nitrogen topdressing had a difference between varieties.

Loamy soil； Wheat； Varieties； Nitrogen planning； Water use efficiency

2017-03-15

公益性行业(农业)科研专项经费项目(201203077)；“十二五”农村领域国家科技计划课题(2013BAD07B07-6)河南省农科院科研发展专项资金项目(201513105)

武继承(1965-)，男，河南通许人，研究员,博士，主要从事节水农业、农业生态和土壤肥料研究。

S274.3；S512.1

A

1000-7091(2017)03-0188-08

10.7668/hbnxb.2017.03.029