水肥耦合对南皮小麦生长?产量及水分利用效率的影响

杨依凡　涂攀峰　张满义　尹功超　胡义熬　姬静华　邓兰生　张承林　程凤娴

摘要 为进一步提高南皮县小麦种植中的水肥利用效率，减少灌溉水用量和肥料施用量，在河北省沧州市南皮县小麦种植区进行大田水肥管理试验，在等施肥量下设置常规施肥、喷灌施肥和浇灌施肥3种灌溉施肥方式。结果表明，喷灌施肥和浇灌施肥可促进小麦的生长，其中喷灌施肥株高和穗鲜重分别比常规施肥处理高11.39%和23.91%。与常规施肥处理相比，喷灌和浇灌施肥千粒重提高3.50%～4.70%，产量提高40.82%～43.36%，水分利用效率提高62.22%～91.85%，肥料偏生产力显著提高。

关键词 小麦;喷灌;浇灌;生长;产量

中图分类号 S512文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）21-0153-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.21.046

开放科学（资源服务）标识码（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

基金项目 “十二五”农村领域国家科技支撑计划项目（2013BAD05B04F05）;科技部国家重点研发项目（2016YFD0200404）;东莞市引进创新创业领军人才计划项目。

作者简介 杨依凡（1991—），男，浙江嘉兴人，硕士研究生，研究方向：水肥一体化技术和液体肥料等的研究与推广应用。通信作者，副教授，从事作物营养与灌溉施肥教学、研究和推广应用工作。

收稿日期 2019-05-10

小麦（Triticum aestivum Linn）是世界上分布广、消费量大的粮食作物之一，也是蛋白质和热量的主要来源，以小麦为主要粮食的人口占全球人口的35%～40%，其产量的高低及品质的优劣直接关系世界粮食安全、地区的稳定和人民的营养健康。河北省位于小麦黄金种植带，是我国小麦的主产区之一[1]。南皮县隶属河北省沧州市，位于河北省東南部，属北部冬麦区[2]，土壤多为盐渍土，适耕期短，耕作较困难，因此合理的水肥管理成为保证该地区小麦高产优质和水肥高效利用的重要农艺措施[3]。

水和肥是影响作物生长发育的关键因素，两者并不是单独作用于作物的，而是通过水肥耦合的作用对作物产生协同、拮抗或叠加效应[4]，使作物发生一系列的生理变化，最终影响其产量和品质[5]。前人关于水肥耦合对作物影响开展了一系列的研究，Kuscu等[6]研究发现滴灌施肥可节水33%，水肥利用率提高了42%，同时达到增产优质的效果。李静[7]提出水肥交互作用存在阀值反应，当低于阀值时，增产效果随水肥投入量的增加而明显增加;当高于阀值时，无增产效果。水分缺乏已成为阻碍我国北方农业发展的主要因素之一，在小麦种植中有明显的限制作用。目前，我国多在设施蔬菜和经济作物上推广应用水肥一体化技术，小麦种植生产中较少应用[8]。在水资源日趋匮乏的今天，节水型小麦生产模式逐渐成为主流[9]。水肥一体化管理有助于同时提高水分利用率和肥料利用率，它将灌溉与施肥结合在一起，既可灌水，又可供肥，并能节省劳动力，在节水型小麦生产中具有广阔的应用前景[10-11]。

为实现农业部“一控两减三基本”中关于控制农业用水总量和减少化肥使用量的目标，笔者选用南皮县主栽小麦品种，设置了常规施肥、喷灌施肥和浇灌施肥3种不同的水肥耦合方式，探讨不同灌溉施肥方式对小麦生长、产量、养分利用率及水分利用率的影响，以期为南皮小麦高产和水肥高效利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015年10月至2016年6月在河北省沧州市南皮县冯家口镇木架桥村进行。该地区属暖温带大陆季风气候，年平均气温12.5 ℃，年平均降水581 mm，年积温4 785 ℃，无霜期181 d。供试土壤为砂壤土，其基本理化性状：pH 7.48，EC值0.56 ms/cm，有机质 1.52 g/kg，碱解氮72.92 mg/kg，有效磷36.55 mg/kg，速效钾120.34 mg/kg。试验示范中采用微咸水灌溉，含较高的钙离子，其基本理化性状：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 试验材料 供试小麦品种为河农826。供试肥料：尿素、磷酸氢二铵、复合肥（15-15-15）、氯化钾、液体肥料（12-18-9）。

1.3 试验设计

试验设常规施肥、浇灌施肥和喷灌施肥3个处理，分别在小麦返青期、孕穗期和灌浆结实期进行灌溉追肥。其中常规施肥处理的施肥和灌溉方式按农民常规管理进行（即先撒施肥料后进行灌溉），浇灌施肥处理采用人工浇灌的方式同时进行灌溉和施肥（即将肥料溶解于水中后采用托管进行灌溉），喷灌施肥处理采用喷水带进行灌溉和施肥（即随喷随施），其他农事管理与常规管理一致。各处理灌溉用水由水表严格控制，生育期间不遮雨。每个处理设3个种植小区，面积为520 m2。具体水分和养分投入量见表1、2。

1.4 测定项目与方法

各处理每小区随机选定10株小麦检测株高、茎粗，成熟时于各种植小区中央随机选定1 m2测定有效穗数，同时取10株进行考种，烘干称重，并考察穗长、穗重、穗粒数、结实率、千粒重等。将茎秆和籽粒烘干粉碎后，测定氮、磷、钾养分含量。植物样品氮、磷、钾含量用H2SO4-H2O2消煮，氮用凯氏定氮法测定，磷采用钒钼黄比色法测定，钾采用原子吸收法[12]测定。

水分利用率计算公式：水分利用率=单位小区作物产量/（灌溉用水量+降雨量）。

偏生产力计算公式（以氮肥为例）：氮肥偏生产力=施氮小区作物产量/施氮量，指单位投入的肥料氮所能生产的作物籽粒产量，其大小反映施用氮肥对经济产量产生的效应[13]。

1.5 数据处理 试验数据采用Microsoft Excel 2010（Microsoft Company）和SAS 8.1统计软件进行相关数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理小麦生长状况

不同处理小麦生长指标见表3。由表3可知，与常规施肥相比，喷灌施肥和浇灌施肥处理的小麦长势较好，其中喷灌施肥处理的小麦长势具有明显优势，其株高、茎粗、穗长和穗鲜重分别增加了11.39%、4.01%、11.39%和23.91%。浇灌施肥处理的小麦长势与常规施肥处理无显著差异。喷灌施肥处理小麦的株高比浇灌施肥显著高8.68%，浇灌施肥处理的小麦穗长比喷灌施肥处理的高4.60%，但差异不显著，2个处理小麦长势的差异主要表现在株高上。

2.2 不同处理小麦农艺性状及产量

成熟期小麦基本农艺性状见表4。由表4可知，喷灌处理和浇灌处理小麦每穗粒数、每穗实粒数、千粒重均显著高于常规施肥处理，增幅分别为23.34%～26.84%、16.69%～28.35%、3.50%～4.70%。各處理小麦的有效穗数差异不显著，以喷灌施肥处理的最高，达848.66 万穗/hm2。喷灌施肥处理的小麦结实率显著低于常规施肥和浇灌施肥处理。由图1可知，喷灌施肥处理小麦产量最高，为10 519.5 kg/hm2，显著高于常规施肥处理，但与浇灌处理间显著不差异。此外，浇灌施肥小麦产量比常规施肥处理高40.99%，达显著差异水平。

2.3 不同处理水分利用效率

由表5可知，与常规施肥处理相比，喷灌施肥和浇灌施肥处理的灌溉水量均有所降低，降幅分别为25.45%、58.18%;但水分利用率大幅提升，增幅分别为62.22%、91.85%。喷灌施肥处理采用少量多次的方式进行灌溉施肥，在提高小麦产量的同时大幅度节省灌溉水用量，水分利用效率达6.57 kg/m3。浇灌施肥后期浇灌不便，总灌溉量较少，因此水分利用效率甚至超过喷灌施肥。

2.4 不同处理肥料偏生产力

由表6可知，与常规施肥处理相比，喷灌施肥和浇灌施肥处理小麦籽粒氮、磷、钾肥偏生

产力具有明显优势。喷灌施肥处理籽粒中氮肥偏生产力较常规施肥处理高13.91 kg/kg，磷肥偏生产力高9.70 kg/kg，钾肥偏生产力高76.00 kg/kg。浇灌施肥处理籽粒中氮肥偏生产力较常规施肥处理高7.49 kg/kg，磷肥偏生产力高5.22 kg/kg，钾肥偏生产力高40.92 kg/kg。

3 结论与讨论

南皮小麦种植主要是通过大水漫灌的方式进行灌溉施肥，此种灌溉方式存在严重的农业水资源浪费现象[14]。该试验在大田条件下进行，不可避免地受到气象条件和土壤物理特性变异等因素的影响，但从试验结果分析，喷灌和浇灌显著促进小麦的生长和提高产量，实现小麦增产40.82%～43.36%，这主要是由于这2个处理是灌溉和施肥同时进行，作物对水分和肥料的利用率提高，而且水肥耦合对作物产生协同作用，促进了小麦植株生长健壮，有效分蘖增多，千粒重增加，进而实现增产，这与Liu等[15]的研究结果相似，喷灌对

小麦株高有明显促进作用，也提高产量。曲英等[16]关于滴灌、喷灌、畦灌3种方式对冬小麦生长影响的研究，结果表明滴灌下小麦的产量最高，较畦灌处理增产量达56.42%;研究表明，滴灌与其他灌溉方式相比能显著提高水分利用效率[17-18]和肥料利用效率[19-20]。常规施肥处理中采用大水漫

灌的方式进行灌溉，用水量高于喷灌和浇灌，水分利用效率也较低，这是因为常规施肥将肥料和灌溉分开进行，当大水灌溉时极易将肥料冲离根层区域，根系吸收的养分量减少，导致养分利用率降低，植株长势变差，产量降低。肥料偏生产力是反映当地土壤基础养分水平和肥料使用量综合效应的重要指标，该试验结果表明，喷灌施肥和浇灌施肥处理小麦籽粒氮、磷、钾肥偏生产力具有明显优势，说明水肥的有机结合与合理应用是提高小麦产量的有效途径之一。

小麦滴灌和喷灌等水肥一体化技术可以提高产量，主要原因是常规施肥是把施肥和灌溉分开，先将肥料撒在地里，然后浇水，由于灌溉用水量过大，导致过量的水将肥料冲到根层之外[21-22]，而且当灌溉量达到一定限额后再增加灌溉，产量随之下降[ 8，23]。在华北地区，农户以施用尿素为主，尿素更容易被淋洗，造成地下水污染，产量也随之降低。采用水肥一体化技术后，水肥同时供应，根据根层深度确定灌水量，肥料不会淋洗，而且还节水[24]。水肥一体化技术可根据作物对水肥的需求，精准调节对作物的水肥供给量，可在最大限度利用水肥资源的同时，提高农作物生产效率，达到最佳的水肥利用效率和节水节肥效果。

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