水氮耦合对河套灌区春小麦生长发育及产量的影响

杨 旸，王金龙，刘双禄，王海伟

(河套学院农学系，内蒙古 巴彦淖尔 015000)

内蒙古河套灌区是亚洲最大的“一首制”自流引水灌区，多年平均过境水流量为315亿m3，年平均日照时数为3 110～3 300 h之间，是我国重要的商品粮生产基地，2000年被国家确定为全国优质小麦生产基地[1]。春小麦是该区域主要的粮食作物，近年来，小麦播种面积为20×104hm2左右，年平均单产已达5 250 kg/hm2。水分和氮素是影响小麦产量的重要因素。而水分和氮肥对作物的增产作用是水氮各自因素效应及二者互作效应共同作用的结果[2-4]。因此合理的使用水氮对增加小麦产量具有重要的作用。但由于灌区长期形成大水漫灌的习惯，加上大量使用氮肥，导致大量的氮肥损失，引起环境污染等问题[5-8]。本试验以河套灌区春小麦为研究对象，探究不同水氮耦合模式对春小麦生长发育及产量的影响，以期为该地区春小麦高产高效、减氮节水水氮配比提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2019年在内蒙古巴彦淖尔市气象局试验基地进行，地处东经107°6′～107°44′，北纬40°34′～41°17′，海拔1 045～1 209 m，属于中温带半干旱大陆性气候，年均气温6.8 ℃，年平均降水量138.8 mm，无霜期平均130 d。试验地土壤为淤灌土，0～20 cm耕作层土壤有机质含量10.50 g/kg，全氮含量0.68 g/kg，碱解氮含量45.02 mg/kg，有效磷含量14.03 mg/kg，速效钾含量122.72 mg/kg，pH值7.9。

1.2 试验设计

试验采用二因素裂区试验设计，主处理为灌水量(W)，共设3个水平，分别为少水(W 1，1 500 m3/hm2)、中水(W 2，2 250 m3/hm2)、高水(W 3，3 375 m3/hm2)；副处理为氮肥因素，共设3个水平，分别为少氮(N 1，90 kg/hm2)、中氮(N 2，180 kg/hm2)、高氮(N 3，270 kg/hm2)，共9个处理，3次重复。小区面积为30 m2(5 m×6 m)，不同灌水量小区间用1 m深膜隔开。通过定时测量土壤墒情进行灌水补墒，用水表控制所需灌水量。氮肥为尿素(含N 46%)，磷肥为重过磷酸钙(含P2O544%)，钾肥为硫酸钾(含K2O 52%)，基肥按P2O5180 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2以及50%的氮肥于耕前施入，剩余50%的氮肥按5∶4∶1的比例分别于分蘖期、抽穗期、灌浆期施入土壤。供试春小麦品种为永良4号，播种密度为400 000株/667 m2。

1.3 测定项目及方法

分别于小麦分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期每个小区选取10株植株，测定株高、叶面积，并采集植物样地上部分带回实验室，分器官称鲜重，然后105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，测定干物质重量。

收获时，各小区选取35株代表性植株进行室内考种，测定1 m2面积的籽粒产量记为实际产量。

2 结果与分析

2.1 不同水氮处理对小麦株高的影响

由图1可以看出，整个生育期，小麦株高呈逐渐增长趋势，从分蘖期到灌浆期增长速度较快，灌浆期到成熟期小麦的株高变化较小。相同氮肥用量下的小麦株高表现为W 3>W 2>W 1，说明灌水量的增加可以加快小麦的生长速度。W 1、W 2灌溉水平下，从分蘖期到拔节期不同施氮量间的株高差异不明显，从拔节期到成熟期则表现为N 3高于N 2、N 1处理。W 3灌溉水平下，从分蘖期到灌浆期，不同施氮量之间小麦的株高变化差异不明显，而从灌浆期到成熟期这一阶段则表现为N 3>N 2>N 1。

2.2 不同水氮处理对小麦叶面积指数的影响

小麦叶面积指数从分蘖期到成熟期表现为先升高后降低的变化趋势，于抽穗期达到高峰。由图2可以看出，W 1灌溉水平下，N 1、N 2、N 3之间的叶面积指数差异不明显，这可能是因为土壤含水量低限制了小麦叶面积的生长。W 2灌溉水平下，分蘖期到拔节期不同施氮量间的差异不明显，而从抽穗期到成熟期N 2叶面积指数明显高于N 3、N 1，最高值为抽穗期的W 2 N 2，达到8.448，分别较W 2 N 1、W 2 N 3抽穗期提高了16.7%、19.9%，N 3和N 1之间的变化趋势较一致。W 3灌溉水平下，小麦的叶面积指数随着氮肥用量的增加而明显增加，表现为N 3>N 2>N 1。同时，在相同施氮量下，W 3灌溉量下的叶面积指数明显低于W 2灌溉量。

2.3 不同水氮处理对小麦干物质的影响

由图3可以看出，小麦干物质从分蘖期到拔节期积累相对较慢，拔节期到成熟期干物质积累加快，成熟期达到最大值。W 1灌溉水平下，分蘖期到拔节期不同施氮量间小麦干物质积累的趋势较一致，从抽穗期到成熟期表现为N 3略高于N 1、N 2，差异较小，以W 1 N 3成熟期的干物质量较高，达到23 456.4 kg/hm2。W 2灌溉水平下，小麦分蘖期到成熟期干物质积累均表现为N 2>N 3>N 1，以W 2 N 2成熟期干物质积累最高，为27 540.8 kg/hm2。W 3灌溉水平下，分蘖期到抽穗期干物质积累在N 1、N 2、N 3之间的差异不明显，而从抽穗期到成熟期则逐渐表现为N 3>N 2>N 1，以W 3 N 3成熟期的干物质量最高，达到26 000.6 kg/hm2。

2.4 不同水氮处理对小麦产量及其构成因素的影响

由表1可以看出，各处理之间的穗长均无明显差异，说明不同的水氮耦合对小麦穗长的影响较小。穗数、穗粒数、千粒重及产量的最高值均出现于W 2 N 2处理。W 1灌溉水平下，不同施氮量间的穗数、千粒重之间无显著差异，N 2穗粒数较高，显著高于N 1、N 3，N 2和N 3间的产量无明显差异，但均显著高于N 1。W 2灌溉水平下，N 2和N 3间的穗数、穗粒数、千粒重无显著差异，但均显著高于N 1，分别较N 1提高36.3%、23.7%、17.1%、11.4%、38.1%、35.4%，产量以N 2最高，分别较N 1、N 3分别提高25.7%、15.1%。W 3灌溉水平下，穗数、穗粒数、千粒重及产量均随着施氮量的增加而增加，N 3的穗数、穗粒数显著高于N 1、N 2，N 1、N 2、N 3间千粒重无明显差异，N 2、N 3间的产量无显著差异，但均明显高于N 1。

表1 不同水氮处理对春小麦产量及产量构成因素的影响

3 讨 论

本研究中小麦的株高随着灌溉量和施氮量的增加而升高，特别是生育中后期这种升高现象更加明显，这是因为大量水分、氮肥的投入使作物生育期营养生长过旺,出现延长作物营养生长期,可能会导致贪青晚熟,作物不能正常成熟,营养物质不能及时转移到生殖器官中出现减产现象[9,10]。本研究发现，W 1灌溉水平下，不同施氮量间的叶面积指数、干物质差异较小，这可能是因为土壤含水量较低从而制约了氮肥肥效。W 2灌溉水平下，增加施氮量可以提高小麦叶面积指数和干物质积累量，但施氮量过高时反而降低，叶面积指数和干物质积累量均以W 2 N 2处理最高，这可能是因为过量的氮肥会造成后期麦田中下部冠层郁闭、通风透光差，中下部叶片衰老迅速，有效叶面积减少的现象，从而导致干物质量降低，这与其他学者研究结果一致[11]。W 3灌溉水平下，叶面积指数和干物质积累量均随施氮量的增加而增加，表现为N 3>N 2>N 1,这说明较高的灌溉量会导致氮素淋洗损失，降低了肥料利用率，而相同施氮量下，W 3下的叶面积指数、干物质积累量均低于W 2也证实了这一点。孙旭生等[12]认为，施氮量在0～300 kg/hm2范围内，籽粒产量随施氮量的增加而增加，施氮量在300～375 kg/hm2范围内，籽粒产量随施氮量增加而降低。李廷亮等[13]报道，施氮量180 kg/hm2可显著提高冬小麦产量，当施氮量超过180 kg/hm2时，主要促进了茎叶的生长，对籽粒形成无显著贡献。本研究同样发现，穗数、穗粒数、千粒重及产量均随灌溉量、施氮量增加先提高而后降低，穗数、穗粒数、千粒重及产量最高值均出现于W 2 N 2处理。

4 结 论

水和氮素对小麦生长发育的影响表现出相互制约和促进作用。在适宜的水氮条件下，小麦的叶面积指数、干物质积累量以及产量均表现为随灌水施氮量的增加而增加，但超过一定灌水施氮量(W 2 N 2)时明显下降。因此，W 2 N 2是适宜的水氮耦合模式，既节约水肥用量，又增加小麦叶面积指数、干物质积累量，最终获得较高的产量。