小麥-玉米周年水肥一體化增產(chǎn)效應(yīng)

武繼承， 楊永輝， 潘曉瑩

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，450002，鄭州；2.農(nóng)業(yè)部作物高效用水原陽科學(xué)觀測站，453514，河南原陽)

小麥-玉米周年水肥一體化增產(chǎn)效應(yīng)

武繼承1,2， 楊永輝1,2， 潘曉瑩1,2

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，450002，鄭州；2.農(nóng)業(yè)部作物高效用水原陽科學(xué)觀測站，453514，河南原陽)

為探明小麥-玉米周年水肥利用效應(yīng)，在農(nóng)業(yè)部作物高效用水原陽科學(xué)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行小麥-玉米周年水肥一體化研究。試驗(yàn)肥料設(shè)置底施、1次追施和2次追施，水分設(shè)置1水、2水和3水，每次灌水450 m3/hm2。結(jié)果表明：補(bǔ)充灌溉與追肥相結(jié)合對小麥、玉米的生長發(fā)育具有積極效果，其中小麥穗長增加0.2～0.8 cm，穗粒數(shù)增加2～10粒，千粒質(zhì)量增加2～9 g，成穗數(shù)增加9萬～57萬穗/hm2；玉米穗長增加0.48～1.82 cm，行粒數(shù)增加2.0～8.4粒，5穗穗粒質(zhì)量增加15～374 g，百粒質(zhì)量增加2.0～13.0 g。同時，補(bǔ)充灌溉和追肥處理較對照小麥增產(chǎn)9.85%～37.93%，與一次性底施肥處理相比，相應(yīng)補(bǔ)充灌溉+追肥處理增產(chǎn)9.92%～25.66%，以3水2肥效果最好；與1次追肥處理相比，相應(yīng)2次追肥增產(chǎn)3.95%～6.11%，以2水2肥效果最好。與對照、相應(yīng)1次性底施肥和1次追肥處理相比，玉米產(chǎn)量分別增加11.05%～46.62%、18.71%～32.03%和2.8%～5.42%；小麥玉米綜合產(chǎn)量分別增加10.46%～42.36%、14.37%～28.87%和3.34%～5.75%，與小麥增產(chǎn)趨勢一致。小麥玉米綜合灌水利用效率較對照增加0.95～5.41 kg/m3，較一次性底施肥0.56～3.81 kg/m3，較1次追肥提高0.35～0.67 kg/m3，均以1水2肥處理最好。因此，節(jié)水增產(chǎn)的最佳配置為2水2肥和1水2肥。

小麥； 玉米； 產(chǎn)量； 水分利用； 水肥一體化

河南省是水資源嚴(yán)重缺乏的省份，人均水資源量僅412 m3，常年缺水量50億m3，同時地下水漏斗面積不斷擴(kuò)大，目前已經(jīng)占到了約20%的平原面積；但灌水利用系數(shù)僅0.52左右，水分利用率僅1.0～1.2 kg/m3，因此，提高水分利用效率是解決水資源供需矛盾的重要途徑。研究[1]表明小麥(Triticumaestivum)產(chǎn)量隨土壤水分的增加而增加，并在土壤水分為田間持水量的75%時產(chǎn)量最高，超過75%時產(chǎn)量則表現(xiàn)為降低，純氮最佳用量為360 kg/hm2。補(bǔ)充灌水與施氮肥及秸稈覆蓋對冬小麥產(chǎn)量具有明顯的增產(chǎn)效果[2]。小麥產(chǎn)量和籽粒主要品質(zhì)表現(xiàn)最佳的結(jié)合點(diǎn)是拔節(jié)和開花期的水氮配合施用[3-4]，高氮條件下拔節(jié)水+灌漿水或拔節(jié)水均可實(shí)現(xiàn)水肥的高效耦合[5]；高產(chǎn)條件下施純氮240 kg/hm2并灌底墑水、拔節(jié)水和開花水的處理籽粒產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥利用率較好[6]。干旱脅迫嚴(yán)重地影響了氮肥的作用，只有在水分配合條件下，氮肥的作用才得到充分發(fā)揮[7]。在基施60%氮肥條件下，以灌拔節(jié)水+孕穗水并于孕穗期追施40%氮肥處理表現(xiàn)最好[8]。灌水量對小麥產(chǎn)量的影響主要通過影響0～140 cm土層的土壤水分含量來實(shí)現(xiàn)[9-10]。由此可見，水肥一體化對作物產(chǎn)量和水分利用具有積極效果，但目前的研究多集中在單季作物的研究，而對于小麥-玉米(ZeamaysL.)周年一體化水肥技術(shù)的研究十分缺乏[11]；因此，本研究選用河南的主栽作物品種，設(shè)置分期補(bǔ)充灌溉及氮肥分期施用相結(jié)合的小麥-玉米周年水肥一體化研究，探討水氮互作小麥、玉米對水分利用的響應(yīng)，為糧食高產(chǎn)和水肥高效利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

2012年10月20日—2013年9月28日試驗(yàn)安排在農(nóng)業(yè)部作物高效用水原陽科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)土壤為壤質(zhì)潮土，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.4 g/kg、有效磷12.6 mg/kg、速效鉀68.4 mg/kg。年降水量556 mm，其中7—9月降水量占全年降水量的60%以上。試驗(yàn)設(shè)置3種水分條件：1水(拔節(jié)期)、2水(拔節(jié)+灌漿期)、3水(拔節(jié)+孕穗+灌漿期)，肥料設(shè)置1次性氮肥底施、1次追肥(70%底施+拔節(jié)期30%追肥)和2次追肥(50%底施+拔節(jié)30%+灌漿期20%)。處理設(shè)置：1)100%底施不灌水(CK)，2)1水，3)2水，4)3水，5)1水1肥，6)1水2肥，7)2水1肥，8)2水2肥，9)3水1肥，10)3水2肥。底施氮肥和磷鉀肥一次性作底肥，分期施肥氮肥按照不同生育期追施比例進(jìn)行、磷鉀肥一次性作底肥，試驗(yàn)總氮用量為225 kg/hm2(純氮)，磷肥為P2O590 kg/hm2，鉀肥為K2O90 kg/hm2。灌水量為每次450 m3/hm2。小麥品種為矮抗58、玉米品種為浚單20，玉米試驗(yàn)處理同小麥處理，并在同區(qū)進(jìn)行。統(tǒng)一田間管理，定期觀測土壤水分、作物生長和養(yǎng)分變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 對作物生長的影響

不同水肥處理對小麥生長的影響(表1)示出，補(bǔ)充灌溉和追肥相結(jié)合對小麥生長發(fā)育具有積極影響，其中：株高增加2.2～8.6 cm；穗長增減不一，其中補(bǔ)充灌溉+追肥增加0.2～0.8 cm；小穗數(shù)增加2～6穗；穗粒數(shù)增加2～10粒；不孕穗減少1～3個；千粒質(zhì)量增加2～9 g，成穗增加9萬～57萬穗/hm2，均以補(bǔ)充灌溉+追肥的效果較好——從而奠定了小麥增產(chǎn)增效的基礎(chǔ)。

從表2可以看出，補(bǔ)充灌溉和追肥相結(jié)合對玉米的生長發(fā)育也具有影響，其中株高增加0.8～29.6 cm，莖粗增加0.1～0.7 cm，葉片數(shù)增加0.2～1.2片，穗長增加0.48～1.82 cm，穗行數(shù)增加0.8～1.0行，行粒數(shù)增加2.0～8.4粒，5穗穗粒質(zhì)量增加15～374 g，百粒質(zhì)量增加2.0～13.0 g，均以補(bǔ)充灌溉+追肥的效果較好，從而為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效奠定了基礎(chǔ)。

表1 不同水肥處理對小麥生長的影響

2.2 對作物產(chǎn)量的影響

從表3和圖1可以看出，補(bǔ)充灌溉和追肥相結(jié)合對提高作物產(chǎn)量具有積極效果。與對照相比，不同補(bǔ)充灌溉和追肥處理小麥增產(chǎn)9.85%～37.93%，以3水2肥效果最好，其次為2水2肥和3水1肥處理；與一次性底施肥處理相比，相應(yīng)補(bǔ)充灌溉+追肥處理增產(chǎn)9.92%～25.66%，以3水2肥增產(chǎn)幅度最大，其次為2水2肥和1水2肥處理；與1次追肥處理相比，相應(yīng)2次追肥增產(chǎn)3.95%～5.26%，以2水2肥效果最好，其次為3水2肥和1水2肥處理。不同補(bǔ)充灌溉和追肥處理玉米產(chǎn)量增加11.05%～46.62%，以3水2肥效果最好，其次為2水2肥；與一次性底施肥處理相比，相應(yīng)補(bǔ)充灌溉+追肥處理增產(chǎn)18.71%～32.03%，以3水2肥效果最好，其次為2水2肥；與1次追肥處理相比，相應(yīng)2次追肥增產(chǎn)2.8%～5.42%，以2水2肥效果最好，其次為3水2肥；不同補(bǔ)充灌溉和追肥處理小麥玉米綜合產(chǎn)量增加10.46%～42.36%，以3水2肥效果最好，其次為2水2肥；與一次性底施肥處理相比，相應(yīng)補(bǔ)充灌溉+追肥處理增產(chǎn)14.37%～28.87%，以3水2肥效果最好，其次為2水2肥；與1次追肥處理相比，相應(yīng)2次追肥增產(chǎn)3.34%～5.75%，以2水2肥效果最好，其次為3水2肥。

2.3 對水分利用的影響

灌溉水利用效率與作物產(chǎn)量保持一致的趨勢，在扣除對照產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，與一次性底施肥處理相比，相應(yīng)分期追肥處理小麥灌水利用效率提高0.42～2.96 kg/m3，以1水2肥提高幅度最大，其次為2水2肥和1水1肥處理(表3和圖2)；與1次追肥處理相比，相應(yīng)2次追肥處理提高0.35～0.74kg/m3，以1水2肥處理最佳。玉米相應(yīng)分期追肥處理灌水利用效率則比一次性底施肥提高0.70～4.65 kg/m3，也以1水2肥處理最佳；較1次追肥提高0.35～0.60 kg/m3，以1水2肥處理最佳。小麥玉米綜合灌水利用效率較一次性底施肥增加0.56～3.81 kg/m3，也以1水2肥處理最好，其次為2水2肥處理；較1次追肥提高0.35～0.67 kg/m3，也以1水2肥處理最佳。

表2 不同水肥處理對玉米生長的影響

圖1 不同水肥處理對作物產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of different irrigation and fertilization treatments on crop yield

圖2 不同水肥處理對灌水利用率的影響Fig.2 Effects of different irrigation and fertilization treatments on irrigation water utilization

表3 不同水肥處理對小麥、玉米產(chǎn)量和水分利用的影響

由此可見：一次性底施肥產(chǎn)量提高幅度有限，灌水利用率有待提高；補(bǔ)充灌溉+1次追肥可有效提高單位產(chǎn)量和灌水利用效率，補(bǔ)充灌溉+2次追肥對產(chǎn)量和灌水提高的幅度較大，但3水灌水量太高，不利于提高水分的利用效益——因此，節(jié)水增產(chǎn)的最佳配置為2水2肥和1水2肥。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，補(bǔ)充灌溉與追肥相結(jié)合對小麥穗長、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、成穗數(shù)和玉米穗長、行粒數(shù)、穗粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量有顯著的正效應(yīng)，從而有效地提高了單位產(chǎn)量和灌水利用效率。小麥、玉米及周年的產(chǎn)量的增產(chǎn)效果以3水2肥效果最好，其次為2水2肥，灌溉水利用效率則以2水2肥和1水2肥的效果較好?？梢姡阂淮涡缘资┓十a(chǎn)量提高幅度有限，灌水利用率有待提高；補(bǔ)充灌溉+1次追肥可有效提高單位產(chǎn)量和灌水利用效率，補(bǔ)充灌溉+2次追肥對產(chǎn)量和灌水提高的幅度較大，但3水灌水量太高不利于提高水分的利用效益——因此，節(jié)水增產(chǎn)的最佳配置為2水2肥和1水2肥。本試驗(yàn)表明干旱影響肥效，只有在合理的水分條件下，氮肥作用才能充分發(fā)揮，這與翟丙年等[7，12]研究結(jié)果一致。有研究[13]顯示，灌水過多導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，產(chǎn)量在土壤相對含水量為75%～80%時達(dá)最大值。本試驗(yàn)也得到類似結(jié)果，以3水2肥產(chǎn)量最高。從灌水時期看，本試驗(yàn)小麥灌水的敏感期與趙淑章等[3]和孔東等[4]的研究結(jié)果有一定的吻合性。

[1] 張鳳祥，周明耀，徐華平, 等. 水肥耦合對冬小麥生長和產(chǎn)量的影響[J]. 水利與建筑工程學(xué)報, 2005, 3(2)：22-24

[2] 李開峰，張富倉，祁有玲，等. 根區(qū)水肥空間耦合對冬小麥生長及產(chǎn)量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2010，21(12)：3154-3160

[3] 趙淑章，季書勤.水氮運(yùn)籌與強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)關(guān)系研究[J].土壤肥料，2005(6)：23-26

[4] 孔東，晏云，段艷，等. 不同水氮處理對冬小麥生長及產(chǎn)量影響的田間試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2008,24(12)：36-40

[5] 顧國俊，季仁達(dá)，吳傳萬. 水肥耦合對小麥產(chǎn)量的影響研究[J]. 園藝與種苗, 2012(1)：11-13

[6] 王小燕，王 東，于振文.水氮互作對小麥旗葉光合特性、籽粒產(chǎn)量及氮素和水分利用率的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2009，27(6)：17-22

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[9] 易立攀，于振文，張永麗. 不同土層測墑補(bǔ)灌對冬小麥耗水特性及產(chǎn)量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2013, 24(5)： 1361-1366

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[11] 武繼承，楊永輝，鄭惠玲等. 不同水分條件對小麥-玉米兩熟制作物生長和水分利用的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報，2010，25(1)：126-130

[12] 翟丙年, 李生秀. 水氮配合對冬小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2003, 9(1)： 26-32

[13] 姜東燕, 于振文. 灌溉量對冬小麥產(chǎn)量和土壤硝態(tài)氮含量的影響[J]. 土壤通報, 2008, 39(3)： 703-705

(責(zé)任編輯：程 云)

Effects of integrated water and fertilizer management on yield increase inTriticumaestivum-Zeamayscropping system

Wu Jicheng1,2, Yang Yonghui1,2, Pan Xiaoying1,2

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

In order to study the effect of water and nutrient utilization in theTriticumaestivum-Zeamayscropping system, we conducted the experiment of integrated water and fertilizer management in Yuanyang Experimental Station of Crop Water Use，Ministry of Agriculture. The treatments of nitrogen fertilizer were set as base fertilizer, topdressing once and twice. The water conditions were set as irrigation once, twice and three times and the volume of each irrigation was 450 m3/hm2. The results showed that the combination of supplementary irrigation and fertilizer played a positive role in the growth and development ofT.aestivumandZ.mays, which increased the spike length ofT.aestivumby 0.2-0.8 cm, the number of grains per spike by 2-10, the thousand-grain-weight by 2-9 g, and the number of panicles by 90 000-570 000 per hectare. For comparison, the same treatment increased the spike length ofZ.maysby 0.48-1.82 cm, the number of grains per row by 2.0-8.4, the weight of five panicles by 15-374 g, and the hundred-kernel-weight by 2.0-13.0 g. At the same time, the yield ofT.aestivumwas increased by 9.85%-37.93% under supplementary irrigation and nitrogen fertilizer topdressing compared with the control. The yield ofT.aestivumunder supplementary irrigation combined with topdressing treatments was increased by 9.92%-25.66% compared to that only with application of only basal fertilizer, in which the treatment with irrigation for three times and topdressing twice was the optimum. Compared with the treatment of topdressing once, topdressing twice increased the yield by 3.95%-6.11%, in which the treatment with irrigation twice and topdressing twice was the optimum. The yield ofZ.mayswas increased by 11.05%-46.62%, 18.71%-32.03% and 2.80%-5.42%, respectively, compared with the control, application of basal fertilizer and topdressing once treatment. The total yield ofT.aestivumandZ.mayswas increased by 10.46%-42.36%, 14.37%-28.87% and 3.34%-5.75%, respectively, compared with the control, application of basal fertilizer and topdressing once treatment, showing the same tendency with the increase ofT.aestivum. The comprehensive water use efficiency ofT.aestivumandZ.mayswas increased by 0.95-5.41, 0.56-3.81 and 0.35-0.67 kg/m3, respectively, compared with the control, application basal fertilizer and topdressing once treatment. The treatment with irrigation once and topdressing twice was the best. According to our results, the optimum water-saving and yield-increasing treatment was irrigation twice with topdressing twice or irrigation once with topdressing twice.

Triticumaestivum;Zeamays; yield; water use efficiency; integrated water and fertilizer management

2014-09-15

2015-04-10

項(xiàng)目名稱： “十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計(jì)劃課題“小麥玉米豐產(chǎn)的水肥互作機(jī)制及水肥一體化精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)”(2013BAD07B07- 6)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“黃淮海高產(chǎn)農(nóng)田作物需水及高效用水技術(shù)研究與示范”(201203077)和“作物生境過程土肥聯(lián)合調(diào)控技術(shù)研究與示范”(2013AA102904- 2)；河南省重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目“豫北半旱地農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”(142102110067)

武繼承(1965—)，男，博士，研究員。主要研究方向：節(jié)水農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)生態(tài)和土壤肥料。E-mail: wujc2065@126.com

S365

A

1672-3007(2015)03-0124-06