華北平原滴灌施肥灌溉對(duì)冬小麥生長(zhǎng)和耗水的影響

白珊珊 萬(wàn)書勤 康躍虎

(1.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)及地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100101；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 北京 100049)

0 引言

華北平原是我國(guó)糧食生產(chǎn)的重點(diǎn)區(qū)域，該區(qū)小麥總產(chǎn)量占全國(guó)的1/3，是我國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)，在保障我國(guó)糧食安全中占有重要地位[1]。然而，該區(qū)小麥耗水總量450 mm左右，生育期內(nèi)降水量只有50～150 mm[2-3]，灌溉水需求量大。目前，該地區(qū)小麥生產(chǎn)主要是抽取地下水進(jìn)行地面灌溉。一方面造成了水資源的大量浪費(fèi)，水分利用效率低，冬小麥的水分利用效率僅為1.2 kg/m3[4]，遠(yuǎn)低于世界先進(jìn)水平(1.8 kg/m3)[5]。另一方面，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民普遍采用的施肥方式是撒施后大水漫灌，不僅肥料損失量大、利用效率低[6]，而且易造成化肥的深層滲漏，地下水受到污染，造成面源污染[7]。有研究指出，該區(qū)域大部地區(qū)氮肥利用率僅有20%，通過(guò)揮發(fā)、淋溶和反硝化的氮素?fù)p失率高達(dá)14%～45%[8]。因此，采用高效節(jié)水灌溉方式，適時(shí)、適量滿足小麥的水肥需求，提高水肥利用效率，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，對(duì)保障華北平原農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和糧食安全具有重要作用。

滴灌施肥灌溉在灌溉的同時(shí)將肥料隨水輸送到作物根區(qū)，可以適時(shí)、適量滿足作物的水肥需求[9]。相比傳統(tǒng)灌水、施肥方式，滴灌施肥灌溉可顯著提高作物的水肥利用效率[10]和產(chǎn)量[11-12]。ARAFA等[13]在埃及進(jìn)行滴灌和噴灌小麥試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，滴灌小麥產(chǎn)量比噴灌減少16%～27%，但可節(jié)水43%～76%。程裕偉等[14]在新疆發(fā)現(xiàn)，滴灌小麥的產(chǎn)量顯著高于漫灌小麥，產(chǎn)量增幅為10.89%～18.63%，千粒質(zhì)量提高了4.47～6.47 g。聶紫瑾等[15]在華北黑龍港地區(qū)布置了冬小麥滴灌制度定位試驗(yàn)，結(jié)果表明，滴灌量比當(dāng)?shù)芈鄿p少45～105 mm的條件下，也可達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)且水分利用效率顯著提高。

滴灌因其投入成本較高，在糧食作物上應(yīng)用相對(duì)較少，小麥滴灌的研究也主要集中在干旱的西北地區(qū)，在華北平原應(yīng)用較少。因此，在華北平原地區(qū)，有必要制定簡(jiǎn)單、實(shí)用、可操作性強(qiáng)的小麥滴灌施肥灌溉制度?？弟S虎[16]多年研究發(fā)現(xiàn)，滴灌條件下監(jiān)控灌水器正下方0.2 m深度土壤水基質(zhì)勢(shì)，可以很好地控制大部分作物根系分布層的土壤水分狀況，提出了通過(guò)監(jiān)控特征點(diǎn)土壤水基質(zhì)勢(shì)的微灌農(nóng)田水分管理方法。并且發(fā)現(xiàn)，對(duì)于番茄、黃瓜、馬鈴薯和蘿卜等大部分行栽培經(jīng)濟(jì)作物，當(dāng)灌水器正下方0.2 m深度的土壤基質(zhì)勢(shì)控制在-35～-25 kPa范圍時(shí)，就能獲得高產(chǎn)[17-19]。與傳統(tǒng)地面灌溉相比，滴灌由于水分運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、施肥方式不同，因而養(yǎng)分在土壤中的分布、流失、不同生育期的營(yíng)養(yǎng)水平均不相同。作物的需肥規(guī)律是由其自身的生物學(xué)特點(diǎn)決定的，因此，基于此康躍虎等提出了以地面灌溉施肥量為基準(zhǔn)，通過(guò)田間試驗(yàn)獲得滴灌條件下的施肥比例，以此來(lái)制定滴灌施肥灌溉制度的“比例法”。汪然等[20]利用滴灌施肥灌溉技術(shù)在青海地區(qū)種植油菜，布置了5個(gè)滴灌施肥灌溉比例(分別為當(dāng)?shù)赜筒耸┓柿康?0%、30%、50%、70%、90%)，結(jié)果表明，當(dāng)施肥比例為當(dāng)?shù)厥┓柿康?0%左右時(shí)，油菜產(chǎn)量最高，肥料偏生產(chǎn)力也較高。萬(wàn)書勤等[21]針對(duì)柴達(dá)木盆地馬鈴薯農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求，布置了5個(gè)滴灌施肥灌溉比例(分別為當(dāng)?shù)伛R鈴薯施肥量的10%、30%、50%、70%、90%)的田間試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，隨著施肥比例的增加，馬鈴薯的株高、葉面積、地上生物干質(zhì)量及產(chǎn)量先增加，當(dāng)施肥比例為70%時(shí)達(dá)到最大，之后又隨著施肥比例的增大而降低。

本研究以控失肥為底肥，采用滴灌進(jìn)行灌溉，每次灌溉加入肥料進(jìn)行隨水追肥，探索滴灌施肥灌溉對(duì)冬小麥生長(zhǎng)指標(biāo)、產(chǎn)量及其構(gòu)成要素、耗水量、水分利用效率、灌溉水利用效率和土壤養(yǎng)分分布的影響，以期為華北平原小麥滴灌施肥灌溉技術(shù)的應(yīng)用推廣提供理論和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2013—2014、2014—2015和2015—2016年3個(gè)年度冬小麥生育期在中國(guó)科學(xué)院南皮生態(tài)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站(38°00′N，116°40′E，海拔11 m)進(jìn)行。該地區(qū)年平均氣溫12.3℃，多年平均降水量480 mm，但季節(jié)分配不均，多集中在夏秋季，冬春則比較干旱，即冬小麥生長(zhǎng)季內(nèi)降水較少。冬小麥生育期內(nèi)地下水位一般在1.5～3.0 m。

供試土壤基本理化性質(zhì)詳見(jiàn)表1。試驗(yàn)區(qū)土壤0～60 cm為砂質(zhì)壤土，60～140 cm為粉砂壤土，偏堿性。土壤硝態(tài)氮質(zhì)量比剖面分布不均勻，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比和速效磷質(zhì)量比大致沿剖面從上而下逐漸降低，速效鉀質(zhì)量比較高。0～20 cm土壤的基本性狀為：有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比為9.6 g/kg，硝態(tài)氮質(zhì)量比為10.3 mg/kg，速效磷質(zhì)量比為6.4 mg/kg，速效鉀質(zhì)量比為133.2 mg/kg。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Tab.1 Basic physical and chemical properties of soil profiles

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1)灌溉制度設(shè)計(jì)

考慮到華北地區(qū)水資源匱乏，并且冬小麥在輕度干旱時(shí)根系趨于下扎，可以更有效地吸收和利用深層土壤中的水分。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)于冬小麥，當(dāng)灌水器正下方0.2 m深度土壤基質(zhì)勢(shì)降低到-40 kPa時(shí)，進(jìn)行滴灌灌溉。每次灌水量8 mm，灌完8 mm水后，如果該點(diǎn)土壤基質(zhì)勢(shì)升高到-10 kPa，則停止灌溉，如果仍低于-10 kPa，再灌溉一次(灌水8 mm)。

(2)施肥制度設(shè)計(jì)

參照當(dāng)?shù)囟←湹氖┓柿亢褪┓史桨福旱追柿姿岫@375 kg/hm2，尿素300 kg/hm2，在返青-拔節(jié)期追施尿素300 kg/hm2，即總施肥量為N 344 kg/hm2、P(P2O5)173 kg/hm2。基于研究團(tuán)隊(duì)的試驗(yàn)結(jié)果，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)為當(dāng)?shù)厥┓柿?0%，即N 235 kg/hm2、P(P2O5)118 kg/hm2。其中60%N 和100% P2O5底施控失型磷酸二銨(16-45-0)和尿素，拔節(jié)期到收獲前20 d采用滴灌施肥灌溉追施尿素(40%N)，每次灌溉前都把按天累計(jì)計(jì)算好的尿素加入施肥罐中進(jìn)行施肥灌溉。

1.3 試驗(yàn)布置

供試冬小麥品種為小偃81，平均行距0.15 m，播種量200～225 kg/hm2，機(jī)械播種，播種時(shí)間為10月12日左右，6月上中旬機(jī)械收獲。每個(gè)小區(qū)面積為5.4 m×10 m=54 m2，每個(gè)小區(qū)9條滴灌帶，滴灌帶鋪設(shè)間距為0.6 m(4行小麥)，長(zhǎng)度為10 m，重復(fù)3次，每個(gè)試驗(yàn)處理(包括3個(gè)重復(fù))為一個(gè)滴灌控制單元，在滴灌控制單元入口安裝有閘閥、水表、壓力表、網(wǎng)式過(guò)濾器和壓差式施肥罐。滴灌帶的滴頭間距0.2 m，滴頭流量為1.38 L/h，工作壓力控制在0.1 MPa。每個(gè)滴灌控制單元的灌溉面積為162 m2。

1.4 試驗(yàn)觀測(cè)與方法

冬小麥生長(zhǎng)指標(biāo)：從返青期到收獲期，每個(gè)小區(qū)測(cè)定10株，每10 d取樣測(cè)量冬小麥生長(zhǎng)指標(biāo)，包括株高、干物質(zhì)積累和葉面積指數(shù)。

冬小麥產(chǎn)量指標(biāo)：冬小麥成熟收獲時(shí)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇25株考種，包括株高、穗長(zhǎng)、結(jié)實(shí)小穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量等。另分別選取4個(gè)1 m×1 m的樣方脫粒后進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，每個(gè)處理的小麥產(chǎn)量均以3次重復(fù)的平均值代表實(shí)際產(chǎn)量。

冬小麥耗水量利用農(nóng)田水量平衡方程[22]來(lái)計(jì)算

ET=I+P±ΔS-D-R

(1)

其中

(2)

式中ψm1——土層深度120 cm處的土壤水基質(zhì)勢(shì)，cm

ψm2——土層深度140 cm處的土壤水基質(zhì)勢(shì)，cm

z1——土層深度，取120 cm

z2——土層深度，取140 cm

kθ——非飽和土壤導(dǎo)水率，cm/d

Δt——時(shí)間步長(zhǎng)，d

ET——冬小麥生育期內(nèi)的耗水量，mm

I——灌水量，mmP——降水量，mm

ΔS——0～140 cm土體內(nèi)土壤儲(chǔ)水量的變化值，mm

R——地表徑流，滴灌沒(méi)有地表徑流，所以R忽略不計(jì)

D——冬小麥生育期內(nèi)，通過(guò)地下130 cm斷面上的水量

D值為正，說(shuō)明水分從斷面130 cm向下運(yùn)動(dòng)，為深層滲漏；當(dāng)D值為負(fù)，說(shuō)明水分向上運(yùn)動(dòng)，為地下水補(bǔ)給。

試驗(yàn)布置：在第2個(gè)重復(fù)小區(qū)上，選擇比較平坦的地方安裝負(fù)壓計(jì)。負(fù)壓計(jì)水平方向在距離滴頭0、15、30 cm的位置上，安裝深度分別為120 cm和140 cm；每天08:00觀測(cè)負(fù)壓計(jì)讀數(shù)，并每隔15 d取土樣測(cè)定120 cm和140 cm土層負(fù)壓計(jì)埋設(shè)點(diǎn)位的土壤含水率。最后利用式(2)計(jì)算130 cm土層深度的土壤滲漏量D。

水分利用效率[23]為

(3)

式中WUE——水分利用效率，kg/m3

Y——產(chǎn)量，kg/hm2

灌溉水利用效率為

(4)

土壤養(yǎng)分測(cè)定：土壤硝態(tài)氮含量[24]采用氯化鉀溶液浸提，紫外分光光度法測(cè)定。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄分類，示意圖用OriginPro 9.0和Excel 2010進(jìn)行繪制。方差分析采用SAS軟件ANOVA過(guò)程處理，并采用Duncan method進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水與灌溉

2013—2016年3年度冬小麥生育期內(nèi)的降水量如圖1所示，灌水量詳見(jiàn)表2。2013—2014年冬小麥生育期內(nèi)，累計(jì)降水量達(dá)103 mm，但降水量分布極不均勻，冬小麥返青-抽穗期降水量較少，僅為13.9 mm，最大的一次降水量(32.1 mm)發(fā)生在5月中旬，此時(shí)冬小麥已經(jīng)進(jìn)入灌漿后期。2013—2014年冬小麥生育期內(nèi)灌水272 mm。2014—2015年冬小麥生育期內(nèi)，累計(jì)降水量?jī)H68 mm，降水量分布極不均勻，播種-返青期降水量?jī)H有3 mm，拔節(jié)-抽穗期降水量較多，為56 mm，占總降水量的82%。最大的一次降水量(19.7 mm)發(fā)生在拔節(jié)前期，總生育期內(nèi)灌水161 mm。2015—2016年冬小麥生育期內(nèi)累計(jì)降水量108.6 mm，播種-返青期降水量較多(75.6 mm)，占總降水量的70%，返青期-拔節(jié)期間無(wú)降水量，起身期至灌漿盛期降水33 mm，僅占降水量的30%。2016年灌水始于冬小麥拔節(jié)期，結(jié)束于灌溉期，共灌水144 mm。參考河北省冬小麥生長(zhǎng)季多年平均降水量(139.01±24.61)mm[25]，可知2013—2014年和2015—2016年冬小麥生長(zhǎng)季的總降水量偏少，而2014—2015年的過(guò)少。

圖1 2013—2016年3年度小麥生育期內(nèi)降水量Fig.1 Precipitation during winter wheat growing periods in 2013—2014, 2014—2015 and 2015—2016

年份灌水量/mm灌水次數(shù)2013—2014272.0112014—2015161.082015—2016144.07

2.2 冬小麥生長(zhǎng)指標(biāo)

圖2 2013—2016年3年度滴灌施肥灌溉冬小麥株高變化情況Fig.2 Dynamics of plant height of winter wheat in three growing periods

圖3 2013—2016年3年度滴灌施肥灌溉冬小麥生物量積累情況Fig.3 Dynamics of biomass accumulation in three winter wheat growing periods

圖2～4分別描述了2013—2014、2014—2015和2015—2016年3年度滴灌施肥灌溉條件下冬小麥株高、干物質(zhì)量和葉面積指數(shù)的變化狀況。冬小麥株高的變化也主要發(fā)生在拔節(jié)期-抽穗開(kāi)花期，在開(kāi)花期達(dá)到最大，之后趨于穩(wěn)定。2013—2014年冬小麥的最大株高為77 cm左右，而2014—2015年和2015—2016年冬小麥最大株高均在72 cm左右。滴灌施肥灌溉條件下，冬小麥地上部分干物質(zhì)量隨生育期變化的規(guī)律表現(xiàn)為：拔節(jié)期前，冬小麥干物質(zhì)量積累緩慢，而拔節(jié)-收獲期冬小麥干物質(zhì)量積累較快。干物質(zhì)量整個(gè)生育期內(nèi)都處于上升趨勢(shì)。2013—2014年冬小麥?zhǔn)斋@時(shí)單株干物質(zhì)量達(dá)到2.7 g/株，群體生物量23 943.8 kg/hm2，2014—2015年冬小麥單株干物質(zhì)量達(dá)到2.4 g/株，群體生物量達(dá)到16 189.4 kg/hm2，2015—2016年冬小麥單株干物質(zhì)量達(dá)到2.9 g/株，群體生物量達(dá)到20 505.1 kg/hm2。

2013—2014、2014—2015和2015—2016年3年度的葉面積指數(shù)均表現(xiàn)為從返青期到拔節(jié)后期，葉面積指數(shù)逐漸增大，此后隨著底部葉片開(kāi)始出現(xiàn)枯萎，無(wú)效分蘗逐漸死亡，葉面積指數(shù)逐漸減小。2013—2014年從返青期到拔節(jié)后期，冬小麥葉面積指數(shù)從開(kāi)始的1.2 m2/m2增長(zhǎng)到6.5 m2/m2，此時(shí)達(dá)到最大，此后葉面積指數(shù)逐漸減小，到2014年5月31日僅2.7 m2/m2。2014—2015和2015—2016年冬小麥葉面積指數(shù)最大值分別為6.9、6.3 m2/m2。

圖4 2013—2016年3年度滴灌施肥灌溉冬小麥葉面積指數(shù)變化情況Fig.4 Dynamics of leaf area index in three winter wheat growing periods

2.3 冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素

2013—2014、2014—2015和2015—2016年3年度滴灌施肥灌溉條件下冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素詳見(jiàn)表3。3年度冬小麥平均產(chǎn)量7 120.5 kg/hm2，表現(xiàn)為2013—2014年產(chǎn)量較高，2014—2015年產(chǎn)量次之，2015—2016年產(chǎn)量最低。相比當(dāng)?shù)氐孛婀喔榷←湲a(chǎn)量(6 000 kg/hm2)，在滴灌施肥灌溉條件下，施肥量為當(dāng)?shù)厥┓柿康?0%時(shí)，3年平均冬小麥產(chǎn)量相比當(dāng)?shù)囟←湲a(chǎn)量提高了18.7%。滴灌施肥灌溉條件下，冬小麥的平均穗粒數(shù)為33.3個(gè)，千粒質(zhì)量平均40.5 g，相比地面灌溉條件下穗粒數(shù)(30.7個(gè))和千粒質(zhì)量(36.2 g)有較好的表現(xiàn)，千粒質(zhì)量平均提高了4.3 g。

表3 2013—2016年3年度滴灌施肥灌溉冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素Tab.3 Grain yields and yield components of winter wheat in three growing periods

注：每列不同小寫字母表示在p<0.05水平時(shí)差異顯著，下同。

2.4 冬小麥耗水量

2013—2014、2014—2015和2015—2016年3年滴灌施肥灌溉條件下冬小麥各生育期耗水量、全生育期耗水量及其各組成比例詳見(jiàn)表4～6。2013—2014、2014—2015和2015—2016年各生育期耗水量均表現(xiàn)為抽穗期-收獲期耗水量最多，平均為181.6 mm，占總耗水量的比例也最大，平均為45%；拔節(jié)期-抽穗期耗水量次之，平均為109.0 mm，占總耗水量的28%；播種期-拔節(jié)期耗水量平均102.2 mm，占總耗水量的27%。通過(guò)分析各生育期耗水各水分來(lái)源所占比例，發(fā)現(xiàn)播種期-拔節(jié)期降水量所占比例最大(52%)，拔節(jié)期-抽穗期灌水量所占比例最大(78%)，而抽穗期-收獲期土壤儲(chǔ)水量的消耗量所占比例最大(54%)?？v觀2013—2014、2014—2015和2015—2016年各生育期的耗水量變化，播種期-拔節(jié)期為小麥幼苗期，耗水量占總耗水量27%，拔節(jié)期-收獲期為小麥的生長(zhǎng)盛期，耗水量占總耗水量的73%。

2013—2014、2014—2015和2015—2016年冬小麥全生育期耗水量平均為392.8 mm，其中2013—2014年總耗水量最多，為443.0 mm。2013—2014年由于灌水較多，130 cm土層出現(xiàn)明顯的深層滲漏，深層滲漏量為9.3 mm。2014—2015年總耗水量最少，為365.6 mm，130 cm土層出現(xiàn)地下水補(bǔ)給，補(bǔ)給量為28.8 mm。2015—2016年總耗水量369.8 mm，130 cm土層也出現(xiàn)了地下水補(bǔ)給，補(bǔ)給量為6.7 mm。與當(dāng)?shù)囟嗄甓←満乃?450 mm)相比，3年冬小麥平均耗水量減少了57.2 mm。縱觀這3年度冬小麥生育期內(nèi)總耗水量，2014—2015年冬小麥生長(zhǎng)季降水量過(guò)少，冬小麥耗水量中地下水的補(bǔ)給量最大，且土體儲(chǔ)水量的消耗量也較大。2013—2014年和2015—2016年冬小麥生長(zhǎng)季的總降水量相差不大，由于2013—2014年灌水較多，產(chǎn)生深層滲漏，造成水分流失；而2015—2016年土體儲(chǔ)水量的消耗量、降水量和灌水量所占比例分別為30%、29%和39%，地下水補(bǔ)給量?jī)H占2%。

3年度冬小麥全生育期耗水量各水分來(lái)源所占比例表現(xiàn)為：灌水量所占比例最大，為49%，其次是土體儲(chǔ)水量的消耗量，占總耗水量的25%，降水量占總耗水量的24%，地下水補(bǔ)給量占總耗水量的比例最小，僅2%。

表4 2013—2016年3年度滴灌施肥灌溉冬小麥各生育期耗水量Tab.4 Water consumption of winter wheat at different growth stages in three growing periods

表5 2013—2016年3年度滴灌施肥灌溉冬小麥全生育期耗水量Tab.5 Total water consumption of winter wheat during whole growth periods in three growing seasons

表6 2013—2016年3年度滴灌施肥灌溉冬小麥全生育期耗水量各組成比例Tab.6 Percentage of different water sources in total water consumption of winter wheat during whole growth periods in three growing seasons %

2.5 冬小麥水分利用效率和灌溉水利用效率

2013—2014、2014—2015和2015—2016年3年度滴灌施肥灌溉條件下冬小麥水分利用效率和灌溉水利用效率如圖5所示。滴灌施肥灌溉條件下，3年度冬小麥水分利用效率表現(xiàn)為：2014—2015年水分利用效率最高，為2.0 kg/m3，其次是2015—2016年，為1.8 kg/m3，2013—2014年水分利用效率最低，僅1.7 kg/m3。3年度冬小麥水分利用效率平均為1.8 kg/m3，相比地面灌溉冬小麥水分利用效率(1.3 kg/m3)提高了38%。

滴灌施肥灌溉條件下，3年度冬小麥灌溉水利用效率表現(xiàn)為：2015—2016年灌溉水利用效率最高，達(dá)4.7 kg/m3，其次是2014—2015年，為4.3 kg/m3，2013—2014年灌溉水利用效率最低，僅2.8 kg/m3。3年度冬小麥灌溉水利用效率平均為3.9 kg/m3，比當(dāng)?shù)氐孛婀喔鹊墓喔人眯?2.0 kg/m3)提高了95%。

縱觀3年度冬小麥水分利用效率和灌溉水利用效率，冬小麥生育期內(nèi)采用滴灌施肥灌溉，提高灌溉水利用效率95%，并可將水分利用效率提高到1.7～2.0 kg/m3，提高水分利用效率38%。

圖5 2013—2016年3年度滴灌施肥灌溉冬小麥水分利用效率和灌溉水利用效率Fig.5 Water use efficiency and irrigation water use efficiency forwinter wheat with drip fertigation in three growing periods

2.6 土壤養(yǎng)分分布

土壤硝態(tài)氮極易溶于水，很少吸附在土壤顆粒上，移動(dòng)性強(qiáng)，主要隨灌溉水在土壤中運(yùn)動(dòng)[26-27]。本文主要分析土壤剖面上硝態(tài)氮的分布狀況，來(lái)評(píng)價(jià)滴灌施肥灌溉條件下土壤養(yǎng)分的分布。2014、2015和2016年冬小麥?zhǔn)斋@時(shí)土壤剖面硝態(tài)氮分布狀況如圖6所示。2013年冬小麥播種前，土壤硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為0～20 cm較高，平均為10.3 mg/kg，而20～100 cm較低，100～140 cm較高，平均23.4 mg/kg，說(shuō)明當(dāng)?shù)氐孛婀喔鹊那闆r下，土壤硝態(tài)氮在100～140 cm土層內(nèi)出現(xiàn)了一定的養(yǎng)分淋失。滴灌施肥灌溉條件下，2014、2015和2016年冬小麥?zhǔn)斋@時(shí)，土壤硝態(tài)氮主要分布在0～40 cm土層內(nèi)，60～140 cm土層的硝態(tài)氮含量降低，2016年冬小麥?zhǔn)斋@時(shí)100～140 cm土壤硝態(tài)氮含量平均僅為6.3 mg/kg，相比2013年冬小麥播種前降低了73%?？梢?jiàn)，滴灌施肥灌溉條件下，養(yǎng)分主要分布在根區(qū)，養(yǎng)分利用率高，養(yǎng)分淋失少。

圖6 2013—2016年3年度滴灌施肥灌溉冬小麥?zhǔn)斋@時(shí)土壤硝態(tài)氮含量分布狀況Fig.6 Distribution of soil nitrate nitrogen for winter wheat with drip fertigation in three growing periods

3 結(jié)論

(1)滴灌施肥灌溉條件下，當(dāng)施肥量為當(dāng)?shù)厥┓柿康?0%時(shí)，2013—2014、2014—2015和2015—2016年冬小麥平均產(chǎn)量為7 120.5 kg/hm2，相比當(dāng)?shù)禺a(chǎn)量(6 000 kg/hm2)提高了18.7%；滴灌施肥灌溉條件下，冬小麥穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量表現(xiàn)較好。

(2)滴灌施肥灌溉條件下，2013—2014、2014—2015和2015—2016年冬小麥全生育期耗水量平均為392.8 mm。播種-拔節(jié)期為小麥幼苗期，耗水量占總耗水量27%，其中降水量所占比例最大(52%)；拔節(jié)-收獲期為小麥的生長(zhǎng)盛期，耗水量占總耗水量的73%，其中拔節(jié)期-抽穗期灌水量所占比例最大(78%)，而抽穗期-收獲期土壤儲(chǔ)水量的消耗量所占比例最大(54%)。與當(dāng)?shù)囟嗄甓←満乃?450 mm)相比，3年冬小麥平均耗水量減少了57.2 mm。3年度冬小麥全生育期耗水量各組成所占比例表現(xiàn)為：灌水量所占比例最大，為49%，其次是土體儲(chǔ)水量的消耗量，占總耗水量的25%，降水量占總耗水量的24%，地下水補(bǔ)給量占總耗水量的比例最小，僅2%。冬小麥生育期內(nèi)采用滴灌施肥灌溉，3年冬小麥灌溉水利用效率平均3.9 kg/m3，比當(dāng)?shù)氐孛婀喔鹊墓喔人眯?2.0 kg/m3)提高了95%。3年冬小麥水分利用效率平均為1.8 kg/m3，比當(dāng)?shù)氐孛婀喔认滤掷眯?1.3 kg/m3)提高了38%。

(3)滴灌施肥灌溉條件下，養(yǎng)分主要分布在根區(qū)0～40 cm土層內(nèi)，60～140 cm土層的硝態(tài)氮含量降低，2016年冬小麥?zhǔn)斋@時(shí)100～140 cm土壤硝態(tài)氮含量相比2013年冬小麥播種前降低了73%，養(yǎng)分利用率高，養(yǎng)分淋失少。

1 李振聲，歐陽(yáng)竹，劉小京，等. 建設(shè)“渤海糧倉(cāng)”的科學(xué)依據(jù)——需求、潛力和途徑[J]. 中國(guó)科學(xué)院院刊，2011，26(4)：371-374.

LI Zhensheng,OUYANG Zhu,LIU Xiaojing, et al.Scientific basis for constructing the “Bohai Sea Granary”—demands, potential and approaches[J].Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2011,26(4):371-374. (in Chinese)

2 LIU Changming, ZHANG Xiying, ZHANG Yongqiang.Determination of daily evaporation and evapotranspiration of winter wheat and maize by large-scale weighing lysimeter and micro-lysimeter[J]. Agricultural & Forest Meteorology, 2002, 111(2):109-120.

3 SUN Hongyong, LIU Changming, ZHANG Xiying, et al. Effects of irrigation on water balance, yield and WUE of winter wheat in the North China Plain[J]. Agricultural Water Management, 2006, 85(1-2):211-218.

4 張喜英，劉小京，陳素英，等. 環(huán)渤海低平原農(nóng)田多水源高效利用機(jī)理和技術(shù)研究[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，24(8)：995-1004.

ZHANG Xiying, LIU Xiaojing, CHEN Suying, et al. Efficient utilization of various water sources in farmlands in the low plain nearby Bohai Sea [J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture,2016,24(8):995-1004.(in Chinese)

5 ZWART S J, BASTIAANSSEN W G M. Review of measured crop water productivity values for irrigated wheat ,rice, cotton and maize[J]. Agricultural Water Management, 2004, 69(2):115-133

6 巨曉棠，劉學(xué)軍，鄒國(guó)元，等. 冬小麥/夏玉米輪作體系中氮素的損失途徑分析[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，35(12)：1493-1499.

JU Xiaotang, LIU Xuejun, ZOU Guoyuan, et al. Evaluation of nitrogen loss way in winter wheat and summer maize rotation system[J].Scientia Agricultura Sinica, 2002,35(12):1493-1499.(in Chinese)

7 張玉銘，張佳寶，胡春勝，等. 水肥耦合對(duì)華北高產(chǎn)農(nóng)區(qū)小麥-玉米產(chǎn)量和土壤硝態(tài)氮淋失風(fēng)險(xiǎn)的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，19(3)：532-539.

ZHANG Yuming, ZHANG Jiabao, HU Chunsheng, et al. Effect of fertilization and irrigation on wheat-maize yield and soil nitrate nitrogen leaching in high agricultural yield region in North China Plain[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2011,19(3):532-539.(in Chinese)

8 LIU Xuejun,JU Xiaotang, ZHANG Fusuo,et al. Nitrogen dynamics and budgets in a winter wheat-maize cropping system in the North China Plain [J]. Field Crops Research,2003,83(2)：111-124.

9 BAR-YOSEF B.Advances in fertigation [J].Advances in Agronomy,1999,6(5):1-77.

10 KAFKAFI U, TARCHITZKY J. Fertigation, A tool for efficient fertilizer[R].Paris, France: International Fertilizer Industry Association, 2011.

11 WANG Jiandong, GONG Shihong, XU Di. Impact of drip and level-basin irrigation on growth and yield of winter wheat in the North China Plain[J]. Irrigation Science, 2013, 31(5): 1025-1037.

12 杜文勇，何雄奎，胡振方，等. 不同灌溉技術(shù)條件對(duì)冬小麥生產(chǎn)的影響[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2011, 29(2):170-174.

DU Wenyong,HE Xiongkui, HU Zhenfang, et al. Effects of different irrigation technology on production of winter wheat[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering, 2011, 29(2):170-174.(in Chinese)

13 ARAFA Y E, WASIFE A, MEHAWED H E. Maximizing water use efficiencyin wheat yields based on drip irrigation systems[J]. Australian Journal of Basic & Applied Sciences, 2009,3(2):790-796.

14 程裕偉，任輝，馬富裕，等.北疆地區(qū)滴灌春小麥干物質(zhì)積累、分配與轉(zhuǎn)運(yùn)特征研究[J].石河子大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014, 29(2): 133-139.

CHENG Yuwei, REN Hui, MA Fuyu, et al. Characteristics of accumulation ,allocation and transaction of dry matter in spring wheat under drip irrigation in Northern Xinjiang[J].Journal of Shihezi University:Natural Science, 2014, 29(2): 133-139. (in Chinese)

15 聶紫瑾，陳源泉，張建省，等.黑龍港流域不同滴灌制度下的冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率[J].作物學(xué)報(bào)，2013, 39(9): 1687-1692.

NIE Zijin, CHEN Yuanquan, ZHANG Jiansheng, et al. Effects of drip irrigation patterns on wheat yield and water use efficiency in Heilonggang Region[J].Acta Agronomica Sinica, 2013, 39(9): 1687-1692. (in Chinese)

16 康躍虎.實(shí)用型滴灌灌溉計(jì)劃制定方法[J].節(jié)水灌溉,2004(3):11-12，15.

KANG Yaohu. Applied method for drip irrigation scheduling[J]. Water Saving Irrigation, 2004(3):11-12，15.(in Chinese)

17 KANG Yaohu, WANG Fengxin, LIU Haijun, et al. Potato evapotranspiration and yield under different drip irrigation regimes[J]. Irrigation Science, 2004,23(3): 133-143.

18 KANG Yaohu, WAN Shuqin. Effect of soil water potential on radish (RaphanussativusL.) growth and water use under drip irrigation[J]. Scientia Horticulturae, 2005,106(3): 275-292.

19 YUAN Baozhong, NISHIYAMA S, KANG Yaohu. Effects of different irrigation regimes on the growth and yield of drip-irrigated potato[J]. Agricultural Water Management, 2003, 63(3): 153-167.

20 汪然, 萬(wàn)書勤, 康躍虎,等. 滴灌水鹽調(diào)控施肥灌溉對(duì)青海油菜產(chǎn)量及水肥利用的影響[J]. 節(jié)水灌溉, 2016(4):18-23.

WANG Ran, WAN Shuqin, KANG Yaohu, et al.Effects of water-fertilizer -salt regulation under drip fertigation on rapeseed yield and the water and fertilizer efficiency in Qinghai Province[J]. Water Saving Irrigation, 2016(4):18-23.(in Chinese)

21 萬(wàn)書勤，汪然，康躍虎，等. 微咸水滴灌施肥灌溉對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)和水肥利用的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào),2016,35(7):1-7,15.

WAN Shuqin, WANG Ran, KANG Yaohu, et al. Effects of drip fertigation with saline water on potato growth and water and fertilizer use efficiencies[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2016,35(7):1-7,15. (in Chinese)

22 OWEIS T Y，F(xiàn)ARAHANI H J，HACHUM A Y. Evapotranspiration and water use of full and deficit irrigated cotton in the mediterraneanenvironment in northern Syria[J]. Agricultural Water Management,2011,98(8): 1239-1248.

23 HE J. Best management practice development with the Ceres-Maize model for sweet corn production in North Florida[D].Gainesville，F(xiàn)L: University of Florida,2008.

24 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000.

25 王占彪，王猛，尹小剛，等.近50年華北平原冬小麥主要生育期水熱時(shí)空變化特征分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，20(5)：16-23.

WANG Zhanbiao, WANG Meng, YIN Xiaogang, et al. Spatiotemporal change characteristics of heat and rainfall during the growth period of winter wheat in North China Plain from 1961 to 2010[J].Journal of China Agricultural University, 2015，20(5)：16-23.(in Chinese)

26 SANTOS D V, SOUSA P L, SMITH R E. Model simulation of water and nitrate movement in a level-basin under fertigation treatments[J]. Agricultural Water Management, 1997, 32(3): 293-306.

27 岳文俊，張富倉(cāng)，李志軍，等．水氮耦合對(duì)甜瓜氮素吸收與土壤硝態(tài)氮累積的影響[J/OL].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015,46(2): 88-96, 119.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20150214&journal_id=jcsam. DOI:10.6041/j.issn.1000-1298.2015.02.014.

YUE Wenjun,ZHANG Fucang,LI Zhijun,et al.Effects of water and nitrogen coupling on nitrogen uptake of muskmelon and nitrateaccumulation in soil[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(2): 88-96, 119. (in Chinese)