微噴灌水肥一體化小麥磷鉀肥減施穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)研究

張 晶,黨建友,張定一,王姣愛,裴雪霞,姬虎太,閆翠萍,程麥鳳

(山西省農(nóng)業(yè)科學院小麥研究所，山西 臨汾 041000)

山西省屬典型的大陸性季風氣候區(qū)，十年九旱，旱澇交錯。全省多年平均降水量508.8 mm，而小麥生育期降水僅滿足總耗水量的25%～30%，其余需要通過灌溉來滿足高產(chǎn)的需求，傳統(tǒng)的灌溉方式的水分利用效率平均僅為45%，嚴峻的自然形勢制約灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展[1-3]。微噴灌是近年來國內(nèi)外在總結(jié)噴灌與滴灌的基礎(chǔ)上，以類似于降雨的方式來補充作物所需要的水分，水分通過作物冠層進入根系，而此過程對作物的生長發(fā)育具有十分重要的作用，不但可以提高作物產(chǎn)量，而且節(jié)水效果明顯[4-9]。近年來我國過量施用化肥現(xiàn)象普遍，導致肥料利用率偏低，不僅沒有促進作物增產(chǎn)，還造成了嚴重的環(huán)境污染，不利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[10-12]。山西省以石灰性土壤為主，成土母質(zhì)中主要含鉀礦物長石，一般具有較高或中等偏高的供鉀水平。磷肥是植物生長發(fā)育所需的大量營養(yǎng)元素之一，在提高作物產(chǎn)量方面起著重要的作用，而土壤對磷有極強的固定吸附能力，導致磷肥當季利用率僅有10%～25%[13-16]。采用水肥一體化技術(shù)能將溶解后的肥料直接輸送到小麥根系最集中的部位，促進根系對肥料的吸收。因此，通過微噴灌水肥一體化方式，將傳統(tǒng)的灌水施肥量進行適度減量，提高水肥利用效率，是實現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥栽培的重要途徑。本研究在微噴灌水肥一體化條件下研究了磷鉀肥減施及追施時間對小麥生長發(fā)育、水分利用效率及品質(zhì)的影響，為山西省微噴灌水肥一體化條件下實現(xiàn)小麥節(jié)水節(jié)肥、穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)提供適宜的肥料用量、比例及施用時間。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2015～2017年在山西省農(nóng)業(yè)科學院小麥研究所韓村試驗基地(N36°08.754′、E111°34.517′，海拔441 m)同一塊試驗田連續(xù)進行，試驗田0～20 cm土層土壤肥力為有機質(zhì)10.15 g/kg，堿解氮48.36 mg/kg，有效磷13.91 mg/kg，速效鉀133 mg/kg。連續(xù)2年試驗數(shù)據(jù)趨勢基本一致，本文以2016～2017年試驗數(shù)據(jù)進行分析。小麥生育期降水量188.7 mm，玉米秸稈還田后旋耕兩遍播種，播量187.5 kg/hm2，10月8日播種，小區(qū)面積40 m×2.3 m=92 m2，每個處理3次重復，各區(qū)寬2.3 m，長40 m，等行距種植12行小麥，自邊行向內(nèi)數(shù)，均在第6行與第7行之間沿小麥種植行向鋪設(shè)一條微噴帶。微噴帶進水端裝有壓力表、水表和閘閥，進水端水壓力為0.02 MPa。微噴帶采用每組5孔單列斜布置，噴孔孔徑均0.8 mm。供試品種為良星99。

試驗設(shè)灌水和施肥處理：施純N 225 kg/hm2，施用方式為底施70%+30%拔節(jié)期追施；磷鉀肥設(shè)常規(guī)施肥量和減量30%，施用方式為鉀肥全部底施，磷肥設(shè)100%底施(P底)、50%底施+50%冬前追施(P底+冬)、50%底施+50%拔節(jié)期(P底+拔)追施3個處理。CK:常規(guī)施肥量，漫灌，越冬水+拔節(jié)水，灌水量：900+1 200=2 100 m3/hm2。氮肥為尿素(N 46%)、磷肥為磷酸二銨(N 18%、P2O546%)、鉀肥為氯化鉀(K2O 60%)，底肥和CK處理追肥采用撒施，其他處理的追肥均采用水肥一體化施入(表1)。

表1 試驗設(shè)計

1.2 測定項目與方法

1.2.1 小麥分蘗數(shù)測定

三葉期前，每個小區(qū)內(nèi)分別固定2個1 m2樣方，調(diào)查基本苗，越冬期和拔節(jié)期的莖蘗數(shù)。

1.2.2 干物質(zhì)積累與分配

于小麥開花和成熟期按葉片、莖+葉鞘、穎殼+穗軸、籽粒分樣，105℃殺青0.5 h,75℃烘至恒重，稱干重。相關(guān)計算公式[17]如下：

營養(yǎng)器官開花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量=開花期干重-成熟期干重(除籽粒外)；

營養(yǎng)器官開花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率(%)=(開花前干重-成熟期干重)/開花期干重×100；

開花后干物質(zhì)輸入籽粒量=成熟期籽粒干重-營養(yǎng)器官花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量；

對籽粒產(chǎn)量的貢獻率(%)=開花前營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒干重×100。

1.2.3 土壤含水量

播種和收獲當天測定0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層土壤含水量。土層貯水量計算公式[3]為：

W=w×ρs×h×0.1

式中：W為土層貯水量(mm)；w為土層含水量(%)；ρs為土壤容重(g/cm3)；h為土層厚度(cm)；0.1為單位換算系數(shù)。

田間總耗水量(mm)=播種時土壤貯水量+生育期灌水量+有效降水量-收獲期土壤貯水量

籽粒水分生產(chǎn)率(kg/mm)=籽粒產(chǎn)量/田間總耗水量

1.2.4 產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素

收獲當天在各小區(qū)2個調(diào)查樣方中的1個內(nèi)隨機拔取行長20 cm全部植株，隨機取5株，去除穗粒數(shù)小于5粒穗數(shù)后，準確計有效成穗數(shù)，并調(diào)查每穗粒數(shù)，求平均值為穗粒數(shù)；各處理收獲2個未取樣調(diào)查樣方外，再隨機取3個1.0 m2，脫粒，風干后稱重；取500粒稱重，換算成千粒重，2次重復(重復間相差≤0.5 g)，80℃下烘至恒重，計算籽粒風干含水率，按13%含水率計算千粒重和產(chǎn)量。

1.2.5 品質(zhì)測試

瑞士波通DA7 200型近紅外分析儀測定小麥籽粒容重、吸水率、沉降值、形成時間和穩(wěn)定時間。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2003和DPS 15.10軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 常量施肥和磷鉀肥減施的微噴灌小麥分蘗

由表2可知，越冬前灌水量一致，磷鉀肥減施對總莖數(shù)和單株莖數(shù)影響較小。拔節(jié)期磷鉀肥減施對總莖數(shù)和單株分蘗數(shù)有顯著影響，W1(越冬水+拔節(jié)水+灌漿水)和 W2(越冬水+拔節(jié)水+開花水+灌漿水)均表現(xiàn)為P底+拔K(磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施)>P底K(100%底施)>P底+冬K(50%底施+50%冬前追施)。常量施肥處理灌水次數(shù)對總莖數(shù)和單株分蘗數(shù)影響較小。

表2 常量施肥和磷、鉀肥減施的微噴灌小麥分蘗

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理間差異達到5%顯著水平。下同。

2.2 常量施肥和磷、鉀肥減施的微噴灌小麥干物質(zhì)積累與分配

2.2.1 成熟期干物質(zhì)在不同器官中的分配

由表3可知，成熟期干物質(zhì)的分配量和比例依次為籽粒>莖稈>葉片>穎殼+穗軸。磷鉀肥減施處理W1對干物質(zhì)的積累和分配的影響大于W2，W1各器官的分配均表現(xiàn)為P底+拔K>P底K>P底+冬K，W2籽粒分配量為P底+拔K>P底K>P底+冬K，其余器官無顯著差異。常量施肥處理灌水對各器官分配及比例有顯著影響。磷鉀肥減施條件下，生育期灌水3次(越冬水+拔節(jié)水+灌漿水)，磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施籽粒分配量及比例最高。

2.2.2 開花后營養(yǎng)器官干物質(zhì)再分配及其籽粒貢獻率

由表4可知，減量施肥和常量施肥W1均表現(xiàn)為開花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率對籽粒的貢獻率為P底+冬K>P底K> P底+拔K，而開花后干物質(zhì)積累量和開花后干物質(zhì)積累量對籽粒的貢獻率則相反。減量施肥W2開花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率對籽粒的貢獻率表現(xiàn)為P底K> P底+冬K> P底+拔K，開花后干物質(zhì)積累量和開花后干物質(zhì)積累量對籽粒的貢獻率為P底+拔K>P底+冬K>P底K，常量施肥則相反。減量施肥條件下，生育期灌水3次，磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施開花后干物質(zhì)積累量對籽粒的貢獻率最高。

表3 常量施肥和磷、鉀肥減施的微噴灌小麥成熟期干物質(zhì)在不同器官中的分配

表4 常量施肥和磷、鉀肥減施的微噴灌小麥開花后營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量和干物質(zhì)再分配量

2.3 常量施肥和磷、鉀肥減施的微噴灌小麥水分利用效率

由表5可知，播種時各處理土壤貯水量基本一致。兩種灌水模式下常量施肥和減量施肥處理的水分利用效率表現(xiàn)均為P底+拔K>P底K>P底+冬K。其中W1減量施肥處理P底+拔K水分利用效率最高，達27.72 kg/mm，其原因可能是灌越冬水起到了塌實耕層土壤的作用，拔節(jié)期增量灌水更能滿足小麥后期生長的需要。

2.4 常量施肥和磷、鉀肥減施的微噴灌小麥產(chǎn)量及構(gòu)成

由表6可知，減量施肥下灌水次數(shù)對產(chǎn)量及其構(gòu)成均有顯著差異，而常量施肥下灌水次數(shù)僅對千粒重和產(chǎn)量有顯著影響。磷鉀肥減量和常量施肥W1處理中成穗數(shù)和穗粒數(shù)差異不顯著，千粒重和產(chǎn)量差異達顯著水平，均表現(xiàn)為磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施最高，且減量施肥處理千粒重和產(chǎn)量大于常量施肥，其中千粒重差異顯著。減量施肥W2中磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施產(chǎn)量及其構(gòu)成均最高。千粒重和產(chǎn)量均表現(xiàn)為P底+拔K>P底K>P底+冬K。減量施肥條件下，生育期灌水3次(越冬水+拔節(jié)水+灌漿水)，磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施產(chǎn)量最高，增產(chǎn)主要與千粒重有關(guān)。

表5 常量施肥和磷、鉀肥減施的微噴灌小麥水分利用效率

表6 常量施肥和磷、鉀肥減施的微噴灌小麥產(chǎn)量及構(gòu)成

2.5 常量施肥和磷、鉀肥減施的微噴灌小麥品質(zhì)

由表7可知，灌水量一致的條件下，灌水次數(shù)、磷鉀肥減量和常量施肥對小麥品質(zhì)指標影響較小， CK的各項品質(zhì)指標均最低。減量施肥條件下，W1和W2處理穩(wěn)定時間、形成時間、沉降值及容重均表現(xiàn)為P底K>P底+冬K> P底+拔K，除W2減量施肥處理中P底+拔K形成時間與P底K差異顯著外，其余處理間差異不顯著。穩(wěn)定時間、形成時間及沉降值以W1常量施肥 P底+冬K較高。

表7 常量施肥和磷鉀肥減施的微噴灌小麥品質(zhì)

3 結(jié)論與討論

越冬前灌水量一致，磷鉀肥減施下總莖數(shù)和單株莖數(shù)無顯著變化，這說明磷鉀肥減量底施對小麥越冬前總莖數(shù)和分蘗數(shù)影響較小，可能是因為從分蘗到越冬是小麥群體發(fā)展較快的時期，吸收氮肥較多，對磷、鉀的吸收一般隨小麥生長的推移而逐漸增多，拔節(jié)以后急劇增長[18]，而本研究的氮肥未做減量設(shè)計，磷、鉀肥減施30%可以滿足小麥越冬前養(yǎng)分需求。拔節(jié)期磷鉀肥減施處理對總莖數(shù)和單株分蘗數(shù)有顯著影響，灌3水(越冬水+拔節(jié)水+灌漿水)和4水(越冬水+拔節(jié)水+開花水+灌漿水W1和 W2)均表現(xiàn)為P底+拔K(磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施)>P底K(100%底施)>P底+冬K(50%底施+50%冬前追施)。小麥成熟期磷鉀肥減施灌3水對干物質(zhì)的積累和分配影響大于灌4水，但籽粒分配量均為P底+拔K>P底K>P底+冬K，開花后干物質(zhì)積累量和開花后干物質(zhì)積累量對籽粒的貢獻率均以P底+拔K最高，說明P底+拔K提高了花后干物質(zhì)的積累能力，增加了籽粒中來自開花后干物質(zhì)的比例，成熟期籽粒分配量高，是獲得高產(chǎn)的生理基礎(chǔ)。

磷鉀肥減施條件下生育期灌3水，磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施產(chǎn)量最高，其次是灌4水，磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施，增產(chǎn)主要與千粒重有關(guān)，這與趙亞南等[11]、雷均杰等[19]、胡雨彤等[20]、候芳芳等[21]研究結(jié)果一致，可能是因為適宜的灌溉量和施肥量主要通過花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率及其籽粒的貢獻增加進而促進籽粒灌漿。生育期灌3或4水，磷鉀肥減施磷肥50%底施+50%拔節(jié)期追施產(chǎn)量較高且與常量施肥高產(chǎn)處理差異不顯著，說明此模式下減量施肥對小麥產(chǎn)量沒有顯著影響，產(chǎn)量構(gòu)成因子中穗數(shù)和穗粒數(shù)沒有顯著變化，千粒重有增加趨勢。有研究表明，磷在土壤中極易被固定，土壤中橫縱向遷移距離不會超過5 cm，導致磷肥的當季利用率偏低[22]。本研究用微噴灌水肥一體化施磷肥方式，有利于磷肥垂直向下擴散，促進小麥對磷素的吸收利用，同時提高了水分利用效率。結(jié)果表明，底施70%氮肥+50%磷肥+100%鉀肥可以為小麥苗期提供足夠的磷養(yǎng)分，為小麥分蘗打好基礎(chǔ)，磷肥對小花和花粉粒的形成發(fā)育以及籽粒灌漿有明顯的作用，因此小麥拔節(jié)期噴施磷肥可以及時供應磷素，促進籽粒灌漿。灌水量一致的條件下，灌水次數(shù)、磷鉀肥減量和常量施肥對小麥品質(zhì)指標影響較小，對照各項品質(zhì)指標均最低。這可能是由于灌水是影響小麥品質(zhì)的重要因素，增加灌水，尤其是小麥生育后期增加灌水或土壤漬水會引起籽粒品質(zhì)變劣，過多的灌溉量會縮短面團形成時間和穩(wěn)定時間[23-25]。而本研究對照灌溉方式為漫灌，灌溉量為2 100 m3/hm2，較微噴灌灌水量高600 m3/hm2，這可能是其品質(zhì)變劣的主要原因。

綜合結(jié)果表明，與傳統(tǒng)栽培模式及微噴灌常量施肥相比，生育期灌水3次(越冬水+拔節(jié)水+灌漿水)，灌水量1 500 m3/hm2，氮肥70%底施+30%拔節(jié)期追施、鉀肥減30%全部底施、磷肥減30%且50%底施+50%拔節(jié)期追施能夠有效提高水分利用效率及開花后干物質(zhì)積累量和開花后干物質(zhì)積累量對籽粒的貢獻率，千粒重增加進而產(chǎn)量有增加趨勢，品質(zhì)較當?shù)貍鹘y(tǒng)栽培模式有所提高，從而實現(xiàn)了節(jié)水節(jié)肥、穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)。