灌溉定額和綠肥交互作用對小麥/玉米帶田產(chǎn)量和養(yǎng)分利用的影響

袁金華，俄勝哲，車宗賢

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所/農(nóng)業(yè)部甘肅耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學觀測實驗站，甘肅蘭州730070）

位于我國甘肅西北部的河西走廊得緣于祁連山豐富的冰雪融水，農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)達，是西北地區(qū)最主要的商品糧基地，走廊內(nèi)的主要耕作土壤為灌漠土。近年來，隨著全球氣候變暖、工農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)的快速發(fā)展，該區(qū)單位面積耕地的灌水量日益減少，缺水大大降低了作物的養(yǎng)分利用效率，造成減產(chǎn)。農(nóng)業(yè)灌溉用水供給不足是目前河西綠洲灌區(qū)限制作物生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，提高水分和養(yǎng)分的利用效率是維持河西綠洲灌區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施[1]。水分對植物的養(yǎng)分利用率有重要影響，適宜的水分條件可以通過蒸騰流提高養(yǎng)分的吸收和運輸速率，從而提高養(yǎng)分利用率[2]。合理灌溉是調(diào)控作物養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及產(chǎn)量增加的重要手段，水分與養(yǎng)分之間的互作效應是其高效利用的關(guān)鍵。馬強等[3]對下遼河平原不同水肥條件下土壤養(yǎng)分收支及氮肥利用率的研究表明，適宜的水分條件可以增加玉米的養(yǎng)分吸收量，對提高氮肥利用率作用顯著。水分也制約作物累積的干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移的數(shù)量或比例[4]。李可懿等[5]對黃土高原旱地小麥的研究表明，由于水分限制，小麥產(chǎn)量降低9.7%～26.6%，小麥籽粒養(yǎng)分吸收量顯著降低或呈現(xiàn)降低趨勢。綠肥作為傳統(tǒng)的有機肥料，有改善土壤質(zhì)量、提高土壤養(yǎng)分含量、提高作物產(chǎn)量以及培肥地力等作用[6-7]，在我國有悠久的歷史，在河西綠洲灌區(qū)被廣泛種植。目前，對綠肥與作物的種植模式探索、高效綠肥品種培育、綠肥對化肥的減施作用、綠肥對土壤養(yǎng)分的活化作用以及綠肥的養(yǎng)地作用方面開展的研究較多[8-14]。白金順等[15]對河西灌區(qū)武威綠洲灌漠土25年長期定位試驗的研究表明，長期翻壓綠肥能有效提高旱地小麥/玉米帶田小麥的礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量。杜青峰等[16]研究表明，豆科綠肥與玉米間作增強了玉米的養(yǎng)分吸收性能。間作玉米養(yǎng)分含量的增加得益于土壤有效養(yǎng)分含量的增加[17-18]。李燕青等[19]研究表明，翻壓綠肥有助于棉花氮、磷和鉀素的吸收，與不翻壓綠肥相比，籽棉產(chǎn)量增加近30%。但也有研究表明豆科綠肥與玉米間作在干旱年份會降低玉米產(chǎn)量[20]，干旱年份種植豆科綠肥會消耗更多的水分，從而加劇土壤的干旱程度[21-23]。河西走廊是典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，水是灌漠土農(nóng)業(yè)存在的決定因素。以往的研究主要集中于氮肥施用量以及灌溉定額和氮肥的耦合作用對小麥/玉米帶田作物產(chǎn)量和經(jīng)濟性狀、土壤水分和養(yǎng)分含量的影響[24-32]，在灌溉定額、綠肥及其交互作用下灌漠土小麥/玉米帶田作物對養(yǎng)分吸收利用的效果以及適宜灌溉定額的確定方面缺乏研究。本研究在河西灌區(qū)武威綠洲典型灌漠土區(qū)進行，以當?shù)貜V泛分布的小麥/玉米帶田為研究對象，在固定氮、磷、鉀肥施用量的基礎上長期監(jiān)測灌溉定額和綠肥種植對小麥及玉米籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)、籽粒氮磷鉀吸收量和收獲指數(shù)、籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量和生理效率的影響，旨在為河西綠洲灌區(qū)小麥/玉米帶田作物生產(chǎn)中提高水分和養(yǎng)分利用效率，確定適宜灌溉定額和加強農(nóng)田水肥管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和地點

大田定位試驗始于2007年3月，設置在甘肅省農(nóng)業(yè)科學院武威綠洲農(nóng)業(yè)試驗站（38°37′N,102°40′E），試驗站位于河西走廊東段，祁連山北麓，海拔1500 m，無霜期150天左右，年降雨量150 mm，年蒸發(fā)量2021 mm，年平均氣溫7.7℃，年日照時數(shù)3023 h，≥ 10℃有效積溫為3016℃，年太陽輻射總量140～158 kJ/cm2，麥收后 ≥ 10℃有效積溫為1350℃，屬于典型的兩季不足、一季有余的自然生態(tài)區(qū)。試驗地土壤為灌漠土，試驗開始時0—20 cm耕層土壤的基本理化性質(zhì)為有機質(zhì)16.7 g/kg、堿解氮60.2 mg/kg、有效磷7.10 mg/kg、速效鉀78.6 mg/kg、pH 8.25。

1.2 試驗設計

試驗采用裂-裂區(qū)設計，主區(qū)處理為灌溉定額，設三個水平為4500、6000和7500 m3/hm2；裂區(qū)處理為綠肥，設兩個水平，為不種綠肥和種植綠肥；裂-裂區(qū)處理為化肥，設兩個水平，為不施化肥和施用化肥，不施化肥處理即氮磷鉀肥均不施用，施用化肥處理氮磷鉀肥等量施用。共計12個處理，每個處理設4次重復，共48個小區(qū)，每個小區(qū)面積為24 m2(7.5 m × 3.2 m)，小區(qū)間間隔為0.5 m。本研究樣品采集于2016年（試驗第10年）。每個小區(qū)采用地面灌溉，用水表嚴格控制灌水定額，小麥和玉米不同生育期歷年灌水定額及灌溉定額見表1。分別在小麥拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期，玉米大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和乳熟期灌水，再加1次冬水，共灌水8次。

歷年化肥施用量按當?shù)匦←?玉米帶田的常規(guī)施肥水平進行，氮（N）施入量為525 kg/hm2、磷（P2O5）施入量為150 kg/hm2、鉀（K2O）施入量為90 kg/hm2，磷肥和鉀肥全部作基肥，氮肥30%作基肥，10%在小麥拔節(jié)期給小麥帶追施，30%在玉米拔節(jié)期給玉米帶追施，30%在玉米大喇叭口期給玉米帶追施?；试诖杭痉厍熬鶆蛉鍪┯诘孛妫诜貢r深翻入土。小麥帶追肥在小麥帶均勻撒施，撒施完立即灌水。玉米帶追肥在兩行玉米的行間于地膜上開穴深施，施肥后立即灌水。氮肥為尿素（含N 46%），磷肥為磷酸二銨（含N 18%、P2O546%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）。

表1 小麥和玉米不同生育期灌水定額及灌溉定額 (m3/hm2)Table 1 Irrigation quota and water amounts supplied at different plant phonological stages of wheat and corn

1.3 樣品的采集與處理

小麥成熟后，避開兩邊，選擇第3和第4帶小麥分別進行收割放入網(wǎng)袋中，風干棚中風干，脫粒機脫粒，計算小麥籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量和生物產(chǎn)量；取籽粒和秸稈樣品粉碎后，進行氮、磷、鉀含量測定。玉米成熟后，選擇第3和第4帶玉米分別進行收獲，玉米穗和秸稈于風干棚中風干后計算玉米籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量和生物產(chǎn)量；取籽粒和秸稈樣品粉碎后，進行氮、磷、鉀含量測定。

1.4 植株和籽粒樣品測定方法

小麥及玉米的籽粒和秸稈樣品經(jīng)硫酸-過氧化氫消煮后，全氮含量采用蒸餾法，全磷含量用鉬銻抗比色法，全鉀含量用火焰光度法進行測定[33]。

1.5 計算與分析方法

相關(guān)指標的計算公式如下[34-36]：

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2003整理后，采用SPSS 15.0軟件進行統(tǒng)計分析。灌溉定額、綠肥及其交互作用下小麥和玉米各指標差異性的比較采用裂區(qū)的方差統(tǒng)計分析方法 (Univariate) 進行[37-38]。

2 結(jié)果與分析

2.1 帶田小麥

2.1.1 小麥產(chǎn)量和收獲指數(shù) 灌溉定額能極顯著影響小麥籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)（表2）。與4500 m3/hm2的灌溉定額相比，6000和7500 m3/hm2灌溉定額的籽粒產(chǎn)量極顯著增加了70.2%和88.1%；秸稈產(chǎn)量極顯著增加了31.4%和33.7%；生物產(chǎn)量極顯著增加了42.3%和49.0%；收獲指數(shù)極顯著增加了23.2%和30.5%。6000 m3/hm2和7500 m3/hm2灌溉定額之間沒有顯著差異。不種綠肥與種植綠肥之間沒有顯著差異。灌溉定額與綠肥的交互作用之間沒有顯著差異。

表2 灌溉定額、綠肥及其交互作用對小麥產(chǎn)量和收獲指數(shù)的影響Table 2 Effects of irrigation quota, green manure and their interaction on yield and harvest index of wheat

2.1.2 小麥氮磷鉀吸收量和氮磷鉀收獲指數(shù) 灌溉定額能極顯著影響小麥籽粒氮磷鉀吸收量、秸稈鉀吸收量和氮磷鉀收獲指數(shù)（表3）。與4500 m3/hm2的灌溉定額相比，6000和7500 m3/hm2灌溉定額的籽粒氮吸收量極顯著增加了68.0%和83.8%；磷吸收量極顯著增加了75.8%和96.4%；鉀吸收量極顯著增加了91.4%和78.4%；秸稈鉀吸收量極顯著增加了55.7%和39.0%；氮收獲指數(shù)極顯著增加了19.9%和26.4%；磷收獲指數(shù)極顯著增加了18.5%和21.4%；鉀收獲指數(shù)極顯著增加了25.6%和29.5%。6000和7500 m3/hm2灌溉定額之間沒有顯著差異。不種綠肥與種植綠肥之間沒有顯著差異。灌溉定額與綠肥的交互作用之間沒有顯著差異。

2.1.3 小麥籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量和氮磷鉀生理效率 灌溉定額能極顯著影響小麥籽粒產(chǎn)量形成的氮鉀需求量和氮鉀生理效率，能顯著影響小麥產(chǎn)量形成的磷需求量和磷生理效率（表4）。與4500 m3/hm2的灌溉定額相比，6000和7500 m3/hm2灌溉定額的籽粒產(chǎn)量形成的氮需求量極顯著降低了21.1%和26.4%；磷需求量顯著降低了14.1%和16.1%；籽粒產(chǎn)量形成的氮生理效率極顯著增加了22.2%和29.5%；磷生理效率顯著增加了13.8%和15.4%。與4500和6000 m3/hm2的灌溉定額相比，7500 m3/hm2灌溉定額的籽粒產(chǎn)量形成的鉀需求量極顯著降低了29.9%和20.1%；籽粒產(chǎn)量形成的鉀生理效率極顯著增加了37.4%和24.3%。與不種綠肥相比，種植綠肥籽粒產(chǎn)量形成的磷生理效率顯著降低了10.6%。灌溉定額與綠肥的交互作用之間沒有顯著差異。

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表3 灌溉定額和綠肥及其交互作用對小麥籽粒、秸稈氮磷鉀吸收量和氮磷鉀收獲指數(shù)的影響Table 3 Effects of irrigation quota, green manure and their interaction on grain and straw N, P, K uptake,and N, P, K harvest index of wheat

2.2 帶田玉米

2.2.1 玉米產(chǎn)量和收獲指數(shù) 灌溉定額能極顯著影響玉米籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)（表5）。與4500 m3/hm2的灌溉定額相比，6000和7500 m3/hm2灌溉定額的籽粒產(chǎn)量極顯著增加了159%和98.5%；收獲指數(shù)極顯著增加了63.3%和55.4%。與4500和7500 m3/hm2的灌溉定額相比，6000 m3/hm2灌溉定額的秸稈產(chǎn)量極顯著增加了26.2%和25.0%；生物產(chǎn)量極顯著增加了58.7%和27.2%。與不種綠肥相比，種植綠肥收獲指數(shù)極顯著降低了14.9%。灌溉定額與綠肥交互作用之間的差異不顯著。

2.2.2 玉米氮磷鉀吸收量和氮磷鉀收獲指數(shù) 灌溉定額能極顯著影響玉米籽粒氮磷鉀吸收量和氮磷鉀收獲指數(shù)，能顯著影響秸稈氮磷鉀吸收量（表6）。與4500 m3/hm2的灌溉定額相比，6000 和7500 m3/hm2灌溉定額的籽粒氮吸收量極顯著增加了127%和64.0%；磷吸收量極顯著增加了111%和59.2%；鉀吸收量極顯著增加了160%和98.7%；秸稈氮吸收量顯著降低了26.6%和36.8%；磷吸收量顯著降低了39.6%和41.2%；氮收獲指數(shù)極顯著增加了94.8%和75.8%；磷收獲指數(shù)極顯著增加了74.0%和58.9%；鉀收獲指數(shù)極顯著增加了66.7%和60.0%。與4500 和7500 m3/hm2的灌溉定額相比，6000 m3/hm2灌溉定額的秸稈鉀吸收量顯著增加了48.3%和41.7%。與不種綠肥相比，種植綠肥秸稈鉀吸收量顯著增加了35.3%，鉀收獲指數(shù)極顯著降低了34.6%。灌溉定額與綠肥之間的交互作用對玉米秸稈鉀吸收量和玉米磷收獲指數(shù)影響顯著。不種綠肥條件下，隨灌溉定額增加，玉米秸稈鉀吸收量呈增加趨勢，但表現(xiàn)不顯著；種植綠肥條件下，6000 m3/hm2灌溉定額下玉米秸稈鉀吸收量最高，顯著高于4500 和7500 m3/hm2灌溉定額下51.6%和93.3%。不種綠肥條件下，隨灌溉定額增加玉米磷收獲指數(shù)呈增加趨勢，但處理間差異不顯著；種植綠肥條件下，6000 m3/hm2灌溉定額下玉米磷收獲指數(shù)最高，顯著高于4500 m3/hm2灌溉定額。

表4 灌溉定額和綠肥及其交互作用對小麥百公斤籽粒氮磷鉀需求量和氮磷鉀生理效率的影響Table 4 Effects of irrigation quota, green manure and their interaction on N, P, K requirement for 100 kg grain and N, P, K physiological efficiency for grain yield formation of wheat

2.2.3 玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量和氮磷鉀生理效率 灌溉定額能極顯著影響玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量和生理效率（表7）。與4500 m3/hm2的灌溉定額相比，6000和7500 m3/hm2灌溉定額的籽粒產(chǎn)量形成的氮需求量極顯著降低了60.9%和55.6%；磷需求量極顯著降低了60.3%和52.4%；鉀需求量極顯著降低了50.8%和51.8%；籽粒產(chǎn)量形成的氮生理效率極顯著增加了121%和113%；磷生理效率極顯著增加了111%和98.6%；鉀生理效率極顯著增加了67.9%和63.1%。與不種綠肥相比，種植綠肥籽粒產(chǎn)量形成的氮需求量顯著增加了40.7%，磷需求量顯著增加了47.5%，鉀需求量極顯著增加了73.2%；籽粒產(chǎn)量形成的磷生理效率顯著降低了20.8%，鉀生理效率極顯著降低了35.1%。4500 m3/hm2+ 種植綠肥處理籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量均極顯著高于其他交互作用的處理。

表5 灌溉定額和綠肥及其交互作用對玉米產(chǎn)量和收獲指數(shù)的影響Table 5 Effects of irrigation quota, green manure and their interaction on yield and harvest index of corn

3 討論

3.1 灌溉定額和綠肥及其交互作用對小麥、玉米籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)的影響

適宜的水分條件能促進作物個體發(fā)育和群體構(gòu)建，提高作物體內(nèi)干物質(zhì)積累及干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運的能力，從而增加作物產(chǎn)量，而水分不足則限制籽粒產(chǎn)量的形成[39-40]，制約作物累積的干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移的多少或比例[4-5]。與4500 m3/hm2的灌溉定額相比，6000和7500 m3/hm2的灌溉定額均極顯著增加了小麥玉米籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)。說明4500 m3/hm2的灌溉定額不利于小麥和玉米籽粒產(chǎn)量的形成，降低了作物累積的干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移的比例，屬于虧缺灌溉定額。6000和7500 m3/hm2灌溉定額之間小麥玉米籽粒產(chǎn)量無顯著差異，表明即使增加了1500 m3/hm2的灌溉定額，也沒有帶來相應籽粒產(chǎn)量的顯著增加。對于水資源日益匱乏的河西灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，6000 m3/hm2是既能保證作物產(chǎn)量又能節(jié)約用水的適宜灌溉定額。

綠肥種植與否對小麥玉米籽粒產(chǎn)量均沒有顯著影響，這和梁永成等[41]在鄰近試驗地的研究結(jié)果一致。種植綠肥極顯著降低了玉米的收獲指數(shù)。這主要是因為綠肥在自身生長過程中會消耗土壤水分，減少土壤貯水量[42]，本研究中的綠肥在小麥收獲后與玉米約有1個月的共生期，日期介于7月中下旬和8月上旬之間，這段時間為河西綠洲灌區(qū)蒸發(fā)最為強烈的時候，也是綠肥生長最為迅速的時候。綠肥的快速生長加速了對土壤水分的消耗，降低了共生期玉米生長過程中干物質(zhì)積累向籽粒轉(zhuǎn)運的能力，從而降低了玉米的收獲指數(shù)[4-5]。

3.2 灌溉定額和綠肥及其交互作用對小麥、玉米籽粒氮磷鉀吸收量和氮磷鉀收獲指數(shù)的影響

本研究表明，與4500 m3/hm2的灌溉定額相比，6000和7500 m3/hm2的灌溉定額均極顯著增加了小麥玉米籽粒氮磷鉀吸收量和氮磷鉀收獲指數(shù)。這主要是由于灌溉定額不足造成的干旱脅迫極顯著降低了小麥玉米籽粒氮磷鉀養(yǎng)分的吸收量和積累效率的原因造成的。水分不足限制作物生長和籽粒產(chǎn)量的形成，抑制營養(yǎng)物質(zhì)從莖稈向籽粒轉(zhuǎn)移的生理過程[43]，不利于養(yǎng)分元素的吸收和向籽粒的轉(zhuǎn)運[36]。

種植綠肥極顯著降低了玉米鉀收獲指數(shù)，這主要是因為種植綠肥消耗了較多的土壤水分，從而降低了共生期玉米的有效水分，有效水分的減少抑制鉀素從莖稈向籽粒的轉(zhuǎn)移，從而降低了玉米鉀收獲指數(shù)。這和Yao等[23]的研究結(jié)果一致，其研究結(jié)果表明，種植豆科綠肥消耗了更多的水分從而降低了土壤的有效水分。此外，綠肥在旱季消耗的水分大于濕季，表明綠肥加劇了土壤干旱程度，尤其在干旱年份表現(xiàn)得更顯著[21-23]。

灌溉定額與綠肥的交互作用對玉米磷收獲指數(shù)的顯著影響主要表現(xiàn)在種植綠肥條件下，4500 m3/hm2的低灌溉定額和種植綠肥的高耗水過程加劇了干旱對玉米生長的脅迫程度，造成此條件下玉米磷收獲指數(shù)最低。6000 m3/hm2+ 種植綠肥交互作用下玉米磷收獲指數(shù)最高，這主要是因為種植和翻壓綠肥能活化堿性土壤中的磷[44]，加上適宜的水分含量，給玉米營造了一個水分和養(yǎng)分高效的生長環(huán)境，從而提高了玉米磷收獲指數(shù)。

表6 灌溉定額和綠肥及其交互作用對玉米籽粒、秸稈氮磷鉀吸收量和氮磷鉀收獲指數(shù)的影響Table 6 Effects of irrigation quota, green manure and their interaction on grain and straw N, P, K uptake,and N, P, K harvest index of corn

3.3 灌溉定額和綠肥及其交互作用對小麥、玉米百公斤籽粒氮磷鉀需求量和氮磷鉀生理效率的影響

Chuan等[45]根據(jù)2000—2011年我國小麥產(chǎn)區(qū)籽粒產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量的數(shù)據(jù)，利用QUEFTS模型預測出我國小麥百公斤籽粒形成的氮磷鉀需求量為N 2.28 kg、P 0.440 kg、K 1.90 kg，對應的氮磷鉀生理效率為N 43.9 kg/kg、P 227 kg/kg、K 52.7 kg/kg。本研究得出的小麥百公斤籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量的范圍分別為N 4.34～6.39 kg、P 0.442～0.600 kg和K 2.34～3.96 kg，氮磷鉀生理效率為N 16.6～23.0 kg/kg、P 175～227 kg/kg 和 K 26.3～43.5 kg/kg?？梢钥闯?，本研究中小麥籽粒產(chǎn)量形成的氮鉀需求量高于預測值，磷需求量和預測值接近。小麥籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量均表現(xiàn)為4500 m3/hm2灌溉定額下的較高，最高值均為4500 m3/hm2+ 種植綠肥的處理，但與其他處理差異不顯著。研究發(fā)現(xiàn)，在低產(chǎn)量范圍內(nèi)，小麥籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量隨籽粒收獲指數(shù)的增加而降低[46-48]。本研究中小麥籽粒產(chǎn)量形成的氮、磷、鉀需求量與小麥籽粒收獲指數(shù)之間的相關(guān)性方程分別為：

式中：y1、y2、y3分別為小麥籽粒產(chǎn)量形成的氮、磷、鉀需求量；x為小麥籽粒收獲指數(shù)。

從相關(guān)性方程可以看出，小麥籽粒產(chǎn)量形成的氮、磷、鉀需求量與小麥籽粒收獲指數(shù)之間均呈極顯著的負線性相關(guān)。本研究中小麥收獲指數(shù)介于0.256～0.356之間，尤其是低灌溉定額下的較低，介于0.256～0.287之間，遠低于全國小麥收獲指數(shù)的平均值0.440[45]，這是造成本研究中小麥籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量高于全國平均值的主要原因。

表7 灌溉定額和綠肥及其交互作用對玉米百公斤籽粒氮磷鉀需求量和氮磷鉀生理效率的影響Table 7 Effects of irrigation quota, green manure and their interaction on N, P, K requirements for 100 kg grain and N, P, K physiological efficiency for grain yield formation of corn

小麥籽粒產(chǎn)量形成的氮鉀生理效率與預測值相比低很多，磷生理效率和預測值接近。小麥籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀生理效率均表現(xiàn)為4500 m3/hm2灌溉定額下的較低，最低值均為4500 m3/hm2+ 種植綠肥的處理，但與其他處理差異不顯著?？梢?，灌溉定額不足導致的水分脅迫是造成小麥籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀生理效率較低的主要原因。低灌溉定額下種植綠肥進一步加劇了干旱造成的脅迫程度，造成種植綠肥條件下小麥籽粒產(chǎn)量形成的磷生理效率的顯著降低。

Xu等[49]根據(jù)2001—2010年我國玉米產(chǎn)區(qū)玉米籽粒產(chǎn)量和地上部養(yǎng)分積累的數(shù)據(jù)，利用QUEFTS模型預測出我國春玉米百公斤籽粒氮磷鉀需求量為N 1.69 kg、P 0.350 kg和K 1.53 kg，相應的氮磷鉀生理效率為N 59.0 kg/kg、P 287 kg/kg和K 65.0 kg/kg。本研究得出的百公斤玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量范圍為N 2.84～10.2 kg、P 0.324～1.14 kg和K 1.16～4.27 kg，氮磷鉀生理效率為N 11.2～37.3 kg/kg、P 103～336 kg/kg 和 K 26.0～94.0 kg/kg。可以看出，本研究中玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮需求量高于預測值，磷和鉀需求量和預測值接近。玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量均表現(xiàn)為4500 m3/hm2灌溉定額下的較高，最高值均為4500 m3/hm2+ 種植綠肥的處理，均極顯著高于其他處理條件下。研究發(fā)現(xiàn)，在低產(chǎn)量范圍內(nèi)，玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量隨籽粒收獲指數(shù)的增加而降低[49-52]。本研究中玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮、磷、鉀需求量與玉米籽粒收獲指數(shù)之間的相關(guān)性方程分別為：

式中：y1、y2、y3分別為玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮、磷、鉀需求量；x為玉米收獲指數(shù)。

從相關(guān)性方程可以看出，玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮、磷、鉀需求量與玉米籽粒收獲指數(shù)之間均呈極顯著的負線性相關(guān)。本研究中玉米收獲指數(shù)介于0.195～0.408之間，尤其是低灌溉定額下的較低，介于0.195～0.285之間，遠低于全國玉米收獲指數(shù)的平均值0.510[50]，這是造成本研究中玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量高于全國平均值的主要原因。

玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮生理效率與預測值相比低很多，磷和鉀生理效率和預測值接近。玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀生理效率均表現(xiàn)為4500 m3/hm2灌溉定額下的較低，最低值均為4500 m3/hm2+ 種植綠肥的處理?？梢?，灌溉定額不足導致的水分脅迫是造成玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀生理效率較低的主要原因。低灌溉定額下種植綠肥進一步加劇了干旱的脅迫程度，造成種植綠肥條件下玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀生理效率的降低。

灌溉定額不足條件下較低的小麥玉米籽粒收獲指數(shù)是造成小麥玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量較高的主要原因。灌溉定額不足導致的干旱脅迫是造成小麥玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀生理效率降低的主要原因。干旱條件下，土壤水分供應不足降低了土壤中養(yǎng)分活性和對作物供應養(yǎng)分的能力，也降低了作物吸收轉(zhuǎn)化養(yǎng)分的能力[2,53]。而灌溉定額不足情況下綠肥的種植又加劇了干旱的脅迫程度，造成種植綠肥條件下小麥玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量和生理效率的降低。

4 結(jié)論

灌溉定額是河西綠洲灌區(qū)帶田小麥玉米籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)、籽粒氮磷鉀吸收量和氮磷鉀收獲指數(shù)、籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量和氮磷鉀生理效率的決定因素。灌溉定額不足極顯著降低了小麥和玉米籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)、小麥和玉米籽粒氮磷鉀吸收量和氮磷鉀收獲指數(shù)、小麥籽粒產(chǎn)量形成的氮生理效率和玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀生理效率，極顯著增加了小麥籽粒產(chǎn)量形成的氮需求量和玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量。灌溉定額不足情況下種植綠肥進一步加劇了干旱的脅迫程度，導致玉米籽粒產(chǎn)量形成的氮磷需求量的顯著增加和鉀需求量的極顯著增加、籽粒產(chǎn)量形成的磷生理效率的顯著下降和鉀生理效率的極顯著下降。因此，在河西灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，灌溉定額不足情況下應注意種植綠肥對帶田籽粒產(chǎn)量形成的氮磷鉀需求量和生理效率所帶來的負效應，根據(jù)實際情況確定灌溉定額。依據(jù)本研究得出的河西綠洲灌區(qū)小麥/玉米帶田的適宜水肥管理模式為6000 m3/hm2的灌溉定額和種植綠肥相配合。