不同水肥措施對(duì)位山灌區(qū)冬小麥生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

魏 帥， 徐立榮， 龐桂斌， 徐征和， 趙二妮， 張虹龍

(1. 濟(jì)南大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院， 山東濟(jì)南250022； 2. 陜西省丹鳳縣水利局， 陜西商洛726200；3. 山東省聊城市位山灌區(qū)管理處， 山東聊城252000)

引起糧食作物產(chǎn)量變化的原因很多， 最重要的是水和肥。 水肥相互促進(jìn)， 又互相制約， 是糧食生產(chǎn)中重要的調(diào)控措施[1-2]。 為了提高作物產(chǎn)量， 只有采用配比合適的水肥措施， 才能實(shí)現(xiàn)水肥協(xié)同互作[3]。目前我國(guó)氮肥利用率僅為30%～35%[4]，灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.602[5-6]，水平較低，因此，在小麥田間管理水肥方面，亟待解決的首要問題是降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入，同時(shí)提高產(chǎn)量，發(fā)揮好水肥互作的作用，從而提高水肥利用效率[7]。

位山灌區(qū)是我國(guó)的第五大灌區(qū)[8]、山東省最大灌區(qū)[9]，冬小麥的生產(chǎn)主要依賴于引黃灌溉，但歷年來進(jìn)入山東并且用于農(nóng)田灌溉的水量越來越少[10-11]。現(xiàn)階段引黃灌區(qū)農(nóng)業(yè)急需解決不能高效利用水肥[12-13]、土壤加速退化[14]等難題。為了提升水肥利用率，節(jié)約資源，引黃灌區(qū)必須采取適宜的水肥處理方案[15-17]。目前針對(duì)引黃灌區(qū)上游地區(qū)的水肥利用研究較多[18-20]，但針對(duì)引黃灌區(qū)下游地區(qū)特別是位山灌區(qū)的相關(guān)研究較少。

本文中通過測(cè)坑試驗(yàn)、 大田調(diào)查、 數(shù)據(jù)分析處理等方法， 分析不同水肥措施對(duì)位山灌區(qū)冬小麥的生長(zhǎng)指標(biāo)及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響， 篩選最佳的水肥措施。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)基地位于山東省聊城市位山灌區(qū)灌溉試驗(yàn)站。 位山灌區(qū)地處華北平原， 年平均降水量為557.6 mm， 冬小麥從出苗至成熟的降水量均值為187.67 mm。 使用降雨測(cè)量?jī)x檢測(cè)得到試驗(yàn)?zāi)陜?nèi)的降雨數(shù)據(jù)， 雨量分布遵循本地氣候特征， 呈現(xiàn)冬天少、 夏天多的顯著特征， 并且不同月份之間差異較大。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)灌溉量W1、 W2、 W3， 每次灌溉水量分別為810、 675、 540 m3/hm2， 在冬小麥返青-拔節(jié)期、 抽穗期、 灌漿期分次灌溉。 在拔節(jié)期設(shè)置2個(gè)追肥施氮量N1、 N2， 每次施氮量分別為198、 178 kg/hm2。根據(jù)排列組合，共計(jì)6個(gè)處理方案，分別為W1N1、 W1N2、 W2N1、 W2N2、 W3N1和W3N2，對(duì)應(yīng)1—6 號(hào)測(cè)坑，每個(gè)測(cè)坑的面積為16 m2。播種前開溝底施施肥量為630 kg/hm2的復(fù)合肥(其中氮肥、磷肥、鉀肥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為15%)。供試冬小麥品種是泰農(nóng)18號(hào)， 3 個(gè)冬小麥生育期連續(xù)進(jìn)行，均在當(dāng)年10月份播種，次年6月份收獲。每年3月15日前后澆灌返青-拔節(jié)水，4月19日前后澆灌抽穗水，5月22日前后澆灌灌漿水。試驗(yàn)期施肥、灌溉方案見表1、 2。

表1 冬小麥?zhǔn)┓史桨?/p>

表2 冬小麥灌溉方案

1.3 測(cè)量項(xiàng)目與數(shù)據(jù)處理

1)地上干物質(zhì)。取6株植株的地上部分，烘干，降溫，稱干物質(zhì)質(zhì)量。

2)葉面積指數(shù)。采用手持式激光測(cè)試儀測(cè)量6株植株的葉面積。

3)株高。用尺子測(cè)量6株植株的株高。

4)產(chǎn)量。產(chǎn)量等于千粒質(zhì)量與有效穗數(shù)、 每穗實(shí)際粒數(shù)之積。選擇6個(gè)測(cè)坑單位面積成熟冬小麥，測(cè)定千粒質(zhì)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)。

采用電子表格軟件Excel進(jìn)行圖表繪制，采用統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案軟件SPSS進(jìn)行方差和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥措施對(duì)冬小麥生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

2.1.1 株高

選擇3個(gè)時(shí)期冬小麥平均株高， 原因是不同生長(zhǎng)期相同階段冬小麥株高無明顯差別。 不同水肥措施處理的冬小麥株高的變化趨勢(shì)與差異性如圖1(a)所示。 由圖可以看出： 在返青期， 冬小麥?zhǔn)苁┓使喔鹊挠绊戄^小， 不同水肥措施處理的冬小麥株高無明顯差別； 拔節(jié)期的差異性水肥措施使小麥的株高顯著變化； 在灌漿期， 受增肥作用， 3號(hào)測(cè)坑的冬小麥株高增大， 表明小麥在氮肥的作用下加快生長(zhǎng)； 在灌漿期及成熟期， 在中肥措施條件下， 小麥株高受限于低灌溉量， 而在低肥措施條件下， 小麥株高隨灌水量的增加而增大。 與施肥量相比， 小麥株高受灌溉量影響較大。

(a)株高

2.1.2 葉面積指數(shù)

圖1(b)所示為不同水肥措施處理的冬小麥葉面積指數(shù)的變化趨勢(shì)與差異性。 由圖可以看出， 冬小麥葉面積指數(shù)因差異性水肥措施處理而呈現(xiàn)顯著變化。 在不同的水肥措施處理?xiàng)l件下， 冬小麥葉面積在拔節(jié)開始時(shí)迅速增大， 在拔節(jié)后期到達(dá)最大值， 在灌漿期開始減小。 葉面積指數(shù)總體變化趨勢(shì)基本相同： 拔節(jié)前葉面積差異不大， 在第1次灌溉后開始出現(xiàn)差異， 低水措施的5、 6號(hào)測(cè)坑的小麥葉面積指數(shù)小于高水措施的1號(hào)測(cè)坑的， 即隨著灌溉量增加， 冬小麥葉面積指數(shù)增大； 在小麥灌漿和成熟期， 在施肥量處理一致的情況下， 低水措施的4號(hào)測(cè)坑小麥葉面積指數(shù)變化的速率比高水措施的2號(hào)測(cè)坑的大， 原因是灌漿期既是決定冬小麥產(chǎn)量高低的關(guān)鍵期， 又是小麥形態(tài)大致定型時(shí)期， 較大的灌溉量可以減緩冬小麥葉片早衰。 在低水灌溉時(shí)， 冬小麥的葉片發(fā)育會(huì)受施肥量增加的抑制； 而中高水灌溉時(shí)， 施肥量越大， 小麥葉面積指數(shù)越大。 當(dāng)施肥量相同時(shí)， 冬小麥葉面積指數(shù)隨著灌水量的增加而增大。

2.1.3 地上干物質(zhì)配比

冬小麥干物質(zhì)累積可以由小麥地上干物質(zhì)的生長(zhǎng)變化進(jìn)行表征，產(chǎn)量高低由地上器官干物質(zhì)的累積量進(jìn)行判斷，并且干物質(zhì)的形成與水肥互作緊密關(guān)聯(lián)。圖2所示為冬小麥在開花期和成熟期地上干物質(zhì)在不同器官中的配比。

由圖可見： 低水中肥措施的5號(hào)測(cè)坑冬小麥葉片配比明顯低于高水低肥措施的2號(hào)的， 說明較大的灌溉量促進(jìn)小麥葉子生長(zhǎng)， 減緩植株早衰。 處于同等灌溉水平時(shí)， 作物干物質(zhì)的總質(zhì)量變化趨勢(shì)為6號(hào)測(cè)坑的大于5號(hào)測(cè)坑的、 3號(hào)測(cè)坑的大于4號(hào)測(cè)坑的、 1號(hào)測(cè)坑的大于2號(hào)測(cè)坑的， 即在中高灌溉水平下， 中肥措施處理的冬小麥干物質(zhì)總量明顯大于低肥措施處理的； 而在低灌溉措施條件下， 低肥措施處理的冬小麥干物質(zhì)質(zhì)量大于中肥措施處理的。 在相同的施肥量條件下， 作物干物質(zhì)總質(zhì)量趨勢(shì)為4號(hào)測(cè)坑的大于2、 6號(hào)測(cè)坑的，3號(hào)測(cè)坑的大于1、 5號(hào)測(cè)坑的。 總之， 在施肥量相同的情況下， 隨著灌溉量的增大，作物干物質(zhì)的積累量也相應(yīng)增大， 但是， 當(dāng)灌溉量大于最適合該施肥量的最大灌水量時(shí)， 繼續(xù)增加灌溉量反而會(huì)導(dǎo)致作物干物質(zhì)的積累量減小。 當(dāng)灌溉量相同時(shí)， 冬小麥干物質(zhì)積累量隨施肥量的變化趨勢(shì)相同。

穎殼與穗軸配比沒有明顯差別， 但是， 不同水肥措施的穗軸和穎殼的干物質(zhì)配比均大于中肥低水措施的5號(hào)測(cè)坑的， 說明施肥、 灌溉量的增加有助于小麥干物質(zhì)質(zhì)量的積累。 灌溉水量太多會(huì)導(dǎo)致抽穗期穗干物質(zhì)轉(zhuǎn)化成成熟麥粒的質(zhì)量減?。?如果灌水量不增加， 只增加施肥量， 就會(huì)導(dǎo)致冬小麥提早成熟， 籽粒品質(zhì)不佳， 減少干物質(zhì)積累， 導(dǎo)致小麥產(chǎn)量下降。

2.2 不同水肥措施對(duì)冬小麥產(chǎn)量組成要素的影響

小麥的最終產(chǎn)量與單位面積的穗數(shù)、 千粒質(zhì)量、 穗粒數(shù)密切相關(guān)。在拔節(jié)-灌漿期，合理的灌溉、 施肥措施可以加快冬小麥的生長(zhǎng)，差異性的水肥處理方案通過影響冬小麥有效穗數(shù)、 穗粒數(shù)、 千粒質(zhì)量等指標(biāo)來改變冬小麥的最終產(chǎn)量，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 不同水肥措施對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

從表中可以看出，在相同的施肥措施下，小麥的穗粒數(shù)、穗數(shù)明顯受灌溉水量的影響， 3號(hào)測(cè)坑的平均有效穗數(shù)、平均穗粒數(shù)均最大，5號(hào)測(cè)坑的均最小，說明較大的灌水量能夠促進(jìn)抽穗期冬小麥的生長(zhǎng)發(fā)育。當(dāng)灌溉量相同時(shí)， 4號(hào)測(cè)坑的平均穗粒數(shù)比3號(hào)測(cè)坑的小1.86%～4.16%，說明在灌水量適宜的條件下，隨著施肥量的增加，小麥的穗粒數(shù)增大。對(duì)比1、 2、 3號(hào)測(cè)坑的數(shù)據(jù)可以看出，施肥量對(duì)小麥有效穗數(shù)、穗粒數(shù)的影響也很顯著。

3、 4號(hào)測(cè)坑的小麥千粒質(zhì)量明顯大于其他測(cè)坑的，并且5、 6號(hào)測(cè)坑的數(shù)值較小，原因是在灌漿期，相對(duì)于施肥量，灌水量對(duì)冬小麥生長(zhǎng)的影響更顯著。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，灌溉水量為675 m3/hm2時(shí)更適合于灌漿期冬小麥的生長(zhǎng)，更有利于提高小麥的籽粒質(zhì)量。

冬小麥經(jīng)過不同的水肥措施處理后，3個(gè)生育期均表現(xiàn)為3號(hào)測(cè)坑的冬小麥的產(chǎn)量顯著高于其他測(cè)坑的，1、 4號(hào)測(cè)坑的產(chǎn)量差距不大。根據(jù)對(duì)冬小麥生長(zhǎng)指標(biāo)的分析可以看到，灌溉量對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響比施肥量的影響更顯著， 3號(hào)測(cè)坑的水肥處理方案非常適合位山灌區(qū)冬小麥的發(fā)育生長(zhǎng)，也有助于提高當(dāng)?shù)氐乃世寐省?/p>

水肥互作對(duì)冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響如表4所示。由表可以看出，不同水肥措施處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素影響較大。當(dāng)灌溉量相同時(shí)，施氮量與小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)呈顯著正相關(guān)，與小麥千粒質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)；當(dāng)施氮量相同時(shí)，灌溉量與冬小麥株高、千粒質(zhì)量呈正相關(guān)。

表4 水肥互作對(duì)冬小麥產(chǎn)量的相關(guān)性分析

此外，小麥產(chǎn)量與株高、穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量均顯著相關(guān)，并且灌溉量與產(chǎn)量的相關(guān)性最顯著。

3 結(jié)論與討論

1)在冬小麥拔節(jié)期前，受灌溉水量的影響，高水中肥的1號(hào)測(cè)坑小麥株高大于低水中肥的測(cè)坑的；拔節(jié)期后，與低水中肥的5號(hào)測(cè)坑相比，中水中肥的3號(hào)測(cè)坑的小麥株高增幅明顯；在灌漿期，在低肥處理?xiàng)l件下，灌水量越大，冬小麥株高的增長(zhǎng)趨勢(shì)越顯著。

2)當(dāng)灌溉水量較小時(shí)，冬小麥的葉面積指數(shù)受到施肥量增加的抑制。在中高水量灌溉時(shí)，小麥的葉面積指數(shù)隨著施肥量的增加而增大。當(dāng)施肥量相同時(shí)，灌水量越大，小麥的葉面積指數(shù)也越大。

3)適宜的施肥、灌溉量能夠促進(jìn)小麥干物質(zhì)的積累。灌溉水量太多會(huì)導(dǎo)致抽穗期穗干物質(zhì)轉(zhuǎn)化成成熟麥粒的質(zhì)量減小，如果灌溉水量不足而施肥過多，則會(huì)導(dǎo)致小麥早熟，產(chǎn)量下降。

4)施肥量通過影響穗數(shù)及穗粒數(shù)來影響小麥的最終產(chǎn)量， 灌溉量則通過影響小麥的籽粒質(zhì)量來影響最終產(chǎn)量。 在水肥互作效應(yīng)中， 灌溉量對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響比施肥量更明顯， 灌溉水量不足會(huì)限制氮肥的使用。 試驗(yàn)結(jié)果表明，3號(hào)測(cè)坑W2N1處理方案， 即灌溉水量為675 m3/hm2， 施氮量為198 kg/hm2，有利于位山灌區(qū)冬小麥的生長(zhǎng)發(fā)育，提高當(dāng)?shù)氐乃世眯?，并達(dá)到增產(chǎn)的目的，這與其他灌區(qū)最優(yōu)水肥措施相符[21-25]。