滴灌水肥一體化對小麥產(chǎn)量和水分利用的影響

張麗霞 武繼承 尹鈞 楊永輝 潘曉瑩

摘要?在2016—2018年連續(xù)2年進行小麥田間試驗，以前期氮肥不同水平分期追施水肥一體化研究為基礎，探討滴灌條件下，水肥一體化處理對小麥產(chǎn)量和水分利用的影響。設置3個氮（N）肥水平：N1 180 kg/hm2，N2 240 kg/hm2，N3 270 kg/hm2;3個水分（W）水平：W1 生育期不灌水，W2 生育期灌2次水，W3 生育期灌3次水，共9個處理，分別為W1N1、W1N2、W1N3、W2N1、W2N2、W2N3、W3N1、W3N2、W3N3。結果表明，連續(xù)2年，與W1N1處理相比，W3N2和W3N3處理使小麥平均產(chǎn)量分別增加31.88%和15.28%。小麥各生育期耗水量均表現(xiàn)為拔節(jié)—開花期耗水量最多，開花—收獲期耗水量次之，播種—拔節(jié)期耗水量最少。小麥全生育期耗水量以W3N2處理最低，與W1N1處理相比，小麥全生育期平均耗水量降低21.39%;小麥平均水分利用效率以W3N2處理最高，與W1N1處理相比，小麥平均水分利用效率增加11.70%。綜合考慮，小麥產(chǎn)量和水分利用效率均在W3N2處理下最高，因此，小麥施純氮240 kg/hm2，底施60%純氮、拔節(jié)期追施25%和灌漿期追施15%純氮，同時在小麥拔節(jié)期、開花期和灌漿期進行3次灌水的滴灌水肥一體化處理是小麥高產(chǎn)又節(jié)水的最優(yōu)模式。

關鍵詞?小麥;滴灌水肥一體化;產(chǎn)量;水分利用效率

中圖分類號?S512.1;S143.1?文獻標識碼?A?文章編號?0517-6611（2021）09-0162-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.09.043

Abstract?Wheat field experiment was carried out to explore the effects of drip fertigation on wheat yield and water use efficiency for two consecutive years （2016-2018）， based on fertigation study applied at different stages of nitrogen fertilizer in the early stage. Three nitrogen （N） fertilizer levels （N1 180 kg/hm2， N2 240 kg/hm2 and N3 270 kg/hm2） and three water （W） levels （W1 has no irrigation at the growth stage， W2 has two times irrigation at the growth stage， and W3 has three times irrigation at the growth stage） were set in the experiment . The nine treatments were W1N1， W1N2， W1N3， W2N1， W2N2， W2N3， W3N1， W3N2， W3N3. The results showed that W3N2 and W3N3 treatments increased the wheat yield by 31.88% and 15.28%， respectively in two consecutive years， compared with W1N1 treatment. The water consumption of wheat was the highest from jointing stage to flowering stage， the secondly from flowering stage to harvesting stage， and the least from sowing stage to jointing stage. W3N2 treatment had the lowest water consumption during the whole growth period of wheat. Compared with W1N1 treatment， W3N2 treatment could reduce the water consumption by 21.39% during the whole growth period of wheat. W3N2 treatment had the highest water use efficiency， compared with W1N1 treatment， W3N2 treatment increased water use efficiency of wheat by 11.70%. Based on the comprehensive analysis， wheat yield and water use efficiency were highest under W3N2 treatment， so drip fertigation treatment was the optimal pattern for wheat to apply 240 kg/hm2 of pure nitrogen， basal application 60% and topdressing 25% at jointing stage and 15% at the filling stage， respectively， and three times of water treatment at the jointing stage， flowering stage and filling stage， which could achieve high yield and conserving water.

Key words?Wheat;Drip fertigation;Yield;Water use efficiency

我國水資源嚴重短缺，是全球人均水資源最貧乏的國家之一[1]。而我國農(nóng)業(yè)用水約占全國總用水量的70%以上，灌溉用水又占農(nóng)業(yè)用水量的 90%，但隨著工業(yè)化和城市化進程的加快，部分農(nóng)業(yè)灌溉用水被嚴重擠占，農(nóng)業(yè)水資源面臨嚴重問題[2]。而小麥生產(chǎn)中主要的灌溉方式仍是傳統(tǒng)的大水漫灌和畦灌，造成水資源浪費嚴重，灌溉水有效利用率降低等問題[3]。同時，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在農(nóng)作物施氮量過多，遠超過農(nóng)作物吸收量，過量氮肥的施用會引發(fā)土壤氮素盈余增加，氮肥肥效及利用率降低，NO3-N淋失，氮肥資源浪費嚴重和環(huán)境污染等問題[4]。因此，探尋適宜的水肥一體化模式提高水肥利用效率，在保證高產(chǎn)水平下減少水肥投入，有效控制農(nóng)業(yè)面源污染，是實現(xiàn)小麥高產(chǎn)高效和保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的重要途徑。

目前，滴灌已被證明是節(jié)水高產(chǎn)高效的有效技術，滴灌施肥在以色列、美國、澳大利亞等農(nóng)業(yè)發(fā)達國家已大面積應用，其中以色列80%以上的土地灌溉均采用水肥一體化技術[5-7]，滴灌條件下水肥一體化技術通過對作物所需水分及養(yǎng)分的均勻、適量、準確的控制和供應，既能滿足作物生長所需的水肥，有效解決傳統(tǒng)灌溉隨意性大、效率低下等問題，也能夠改善土壤結構，促進作物對土壤養(yǎng)分的吸收，提高作物產(chǎn)量和水分利用效率，具有節(jié)水節(jié)肥、省時省工、高產(chǎn)高效的優(yōu)勢[8-9]。 研究表明，滴灌施肥能顯著增加冬小麥的有效穗數(shù)，有利于小麥產(chǎn)量和水分利用效率的提高[10-11]。小麥生長季，在當?shù)厥┓柿炕A上減少40%施氮量，同時進行2次灌水是較適宜的節(jié)水節(jié)肥措施，能夠增加小麥耗水量，提高小麥產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥利用效率[12-13]。研究發(fā)現(xiàn)，滴灌水肥一體化下，施氮量207 kg/hm2表現(xiàn)最佳，能夠使小麥產(chǎn)量增加9.4%，可節(jié)水51.9%，有利于提高籽粒產(chǎn)量和水分利用效率[14-15]。鑒于目前關于滴灌水肥一體化對河南省小麥產(chǎn)量和水分利用的綜合研究較薄弱，河南是我國糧食作物主產(chǎn)區(qū)，以占全國1/16的耕地產(chǎn)出了全國1/10的糧食和1/4以上的小麥，有力地保障了國家糧食安全。因此，深入研究滴灌水肥一體化對河南小麥產(chǎn)量和水分利用的影響，有利于為國家小麥主產(chǎn)區(qū)高產(chǎn)節(jié)水栽培提供理論和實踐依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?研究區(qū)概況

試驗于2016—2018年在河南省通許縣節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗示范基地進行（114.47°E、34.48°N），該地區(qū)屬于黃河中下游平原，海拔62 m，暖溫帶半干旱型氣候，年均氣溫14.6 ℃，多年平均降水量為657.9 mm，且主要集中在6—9月，全年無霜期222 d。試驗地土壤為壤質(zhì)潮土，肥力均勻，地勢平坦，供試土壤耕層有機質(zhì)11.4 g/kg、全氮0.81 g/kg、全磷0.72 g/kg、堿解氮74.31 mg/kg、速效磷19.8 mg/kg、速效鉀90.3 mg/kg;土壤容重1.32 g/cm3;土壤機械組成：砂粒（0.020～2.000 mm）占82%，粉粒（0.002～<0.020 mm）占8.3%，黏粒（< 0.002 mm）占8.7%。

1.2?試驗設計

采用隨機區(qū)組設計，灌溉方式為滴灌，滴頭流量為2～3 L/h，滴頭間距為30 cm，滴灌帶間隔寬度為40～50 cm，灌水量為450 m3/（次·hm2）。設置3個氮 （N）肥水平，N1：180 kg/hm2，N2：240 kg/hm2，N3：270 kg/hm2，基追比為60%+40%，追肥比25%+15%，分別在拔節(jié)期和灌漿期進行追施。水分（W）設置3個水平，W1：生育期不灌水，W2：生育期灌2次水，W3：生育期灌3次水，每次的灌水量為450 m3/ hm2，2次灌水分別在小麥拔節(jié)期和灌漿期各進行1次，3次灌水分別在小麥拔節(jié)期、開花期和灌漿期各進行1次。氮肥按照基追比進行底施，并與磷（P2O5，105 kg/hm2）、鉀（K2O，105 kg/hm2）肥一同一次性施入。共設置9個處理，分別為W1N1、W1N2、W1N3、W2N1、W2N2、W2N3、W3N1、W3N2、W3N3，每個處理重復3次，共27個小區(qū)，每個小區(qū)面積為22.4 m2。供試小麥品種為矮抗58，10月中下旬播種，播種量為150 kg/hm2，行距20 cm，次年6月上旬進行收獲。

1.3?測定項目與方法

（1）小麥收獲時，以每小區(qū)收獲 4 m2記產(chǎn)量，將其折合成1 hm2產(chǎn)量。

（2）土壤水分測定與水分利用效率計算。

土壤水分測定采用重量烘干法，在小麥越冬期、拔節(jié)期、抽穗期、開花期、灌漿期和收獲期，不同處理隨機取3點，采用土鉆分別采集0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm 共5層土壤，放入烘箱中105 ℃烘8～9 h，測定含水量，進而得知0～100 cm土層土壤儲水量，并計算小麥生育期耗水量、水分利用效率及灌水利用率。

0～100 cm土層土壤儲水量為0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層土壤含水量之和。

小麥全生育期耗水量計算公式：小麥全生育期耗水量=播種前0～100 cm土層土壤含水量+小麥生育期內(nèi)降雨量+小麥生育期內(nèi)灌水量-收獲時0～100 cm土層土壤含水量。

水分利用效率= 小麥籽粒產(chǎn)量/小麥全生育期耗水量。

1.4?數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2?結果與分析

2.1?滴灌水肥一體化對小麥生長發(fā)育、產(chǎn)量及產(chǎn)量構成的影響

由表1可知，連續(xù)2年，小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構成指標在不同處理下存在差異，2017—2018年小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構成指標高于2016—2017年，且均以W3N2處理增長顯著。與W1N1處理相比，W3N2處理下小麥平均株高、穗長、千粒重增長最大，分別提高14.61%、13.24%和12.19%;W3N2和W3N3處理下小麥平均產(chǎn)量變化顯著，分別增加31.88%和15.28%。在2016—2017年，與W1N1處理相比，W3N2處理下小麥株高、穗長和千粒重分別增加16.21%、11.67%和9.63%，W3N2和W3N3處理下小麥產(chǎn)量分別提高26.41%和10.90%。在2017—2018年，與W1N1處理相比，W3N2處理下小麥株高、穗長和千粒重分別增加13.02%、14.81%和14.76%，W3N2和W3N3處理下小麥產(chǎn)量分別提高37.35%和19.66%。由此可見，小麥拔節(jié)期和灌漿期氮肥追施和灌水處理具有明顯的增產(chǎn)效果。

2.2?滴灌水肥一體化對小麥水分消耗和利用的影響

2.2.1?小麥全生育期耗水量。

從表2可以看出，在2016—2017和2017—2018年小麥各個生育期和全生育期總耗水量存在差異，2017—2018年小麥全生育期總耗水量高于2016—2017年，連續(xù)2年小麥各生育期耗水量均表現(xiàn)為拔節(jié)—開花期耗水量最多，約占總耗水量的40%;開花—收獲期耗水量次之，約占總耗水量的33%;播種—拔節(jié)期耗水量最少，約占總耗水量的27%。連續(xù)2年，滴灌水肥一體化處理下，小麥播種—拔節(jié)期耗水量變化不顯著;小麥拔節(jié)—開花期耗水量以W3N2處理最低，與W1N1處理相比，小麥拔節(jié)—開花期耗水量平均耗水量降低18.56%;小麥開花—收獲期耗水量以W3N2處理最低，與W1N1處理相比，小麥開花—收獲期平均耗水量降低36.82%;小麥全生育期耗水量以W3N2處理最低，與W1N1處理相比，小麥開花—收獲期平均耗水量降低21.39%。綜上所述，滴灌水肥一體化處理下，W3N2處理有利于降低小麥全生育期的耗水量，達到小麥節(jié)水的效果。

2.2.2?水分利用效率。

由圖1可知，連續(xù)2年，滴灌水肥一體化處理對水分利用效率的影響存在差異，2年小麥的水分利用效率變化趨勢基本一致，均以W3N2和W3N3處理增長顯著，與W1N1處理相比，W3N2和W3N3處理小麥平均水分利用效率分別增加11.70%和8.60%。在2016—2017年，與W1N1處理相比，W3N2和W3N3處理小麥水分利用效率分別增加10.19%和7.51%;在2017—2018年，與W1N1處理相比，W3N2和W3N3處理小麥水分利用效率分別增加13.19%和9.68%。其他處理差異不顯著。由此可知，滴灌水肥一體化處理下，W3N2處理更能有效提高小麥的水分利用效率，有利于小麥對土壤中水分的吸收和利用。

3?結論與討論

施肥具有明顯的調(diào)水作用，灌水具有一定的調(diào)肥作用，水肥的吸收是可以相互促進的。在適宜的范圍內(nèi)，施肥和灌水對產(chǎn)量存在明顯的正效應，過量時會引起負效應，呈現(xiàn)出遞減規(guī)律。水分和養(yǎng)分作為影響產(chǎn)量的主要因素，只有二者的最佳組合才可以達到節(jié)水節(jié)肥并提高產(chǎn)量的效果[16]。研究表明，施氮量195 kg/hm2，拔節(jié)期—成熟期土壤相對含水量 65%～70%的條件下，小麥獲得高產(chǎn)的同時能夠兼顧水肥的高效利用[17]。滴灌水肥一體化處理下，小麥生育期施氮量210 kg/hm2，底施50% +拔節(jié)期追施30% + 灌漿期追施20%處理使小麥、玉米及小麥-玉米周年產(chǎn)量及灌溉水利用效率達到最高[11]。該研究結果表明，滴灌水肥一體化中，W3N2處理使小麥產(chǎn)量增加31.88%，使小麥水分利用效率增加11.70%。這些研究結果與前人的研究結果基本一致，這說明小麥生育期施氮量240 kg/hm2，底施60%純氮、拔節(jié)期追施25%純氮和灌漿期追施15%純氮，同時小麥拔節(jié)期、開花期和灌漿期各灌水1次能夠?qū)崿F(xiàn)小麥的節(jié)水增產(chǎn)，氮肥適當?shù)暮笠圃霎a(chǎn)效果明顯。

小麥產(chǎn)量和水分、養(yǎng)分利用效率是衡量小麥高產(chǎn)性和高效性的主要指標，適宜的水氮運籌能促進植株的生長，提高對水分和養(yǎng)分的有效利用，減少無效消耗，提高水分、養(yǎng)分的利用效率，增加產(chǎn)量[17-21]。研究表明，滴灌水肥一體化處理有利于實現(xiàn)節(jié)水增產(chǎn)，與小白龍?zhí)幚硐啾?，小麥生育期施氮?10 kg/hm2，底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理使小麥產(chǎn)量增加14.29%～18.96%，灌溉水利用效率提高1.93～2.79 kg/m3[11]。該研究結果發(fā)現(xiàn)，在連續(xù)2年的試驗中，小麥水分利用效率和氮肥利用效率均以W3N2處理下最高，與W1N1處理相比，小麥水分利用效率和氮肥利用效率分別增加11.70%和12.34%，這說明適量的施氮量和增加灌水量能夠促進小麥對水肥的吸收和利用，促進小麥植株的生長發(fā)育，從而更有利于實現(xiàn)小麥的高產(chǎn)。

綜上所述，在W3N2處理下小麥的產(chǎn)量和水氮利用效率最高，與W1N1處理相比，W3N2和W3N3處理小麥平均產(chǎn)量分別增加31.88%和15.28%;W3N2處理小麥平均水分利用效率增加11.70%。從經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的角度考慮，推薦小麥生長期施純氮240 kg/hm2，底施60%純氮、拔節(jié)期追施25%純氮和灌漿期追施15%純氮，同時小麥拔節(jié)期、開花期和灌漿期各進行1次灌水的滴灌水肥一體化處理是小麥高產(chǎn)又節(jié)水的最優(yōu)模式，能夠使小麥獲得高產(chǎn)的同時，兼顧水分的高效利用。

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