灌水方式和施肥組合對冬小麥生長及肥料利用影響

陳海情，黃超，劉栩辰，鞏文軍，孫蒙強(qiáng)，張雅娟，王興鵬，劉戰(zhàn)東*

灌水方式和施肥組合對冬小麥生長及肥料利用影響

陳海情1,2，黃超1，劉栩辰1，鞏文軍3，孫蒙強(qiáng)3，張雅娟3，王興鵬2*，劉戰(zhàn)東1*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)田灌溉研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物需水與調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453002；2.塔里木大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；3.河南省焦作市廣利灌區(qū)管理局，河南 沁陽 454550）

【目的】研究滴灌和畦灌2種灌水方式下不同施肥組合對冬小麥產(chǎn)量和肥料利用的影響，探尋冬小麥最佳灌水和施肥組合?！痉椒ā吭囼?yàn)于2020—2021年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院新鄉(xiāng)綜合試驗(yàn)基地進(jìn)行，設(shè)置滴灌（D）與畦灌（Q）2個(gè)灌水方式和氮磷（NP）、氮鉀（NK）、氮磷鉀（NPK）、磷鉀（PK）4種施肥組合，共8個(gè)處理（處理簡稱分別為D-NP、D-NK、D-NPK、D-PK、Q-NP、Q-NK、Q-NPK、Q-PK），分析不同灌水和施肥組合下冬小麥生長發(fā)育、產(chǎn)量和肥料利用等變化規(guī)律。【結(jié)果】滴灌和畦灌條件下，PK處理的冬小麥株高和葉面積指數(shù)較NPK處理均顯著降低，且冬小麥穗長、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量均顯著降低，畦灌處理穗粒數(shù)高于滴灌處理，而千粒質(zhì)量低于滴灌處理；滴灌條件下，與NPK處理相比，PK處理產(chǎn)量降低25.0%，而NP處理和NK處理產(chǎn)量差異不顯著；滴灌條件下氮肥、磷肥、鉀肥利用率分別比畦灌高出49.48%、4.01%、18.07%，且滴灌條件下氮肥、磷肥、鉀肥偏生產(chǎn)力顯著高于畦灌；滴灌下冬小麥?zhǔn)斋@時(shí)土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅康陀谄韫?，且Q-NK處理土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅枯^Q-NPK處理降低18.7%?！窘Y(jié)論】綜合分析，D-NK處理有利于提高冬小麥肥料利用和減少收獲期土壤硝態(tài)氮的殘留量，因此該地區(qū)在冬小麥滴灌水分一體化施肥時(shí)可適當(dāng)降低磷肥的使用。

冬小麥；滴灌；水肥一體化；肥料利用率；硝態(tài)氮?dú)埩?/p>

0 引言

【研究意義】華北平原是中國小麥的主產(chǎn)區(qū)，其產(chǎn)量約占全國產(chǎn)量的50%[1]。但華北平原也是中國資源性缺水地區(qū)之一，同時(shí)，由于不合理的灌水方式使農(nóng)作物利用的水只占總灌溉水的1/4[2]。目前灌溉和施肥是影響小麥養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量和生長發(fā)育的主要農(nóng)田管理措施[3-4]。化肥對中國糧食單產(chǎn)增加貢獻(xiàn)率達(dá)56%，對總產(chǎn)提高貢獻(xiàn)率約為30%[5]。但是隨著化肥用量的增多，其負(fù)面影響也日益突出[6]，因此，采用合理的灌溉方式和提高肥料利用率對該地區(qū)糧食安全、生態(tài)安全以及經(jīng)濟(jì)效益都具有重要意義，也是保證華北平原農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

【研究進(jìn)展】施肥是提高作物產(chǎn)量的主要手段，不同肥料對作物各器官的影響也不盡相同，但過量的施用化肥導(dǎo)致土壤環(huán)境問題突出。氮磷配施有利于提高小麥對養(yǎng)分的吸收，氮磷鉀配施有利于提升籽粒吸磷量和磷肥的利用率，同時(shí)顯著提高籽粒產(chǎn)量、地上干物質(zhì)積累量和莖蘗數(shù)[7-8]。張玉銘等[9]研究表明，在合理的灌溉情況下，對小麥產(chǎn)量影響最大的因素是氮肥和磷肥，氮肥和磷肥配施是關(guān)鍵，氮肥影響作用大于磷肥?；试谔岣弋a(chǎn)量的同時(shí)也帶來了環(huán)境問題，大量施用氮肥會(huì)導(dǎo)致土壤富營養(yǎng)化和理化性質(zhì)惡化，磷肥過量會(huì)造成土壤重金屬元素富集，鉀肥過量會(huì)使土壤板結(jié)和土壤氟污染[10]?；饰廴竞铜h(huán)境效率顯著負(fù)相關(guān)，化肥污染量每增加1%，玉米、小麥和水稻的環(huán)境效率分別下降13.45%、10.38%和13.19%[11]，這表明過量的化肥施用對作物環(huán)境可以產(chǎn)生顯著的“環(huán)境懲罰”效應(yīng)。合理施肥可以改良土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)地，從而提高土壤的供水能力和保水能力[12]。

畦灌是華北平原農(nóng)民普遍采用灌溉方式，但由于管理粗放和相關(guān)畦灌要素設(shè)置不合理等因素，導(dǎo)致灌水質(zhì)量和效率較低，并且畦灌容易引起土壤板結(jié)和土壤鹽堿化[13-14]。滴灌是目前節(jié)水增效的最佳灌水方式，已有研究[15-17]發(fā)現(xiàn)，滴灌施肥可以精準(zhǔn)地為根系提供水分和養(yǎng)分，有效促進(jìn)作物吸收，精確把控灌水量和施肥量，從而有效地提高了肥料利用率和水資源利用率，同時(shí)可獲得更高的產(chǎn)量，而且，滴灌作物根系總量大于畦灌，并且集中于土壤潤濕區(qū)域[18]，為節(jié)水節(jié)肥提供了有利條件。Wang等[19]基于連續(xù)3 a不同灌溉方式對冬小麥生長和產(chǎn)量的影響研究發(fā)現(xiàn)，滴灌比畦灌節(jié)水14%～35%。Li等[20]基于Meta分析方法綜述了滴灌施肥效果，結(jié)果表明滴灌可以降低11.3%作物蒸騰率，提高26.4%水分生產(chǎn)率，小麥節(jié)水可達(dá)22%。Sharmasarkar等[21]、Lyu等[22]研究表明，滴灌較畦灌可有效降低氮素淋溶損失，可減少90%硝態(tài)氮深層淋失。趙經(jīng)華等[23]經(jīng)過2 a小麥大田滴灌試驗(yàn)研究得出，土壤硝態(tài)氮大多聚集在表層，并隨水分滲漏淋洗至深層土壤，且施氮量越多淋溶越嚴(yán)重?！厩腥朦c(diǎn)】中國糧食產(chǎn)量日益增加，化肥用量和用水量也越來越多，目前節(jié)水灌溉技術(shù)研究中水肥一體化是關(guān)注的熱點(diǎn)，并且在大田、溫室等得到廣泛推廣和應(yīng)用，但在大田中定量分析滴灌水肥一體化節(jié)水增產(chǎn)增效的具體效果研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】為此，本研究通過大田試驗(yàn)，明確滴灌和畦灌灌水方式下對冬小麥生長特性及肥料利用率的影響；闡述滴灌條件下，不同施肥組合對冬小麥產(chǎn)量和環(huán)境的影響情況，得出最優(yōu)施肥組合；通過探討冬小麥生長發(fā)育和肥料利用情況，為華北平原水資源、肥料高效利用提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020—2021年的冬小麥試驗(yàn)季，在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院新鄉(xiāng)綜合試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)位于華北平原河南省新鄉(xiāng)市新鄉(xiāng)縣七里營鎮(zhèn)（35°19′N、113°53′E），屬于典型的溫帶濕潤半干旱地區(qū)。試驗(yàn)區(qū)年平均氣溫14.1 ℃，無霜期210 d，日照時(shí)間2 398.8 h，年平均降水量582 mm，多年平均蒸發(fā)量2 000 mm，地下水埋深大于5 m，在華北平原南部地區(qū)具有較好的代表性。試驗(yàn)地土壤基本參數(shù)和播前土壤養(yǎng)分狀況見表1，冬小麥全生育期溫度及降水狀況見圖1。

表1 試驗(yàn)地土壤基本參數(shù)

圖1 冬小麥全生育期溫度及降水狀況

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

冬小麥試驗(yàn)品種為“周麥22”。試驗(yàn)通過設(shè)置不同灌水和施肥組合來研究冬小麥在不同灌水、施肥組合下生長發(fā)育及肥料利用狀況。其中包括2個(gè)灌水方式：滴灌（D）、畦灌（Q），4個(gè)施肥組合：NPK、NP、NK和PK，共計(jì)8個(gè)處理（表2），每個(gè)處理設(shè)置1個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為170 m2，分3個(gè)子區(qū)作為重復(fù)。畦灌入畦流量為40 m3/h，改口成數(shù)0.9，灌水定額60 mm；滴灌毛管間距0.6 m，滴頭間距30 cm，滴頭流量2.0 L/h，灌水定額30 mm（圖2）。灌水采用充分灌溉（土壤含水率控制下限為田間持水率的70%），滴灌處理采用文丘里施肥器通過施肥桶進(jìn)行施肥，畦灌處理采用人工撒施，各小區(qū)磷肥、鉀肥在播種時(shí)一次性施入做底施，施氮處理基肥施量為總施氮量的30%，其余氮肥視苗情在返青、拔節(jié)、灌漿期進(jìn)行追施，施用肥料為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。試驗(yàn)其他管理措施同當(dāng)?shù)囟←溡恢隆?/p>

表2 水肥一體化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖2 滴灌平面布置圖

1.3 測量項(xiàng)目與方法

土壤含水率：通過取土烘干法測量每個(gè)小區(qū)的土壤含水率，每10 cm為1個(gè)土層測量0～100 cm土層深度的土壤含水率，每7天測量1次，并根據(jù)土壤含水率數(shù)據(jù)指導(dǎo)灌水。

在灌漿后期用卷尺測量冬小麥株高和整株冬小麥全部葉片的長度和最大寬度，每個(gè)子區(qū)測量10株，利用式（1）計(jì)算葉面積指數(shù)，并根據(jù)單位面積株數(shù)，計(jì)算單位面積穗數(shù)。

式中：為葉面積指數(shù)；L和W分別為第株冬小麥的第片葉長（cm）和葉寬（cm）；為測量的冬小麥株數(shù)；為每株冬小麥葉片數(shù)；測量小區(qū)冬小麥株數(shù)；為測量小區(qū)面積（cm2）。

在收獲前分別收取10株植株莖稈、葉片和籽粒，分別測量莖稈、葉片、籽粒的質(zhì)量及其全氮、全磷、全鉀量，氮肥、磷肥、鉀肥利用率計(jì)算式為：

式中：為肥料利用率（%）；U為氮磷鉀區(qū)作物吸收的養(yǎng)分量；為不施該肥區(qū)作物吸收的養(yǎng)分量；為該肥料投入量。

氮肥、磷肥、鉀肥偏生產(chǎn)力計(jì)算式為：

氮（磷、鉀）肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施氮（磷、鉀）區(qū)產(chǎn)量/氮（磷、鉀）的投入量。 （3）

在冬小麥成熟后取植株樣，每個(gè)子區(qū)收取1 m2（1 m×1 m）冬小麥植株進(jìn)行考種和測產(chǎn)。每個(gè)子區(qū)連續(xù)區(qū)10株有代表性的植株進(jìn)行室內(nèi)考種，統(tǒng)計(jì)穗長、有效小穗數(shù)、無效小穗數(shù)和穗粒數(shù)。收取區(qū)域內(nèi)的所有植株測量1 m2冬小麥生物量，計(jì)算生物量；并進(jìn)行脫粒、晾曬，等籽粒自然風(fēng)干后測量冬小麥產(chǎn)量，計(jì)算收獲指數(shù)（式（4））與氮、磷、鉀收獲指數(shù)（式（5））。隨機(jī)數(shù)取1 000粒測量冬小麥千粒質(zhì)量。

收獲指數(shù)=籽粒產(chǎn)量/生物量×100%， （4）

氮（磷、鉀）收獲指數(shù)（%）=籽粒中氮（磷、鉀）的積累量／植株總吸氮（磷、鉀）量。 （5）

收獲期取0～20 cm土層土壤用于測定土壤硝態(tài)氮量。測定時(shí)取10 g土樣，加50 mL的2 mol/L的KCl浸提液，振蕩30 min后過濾，最后用AA3流動(dòng)分析儀（Seal Analytical Inc. AA3-HR USA）測定土壤硝態(tài)氮量。采用式（6）計(jì)算土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅俊?/p>

硝態(tài)氮?dú)埩袅?kg/hm/2)=土層厚度(cm)×土壤

NO3--N量(mg/kg)×土壤體積質(zhì)量(g/cm3)。 （6）

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019（Microsoft, USA）、SPSS 19.0（IBM, 2010）和Origin 2017（OriginLab, USA)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、方差分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水與施肥組合下冬小麥株高和葉面積指數(shù)

圖3為冬小麥株高和，圖中不同小寫字母表示在0.05水平下差異顯著。下同。由圖3可知，Q-PK處理的株高顯著低于其他畦灌處理，滴灌與畦灌灌水方式下PK處理的葉面積指數(shù)（顯著低于其他處理，D-PK處理較D-NPK處理株高和分別顯著降低7.9%、25.6%（<0.05），Q-PK處理較Q-NPK處理株高和分別顯著降低6.1%、22.2%（<0.05）；相同施肥組合下畦灌處理與滴灌處理株高、沒有顯著性差異。

圖3 冬小麥株高和LAI

2.2 不同處理冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素差異

由表3可知，畦灌處理冬小麥穗粒數(shù)高于滴灌處理，而千粒質(zhì)量低于滴灌處理；滴灌灌水方式和畦灌灌水方式下PK處理的冬小麥穗長和穗粒數(shù)均顯著低于其他施肥處理（Q-NK處理除外）。滴灌處理下，D-PK處理穗長、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量較D-NPK處理分別降低8.9%、10.2%和6.8%；畦灌處理下，與Q-NPK處理相比，Q-NK處理和Q-PK處理穗粒數(shù)分別降低10.6%和9.4%，Q-NK、Q-NP和Q-PK處理千粒質(zhì)量分別降低11.0%、10.1%和16.6%，Q-PK處理穗數(shù)顯著降低24.7%。

表3 冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素

注 同列小寫字母表示在0.05水平下差異顯著，下同。

2.3 不同處理冬小麥生物量、籽粒產(chǎn)量及收獲指數(shù)

由圖4可知，相同施肥處理下，滴灌處理和畦灌處理冬小麥生物量基本相同，而D-NPK處理籽粒產(chǎn)量高于Q-NPK處理；滴灌灌水方式和畦灌灌水方式下PK處理的冬小麥穗生物量和籽粒產(chǎn)量均顯著低于其他施肥處理，滴灌條件下，D-PK處理生物量和籽粒產(chǎn)量較D-NPK處理分別降低18.7%和25.0%；畦灌灌水方式下，與Q-NPK處理相比，Q-PK處理生物量和籽粒產(chǎn)量分別降低13.1%和17.8%。滴灌處理收獲指數(shù)高于畦灌處理；滴灌條件下，D-PK處理收獲指數(shù)顯著低于其他處理；畦灌灌水方式下，各施肥處理收獲指數(shù)均無顯著差異（圖4）。

圖4 冬小麥生物量、籽粒產(chǎn)量及收獲指數(shù)

2.4 冬小麥氮肥、磷肥、鉀肥利用率

表4為滴灌和畦灌下氮肥、磷肥、鉀肥利用率狀況，滴灌條件下氮肥、磷肥、鉀肥利用率均高于畦灌，分別高出49.48%、4.01%和18.07%；同一灌水方式下，氮肥利用率最佳。從肥料偏生產(chǎn)力來看（表5），相同肥料配施情況下，與畦灌灌水方式相比，滴灌灌水方式下各處理的氮肥、磷肥、鉀肥偏生產(chǎn)力均顯著提高，分別提高36.31%～43.77%、31.21%～43.77%、31.21%～43.77%，并且D-NPK處理提高最多。不同處理間氮肥收獲指數(shù)介于50.14%～73.3%之間，磷肥收獲指數(shù)介于49.40%～58.38%之間，鉀肥收獲指數(shù)介于4.59%～5.98%之間，表明冬小麥吸收的氮肥、磷肥大部分用于形成籽粒，并且滴灌灌水方式下籽粒對氮肥的吸收顯著高于畦灌。

表4 不同灌水方式下冬小麥氮肥、磷肥、鉀肥利用率

表5 氮肥、磷肥、鉀肥偏生產(chǎn)力及收獲指數(shù)

2.5 冬小麥莖、葉、粒的全氮量、全磷量和全鉀量

不同處理莖、葉、籽粒的全氮、全磷和全鉀量存在差異（圖5）。不同處理莖、葉、籽粒全氮量和全磷量均為粒>葉>莖，莖和葉全鉀量相近，而籽粒全鉀量較低。不同施肥處理下，與NPK處理相比，PK處理莖、葉、粒全氮量均降低，且畦灌灌水方式下不同施肥處理葉全氮量高于滴灌灌水方式，莖和粒差異不明顯；與NPK處理相比，各施肥處理莖、葉、粒全磷量均沒有顯著變化；PK處理莖、葉全鉀量顯著低于NPK處理，不同施肥組合下粒全鉀量沒有差異，不同灌水方式莖、葉、粒全鉀量均沒有差異。

圖5 冬小麥莖、葉、粒的全氮、全磷和全鉀含量

2.6 冬小麥土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?/h3>

圖6為冬小麥?zhǔn)斋@期0～20 cm土層土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅俊Ｏ嗤┓式M合下，滴灌處理土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅烤陀谄韫嗵幚恚渲蠨-NPK處理顯著低于Q-NPK處理，而D-NK處理顯著低于Q-NK處理。滴灌條件下，D-PK處理和D-NK處理土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅糠謩e為13.71、13.43 kg/hm2，顯著低于D-NP處理和D-NPK處理；與D-NPK處理相比，D-PK處理和D-NK處理土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅糠謩e降低20.4%和18.7%（<0.05）。顯然，在滴灌條件下，氮肥和鉀肥配施有助于減少收獲期土壤硝態(tài)氮的殘留量，進(jìn)而降低硝態(tài)氮淋失而污染地下水的風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 冬小麥?zhǔn)斋@期0～20 cm土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?/p>

3 討論

干物質(zhì)是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，滴灌可以延長葉面積指數(shù)降低的時(shí)間，有利于干物質(zhì)的積累[24]。本試驗(yàn)表明，與畦灌相比，滴灌處理產(chǎn)量更高，這與王丹等[25]研究結(jié)果一致。一方面，滴灌可以精準(zhǔn)的控制灌溉時(shí)間、灌水量和灌水區(qū)域，具有較好的均勻性，有利于根系吸收土壤中的水分和養(yǎng)分，從而提高產(chǎn)量[26]；另一方面，畦灌深層滲漏較嚴(yán)重，導(dǎo)致養(yǎng)分流失，植物生長后期養(yǎng)分不足。從產(chǎn)量構(gòu)成上看，滴灌比畦灌穗粒數(shù)減少8.10%～10.39%，但千粒質(zhì)量增加7.20%～11.60%，說明該試驗(yàn)條件下千粒質(zhì)量是影響不同灌水方式下冬小麥產(chǎn)量差異的主要原因，這與陳貴菊等[27]研究中的產(chǎn)量三要素中千粒質(zhì)量與產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)最大結(jié)論相似，所以提高產(chǎn)量的關(guān)鍵是提高千粒質(zhì)量。本研究表明，滴灌有助減少硝態(tài)氮的殘留量。硝態(tài)氮不易吸附于土壤中的膠體，易隨水的運(yùn)動(dòng)而遷移[28]。畦灌因灌水量較多，硝態(tài)氮隨水運(yùn)動(dòng)至較深土層，但因濕潤面積也較大，土壤表層蒸發(fā)強(qiáng)烈，造成底層硝態(tài)氮隨水遷移至表層，而滴灌恰恰相反，因此表聚程度較低[29]。同時(shí)本研究表明，與Q-NPK處理相比，D-PK處理和D-NK處理的硝態(tài)氮?dú)埩袅繒r(shí)分別降低20.4%和18.7%，說明氮鉀肥配施有助于減少土壤硝態(tài)氮的殘留量，此外，滴灌減少了水分深層滲漏，避免了硝態(tài)氮因深層滲漏而污染地下水[28]。

冬小麥生產(chǎn)過程中，為了獲得高產(chǎn)就需要投入大量的水分和養(yǎng)分，大量的肥料對環(huán)境造成了負(fù)面影響[30]，因此，提高肥料利用效率才是解決問題的關(guān)鍵。本研究表明，相同灌水方式下，不施氮肥處理冬小麥氮肥、鉀肥整株累積量顯著低于氮磷鉀均施處理，不施磷肥和不施鉀肥處理氮肥、鉀肥整株累積量均與氮磷鉀均施處理無顯著差異，說明作物對氮肥的響應(yīng)明顯，而對磷肥、鉀肥不敏感，這與張經(jīng)廷等[16]研究結(jié)果相似，但與譚和芳等[31]不施磷鉀肥會(huì)降低氮磷鉀肥吸收量的結(jié)論不一致，主要原因是本試驗(yàn)地土壤磷鉀本底值較高（表1），進(jìn)而影響?zhàn)B分循環(huán)，同時(shí)造成土壤氮磷鉀總量增加，提高了速效養(yǎng)分的供給。不同灌溉和施肥處理下作物莖、葉和籽粒在養(yǎng)分分配上存在差異，研究表明[32-33]，植株含氮量和累積量開花期以葉片最高，成熟期以籽粒最高，籽粒吸鉀量小于莖稈，而吸氮量和吸磷量大于莖稈，這與本研究結(jié)果一致，且本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)滴灌處理冬小麥籽粒含氮量、含磷量和含鉀量均高于畦灌處理，說明冬小麥植株中氮、磷養(yǎng)分主要集中在籽粒中，而鉀主要集中在莖稈中，滴灌更有利于養(yǎng)分的吸收。同時(shí)，滴灌下氮磷鉀肥配施（D-NPK處理）產(chǎn)量最高（11.69 t/hm2），缺氮降低了籽粒對氮的吸收，進(jìn)而影響產(chǎn)量，所以氮肥的施用是冬小麥獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

1）相同施肥方式時(shí)，滴灌處理氮肥、磷肥、鉀肥偏生產(chǎn)力顯著高于畦灌處理；氮肥、磷肥收獲指數(shù)較高，說明籽粒對氮肥、磷肥的吸收較多，并且滴灌更有利于氮素的吸收。

2）滴灌氮肥、磷肥、鉀肥利用率分別比畦灌處理高49.48%、4.01%、18.07%；滴灌處理氮素利用率最高，D-NP、D-NK、D-NPK處理氮肥偏生產(chǎn)力沒有顯著差異，綜合產(chǎn)量和土壤硝態(tài)氮的殘留量，D-NK處理增加少量磷肥具有較大的效益，該地區(qū)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)重視氮肥、鉀肥的施用，加強(qiáng)磷肥的節(jié)肥增效管理。

[1] DU T S, KANG S Z, SUN J S, et al. An improved water use efficiency of cereals under temporal and spatial deficit irrigation in North China[J]. Agricultural Water Management, 2010, 97(1): 66-74.

[2] 金千瑜, 歐陽由男, 禹盛苗, 等. 中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的水危機(jī)及其對策[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2003, 24(1): 21-23.

JIN Qianyu, OUYANG Younan, YU Shengmiao, et al. Water crisis in agricultural sustainable development and its countermeasures in China[J]. Research of Agricultural Modernization, 2003, 24(1): 21-23.

[3] 賈國燏, 駱洪義, 褚?guī)Z, 等. 不同灌溉方式下水肥一體化對玉米養(yǎng)分吸收規(guī)律的影響[J]. 節(jié)水灌溉, 2022(2): 40-47.

JIA Guoyu, LUO Hongyi, CHU Yu, et al. Effects of water and fertilizer integration on nutrient absorption of maize under different irrigation modes[J]. Water Saving Irrigation, 2022(2): 40-47.

[4] 聶勝委, 黃紹敏, 張水清, 等. 施肥方式對不同基因型小麥年際間產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 43(2): 51-57.

NIE Shengwei, HUANG Shaomin, ZHANG Shuiqing, et al. Effects of fertilization methods on yield and its components of different wheat genotypes between years[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2014, 43(2): 51-57.

[5] 王激清, 馬文奇, 江榮風(fēng), 等. 養(yǎng)分資源綜合管理與中國糧食安全[J]. 資源科學(xué), 2008, 30(3): 415-422.

WANG Jiqing, MA Wenqi, JIANG Rongfeng, et al. Integrated soil nutrients management and China's food security[J]. Resources Science, 2008, 30(3): 415-422.

[6] 譚德水, 劉兆輝, 江麗華. 中國冬小麥?zhǔn)┓蕷v史演變及階段特征研究進(jìn)展[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2016, 32(12): 13-19.

TAN Deshui, LIU Zhaohui, JIANG Lihua. Fertilization history evolution and stage characteristics of winter wheat in China[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2016, 32(12): 13-19.

[7] 張少民, 郝明德, 陳磊. 黃土高原長期施肥對小麥產(chǎn)量及土壤肥力的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2006, 24(6): 85-89.

ZHANG Shaomin, HAO Mingde, CHEN Lei. Effects of long-term fertilization on yield of wheat and soil fertility in dry-land of Loess Plateau[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2006, 24(6): 85-89.

[8] 馮進(jìn)軍, 周麗萍. 臨夏州高寒濕潤區(qū)氮磷鉀肥配比對冬小麥產(chǎn)量和效益的影響[J]. 麥類作物學(xué)報(bào), 2015, 35(7): 1 016-1 021.

FENG Jinjun, ZHOU Liping. Effect of different ratios of nitrogen, phosphorus and potassium application on yield and economic benefit of winter wheat in cold damp areas of Linxia autonomous prefecture[J]. Journal of Triticeae Crops, 2015, 35(7): 1 016-1 021.

[9] 張玉銘, 張佳寶, 胡春勝, 等. 水肥耦合對華北高產(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.

[10] 李東坡, 武志杰, 梁成華. 土壤環(huán)境污染與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量[J]. 水土保持通報(bào), 2008, 28(4): 172-177.

LI Dongpo, WU Zhijie, LIANG Chenghua. Soil environmental pollution and agricultural product quality[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2008, 28(4): 172-177.

[11] 陸文聰, 劉聰. 化肥污染對糧食作物生產(chǎn)的環(huán)境懲罰效應(yīng)[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2017, 37(5): 1 988-1 994.

LU Wencong, LIU Cong. The “environmental punishment” effect of fertilizer pollution in grain crop production[J]. China Environmental Science, 2017, 37(5): 1 988-1 994.

[12] 張富倉, 康紹忠, 李志軍, 等. 施肥對旱地土壤供水特征的影響[J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 35(S1): 408-410.

ZHANG Fucang, KANG Shaozhong, LI Zhijun, et al. Effects of fertilization on the properties of soil water supply in dryland[J]. Journal of Shenyang Agricultural University, 2004, 35(S1): 408-410.

[13] 龔一丹, 王衛(wèi)華, 管能翰, 等. 灌溉對番茄生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究進(jìn)展[J]. 中國瓜菜, 2020, 33(7): 7-13.

GONG Yidan, WANG Weihua, GUAN Nenghan, et al. Research progress on the effect of irrigation on tomato growth, yield and quality[J]. China Cucurbits and Vegetables, 2020, 33(7): 7-13.

[14] 史源, 白美健, 李益農(nóng), 等. 基于SISM模型和畦灌技術(shù)的冬小麥最小灌水定額研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2021, 52(8): 278-286.

SHI Yuan, BAI Meijian, LI Yinong, et al. Minimum irrigation quota of winter wheat based on SISM model and border irrigation technology[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2021, 52(8): 278-286.

[15] 華瑞, 李俊華, 王立坤, 等. 不同滴灌施肥策略對玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及效益的影響[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 53(1): 68-76.

HUA Rui, LI Junhua, WANG Likun, et al. Effects of different fertigation strategies on maize yield, nutrient uptake, and economic benefit[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2016, 53(1): 68-76.

[16] 張經(jīng)廷, 呂麗華, 張麗華, 等. 不同肥料滴灌配施夏玉米產(chǎn)量與氮磷鉀吸收利用特性[J]. 玉米科學(xué), 2017, 25(2): 123-129.

ZHANG Jingting, LYU Lihua, ZHANG Lihua, et al. Yield and NPK uptake and utilization characteristics of summer maize under drip fertigation[J]. Journal of Maize Sciences, 2017, 25(2): 123-129.

[17] 宜麗宏, 王麗, 張孟妮, 等. 不同灌溉方式對冬小麥生長發(fā)育及水分利用效率的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2017, 36(10): 14-19.

YI Lihong, WANG Li, ZHANG Mengni, et al. Effect of irrigation methods on growth and water use efficiency of winter wheat[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2017, 36(10): 14-19.

[18] 肖艷, 陳清, 王敬國, 等. 滴灌施肥對土壤鐵、磷有效性及番茄生長的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004, 37(9): 1 322-1 327.

XIAO Yan, CHEN Qing, WANG Jingguo, et al. Citrate on mobilization of Fe and P in calcareous soil and its impact on growth of drip-irrigated tomato[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2004, 37(9): 1 322-1 327.

[19] WANG J D, GONG S H, XU D, et al. 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): 1 025-1 037.

[20] LI H R, MEI X R, WANG J D, et al. Drip fertigation significantly increased crop yield, water productivity and nitrogen use efficiency with respect to traditional irrigation and fertilization practices: A meta-analysis in China[J]. Agricultural Water Management, 2021, 244: 106 534.

[21] SHARMASARKAR F C, SHARMASARKAR S, MILLER S D, et al. Assessment of drip and flood irrigation on water and fertilizer use efficiencies for sugarbeets[J]. Agricultural Water Management, 2001, 46(3): 241-251.

[22] LYU H F, LIN S, WANG Y F, et al. Drip fertigation significantly reduces nitrogen leaching in solar greenhouse vegetable production system[J]. Environmental Pollution, 2019, 245: 694-701.

[23] 趙經(jīng)華, 楊庭瑞, 胡文軍, 等. 水氮互作對滴灌小麥土壤硝態(tài)氮運(yùn)移、氮平衡及水氮利用效率的影響[J]. 中國農(nóng)村水利水電, 2021(4): 141-149.

ZHAO Jinghua, YANG Tingrui, HU Wenjun, et al. Effects of water and nitrogen interaction on nitrate transport, nitrogen balance and water and nitrogen use efficiency in drip irrigation wheat soil[J]. China Rural Water and Hydropower, 2021(4): 141-149.

[24] 李小利, 李昊儒, 郝衛(wèi)平, 等. 滴灌施肥對華北小麥-玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2018, 37(4): 18-28.

LI Xiaoli, LI Haoru, HAO Weiping, et al. Impact of drip fertigation on yields and water use efficiency of wheat-maize rotation in North China[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2018, 37(4): 18-28.

[25] 王丹, 韓聰穎, 黃興法, 等. 寧夏引黃灌區(qū)不同群體密度下滴灌春小麥耗水規(guī)律和產(chǎn)量初探[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2015, 34(S2): 155-158.

WANG Dan, HAN Congying, HUANG Xingfa, et al. Study on the water use and yield of spring wheat with various population densities under drip irrigation in ningxia Yellow River irrigation area[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2015, 34(S2): 155-158.

[26] PANIGRAHI P, SRIVASTAVA A K. Water and nutrient management effects on water use and yield of drip irrigated citrus in vertisol under a sub-humid region[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2017, 16(5): 1 184-1 194.

[27] 陳貴菊, 閆璐, 王福玉, 等. 近10年黃淮冬麥區(qū)北片水地區(qū)試品種產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀分析[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué), 2021, 53(5): 142-148.

CHEN Guiju, YAN Lu, WANG Fuyu, et al. Analysis on yield and main agronomic traits of winter wheat varieties in the north Huanghe-Huaihe region test in recent 10 years[J]. Shandong Agricultural Sciences, 2021, 53(5): 142-148.

[28] 韋彥, 孫麗萍, 王樹忠, 等. 灌溉方式對溫室黃瓜灌溉水分配及硝態(tài)氮運(yùn)移的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2010, 26(8): 67-72.

WEI Yan, SUN Liping, WANG Shuzhong, et al. Effects of different irrigation methods on water distribution and nitrate nitrogen transport of cucumber in greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2010, 26(8): 67-72.

[29] 范慶鋒, 張玉龍, 張玉玲, 等. 不同灌溉方式下設(shè)施土壤硝態(tài)氮的積累特征及其環(huán)境影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 36(11): 2 281-2 286.

FAN Qingfeng, ZHANG Yulong, ZHANG Yuling, et al. Soil nitrate accumulation and its environmental effects under various irrigation modes in protected field[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2017, 36(11): 2 281-2 286.

[30] 邱冠男, 吳躍進(jìn), 王永國, 等. 新型高效控失型復(fù)合肥對黃淮海地區(qū)小麥產(chǎn)量的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2010, 26(18): 186-191.

QIU Guannan, WU Yuejin, WANG Yongguo, et al. Impact of a new and high efficient loss-control fertilizer on wheat yield in Huang-Huai-Hai area[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(18): 186-191.

[31] 譚和芳, 謝金學(xué), 汪吉東, 等. 氮磷鉀不同配比對小麥產(chǎn)量及肥料利用率的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2008, 24(3): 279-283.

TAN Hefang, XIE Jinxue, WANG Jidong, et al. Effect of combined application of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers on wheat yield and nutrient use efficiency[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences, 2008, 24(3): 279-283.

[32] 姜麗娜, 劉佩, 齊冰玉, 等. 不同施氮量及種植密度對小麥開花期氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 24(2): 131-141.

JIANG Lina, LIU Pei, QI Bingyu, et al. Effects of different nitrogen application amounts and seedling densities on nitrogen accumulation and transport in winter wheat at anthesis stage[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2016, 24(2): 131-141.

[33] 郭世乾, 崔增團(tuán), 師偉杰, 等. 氮、磷、鉀及其配施對制種玉米養(yǎng)分吸收利用的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2020, 38(2): 221-226.

GUO Shiqian, CUI Zengtuan, SHI Weijie, et al. Effects of nitrogen, phosphorus, potassium and their combined application on nutrient absorption and utilization of seed maize[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2020, 38(2): 221-226.

Combined Effects of Irrigation and Fertilization on Growth and Fertilizer Utilization of Winter Wheat

CHEN Haiqing1,2, HUANG Chao1, LIU Xuchen1, GONG Wenjun3, SUN Mengqiang3, ZHANG Yajuan3, WANG Xingpeng2*, LIU Zhandong1*

(1. Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Ministry of Agriculture Key Laboratory of Crop Water Requirement and Regulation, Xinxiang 453002, China; 2. College of Water Resource and Architecture Engineering, Tarim University, Alar 843300, China; 3. Henan Jiaozuo Guangli Irrigation District Administration Bureau, Qinyang 454550, China)

【Objective】Water and nutrients are interactive in their uptakes by crops. The purpose of this paper is to investigate how fertilization and irrigation combine to modulate winter wheat yield and fertilizer utilization. 【Method】The experiment was conducted from 2020 to 2021 at a winter wheat field in the Xinxiang Comprehensive Experimental Base of the Chinese Academy of Agricultural Sciences. It consisted of a drip irrigation (D) and a border irrigation (Q); each irrigation had four fertilization treatments: nitrogen and phosphorus (NP), nitrogen and potassium (NK), nitrogen, phosphorus and potassium (NPK), and phosphorus and potassium (PK). In each treatment, we measured growth, yield and fertilizer utilization of the crop. 【Result】Regardless of the irrigation methods, PM increased plant height and leaf area index while reducing spike length, spike grain number and thousand-grain weight significantly, compared to NPK. The grain number per spike in border irrigation was higher than that in drip irrigation, while the thousand-grain weight in border irrigation was lower than that in drip irrigation. Under drip irrigation, the yield of PK was 25.0% lower than that of NPK, while the difference in yield between NP and NK was not significant. Drip irrigation increased utilization of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers by 49.48%, 4.01% and 18.07%, respectively, compared to border irrigation, and it also increased the productivity of nitrogen, phosphorus and potassium. Soil nitrate residuals at harvest under drip irrigation were lower than those under border irrigation,and soil nitrate residues in Q+NK were 18.7% lower than that in Q+NPK. 【Conclusion】Comprehensive analysis shows D+NK is optimal to improve fertilizer utilization and reduce residual soil nitrate at harvest. It also promotes the use of indigenous phosphorus by the crop thereby improving phosphorus use efficiency.

winter wheat; drip irrigation; water-fertilizer integration; fertilizer use efficiency; nitrate-N residues

1672 - 3317（2023）01 - 0031 - 08

S275.6

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022217

陳海情, 黃超, 劉栩辰, 等. 灌水方式和施肥組合對冬小麥生長及肥料利用影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2023, 42(1): 31-38.

CHEN Haiqing, HUANG Chao, LIU Xuchen, et al.Combined Effects of Irrigation and Fertilization on Growth and Fertilizer Utilization of Winter Wheat[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(1): 31-38.

2022-04-19

河南省自然基金面上項(xiàng)目（202300410553）；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程（ASTIP）；新鄉(xiāng)市重大科技專項(xiàng)（ZD2020009）；河南省水利廳科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（2021039）

陳海情（1997-），女。碩士研究生，主要從事作物生理與水分高效利用研究。E-mail: chqboss@163.com

劉戰(zhàn)東（1981-），男。研究員，碩士生導(dǎo)師，博士，主要從事作物生理與水分高效利用研究。E-mail: liuzhandong@caas.cn

王興鵬（1978-），男。教授，碩士生導(dǎo)師，博士，主要從事作物高效用水技術(shù)研究。E-mail: 13999068354@163.com

責(zé)任編輯：白芳芳