水肥耦合改善我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)作物產(chǎn)量與品質(zhì)的研究進(jìn)展

石艷紅

摘 要 肥料及水分是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中影響主產(chǎn)區(qū)作物生長(zhǎng)狀況的重要環(huán)境因子，水肥耦合是改善我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)作物產(chǎn)量與品質(zhì)的重要途徑。研究在分析水肥耦合概念及原理的基礎(chǔ)上，探究了水肥耦合效應(yīng)對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響。水分與肥料相互作用、相互制約，在作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中體現(xiàn)出明顯的耦合作用。基于此，分析了水肥耦合改善我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)作物產(chǎn)量與品質(zhì)的進(jìn)展，以期為提高我國(guó)糧食作物的產(chǎn)量提供參考。

關(guān)鍵詞 水肥耦合；糧食主產(chǎn)區(qū)作物；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.17.072

研究顯示，我國(guó)水資源總量?jī)H為世界6%，人均持水量少，僅為世界平均水平的1/4。當(dāng)前，我國(guó)大部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式仍為粗放型、資源消耗性，對(duì)水資源、肥料消耗較大，資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。我國(guó)北方旱作農(nóng)田存在水分虧缺、肥力低下的問題，而南方則普遍表現(xiàn)為水資源浪費(fèi)嚴(yán)重、化肥用量過高。水肥耦合的研究為肥料、水分的合理利用提供了有效的參考，對(duì)于環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約具有重要的意義。

1 水肥耦合原理

國(guó)內(nèi)學(xué)者立足于以往學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，對(duì)水肥耦合的原理進(jìn)行了概述，主要包括以下幾個(gè)方面。1）水肥極端因子限制原理。植物的生長(zhǎng)發(fā)育離不來各種養(yǎng)分的支持，而土壤中相對(duì)含量最小的因子則直接決定了植物的產(chǎn)量。2）水肥因子同等重要。作為植物生長(zhǎng)必要的組成部分，水分及養(yǎng)分對(duì)于植物生育及產(chǎn)量具有不可替代的作用，二者充分發(fā)揮各自功能，對(duì)作物生長(zhǎng)具有獨(dú)特的個(gè)性特征，缺失任何一種營(yíng)養(yǎng)元素都會(huì)導(dǎo)致作物水肥因子失衡，進(jìn)而影響到作物生長(zhǎng)。3）水肥因子協(xié)同原理。在由土壤、植物、大氣組成的系統(tǒng)中，水分與養(yǎng)分相互作用、相互依賴形成了一個(gè)有機(jī)整體，共同影響著作物的生長(zhǎng)，對(duì)水肥的協(xié)調(diào)主要是為了達(dá)到水分與養(yǎng)分的協(xié)同，使其能夠作用于作物生長(zhǎng)，提升作物的產(chǎn)量及質(zhì)量。4）水肥效應(yīng)動(dòng)態(tài)原理。作物種類、品種及生長(zhǎng)階段不同，其對(duì)水肥的需要也有所不同，基于這一特征，在作物生長(zhǎng)的過程中，要對(duì)作物的生長(zhǎng)階段及不同作物水肥協(xié)同效應(yīng)規(guī)律進(jìn)行分析，確保施肥與灌水的合理性。

2 水肥耦合效應(yīng)對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響

水肥耦合關(guān)系在半干旱區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)中體現(xiàn)的尤為明顯，肥料增產(chǎn)作用一方面取決于肥料本身，另一方面在于其與土壤水分的相互作用關(guān)系。水肥的協(xié)調(diào)主要是為了實(shí)現(xiàn)水肥協(xié)同，為作物的生長(zhǎng)發(fā)育提供支持。以往學(xué)者對(duì)水肥耦合效應(yīng)的研究多集中在光合作用、株高、促根效應(yīng)等方面。學(xué)者吳玲等探究了水肥空間耦合對(duì)冬小麥光合特性的影響，結(jié)果顯示，水肥耦合的不同處理方式下，冬小麥光合速率、細(xì)胞間隙CO2濃度也表現(xiàn)為明顯的不同，形成一種平衡關(guān)系[1]。采用深層施肥處理的小麥在生長(zhǎng)后期具有較好的光合速率，而氣孔導(dǎo)度有降低趨勢(shì)，減少了水分散失，節(jié)水潛力良好。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)土壤培肥及肥料增施能夠?qū)θ~片光合速率及水分起到顯著的改善作用，使冬小麥生長(zhǎng)后期也能夠保持較大的光合葉面積及較長(zhǎng)的作用時(shí)間，與此同時(shí)能夠提高籽粒灌漿特性，增加粒數(shù)。徐優(yōu)、王學(xué)華對(duì)水肥耦合對(duì)小麥、玉米系統(tǒng)根系分布的調(diào)控作用進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)干旱程度為60%～65%時(shí)能夠促進(jìn)根系下扎，而嚴(yán)重干旱地區(qū)（30%～35%）則會(huì)在一定程度上降低小麥、玉米的產(chǎn)量與根量，根系活力也隨之降低[2]。國(guó)內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，供磷能夠有效提升作物的產(chǎn)量，使下層根量增加，進(jìn)而提升根系活力，與不供磷相比，供磷0～30 cm土層小麥根系活力能夠提升66%左右，小麥根系與玉米根系總量平均增加94.62%、67.83%。

3 水肥耦合對(duì)我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)作物產(chǎn)量的影響

通常，在半干旱區(qū)，春小麥產(chǎn)量在很大程度上取決于水肥單因子，其中水對(duì)春小麥影響最為顯著，其次為磷、氮，水肥耦合效應(yīng)尤為顯著，其中中水中肥的產(chǎn)量效應(yīng)最大。氮與水、氮與磷以及水與磷的耦合充分發(fā)揮了相互促進(jìn)、相互影響的作用，磷與水耦合能夠產(chǎn)生相互替代的作用。針對(duì)不同的產(chǎn)量目標(biāo)可建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，以尋求最佳的水肥耦合方式，實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于產(chǎn)量大于4 000 kg·hm-2的水肥優(yōu)化管理方式，氮與磷的含量分別為240.5～361.3 kg·hm-2、103.5～152.5 kg·hm-2，灌水量以338.5～450.0 mm為宜。在這種條件下，要想獲得4 610 kg·hm-2的最高產(chǎn)量，其水肥優(yōu)化管理方案：氮為315.4 kg·hm-2，磷為111.4 kg·hm-2，灌水量為

354.5 mm。總結(jié)上述研究成果可以發(fā)現(xiàn)，在小麥生長(zhǎng)發(fā)育的過程中，需要依據(jù)土壤含水量確定氮肥的施用量，同樣灌水量的多少也要根據(jù)氮肥的施用量確定，氮與水的合理配合能夠充分發(fā)揮水肥交互耦合的效應(yīng)，使小麥等作物的產(chǎn)量能夠達(dá)到最高，提升水肥資源的利用效率。高玉紅、吳兵等探究了水肥耦合對(duì)玉米光合特性的影響[3]。從產(chǎn)量方面來看，無機(jī)肥、有機(jī)肥與自然降水的結(jié)合能夠使玉米產(chǎn)量達(dá)到最高，此時(shí)籽粒含水量往往較低。無機(jī)肥、有機(jī)肥與充足水搭配作用下產(chǎn)量實(shí)測(cè)達(dá)到最高，但其籽粒伴隨較高含水量。而在不施肥的條件下，充足灌水能夠?qū)λ置{迫作用下造成的產(chǎn)量損失起到一定的補(bǔ)償作用。當(dāng)處于充足灌水的條件下，肥料的投入量也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，避免由于水肥不平衡引起產(chǎn)量下降。有學(xué)者針對(duì)旱棚防雨實(shí)施了田間微區(qū)試驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上建立了二次回歸擬合，經(jīng)過建模分析，發(fā)現(xiàn)氮肥的施用量對(duì)玉米產(chǎn)量影響最為顯著，然后為灌水量與磷肥施用量，且研究證明當(dāng)施用較高氮肥、高磷肥與豐富灌水量的條件下，玉米產(chǎn)量能夠達(dá)到最高。

4 水肥耦合對(duì)我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)作物品質(zhì)的影響

水肥耦合對(duì)農(nóng)作物品質(zhì)也具有極為重要的影響。合理的施氮量及適宜的土壤水分一方面有助于提升植株的含氮量，另一方面能夠在一定程度上提升磷、鉀含量。研究表明，植株體內(nèi)的氮、磷、鉀含量與作物品質(zhì)、性狀有著密不可分的聯(lián)系。大部分作物的品質(zhì)性狀與氮、鉀含量有著明顯的正相關(guān)關(guān)系。適當(dāng)?shù)乃蜀詈喜粌H能夠提升植株氮素的營(yíng)養(yǎng)水平，而且能夠確保作物生長(zhǎng)、發(fā)育后期磷鉀水平的平衡，對(duì)籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及加工品質(zhì)具有明顯的改善作用。另外有學(xué)者在研究中做出了不同灌水、施肥處理，探究了水肥耦合對(duì)大豆光合特性及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)在干旱的條件下，有機(jī)肥與無機(jī)肥與合理搭配使用能夠促進(jìn)蛋白質(zhì)的積累，當(dāng)水分充足時(shí)，無機(jī)肥與有機(jī)肥的使用則會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)積累起到制約作用，促進(jìn)脂肪積累。對(duì)以往學(xué)者研究成果進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)水分資源能夠?qū)Ψ柿鲜┯闷鸬酱龠M(jìn)作用，相應(yīng)的，肥料應(yīng)用也能夠?qū)λ科鸬秸{(diào)節(jié)作用。針對(duì)不同的作物、不同的生長(zhǎng)環(huán)境，應(yīng)注重水肥比例搭配，使兩者能夠相互作用、相互影響，提升作物品質(zhì)。

5 結(jié)語

新時(shí)期，我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)取得了卓有成效的發(fā)展，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求呈現(xiàn)出日益增加的趨勢(shì)，然而隨著耕地面積的減少及水資源的匱乏，水肥資源對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約作用也日漸突出，針對(duì)上述現(xiàn)象，必須致力于高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中融入水肥耦合效應(yīng)，提升資源利用率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，建立水肥耦合、科學(xué)管理理念，改善我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳玲，劉騰謠.我國(guó)糧食生產(chǎn)區(qū)域變化對(duì)糧食主產(chǎn)區(qū)影響效應(yīng)分析——以黑龍江省為例[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2016，37（8）：116-123.

[2] 徐優(yōu)，王學(xué)華.水肥耦合及其對(duì)水稻生長(zhǎng)與N素利用效率的影響研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014，30（24）：17-22.

[3] 高玉紅，吳兵，?？×x，等.水肥耦合對(duì)間作胡麻氮素養(yǎng)分及其產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2016，34（2）：69-75.

（責(zé)任編輯：趙中正）