微噴灌追肥減量對小麥產(chǎn)量和水分利用率的影響

于淑慧 朱國梁 董浩 張雪飛 牟小翎 史桂芳 譚德水

摘要：為探明華北地區(qū)微噴灌水肥一體化技術在小麥上的運用效果，于2017—2019年，通過大田試驗，采用小麥品種泰山27，研究了微噴灌水肥一體化技術對小麥產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量、養(yǎng)分積累量及水分利用率的影響。結果發(fā)現(xiàn)：與常規(guī)灌溉施肥相比，微噴灌水肥一體化處理提高小麥產(chǎn)量3.32%～9.87%。當化肥減施20%以內(nèi)時，產(chǎn)量增加了1.42%～6.60%，干物質(zhì)積累量和籽粒養(yǎng)分積累量差異不顯著;當化肥減施到30%以上時，產(chǎn)量下降了4.90%～6.14%，干物質(zhì)積累量和籽粒養(yǎng)分積累量降低。與常規(guī)灌溉施肥處理相比，微噴灌水肥一體化及化肥減施各處理節(jié)約水分33.33%，水分利用率增加20.10%～32.41%。表明微噴灌水肥一體化在減施化肥20%范圍內(nèi)，能夠達到增產(chǎn)、節(jié)水和提高水分利用率的效果。

關鍵詞：微噴灌水肥一體化;小麥;產(chǎn)量;干物質(zhì)積累;養(yǎng)分積累;水分利用率

中圖分類號：S275.5：S512.1+10.62? 文獻標識號：A? 文章編號：1001-4942（2020）11-0046-05

Effects of Micro-Sprinkling Irrigation Integrated with Topdressing

Reduction on Wheat Yield and Water Use Efficiency

Yu Shuhui1， Zhu Guoliang1， Dong Hao1， Zhang Xuefei2，

Mu Xiaoling1， Shi Guifang1， Tan Deshui3

（1.Taian Academy of Agricultural Sciences， Taian 271000， China;

2. Daiyue District Soil Fertilizer Workstation of Taian City， Taian 271000， China;

3. Institute of Agricultural Resources and Environment， Shandong Academy of Agricultural Sciences/

Key Laboratory of Wastes Matrix Utilization， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Jinan 250100， China）

Abstract In order to explore the application effect of micro-sprinkling irrigation with water and fertilizer integration technology on wheat in the North China， the effects of micro-sprinkling irrigation with topdressing reduction on wheat yield， dry matter accumulation， nutrient accumulation and water use efficiency were studied with Taishan 27 as material through field experiment from 2017 to 2019. The results showed that compared with conventional irrigation and fertilization， the micro-sprinkling irrigation with water and fertilizer could increase wheat yield by 3.32%～9.87%. When the reduction of topdressing was less than 20%， the yield increased by 1.42%～6.60%， but there was no significant difference in dry matter accumulation and nutrient accumulation in seeds. When the reduction of topdressing was more than 30%， the yield decreased by 4.90%～6.14%， and the dry matter accumulation and nutrient accumulation in seeds also decreased. Compared with conventional irrigation and fertilization， the micro-sprinkling irrigation could save 33.33% water and increase the water efficiency by 20.10%～32.41%. All the results indicated that micro-sprinkling irrigation integrated with topdressing reduction could increase yield， save water and improve water use efficiency within 20% reduction of topdressing.

Keywords Micro-sprinkling irrigation with water and fertilizer integration; Wheat; Yield; Dry matter accumulation; Nutrient accumulation; Water use efficiency

華北平原是我國小麥主產(chǎn)區(qū)，但該區(qū)域的水資源極度匱乏，地下水超采嚴重。農(nóng)民習慣的灌溉施肥方式是種植前施用基肥、小麥拔節(jié)期撒施氮肥，然后進行大水漫灌，造成肥料和水分嚴重浪費[1]。而微噴灌水肥一體化技術，是借助壓力系統(tǒng)或地形自然落差將微灌和施肥相結合，將溶解后的肥料直接輸送到作物根部，在灌水同時進行施肥，實現(xiàn)水肥一體化管理。水肥一體化技術不但可以提高作物產(chǎn)量，而且節(jié)水增效效果明顯，在黃淮海平原地區(qū)采用測墑補灌和滴灌施肥相結合的方法可以顯著提高免耕冬小麥的水分利用效率和籽粒產(chǎn)量，較常規(guī)對照分別提高了57.46%和21.13%[2，3]。我國的微噴灌水肥一體化技術主要在設施蔬菜和經(jīng)濟作物上推廣應用，在小麥上關于肥效的研究也主要集中在氮肥上[4，5]。使用微噴灌水肥一體化技術研究不同梯度氮磷鉀肥對小麥產(chǎn)量和水分利用率的研究還未見報道。本試驗利用微噴灌水肥一體化技術，研究不同的氮磷鉀肥用量對小麥關鍵生育期養(yǎng)分吸收積累和水分利用率的影響，旨在為華北平原地區(qū)微噴灌水肥一體化技術在小麥生產(chǎn)上的推廣提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017—2019年在山東省泰安市岱岳區(qū)馬莊鎮(zhèn)吳新村（北緯35°57′，東經(jīng)116°58′）進行。土壤類型為褐土。試驗地土壤基礎肥力：堿解氮124.25 mg/kg，有效磷31.71 mg/kg，速效鉀102.95 mg/kg，有機質(zhì)17.71 g/kg，pH值730。

1.2 試驗設計

供試小麥品種為泰山27。試驗采用大區(qū)區(qū)組設計，大區(qū)長60 m;寬4.4 m，面積為264 m2。采用常規(guī)灌溉和微噴灌方式，常規(guī)灌溉采用大水漫灌形式，微噴灌水肥一體化技術只在春季之后的追肥中采用。以化肥整體梯度（N、P2O5、K2O總用量420 kg/hm2）減施，所有處理基施氮磷鉀總養(yǎng)分126 kg/hm2;基肥和常規(guī)灌溉追肥時，氮磷鉀肥分別施用尿素（46%）、重過磷酸鈣（44%）、硫酸鉀（50%）;微噴灌水肥一體化追肥時，氮磷鉀肥分別施用尿素、聚磷酸銨（N 110 g/L，P2O5 370 g/L）、甲酸鉀（N 48 g/L，K2O 54%）。具體試驗處理為：①CK，常規(guī)灌溉，不施氮磷鉀;②F，常規(guī)灌溉，N、P2O5、K2O總施用量分別為240、105、75 kg/hm2，其中294 kg/hm2氮磷鉀在拔節(jié)期撒施;③M，微噴灌，施肥量同F(xiàn)，其中294 kg/hm2氮磷鉀按表1比例分3次噴施;④M1，微噴灌，氮磷鉀總量減10%，其中252 kg/hm2氮磷鉀按表1比例分3次噴施;⑤M2，微噴灌，氮磷鉀總量減施20%，其中210 kg/hm2氮磷鉀按表1比例分3次噴施;⑥M3，微噴灌，氮磷鉀總量減施30%，其中168 kg/hm2氮磷鉀按表1比例分3次噴施;⑦M4：微噴灌，氮磷鉀總量減施40%，其中126 kg/hm2氮磷鉀按表1比例分3次噴施。每處理重復3次。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 植株干物質(zhì)量 分別在冬小麥拔節(jié)期、開花期取30 cm長的一行植株， 成熟期取50 cm長的3行植株，于105℃殺青30 min，65℃烘至恒重，計算單位面積干物質(zhì)量。

1.3.2 植株養(yǎng)分含量 于拔節(jié)期、開花期和成熟期取樣，其中拔節(jié)期和開花期將植株莖葉粉碎混勻;成熟期將小麥植株分為莖稈和籽粒兩部分，分別用于測定其氮磷鉀含量。樣品于105℃殺青30 min后在65℃烘至恒重，采用濃硫酸消煮，凱氏定氮儀測定全氮含量，釩鉬黃比色法測定全磷含量，火焰光度法測定全鉀含量。

1.3.3 產(chǎn)量和產(chǎn)量構成因素 小麥成熟后，每小區(qū)隨機選取5.06 m2區(qū)域作為測產(chǎn)區(qū)，調(diào)查穗數(shù)和穗粒數(shù)，收獲后自然風干，測定籽粒產(chǎn)量和千粒重。

1.4 土壤含水量測定

播種和收獲當天用土壤取樣器每20 cm 為一層取0～100 cm土層土壤樣品，用烘干法[6]測定土壤含水量。

土層貯水量計算公式[7]為：W=w×ρs×h×0.1，式中，W為土層貯水量（mm）;w為土層含水量（%）;ρs為土壤容重（g/cm3 ）;h為土層厚度（cm）;0.1為單位換算系數(shù)。

田間總耗水量（mm）=播種時土壤貯水量-收獲期土壤貯水量+生育期灌水量+有效降水量。

水分利用率（kg/mm）=籽粒產(chǎn)量/田間總耗水量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010和DPS 15.10軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構成因素的影響

兩年試驗結果（表2）表明，施肥可提高小麥單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量。2017—2018年度，施肥處理的小麥千粒重均高于不施肥對照，但2018—2019年相反，均低于不施肥對照。2017—2018年，與F處理相比，M、M1、M2處理產(chǎn)量分別顯著增加9.87%、9.78%和5.34%，而M3和M4處理分別降低2.60%和6.03%;微噴灌處理中，與M處理相比，M1處理產(chǎn)量略有降低，但差異不顯著;M2、M3和M4處理產(chǎn)量顯著低于M處理，分別降低4.12%、11.35%、14.47%。2018—2019年，與F處理相比，M和M1處理產(chǎn)量分別增加3.32%和3.02%，M2、M3和M4處理產(chǎn)量則分別下降2.50%、7.20%和6.24%，M3和M4處理降低顯著;微噴灌處理中，與M處理相比，M1產(chǎn)量降低不顯著，而M2、M3、M4均顯著降低，分別降低5.63%、1018%、9.25%。綜合兩年數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，與F處理相比，M、M1、M2處理平均產(chǎn)量分別增加6.60%、6.40%、1.42%，而M3、M4處理平均產(chǎn)量則分別下降490%和6.14%。產(chǎn)量構成因素中，施肥各處理對小麥穗數(shù)和千粒重影響較大，對穗粒數(shù)影響較小，施肥處理間差異不顯著。

2.2 不同處理對小麥干物質(zhì)積累量的影響

從圖1可以看出，灌溉方式和施肥量顯著影響小麥生育期干物質(zhì)積累量。綜合兩年數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在小麥拔節(jié)期，F(xiàn)處理干物質(zhì)積累量均高于CK及微噴灌水肥一體化處理，說明拔節(jié)期常規(guī)灌溉施肥干物質(zhì)積累量相對較高。而在開花期，M處理的干物質(zhì)積累量最高，F(xiàn)處理的干物質(zhì)積累量與M1處理相當，略高于M2、M3處理，說明水肥一體化處理小麥在開花期干物質(zhì)積累較快。在成熟期，2017—2018年，干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為M>M1>F>M2>M3>M4>CK，F(xiàn)與M、M1、M2處理間差異不顯著，但顯著高于M3、M4和CK處理;2018—2019年，干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為M1>F>M>M2>M4>M3>CK，F(xiàn)與M1、M處理間差異不顯著，但顯著高于M2、M3、M4和CK處理。說明微噴灌化肥減施超過20%顯著降低小麥花后干物質(zhì)積累量。

2.3 不同處理對小麥成熟期養(yǎng)分積累量的影響

通過兩年的試驗結果（表3）可知，在籽粒中，M3和M4處理的氮磷鉀養(yǎng)分積累量與其他施肥處理相比均大幅降低，說明過量減施化肥會大大降低籽粒中養(yǎng)分的積累量;F、M、M1、M2處理籽粒中氮磷鉀積累量差異不顯著，說明微噴灌水肥一體化減施化肥20%以內(nèi)對小麥籽粒氮磷鉀養(yǎng)分積累沒有顯著影響。

在秸稈中，各處理對磷的積累沒有顯著影響，但對氮、鉀積累的影響兩年間存在差異。2017—2018年，除M處理的氮積累量高于CK和F處理外，其余肥料減施處理均顯著降低了秸稈中的氮積累量，與F處理相比，降幅為13.01%～28.77%;而2018—2019年，施肥處理顯著增加了秸稈中氮的積累量，其中，M1處理最高，其次為F處理，與M和M2處理差異不顯著，但顯著高于M3、M4處理。施肥對小麥秸稈中鉀積累量的影響兩年間相反，2017—2018年，施肥降低了秸稈中鉀的積累量，其中M3、M4處理顯著降低;而2018—2019年，施肥顯著增加了秸稈中鉀的積累量。說明與常規(guī)灌水施肥處理相比，微噴灌減施肥料對小麥秸稈中磷鉀的積累無顯著影響，但影響氮的積累，肥料減施超過10%會大幅降低秸稈中氮的積累量。

2.4 不同處理對小麥水分利用率的影響

如表4所示，2017—2018年，微噴灌水肥一體化各處理比常規(guī)灌溉施肥處理水分利用率增加16.70%～37.79%;2018—2019年增加23.49%～27.03%。微噴灌水肥一體化處理中，2017—2018年，與M處理相比，M1和M2處理水分利用率降低，但差異不顯著，而M3、M4處理顯著降低，降幅14.36%、15.30%;2018—2019年，微噴灌水肥一體化處理之間差異不顯著。

3 討論與結論

小麥關鍵生育期灌水施肥可以提高水分利用率和小麥產(chǎn)量[8-10];并且氮磷鉀肥后移，能夠提高花期和灌漿期群體綠色葉面積指數(shù)，提高光合效率，延緩葉片衰老，促進小麥花粉粒形成，提高籽粒灌漿率，促進花后物質(zhì)積累，提高肥料利用率，進而提高小麥產(chǎn)量[11-13]。采用微噴灌水肥一體化在小麥關鍵生育期同時進行灌水施肥，使得氮磷鉀肥分次施用和后移更容易實現(xiàn)，且能將溶解后的肥料直接輸送到作物根部，不但可以提高作物產(chǎn)量，而且節(jié)水增效明顯[14，15]。姚素梅[16]和于利鵬[17]等研究發(fā)現(xiàn)，噴灌與畦灌相比，灌水量降低12.9%～41.5%，作物產(chǎn)量提高11.3%～30.0%，水分利用效率提高23.1%～56.0%。李月華等[18]研究表明利用水肥一體化技術可在保持較高的小麥籽粒產(chǎn)量的同時，節(jié)約灌水量 30%～50%。

本研究利用微噴灌水肥一體化技術分別在小麥拔節(jié)期、抽穗期、灌漿中期噴水施肥，與常規(guī)灌溉施肥相比，小麥生育期節(jié)水約33.33%，水分利用率增加20.10%～32.41%。施肥量與常規(guī)灌溉施肥相同時，兩年度小麥產(chǎn)量平均增加6.60%，化肥減施20%以內(nèi)，產(chǎn)量增加1.42%～6.60%，并且干物質(zhì)積累量和籽粒養(yǎng)分積累量沒有顯著減少，可能由于微噴灌水肥一體化處理中氮磷鉀肥后移，滿足了小麥生育關鍵期對水分和養(yǎng)分的需求，并且微噴灌將大部分肥料噴施在小麥根部和葉片上，使得養(yǎng)分更容易被吸收利用;但當水肥一體化減施肥料30%～40%，產(chǎn)量下降4.90%～6.14%，并且干物質(zhì)積累量和籽粒中氮磷鉀養(yǎng)分積累量都大幅降低，原因可能是過量減施化肥無法滿足小麥關鍵生育期對養(yǎng)分的吸收。

綜上所述，微噴灌水肥一體化技術能夠節(jié)約水分，減少肥料用量，提高小麥產(chǎn)量和水分利用率。

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