小麦-玉米周年水肥一体化增产效应

武继承， 杨永辉， 潘晓莹

(1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，450002，郑州；2.农业部作物高效用水原阳科学观测站，453514，河南原阳)

小麦-玉米周年水肥一体化增产效应

武继承1,2， 杨永辉1,2， 潘晓莹1,2

(1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，450002，郑州；2.农业部作物高效用水原阳科学观测站，453514，河南原阳)

为探明小麦-玉米周年水肥利用效应，在农业部作物高效用水原阳科学实验站进行小麦-玉米周年水肥一体化研究。试验肥料设置底施、1次追施和2次追施，水分设置1水、2水和3水，每次灌水450 m3/hm2。结果表明：补充灌溉与追肥相结合对小麦、玉米的生长发育具有积极效果，其中小麦穗长增加0.2～0.8 cm，穗粒数增加2～10粒，千粒质量增加2～9 g，成穗数增加9万～57万穗/hm2；玉米穗长增加0.48～1.82 cm，行粒数增加2.0～8.4粒，5穗穗粒质量增加15～374 g，百粒质量增加2.0～13.0 g。同时，补充灌溉和追肥处理较对照小麦增产9.85%～37.93%，与一次性底施肥处理相比，相应补充灌溉+追肥处理增产9.92%～25.66%，以3水2肥效果最好；与1次追肥处理相比，相应2次追肥增产3.95%～6.11%，以2水2肥效果最好。与对照、相应1次性底施肥和1次追肥处理相比，玉米产量分别增加11.05%～46.62%、18.71%～32.03%和2.8%～5.42%；小麦玉米综合产量分别增加10.46%～42.36%、14.37%～28.87%和3.34%～5.75%，与小麦增产趋势一致。小麦玉米综合灌水利用效率较对照增加0.95～5.41 kg/m3，较一次性底施肥0.56～3.81 kg/m3，较1次追肥提高0.35～0.67 kg/m3，均以1水2肥处理最好。因此，节水增产的最佳配置为2水2肥和1水2肥。

小麦； 玉米； 产量； 水分利用； 水肥一体化

河南省是水资源严重缺乏的省份，人均水资源量仅412 m3，常年缺水量50亿m3，同时地下水漏斗面积不断扩大，目前已经占到了约20%的平原面积；但灌水利用系数仅0.52左右，水分利用率仅1.0～1.2 kg/m3，因此，提高水分利用效率是解决水资源供需矛盾的重要途径。研究[1]表明小麦(Triticumaestivum)产量随土壤水分的增加而增加，并在土壤水分为田间持水量的75%时产量最高，超过75%时产量则表现为降低，纯氮最佳用量为360 kg/hm2。补充灌水与施氮肥及秸秆覆盖对冬小麦产量具有明显的增产效果[2]。小麦产量和籽粒主要品质表现最佳的结合点是拔节和开花期的水氮配合施用[3-4]，高氮条件下拔节水+灌浆水或拔节水均可实现水肥的高效耦合[5]；高产条件下施纯氮240 kg/hm2并灌底墒水、拔节水和开花水的处理籽粒产量、水分利用效率和氮肥利用率较好[6]。干旱胁迫严重地影响了氮肥的作用，只有在水分配合条件下，氮肥的作用才得到充分发挥[7]。在基施60%氮肥条件下，以灌拔节水+孕穗水并于孕穗期追施40%氮肥处理表现最好[8]。灌水量对小麦产量的影响主要通过影响0～140 cm土层的土壤水分含量来实现[9-10]。由此可见，水肥一体化对作物产量和水分利用具有积极效果，但目前的研究多集中在单季作物的研究，而对于小麦-玉米(ZeamaysL.)周年一体化水肥技术的研究十分缺乏[11]；因此，本研究选用河南的主栽作物品种，设置分期补充灌溉及氮肥分期施用相结合的小麦-玉米周年水肥一体化研究，探讨水氮互作小麦、玉米对水分利用的响应，为粮食高产和水肥高效利用提供科学依据。

1 材料与方法

2012年10月20日—2013年9月28日试验安排在农业部作物高效用水原阳科学观测实验站进行，试验土壤为壤质潮土，土壤有机质质量分数为12.4 g/kg、有效磷12.6 mg/kg、速效钾68.4 mg/kg。年降水量556 mm，其中7—9月降水量占全年降水量的60%以上。试验设置3种水分条件：1水(拔节期)、2水(拔节+灌浆期)、3水(拔节+孕穗+灌浆期)，肥料设置1次性氮肥底施、1次追肥(70%底施+拔节期30%追肥)和2次追肥(50%底施+拔节30%+灌浆期20%)。处理设置：1)100%底施不灌水(CK)，2)1水，3)2水，4)3水，5)1水1肥，6)1水2肥，7)2水1肥，8)2水2肥，9)3水1肥，10)3水2肥。底施氮肥和磷钾肥一次性作底肥，分期施肥氮肥按照不同生育期追施比例进行、磷钾肥一次性作底肥，试验总氮用量为225 kg/hm2(纯氮)，磷肥为P2O590 kg/hm2，钾肥为K2O90 kg/hm2。灌水量为每次450 m3/hm2。小麦品种为矮抗58、玉米品种为浚单20，玉米试验处理同小麦处理，并在同区进行。统一田间管理，定期观测土壤水分、作物生长和养分变化。

2 结果与分析

2.1 对作物生长的影响

不同水肥处理对小麦生长的影响(表1)示出，补充灌溉和追肥相结合对小麦生长发育具有积极影响，其中：株高增加2.2～8.6 cm；穗长增减不一，其中补充灌溉+追肥增加0.2～0.8 cm；小穗数增加2～6穗；穗粒数增加2～10粒；不孕穗减少1～3个；千粒质量增加2～9 g，成穗增加9万～57万穗/hm2，均以补充灌溉+追肥的效果较好——从而奠定了小麦增产增效的基础。

从表2可以看出，补充灌溉和追肥相结合对玉米的生长发育也具有影响，其中株高增加0.8～29.6 cm，茎粗增加0.1～0.7 cm，叶片数增加0.2～1.2片，穗长增加0.48～1.82 cm，穗行数增加0.8～1.0行，行粒数增加2.0～8.4粒，5穗穗粒质量增加15～374 g，百粒质量增加2.0～13.0 g，均以补充灌溉+追肥的效果较好，从而为实现高产高效奠定了基础。

表1 不同水肥处理对小麦生长的影响

2.2 对作物产量的影响

从表3和图1可以看出，补充灌溉和追肥相结合对提高作物产量具有积极效果。与对照相比，不同补充灌溉和追肥处理小麦增产9.85%～37.93%，以3水2肥效果最好，其次为2水2肥和3水1肥处理；与一次性底施肥处理相比，相应补充灌溉+追肥处理增产9.92%～25.66%，以3水2肥增产幅度最大，其次为2水2肥和1水2肥处理；与1次追肥处理相比，相应2次追肥增产3.95%～5.26%，以2水2肥效果最好，其次为3水2肥和1水2肥处理。不同补充灌溉和追肥处理玉米产量增加11.05%～46.62%，以3水2肥效果最好，其次为2水2肥；与一次性底施肥处理相比，相应补充灌溉+追肥处理增产18.71%～32.03%，以3水2肥效果最好，其次为2水2肥；与1次追肥处理相比，相应2次追肥增产2.8%～5.42%，以2水2肥效果最好，其次为3水2肥；不同补充灌溉和追肥处理小麦玉米综合产量增加10.46%～42.36%，以3水2肥效果最好，其次为2水2肥；与一次性底施肥处理相比，相应补充灌溉+追肥处理增产14.37%～28.87%，以3水2肥效果最好，其次为2水2肥；与1次追肥处理相比，相应2次追肥增产3.34%～5.75%，以2水2肥效果最好，其次为3水2肥。

2.3 对水分利用的影响

灌溉水利用效率与作物产量保持一致的趋势，在扣除对照产量的基础上，与一次性底施肥处理相比，相应分期追肥处理小麦灌水利用效率提高0.42～2.96 kg/m3，以1水2肥提高幅度最大，其次为2水2肥和1水1肥处理(表3和图2)；与1次追肥处理相比，相应2次追肥处理提高0.35～0.74kg/m3，以1水2肥处理最佳。玉米相应分期追肥处理灌水利用效率则比一次性底施肥提高0.70～4.65 kg/m3，也以1水2肥处理最佳；较1次追肥提高0.35～0.60 kg/m3，以1水2肥处理最佳。小麦玉米综合灌水利用效率较一次性底施肥增加0.56～3.81 kg/m3，也以1水2肥处理最好，其次为2水2肥处理；较1次追肥提高0.35～0.67 kg/m3，也以1水2肥处理最佳。

表2 不同水肥处理对玉米生长的影响

图1 不同水肥处理对作物产量的影响Fig.1 Effects of different irrigation and fertilization treatments on crop yield

图2 不同水肥处理对灌水利用率的影响Fig.2 Effects of different irrigation and fertilization treatments on irrigation water utilization

表3 不同水肥处理对小麦、玉米产量和水分利用的影响

由此可见：一次性底施肥产量提高幅度有限，灌水利用率有待提高；补充灌溉+1次追肥可有效提高单位产量和灌水利用效率，补充灌溉+2次追肥对产量和灌水提高的幅度较大，但3水灌水量太高，不利于提高水分的利用效益——因此，节水增产的最佳配置为2水2肥和1水2肥。

3 结论与讨论

本试验研究结果表明，补充灌溉与追肥相结合对小麦穗长、穗粒数、千粒质量、成穗数和玉米穗长、行粒数、穗粒质量、百粒质量有显著的正效应，从而有效地提高了单位产量和灌水利用效率。小麦、玉米及周年的产量的增产效果以3水2肥效果最好，其次为2水2肥，灌溉水利用效率则以2水2肥和1水2肥的效果较好。可见：一次性底施肥产量提高幅度有限，灌水利用率有待提高；补充灌溉+1次追肥可有效提高单位产量和灌水利用效率，补充灌溉+2次追肥对产量和灌水提高的幅度较大，但3水灌水量太高不利于提高水分的利用效益——因此，节水增产的最佳配置为2水2肥和1水2肥。本试验表明干旱影响肥效，只有在合理的水分条件下，氮肥作用才能充分发挥，这与翟丙年等[7，12]研究结果一致。有研究[13]显示，灌水过多导致作物产量降低，产量在土壤相对含水量为75%～80%时达最大值。本试验也得到类似结果，以3水2肥产量最高。从灌水时期看，本试验小麦灌水的敏感期与赵淑章等[3]和孔东等[4]的研究结果有一定的吻合性。

[1] 张凤祥，周明耀，徐华平, 等. 水肥耦合对冬小麦生长和产量的影响[J]. 水利与建筑工程学报, 2005, 3(2)：22-24

[2] 李开峰，张富仓，祁有玲，等. 根区水肥空间耦合对冬小麦生长及产量的影响[J].应用生态学报,2010，21(12)：3154-3160

[3] 赵淑章，季书勤.水氮运筹与强筋小麦产量和品质关系研究[J].土壤肥料，2005(6)：23-26

[4] 孔东，晏云，段艳，等. 不同水氮处理对冬小麦生长及产量影响的田间试验[J]. 农业工程学报,2008,24(12)：36-40

[5] 顾国俊，季仁达，吴传万. 水肥耦合对小麦产量的影响研究[J]. 园艺与种苗, 2012(1)：11-13

[6] 王小燕，王 东，于振文.水氮互作对小麦旗叶光合特性、籽粒产量及氮素和水分利用率的影响[J].干旱地区农业研究，2009，27(6)：17-22

[7] 翟丙年，李生秀.冬小麦水氮配合关键期和亏缺敏感期的确定[J].中国农业科学，2005，38(6)：1188-1195

[8] 姚战军，张永刚.水氮运筹对小麦光合作用及产量的影响[J].江苏农业科学，2013，41(7)：58-59

[9] 易立攀，于振文，张永丽. 不同土层测墒补灌对冬小麦耗水特性及产量的影响[J].应用生态学报,2013, 24(5)： 1361-1366

[10] 段文学，于振文，张永丽等. 测墒补灌对不同穗型小麦品种耗水特性和干物质积累与分配的影响[J]. 植物生态学报 2010, 34 (12)： 1424-1432

[11] 武继承，杨永辉，郑惠玲等. 不同水分条件对小麦-玉米两熟制作物生长和水分利用的影响[J]. 华北农学报，2010，25(1)：126-130

[12] 翟丙年, 李生秀. 水氮配合对冬小麦产量和品质的影响[J].植物营养与肥料学报, 2003, 9(1)： 26-32

[13] 姜东燕, 于振文. 灌溉量对冬小麦产量和土壤硝态氮含量的影响[J]. 土壤通报, 2008, 39(3)： 703-705

(责任编辑：程 云)

Effects of integrated water and fertilizer management on yield increase inTriticumaestivum-Zeamayscropping system

Wu Jicheng1,2, Yang Yonghui1,2, Pan Xiaoying1,2

(1.Institute of Plant Nutrition & Resource Environment,Henan Academy of Agricultural Sciences, 450002, Zhengzhou, China; 2. Yuanyang Experimental Station of Crop Water Use, Ministry of Agriculture, 453514, Yuanyang, Henan, China)

In order to study the effect of water and nutrient utilization in theTriticumaestivum-Zeamayscropping system, we conducted the experiment of integrated water and fertilizer management in Yuanyang Experimental Station of Crop Water Use，Ministry of Agriculture. The treatments of nitrogen fertilizer were set as base fertilizer, topdressing once and twice. The water conditions were set as irrigation once, twice and three times and the volume of each irrigation was 450 m3/hm2. The results showed that the combination of supplementary irrigation and fertilizer played a positive role in the growth and development ofT.aestivumandZ.mays, which increased the spike length ofT.aestivumby 0.2-0.8 cm, the number of grains per spike by 2-10, the thousand-grain-weight by 2-9 g, and the number of panicles by 90 000-570 000 per hectare. For comparison, the same treatment increased the spike length ofZ.maysby 0.48-1.82 cm, the number of grains per row by 2.0-8.4, the weight of five panicles by 15-374 g, and the hundred-kernel-weight by 2.0-13.0 g. At the same time, the yield ofT.aestivumwas increased by 9.85%-37.93% under supplementary irrigation and nitrogen fertilizer topdressing compared with the control. The yield ofT.aestivumunder supplementary irrigation combined with topdressing treatments was increased by 9.92%-25.66% compared to that only with application of only basal fertilizer, in which the treatment with irrigation for three times and topdressing twice was the optimum. Compared with the treatment of topdressing once, topdressing twice increased the yield by 3.95%-6.11%, in which the treatment with irrigation twice and topdressing twice was the optimum. The yield ofZ.mayswas increased by 11.05%-46.62%, 18.71%-32.03% and 2.80%-5.42%, respectively, compared with the control, application of basal fertilizer and topdressing once treatment. The total yield ofT.aestivumandZ.mayswas increased by 10.46%-42.36%, 14.37%-28.87% and 3.34%-5.75%, respectively, compared with the control, application of basal fertilizer and topdressing once treatment, showing the same tendency with the increase ofT.aestivum. The comprehensive water use efficiency ofT.aestivumandZ.mayswas increased by 0.95-5.41, 0.56-3.81 and 0.35-0.67 kg/m3, respectively, compared with the control, application basal fertilizer and topdressing once treatment. The treatment with irrigation once and topdressing twice was the best. According to our results, the optimum water-saving and yield-increasing treatment was irrigation twice with topdressing twice or irrigation once with topdressing twice.

Triticumaestivum;Zeamays; yield; water use efficiency; integrated water and fertilizer management

2014-09-15

2015-04-10

项目名称： “十二五”农村领域国家科技计划课题“小麦玉米丰产的水肥互作机制及水肥一体化精准调控技术”(2013BAD07B07- 6)；公益性行业(农业)科研专项经费项目“黄淮海高产农田作物需水及高效用水技术研究与示范”(201203077)和“作物生境过程土肥联合调控技术研究与示范”(2013AA102904- 2)；河南省重点攻关项目“豫北半旱地农业关键技术研究与应用”(142102110067)

武继承(1965—)，男，博士，研究员。主要研究方向：节水农业、农业生态和土壤肥料。E-mail: wujc2065@126.com

S365

A

1672-3007(2015)03-0124-06