水肥耦合改善我国粮食主产区作物产量与品质的研究进展

石艳红

摘 要 肥料及水分是农业生产中影响主产区作物生长状况的重要环境因子，水肥耦合是改善我国粮食主产区作物产量与品质的重要途径。研究在分析水肥耦合概念及原理的基础上，探究了水肥耦合效应对作物生长发育的影响。水分与肥料相互作用、相互制约，在作物生长发育过程中体现出明显的耦合作用。基于此，分析了水肥耦合改善我国粮食主产区作物产量与品质的进展，以期为提高我国粮食作物的产量提供参考。

关键词 水肥耦合；粮食主产区作物；产量

中图分类号：S31 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.17.072

研究显示，我国水资源总量仅为世界6%，人均持水量少，仅为世界平均水平的1/4。当前，我国大部分农业生产方式仍为粗放型、资源消耗性，对水资源、肥料消耗较大，资源浪费现象严重。我国北方旱作农田存在水分亏缺、肥力低下的问题，而南方则普遍表现为水资源浪费严重、化肥用量过高。水肥耦合的研究为肥料、水分的合理利用提供了有效的参考，对于环境保护、资源节约具有重要的意义。

1 水肥耦合原理

国内学者立足于以往学者研究的基础上，对水肥耦合的原理进行了概述，主要包括以下几个方面。1）水肥极端因子限制原理。植物的生长发育离不来各种养分的支持，而土壤中相对含量最小的因子则直接决定了植物的产量。2）水肥因子同等重要。作为植物生长必要的组成部分，水分及养分对于植物生育及产量具有不可替代的作用，二者充分發挥各自功能，对作物生长具有独特的个性特征，缺失任何一种营养元素都会导致作物水肥因子失衡，进而影响到作物生长。3）水肥因子协同原理。在由土壤、植物、大气组成的系统中，水分与养分相互作用、相互依赖形成了一个有机整体，共同影响着作物的生长，对水肥的协调主要是为了达到水分与养分的协同，使其能够作用于作物生长，提升作物的产量及质量。4）水肥效应动态原理。作物种类、品种及生长阶段不同，其对水肥的需要也有所不同，基于这一特征，在作物生长的过程中，要对作物的生长阶段及不同作物水肥协同效应规律进行分析，确保施肥与灌水的合理性。

2 水肥耦合效应对作物生长发育的影响

水肥耦合关系在半干旱区灌溉农业中体现的尤为明显，肥料增产作用一方面取决于肥料本身，另一方面在于其与土壤水分的相互作用关系。水肥的协调主要是为了实现水肥协同，为作物的生长发育提供支持。以往学者对水肥耦合效应的研究多集中在光合作用、株高、促根效应等方面。学者吴玲等探究了水肥空间耦合对冬小麦光合特性的影响，结果显示，水肥耦合的不同处理方式下，冬小麦光合速率、细胞间隙CO2浓度也表现为明显的不同，形成一种平衡关系[1]。采用深层施肥处理的小麦在生长后期具有较好的光合速率，而气孔导度有降低趋势，减少了水分散失，节水潜力良好。相关研究发现土壤培肥及肥料增施能够对叶片光合速率及水分起到显著的改善作用，使冬小麦生长后期也能够保持较大的光合叶面积及较长的作用时间，与此同时能够提高籽粒灌浆特性，增加粒数。徐优、王学华对水肥耦合对小麦、玉米系统根系分布的调控作用进行了分析，结果发现干旱程度为60%～65%时能够促进根系下扎，而严重干旱地区（30%～35%）则会在一定程度上降低小麦、玉米的产量与根量，根系活力也随之降低[2]。国内研究发现，供磷能够有效提升作物的产量，使下层根量增加，进而提升根系活力，与不供磷相比，供磷0～30 cm土层小麦根系活力能够提升66%左右，小麦根系与玉米根系总量平均增加94.62%、67.83%。

3 水肥耦合对我国粮食主产区作物产量的影响

通常，在半干旱区，春小麦产量在很大程度上取决于水肥单因子，其中水对春小麦影响最为显著，其次为磷、氮，水肥耦合效应尤为显著，其中中水中肥的产量效应最大。氮与水、氮与磷以及水与磷的耦合充分发挥了相互促进、相互影响的作用，磷与水耦合能够产生相互替代的作用。针对不同的产量目标可建立相应的数学模型，以寻求最佳的水肥耦合方式，实验证明，对于产量大于4 000 kg·hm-2的水肥优化管理方式，氮与磷的含量分别为240.5～361.3 kg·hm-2、103.5～152.5 kg·hm-2，灌水量以338.5～450.0 mm为宜。在这种条件下，要想获得4 610 kg·hm-2的最高产量，其水肥优化管理方案：氮为315.4 kg·hm-2，磷为111.4 kg·hm-2，灌水量为

354.5 mm。总结上述研究成果可以发现，在小麦生长发育的过程中，需要依据土壤含水量确定氮肥的施用量，同样灌水量的多少也要根据氮肥的施用量确定，氮与水的合理配合能够充分发挥水肥交互耦合的效应，使小麦等作物的产量能够达到最高，提升水肥资源的利用效率。高玉红、吴兵等探究了水肥耦合对玉米光合特性的影响[3]。从产量方面来看，无机肥、有机肥与自然降水的结合能够使玉米产量达到最高，此时籽粒含水量往往较低。无机肥、有机肥与充足水搭配作用下产量实测达到最高，但其籽粒伴随较高含水量。而在不施肥的条件下，充足灌水能够对水分胁迫作用下造成的产量损失起到一定的补偿作用。当处于充足灌水的条件下，肥料的投入量也应进行相应的调整，避免由于水肥不平衡引起产量下降。有学者针对旱棚防雨实施了田间微区试验，并在此基础上建立了二次回归拟合，经过建模分析，发现氮肥的施用量对玉米产量影响最为显著，然后为灌水量与磷肥施用量，且研究证明当施用较高氮肥、高磷肥与丰富灌水量的条件下，玉米产量能够达到最高。

4 水肥耦合对我国粮食主产区作物品质的影响

水肥耦合对农作物品质也具有极为重要的影响。合理的施氮量及适宜的土壤水分一方面有助于提升植株的含氮量，另一方面能够在一定程度上提升磷、钾含量。研究表明，植株体内的氮、磷、钾含量与作物品质、性状有着密不可分的联系。大部分作物的品质性状与氮、钾含量有着明显的正相关关系。适当的水肥耦合不仅能够提升植株氮素的营养水平，而且能够确保作物生长、发育后期磷钾水平的平衡，对籽粒营养品质及加工品质具有明显的改善作用。另外有学者在研究中做出了不同灌水、施肥处理，探究了水肥耦合对大豆光合特性及产量品质的影响，发现在干旱的条件下，有机肥与无机肥与合理搭配使用能够促进蛋白质的积累，当水分充足时，无机肥与有机肥的使用则会对蛋白质积累起到制约作用，促进脂肪积累。对以往学者研究成果进行总结，发现水分资源能够对肥料施用起到促进作用，相应的，肥料应用也能够对水量起到调节作用。针对不同的作物、不同的生长环境，应注重水肥比例搭配，使两者能够相互作用、相互影响，提升作物品质。

5 结语

新时期，我国的社会经济取得了卓有成效的发展，对农产品的需求呈现出日益增加的趋势，然而随着耕地面积的减少及水资源的匮乏，水肥资源对农业经济发展的制约作用也日渐突出，针对上述现象，必须致力于高产、优质、高效生态农业的发展，在农业生产实践中融入水肥耦合效应，提升资源利用率，促进农业的可持续发展，建立水肥耦合、科学管理理念，改善我国粮食主产区作物的产量与品质。

参考文献：

[1] 吴玲，刘腾谣.我国粮食生产区域变化对粮食主产区影响效应分析——以黑龙江省为例[J].中国农业资源与区划，2016，37（8）：116-123.

[2] 徐优，王学华.水肥耦合及其对水稻生长与N素利用效率的影响研究进展[J].中国农学通报，2014，30（24）：17-22.

[3] 高玉红，吴兵，牛俊义，等.水肥耦合对间作胡麻氮素养分及其产量和品质的影响[J].干旱地区农业研究，2016，34（2）：69-75.

（责任编辑：赵中正）