微喷灌追肥减量对小麦产量和水分利用率的影响

于淑慧 朱国梁 董浩 张雪飞 牟小翎 史桂芳 谭德水

摘要：为探明华北地区微喷灌水肥一体化技术在小麦上的运用效果，于2017—2019年，通过大田试验，采用小麦品种泰山27，研究了微噴灌水肥一体化技术对小麦产量、干物质积累量、养分积累量及水分利用率的影响。结果发现：与常规灌溉施肥相比，微喷灌水肥一体化处理提高小麦产量3.32%～9.87%。当化肥减施20%以内时，产量增加了1.42%～6.60%，干物质积累量和籽粒养分积累量差异不显著;当化肥减施到30%以上时，产量下降了4.90%～6.14%，干物质积累量和籽粒养分积累量降低。与常规灌溉施肥处理相比，微喷灌水肥一体化及化肥减施各处理节约水分33.33%，水分利用率增加20.10%～32.41%。表明微喷灌水肥一体化在减施化肥20%范围内，能够达到增产、节水和提高水分利用率的效果。

关键词：微喷灌水肥一体化;小麦;产量;干物质积累;养分积累;水分利用率

中图分类号：S275.5：S512.1+10.62  文献标识号：A  文章编号：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

华北平原是我国小麦主产区，但该区域的水资源极度匮乏，地下水超采严重。农民习惯的灌溉施肥方式是种植前施用基肥、小麦拔节期撒施氮肥，然后进行大水漫灌，造成肥料和水分严重浪费[1]。而微喷灌水肥一体化技术，是借助压力系统或地形自然落差将微灌和施肥相结合，将溶解后的肥料直接输送到作物根部，在灌水同时进行施肥，实现水肥一体化管理。水肥一体化技术不但可以提高作物产量，而且节水增效效果明显，在黄淮海平原地区采用测墒补灌和滴灌施肥相结合的方法可以显著提高免耕冬小麦的水分利用效率和籽粒产量，较常规对照分别提高了57.46%和21.13%[2，3]。我国的微喷灌水肥一体化技术主要在设施蔬菜和经济作物上推广应用，在小麦上关于肥效的研究也主要集中在氮肥上[4，5]。使用微喷灌水肥一体化技术研究不同梯度氮磷钾肥对小麦产量和水分利用率的研究还未见报道。本试验利用微喷灌水肥一体化技术，研究不同的氮磷钾肥用量对小麦关键生育期养分吸收积累和水分利用率的影响，旨在为华北平原地区微喷灌水肥一体化技术在小麦生产上的推广提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 試验地概况

试验于2017—2019年在山东省泰安市岱岳区马庄镇吴新村（北纬35°57′，东经116°58′）进行。土壤类型为褐土。试验地土壤基础肥力：碱解氮124.25 mg/kg，有效磷31.71 mg/kg，速效钾102.95 mg/kg，有机质17.71 g/kg，pH值730。

1.2 试验设计

供试小麦品种为泰山27。试验采用大区区组设计，大区长60 m;宽4.4 m，面积为264 m2。采用常规灌溉和微喷灌方式，常规灌溉采用大水漫灌形式，微喷灌水肥一体化技术只在春季之后的追肥中采用。以化肥整体梯度（N、P2O5、K2O总用量420 kg/hm2）减施，所有处理基施氮磷钾总养分126 kg/hm2;基肥和常规灌溉追肥时，氮磷钾肥分别施用尿素（46%）、重过磷酸钙（44%）、硫酸钾（50%）;微喷灌水肥一体化追肥时，氮磷钾肥分别施用尿素、聚磷酸铵（N 110 g/L，P2O5 370 g/L）、甲酸钾（N 48 g/L，K2O 54%）。具体试验处理为：①CK，常规灌溉，不施氮磷钾;②F，常规灌溉，N、P2O5、K2O总施用量分别为240、105、75 kg/hm2，其中294 kg/hm2氮磷钾在拔节期撒施;③M，微喷灌，施肥量同F，其中294 kg/hm2氮磷钾按表1比例分3次喷施;④M1，微喷灌，氮磷钾总量减10%，其中252 kg/hm2氮磷钾按表1比例分3次喷施;⑤M2，微喷灌，氮磷钾总量减施20%，其中210 kg/hm2氮磷钾按表1比例分3次喷施;⑥M3，微喷灌，氮磷钾总量减施30%，其中168 kg/hm2氮磷钾按表1比例分3次喷施;⑦M4：微喷灌，氮磷钾总量减施40%，其中126 kg/hm2氮磷钾按表1比例分3次喷施。每处理重复3次。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 植株干物质量 分别在冬小麦拔节期、开花期取30 cm长的一行植株， 成熟期取50 cm长的3行植株，于105℃杀青30 min，65℃烘至恒重，计算单位面积干物质量。

1.3.2 植株养分含量 于拔节期、开花期和成熟期取样，其中拔节期和开花期将植株茎叶粉碎混匀;成熟期将小麦植株分为茎秆和籽粒两部分，分别用于测定其氮磷钾含量。样品于105℃杀青30 min后在65℃烘至恒重，采用浓硫酸消煮，凯氏定氮仪测定全氮含量，钒钼黄比色法测定全磷含量，火焰光度法测定全钾含量。

1.3.3 产量和产量构成因素 小麦成熟后，每小区随机选取5.06 m2区域作为测产区，调查穗数和穗粒数，收获后自然风干，测定籽粒产量和千粒重。

1.4 土壤含水量测定

播种和收获当天用土壤取样器每20 cm 为一层取0～100 cm土层土壤样品，用烘干法[6]测定土壤含水量。

土层贮水量计算公式[7]为：W=w×ρs×h×0.1，式中，W为土层贮水量（mm）;w为土层含水量（%）;ρs为土壤容重（g/cm3 ）;h为土层厚度（cm）;0.1为单位换算系数。

田间总耗水量（mm）=播种时土壤贮水量-收获期土壤贮水量+生育期灌水量+有效降水量。

水分利用率（kg/mm）=籽粒产量/田间总耗水量。

1.5 数据处理

试验数据用Microsoft Excel 2010和DPS 15.10软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对小麦产量和产量构成因素的影响

两年试验结果（表2）表明，施肥可提高小麦单位面积穗数、穗粒数和产量。2017—2018年度，施肥处理的小麦千粒重均高于不施肥对照，但2018—2019年相反，均低于不施肥对照。2017—2018年，与F处理相比，M、M1、M2处理产量分别显著增加9.87%、9.78%和5.34%，而M3和M4处理分别降低2.60%和6.03%;微喷灌处理中，与M处理相比，M1处理产量略有降低，但差异不显著;M2、M3和M4处理产量显著低于M处理，分别降低4.12%、11.35%、14.47%。2018—2019年，与F处理相比，M和M1处理产量分别增加3.32%和3.02%，M2、M3和M4处理产量则分别下降2.50%、7.20%和6.24%，M3和M4处理降低显著;微喷灌处理中，与M处理相比，M1产量降低不显著，而M2、M3、M4均显著降低，分别降低5.63%、1018%、9.25%。综合两年数据发现，与F处理相比，M、M1、M2处理平均产量分别增加6.60%、6.40%、1.42%，而M3、M4处理平均产量则分别下降490%和6.14%。产量构成因素中，施肥各处理对小麦穗数和千粒重影响较大，对穗粒数影响较小，施肥处理间差异不显著。

2.2 不同處理对小麦干物质积累量的影响

从图1可以看出，灌溉方式和施肥量显著影响小麦生育期干物质积累量。综合两年数据发现，在小麦拔节期，F处理干物质积累量均高于CK及微喷灌水肥一体化处理，说明拔节期常规灌溉施肥干物质积累量相对较高。而在开花期，M处理的干物质积累量最高，F处理的干物质积累量与M1处理相当，略高于M2、M3处理，说明水肥一体化处理小麦在开花期干物质积累较快。在成熟期，2017—2018年，干物质积累量表现为M>M1>F>M2>M3>M4>CK，F与M、M1、M2处理间差异不显著，但显著高于M3、M4和CK处理;2018—2019年，干物质积累量表现为M1>F>M>M2>M4>M3>CK，F与M1、M处理间差异不显著，但显著高于M2、M3、M4和CK处理。说明微喷灌化肥减施超过20%显著降低小麦花后干物质积累量。

2.3 不同处理对小麦成熟期养分积累量的影响

通过两年的试验结果（表3）可知，在籽粒中，M3和M4处理的氮磷钾养分积累量与其他施肥处理相比均大幅降低，说明过量减施化肥会大大降低籽粒中养分的积累量;F、M、M1、M2处理籽粒中氮磷钾积累量差异不显著，说明微喷灌水肥一体化减施化肥20%以内对小麦籽粒氮磷钾养分积累没有显著影响。

在秸秆中，各处理对磷的积累没有显著影响，但对氮、钾积累的影响两年间存在差异。2017—2018年，除M处理的氮积累量高于CK和F处理外，其余肥料减施处理均显著降低了秸秆中的氮积累量，与F处理相比，降幅为13.01%～28.77%;而2018—2019年，施肥处理显著增加了秸秆中氮的积累量，其中，M1处理最高，其次为F处理，与M和M2处理差异不显著，但显著高于M3、M4处理。施肥对小麦秸秆中钾积累量的影响两年间相反，2017—2018年，施肥降低了秸秆中钾的积累量，其中M3、M4处理显著降低;而2018—2019年，施肥显著增加了秸秆中钾的积累量。说明与常规灌水施肥处理相比，微喷灌减施肥料对小麦秸秆中磷钾的积累无显著影响，但影响氮的积累，肥料减施超过10%会大幅降低秸秆中氮的积累量。

2.4 不同处理对小麦水分利用率的影响

如表4所示，2017—2018年，微喷灌水肥一体化各处理比常规灌溉施肥处理水分利用率增加16.70%～37.79%;2018—2019年增加23.49%～27.03%。微喷灌水肥一体化处理中，2017—2018年，与M处理相比，M1和M2处理水分利用率降低，但差异不显著，而M3、M4处理显著降低，降幅14.36%、15.30%;2018—2019年，微喷灌水肥一体化处理之间差异不显著。

3 讨论与结论

小麦关键生育期灌水施肥可以提高水分利用率和小麦产量[8-10];并且氮磷钾肥后移，能够提高花期和灌浆期群体绿色叶面积指数，提高光合效率，延缓叶片衰老，促进小麦花粉粒形成，提高籽粒灌浆率，促进花后物质积累，提高肥料利用率，进而提高小麦产量[11-13]。采用微喷灌水肥一体化在小麦关键生育期同时进行灌水施肥，使得氮磷钾肥分次施用和后移更容易实现，且能将溶解后的肥料直接输送到作物根部，不但可以提高作物产量，而且节水增效明显[14，15]。姚素梅[16]和于利鹏[17]等研究发现，喷灌与畦灌相比，灌水量降低12.9%～41.5%，作物产量提高11.3%～30.0%，水分利用效率提高23.1%～56.0%。李月华等[18]研究表明利用水肥一体化技术可在保持较高的小麦籽粒产量的同时，节约灌水量 30%～50%。

本研究利用微喷灌水肥一体化技术分别在小麦拔节期、抽穗期、灌浆中期喷水施肥，与常规灌溉施肥相比，小麦生育期节水约33.33%，水分利用率增加20.10%～32.41%。施肥量与常规灌溉施肥相同时，两年度小麦产量平均增加6.60%，化肥减施20%以内，产量增加1.42%～6.60%，并且干物质积累量和籽粒养分积累量没有显著减少，可能由于微喷灌水肥一体化处理中氮磷钾肥后移，满足了小麦生育关键期对水分和养分的需求，并且微喷灌将大部分肥料喷施在小麦根部和叶片上，使得养分更容易被吸收利用;但当水肥一体化减施肥料30%～40%，产量下降4.90%～6.14%，并且干物质积累量和籽粒中氮磷钾养分积累量都大幅降低，原因可能是过量减施化肥无法满足小麦关键生育期对养分的吸收。

综上所述，微喷灌水肥一体化技术能够节约水分，减少肥料用量，提高小麦产量和水分利用率。

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