张丽霞 武继承 尹钧 杨永辉 潘晓莹

摘要 在2016—2018年連续2年进行小麦田间试验，以前期氮肥不同水平分期追施水肥一体化研究为基础，探讨滴灌条件下，水肥一体化处理对小麦产量和水分利用的影响。设置3个氮（N）肥水平：N1 180 kg/hm2，N2 240 kg/hm2，N3 270 kg/hm2;3个水分（W）水平：W1 生育期不灌水，W2 生育期灌2次水，W3 生育期灌3次水，共9个处理，分别为W1N1、W1N2、W1N3、W2N1、W2N2、W2N3、W3N1、W3N2、W3N3。结果表明，连续2年，与W1N1处理相比，W3N2和W3N3处理使小麦平均产量分别增加31.88%和15.28%。小麦各生育期耗水量均表现为拔节—开花期耗水量最多，开花—收获期耗水量次之，播种—拔节期耗水量最少。小麦全生育期耗水量以W3N2处理最低，与W1N1处理相比，小麦全生育期平均耗水量降低21.39%;小麦平均水分利用效率以W3N2处理最高，与W1N1处理相比，小麦平均水分利用效率增加11.70%。综合考虑，小麦产量和水分利用效率均在W3N2处理下最高，因此，小麦施纯氮240 kg/hm2，底施60%纯氮、拔节期追施25%和灌浆期追施15%纯氮，同时在小麦拔节期、开花期和灌浆期进行3次灌水的滴灌水肥一体化处理是小麦高产又节水的最优模式。

关键词 小麦;滴灌水肥一体化;产量;水分利用效率

中图分类号 S512.1;S143.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2021）09-0162-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.09.043

Abstract Wheat field experiment was carried out to explore the effects of drip fertigation on wheat yield and water use efficiency for two consecutive years （2016-2018）， based on fertigation study applied at different stages of nitrogen fertilizer in the early stage. Three nitrogen （N） fertilizer levels （N1 180 kg/hm2， N2 240 kg/hm2 and N3 270 kg/hm2） and three water （W） levels （W1 has no irrigation at the growth stage， W2 has two times irrigation at the growth stage， and W3 has three times irrigation at the growth stage） were set in the experiment . The nine treatments were W1N1， W1N2， W1N3， W2N1， W2N2， W2N3， W3N1， W3N2， W3N3. The results showed that W3N2 and W3N3 treatments increased the wheat yield by 31.88% and 15.28%， respectively in two consecutive years， compared with W1N1 treatment. The water consumption of wheat was the highest from jointing stage to flowering stage， the secondly from flowering stage to harvesting stage， and the least from sowing stage to jointing stage. W3N2 treatment had the lowest water consumption during the whole growth period of wheat. Compared with W1N1 treatment， W3N2 treatment could reduce the water consumption by 21.39% during the whole growth period of wheat. W3N2 treatment had the highest water use efficiency， compared with W1N1 treatment， W3N2 treatment increased water use efficiency of wheat by 11.70%. Based on the comprehensive analysis， wheat yield and water use efficiency were highest under W3N2 treatment， so drip fertigation treatment was the optimal pattern for wheat to apply 240 kg/hm2 of pure nitrogen， basal application 60% and topdressing 25% at jointing stage and 15% at the filling stage， respectively， and three times of water treatment at the jointing stage， flowering stage and filling stage， which could achieve high yield and conserving water.

Key words Wheat;Drip fertigation;Yield;Water use efficiency

我国水资源严重短缺，是全球人均水资源最贫乏的国家之一[1]。而我国农业用水约占全国总用水量的70%以上，灌溉用水又占农业用水量的 90%，但随着工业化和城市化进程的加快，部分农业灌溉用水被严重挤占，农业水资源面临严重问题[2]。而小麦生产中主要的灌溉方式仍是传统的大水漫灌和畦灌，造成水资源浪费严重，灌溉水有效利用率降低等问题[3]。同时，农业生产中普遍存在农作物施氮量过多，远超过农作物吸收量，过量氮肥的施用会引发土壤氮素盈余增加，氮肥肥效及利用率降低，NO3-N淋失，氮肥资源浪费严重和环境污染等问题[4]。因此，探寻适宜的水肥一体化模式提高水肥利用效率，在保证高产水平下减少水肥投入，有效控制农业面源污染，是实现小麦高产高效和保护农业生态环境的重要途径。

目前，滴灌已被证明是节水高产高效的有效技术，滴灌施肥在以色列、美国、澳大利亚等农业发达国家已大面积应用，其中以色列80%以上的土地灌溉均采用水肥一体化技术[5-7]，滴灌条件下水肥一体化技术通过对作物所需水分及养分的均匀、适量、准确的控制和供应，既能满足作物生长所需的水肥，有效解决传统灌溉随意性大、效率低下等问题，也能够改善土壤结构，促进作物对土壤养分的吸收，提高作物产量和水分利用效率，具有节水节肥、省时省工、高产高效的优势[8-9]。 研究表明，滴灌施肥能显著增加冬小麦的有效穗数，有利于小麦产量和水分利用效率的提高[10-11]。小麦生长季，在当地施肥量基础上减少40%施氮量，同时进行2次灌水是较适宜的节水节肥措施，能够增加小麦耗水量，提高小麦产量、水分利用效率和氮肥利用效率[12-13]。研究发现，滴灌水肥一体化下，施氮量207 kg/hm2表现最佳，能够使小麦产量增加9.4%，可节水51.9%，有利于提高籽粒产量和水分利用效率[14-15]。鉴于目前关于滴灌水肥一体化对河南省小麦产量和水分利用的综合研究较薄弱，河南是我国粮食作物主产区，以占全国1/16的耕地产出了全国1/10的粮食和1/4以上的小麦，有力地保障了国家粮食安全。因此，深入研究滴灌水肥一体化对河南小麦产量和水分利用的影响，有利于为国家小麦主产区高产节水栽培提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2016—2018年在河南省通许县节水农业试验示范基地进行（114.47°E、34.48°N），该地区属于黄河中下游平原，海拔62 m，暖温带半干旱型气候，年均气温14.6 ℃，多年平均降水量为657.9 mm，且主要集中在6—9月，全年无霜期222 d。试验地土壤为壤质潮土，肥力均匀，地势平坦，供试土壤耕层有机质11.4 g/kg、全氮0.81 g/kg、全磷0.72 g/kg、碱解氮74.31 mg/kg、速效磷19.8 mg/kg、速效钾90.3 mg/kg;土壤容重1.32 g/cm3;土壤机械组成：砂粒（0.020～2.000 mm）占82%，粉粒（0.002～<0.020 mm）占8.3%，黏粒（< 0.002 mm）占8.7%。

1.2 试验设计

采用随机区组设计，灌溉方式为滴灌，滴头流量为2～3 L/h，滴头间距为30 cm，滴灌带间隔宽度为40～50 cm，灌水量为450 m3/（次·hm2）。设置3个氮 （N）肥水平，N1：180 kg/hm2，N2：240 kg/hm2，N3：270 kg/hm2，基追比为60%+40%，追肥比25%+15%，分别在拔节期和灌浆期进行追施。水分（W）设置3个水平，W1：生育期不灌水，W2：生育期灌2次水，W3：生育期灌3次水，每次的灌水量为450 m3/ hm2，2次灌水分别在小麦拔节期和灌浆期各进行1次，3次灌水分别在小麦拔节期、开花期和灌浆期各进行1次。氮肥按照基追比进行底施，并与磷（P2O5，105 kg/hm2）、钾（K2O，105 kg/hm2）肥一同一次性施入。共设置9个处理，分别为W1N1、W1N2、W1N3、W2N1、W2N2、W2N3、W3N1、W3N2、W3N3，每个处理重复3次，共27个小区，每个小区面积为22.4 m2。供试小麦品种为矮抗58，10月中下旬播种，播种量为150 kg/hm2，行距20 cm，次年6月上旬进行收获。

1.3 测定项目与方法

（1）小麦收获时，以每小区收获 4 m2记产量，将其折合成1 hm2产量。

（2）土壤水分测定与水分利用效率计算。

土壤水分测定采用重量烘干法，在小麦越冬期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期和收获期，不同处理随机取3点，采用土钻分别采集0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm 共5层土壤，放入烘箱中105 ℃烘8～9 h，测定含水量，進而得知0～100 cm土层土壤储水量，并计算小麦生育期耗水量、水分利用效率及灌水利用率。

0～100 cm土层土壤储水量为0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土层土壤含水量之和。

小麦全生育期耗水量计算公式：小麦全生育期耗水量=播种前0～100 cm土层土壤含水量+小麦生育期内降雨量+小麦生育期内灌水量-收获时0～100 cm土层土壤含水量。

水分利用效率= 小麦籽粒产量/小麦全生育期耗水量。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010和SPSS 18.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 滴灌水肥一体化对小麦生长发育、产量及产量构成的影响

由表1可知，连续2年，小麦产量和产量构成指标在不同处理下存在差异，2017—2018年小麦产量和产量构成指标高于2016—2017年，且均以W3N2处理增长显著。与W1N1处理相比，W3N2处理下小麦平均株高、穗长、千粒重增长最大，分别提高14.61%、13.24%和12.19%;W3N2和W3N3处理下小麦平均产量变化显著，分别增加31.88%和15.28%。在2016—2017年，与W1N1处理相比，W3N2处理下小麦株高、穗长和千粒重分别增加16.21%、11.67%和9.63%，W3N2和W3N3处理下小麦产量分别提高26.41%和10.90%。在2017—2018年，与W1N1处理相比，W3N2处理下小麦株高、穗长和千粒重分别增加13.02%、14.81%和14.76%，W3N2和W3N3处理下小麦产量分别提高37.35%和19.66%。由此可见，小麦拔节期和灌浆期氮肥追施和灌水处理具有明显的增产效果。

2.2 滴灌水肥一体化对小麦水分消耗和利用的影响

2.2.1 小麦全生育期耗水量。

从表2可以看出，在2016—2017和2017—2018年小麦各个生育期和全生育期总耗水量存在差异，2017—2018年小麦全生育期总耗水量高于2016—2017年，连续2年小麦各生育期耗水量均表现为拔节—开花期耗水量最多，约占总耗水量的40%;开花—收获期耗水量次之，约占总耗水量的33%;播种—拔节期耗水量最少，约占总耗水量的27%。连续2年，滴灌水肥一体化处理下，小麦播种—拔节期耗水量变化不显著;小麦拔节—开花期耗水量以W3N2处理最低，与W1N1处理相比，小麦拔节—开花期耗水量平均耗水量降低18.56%;小麦开花—收获期耗水量以W3N2处理最低，与W1N1处理相比，小麦开花—收获期平均耗水量降低36.82%;小麦全生育期耗水量以W3N2处理最低，与W1N1处理相比，小麦开花—收获期平均耗水量降低21.39%。综上所述，滴灌水肥一体化处理下，W3N2处理有利于降低小麦全生育期的耗水量，达到小麦节水的效果。

2.2.2 水分利用效率。

由图1可知，连续2年，滴灌水肥一体化处理对水分利用效率的影响存在差异，2年小麦的水分利用效率变化趋势基本一致，均以W3N2和W3N3处理增长显著，与W1N1处理相比，W3N2和W3N3处理小麦平均水分利用效率分别增加11.70%和8.60%。在2016—2017年，与W1N1处理相比，W3N2和W3N3处理小麦水分利用效率分别增加10.19%和7.51%;在2017—2018年，与W1N1处理相比，W3N2和W3N3处理小麦水分利用效率分别增加13.19%和9.68%。其他处理差异不显著。由此可知，滴灌水肥一体化处理下，W3N2处理更能有效提高小麦的水分利用效率，有利于小麦对土壤中水分的吸收和利用。

3 结论与讨论

施肥具有明显的调水作用，灌水具有一定的调肥作用，水肥的吸收是可以相互促进的。在适宜的范围内，施肥和灌水对产量存在明显的正效应，过量时会引起负效应，呈现出递减规律。水分和养分作为影响产量的主要因素，只有二者的最佳组合才可以达到节水节肥并提高产量的效果[16]。研究表明，施氮量195 kg/hm2，拔节期—成熟期土壤相對含水量 65%～70%的条件下，小麦获得高产的同时能够兼顾水肥的高效利用[17]。滴灌水肥一体化处理下，小麦生育期施氮量210 kg/hm2，底施50% +拔节期追施30% + 灌浆期追施20%处理使小麦、玉米及小麦-玉米周年产量及灌溉水利用效率达到最高[11]。该研究结果表明，滴灌水肥一体化中，W3N2处理使小麦产量增加31.88%，使小麦水分利用效率增加11.70%。这些研究结果与前人的研究结果基本一致，这说明小麦生育期施氮量240 kg/hm2，底施60%纯氮、拔节期追施25%纯氮和灌浆期追施15%纯氮，同时小麦拔节期、开花期和灌浆期各灌水1次能够实现小麦的节水增产，氮肥适当的后移增产效果明显。

小麦产量和水分、养分利用效率是衡量小麦高产性和高效性的主要指标，适宜的水氮运筹能促进植株的生长，提高对水分和养分的有效利用，减少无效消耗，提高水分、养分的利用效率，增加产量[17-21]。研究表明，滴灌水肥一体化处理有利于实现节水增产，与小白龙处理相比，小麦生育期施氮量210 kg/hm2，底施50%+拔节期追施30%+灌浆期追施20%处理使小麦产量增加14.29%～18.96%，灌溉水利用效率提高1.93～2.79 kg/m3[11]。该研究结果发现，在连续2年的试验中，小麦水分利用效率和氮肥利用效率均以W3N2处理下最高，与W1N1处理相比，小麦水分利用效率和氮肥利用效率分别增加11.70%和12.34%，这说明适量的施氮量和增加灌水量能够促进小麦对水肥的吸收和利用，促进小麦植株的生长发育，从而更有利于实现小麦的高产。

综上所述，在W3N2处理下小麦的产量和水氮利用效率最高，与W1N1处理相比，W3N2和W3N3处理小麦平均产量分别增加31.88%和15.28%;W3N2处理小麦平均水分利用效率增加11.70%。从经济效益和生态效益的角度考虑，推荐小麦生长期施纯氮240 kg/hm2，底施60%纯氮、拔节期追施25%纯氮和灌浆期追施15%纯氮，同时小麦拔节期、开花期和灌浆期各进行1次灌水的滴灌水肥一体化处理是小麦高产又节水的最优模式，能够使小麦获得高产的同时，兼顾水分的高效利用。

参考文献

[1] 王在柱，李鹏，郭玲玲.浅析我国水资源利用现状及农业节水灌溉对策[J].内蒙古科技与经济，2013（4）：42-43.

[2] 刘愿英，代世伟，范永贵，等.我国灌区农业水资源可持续利用问题探讨[J].干旱地区农业研究，2007，25（6）：157-162.

[3] 李幸珍.农业水资源的合理利用分析[J].黑龙江水利科技，2015，43（1）：191-193.

[4] GUO J H，LIU X J，ZHANG Y，et al.Significant acidification in major Chinese croplands[J].Science，2010，327（5968）：1008-1010.

[5] TANASKOVIK V，CUKALIEV O，ROMIC' D，et al.The influence of drip fertigation on water use efficiency in tomato crop production[J].Agriculturae conspectus scientificus，2011，76（1）：57-63.

[6] AGOSTINI F，TEI F，SILGRAM M，et al.Decreasing nitrate leaching in vegetable crops with better N management[M]//LICHTFOUSE E.Genetic engineering，biofertilisation，soil quality and organic farming.Dordrecht：Springer Press，2010：147-200.

[7] JHA S K，GAO Y，LIU H，et al.Root development and water uptake in winter wheat under different irrigation methods and scheduling for North China[J].Agricultural water management，2017，182：139-150.

[8] ZHANG F C，KANG S Z，ZHANG J H，et al.Nitrogen fertilization on uptake of soil inorganic phosphorus fractions in the wheat root zone[J].Soil science society of America journal，2004，68（6）：1890-1895.

[9] SINGANDHUPE R B，RAO G G S N，PATIL N G，et al.Fertigation studies and irrigation scheduling in drip irrigation system in tomato crop（Lycopersicon esculentum L.）[J].European journal of agronomy，2003，19（2）：327-340.

[10] ZHANG M M，DONG B D，QIAO Y Z，et al.Yield and water use responses of winter wheat to irrigation and nitrogen application in the North China Plain[J].Journal of integrative agriculture，2018，17（5）：1194-1206.

[11] 武繼承，杨永辉，潘晓莹，等.小麦-玉米滴灌水肥一体化的节水增产效应[J].河南农业科学，2017，46（2）：16-21.

[12] ZHANG Y Q，WANG J D，GONG S H，et al.Nitrogen fertigation effect on photosynthesis，grain yield and water use efficiency of winter wheat[J].Agricultural water management，2017，179：277-287.

[13] HARTMANN T E，YUE S C，SCHULZ R，et al.Yield and N use efficiency of a maize-wheat cropping system as affected by different fertilizer management strategies in a farmers field of the North China Plain[J].Field crops research，2015，174：30-39.

[14] 尹飞虎，曾胜和，刘瑜，等.滴灌春麦水肥一体化肥效试验研究[J].新疆农业科学，2011，48（12）：2299-2303.

[15] 陈静，王迎春，李虎，等.滴灌施肥对免耕冬小麦水分利用及产量的影响[J].中国农业科学，2014，47（10）：1966-1975.

[16] 陈慧，黄振江，王冀川，等.水氮耦合对滴灌冬小麦氮素吸收、转运及产量的影响[J].新疆农业科学，2018，55（1）：44-56.

[17] 李武超，李磊，王炜，等.小麦水氮耦合效应与水肥高效利用研究[J].华北农学报，2018，33（5）：232-238.

[18] 栗丽，洪坚平，王宏庭，等.水氮处理对冬小麦生长、产量和水氮利用效率的影响[J].应用生态学报，2013，24（5）：1367-1373.

[19] 张晶，党建友，裴雪霞，等.微喷灌水肥一体化下磷钾肥减量分期施用对小麦产量和养分利用的影响[J].核农学报，2020，34（3）：629-634.

[20] ZHANG Y Q，WANG J D，GONG S H，et al.Nitrogen fertigation effect on photosynthesis，grain yield and water use efficiency of winter wheat[J].Agricultural water management，2017，179：277-287.

[21] 王晓英，贺明荣，刘永环，等.水氮耦合对冬小麦氮肥吸收及土壤硝态氮残留淋溶的影响[J].生态学报，2008，28（2）：685-694.