李浩然，李雁鳴，李瑞奇

(河北農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院/省部共建華北作物改良與調控國家重點實驗室/河北省作物生長調控實驗室，河北保定 071000)

小麥是全球最重要的農(nóng)作物之一，也是目前我國種植面積和總產(chǎn)量均居第三的重要作物。因此，保障小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對國家糧食安全具有重要的戰(zhàn)略意義。由于部分地區(qū)小麥生長季不合理的施肥和濫用地下水灌溉，導致這些地區(qū)地下水位持續(xù)下降，并存在地下水污染的潛在風險。水資源短缺和潛在環(huán)境問題已經(jīng)成為當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的問題。灌溉和施氮是決定小麥生長和籽粒產(chǎn)量的重要因子，二者存在耦合互作。在農(nóng)業(yè)水資源匱乏的情況下，合理灌溉是發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的關鍵，也是保證作物高產(chǎn)優(yōu)質高效的重要措施之一。氮肥在小麥的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成中至關重要，是各種耕地和土壤類型較為缺乏的營養(yǎng)元素。水分和氮肥科學配合施用，可以達到“以肥調水，以水促肥”的效果，充分發(fā)揮水氮互作耦合效應，使小麥產(chǎn)量和水氮利用率最大化。本文將就水氮處理對冬小麥產(chǎn)量、水氮利用率、土壤理化性質、土壤微生物群落、土壤酶活性和土壤NO排放的影響等方面的研究成果進行綜述，以期為制定適宜小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的合理灌溉和施氮技術措施提供依據(jù)。

1 水氮處理對小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構成因素的影響

在小麥生產(chǎn)發(fā)展的不同階段，研究灌溉和施氮措施對小麥產(chǎn)量影響的著眼點不同。在早期生產(chǎn)水平較低時，一般著眼于增加灌溉和施氮量對小麥的增產(chǎn)效應。在生產(chǎn)水平較高的情況下，更多研究著眼于能否通過適當減少灌溉和施氮量而保持產(chǎn)量基本穩(wěn)定，從而實現(xiàn)綠色節(jié)本增效。

水分對氮素在小麥植株中的積累量及調配和運轉起重要作用，是實現(xiàn)其高產(chǎn)優(yōu)質的重要環(huán)境因素。趙 財?shù)妊芯勘砻?，水分對干物質積累的影響大于肥料的影響，合理范圍內較高的土壤貯水量有利于增加干物質積累速度，從而提高小麥產(chǎn)量。適量灌溉可以有效降低土壤水的蒸發(fā)，有助于作物對土壤水分的利用，增加作物后期蒸騰，提升小麥灌漿速率。王國棟等研究表明，充足灌溉可使小麥在開花后保持更大的有效綠葉面積，提高光能截獲率，從而向籽粒提供更多的同化光合產(chǎn)物以達到增產(chǎn)的目標。白海波等的研究也得到類似結果，在分蘗期或拔節(jié)期適量灌溉，有利于小麥葉片早發(fā)，提前分蘗和生根，促進植株吸收利用水分，并提高光合能力。

在小麥的生長發(fā)育過程中，拔節(jié)期到孕穗期是水分敏感期，在這段時間內合理灌溉，對于提高小麥的分蘗成穗率和穗粒數(shù)有明顯的促進作用，而此時段不同程度的干旱最終都會降低分蘗成穗率和結實率，并且隨著干旱程度的增加，不孕小穗數(shù)也隨之增加。開花期如遭遇重度干旱會嚴重降低小麥產(chǎn)量，Sharma等認為，干旱會誘導小麥產(chǎn)生脫落酸，導致花粉不育、敗育，甚至死亡。栗 麗等研究表明，灌漿期合理灌溉可提高小麥開花后的耗水模系數(shù)和水分利用效率，為籽粒灌漿和產(chǎn)量提高奠定基礎。灌漿期干旱則會減少同化物生產(chǎn)，使粒重顯著降低，導致產(chǎn)量降低。可見，不同生育時期的水分供應狀況對小麥產(chǎn)量形成有重要作用，不同時期水分供應不足所影響的產(chǎn)量構成因素也有所不同。

除了不同時期灌溉的影響外，適量灌溉對小麥的產(chǎn)量形成也非常重要。有研究指出，適量減少灌溉對穗數(shù)和穗粒數(shù)沒有影響，并且可以促進營養(yǎng)器官向生殖器官轉移干物質，從而增加粒重。胡夢蕓等也有類似研究結果，認為適度干旱可以誘導開花前營養(yǎng)器官干物質轉移到籽粒中，提高收獲指數(shù)和產(chǎn)量。銀敏華等研究表明，在抽穗期合理控水能夠去除無效分蘗，合理分配營養(yǎng)，促進產(chǎn)量提高。王 維等的研究也表明，從抽穗期開始合理控制水分，可以促進小麥莖鞘貯藏性糖向籽粒的運轉和籽粒充實，尤其是在由于前期施氮過多造成貪青的情況下更為明顯。相反，過量灌溉則會使前期營養(yǎng)生長過盛的小麥貪青晚熟而造成減產(chǎn)。

氮肥對小麥光合作用具有調節(jié)作用，也是促進小麥高產(chǎn)優(yōu)質的基礎。李升東等研究表明，黃淮海主要麥區(qū)的施氮量低于207 kg·hm時，隨著施氮量增加，小麥的產(chǎn)量構成因素均相應增加，株高、葉面積指數(shù)、干物質積累量和產(chǎn)量均隨著施氮量的增加而呈現(xiàn)先增后減的趨勢。過量施氮則會降低產(chǎn)量，這可能是由于分配到生殖器官的同化產(chǎn)物減少所致。且過量施氮會造成群體過大，影響穗部發(fā)育，限制穗粒數(shù)增加，降低粒重。說明大量施氮造成群體過大的情況下，雖然小麥分蘗數(shù)和成穗數(shù)增加，但往往不足以補償其他產(chǎn)量構成因素尤其是粒重降低造成的產(chǎn)量損失，從而造成減產(chǎn)。粒重之所以降低，可能因為施氮過多造成小麥灌漿期間出現(xiàn)“貪青”熟相，葉片等營養(yǎng)器官非正常衰亡，營養(yǎng)器官物質輸出過程落后于籽粒灌漿和物質積累過程，導致營養(yǎng)物質向籽粒的運轉緩慢，造成粒重增長緩慢。

上述產(chǎn)量不隨施氮量成比例增加的現(xiàn)象類似報酬遞減規(guī)律，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較為普遍。所以合理科學施氮至關重要。研究表明，適量增氮可提升高產(chǎn)小麥灌漿期光合效率，促進開花后氮素累積和運轉，增加開花后干物質積累量并向籽粒轉移，從而提高粒重和籽粒產(chǎn)量。宋明丹等研究表明，適量減氮至180 kg·hm可以增強小麥根系生產(chǎn)力，延長營養(yǎng)器官的功能期，通過葉面積指數(shù)和葉綠素含量的增加提升光合能力，實現(xiàn)增產(chǎn)。不同生育時期施氮有增加小麥產(chǎn)量的效果，以拔節(jié)期施氮的增產(chǎn)效果最為顯著。Liu等研究表明，合理施氮對提高土壤的儲水量有促進作用，可以通過間接提高水分利用率來提升產(chǎn)量。栗 麗等的研究也有類似結果，在一定干旱條件下施氮可以提高作物的抗旱性，緩解水分虧缺造成的產(chǎn)量降低。史力超等也認為，干旱條件下施氮對小麥生長以及干物質積累表現(xiàn)出明顯的促進作用。氮肥還能促進小麥根系利用土壤深層水分，達到“以肥調水”，提高產(chǎn)量的效果。

綜上所述，水分和氮肥的合理配置對于小麥產(chǎn)量形成至關重要。在一定范圍內，水氮處理對產(chǎn)量的正效應十分顯著，且二者有明顯的耦合效應。但是水分或施氮量超過一定范圍后，小麥產(chǎn)量不再增加甚至降低。灌溉對因施氮量不足造成的籽粒產(chǎn)量降低有一定的補償作用，但增加氮肥施用量對水分不足的補償效應并不顯著。張 娜等研究表明，在適宜范圍內的水氮合理運籌能有效提高小麥庫容量，使源庫間的物質運輸暢通，但水氮過量會造成源庫關系失調和產(chǎn)量降低。呂廣德等研究表明，全生育期灌溉1 800 m·hm、施氮180 kg·hm能夠有效提高小麥干物質積累量，并促進干物質和氮素向籽粒運輸，可獲得比傳統(tǒng)措施更高的水氮利用效率，增加籽粒產(chǎn)量?？梢?，確定適宜的灌水量和施氮量，充分利用其正向耦合效應，才能取得高產(chǎn)。如在河北平原小麥全生育期降水100 mm左右和中等肥力條件下，全生育期灌溉3次，施N 112.5～225 kg·hm；豐水年份和較高肥力下灌溉1或2次，相應地施N 225或112.5 kg·hm，均可以取得較理想的產(chǎn)量。

2 水氮處理對小麥水氮利用的影響

大田作物耗水主要由自然降水、灌溉水和土壤貯水組成。隨著灌溉量的增加，小麥總耗水量中來自降水和土壤貯水的比例逐漸減少，而灌溉水占總量的比例則逐漸增加。不合理的水氮管理即使能獲得較高的產(chǎn)量，但往往造成水氮利用效率低下，威脅農(nóng)田生態(tài)環(huán)境和地下水安全?？刂乒喔人渴撬指咝Ю玫幕A，是提高農(nóng)田生產(chǎn)力水平的關鍵。適度干旱脅迫有利于減少耗水量，提高水分利用效率。Eapen等認為，水分利用效率的提高是由于干旱誘導出的作物吸水補償效應在起作用。研究發(fā)現(xiàn)，在適量減灌的條件下增施氮肥可以提高水分利用效率，增強小麥利用土壤貯水的能力。Rasmussen等認為，這是因為增施氮肥促進了深層土壤中小麥根系的生長，增加了小麥對土壤深層水分的吸收。但也有研究表明，在干旱的情況下增施氮肥會加重對小麥的不利影響。張笑培等研究表明，在較低灌溉量下，低氮肥處理的水分利用效率、降水利用效率和灌溉水利用效率均高于高氮肥處理；而在較高灌溉量下，水分利用效率、降水利用效率和灌溉水利用效率隨施氮量的增加逐漸增加，而土壤水利用效率逐漸減小或者沒有顯著差異。另有多項研究也得到了類似結果。

氮肥利用效率低的問題普遍存在于我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大田主要作物的氮肥利用率只有33%，遠低于世界平均水平。適量減少水分供應可以提高作物累積氮素的能力，增加氮素利用效率，過度干旱和過量灌溉均不利于小麥對氮素的吸收利用。當灌溉量和灌溉次數(shù)增加時，營養(yǎng)器官開花前貯存的氮素運轉量減少，導致小麥吸收利用氮素的能力下降，氮素利用效率隨之降低。張 凱等研究表明，伴隨著施氮量的增加，小麥的氮素累積量呈現(xiàn)先增后減的趨勢，但是氮肥利用效率和偏生產(chǎn)力均顯著降低。小麥吸收氮素增多后會出現(xiàn)一定程度的浪費，因為氮素向籽粒轉運的效率降低。李瑞奇等研究表明，在黃淮海平原的限水灌溉條件下，240 kg·hm的施氮量可以保持較高的氮素利用效率。鄭雪嬌等的研究結果也表明，240 kg·hm施氮量的增產(chǎn)效果和水氮利用效率最高。周加森等研究表明，在河北省水肥一體化微噴灌的條件下，192 kg·hm氮肥施用量的水氮利用效率最高。

綜上所述，在目前黃淮海平原限水灌溉條件下，拔節(jié)期和抽穗揚花期灌溉2次，192～240 kg·hm的施氮量，可以實現(xiàn)較高的水分和氮素利用效率。但在高產(chǎn)麥田，不同降水年型條件下拔節(jié)期1次灌溉，可以獲得相當于2次灌溉處理86%～91%的籽粒產(chǎn)量，而且水分利用效率最高。

3 水氮處理對農(nóng)田土壤理化性質的影響

土壤中的氮素85%～90%為有機氮，只有通過礦化作用才能轉化為能被作物吸收利用的無機氮。適量施用氮肥可以有效提高農(nóng)田有機氮礦化能力。張 璐等研究表明，少量氮肥促進有機氮礦化，而過量氮肥則抑制礦化。作物吸收利用的主要無機氮是硝態(tài)氮，而硝態(tài)氮也是氮素淋失的主要形式。過量灌溉造成的硝態(tài)氮淋溶比過量施氮的作用更高。陳淑峰等研究表明，華北平原典型高產(chǎn)糧區(qū)山東桓臺縣地下水的硝態(tài)氮含量在2008年就達到了7.17 mg·L，對飲用水的安全構成威脅。灌溉量和土壤中硝態(tài)氮的淋溶顯著相關，當灌溉量減少30%的時候，淋溶的硝態(tài)氮量可以減少60%左右。因為硝態(tài)氮在土壤中是水溶性離子，水分會顯著影響土壤中氮素的有效性，所以硝態(tài)氮受灌溉的影響較大。雖然有研究表明，土壤表層的硝態(tài)氮含量最多，且隨著土層深度的增加而降低，但是淋溶作用導致硝態(tài)氮向根下深層土壤積聚，且在灌溉和施氮的作用下有逐年下探的趨勢。栗 麗等研究表明，隨著灌溉量的增加，土壤中氮素會以硝態(tài)氮的形式向下加速移動。其它研究也有類似結果。由于深層氮素被作物利用的效率明顯降低，75 cm以下已很難被利用，所以淋溶作用造成氮素大量流失。過量灌溉或者高降雨量相對于少量灌溉或者低降雨量并沒有顯著的增產(chǎn)，主要原因可能就是大量水分帶走了氮素，即淋溶作用所致。淋溶作用的發(fā)生與作物根系的吸收能力也有一定關系，當土壤中氮素含量遠遠高于作物的需求時，硝態(tài)氮的淋溶現(xiàn)象就必然出現(xiàn)。適量減灌可以減少小麥表層土壤根系生長，促進根系向深層分布并利用土壤深層的水分和氮素，減少淋溶作用的發(fā)生。并且一定程度的限量灌溉可以減少水分對表層土壤硝態(tài)氮的淋溶，有利于作物的吸收利用。

土壤微生物量碳、氮形態(tài)易變，可以與土壤中碳、氮互相轉化，是反映土壤肥力的重要指標。仇少君等研究表明，適量施氮能夠有效增加土壤微生物氮，但過量則會降低微生物氮含量。氮肥施用后主要對深度0～1 m的土層硝態(tài)氮影響顯著。安志超等研究表明，長期施氮處理顯著影響土壤的有機質、全氮含量、碳氮比和容重，但對pH的作用并不顯著。Zhong等研究也表明，不同氮肥處理的0～20 cm表層土壤pH值沒有顯著差異。然而Malhi等研究表明，氮肥施用會顯著影響土壤pH值，造成土壤酸化和板結。灌溉也有降低土壤pH的作用，可能是因為水分溶解了大量硝酸鹽。而Zhang等的研究認為，灌溉降低了土壤的氧含量，從而促進了反硝化過程，最終增加了土壤的pH。由此看來，水氮措施對土壤pH的影響在不同報道中有較大差異，可能與土壤原來的pH、施用氮素的形態(tài)和灌溉水質等因素有關。

較長期的不同施氮措施對土壤理化特性的影響及就此帶來的對小麥產(chǎn)量的影響，與當年施氮的影響相似。彭正萍等在農(nóng)民習慣施N 285 kg·hm的基礎上分別減施N到225 kg·hm和180 kg·hm，2年之后小麥產(chǎn)量仍高于農(nóng)民習慣施肥，但氮素的表觀損失大幅度降低，利用效率提高。青島農(nóng)業(yè)大學對近30年長期定位施肥小麥的研究表明，小麥的光合特性、旗葉衰老特性、根系衰老特性和產(chǎn)量表現(xiàn)都是施氮優(yōu)于不施氮，有機肥或有機肥與無機氮配施處理優(yōu)于單施無機氮肥，與當年施肥處理的結果相同。李雁鳴等在30余年長期定位施肥的小麥研究中發(fā)現(xiàn)，長期施肥措施對小麥籽粒品質的影響不如對籽粒產(chǎn)量的影響明顯，也不如當季施肥的影響明顯。這些長期定位施肥試驗的共同結論是，長期單施氮肥雖然比不施肥產(chǎn)量高，但增產(chǎn)不明顯。Peng等在河北省7個小麥主產(chǎn)市的28個樣點進行比較發(fā)現(xiàn)，與中低產(chǎn)區(qū)比，高產(chǎn)麥區(qū)土壤pH低0.02～0.05，不同層次土壤有機質高8.85%～21.97%，主要有效養(yǎng)分也不同程度提高，但平均施氮量反而低31.5 kg·hm，說明僅靠長期提高施氮量不能提高土壤肥力，也不能保證持續(xù)高產(chǎn)，而要結合其他必需養(yǎng)分的施用及其他農(nóng)藝措施。

4 水氮處理對農(nóng)田土壤微生物群落的影響

由于小麥對氮素和水分的高吸收能力，集約化種植可能會影響土壤微生物群落的結構和組成，并進一步影響土壤肥力和小麥生產(chǎn)力。因此，研究施氮和灌溉對土壤微生物數(shù)量、多樣性和群落結構的影響具有重要意義。微生物群落是土壤的重要組成部分，直接參與土壤營養(yǎng)循環(huán)、能量流動和有機物降解，在維持土壤生態(tài)功能方面發(fā)揮著重要作用，是評價土壤健康和質量的重要指標。土壤微生物群落對土壤變化非常敏感，土地耕作和灌溉等措施都對其有一定的干擾作用。保持土壤微生物群落的復雜性和多樣性對于維持土壤肥力至關重要，因為土壤微生物介導碳和氮的生物化學循環(huán)，同時也是植物養(yǎng)分的重要儲存庫。施肥和灌溉作為主要農(nóng)業(yè)管理措施，也會影響土壤微生物群落。He等報道，長期施肥改變了土壤pH值、總碳、總氮和有效磷，這可能導致微生物群落發(fā)生顯著變化。然而，楊亞冬等發(fā)現(xiàn)，施肥對改變土壤細菌群落的組成和結構并沒有顯著的作用，對細菌多樣性的影響也不顯著，因為施肥只增加了有機碳的含量，并不影響土壤的pH值。

研究發(fā)現(xiàn)，施氮可以緩解植物對土壤的負效應，氮的利用率在很大程度上影響微生物群落。Zeng等研究發(fā)現(xiàn)，施氮后土壤群落結構發(fā)生變化，細菌多樣性下降。Fierer等發(fā)現(xiàn)，施氮直接或間接導致土壤主要微生物生長方式發(fā)生改變，這有利于形成更活躍和共生營養(yǎng)的微生物群落。灌溉措施也影響土壤微生物的數(shù)量、群落結構和多樣性。Yuan等發(fā)現(xiàn)，灌溉水類型對土壤微生物群落結構的影響大于氮肥處理。土壤含水量通過影響土壤養(yǎng)分的運輸、基質有效性和土壤性質來改變土壤微生物群落的組成和活性。當干旱發(fā)生時，土壤有機碳的含量減少，從而改變土壤微生物的群落結構。Bai等發(fā)現(xiàn)，適度灌溉，特別是在抽穗期、開花期和成熟期灌溉，可以促進玉米生長，并提高相關根際微生物的多樣性和活性，細菌群落的豐富度和均勻度隨土壤相對含水量的增加而增加。土壤氮素的有效性對微生物非常重要，土壤微生物主導的土壤有機質分解、礦化和生物固氮等生理過程都受到氮素和水分有效性的影響。綜上所述，水氮有效性對土壤微生物群落和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能的影響具有明顯的互作效應。這與水氮處理對小麥產(chǎn)量的效應在某種程度上是一致的。黃媛媛等分析了生物有機肥與不同比例減施化肥的多個處理的麥田土壤，發(fā)現(xiàn)其較常規(guī)化肥處理的麥田土壤微生物多樣性增加，可培養(yǎng)微生物總量、細菌和真菌數(shù)量都升高，同時小麥顯著增產(chǎn)。土壤微生物對小麥生產(chǎn)有積極的促進作用，主要是因為其有影響土壤養(yǎng)分循環(huán)的重要代謝功能，通過礦化有機質可以為小麥生長提供養(yǎng)分。

土壤細菌在自然生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的分布已被廣泛研究，因為細菌的多樣性和活性被認為比其他微生物群落對土壤環(huán)境變化(如pH值、有機碳和全氮)更敏感，可以反映土壤肥力的高低。近些年，分子測序技術發(fā)展迅速，高通量測序技術在土壤微生物多樣性研究中的應用越發(fā)廣泛，由于深度測序和數(shù)據(jù)量大的優(yōu)點，使其成為研究微生物群落多樣性的主要技術手段。在今后的研究中，應將高通量測序技術和傳統(tǒng)栽培學相結合，綜合發(fā)揮各自優(yōu)勢以開展相關研究。

5 水氮處理對農(nóng)田土壤酶活性的影響

土壤酶是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的成分之一，是土壤中各種生化反應的催化劑，主要參與養(yǎng)分的循環(huán)與轉化，其活性高低決定土壤肥力的好壞。受不同地理位置的生態(tài)環(huán)境、作物種類、氣候條件和土壤類型的巨大差異的影響，不同地區(qū)的土壤酶對灌水和施氮的響應存在顯著差異。施氮可通過改善土壤理化性質、微生物活性和作物根系環(huán)境而影響土壤酶活性。鄭斯尹等研究發(fā)現(xiàn)，施氮可以顯著增加土壤酶活性，且土壤酶活性在玉米的生育時期內呈現(xiàn)先升后降的趨勢。水分對土壤酶活性的影響主要通過2個方面起作用，第一是對微生物的調節(jié)，第二就是水分造成的土壤厭氧環(huán)境，酶活性的變化是二者相互作用的結果。田幼華等研究表明，土壤酶活性隨水分的增加而提高。但周芙蓉等研究發(fā)現(xiàn)，一定程度的干旱可以提高酶活性。有多項研究發(fā)現(xiàn)，不同施氮處理的土壤酶活性隨著土層的加深而下降，這可能是因為深層土壤中作物根系減少，有機質含量、動物和微生物數(shù)量同樣減少，所以酶的合成量也隨之降低。

過氧化氫酶受土壤水肥條件和過氧化氫含量影響，其活性越高說明土壤氧化能力越強。Hussain等研究表明，過氧化氫酶是參與土壤干旱脅迫的重要酶，當土壤水分匱乏時，其活性會應激升高。蛋白酶對土壤中作物可以吸收利用的有效氮的含量起決定作用，其活性可以反映土壤供氮能力。研究表明，隨著灌溉量的降低，土壤蛋白酶的活性隨之下降。但閆鐘清等研究發(fā)現(xiàn)，草地土壤蛋白酶的活性隨著灌溉量的增加而下降。小麥田土壤脲酶的作用主要是促進土壤有機氮轉化為有效氮和土壤無機氮。在小麥拔節(jié)期土壤脲酶活性最高，主要原因是土壤中尿素水平較高，且春季回暖后促進了根系分泌物增多；從小麥開花期到成熟期，土壤脲酶活性逐漸下降。土壤硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的主要作用是將土壤中的硝態(tài)氮還原為氨，其活性高低決定了土壤氮素轉化作用的強弱。閆鐘清等研究發(fā)現(xiàn)，施氮會降低土壤亞硝酸還原酶的活性。謝英荷等研究表明，在施氮0～195 kg·hm的范圍內，小麥田土壤脲酶的活性隨施氮量的增加而提高，而不同施氮量之間的過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性差異不顯著，施氮處理的3種酶活性均高于不施氮處理。郭天財?shù)妊芯勘砻?，施氮量?～180 kg·hm的范圍內，小麥田土壤脲酶和過氧化氫酶的活性較高。過量灌溉會使土壤脲酶、過氧化氫酶和堿性磷酸酶的活性降低。但灌溉顯著增強了草原表層土壤的N-乙酰氨基酶、亮氨酸酶和堿性磷酸酶的活性。Henry等研究發(fā)現(xiàn)，灌溉增加了酚氧化酶和過氧化物酶的活性，但是水解酶活性下降，并認為由灌溉引起的植物根生物量減少是水解酶活性下降的原因。Yang等研究表明，增加施氮量會引起與碳循環(huán)有關的水解酶活性的提高。水氮處理對土壤酶活性的影響與其對小麥產(chǎn)量的影響有某種程度的一致性。黃媛媛等分析了生物有機肥與不同比例減施化肥的多個處理的麥田土壤，發(fā)現(xiàn)其比常規(guī)化肥處理的麥田土壤堿性磷酸酶、脲酶和纖維素酶活性顯著提高，小麥顯著增產(chǎn)。樊 軍等研究表明，長期施肥使耕作層土壤的幾種酶活性明顯增強，改變了養(yǎng)分的形態(tài)，使小麥提高了對肥料外的土壤氮素等養(yǎng)分的利用效率。

綜上所述，關于土壤酶活性的變化規(guī)律及其對水分和施氮的響應已經(jīng)有較多研究，但有關水氮措施對小麥田土壤酶活性的影響規(guī)律研究尚不夠深入。今后應加強麥田土壤酶活性對水氮措施的響應規(guī)律及其與小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量形成關系的研究。

6 水氮處理對農(nóng)田土壤N2O排放的影響

NO是主要溫室氣體之一。自18世紀中葉以來，大氣中的NO質量濃度增加了將近20%。最近20年研究結果顯示，全球NO平均排放量已經(jīng)達到了17 Tg N·a。由于氮肥大量施入，農(nóng)田已成為NO的主要排放源，占總排放量的80%左右。土壤的NO排放受氣候條件、作物生長、土壤性質和農(nóng)田管理措施等因素影響，由一系列復雜的生化過程共同完成。NO的產(chǎn)生主要依靠微生物介導的硝化和反硝化過程，并且受土壤氮含量、溫濕度、含氧量和pH的影響。但是較多研究表明，農(nóng)田NO的排放以反硝化作用為主。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的管理措施，如灌溉和施肥，是產(chǎn)生NO污染的重要來源之一。

通過調控灌溉可以緩解NO的排放，是重要的減排管理措施。水分主要通過改變土壤的通氣性、養(yǎng)分的運輸和微生物的活性來改變產(chǎn)生NO的硝化和反硝化過程。王泳斌等研究表明，NO通量與土壤含水量呈顯著負相關。隨著水分含量的提高，土壤中硝化過程會受到抑制，反硝化過程占主導，且以生成N為主，阻礙了NO的擴散和排放。而王改玲等研究表明，NO的排放通量與土壤含水量的關系在不同土壤含水量時有所不同，當水分含量由20%充水孔隙度增加到40%時，NO排放最快；水分含量增加到60%充水孔隙度時，硝化反應速度略有降低，NO排放減緩。Smith等研究表明，NO在土壤孔隙含水率45%～75%的范圍內排放能力最強。王冠欽等在青藏高原的研究也表明，NO排放與土壤水分含量呈正相關。土壤含水量在90%～100%的范圍內時，NO有最大的排放量。土壤排放NO通量的改變對水分增加的響應十分迅速，數(shù)小時內可以升高到最大排放量，且這一排放高峰可能會持續(xù)數(shù)天。土壤環(huán)境以厭氧為主時，反硝化速率顯著增強。Yan等研究表明，施肥后如果沒有及時灌溉，農(nóng)田NO排放量不會顯著增強。綜上所述，土壤水分含量顯著影響NO的排放量，且對施肥的效應起到調控作用。

7 展 望

綜上所述，國內外學者在灌溉和施氮對小麥產(chǎn)量形成和土壤肥力的影響方面取得了很多重要成果。所有結果基本都可以證明合理運籌水分和氮肥的重要性。作為小麥生長發(fā)育的關鍵要素，全方面多角度深入分析水氮互作對小麥水氮運轉利用和產(chǎn)量形成的作用并加以合理利用，可有效提高小麥的水氮利用效率，維持較高的土壤微生物和土壤酶活性，在保證高產(chǎn)優(yōu)質高效的前提下，將NO排放及其它環(huán)境污染降至最低。水資源短缺將是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中長期存在的重要限制因素，減少氮素投入是實現(xiàn)作物高效生產(chǎn)和減少對環(huán)境負面影響的最大技術需求。目前，相關研究仍主要集中在水氮在小麥植株和土壤中的轉移代謝利用、小麥農(nóng)藝性狀和土壤肥力形成的影響等方面，而關于其內在的基本機制研究仍然較少。在今后的研究中應注重以下幾個方面：(1)運用分子生物學的方法，從微觀層面對水氮運用的生理機制進行分析，與傳統(tǒng)栽培學方法相結合，以獲得更加詳實的信息。(2)發(fā)揮智慧農(nóng)業(yè)的作用，依托遙感影像和監(jiān)測模型，實現(xiàn)小麥生長各項生理指標動態(tài)的實時無損監(jiān)測，為水氮合理運籌提供數(shù)據(jù)支持。(3)開展水氮作用對環(huán)境持續(xù)影響方面的研究，以長期水氮定位試驗為基礎，深入分析農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境在數(shù)十年中的變化過程及其機理，科學量化長期的水氮策略，為小麥生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。