黃志僖，施運(yùn)鋒，宋世浩，趙 營，暴釗辰，劉 亮，馬保國

（1.河北工程大學(xué)水利水電學(xué)院，河北 邯鄲 056002；2.河北省智慧水利重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 邯鄲 056002；3.邯鄲市永年區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北 邯鄲 057150）

0 引 言

我國農(nóng)業(yè)用水占全國總用水量的70%左右，其中灌溉用水量3 600～3 800 億m3，占農(nóng)業(yè)用水量的90%左右[1]，水資源短缺是我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)面臨的重大挑戰(zhàn)，尤其是我國北方地區(qū)缺水嚴(yán)重[2,3]。冬小麥傳統(tǒng)的灌溉方式為漫灌和噴灌，水地多采用漫灌，不僅造成水分流失，還會(huì)使土壤板結(jié)，也會(huì)導(dǎo)致氮素淋失，造成面源污染[4,5]。漫灌對(duì)水資源的利用效率低，用水浪費(fèi)嚴(yán)重，開展農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)研究，通過合理的灌溉方式、灌水時(shí)間，提高小麥的水分利用率，實(shí)現(xiàn)小麥的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和節(jié)水是目前所需解決的關(guān)鍵性問題[6,7]。

小麥?zhǔn)俏覈顬橹匾募Z食作物之一，其產(chǎn)量受土壤肥力和所處的氣候條件及人為管理措施等因素綜合影響[8,9]，其中施肥是提高產(chǎn)量的主要人為手段，受到廣泛關(guān)注[10-12]。氮肥可使小麥根冠發(fā)育良好，提高根系活力，增強(qiáng)作物吸水能力，從而增加籽粒的產(chǎn)量，提高水分利用率[13]。磷肥可以提高小麥的光合速率，增加灌漿，還可提高根系比表面積，降低根系呼吸速率，促進(jìn)根系對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)和水分的利用，提高抗旱性[14]。鉀肥在小麥的葉綠素合成，光合產(chǎn)物運(yùn)輸和相關(guān)酶活性等方面發(fā)揮重要作用[15]。國內(nèi)外許多研究[16,17]表明，化肥對(duì)于提高作物產(chǎn)量具有顯著作用，但由于肥料的種類，肥料的配比等技術(shù)問題導(dǎo)致了化肥利用率低，造成了一定程度的浪費(fèi)，更為嚴(yán)重的是化肥過量施用還會(huì)造成土壤污染和水環(huán)境污染[18,19]。在保證冬小麥優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)的前提下，降低肥料的施用量，提高肥料的吸收利用效率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展是亟待解決的問題[20-22]。李瑩瑩[23]研究了氮磷鉀不同配施比例對(duì)冬小麥的影響；辛琪[24]研究了不同灌溉方式對(duì)冬小麥的影響；閆世程[25]研究了冬小麥滴灌施肥高效利用機(jī)制；張帆[26]研究了不同灌溉施肥模式對(duì)麥田水肥利用的影響。前人研究大多基于施肥或者灌溉方式單一因素對(duì)冬小麥生長發(fā)育及水肥利用效率的影響，施肥方式多為氮、磷和鉀肥配施比例不同，本研究將不施肥、缺氮肥、缺磷肥、缺鉀肥和氮磷鉀配施5個(gè)施肥處理與灌溉方式結(jié)合，采用大田試驗(yàn)，研究滴灌水肥耦合與漫灌下不同肥料缺施對(duì)冬小麥的生長、產(chǎn)量以及水分和養(yǎng)分效率的影響，研究結(jié)果為冬小麥種植實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)水及提高水肥利用效率提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020年10月至2021年6月在河北省邯鄲市永年區(qū)前六星村（北緯36°44′9″，東經(jīng)114°36′0″）試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)如圖1所示，位于半濕潤半干旱地區(qū)，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。冬天寒冷干燥，春天多風(fēng)多雨，秋天天高氣爽，夏天高溫多雨。多年來的年平均降雨量為527.8 mm，年平均氣溫14 ℃，最冷月（1月）平均氣溫-2.5 ℃，最低氣溫-20 ℃，最熱月（7月）平均氣溫27 ℃，最高氣溫42.5 ℃，年無霜期200 d，年日照時(shí)間2 557 h。試驗(yàn)地播種前耕層土壤為褐土，土壤質(zhì)地為輕壤土，理化性質(zhì)見表1。試驗(yàn)期間冬小麥生育期內(nèi)總降雨量為110.4 mm。

圖1 研究區(qū)域Fig.1 Study area

表1 供試土壤理化性質(zhì)Tab.1 Physical and chemical properties of the tested soil

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)小區(qū)分塊布置，每個(gè)小區(qū)面積為8 m×7.5 m，小區(qū)布置圖如圖2所示。試驗(yàn)設(shè)有兩種灌溉方式，滴灌（1）和漫灌（2）；5 個(gè)不同施肥處理：I、空白對(duì)照(CK）；II、配方無N 施肥（PK）；III、配方無P 施肥（NK)；IV、配方無K 施肥（NP）；V、配方施肥（NPK）；每個(gè)處理重復(fù)3 次試驗(yàn)，各試驗(yàn)小區(qū)施肥方案見表2。試驗(yàn)小麥品種為龍麥6 號(hào)，播種日期為2020年10月22日，播種量為225 kg/hm2，行距為25 cm，播種方式為撒播，收獲日期為2021年6月16日。整個(gè)生育期內(nèi)只在小麥拔節(jié)后期灌一次水結(jié)合追施氮肥，滴灌采用淺埋式滴灌，水肥耦合，滴灌帶行距為60 cm，針口間距為10 cm，滴灌灌水量為630 m3/hm2，漫灌灌水量為980 m3/hm2。

圖2 試驗(yàn)布置圖Fig.2 Test layout

表2 不同處理施肥方案Tab.2 Different fertilization schemes

1.3 測定項(xiàng)目與方法

（1）株高：用卷尺測量莖基部至頂端的長度。

（2）葉綠素：用SPAD-502葉綠素儀測定。

（3）產(chǎn)量及其構(gòu)成因素：在成熟期，在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)避開邊界，隨機(jī)選取3 個(gè)1 m 長樣段內(nèi)的全部植株，選取穗粒數(shù)大于5粒的麥穗后調(diào)查有效成穗數(shù)與每穗粒數(shù)，取平均值分別作為成穗數(shù)和每穗粒數(shù)；各處理選調(diào)查取樣之外的3個(gè)1 m2的樣方，風(fēng)干后脫粒稱取籽粒質(zhì)量，籽粒產(chǎn)量為3次稱量的平均值；每小區(qū)數(shù)1000粒稱質(zhì)量，重復(fù)3次取平均值作為千粒重。

（4）田間總耗水量（mm）=播種時(shí)土壤貯水量+生育期灌水量+有效降水量-收獲期土壤貯水量。

（5）水分利用率（kg/(hm2·mm)）=籽粒產(chǎn)量/作物耗水量。

（6）肥料偏生產(chǎn)力計(jì)算公式為：

式中：PFP為肥料偏生產(chǎn)力，kg/kg；Y為施用某一特定肥料的籽粒產(chǎn)量，kg/hm2；F為特定肥料的折純施用量，kg/hm2。

（7）N（P、K）肥表觀利用率（%）=（施N（P、K）區(qū)地上部吸N（P、K）量-不施N（P、K）區(qū)地上部吸N（P、K）量）/N（P、K）折純施用量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 26.0 數(shù)據(jù)分析并進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，Origin 2018軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉下氮磷鉀缺施對(duì)冬小麥株高和葉綠素的影響

如圖3所示，在冬小麥拔節(jié)期，滴灌處理的株高整體高于漫灌。滴灌下不同施肥處理的株高生長差異不顯著，NPK1 最大，CK1 最小。漫灌下PK2、NP2 與NPK2 之間差異不顯著，但CK2 和NK2 較NPK2 顯著降低，分別降低了12.47% 和7.92%。在開花期，PK1、NK1和NP1的株高較NPK1降低，但差異不顯著，CK1較NPK1降低了14.12%，且二者具有顯著差異。漫灌下CK2、PK2、NK2 和NP2 株高較NPK2 降低，但差異不顯著。在成熟期，滴灌處理的冬小麥株高整體高于漫灌處理。CK1 和NK1 的株高顯著低于NPK1 處理，較NPK1 分別降低了9.36%和7.11%。漫灌下，PK2、NK2和NP2較NPK2降低，但差異不顯著，CK2較NPK2顯著降低了7.07%。

圖3 不同處理株高和葉綠素含量變化Fig.3 Changes in plant height and chlorophyll content of different treatments

在拔節(jié)期，CK1、NK1 和NP1 葉綠素含量較NPK1 顯著降低，分別降低了9.15%、12.59%和7.80%，PK1 小于NPK1，但二者差異不顯著。漫灌下NPK2 的葉綠素含量最高，PK2、NK2 和NP2 較NPK2 降低，但無顯著差異，CK2 較NPK2 降低了12.70%，且差異性顯著。在開花期，漫灌各處理的葉綠素含量整體高于滴灌處理。滴灌下不同施肥處理葉綠素含量無顯著差異，CK2、NK2、NP2 和NPK2 間葉綠素含量差異不顯著?？傮w來看，相對(duì)于NPK 配施，缺氮、缺磷和缺鉀的冬小麥株高和葉綠素含量有所降低，但差異不顯著，不施肥株高和葉綠素含量顯著降低。

2.2 不同灌溉下氮磷鉀缺施對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響

不同灌溉與施肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響見表3，相同施肥條件下，滴灌的成穗數(shù)大于漫灌處理。在滴灌和漫灌下，PK、NK 和NP 的成穗數(shù)均較NPK 降低，但無顯著差異，CK 較NPK顯著降低，滴灌下降低了25.78%，漫灌下降低了28.72%。滴灌不同施肥處理下穗粒數(shù)差異不顯著，漫灌下PK2、NK2、NP2 和NPK2 穗粒數(shù)無顯著差異，CK2 較NPK2 降低了6.96%，二者差異顯著。相比于NPK1，CK1、PK1、NK1 和NP1 的千粒重顯著降低，分別降低了8.31%、7.58%、9.31%和3.11%。CK2、PK2、NK2 和NP2 的千粒重較NPK2 顯著降低，分別降低了2.08%、2.22%、3.04%和2.51%。不同灌溉與施肥處理對(duì)冬小麥的籽粒產(chǎn)量影響差異顯著，在CK、PK和NPK施肥條件下，滴灌的籽粒產(chǎn)量較漫灌顯著增加，分別增加了12.40%、6.49%和5.12%。滴灌下籽粒產(chǎn)量大小為NPK1＞PK1＞NP1＞NK1＞CK1，CK1、PK1、NK1 和NP1 較NPK1 降低，分別降低了30.71%、3.75%、16.74%和10.66%，CK1、NK1、NP1 和NPK1 有顯著差異。漫灌下籽粒產(chǎn)量大小為NPK2＞PK2＞NP2＞NK2＞CK2，CK2、PK2、NK2 和NP2 較NPK2 顯著降低，分別降低了35.20%、4.99%、10.28%和8.28%?？傮w來看，相對(duì)于NPK 配施，缺氮、缺磷和缺鉀的成穗數(shù)和穗粒數(shù)差異不顯著，不施肥成穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著降低。缺氮、缺磷和缺鉀以及不施肥冬小麥千粒重顯著降低。缺氮、缺磷和缺鉀以及不施肥冬小麥籽粒產(chǎn)量顯著降低，降幅為不施肥＞缺磷＞缺鉀＞缺氮。

表3 不同處理對(duì)冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Tab.3 Effects of different treatments on yield and yield components of winter wheat

2.3 不同灌溉下氮磷鉀缺施對(duì)水分利用效率的影響

不同處理對(duì)水分利用效率的影響見圖4，在冬小麥生育期，灌溉方式相同時(shí)，各處理間的總耗水量并無顯著差異，施肥方式相同時(shí)滴灌與漫灌的總耗水量也無顯著差異。雖然不同處理間的耗水量差異不大，但是水分利用效率卻有顯著差異，主要因?yàn)椴煌┓侍幚淼淖蚜．a(chǎn)量差異性顯著。滴灌條件下，不同施肥處理的水分利用效率大小為NPK1＞PK1＞NP1＞NK1＞CK1，相較于NPK1，PK1、NP1、NK1 和CK1 的水分利用效率分別顯著降低了7.67%、13.44%、21.54%和36.67%。漫灌下，水分利用效率大小為NPK2＞PK2＞NP2＞NK2＞CK2，相比于NPK2，PK2、NP2、NK2 和CK2 顯著降低，分別降低了9.59%、12.02%、12.98%和39.97%。施肥方式相同時(shí)，滴灌的水分利用效率高于漫灌，較漫灌提升0.78%～17.92%?？傮w來看，相比于NPK 配施，缺氮、缺磷和缺鉀以及不施肥水分利用效率顯著降低，降幅為不施肥＞缺磷＞缺鉀＞缺氮。

圖4 不同處理對(duì)總耗水量和WUE的影響Fig.4 Effect of different treatments on total water consumption and WUE

2.4 不同灌溉下氮磷鉀缺施對(duì)肥料利用率的影響

由表4可知，養(yǎng)分的吸收量表現(xiàn)為N＞K2O＞P2O5，且均以NPK 處理最大。滴灌和漫灌下，氮素吸收量大小為NPK＞NP＞NK＞PK＞CK，磷素吸收量大小為NPK＞NP＞PK＞NK＞CK，鉀素吸收量大小為NPK＞NK＞PK＞NP＞CK。滴灌條件下，NPK1 的氮表觀利用率最高，為32.53%，NK1 和NP1 較NPK1分別顯著降低51.21%和36.06%；PK1和NP1的磷表觀利用率較NPK1 分別顯著降低24.17%和14.51%；PK1 和NK1 的鉀表觀利用率較NPK1 分別顯著降低74.53%和31.35%。漫灌條件下，NK2 和NP2 的氮表觀利用率較NPK2 分別降低了45.47%和23.18%，NK2 與NPK2 差異顯著，NP2 與NPK2 無顯著差異；PK2 和NP2 的磷表觀利用率較NPK2 分別降低了19.36%和12.21%；PK2 和NK2 的鉀表觀利用率較NPK2 分別降低了27.81%和15.89%。

表4 不同處理對(duì)肥料利用效率的影響Tab.4 Effects of different treatments on fertilizer use efficiency

滴灌條件下，NK1 和NP1 的氮偏生產(chǎn)力較NPK1 分別顯著降低16.74%和10.66%；PK1 和NP1 的磷偏生產(chǎn)力較NPK1 分別降低了3.75%和10.66%，PK1 與NPK1 差異不顯著，NP1 與NPK1 有顯著差異；PK1 和NK1 的鉀偏生產(chǎn)力較NPK1 分別降低了3.75%和16.74%。漫灌條件下，NK2 和NP2 的氮偏生產(chǎn)力較NPK2 顯著降低，分別降低了10.27%和9.09%；PK2 和NP2 的磷偏生產(chǎn)力較NPK1 顯著降低，分別降低了4.99%和8.28%；PK2 和NK2 的鉀偏生產(chǎn)力較NPK2 分別降低了4.99%和10.29%，PK2 與NPK2 差異不顯著，NK2 與NPK2 有顯著差異?？傮w來看，氮、磷、鉀肥其中一種的缺施都會(huì)降低其他兩種肥料的表觀利用率和偏生產(chǎn)力。

3 討 論

目前已有的施肥處理對(duì)冬小麥及肥料利用率影響的研究大多是氮、磷和鉀肥配施比例不同，本次試驗(yàn)的施肥方式為不施肥、缺氮肥、缺磷肥、缺鉀肥和氮磷鉀肥配施，在滴灌水肥耦合和漫灌下，分析氮磷鉀缺施對(duì)冬小麥生長、產(chǎn)量及水肥利用效率的影響，得出優(yōu)質(zhì)高效的灌溉施肥制度。結(jié)果顯示不同灌溉下氮、磷、鉀肥缺施對(duì)冬小麥的成穗數(shù)和穗粒數(shù)沒有顯著影響，但是會(huì)顯著降低冬小麥的千粒重與籽粒產(chǎn)量，這與李永騰等[27]的研究結(jié)果一致。缺氮肥的產(chǎn)量僅次于NPK配施，大于缺磷和缺鉀肥處理，這與前人研究[28]氮肥缺施導(dǎo)致作物減產(chǎn)幅度大于磷肥和鉀肥缺施結(jié)論不一致，這可能是因?yàn)樵谕寥浪植蛔銜r(shí)，施氮肥使作物初期耗水量增加，引起后期更嚴(yán)重的缺水，導(dǎo)致作物減產(chǎn)幅度大于不施氮肥處理，而NPK 配施合理的施肥卻不會(huì)造成冬小麥減產(chǎn)，也可能與氮磷鉀施肥量及土壤氮磷鉀的豐缺程度有關(guān)。周順利[29]的研究結(jié)果也表明，在高產(chǎn)地塊，氮肥對(duì)冬小麥的增產(chǎn)增效作用減弱。在不施氮肥的情況下，不同品種的冬小麥產(chǎn)量依然較高；品種間對(duì)氮肥的響應(yīng)有差異，大多品種在施氮量為180 kg/hm2時(shí)獲得最高產(chǎn)量，進(jìn)一步追施氮肥用量，產(chǎn)量增加作用下降。在相同的施肥處理下，滴灌的水分利用效率要高于漫灌，而在灌溉方式一樣時(shí)，缺氮、磷和鉀肥與氮磷鉀配施相比水分利用效率均降低，這與冉圓圓等[30]的研究結(jié)論一致。此次試驗(yàn)，滴灌比漫灌節(jié)水35.71%，這與陳靜[31]研究顯示華北地區(qū)采用滴灌比漫灌節(jié)水40%結(jié)果相近，在保證產(chǎn)量不減的同時(shí)，有效節(jié)約了水資源，緩解了用水緊張壓力。

植物體內(nèi)的養(yǎng)分濃度、收獲產(chǎn)品中養(yǎng)分在籽粒和秸稈中的分配比等參數(shù)不同程度地受施肥或植株生長狀況的影響[32]。試驗(yàn)結(jié)果表明，N 的養(yǎng)分吸收量要大于P2O5和K2O，施肥時(shí)氮肥的施用量最多，這與李瑩瑩[23]的研究結(jié)論基本一致。滴灌與漫灌NPK 配施處理下，肥料表觀利用率大小均表現(xiàn)為鉀肥＞氮肥＞磷肥，這與尹煥麗等[33]研究氮磷鉀肥優(yōu)化配施對(duì)冬小麥肥料利用率的結(jié)果一致。滴灌下缺施氮肥會(huì)降低磷和鉀素的表觀利用率，對(duì)磷和鉀素的偏生產(chǎn)力影響不顯著；缺施磷肥會(huì)降低氮和鉀素的表觀利用率與偏生產(chǎn)力；缺施鉀肥會(huì)降低氮和磷素的表觀利用率與偏生產(chǎn)力。漫灌下缺施氮肥會(huì)降低磷和鉀素的表觀利用率與氮素的偏生產(chǎn)力，對(duì)磷素的偏生產(chǎn)力影響不顯著；缺施磷肥會(huì)降低氮素的表觀利用率，對(duì)鉀素的表觀利用率影響不大，會(huì)降低氮素和鉀素的偏生產(chǎn)力；缺施鉀肥對(duì)氮和磷素的表觀利用率影響不顯著，會(huì)降低氮和磷素的偏生產(chǎn)力。這與韓冰等[34]的研究結(jié)果基本一致。本試驗(yàn)研究了不同灌溉方式下氮磷鉀缺施對(duì)冬小麥一個(gè)生育周期的影響，對(duì)于多年的影響還有待研究，進(jìn)一步優(yōu)化施肥配方。

4 結(jié) 論

（1）相對(duì)于NPK 配施，缺氮、缺磷和缺鉀的冬小麥株高和葉綠素含量有所降低，但差異不顯著，不施肥株高和葉綠素含量顯著降低。

（2）滴灌條件下不施肥、缺氮、缺磷和缺鉀的冬小麥產(chǎn)量較NPK配施分別降低了30.71%、3.75%、16.74%和10.66%，漫灌條件下不施肥、缺氮、缺磷和缺鉀處理冬小麥產(chǎn)量較NPK配施分別降低了35.20%、4.99%、10.28%和8.28%。

（3）滴灌條件下，相比于NPK 配施，缺氮、缺磷、缺鉀和不施肥處理水分利用效率分別降低了7.67%、13.44%、21.54%和36.67%，漫灌條件下缺氮、缺磷、缺鉀和不施肥處理較NPK配施分別降低了9.59%、12.02%、12.98%和39.97%。

（4）氮、磷、鉀肥其中一種的缺施都會(huì)降低其他兩種肥料的表觀利用率和偏生產(chǎn)力。