水肥耦合改善我國糧食主產區作物產量與品質的研究進展

石艷紅

摘 要 肥料及水分是農業生產中影響主產區作物生長狀況的重要環境因子，水肥耦合是改善我國糧食主產區作物產量與品質的重要途徑。研究在分析水肥耦合概念及原理的基礎上，探究了水肥耦合效應對作物生長發育的影響。水分與肥料相互作用、相互制約，在作物生長發育過程中體現出明顯的耦合作用。基于此，分析了水肥耦合改善我國糧食主產區作物產量與品質的進展，以期為提高我國糧食作物的產量提供參考。

關鍵詞 水肥耦合；糧食主產區作物；產量

中圖分類號：S31 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.17.072

研究顯示，我國水資源總量僅為世界6%，人均持水量少，僅為世界平均水平的1/4。當前，我國大部分農業生產方式仍為粗放型、資源消耗性，對水資源、肥料消耗較大，資源浪費現象嚴重。我國北方旱作農田存在水分虧缺、肥力低下的問題，而南方則普遍表現為水資源浪費嚴重、化肥用量過高。水肥耦合的研究為肥料、水分的合理利用提供了有效的參考，對于環境保護、資源節約具有重要的意義。

1 水肥耦合原理

國內學者立足于以往學者研究的基礎上，對水肥耦合的原理進行了概述，主要包括以下幾個方面。1）水肥極端因子限制原理。植物的生長發育離不來各種養分的支持，而土壤中相對含量最小的因子則直接決定了植物的產量。2）水肥因子同等重要。作為植物生長必要的組成部分，水分及養分對于植物生育及產量具有不可替代的作用，二者充分發揮各自功能，對作物生長具有獨特的個性特征，缺失任何一種營養元素都會導致作物水肥因子失衡，進而影響到作物生長。3）水肥因子協同原理。在由土壤、植物、大氣組成的系統中，水分與養分相互作用、相互依賴形成了一個有機整體，共同影響著作物的生長，對水肥的協調主要是為了達到水分與養分的協同，使其能夠作用于作物生長，提升作物的產量及質量。4）水肥效應動態原理。作物種類、品種及生長階段不同，其對水肥的需要也有所不同，基于這一特征，在作物生長的過程中，要對作物的生長階段及不同作物水肥協同效應規律進行分析，確保施肥與灌水的合理性。

2 水肥耦合效應對作物生長發育的影響

水肥耦合關系在半干旱區灌溉農業中體現的尤為明顯，肥料增產作用一方面取決于肥料本身，另一方面在于其與土壤水分的相互作用關系。水肥的協調主要是為了實現水肥協同，為作物的生長發育提供支持。以往學者對水肥耦合效應的研究多集中在光合作用、株高、促根效應等方面。學者吳玲等探究了水肥空間耦合對冬小麥光合特性的影響，結果顯示，水肥耦合的不同處理方式下，冬小麥光合速率、細胞間隙CO2濃度也表現為明顯的不同，形成一種平衡關系[1]。采用深層施肥處理的小麥在生長后期具有較好的光合速率，而氣孔導度有降低趨勢，減少了水分散失，節水潛力良好。相關研究發現土壤培肥及肥料增施能夠對葉片光合速率及水分起到顯著的改善作用，使冬小麥生長后期也能夠保持較大的光合葉面積及較長的作用時間，與此同時能夠提高籽粒灌漿特性，增加粒數。徐優、王學華對水肥耦合對小麥、玉米系統根系分布的調控作用進行了分析，結果發現干旱程度為60%～65%時能夠促進根系下扎，而嚴重干旱地區（30%～35%）則會在一定程度上降低小麥、玉米的產量與根量，根系活力也隨之降低[2]。國內研究發現，供磷能夠有效提升作物的產量，使下層根量增加，進而提升根系活力，與不供磷相比，供磷0～30 cm土層小麥根系活力能夠提升66%左右，小麥根系與玉米根系總量平均增加94.62%、67.83%。

3 水肥耦合對我國糧食主產區作物產量的影響

通常，在半干旱區，春小麥產量在很大程度上取決于水肥單因子，其中水對春小麥影響最為顯著，其次為磷、氮，水肥耦合效應尤為顯著，其中中水中肥的產量效應最大。氮與水、氮與磷以及水與磷的耦合充分發揮了相互促進、相互影響的作用，磷與水耦合能夠產生相互替代的作用。針對不同的產量目標可建立相應的數學模型，以尋求最佳的水肥耦合方式，實驗證明，對于產量大于4 000 kg·hm-2的水肥優化管理方式，氮與磷的含量分別為240.5～361.3 kg·hm-2、103.5～152.5 kg·hm-2，灌水量以338.5～450.0 mm為宜。在這種條件下，要想獲得4 610 kg·hm-2的最高產量，其水肥優化管理方案：氮為315.4 kg·hm-2，磷為111.4 kg·hm-2，灌水量為

354.5 mm?？偨Y上述研究成果可以發現，在小麥生長發育的過程中，需要依據土壤含水量確定氮肥的施用量，同樣灌水量的多少也要根據氮肥的施用量確定，氮與水的合理配合能夠充分發揮水肥交互耦合的效應，使小麥等作物的產量能夠達到最高，提升水肥資源的利用效率。高玉紅、吳兵等探究了水肥耦合對玉米光合特性的影響[3]。從產量方面來看，無機肥、有機肥與自然降水的結合能夠使玉米產量達到最高，此時籽粒含水量往往較低。無機肥、有機肥與充足水搭配作用下產量實測達到最高，但其籽粒伴隨較高含水量。而在不施肥的條件下，充足灌水能夠對水分脅迫作用下造成的產量損失起到一定的補償作用。當處于充足灌水的條件下，肥料的投入量也應進行相應的調整，避免由于水肥不平衡引起產量下降。有學者針對旱棚防雨實施了田間微區試驗，并在此基礎上建立了二次回歸擬合，經過建模分析，發現氮肥的施用量對玉米產量影響最為顯著，然后為灌水量與磷肥施用量，且研究證明當施用較高氮肥、高磷肥與豐富灌水量的條件下，玉米產量能夠達到最高。

4 水肥耦合對我國糧食主產區作物品質的影響

水肥耦合對農作物品質也具有極為重要的影響。合理的施氮量及適宜的土壤水分一方面有助于提升植株的含氮量，另一方面能夠在一定程度上提升磷、鉀含量。研究表明，植株體內的氮、磷、鉀含量與作物品質、性狀有著密不可分的聯系。大部分作物的品質性狀與氮、鉀含量有著明顯的正相關關系。適當的水肥耦合不僅能夠提升植株氮素的營養水平，而且能夠確保作物生長、發育后期磷鉀水平的平衡，對籽粒營養品質及加工品質具有明顯的改善作用。另外有學者在研究中做出了不同灌水、施肥處理，探究了水肥耦合對大豆光合特性及產量品質的影響，發現在干旱的條件下，有機肥與無機肥與合理搭配使用能夠促進蛋白質的積累，當水分充足時，無機肥與有機肥的使用則會對蛋白質積累起到制約作用，促進脂肪積累。對以往學者研究成果進行總結，發現水分資源能夠對肥料施用起到促進作用，相應的，肥料應用也能夠對水量起到調節作用。針對不同的作物、不同的生長環境，應注重水肥比例搭配，使兩者能夠相互作用、相互影響，提升作物品質。

5 結語

新時期，我國的社會經濟取得了卓有成效的發展，對農產品的需求呈現出日益增加的趨勢，然而隨著耕地面積的減少及水資源的匱乏，水肥資源對農業經濟發展的制約作用也日漸突出，針對上述現象，必須致力于高產、優質、高效生態農業的發展，在農業生產實踐中融入水肥耦合效應，提升資源利用率，促進農業的可持續發展，建立水肥耦合、科學管理理念，改善我國糧食主產區作物的產量與品質。

參考文獻：

[1] 吳玲，劉騰謠.我國糧食生產區域變化對糧食主產區影響效應分析——以黑龍江省為例[J].中國農業資源與區劃，2016，37（8）：116-123.

[2] 徐優，王學華.水肥耦合及其對水稻生長與N素利用效率的影響研究進展[J].中國農學通報，2014，30（24）：17-22.

[3] 高玉紅，吳兵，?？×x，等.水肥耦合對間作胡麻氮素養分及其產量和品質的影響[J].干旱地區農業研究，2016，34（2）：69-75.

（責任編輯：趙中正）