作物水肥耦合產(chǎn)量效應(yīng)模型研究進展

付茂寧　胡代玉

摘 要：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力提高的關(guān)鍵因素為水和肥，使水肥增產(chǎn)效應(yīng)充分發(fā)揮能夠更好地促進我國農(nóng)業(yè)發(fā)展、保證糧食安全。因此，需要積極采取相關(guān)措施促進水肥關(guān)系有效協(xié)調(diào)，從而實現(xiàn)養(yǎng)分和水分經(jīng)濟、合理利用。

關(guān)鍵詞：水肥耦合；產(chǎn)量效應(yīng)；模型研究

中圖分類號：S31 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180733043

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)期間，肥料和水分能夠?qū)ψ魑锷L產(chǎn)生嚴(yán)重影響。水肥和作物間、各養(yǎng)分間、養(yǎng)分和水分間具有相關(guān)的動態(tài)平衡關(guān)系，同時作物的產(chǎn)量和生長發(fā)育影響上述相互作用的情況稱之為水肥耦合效應(yīng)。長時間以來，在我國北方，低下的肥力和虧缺的水分對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的增高具有嚴(yán)重制約作用，在南方存在嚴(yán)重浪費水資源的情況，過高的化肥用量嚴(yán)重污染了環(huán)境，降低了肥料利用率[1]。

1 作物產(chǎn)量和水肥耦合之間的相關(guān)關(guān)系

在植物生長發(fā)育過程中，水是其必備條件之一；肥料能夠促進作物在生長期間對礦質(zhì)元素有效獲取。作物產(chǎn)量、合理施肥和灌溉3者之間的關(guān)系十分密切。相關(guān)研究顯示，過高或過低的使用N肥，會嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量；過高的施用量還會降低作物產(chǎn)量，并對環(huán)境產(chǎn)生危害。P肥對根系發(fā)達具有積極促進作用，促進作物抗病、抗寒及抗旱能力不斷增強，縮短作物成熟時間。如果P肥不能滿足作物的需求，則會抑制相關(guān)代謝過程，延長作物成熟時間。在生物體內(nèi)，K作為一種活化劑能夠促進作物抗倒伏能力增強。且養(yǎng)分和水分兩者之間具備一定的協(xié)同效應(yīng)，增水可促進肥料增產(chǎn)效應(yīng)提高，增肥可使灌水產(chǎn)量效應(yīng)增加。為此，需要做到合理施肥和灌溉，使水肥因子積極匹配，從而促進水肥因子的增產(chǎn)效應(yīng)得到充分發(fā)揮，促進水分和肥料利用率提高和作物產(chǎn)量增加，避免因施肥不合理導(dǎo)致肥料流失、水體和土壤污染的情況發(fā)生，有利于生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)[2]。

2 作物產(chǎn)量模型和水肥耦合效應(yīng)

近年來，深入廣泛地研究了水肥效應(yīng)，結(jié)果顯示，在對作物產(chǎn)量起主要作用的肥和水的研究中出現(xiàn)不完全一致的結(jié)論，導(dǎo)致上述情況出現(xiàn)的原因主要為存在不同的分析方法和研究條件。大部分研究顯示，在半干旱和干旱地區(qū)，水分為對作物產(chǎn)量產(chǎn)生限制的關(guān)鍵影響因素，而在豐水年，作物產(chǎn)量受施肥量的影響較大。在正常年份的濕潤和半濕潤地區(qū)具有充足的降水，此時補充灌水具有較小的作用。

2.1 小麥產(chǎn)量受水肥耦合效應(yīng)的影響

2.1.1 主因素影響

水分在干旱年會對冬小麥產(chǎn)量產(chǎn)生嚴(yán)重限制，且為主要因素，配合不協(xié)調(diào)的N、P或過大的施肥量均會降低作物產(chǎn)量和施肥效益。部分學(xué)者研究指出，相比于肥料，春小麥水分存在較大的平均主效應(yīng)[3]。

2.1.2 交互因子相互作用和模型

在特定范圍中水分和N素之間存在一定的協(xié)同作用，但P水、N、P存在不明顯的交互作用，部分情況下水能夠與P進行替換。同時閾值反應(yīng)存在于小麥水肥配合中，如果比閾值下限水平低，則N、P的增產(chǎn)效應(yīng)不明顯，會出現(xiàn)較低的水分利用率；如果比閾值上限水平高，則水肥互作效應(yīng)的趨勢為下降；但在閾值內(nèi)時，水肥互作則存在十分顯著的增產(chǎn)效應(yīng)。

2.2 小麥產(chǎn)量受水肥耦合效應(yīng)的影響

2.2.1 與水效相比，肥效較大

在北方旱作環(huán)境中，如果土壤存在較低的自然肥力水平，則與水分增產(chǎn)效果相比，玉米施肥具有較大的增產(chǎn)效果，相關(guān)平衡系數(shù)存在于水肥間。

2.2.2 與肥效相比，水效較大

相關(guān)研究顯示，在半干旱和干旱地區(qū)，玉米生長的關(guān)鍵影響因素為水分。水分能夠決定玉米的生長，在灌溉的特定范圍中，增加灌水量可以顯著增加玉米產(chǎn)量和玉米生物量；玉米性狀受N肥的影響稍小。

2.2.3 水肥耦合模型

在深入研究下，部分研究者對水肥耦合空間耦合有所涉及。通過對玉米產(chǎn)量受不同空間耦合方式的影響情況進行積極研究，結(jié)果顯示，灌水量為300m3/hm2和562.5m3/hm2的情況下，水肥耦合方式的不同會出現(xiàn)相同規(guī)律的玉米產(chǎn)量。且水肥因子和報酬遞減定律有效符合[4]。

3 結(jié)語

分水在干旱年是對冬小麥產(chǎn)量產(chǎn)生限制的關(guān)鍵因素，在豐水年份或平水年，降水時間分布、降水量及土壤底墑等因素會對作物產(chǎn)量產(chǎn)生影響。且產(chǎn)量受N水效應(yīng)的影響最大，為交互和協(xié)調(diào)作用。在閾值內(nèi)，小麥水肥互作存在顯著的增產(chǎn)效應(yīng)。玉米具有十分復(fù)雜的水肥效應(yīng)，耦合效應(yīng)的大小根據(jù)試驗情況決定，也有閾值反應(yīng)存在，同時水肥因子與報酬遞減定律相符合。可見，積極研究水肥耦合，能夠有效提高水分和肥料的利用率，從而保護環(huán)境和解決資源緊缺問題。

參考文獻

[1]譚茂玲，賈曉鳳，蔡曉曼，等.水肥耦合對苦蕎產(chǎn)量的影響[J].成都大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，34（4）：331-335.

[2]王亮，黃初女，朱浩哲，等.滴灌施肥條件下玉米水肥耦合效應(yīng)的研究[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2017，37（7）：100-101.

[3]程洪森，徐寧，馬策，等.北方設(shè)施切花月季水肥耦合對切花產(chǎn)量的影響[J].中國園藝文摘，2014（5）：29-31.

[4]成軍花.水肥耦合對作物的影響研究進展[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，

2014（5）：233-234，236.