北方旱地農田水分平衡及提高作物生產力研究

賀迎明　董衛中

摘 要：結合多年的田間試驗研究，對前人諸多研究結果進行了總結和深入分析。結果表明：農田水肥效應大小與試驗方法有關，田間試驗與模擬試驗得到的結論相反。主要原因在于研究中“水”的概念各不相同，從旱棚試驗或盆栽試驗的結果推斷水肥效應與實際情況相距較大。多數情況下，養分虧缺仍是北方旱區作物增產的主要限制因子。灌水的效果取決于土壤底墑、生育期降水、土壤肥力及灌水時期等各種因素。

關鍵詞：水肥效應;北方旱區;田間試驗;模擬試驗

1前言

北方旱區是指沿昆侖山—秦嶺—淮河一線以北的廣大地區，包括16個省（市）的965個縣，面積占國土總面積的56%，耕地占全國總耕地面積的51%，其中沒有灌溉條件的旱田占65%。本區地域遼闊，地形復雜，氣候類型多樣，適于農林牧綜合發展。制約這一地區農業生產持續發展的因素很多，水資源不足和土地退化是其中兩個重要的方面。如何科學地進行農田水肥管理是大家關注的焦點，而且灌水和施肥對作物增產作用的大小也一直是人們討論的一個問題。

2農田水肥效應研究的歷史、現狀及存在問題

水肥效應的研究由來已久，近20年在北方旱區也進行了大量試驗，但關于決定作物產量高低的主要因子是水還是肥并無一致結論。以黃土高原為例，過去人們認為旱地作物生產力不高的的主要原因是“旱”。20世紀80年代初的研究表明，當時生產力水平低下，限制黃土高原地區糧食增產的首要因子是肥而不是水。90年代，隨著干旱氣候的頻繁出現及投肥強度提高，又使得越來越多的人認為水的作用更大。90年代中后期國家實行西部大開發政策后，越來越多的人將目光轉向西北地區，而干旱是大多數人對這一地區自然條件的第一印象，許多研究結果也都顯示出水分供應對作物產量有決定作用。為了對這一問題有一個明確的認識，筆者對前人的資料進行了總結和分析。結果表明，近20年關于水肥對作物產量的效果研究涉及陜西、山西、寧夏、甘肅、遼寧、河北、河南、內蒙及山東等北方的大部分旱區;供試土壤包括土、黑壚土、褐土、黃綿土、（沙）潮土、緗黃土、風沙土和栗鈣土等北方旱區主要的幾個土壤類型;供試作物以（冬、春）小麥和（春、夏）玉米為主，兼有谷子、莜麥、馬鈴薯、甘薯及沙打旺和楊樹等林草。養分以施氮和施磷為主，水分多是在自然降水基礎上補充灌水，或是模擬降水量，有些還以土壤相對含水量或絕對含水量為指標。研究方法除采用田間試驗，使作物完全在自然條件下生長以外，更多的研究則采用旱棚或盆栽，對水分進行嚴格的控制，以便得到更精確的結果。為了比較水肥兩個因子對作物產量的貢獻，通常以作物產量為應變量，以各種水肥因子的組合為自變量進行回歸建模，經過無量綱線性代換，將模型中的偏回歸系數標準化，然后根據各因子偏回歸系數的正負和大小判斷其效應。關于水肥對作物產量的貢獻，這些研究資料并無一致結論。其主要原因可能是研究方法和試驗條件不同，可比性不強。比如，穆興民發現，常規對比試驗的結果是施肥的增產作用大于水分;而水肥正交組合試驗結果與之相反。另外，利用產量結果建立模型時水肥因子的設計水平及間距都不完全一樣，因此，利用其比較水肥效應大小只具有相對性。

3養分虧缺仍是北方旱區作物增產的主要限制因子

水和肥是相當籠統的概念。在眾多研究中，“肥”一般是施肥量，肥效大小主要決定于土壤基礎肥力：土壤越肥沃，肥效則越小，此時水的效應相應的就更顯著。“水”可以是灌水量、降水量、播前土壤貯水量（即底墑），或這三者之和，即作物生育期間總的土壤供水量。沒有灌水的條件下，降水的效應大小決定于土壤底墑：底墑充足，降水的增產效果就不甚明顯;補充灌水的的效應與土壤底墑和生育期間的降水量有關：底墑和降水豐富，灌水效應則小。水的效應減小，肥的效應相應突出。因此，水與肥效應的大小受土壤底墑、基礎肥力和生育期降水等各種因素的制約，不能一概而論。雖然眾多研究資料結論不一，

但筆者仍從中發現了一個規律：凡認為肥是作物增產主要因子的大多是田間試驗結果，張和平等在河北黑龍港地區進行的3年田間試驗中，有兩年結果顯示肥料效應大于水分效應，另一年屬大旱年，小麥生育期間只有50mm的降水量，水分的作用才顯得更突出一些。而大多數旱棚試驗和盆栽試驗的資料都表明，

水分是旱地農作物增產的第一限制因子。盆栽條件下沙打旺和楊樹水肥效應的研究結果也表明水分的增產作用大于料。在有些發表的文獻中，只提供了產量結果而沒有建立數學模型，或者在建模過程中沒有進行無量綱線性編碼代換。

文獻中田間試驗大多是研究補充灌水的效應，灌水效應的大小與土壤基礎水分供應狀況（即底墑和生育期間降水）有關。對于大部分半濕潤地區來說，正常年份都有可觀的底墑和生育期降水，因此補充灌水的作用較小。大多數旱棚試驗中都沒有提供土壤底墑的信息，其研究因素“水”多是模擬降水量，亦即其土壤基礎水分供應量較小（最多只有土壤底墑部分），因此“水”的效應就要大一些;盆栽試驗中的“水”則是土壤總供水量，它與作物產量緊密相關：有

“水”則有產量，無“水”則無產量。這是田間試驗結果多為“肥效大于水效”，而模擬試驗結果多為“水效大于肥效”的主要原因。模擬試驗的條件與實際情況有較大差距，簡單地用模擬試驗結果定性農田水肥效應的大小是不合適的。田間試驗肥效大于水效，說明在現有的水資源條件下，北方旱區農田養分虧缺是作物增產的主要限制因子。

4水分效果取決于土壤底墑、生育期降水、土壤肥力及灌水時間等因素

北方旱區水資源有限，提高水分利用效率是農田水分管理的主要問題。雖然有灌溉條件的耕地只占1/3左右，但近年來在半干旱和半濕潤地區發展以積蓄雨季降水、在作物需水關鍵期進行有限補充灌溉的技術越來越受到人們重視。

因此，研究農田水分效應及其條件很有必要。補充灌水的效應主要取決于土壤底墑和生育期間的降水量：底墑和降水豐富，灌水效應則小。新疆、柴達木盆地、河西走廊、甘肅中部、榆林長城沿線等地，主要作物生育期間降水量較少，水分均有較大虧缺。比如，冬小麥生育期間水分虧缺一般為300～400mm;春玉米生育期間虧缺額達400mm以上，因而這些地區灌水或補充灌水的效果一般會較明顯。對于北方旱區的其他地區，只要作物播前土壤有200～300mm的有效貯水，基本就能抵消水分虧缺額，因此補充灌水的增產效果就不會太顯著。但在部分地區，這也取決于種植制度。比如，渭北旱塬地區其全年降水量并不少，如果實行一年一作，水分供應一般不會成為大問題，若一年兩熟，土壤底墑欠佳，只有補充灌溉才能獲得可觀的經濟產量。補充灌水的效果還與土壤肥力有關。如我們在渭北旱塬進行的一個田間試驗表明，在肥力較高的田塊，灌水表現正效應，在低肥力田塊，灌水則表現出負效應。灌水時期對灌水效果也有重要的影響。對大多數作物來說都有一個水分敏感期，在這一時期灌水往往能達到事半功倍的效果，而這一時期如果水分供應不足則會引起顯著減產。因此，找到作物的水分敏感期有助于確定作物的灌水高效利用時期，這也是有限灌溉（或稱非充分灌溉）的必要條件之一。

參考文獻：

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