水氮耦合對河套灌區春小麥生長發育及產量的影響

楊 旸，王金龍，劉雙祿，王海偉

(河套學院農學系，內蒙古 巴彥淖爾 015000)

內蒙古河套灌區是亞洲最大的“一首制”自流引水灌區，多年平均過境水流量為315億m3，年平均日照時數為3 110～3 300 h之間，是我國重要的商品糧生產基地，2000年被國家確定為全國優質小麥生產基地[1]。春小麥是該區域主要的糧食作物，近年來，小麥播種面積為20×104hm2左右，年平均單產已達5 250 kg/hm2。水分和氮素是影響小麥產量的重要因素。而水分和氮肥對作物的增產作用是水氮各自因素效應及二者互作效應共同作用的結果[2-4]。因此合理的使用水氮對增加小麥產量具有重要的作用。但由于灌區長期形成大水漫灌的習慣，加上大量使用氮肥，導致大量的氮肥損失，引起環境污染等問題[5-8]。本試驗以河套灌區春小麥為研究對象，探究不同水氮耦合模式對春小麥生長發育及產量的影響，以期為該地區春小麥高產高效、減氮節水水氮配比提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗于2019年在內蒙古巴彥淖爾市氣象局試驗基地進行，地處東經107°6′～107°44′，北緯40°34′～41°17′，海拔1 045～1 209 m，屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，年均氣溫6.8 ℃，年平均降水量138.8 mm，無霜期平均130 d。試驗地土壤為淤灌土，0～20 cm耕作層土壤有機質含量10.50 g/kg，全氮含量0.68 g/kg，堿解氮含量45.02 mg/kg，有效磷含量14.03 mg/kg，速效鉀含量122.72 mg/kg，pH值7.9。

1.2 試驗設計

試驗采用二因素裂區試驗設計，主處理為灌水量(W)，共設3個水平，分別為少水(W 1，1 500 m3/hm2)、中水(W 2，2 250 m3/hm2)、高水(W 3，3 375 m3/hm2)；副處理為氮肥因素，共設3個水平，分別為少氮(N 1，90 kg/hm2)、中氮(N 2，180 kg/hm2)、高氮(N 3，270 kg/hm2)，共9個處理，3次重復。小區面積為30 m2(5 m×6 m)，不同灌水量小區間用1 m深膜隔開。通過定時測量土壤墑情進行灌水補墑，用水表控制所需灌水量。氮肥為尿素(含N 46%)，磷肥為重過磷酸鈣(含P2O544%)，鉀肥為硫酸鉀(含K2O 52%)，基肥按P2O5180 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2以及50%的氮肥于耕前施入，剩余50%的氮肥按5∶4∶1的比例分別于分蘗期、抽穗期、灌漿期施入土壤。供試春小麥品種為永良4號，播種密度為400 000株/667 m2。

1.3 測定項目及方法

分別于小麥分蘗期、拔節期、抽穗期、灌漿期、成熟期每個小區選取10株植株，測定株高、葉面積，并采集植物樣地上部分帶回實驗室，分器官稱鮮重，然后105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，測定干物質重量。

收獲時，各小區選取35株代表性植株進行室內考種，測定1 m2面積的籽粒產量記為實際產量。

2 結果與分析

2.1 不同水氮處理對小麥株高的影響

由圖1可以看出，整個生育期，小麥株高呈逐漸增長趨勢，從分蘗期到灌漿期增長速度較快，灌漿期到成熟期小麥的株高變化較小。相同氮肥用量下的小麥株高表現為W 3>W 2>W 1，說明灌水量的增加可以加快小麥的生長速度。W 1、W 2灌溉水平下，從分蘗期到拔節期不同施氮量間的株高差異不明顯，從拔節期到成熟期則表現為N 3高于N 2、N 1處理。W 3灌溉水平下，從分蘗期到灌漿期，不同施氮量之間小麥的株高變化差異不明顯，而從灌漿期到成熟期這一階段則表現為N 3>N 2>N 1。

2.2 不同水氮處理對小麥葉面積指數的影響

小麥葉面積指數從分蘗期到成熟期表現為先升高后降低的變化趨勢，于抽穗期達到高峰。由圖2可以看出，W 1灌溉水平下，N 1、N 2、N 3之間的葉面積指數差異不明顯，這可能是因為土壤含水量低限制了小麥葉面積的生長。W 2灌溉水平下，分蘗期到拔節期不同施氮量間的差異不明顯，而從抽穗期到成熟期N 2葉面積指數明顯高于N 3、N 1，最高值為抽穗期的W 2 N 2，達到8.448，分別較W 2 N 1、W 2 N 3抽穗期提高了16.7%、19.9%，N 3和N 1之間的變化趨勢較一致。W 3灌溉水平下，小麥的葉面積指數隨著氮肥用量的增加而明顯增加，表現為N 3>N 2>N 1。同時，在相同施氮量下，W 3灌溉量下的葉面積指數明顯低于W 2灌溉量。

2.3 不同水氮處理對小麥干物質的影響

由圖3可以看出，小麥干物質從分蘗期到拔節期積累相對較慢，拔節期到成熟期干物質積累加快，成熟期達到最大值。W 1灌溉水平下，分蘗期到拔節期不同施氮量間小麥干物質積累的趨勢較一致，從抽穗期到成熟期表現為N 3略高于N 1、N 2，差異較小，以W 1 N 3成熟期的干物質量較高，達到23 456.4 kg/hm2。W 2灌溉水平下，小麥分蘗期到成熟期干物質積累均表現為N 2>N 3>N 1，以W 2 N 2成熟期干物質積累最高，為27 540.8 kg/hm2。W 3灌溉水平下，分蘗期到抽穗期干物質積累在N 1、N 2、N 3之間的差異不明顯，而從抽穗期到成熟期則逐漸表現為N 3>N 2>N 1，以W 3 N 3成熟期的干物質量最高，達到26 000.6 kg/hm2。

2.4 不同水氮處理對小麥產量及其構成因素的影響

由表1可以看出，各處理之間的穗長均無明顯差異，說明不同的水氮耦合對小麥穗長的影響較小。穗數、穗粒數、千粒重及產量的最高值均出現于W 2 N 2處理。W 1灌溉水平下，不同施氮量間的穗數、千粒重之間無顯著差異，N 2穗粒數較高，顯著高于N 1、N 3，N 2和N 3間的產量無明顯差異，但均顯著高于N 1。W 2灌溉水平下，N 2和N 3間的穗數、穗粒數、千粒重無顯著差異，但均顯著高于N 1，分別較N 1提高36.3%、23.7%、17.1%、11.4%、38.1%、35.4%，產量以N 2最高，分別較N 1、N 3分別提高25.7%、15.1%。W 3灌溉水平下，穗數、穗粒數、千粒重及產量均隨著施氮量的增加而增加，N 3的穗數、穗粒數顯著高于N 1、N 2，N 1、N 2、N 3間千粒重無明顯差異，N 2、N 3間的產量無顯著差異，但均明顯高于N 1。

表1 不同水氮處理對春小麥產量及產量構成因素的影響

3 討 論

本研究中小麥的株高隨著灌溉量和施氮量的增加而升高，特別是生育中后期這種升高現象更加明顯，這是因為大量水分、氮肥的投入使作物生育期營養生長過旺,出現延長作物營養生長期,可能會導致貪青晚熟,作物不能正常成熟,營養物質不能及時轉移到生殖器官中出現減產現象[9,10]。本研究發現，W 1灌溉水平下，不同施氮量間的葉面積指數、干物質差異較小，這可能是因為土壤含水量較低從而制約了氮肥肥效。W 2灌溉水平下，增加施氮量可以提高小麥葉面積指數和干物質積累量，但施氮量過高時反而降低，葉面積指數和干物質積累量均以W 2 N 2處理最高，這可能是因為過量的氮肥會造成后期麥田中下部冠層郁閉、通風透光差，中下部葉片衰老迅速，有效葉面積減少的現象，從而導致干物質量降低，這與其他學者研究結果一致[11]。W 3灌溉水平下，葉面積指數和干物質積累量均隨施氮量的增加而增加，表現為N 3>N 2>N 1,這說明較高的灌溉量會導致氮素淋洗損失，降低了肥料利用率，而相同施氮量下，W 3下的葉面積指數、干物質積累量均低于W 2也證實了這一點。孫旭生等[12]認為，施氮量在0～300 kg/hm2范圍內，籽粒產量隨施氮量的增加而增加，施氮量在300～375 kg/hm2范圍內，籽粒產量隨施氮量增加而降低。李廷亮等[13]報道，施氮量180 kg/hm2可顯著提高冬小麥產量，當施氮量超過180 kg/hm2時，主要促進了莖葉的生長，對籽粒形成無顯著貢獻。本研究同樣發現，穗數、穗粒數、千粒重及產量均隨灌溉量、施氮量增加先提高而后降低，穗數、穗粒數、千粒重及產量最高值均出現于W 2 N 2處理。

4 結 論

水和氮素對小麥生長發育的影響表現出相互制約和促進作用。在適宜的水氮條件下，小麥的葉面積指數、干物質積累量以及產量均表現為隨灌水施氮量的增加而增加，但超過一定灌水施氮量(W 2 N 2)時明顯下降。因此，W 2 N 2是適宜的水氮耦合模式，既節約水肥用量，又增加小麥葉面積指數、干物質積累量，最終獲得較高的產量。