不同水肥措施對位山灌區(qū)冬小麥生長及產(chǎn)量的影響

魏 帥， 徐立榮， 龐桂斌， 徐征和， 趙二妮， 張虹龍

(1. 濟南大學水利與環(huán)境學院， 山東濟南250022； 2. 陜西省丹鳳縣水利局， 陜西商洛726200；3. 山東省聊城市位山灌區(qū)管理處， 山東聊城252000)

引起糧食作物產(chǎn)量變化的原因很多， 最重要的是水和肥。 水肥相互促進， 又互相制約， 是糧食生產(chǎn)中重要的調(diào)控措施[1-2]。 為了提高作物產(chǎn)量， 只有采用配比合適的水肥措施， 才能實現(xiàn)水肥協(xié)同互作[3]。目前我國氮肥利用率僅為30%～35%[4]，灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.602[5-6]，水平較低，因此，在小麥田間管理水肥方面，亟待解決的首要問題是降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入，同時提高產(chǎn)量，發(fā)揮好水肥互作的作用，從而提高水肥利用效率[7]。

位山灌區(qū)是我國的第五大灌區(qū)[8]、山東省最大灌區(qū)[9]，冬小麥的生產(chǎn)主要依賴于引黃灌溉，但歷年來進入山東并且用于農(nóng)田灌溉的水量越來越少[10-11]。現(xiàn)階段引黃灌區(qū)農(nóng)業(yè)急需解決不能高效利用水肥[12-13]、土壤加速退化[14]等難題。為了提升水肥利用率，節(jié)約資源，引黃灌區(qū)必須采取適宜的水肥處理方案[15-17]。目前針對引黃灌區(qū)上游地區(qū)的水肥利用研究較多[18-20]，但針對引黃灌區(qū)下游地區(qū)特別是位山灌區(qū)的相關(guān)研究較少。

本文中通過測坑試驗、 大田調(diào)查、 數(shù)據(jù)分析處理等方法， 分析不同水肥措施對位山灌區(qū)冬小麥的生長指標及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響， 篩選最佳的水肥措施。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗基地位于山東省聊城市位山灌區(qū)灌溉試驗站。 位山灌區(qū)地處華北平原， 年平均降水量為557.6 mm， 冬小麥從出苗至成熟的降水量均值為187.67 mm。 使用降雨測量儀檢測得到試驗?zāi)陜?nèi)的降雨數(shù)據(jù)， 雨量分布遵循本地氣候特征， 呈現(xiàn)冬天少、 夏天多的顯著特征， 并且不同月份之間差異較大。

1.2 試驗方案

試驗設(shè)3個灌溉量W1、 W2、 W3， 每次灌溉水量分別為810、 675、 540 m3/hm2， 在冬小麥返青-拔節(jié)期、 抽穗期、 灌漿期分次灌溉。 在拔節(jié)期設(shè)置2個追肥施氮量N1、 N2， 每次施氮量分別為198、 178 kg/hm2。根據(jù)排列組合，共計6個處理方案，分別為W1N1、 W1N2、 W2N1、 W2N2、 W3N1和W3N2，對應(yīng)1—6 號測坑，每個測坑的面積為16 m2。播種前開溝底施施肥量為630 kg/hm2的復(fù)合肥(其中氮肥、磷肥、鉀肥的質(zhì)量分數(shù)均為15%)。供試冬小麥品種是泰農(nóng)18號， 3 個冬小麥生育期連續(xù)進行，均在當年10月份播種，次年6月份收獲。每年3月15日前后澆灌返青-拔節(jié)水，4月19日前后澆灌抽穗水，5月22日前后澆灌灌漿水。試驗期施肥、灌溉方案見表1、 2。

表1 冬小麥施肥方案

表2 冬小麥灌溉方案

1.3 測量項目與數(shù)據(jù)處理

1)地上干物質(zhì)。取6株植株的地上部分，烘干，降溫，稱干物質(zhì)質(zhì)量。

2)葉面積指數(shù)。采用手持式激光測試儀測量6株植株的葉面積。

3)株高。用尺子測量6株植株的株高。

4)產(chǎn)量。產(chǎn)量等于千粒質(zhì)量與有效穗數(shù)、 每穗實際粒數(shù)之積。選擇6個測坑單位面積成熟冬小麥，測定千粒質(zhì)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)。

采用電子表格軟件Excel進行圖表繪制，采用統(tǒng)計產(chǎn)品與服務(wù)解決方案軟件SPSS進行方差和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥措施對冬小麥生長指標的影響

2.1.1 株高

選擇3個時期冬小麥平均株高， 原因是不同生長期相同階段冬小麥株高無明顯差別。 不同水肥措施處理的冬小麥株高的變化趨勢與差異性如圖1(a)所示。 由圖可以看出： 在返青期， 冬小麥受施肥灌溉的影響較小， 不同水肥措施處理的冬小麥株高無明顯差別； 拔節(jié)期的差異性水肥措施使小麥的株高顯著變化； 在灌漿期， 受增肥作用， 3號測坑的冬小麥株高增大， 表明小麥在氮肥的作用下加快生長； 在灌漿期及成熟期， 在中肥措施條件下， 小麥株高受限于低灌溉量， 而在低肥措施條件下， 小麥株高隨灌水量的增加而增大。 與施肥量相比， 小麥株高受灌溉量影響較大。

(a)株高

2.1.2 葉面積指數(shù)

圖1(b)所示為不同水肥措施處理的冬小麥葉面積指數(shù)的變化趨勢與差異性。 由圖可以看出， 冬小麥葉面積指數(shù)因差異性水肥措施處理而呈現(xiàn)顯著變化。 在不同的水肥措施處理條件下， 冬小麥葉面積在拔節(jié)開始時迅速增大， 在拔節(jié)后期到達最大值， 在灌漿期開始減小。 葉面積指數(shù)總體變化趨勢基本相同： 拔節(jié)前葉面積差異不大， 在第1次灌溉后開始出現(xiàn)差異， 低水措施的5、 6號測坑的小麥葉面積指數(shù)小于高水措施的1號測坑的， 即隨著灌溉量增加， 冬小麥葉面積指數(shù)增大； 在小麥灌漿和成熟期， 在施肥量處理一致的情況下， 低水措施的4號測坑小麥葉面積指數(shù)變化的速率比高水措施的2號測坑的大， 原因是灌漿期既是決定冬小麥產(chǎn)量高低的關(guān)鍵期， 又是小麥形態(tài)大致定型時期， 較大的灌溉量可以減緩冬小麥葉片早衰。 在低水灌溉時， 冬小麥的葉片發(fā)育會受施肥量增加的抑制； 而中高水灌溉時， 施肥量越大， 小麥葉面積指數(shù)越大。 當施肥量相同時， 冬小麥葉面積指數(shù)隨著灌水量的增加而增大。

2.1.3 地上干物質(zhì)配比

冬小麥干物質(zhì)累積可以由小麥地上干物質(zhì)的生長變化進行表征，產(chǎn)量高低由地上器官干物質(zhì)的累積量進行判斷，并且干物質(zhì)的形成與水肥互作緊密關(guān)聯(lián)。圖2所示為冬小麥在開花期和成熟期地上干物質(zhì)在不同器官中的配比。

由圖可見： 低水中肥措施的5號測坑冬小麥葉片配比明顯低于高水低肥措施的2號的， 說明較大的灌溉量促進小麥葉子生長， 減緩植株早衰。 處于同等灌溉水平時， 作物干物質(zhì)的總質(zhì)量變化趨勢為6號測坑的大于5號測坑的、 3號測坑的大于4號測坑的、 1號測坑的大于2號測坑的， 即在中高灌溉水平下， 中肥措施處理的冬小麥干物質(zhì)總量明顯大于低肥措施處理的； 而在低灌溉措施條件下， 低肥措施處理的冬小麥干物質(zhì)質(zhì)量大于中肥措施處理的。 在相同的施肥量條件下， 作物干物質(zhì)總質(zhì)量趨勢為4號測坑的大于2、 6號測坑的，3號測坑的大于1、 5號測坑的。 總之， 在施肥量相同的情況下， 隨著灌溉量的增大，作物干物質(zhì)的積累量也相應(yīng)增大， 但是， 當灌溉量大于最適合該施肥量的最大灌水量時， 繼續(xù)增加灌溉量反而會導致作物干物質(zhì)的積累量減小。 當灌溉量相同時， 冬小麥干物質(zhì)積累量隨施肥量的變化趨勢相同。

穎殼與穗軸配比沒有明顯差別， 但是， 不同水肥措施的穗軸和穎殼的干物質(zhì)配比均大于中肥低水措施的5號測坑的， 說明施肥、 灌溉量的增加有助于小麥干物質(zhì)質(zhì)量的積累。 灌溉水量太多會導致抽穗期穗干物質(zhì)轉(zhuǎn)化成成熟麥粒的質(zhì)量減??； 如果灌水量不增加， 只增加施肥量， 就會導致冬小麥提早成熟， 籽粒品質(zhì)不佳， 減少干物質(zhì)積累， 導致小麥產(chǎn)量下降。

2.2 不同水肥措施對冬小麥產(chǎn)量組成要素的影響

小麥的最終產(chǎn)量與單位面積的穗數(shù)、 千粒質(zhì)量、 穗粒數(shù)密切相關(guān)。在拔節(jié)-灌漿期，合理的灌溉、 施肥措施可以加快冬小麥的生長，差異性的水肥處理方案通過影響冬小麥有效穗數(shù)、 穗粒數(shù)、 千粒質(zhì)量等指標來改變冬小麥的最終產(chǎn)量，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 不同水肥措施對小麥產(chǎn)量的影響

從表中可以看出，在相同的施肥措施下，小麥的穗粒數(shù)、穗數(shù)明顯受灌溉水量的影響， 3號測坑的平均有效穗數(shù)、平均穗粒數(shù)均最大，5號測坑的均最小，說明較大的灌水量能夠促進抽穗期冬小麥的生長發(fā)育。當灌溉量相同時， 4號測坑的平均穗粒數(shù)比3號測坑的小1.86%～4.16%，說明在灌水量適宜的條件下，隨著施肥量的增加，小麥的穗粒數(shù)增大。對比1、 2、 3號測坑的數(shù)據(jù)可以看出，施肥量對小麥有效穗數(shù)、穗粒數(shù)的影響也很顯著。

3、 4號測坑的小麥千粒質(zhì)量明顯大于其他測坑的，并且5、 6號測坑的數(shù)值較小，原因是在灌漿期，相對于施肥量，灌水量對冬小麥生長的影響更顯著。通過試驗發(fā)現(xiàn)，灌溉水量為675 m3/hm2時更適合于灌漿期冬小麥的生長，更有利于提高小麥的籽粒質(zhì)量。

冬小麥經(jīng)過不同的水肥措施處理后，3個生育期均表現(xiàn)為3號測坑的冬小麥的產(chǎn)量顯著高于其他測坑的，1、 4號測坑的產(chǎn)量差距不大。根據(jù)對冬小麥生長指標的分析可以看到，灌溉量對冬小麥產(chǎn)量的影響比施肥量的影響更顯著， 3號測坑的水肥處理方案非常適合位山灌區(qū)冬小麥的發(fā)育生長，也有助于提高當?shù)氐乃世寐省?/p>

水肥互作對冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響如表4所示。由表可以看出，不同水肥措施處理對冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素影響較大。當灌溉量相同時，施氮量與小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)呈顯著正相關(guān)，與小麥千粒質(zhì)量呈顯著負相關(guān)；當施氮量相同時，灌溉量與冬小麥株高、千粒質(zhì)量呈正相關(guān)。

表4 水肥互作對冬小麥產(chǎn)量的相關(guān)性分析

此外，小麥產(chǎn)量與株高、穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量均顯著相關(guān)，并且灌溉量與產(chǎn)量的相關(guān)性最顯著。

3 結(jié)論與討論

1)在冬小麥拔節(jié)期前，受灌溉水量的影響，高水中肥的1號測坑小麥株高大于低水中肥的測坑的；拔節(jié)期后，與低水中肥的5號測坑相比，中水中肥的3號測坑的小麥株高增幅明顯；在灌漿期，在低肥處理條件下，灌水量越大，冬小麥株高的增長趨勢越顯著。

2)當灌溉水量較小時，冬小麥的葉面積指數(shù)受到施肥量增加的抑制。在中高水量灌溉時，小麥的葉面積指數(shù)隨著施肥量的增加而增大。當施肥量相同時，灌水量越大，小麥的葉面積指數(shù)也越大。

3)適宜的施肥、灌溉量能夠促進小麥干物質(zhì)的積累。灌溉水量太多會導致抽穗期穗干物質(zhì)轉(zhuǎn)化成成熟麥粒的質(zhì)量減小，如果灌溉水量不足而施肥過多，則會導致小麥早熟，產(chǎn)量下降。

4)施肥量通過影響穗數(shù)及穗粒數(shù)來影響小麥的最終產(chǎn)量， 灌溉量則通過影響小麥的籽粒質(zhì)量來影響最終產(chǎn)量。 在水肥互作效應(yīng)中， 灌溉量對冬小麥產(chǎn)量的影響比施肥量更明顯， 灌溉水量不足會限制氮肥的使用。 試驗結(jié)果表明，3號測坑W2N1處理方案， 即灌溉水量為675 m3/hm2， 施氮量為198 kg/hm2，有利于位山灌區(qū)冬小麥的生長發(fā)育，提高當?shù)氐乃世眯剩⑦_到增產(chǎn)的目的，這與其他灌區(qū)最優(yōu)水肥措施相符[21-25]。