谷強遠，劉義國，馮木彩，李軍，李玲燕，萬雪潔，劉樹堂，師長海

（1.青島農(nóng)業(yè)大學/山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點實驗室，山東 青島 266109；2.諸城市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東 諸城 262200）

冬小麥產(chǎn)量受多種因素的影響，其中以水肥的影響最為突出［1，2］。但是，目前冬小麥生產(chǎn)存在著灌溉水短缺、肥料利用率低等問題，這在缺水嚴重的膠東地區(qū)尤為嚴峻［3］。因此提高水肥利用效率對膠東地區(qū)的冬小麥生產(chǎn)具有重要意義。滴灌水肥一體化技術(shù)可顯著節(jié)約灌溉水，是緩解農(nóng)業(yè)水資源緊缺、提高水肥利用效率的重要技術(shù)措施。在傳統(tǒng)灌溉施肥條件下，冬小麥產(chǎn)量和水肥利用效率與灌溉量和施肥量往往不呈線性關(guān)系［4-6］。李廷亮等［7］在石灰性褐土上的研究表明，施氮量超過180 kg/hm2時，氮素營養(yǎng)對籽粒產(chǎn)量不再有顯著貢獻。Bai等［8］在壤土上的研究發(fā)現(xiàn)，滴灌條件下，不同施肥量對冬小麥株高、最大葉面積指數(shù)、干物質(zhì)、產(chǎn)量、肥料偏生產(chǎn)率和灌溉水生產(chǎn)效率有顯著影響，45%～70%的當?shù)厥┓柿炕揪S持了土壤速效氮的平衡，70%的施肥量可以很好地平衡土壤速效磷。Dar等［9］在印度西北部研究發(fā)現(xiàn)，滴灌量為田間持水量的15%時獲得的小麥產(chǎn)量顯著高于其他滴灌量。雷鈞杰等［10］在灌溉灰漠土上的研究發(fā)現(xiàn)，隨著滴灌量的增加，籽粒產(chǎn)量均表現(xiàn)為先升高后降低趨勢，滴灌量4 650 m3/hm2時產(chǎn)量最高。滴灌可以顯著提高冬小麥的水分和氮素利用效率［11］。Si等［12］在壤土上（河南新鄉(xiāng)市）進行冬小麥栽培時提出，在華北平原區(qū)可采用施氮量240 kg/hm2和每次灌溉40 mm的滴灌水肥建議。由此可見，在不同區(qū)域、不同類型土壤上，小麥適宜的水肥條件不同。區(qū)域水熱條件和土壤類型對滴灌水肥的運移及作物對水肥的利用有著顯著影響［13-15］。膠東地區(qū)冬小麥滴灌發(fā)展迅速，該地區(qū)麥田土壤類型以潮土和砂姜黑土為主。本試驗在這兩種土壤類型上設(shè)置不同灌水和施氮處理組合，研究滴灌水肥模式對冬小麥產(chǎn)量和水肥利用效率的影響，以探索該地區(qū)冬小麥在兩種類型土壤上適宜的滴灌水肥管理制度，從而為冬小麥水肥高效栽培提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及材料

試驗于2018年10月—2019年6月在山東省青島市膠州洋河鎮(zhèn)（潮土，36.144°N，119.919°E）和青島市平度蓼蘭鎮(zhèn)（砂姜黑土，37.117°N，120.483°E）進行。試驗點地勢平坦，肥力均勻，潮土有機質(zhì)含量1.35%、全氮9.8 g/kg、堿解氮98.4 mg/kg、速效磷26.2 mg/kg、速效鉀126.8 mg/kg；砂姜黑土有機質(zhì)含量1.79%、全氮9.8 g/kg、堿解氮131.3 mg/kg、速效磷47.2 mg/kg、速效鉀136.8 mg/kg。

供試冬小麥品種濟麥22，播種量為165 kg/hm2，寬幅精播，平均行距27.5 cm，幅寬7 cm。一條滴灌帶管兩行小麥。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)低水低肥、低水中肥、低水高肥、中水低肥、中水中肥、中水高肥、傳統(tǒng)模式共7個灌溉施肥處理，分別記作T1、T2、T3、T4、T5、T6、CK。其中，低肥為每公頃施N 131.4 kg、P2O590 kg、K2O 90 kg，播前基施復(fù)合肥（15-15-15，下同）600 kg，拔節(jié)期隨滴灌水肥一體化追施尿素90 kg；中肥（傳統(tǒng)施肥量）為每公頃施N 164.25 kg、P2O5112.5 kg、K2O 112.5 kg，播前基施復(fù)合肥750 kg，拔節(jié)期隨滴灌追施尿素112.5 kg（傳統(tǒng)模式灌溉前人工撒施）；高肥為每公頃施N 197.1 kg、P2O5135 kg、K2O 135 kg，播前基施復(fù)合肥900 kg，拔節(jié)期隨滴灌追施尿素135 kg。

采用測墑補充滴灌，使0～40 cm土層低水處理拔節(jié)到抽穗期土壤目標相對含水量為75%，開花至灌漿中期土壤目標相對含水量為65%；中水處理拔節(jié)到抽穗期土壤目標相對含水量為80%，開花至灌漿中期土壤目標相對含水量為75%。灌溉前，分別測定0～20 cm和20～40 cm土層土壤容重、田間持水量和土壤含水量，兩個土層的目標含水量相同（表1），根據(jù)目標含水量計算補灌量。傳統(tǒng)模式采用漫灌，灌水定額為60 mm。

表1 試驗處理方案

測墑補灌計算公式：

補灌水量（m3/hm2）=20/3×aH（B1-B2）×15。式中a為測墑土層平均土壤容重（g/cm3），H為測墑土層深度（cm），B1為土壤目標質(zhì)量含水量，B2為灌溉前土壤目標質(zhì)量含水量，20/3為換算系數(shù)。

試驗采用裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為灌溉量，副區(qū)為施肥量。小區(qū)面積為50 m×2.75 m=137.5 m2。隨機區(qū)組排列，重復(fù)3次。于2018年10月14日播種，根據(jù)實際降水（圖1）和墑情，膠州試驗點灌溉2次（4月25日、5月15日），平度試驗點灌溉3次（4月11日、5月13日和5月27日），其他管理措施相同，2019年6月16日收獲。

圖1 冬小麥生育期間降水量

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤含水量 在小麥播種期、收獲期、灌溉前和灌溉后用土鉆取0～140 cm土樣，并稱重，記作M，105℃烘至恒重，稱重，記作Ms。土壤質(zhì)量含水量（%）=（M-Ms）/（Ms-空鋁盒重）×100；土壤相對含水量（%）=土壤質(zhì)量含水量/田間持水量×100。

1.3.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 成熟期隨機取1 m雙行（0.5 m2）小麥，曬干后考種，測公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、每株小穗數(shù)及不孕小穗數(shù)，脫粒后測定實際產(chǎn)量，同時測千粒重。

1.3.3 水分利用效率 全生育期水分利用效率［kg/（hm2·mm）］=籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）/全生育期總耗水量（mm）；全生育期總耗水量（mm）=降雨量（mm）+灌溉量（mm）+土壤水消耗量（mm）。兩試驗點地勢平坦，地下水較深，忽略徑流滲漏。

灌溉水生產(chǎn)效率［kg/（hm2·mm）］=籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）/全生育期灌水量（mm）；土壤水利用效率［kg/（hm2·mm）］=籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）/全生育期土壤水利用量（mm）；降水利用效率［kg/（hm2·mm）］=籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）/全生育期降水量（mm）。

1.3.4 氮肥偏生產(chǎn)力 PFPN（kg/kg）=Y/F，Y為施氮后的籽粒產(chǎn)量，F(xiàn)為氮肥投入量。

1.3.5 花后旗葉生理指標測定 采集開花后的旗葉，取1.5 g樣品剪碎，加入3 mL磷酸緩沖液，冰浴研磨，15 000 r/min低溫離心5 min，上清液即為酶粗提取液；采用氮藍四唑（NBT）光還原法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用趙世杰等［16］改進的方法測定丙二醛（MDA）含量；采用酸性茚三酮法測定脯氨酸含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量［17］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010軟件進行整理及作圖，采用SPSS25.0軟件統(tǒng)計分析，Duncan’s新復(fù)極差法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥模式對不同類型土壤上冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2看出，潮土條件下，傳統(tǒng)模式處理（CK）的公頃穗數(shù)最多，其次是T3處理，二者差異不顯著，CK分別較T2、T4、T5處理顯著提高17.6%、15.6%、15.7%，各滴灌處理間無顯著差異。穗粒數(shù)表現(xiàn)為T2處理最多，分別較T1和T4處理顯著提高25.9%、28.9%，但各滴灌處理與CK無顯著差異。T3處理千粒重最高，但各滴灌處理間無顯著差異，CK千粒重最低，且與各滴灌處理間差異顯著。各處理的不孕小穗數(shù)無顯著差異。小穗數(shù)T2處理最多，分別較T4、T5、CK處理高29.9%、19.9%、16.9%，且差異顯著，但與T1、T3、T6處理差異不顯著。各滴灌處理產(chǎn)量與傳統(tǒng)模式間無顯著差異，以T2和T3處理產(chǎn)量較高，分別較CK提高4.0%、4.8%。

表2 不同水肥模式對不同類型土壤冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

砂姜黑土條件下，T6處理公頃穗數(shù)最多，分別顯著高于T1、T3、T4處理14.2%、14.5%、16.1%，其他處理間無顯著差異。穗粒數(shù)表現(xiàn)為CK、T1、T4、T6處理較高，四者間無顯著差異，T2、T3、T5處理顯著低于對照，各滴灌處理間無顯著差異。T1、T4、T5處理千粒重較高，三者間無顯著差異，CK千粒重最低，與各滴灌處理差異顯著。CK不孕小穗數(shù)最多，分別顯著高于T1、T3、T4處理50.0%、26.3%、33.3%，但與T2、T5、T6處理無顯著差異。各處理小穗數(shù)無顯著差異。T5處理產(chǎn)量最高，達9 523.2 kg/hm2，其次是T6處理，為9 401.9 kg/hm2，分別較CK顯著提高25.7%、24.1%，T1、T4、T2處理產(chǎn)量略低，分別較CK顯著提高22.5%、20.9%、17.6%，除T3處理外各滴灌處理間產(chǎn)量差異均不顯著。

2.2 不同水肥模式對冬小麥水分利用效率的影響

由圖2看出，潮土條件下，T2、T3處理全生育期水分利用效率較高，與T4及CK差異顯著，與其它處理差異不顯著。灌溉水生產(chǎn)效率T1、T2、T3處理間無顯著差異，但均顯著高于其它處理，CK最低。T5和CK的土壤水利用效率較高，分別高于T4處理35.7%、40.7%，且差異顯著，各低水處理與其它處理無顯著差異。T2和T3處理的降水利用效率較高，分別顯著高于T4處理26.9%、27.9%，除T4外，其它處理間無顯著差異。

圖2 不同水肥模式對潮土冬小麥水分利用效率的影響

由圖3看出，砂姜黑土條件下，各滴灌處理全生育期水分利用效率無顯著差異，但均顯著高于CK。T1、T2處理的灌溉水生產(chǎn)效率相近，二者顯著高于其它處理，CK最低，且與各滴灌處理差異顯著。T6處理土壤水利用效率最高，顯著高于其它處理；低水處理與CK無顯著差異，但顯著低于其它處理。T1、T2、T4、T5、T6處理降水利用效率較高且處理間無顯著差異，CK與T3無顯著差異，但顯著低于其它各滴灌處理。

圖3 不同水肥模式對砂姜黑土冬小麥水分利用效率的影響

2.3 不同水肥模式對冬小麥氮肥偏生產(chǎn)力的影響

由圖4看出，潮土條件下，T1處理氮肥偏生產(chǎn)力最高，其次是T4，但二者差異未達顯著水平；T3和T6處理氮肥偏生產(chǎn)力較低，顯著低于其它滴灌處理，但T6與CK無顯著差異。

由圖4看出，砂姜黑土條件下，T1、T4處理氮肥偏生產(chǎn)力無顯著差異，但二者顯著高于其它處理；T3、CK處理較低，與T6差異不顯著但顯著低于其它滴灌處理。

圖4 不同水肥模式對不同土壤冬小麥氮肥偏生產(chǎn)力的影響

2.4 不同水肥模式對冬小麥花后旗葉生理指標的影響

由圖5看出，潮土條件下，各處理可溶性糖、脯氨酸及MDA含量均無顯著差異。漫灌對照與各滴灌處理SOD活性無顯著差異，滴灌處理僅T4的SOD活性比T5處理顯著高出181.0%，其它處理間無顯著差異。

圖5 不同水肥模式對潮土冬小麥花后旗葉衰老生理指標的影響

由圖6看出，砂姜黑土條件下，各處理可溶性糖、脯氨酸及MDA含量無顯著差異。T4處理SOD活性最高，分別顯著高于T1、T2、T3、T5、T6、CK處理420.1%、320.0%、112.9%、283.4%、30.8%、609.8%；其次是T6處理，分別顯著高于T1、T2、T3、T5、CK處理297.6%、221.1%、62.8%、193.1%、442.2%，而T1、T2、T5與CK較低，各處理間無顯著差異。

3 討論

水分和氮素是調(diào)控冬小麥籽粒產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，在一定范圍內(nèi)增加灌水量和施氮量能顯著增加產(chǎn)量，但超過此范圍產(chǎn)量則不再增加［18］。姜麗娜等［19］研究表明，適當增施氮肥能提高冬小麥干物質(zhì)積累速率和轉(zhuǎn)運速率，從而實現(xiàn)高產(chǎn)。Si等［12］研究認為，適當增加灌溉和施氮量能顯著提高冬小麥的地上生物量、籽粒產(chǎn)量和水分利用效率，然而超過一定的范圍則會抑制小麥生長。本研究表明，潮土條件下不同滴灌處理對冬小麥公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)影響不大，而各滴灌處理的千粒重顯著高于傳統(tǒng)模式；高肥水平下砂姜黑土增加滴灌量公頃穗數(shù)顯著增加，各滴灌處理的千粒重顯著高于傳統(tǒng)模式，滴灌處理間則無顯著差異，而公頃穗數(shù)與傳統(tǒng)模式無顯著差異。潮土條件下CK產(chǎn)量和各滴灌處理無顯著差異，砂姜黑土條件下CK產(chǎn)量顯著低于滴灌處理（T3除外）。從產(chǎn)量方面可以看出，潮土條件下兩種灌溉方式區(qū)別不大；砂姜黑土條件下采用滴灌方式不僅能節(jié)約灌水量，還能獲得較高的經(jīng)濟效益。這可能是因為潮土本身含水量較高，即使低水條件也達到小麥需水上限；砂姜黑土含水量較少，所以水量變化也會造成較明顯的產(chǎn)量變化。

陳金等［20］研究發(fā)現(xiàn)，在膠東地區(qū)的冬小麥生產(chǎn)中，施氮量225 kg/hm2可獲得較高氮素利用率。姜麗娜等［21］研究認為，增施氮肥能顯著提高營養(yǎng)器官和籽粒氮含量和積累量，促進下部葉片和莖節(jié)氮素積累，有利于延緩衰老。蒿寶珍等［22］研究認為，適宜的施氮量（180～210 kg/hm2）能夠促進冬小麥冠層葉片氮素有序轉(zhuǎn)運，提高葉片氮素轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率和對籽粒貢獻率。本研究發(fā)現(xiàn)，潮土在高肥水平下氮肥偏生產(chǎn)力顯著低于低肥與中肥水平；砂姜黑土在同一滴灌量水平下，氮肥偏生產(chǎn)力隨著施氮量的增加呈下降趨勢，兩試驗點的氮肥偏生產(chǎn)力均隨著施氮量的增加而降低。這與Bai等［8］在滴灌條件下的研究結(jié)果一致，說明超過一定范圍，隨著施氮量的增加，并不能提高冬小麥的氮肥利用率。

水分利用效率不僅能表現(xiàn)出作物能量轉(zhuǎn)化的效率，還能夠表現(xiàn)出作物生長的適宜程度。冬小麥水分利用效率受灌水量的影響，灌溉次數(shù)對冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率有較大影響。傳統(tǒng)栽培模式下，一般灌溉3～4次，并且隨著灌溉次數(shù)的增加，水分利用效率呈先增加后降低的趨勢［23］；也有研究表明，在漫灌條件下，隨著灌水量的增加，冬小麥水分利用效率、降水利用效率和土壤水利用效率逐漸增加，而灌溉水利用效率降低［24-26］；全生育期僅拔節(jié)期灌1次水（75 mm左右）時，既能維持較高產(chǎn)量，又能降低耗水、提高水分利用效率［27］。在測墑補灌條件下，漫灌至田間持水量60%時，冬小麥水分利用效率能達到最高，為14.7 kg/（hm2·mm）［28］。本研究表明，兩種土壤條件均是滴灌低水處理的灌溉水生產(chǎn)效率顯著高于滴灌中水處理，傳統(tǒng)模式灌溉水利用效率最低。這與聶紫瑾等［29］在滴灌條件下研究結(jié)果一致，可能是由于漫灌水分大量蒸發(fā)，只有少部分水能被冬小麥吸收，而滴灌能顯著改善無效蒸發(fā)。由此看出，采用測墑滴灌補灌方式不僅能節(jié)約灌水量，還能獲得較好的水分利用效率。同時也說明冬小麥灌溉水量與灌溉方法不同，耗水特性也不同，滴灌低水處理能獲得較高的生產(chǎn)效益。

逆境脅迫下，SOD是主要的氧自由基清除劑之一，其活性越高，清除能力越強，植物的抗逆性就越強；脯氨酸和可溶性糖是植物有效的有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，滲透脅迫時迅速積累，維持細胞膨壓；MDA是細胞膜脂過氧化作用的產(chǎn)物之一，它的產(chǎn)生能加劇膜的損傷［30，31］。閆恒輝等［32］研究表明，缺水會導致冬小麥葉片中SOD活性降低，從而加速衰老。趙長星等［33］研究發(fā)現(xiàn)，不同土壤含水量對冬小麥SOD活性表現(xiàn)為花后土壤含水量60%～70%處理＞80%～90%處理＞40%～50%處理，MDA含量表現(xiàn)為花后土壤含水量40%～50%處理＞80%～90%處理＞60%～70%處理。劉義國等［34］研究表明，冬小麥全生育期灌水量90～150 mm能夠顯著提高SOD活性，降低MDA含量，而30～60 mm卻不能顯著提高保護酶活性。本研究表明，砂姜黑土T4水肥條件下SOD活性顯著高于其它處理，說明中水處理可提高SOD活性，從而延緩冬小麥衰老，而其它抗逆性指標卻無顯著變化。潮土T4水肥條件下SOD活性顯著高于T5，其它抗逆性指標無顯著變化。說明砂姜黑土和潮土上T4水肥條件為冬小麥適宜的水分條件，可提高冬小麥抗逆性。

4 結(jié)論

本研究中，潮土條件下，將0～40 cm土層土壤含水量補灌至拔節(jié)期75%、灌漿期65%，全生育期每公頃施N 197.1 kg、P2O5135 kg、K2O 135 kg（T3處理）能獲得較高的產(chǎn)量和水氮利用率；砂姜黑土條件下，將0～40 cm土層土壤相對含水量補灌至拔節(jié)期80%、灌漿期75%，全生育期每公頃施N 164.25 kg、P2O5112.5 kg、K2O 112.5 kg（T5處理）能獲得較高的產(chǎn)量和水氮利用率。