谷強(qiáng)遠(yuǎn)，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(xué)/山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yán)重的膠東地區(qū)尤為嚴(yán)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(xiàn)。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(dāng)?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(jìn)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(yùn)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(yàn)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(yàn)地概況及材料

試驗(yàn)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(jìn)行。試驗(yàn)點(diǎn)地勢平坦，肥力均勻，潮土有機(jī)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(jī)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(jì)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(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)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(bǔ)充滴灌，使0～40 cm土層低水處理拔節(jié)到抽穗期土壤目標(biāo)相對含水量為75%，開花至灌漿中期土壤目標(biāo)相對含水量為65%；中水處理拔節(jié)到抽穗期土壤目標(biāo)相對含水量為80%，開花至灌漿中期土壤目標(biāo)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(biāo)含水量相同（表1），根據(jù)目標(biāo)含水量計(jì)算補(bǔ)灌量。傳統(tǒng)模式采用漫灌，灌水定額為60 mm。

表1 試驗(yàn)處理方案

測墑補(bǔ)灌計(jì)算公式：

補(bǔ)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(biāo)質(zhì)量含水量，B2為灌溉前土壤目標(biāo)質(zhì)量含水量，20/3為換算系數(shù)。

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，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(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。于2018年10月14日播種，根據(jù)實(shí)際降水（圖1）和墑情，膠州試驗(yàn)點(diǎn)灌溉2次（4月25日、5月15日），平度試驗(yàn)點(diǎn)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(xiàng)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(jī)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(shí)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(yàn)點(diǎn)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(biāo)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(lán)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(jìn)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(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行整理及作圖，采用SPSS25.0軟件統(tǒng)計(jì)分析，Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)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(dá)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(dá)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(biāo)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(biāo)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(dāng)增施氮肥能提高冬小麥干物質(zhì)積累速率和轉(zhuǎn)運(yùn)速率，從而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。Si等［12］研究認(rèn)為，適當(dāng)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(jì)效益。這可能是因?yàn)槌蓖帘旧砗枯^高，即使低水條件也達(dá)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(rèn)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(jìn)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(rèn)為，適宜的施氮量（180～210 kg/hm2）能夠促進(jìn)冬小麥冠層葉片氮素有序轉(zhuǎn)運(yùn)，提高葉片氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和對籽粒貢獻(xiàn)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(yàn)點(diǎn)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(bǔ)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(dá)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(bǔ)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(qiáng)，植物的抗逆性就越強(qiáng)；脯氨酸和可溶性糖是植物有效的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，滲透脅迫時迅速積累，維持細(xì)胞膨壓；MDA是細(xì)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(dǎo)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(hù)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(biāo)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(biāo)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(bǔ)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(bǔ)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。