水肥耦合效应研究综述
水肥耦合效应研究综述
摘要土壤水分与肥料是农业生产的两大因素，两者具有协同效应，增水能够增加肥料的增产效应，增肥能够增加灌水的增产效应，两者既相互制约又相互协调促进。
在农业生产中，只有合理匹配水肥因子，才能起到以肥调水、以水促肥，并充分发挥水肥因子的整体增产作用。
研究水肥耦合效应，对提高肥料和水分利用效率、提高农业生产的经济效益和生态效益、保障农业可持续发展有着重要的意义。
关键词以肥调水；以水促肥；水肥耦合
1水肥耦合概念及机理
农业生产中水分和养分（肥料）是影响作物生长的两个重要环境因子，水肥之间的关系相当复杂。
在农田系统中，水分与养分之间、各养分之间以及作物与水肥之间都具有相互激励与拮抗的动态平衡关系。
水肥耦合则是指农田生态系统中，水分和肥料二因素或水分与肥料中的氮、磷、钾等因素之间的相互作用对作物生长的影响及其利用效率，也可以理解为在农业生态系统中，水与土壤矿质元素这两个体系融为一体，互相影响、相互作用，对植物的生长发育产生的现象或结果。
水肥耦合技术则是在考虑水分和养分对作物生长的影响，在不同水分、养分基础条件下，所使用的因水施肥、以水定肥、以肥调水等技术。
水肥是影响作物产量的两个重要因子，在育种技术、耕作技术、栽培技术等的基础上，合理的灌溉与施肥是作物增产的主要途径之一。
从水、肥对作物的生理生长影响过程来看，这两个因子在很大程度上既相互制约，又互相影响，水分不足影响作物根系对肥料的吸收，并直接影响作物的的产量；养分不足则同样限制作物对水分的充分利用并降低作物产量。
增水能促进肥料的增产效应；增肥可明显改善旱作物叶片水分状况，增加光合速率、延缓叶片衰老，有利于作物后期维持一定的光合面积和作用时间，减小了土壤水分不足对产量的影响。
在实际农业生产中研究和发展水肥耦合机理及其技术，对节约并高效利用有限的农业水资源对农业可持续发展具有重要意义。
只有合理匹配水肥因子，才能起到以肥调水、以水促肥，达到水分和养分的高效利用，并充分发挥水肥因子的整体增产
作用。
2研究进展
Viets指出，因为水分的有效性影响着土壤微生物、物理及植物生理过程，土壤中水分与养分之间的关系复杂而密切。
Lahiri认为，在土壤干旱状况下施用
氮肥有效促进了农作物对土壤深层水分的利用并提高产量。
Begg和Bhan等认为在土壤水分有限条件下增施氮肥可能会使作物水分胁迫加重，对产量造成不利影响。
还有研究表明，养分和水分合理配合能有效提高水肥资源的利
用率。
我国自1991年以对将旱地农田水肥交互作用与耦合模型研究作为重点项目进行研究，通过多学科、多专业联合攻关，取得了许多重要成果，在一些实际应用领域获得了突破性进展。
明确水肥有效供应的动力学特征和水肥耦合效应对产量影响的区域变异，建立水肥效应模型。
唐新莲等研究了施氮量和土壤水分对菜心产量和品质的影响，结果表明，在同一水分处理条件下，不同施氮处理的菜心产量存在显著差异；赵义涛等研究了水肥耦合效应对辣椒保护地土壤水分变化和灌溉水利用率的影响；贾彩建等对滴灌施肥进行了研究，试验表明，采用滴灌施肥能有效节水28.9%-31.0%，节肥17.9%-58.9%，通过滴灌施肥产量达到94 860.0 kg/hm2，比对照增产20.8%，同时有效提高了产品的品质；梁运江等研究了定额灌水、氮肥、磷肥对保护辣椒植株生长发育的影响，结果表明，对辣椒生育性状和产量影响最大的因子是灌水，其次是P和N，灌水和P的交互作用显著影响了分枝数和茎粗；不同土壤含水量对日光温室黄瓜的生理特性影响；陈碧华等研究了水肥耦合条件对番茄硝酸盐含量的影响，结果表明，边际硝酸盐含量随水分增加而减少，随着施肥量的提高而增加；陈修斌等研究了灌水量、氮肥、钾肥的耦合效应对番茄的影响，建立了水肥因子与产量的数学回归模型，也研究了灌水量、N、K的耦合效应对西葫芦产量的影响，建立了西葫芦产量对水肥因子的数学回归模型；张璐等通过对辽西半干旱地区丰水年与平水年的水肥交互效应进行估算发现，在该地区水肥交互作用显著，在施用有机肥的情况下，水肥交互作用有所降低；刘思春等对不同肥力水平下土壤-植物-大气连续系统水势温度效应进行研究表明，施用化肥和有机肥可提高土壤肥力，明显提高植株水势，并且随着土壤肥力提高，植物水的有效性随即增加。
上官周平等在对旱作农田冬小麦水肥耦合增产效应进行研究后指出，增施肥料可明显改善旱作农田冬小麦叶片水分状况、同时增加光合速率并延缓叶片衰老，有利于小麦后期维持一定的光合面积和作用时间，有利于籽粒灌浆和增加每穗粒数，减小了由于土壤水分不充分对产量的影响；李法云、郑良等在进行辽西半干旱区水肥耦合作用对土壤水分动态变化的影响研究时发现，在小麦生育前期，施用氮肥能够有效促进小麦的生长发育，并能有效减少土壤表面水分的无效蒸发量，从而提高土壤水分的含量；梁智、周勃等对滴灌施肥条件下长绒棉水肥耦合效应进行了研究，研究表明，低施肥水平下，灌溉的增产效应不明显；高施肥水平的提高，灌溉的增产效应显著，说明施肥可以发挥灌水的增产作用。
陈修斌等对温室西葫芦水肥耦合效应进行了实验研究并证明，H2O、N、K等三因素影响西葫芦产量的顺序为N>H2O>K，由此表明西葫芦对N的吸收量大于K；相关研究通过运用三元二次多项式拟合番茄产量与N、K用量及灌水下限间的关系，各因素对番茄产量影响作用的次序为：灌水下限>N>K，灌水下限与施肥有明显的正交互作用，且在灌水下限时K与灌水的交互作用小于N与灌水的交互作用；在研究冬小麦的水肥耦合时证明，当土壤含水量处于低水平时，籽粒产量随苗期施氮量增大而减少，相反土壤含水量处于高水平时，籽粒产量随着苗期施
氮量的增大而增大。
3展望
农业生产是一个复杂的综合体系，在进行水肥耦合相关研究时应明确以肥调水和以水促肥的前提，目前的研究虽然已经在很多方面取得了进展，但仍然存在着许多问题需进一步研究和解决。
1）很多研究对旱地大田作物进行了大量的水肥耦合效应研究，但研究多集中于对产量的研究上，而有关水肥耦合效应对作物品质及生态环境影响的研究还不够，今后的研究需在这方面
深入。
2）水肥耦合效应在一些领域已取得了突破性进展，但由于地域、气候、土壤等条件的限制，导致其在异地应用时效果不理想，因此在土壤质地和气候类型不同的地区进行水肥耦合的研究对农业的可持续发展具有重要意义。
3）随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的应用，在对不同类型土壤水肥耦合研究的基础上，运用人工智能、GIS技术，将作物、水肥因子与环境条件有机结合起来，建立水肥高效管理信息系统，将会对我国农业的增产有着重要的意义。
参考文献
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水肥耦合对烤烟各器官干重及养分吸收的影响
水肥耦合对烤烟各器官干重及养分吸收的影响【摘要】本文研究了水肥耦合对烤烟各器官干重及养分吸收的影响。
通过实验发现，水肥耦合显著影响了烤烟叶片、根系、茎、花序和籽粒的干重和养分吸收。
在叶片方面，水肥耦合有利于增加叶片的干重和提高养分吸收效率。
根系、茎、花序和籽粒也表现出类似的趋势，说明水肥耦合可以促进烤烟各器官的生长和养分吸收。
综合分析认为，水肥耦合对烤烟各器官的干重及养分吸收具有综合影响，提高了烤烟的产量和品质。
研究的意义在于为烤烟生产提供了科学依据和技术支持，同时也为水肥耦合施肥模式的优化提供了理论指导。
未来研究可以进一步探究水肥耦合在烤烟生产中的应用潜力，推动烤烟产业的可持续发展。
【关键词】烤烟、水肥耦合、干重、养分吸收、叶片、根系、茎、花序、籽粒、综合影响、研究背景、研究目的、研究意义、展望。
1. 引言1.1 研究背景水肥耦合技术是指在施肥的同时进行灌溉，通过控制水肥的施用时间、量和比例，实现农作物各器官的养分吸收和利用效率的最大化。
通过水肥耦合技术，可以有效提高作物的产量和品质，并减少化肥的使用量，降低生产成本，减少环境污染。
研究水肥耦合对烤烟各器官干重及养分吸收的影响，对于提高烤烟产量和品质，实现绿色可持续发展具有重要意义。
本研究旨在探讨水肥耦合技术在烤烟栽培中的应用效果，为进一步推广和应用水肥耦合技术提供科学依据，同时为烤烟栽培技术的优化提供参考。
通过分析水肥耦合对烤烟各器官干重及养分吸收的影响，为烤烟栽培技术的改进和提高烤烟产量和品质提供理论支持和实践指导。
1.2 研究目的研究目的是为了探究水肥耦合对烤烟各器官干重及养分吸收的影响，从而更全面地了解烤烟的生长发育过程和养分利用情况。
通过研究水肥耦合对烤烟叶片、根系、茎、花序和籽粒干重以及养分吸收的影响，可以为优化烤烟的种植管理提供科学依据。
在实际生产中，合理的水肥耦合可以提高烤烟的产量和品质，降低生长周期和成本。
研究水肥耦合对烤烟各器官的影响也有助于深入了解烤烟的生理生态特性，为烤烟的有效利用和育种改良提供理论基础。
水肥耦合在我国果树上的应用现状及展望
平低时 ， 施肥的增产效果显著。 而随着 自然肥力提
基金项 目： 新疆维吾 尔 自治 区重大专项 “ 果树 营养特性 与
水肥耦合技 术研 究”（ ０ ７ １ ３ － ） 土壤 学 自治区重点 ２０ ３ １６ ５ ； 学科资助。
３ ． ｍ可使春梢生长量达到最大 ， ５８ ｍ 对迅速扩冠成
的水肥耦合改善了作物的生物学性状 。
１１ 水 肥耦合 效应 对果树 产量 的影 响 ．
果 树产 量 的高低 与 品种 遗 传特 性 、 环境 因素 、
栽培管理技术等有关 。 产量因素构成包括果枝率、
结果系数、 坐果率 、 平均单果重 、 单株产量等。 水肥 耦合对作物产量的影响主要反映在水肥供应水平 上， 不同肥水条件下 ， 作物的产量表现不 同。在水 肥不足的情况下 ， 补充水分可增加产量 ， 施肥 的增
２１ ０ ０年第 ５期
现代 园艺
水 肥 耦合 在 我 国果树 上 的应 用现 状 及展 望
孙 霞 柴 仲 平 蒋平 安
（ 新疆农业大学草业与环境科学学院 ， 乌鲁木齐
水 肥耦合 是指 水 分 和肥 料二 因素之 间 的相 互
８０ ５ ） ３０ ２
高 ， 分作 用越 来越 大 ， 且水 肥 对 产量 有 耦合 效 水 并 应 。 肥有 明显 的调水 作 用 ， 水 也 有显 著 的调 肥 施 灌 作用。 灌水 量少 时 ， 肥 的交互 作 用 随肥 料 用量 增 水
形极 为有利 ； 同时该施肥、 灌水水 平亦可使栽后第
３年 开花 株率 达 ７ ．％。 ０１ 国
现代园艺
王斌 问 黄 土 高原 沟 壑 区苹 果 园水 肥耦 合 试 在
膜下滴灌水肥耦合对玉米产量及水分利用效应的影响
膜下滴灌水肥耦合对玉米产量及水分利用效应的影响首先，膜下滴灌技术可以提高玉米的产量。
传统的灌溉方式如喷灌和洪灌，容易造成水分的浪费和土壤表面的蓄水。
而膜下滴灌技术可以将水分和肥料准确地送至植物根部，最大程度地减少水分的蒸发和土壤表面的流失，提高了灌溉水分利用率。
此外，滴灌系统的设计还可以根据玉米的生长需求调整滴水量和灌水时间，使玉米根系吸收到适量的水分。
这样一来，玉米的生长条件得到了优化，产量也自然会提高。
其次，膜下滴灌技术有助于提高玉米的水分利用效率。
由于滴灌系统可以精确地将水分送至植物根系附近，减少了土壤表面的蒸发和流失，因此，水分利用效率得到了显著提高。
相比较而言，传统的灌溉方式会导致土壤表面的水分损失较大，使得玉米的水分利用效率较低。
而膜下滴灌技术则可以从根本上减少这种水分损失，使玉米能够更有效地利用水分，提高水分利用效率。
这对于节约水资源和保护环境也有积极的意义。
此外，膜下滴灌技术还可以实现水肥一体化管理，进一步提高玉米的产量和水分利用效率。
通过滴灌系统和肥料施放器的组合使用，可以准确地将水和肥料送达到植物根系。
这样一来，玉米在吸收水分的同时也能够吸收到充足的营养，为玉米的生长提供了有力的支持。
水肥一体化管理还可以避免因为水分和肥料的不平衡而导致的玉米产量下降的情况发生。
通过精确控制水和肥料的供应量,可以根据玉米生长的需要进行调整,达到最佳的供需平衡,提高玉米的产量和质量。
总之，膜下滴灌水肥耦合技术对玉米的产量和水分利用效率有显著的影响。
它可以减少水分和肥料的损失，优化玉米的生长条件，提高玉米的产量和水分利用效果。
因此，在农业生产中广泛应用膜下滴灌水肥耦合技术，对于提高玉米的产量和水分利用效率，节约水资源，保护环境具有重要的意义。
宁夏引黄灌区大棚西瓜膜下滴灌水肥耦合效应
宁夏引黄灌区大棚西瓜膜下滴灌水肥耦合效应作者：郭松沙新林杨惠勤李荣姜雪琴路洁赵丹青刘声锋来源：《中国瓜菜》2021年第05期摘要：针对宁夏吴忠拱棚西瓜栽培生产中水肥利用率不高、水肥施入不同步等制约因素，充分利用西瓜膜下滴灌条件，探索适宜水平下水、氮和钾之间的相互作用，分析其在大棚高畦膜下滴灌条件下的产量效应，建立吴忠黄灌区大棚西瓜产量数学模型，以氮肥和钾肥配施提高补灌水分利用效率，达到提高植株整体的生长、品质及产量的目的。
采用频率分析法对产量模型进行模拟的结果表明，产量大于47 700 kg·hm-2的方案中最佳农艺措施为：补水量904.8～1 014.75 m3·hm-2、施氮肥量172.69～204.775 kg·hm-2、施钾肥量204～218.2 kg·hm-2。
根據不同产量水平下的因素分析，总结了最优组合方案，可达到提高植株整体的抗性、制约土传病害蔓延的效果。
关键词：西瓜;大棚;膜下滴灌;引黄灌区;水肥耦合中图分类号：S651 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）05-040-05Water and fertilizer coupling effect of drip irrigation under film in greenhouse watermelon in irrigation area of Yellow River diversion in NingxiaGUO Song1， SHA Xinlin2， YANG Huiqin3， LI Rong3， JIANG Xueqin2， LU Jie2，ZHAO Danqing2， LIU Shengfeng1（1. Institute of Germplasm Resources， Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences ， Yinchuan 750002， Ningxia， China; 2. Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences， Yinchuan 750002， Ningxia， China; 3. Wuzhong City Agricultural and Rural Bureau of Litong District ， Wuzhong 751100， Ningxia， China）Abstract： In view of the limited factors such as low water and fertilizer utilization rate and unsynchronized water and fertilizer application in watermelon cultivation in Wuzhong arch shed of Ningxia. The interaction among water， nitrogen and potassium was explored under the condition of drip irrigation. The yield effect of drip irrigation under plastic film was analyzed， and a mathematical model of watermelon yield was established in Wuzhong Yellow River irrigation area. The combination of nitrogen and potassium fertilizer can improve water use efficiency， promote plant growth， and improve quality and yield. The results show that Frequency analysis method was used to simulate the yield model， and the best agronomic measures were as follows： water supply 904.8-1 014.75 m3·hm-2， nitrogen application 172.69-204.775 kg·hm-2 and potassium application 204-218.2 kg·hm-2. According to the analysis of factors under different yield levels， a group of optimal combination schemes is summarized， which can improve the overall resistance of plants and restrict the spread of soil borne diseases.Key words： Watermelon; Greenhouse; Drip irrigation under mulch; Yellow River irrigation area; Water fertilizer coupling宁夏吴忠市位于黄河上游，有充足的水源和光照，中温带干旱性气候，为西瓜的生长和果实糖分积累都提供了有利条件。
温室番茄水肥耦合数学模型研究
维普资讯
熊汉琴等 ：灌 温 室番茄水肥耦合数学模型研 ｕ 究 盘 一 ０ ０
坞Ｍ
＂
・４ ５・ 加
三因素的回归数学模型 ：
Ｙ 一 ６ ５ ７ ７＋ １ ２ ． ６ ， １ ３ ． ７ ０ ３ ．０ ６ ５ ９ ｘ ＋ ０ １ ０ ｘ ＋
施肥不仅造成水资源和肥料的浪费 ， 导致番茄发 病率高 、 品质下降 ， 还造成土壤硝酸盐累计 ， 微量
表 １ 全生育期灌水 量、 磷肥、 钾肥试验 因素水平编码
元素缺乏及环境的污染。近年来对农作物的水肥 耦合进行 了大量研究 ， 明养分和水分结合起来 证 能有效提高水肥资源 的利用率［ 但这些研究 卜 ， 大多集 中于旱地作物 。 而在温室滴 灌条件下 ， 番茄
２ ３ ． １ ３＋ ５ ４ ８ ｘ Ｘ＋ ６ ５ ２ ｘｘ ５ ７ ３ ｘ２ １ ． ２ １２ ３ ． ４ ，３
—
２１ ． ｘ２ ３ ０８ ５３ Ｘ
降低 。钾的变化趋 势和灌水量相似 ， 但变化更剧 烈， 钾的极值点为 Ｘ＝０７ ９ 。 ３ ． ７０
２ ２ ３ 三 因子 的 交互 效 应 分析 ．． 试 验 中三 因子
２ 结果 与分析
２１ 目标产 量 函数数 学模 型 的建立 与检 验 ．
试验 采用三 因素二 次回归通用旋转组合设
计［ ， 引 以产量为 目标函数 ， 以灌水量 、 施磷量、 施钾
量三因素为变量 ， 构建数学模型 。 三因素不同水平
的编码值 见表 １ 。
根据表 ２ 试验产量结果 ， 以产量为 目标函数 （ ） 以灌水量（ 磷肥（ ）钾肥（。 Ｙ， ｘ） 、 ｘ、 ｘ） 三因素为控 制变量 ， 对数据进行计算机处理 ， 得到番茄产量对
水肥耦合技术
水肥耦合技术
水肥耦合技术是一种农业生产中的新型技术。
它指的是在作物生长过程中，通过合理控制灌溉水和施肥量，达到水肥同步、水肥一体的目的，以提高作物产量和品质。
水肥耦合技术的核心是将水肥调配在一起，以适应不同作物的生长需要。
通过科学地控制灌水和施肥时间、量和方式，优化作物根系吸收水肥的效率，减少浪费和污染，实现节水、减肥、增产的目标。
水肥耦合技术的应用范围广泛，适用于大田作物、果树、蔬菜等不同类型的农作物。
它不仅可以提高单产和品质，还可以改善土地环境、降低种植成本、增加农民收入等。
总之，水肥耦合技术的出现是一项有益于农业生产和环境保护的技术创新，有望在未来为农民和社会带来更多的收益和效益。
- 1 -。
水肥耦合效应对茶叶产量和品质的影响
通过 对茶 叶 鲜 叶产量 结 果 的差 异 性处 理分 析 表
基金项 目： 广西柳州市科学研究与技术开发计划项 目 （ 合同编号： ２ ０ １ ２ Ｆ ０ １ ０ １ ０ ７ ） 。
作者简介 ： 蒋建华（ １ ９ ８ ３ 一 ） ， 男， 农艺师， 主要从事作物水肥高效利用研究 ； Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： １ １ ６ １ ６ ５ ９ ９ ８ ＠ ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｎ ｒ 。
试 验 小 区（ ９个 处 理 、 １ 个对照 ） ， 每个 小 区 的 面积 为
６ ６ ． ７ ｍ ， 总面积 为 ６ ６ ７ ｍｓ 。
１ ． ２ 试 验 方 法
１ ． ３ 测 定 方 法
土壤含水量采用 Ｐ Ｒ ２ ／ ６ 土壤剖面水分测定仪 与 Ｈ Ｒ 一 ３ ３ Ｔ露点水势仪 、 手持式土壤水分速测仪协同测 定 。采用 田测法测定作物的蒸发蒸腾量 （ 作物需水 量） ， 即通过测定土壤含水率和土壤的蒸发蒸腾量（ 棵 间蒸发量 ） 来测定作物的蒸发蒸腾量 ， 从而通过试验 了解茶树生长过程 中对水分的需求规律。 品质 评 审主 要 以化 学方 法 测定 ：茶多 酚 含量 测 定采用国家标准 Ｇ Ｂ ／ Ｔ ８ ３ １ ２ — ２ ０ ０ ８ 检测方法 ，咖啡碱 含量测 定采用 国家标 准 Ｇ Ｂ ／ Ｔ ８ ３ １ ２ — ２ ０ ０ ２的检 测方 法， 氨基酸含量采用高效液相色谱法测定 ， 蛋 白质含 量采 用考 马斯 亮 蓝法 测定 ，再辅 以色香 味多次 感 官 重 复评定 。
明， 处理间存在着极显著差异 ， 对照的产量 明显低 于 与Ａ ２ Ｂ 。 Ｃ ２ Ｄ ， ， 此两者之间的差异性不显著 ， 但极显著 高于其他处理 ，处理 Ａ ｌ Ｂ ３ Ｃ ３ Ｄ ３ 、 Ａ ２ Ｂ ２ Ｃ ３ Ｄ ｌ 、 Ａ ３ Ｂ ２ Ｃ ｌ Ｄ ３ 之 间的产量差异性也不显著 ， 但显著高于剩余几个低产 量处理。廖万有的研究表明茶 叶产量与氮、 钾肥用量 密切相关 ， 一般在低肥低管理水平下 ， 氮的增产效果
棉花水肥耦合原理与应用—科学与技术问题
棉花水肥耦合原理与应用—科学和技术问题1.水肥耦合的概念水肥耦合物理学概念的借用，是20世纪80年代提出的田间水肥管理的新概念，其核心是指农田生态系统中，水分和肥料二因素或水分与肥料中的氮、磷、钾等因素之间的相互作用对作物生长的影响及其利用效率。
强调影响植物生长的两大环境因素“水”及“肥”之间的有机联系，利用其间存在的协同效应．进行水肥及植物综合管理，以提高植物生产力和水肥利用效率[1，2]。
我们可用函数式来表达作物产量与环境因子的关系Y=f(N，W ，T，G，L)。
式中，Y-农作物产量；f-函数符号；N-养分；W-水分；T-温度；G-二氧化碳浓度；L-光照。
此式表明：农作物产量是养分、水分、温度、二氧化碳浓度、和光照五大因子的函数。
要提高农作物产量，须使这五大因子保持一定的均衡性。
但由于水分的有效性影响着整个土壤的微生物作用、物理化学作用及植物体内的生理生化过程，使得土壤养分和水分密切而复杂地联系在一起，特别在旱地农业中，肥和水的激励机制和协同效应更加明显。
因此，要达到农作物的稳产、高产，必须通过调控土壤水分、养分，使之满足农作物生长需要，使水分和养分相互协调，提高水分、养分的利用效率。
同时使投入土壤的养分除补偿被作物吸收量外，还有一定盈余，在土壤中积累，以增加土壤养分(特别是有机质)含量，提高土壤肥力，保证土地可持续利用。
肥和水是作物生长不可缺少的两个因素。
土壤中的水分和矿质营养元素通过植物根系吸收进人植物体，运输到所需部位加以同化利用。
肥水二者互为促进互为制约，在一定含水量范围内，肥效一般是随土壤水分含量的增加而提高的，而水分也是在一定的肥力要素配合下，才能更好的发挥作用。
因此，各种要素的投入量必须保持适宜的比例，才能同时充分发挥每一投入要素的作用，又不造成浪费和生态系统的破坏(土壤贫瘠化)，获得最佳经济效益和生态效益。
2.研究源起旱地农业是利用天然降水为主的农业，水分和养分一直是困扰农业发展的障碍因子。
水肥气热耦合在农业灌溉中的研究进展
改善了作物根区环境ꎬ 增加了根系活力ꎬ 提高了作
６６
施肥可促进作物冠层的发育ꎬ 增强了气孔的抵抗
收稿日期: ２０２０￣０４￣２４
基金项目: 陇原青年创新创业人才项目(２０１９￣９) ꎻ 国家自然科学基
金资助项目(５１７６９００１ ) ꎻ 甘肃省高等学校科学研究创新团队项目
得到充分发挥ꎮ
１ ２ 水肥耦合对水分利用效率及作物品质的影响
水、 肥料是影响作物生长和水分利用效率的两
ꎬ 因而使水肥产
个重要因素ꎬ 大量研究表明适当的灌溉可以促进肥
生协同作用ꎬ 实现高产优质和节能环保将有重要意
料的转化以及作物对肥料的吸收和利用ꎬ 并提高肥
义ꎮ 水肥管理因子主要包括灌溉量、 施肥量、 施肥
质及施肥是决定作物长势的关键因子ꎬ 而在这些环
境中水分和养分的运移特性及空间分布情况与作物
的范围ꎬ 达到“ 以 水 促 肥” 和 “ 以 肥 促 水” 的 目 的ꎬ
生长发育过程密切相关ꎬ 直接影响作物种子萌发、
出苗新陈代谢及后期成长ꎮ 水肥耦合灌溉技术在我
国已大量的推广应用ꎬ 且取得了显著效果 [４] ꎻ 加气
(２０１８Ｃ￣１６)
作者简介: 张彩霞(１９９５ 年—) ꎬ 女ꎬ 硕士研究生ꎮ
Ｅ￣ｍａｉｌ: １３４９０９０７４５＠ ｑｑ ｃｏｍ
通讯作者: 张 芮(１９８０ 年—) ꎬ 男ꎬ 教授ꎬ 博士ꎮ
Ｅ￣ｍａｉｌ: ｚｈｒ＿ １０２９＠ １６３ ｃｏｍ
科研与管理
２０２０ 年第 ９ 期
水利规划与设计
论依据ꎮ
水、 肥、 气、 热 是 影 响 农 作 物 生 长 的 重 要 因
素ꎬ 适宜的水分和良好的养分是作物高产优质的基
水肥耦合效应对平原区夏玉米产量的影响
水肥耦合效应对平原区夏玉米产量的影响摘要:为了研究不同水肥条件对夏玉米产量的影响,在防雨棚条件下进行盆栽试验,采用3因素5水平2次通用旋转回归组合设计,建立了灌水量､氮肥和钾肥施用量对夏玉米产量影响的数学模型｡因素效应分析结果表明,影响夏玉米产量的主要因素是灌水量,其次是氮肥和钾肥的施用量｡各因素交互作用对玉米产量的贡献为氮､水>钾､水>氮､钾;从产量角度评价灌水量､氮肥和钾肥施用量的最佳水肥调控组合｡当灌水量､氮肥和钾肥施用量分别为450 mm､180 kg/hm2､120 kg/hm2时,玉米达到高产生产指标84.63 g/盆,为水肥调控的最佳组合｡关键词:水肥耦合;二次通用旋转回归;产量;夏玉米The Coupling Effect of Water and Fertilizer on Summer Maize Yield of in the Plain Abstract: The coupling effects of water and fertilizer on yield of summer maize in the plain were investigated by using the general quadratic rotatory regression and solution culture. The pot trials were carried out in rain-protection shed and the mathematical models were established. Analysis showed that the dosage of water irrigation significantly influenced the yield of summer maize, followed by the amount of nitrogen and potash fertilizer. The interaction effects among these factors on the corn yield according to the order as N and water>K and water>N and K. From the aspect of maize yield, sufficient water with higher level of N and K was the best combination. Maize production could achieve the high yield goal 84.63 g/pot when irragation dose, the concentrations of nitrogen and potassium were 450 mm,180 kg/hm2,120 kg/hm2,respectively.Key words: coupling effect of water and fertilizer; general quadratic rotatory regression; yield; summer maize在严重缺水的华北平原,水分不足和养分供应不足两大因素成为该地区农业持续发展的限制因子｡水分不但是作物生长所必需的条件之一,也是化肥溶解和有机肥料矿化的必要条件｡养分通过扩散与质流的方式向根及地上部迁移,此过程必须有水分参与｡充分说明作物对水分和养分吸收过程并不是孤立的,它们之间是相互作用和相互影响[1-3]｡水肥供应不足必然会影响土壤养分的运移和作物的吸收利用,从而对作物产量产生不利的影响｡早期的研究报道多见于水肥耦合效应在不同作物和蔬菜的应用,并注重研究水肥耦合条件下干旱地区节水效应与不同作物的反应及产量效应关系｡国内外已对养分和水分运移规律及增产机理等进行了大量的研究[4-6]｡水肥是玉米生长发育的决定因素,尤其是在玉米的拔节时期｡在旱棚条件下的水肥耦合效应也有报道,但注重的都是水肥协同的增产效应､水分灌溉指标和不同肥料品种的施用[7-11],而对于定量评价不同降水年型下氮､钾养分对产量影响的研究较少｡因此,本试验探讨水､氮､钾3个重要因素对夏玉米产量的影响,通过各因素效应分析,定量评价各试验因子的增产作用,科学合理地确定不同降水年型下肥料最适投入量,以期提出玉米高产的水肥优化组合,为发展半干旱地区农业生产提供科学依据｡1 材料与方法1.1 试验地概况试验于2010年6~10月在河北农业大学辛集科技示范基地进行｡基地历年平均降雨量349.9 mm,主要集中在6~8月份,占全年总降雨水量的67.9%以上｡供试土壤为砂壤质潮土,0~30 cm层土壤中含有机质13.16 g/kg､全氮0.14 g/kg､速效磷48.72 mg/kg､速效钾107.78 mg/kg｡1.2 试验设计和实施试验于防雨旱棚下进行,采用3因素5水平2次通用旋转回归设计[12,13],设置水(W)､氮(N)､钾(K)3因素,研究其对夏玉米产量的影响｡水分分别设5种模拟降水年型(歉水年､贫水年､平水年､丰水年和极丰水年),施氮量和施钾量分别设5种不同施肥水平(表1)｡试验共20个处理,每1处理设3次重复｡供试作物为当地主要的玉米栽培品种郑单958｡玉米生育期内每5 d浇1次水,试验选用聚乙烯塑料桶,桶直径30 cm,高度30 cm｡装盆过程中轻轻振动使盆中土壤松紧合适,盆底部铺上纱网,保证盆中空气通透｡盆装好后土表距盆口约3 cm,然后埋入田间,随机排列｡氮肥(尿素)､钾肥(硫酸钾)播前底施和大喇叭口期追施各占1/2｡2010年6月10日播种玉米,7月间苗,每盆留苗1株,10月1日测其产量｡2 结果与分析2.1 回归方程的建立根据回归最优设计的模型建立方法(各因素左边为代码值,右边为对应实际值)｡采用三元二次回归旋转组合进行分析,将试验方案及产量(表1)输入计算机,用DSP软件进行统计分析[14]得到夏玉米产量与各因子间的数学模型｡Y=81.957 61+3.754 32W+2.747 49N+1.133 49K-1.083 06W2-3.681 68N2-1.650 51K2+0.028 75WN-0.046 25WK-1.951 25NK (1)对回归模型(1)进行方差分析,F1=3.718 45<F0.05=6.63,表明未知因素对试验结果影响很小,可以忽略, F2=8.004 74>F0.01=4.49,所建模型达到极显著水平,能反映玉米产量与灌水量以及N､K肥施用量间的关系,故以此模型进行预报具有较高的可行性｡产量与因素拟合好,方程有效,所以可以进一步进行效应分析及预测｡2.2 水､氮､钾处理对夏玉米产量影响的主效应分析在相同量纲条件下,偏回归系数反映了某一因子对产量的效应,其值越大,作用越明显｡在本试验中,水分和氮､钾的量纲不同,不能直接比较,经过DPS软件无量纲线性编码代换后对回归系数进行分析,可根据其大小判断试验因素对子粒产量影响的程度,其正负号表示因素作用的方向｡回归模型偏回归系数表明,灌水量与N､K肥施用量均对玉米具有明显增产作用,其影响显著性依次为灌水量>N肥>K 肥,表明水､氮､钾3因素是对夏玉米产量影响的主要因素,但影响作用大小相异｡2.3 水､氮､钾处理对夏玉米产量影响的单因素效应分析为了进一步研究各因子的单独效应,采用降维法对回归方程(1)任意2因子取0水平编码值可得另1因素对玉米产量的偏回归方程为:灌水量:Y=81.957 61+3.754 32W-1.083 06W2施氮量:Y=81.957 61+2.747 49N-3.681 68N2(2)施钾量:Y=81.957 61+1.133 49K-1.650 51K2分别对其求导,可以得出水､氮､钾边际产量模型:灌水量:dY/dX=3.754 32-2.166 0W施氮量:dY/dX=2.747 49-7.363 0N (3)施钾量:dY/dX=1.133 49-3.301 0K令dY/dXi=0,求得玉米最高产量Y对应3因素的编码值W=1.733,N=0.373,K=0.343,分别对3因素分析如下｡1)灌水量对夏玉米产量的影响｡灌水量与夏玉米产量呈开口向下抛物线关系(图1),灌水量从-1.682水平增加到1.733水平时,每盆玉米产量从72.578 g增加到85.211 g｡即灌水量极大点水平为1.733,可见随着灌水量的增加产量随之也增加｡2)施氮肥量对夏玉米产量的影响｡施氮肥量与夏玉米产量呈开口向下抛物线关系(图2),施氮量从-1.682水平增加到0.373水平时,每盆玉米产量从66.920 g增加到82.470 g;而随着0.373水平增加到1.682水平时,玉米产量从82.470 g降低到76.163 g｡说明施氮量的水平达到0.373时,随施氮量的增加,产量开始下降｡3)施钾肥量对夏玉米产量的影响｡施钾肥量与夏玉米产量之间呈开口向下抛物线关系(图3),施钾量p为了探讨水､氮､钾各因素之间的耦合效应,通过对回归数学模型(1)进行降维处理,即固定任意一因素码值为0码值水平,则可得其他两个因素耦合效应回归子模型(4)､(5)､(6):YK=0=81.957 61+3.754 32W+2.747 49N-1.083 06W2-3.681 68N2+0.028 75WN (4)YN=0=81.957 61+3.754 32W+1.133 49K-1.083 06W2-1.650 51K2-0.046 25WK (5)YW=0=81.957 61+2.747 49N+1.133 49K-3.681 68N2-1.650 51K2-1.951 25NK (6)由方程(4)､(5)和(6)可得到任意2因素交互作用对玉米产量影响的效果图(图4､5､6)｡由图4可知,水和氮对玉米产量效应呈抛物线型,符合报酬递减定律,与前面的分析相吻合｡随着水､氮用量的增加,产量明显增加,表明两者在设计水平范围内,增产效应接近;当灌水量为540 mm,施氮量为180 kg/hm2,此时产量可达85.21 g/盆｡产量最高点出现在高量灌水量(540 mm)和中量施氮用量(180 kg/hm2),表明提高氮素利用率需要充足的水分供应,水分利用率提高也需要有适量的氮素供应｡水和钾肥的交互效应(图5)远远不如水和氮的交互效应明显,呈平稳抛物线曲面,当施钾量一定时,夏玉米产量随灌水量的增加先缓慢增加后降低,且幅度很小｡当灌水量一定时,夏玉米产量随施钾量的增加先缓慢增加后降低｡在钾肥施用量较低时,玉米产量随着土壤灌水量增加而迅速提高,说明水对玉米产量的影响大于钾肥｡氮､钾交互作用对玉米产量的影响的曲面呈缓斜坡状(图6),在中氮肥施用量(180 kg/hm2)和中钾肥施用量(120 kg/hm2)时产量最高,可达到81.96 g/盆｡说明中氮肥量和中钾肥量配合施用,对玉米有较好的增产作用｡当水肥配合施用时,灌水量中等水平(350 mm),施氮量为180 kg/hm2､施钾量为120 kg/hm2时,玉米产量达到最高｡2.5 最高产量数学模型寻优根据方程(1)进行选优的结果得到夏玉米产量达到最高值Ymax=84.63 g/盆时,水､氮､钾3因素取值分别为1､0､0(表2)｡从数学模型模拟得出的只是理论值,然而实际生产中不可避免地受环境等其他多因素的影响,理论往往与实际存在一定的偏差,因此理论只能作为指导实践生产的参考｡3 结论与讨论3.1 结论1)本试验运用3因素5水平2次通用旋转回归设计探讨了平原区夏玉米产量与灌水量､施氮量､施钾量间的关系｡分析表明,对夏玉米产量影响次序为:水>氮>钾;各因素互作效应为水氮效应>水钾效应>钾氮效应,表明只有适量的水肥配施才能达到玉米最高产量｡2)通过对最高产量数学模型分析,得出玉米产量达到最高,即Ymax=84.63 g/盆｡从产量这个角度分析,最适的氮肥､钾肥施用量分别为180､120 kg/hm2,灌水量为450 mm,此时为该试验水肥调控的最佳组合｡3.2 讨论在体系复杂的农业生产中,水肥是农业生产的重要资源,水是肥效发挥的关键,肥是打开水土系统生产效能的钥匙｡因此,在生产实践中必须强调“以水调肥,以肥调水”的重要性,科学合理地确定最佳灌水量和最适施肥量｡通过本试验因素互作效应分析表明,水､氮､钾3因素互作对玉米增产的作用,水肥配合效应大于肥与肥配合,即水氮效应､水钾效应大于氮钾效应｡一方面说明适宜的水分供应可以促进肥料转化及吸收,提高肥料利用率;而另一方面说明适宜的施肥也可以调节水分利用过程,提高水分利用率｡这与前人研究结果相吻合[15]｡同时可以看出,在此地区水的作用很重要,水对于玉米的影响大于氮肥和钾肥｡氮和钾的效应大小受灌水量的影响｡本试验没有研究磷的效应对其各因素耦合效应的影响｡本试验只探讨了成熟期最佳灌水量和最适施肥量的耦合效应,今后需要对各个时期土壤田间持水量进行进一步的探讨和研究｡本试验在旱棚条件下得到水､氮､钾3因子之间与夏玉米产量之间的耦合关系,需要进一步对其科学性进行验证｡参考文献:[1] 金轲,汪德水,蔡典雄,等.水肥耦合效应研究Ⅰ不同降雨年型对N､P水配合效应的影响[J].植物营养与肥料学报,1999,5(1):1-7.[2] 腾云,郭亚芬,张忠学,等. 东北半干旱区大豆水肥耦合模式试验研究[J].东北农业大学学报,2005,10(5):640-641.[3] BENBI D K. 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