屈海峰1， 龚 江2，3*
（1.兵团第四师七十团，新疆 伊宁县 835116；2.华中农业大学资环学院；3.石河子大学农学院）
摘要：水分与肥料是影响作物生长的两大因素，两者具有协同效应。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。本文重点阐述了“以肥调水”的作用，主要包括提高水分的利用效率、对根系生长的促进作用、对土壤 - 作物系统水势的影响、对养分在作物体内转运的影响、对气孔导度和净光合速率的影响5方面内容，并结合“以肥调水”实例进行了应用分析。
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关键词 ：作物；以肥调水；作用
一般而言，肥效随灌水量的增加而提高。在水分较高的情况下，肥水交互作用一般转变成顺序加和作用类型，二因素间为指数相关。在水分较低的情况下，肥料的增产效益比较显著，肥水交互作用均表现为协同作用类型，二者互为限制条件，可最大限度的发挥肥料的补偿效应，通过合理施肥改善作物营养条件，提高作物对水分的利用能力，进而提高水分利用效率，即“以肥调水”。在国内，早在上世纪80年代农学界就提出“以肥调水”的观点，即通过合理施肥改善作物生长条件，提高作物对土壤储水的利用能力，进而提高产量和水分利用效率。本文对作物“以肥调水”作用进行了总结和应用实例分析。
1 提高水分的利用效率
合理施肥不是以消耗较多土壤水分为代价，而是以提高水分利用效率为前提，例如旱地麦田在合理施肥条件下，水分消耗只增加3% ~ 11%，产量却增加50% ~ 150%，水分利用率提高了70% ~ 119%，减少了水分的无谓消耗，在耗水量变化幅度不大的情况下，大幅度提高了产量。在土壤水分有限的情况下，营养亏缺对植物有不利的影响，添加某些肥料是有益的，施用肥料能提高作物对干旱的耐受能力。施用肥料能促进根系生长，使之能从土壤深处吸收水分，提高深层储水的利用，提高水分的利用效率。雷咏雯[1]等研究结果表明，在相同灌溉量下，随着施氮量的增加，棉花吸氮量相应增加，其中N4（施氮量450 kg/hm2）最大，而N0（不施肥）最低。N1、N2、N3间吸氮量差异不显著，而不施肥处理单株吸氮量显著低于其它处理，过量施氮处理单株吸氮量显著高于其它处理，说明棉花并非同步吸收养分，而存在一定自我调节能力，但是如果超出调节限度，则棉花单株吸氮量显著增加，棉花生长量明显增加，从而导致田间郁闭等不良群体特征，反而降低产量。在此区间（0 ~ 450 kg/hm2）选择合适的施氮量，实现高产和高效施肥是实现水氮耦合的重要途径。孙绘健[2]认为，适量施氮可以提高杂交棉花水分利用效率，在施氮量为300 kg/hm2时，可以提高棉花产量和总水分利用效率。
2 对根系生长的促进作用
在小麦上的研究表明，氮、磷配合施用时，根系下扎深度随施肥量增加而增加，特别在拔节期尤为显著，无肥处理根深为60 cm，高肥处理可达100 cm，使原来贮藏在土壤深层的无效水能够被有效吸收。同时，施肥还可显著地提高植株根系生物量，中肥与高肥处理的小麦根干重分别比对照增加了73.7%和44.0%，体积分别增加83.0%和31.4%。水分胁迫降低了土壤中养分的可利用性，根系通过增加根长、根表面积来缓解水分和养分胁迫。谢志良[3]研究发现，水分胁迫时（300 mm），增加氮（从0增加到276 kg/hm2）有利于棉花根系生物量的积累，再增加氮（414 kg/hm2）根系生物量反而随施氮量的增加逐渐降低，适量的氮供应能促进棉花的生长，氮肥供应过量则抑制了棉花的正常生长，然而氮肥供应对平均根长密度和表面积没有影响。说明根系变粗，根系下扎，使其分布范围扩大，导致平均根长密度下降。闫映宇[4]认为，水分亏缺增加了棉花根系下扎深度和深层根系生物量，增大了根系水平分布范围，根冠比及干物质在营养器官中的分配比例增大。因此，干旱区特别是水资源缺乏时，增加施氮量是弥补灌水不足的重要措施。根系范围增加，增加了作物的觅水空间，提高了土壤水分利用效率，使有限的土壤储水发挥了更大的增产作用。
3 对土壤 - 作物系统水势的影响
叶水势是表示植株体内水分状况的一个精确指标，其高低影响着植物的光合作用与光合产物的传输等许多过程。科学、适量的施肥可以有效提高叶片与根系水势，促进作物生长，增强作物吸收水分的能力。有研究表明，施肥能提高土壤水势，从而提高土壤水分的有效性，使一部分原来对植物生长“无效”的水变得“有效”，使植物能吸收利用更多的土壤水分。刘瑞显[5]认为花铃期短期干旱可显著降低棉株的凌晨叶水势与土壤相对含水量，且这２个参数均随氮素水平的提高而增加（氮素水平为0 kg/hm2、240 kg/hm2、480 kg/hm2时，其叶水势分别为-1.25、-1.78、-2.34）。干旱胁迫下，低氮棉株在相对较高的土壤水势时，气孔关闭，叶片蒸腾作用降低。
4 对养分在作物体内转运的影响
在肥水对作物同化产物积累与运转的影响方面，许多学者进行了研究，并建立了一些数学模型来说明通过水肥措施的应用可显著提高或改善同化产物的累积与分配比例，进而提高水分和肥料的利用效率。在小麦上的研究发现，在墒情较差时，氮肥对干物质累积的调节作用更大，叶片和叶鞘所累积的同化产物向籽粒移动，其移动量随氮肥用量的增加而增加，提高了经济产量。作物高产不仅需要积累较多的同化产物，使同化产物在各生育阶段合理分配同样重要，特别是使抽穗前后积累的同化产物尽可能多的向籽粒运转，这也是提高水肥利用效率的途径之一。杨志彬[6]研究认为施氮量过多或不足均不利于棉花不同果枝部位生物量的累积，可以通过不同的施氮量来调节棉株不同果枝部位快速生长期的生长特征值，以提高棉花的产量和品质，从而获得更高的皮棉产量，这也是提高棉花水肥利用率的途径之一。
5 对气孔导度和净光合速率的影响
在严重干旱情况下，由于施氮肥处理具有较低的渗透势，使气孔阻力增加，当胁迫程度加大时，施氮处理的气孔导度和蒸腾速率下降迅速，有利于保存水分。氮素营养通过提高叶片老化过程中的叶绿素含量和光合速率延缓叶片衰老和光合功能衰退。高氮肥对棉花叶片光合特性影响的研究表明，在一定范围内叶片光合强度随叶片全氮含量的增加而增大；在养分亏缺状况下，光合速率的降低是由于叶肉细胞壁单位面积所表示的CO2传导性降低所致。在养分亏缺和充足供氮两种情况下，叶片光合作用受氮素营养的影响不明显，增施氮肥可以提高硝酸还原酶（NR）活力，而施氮不当，叶片酶活力过高或过低则导致棉株徒长或早衰。
勾玲[7]认为开花期适量追施氮肥，在一定程度上可以改善棉花叶片的光合性能，提高生长后期叶片的叶绿素含量和硝酸还原酶活性，使生育后期叶片保持较高的生理活性，尤其上延缓了植株中、下部叶片的衰老，保证了棉花生育后期光合产物的形成，从而使棉花达到高产。郭文琦[8]结果表明，与正常灌水处理相比，渍水降低了棉花净光合速率（Pn）和气孔导度（Gs），降低幅度随施氮水平的提高而增大。刘瑞显[5]结果表明，施氮有利于提高内源保护酶活性，降低细胞膜脂过氧化程度，改善不同内源激素间的平衡，从而提高净光合速率（Pn）。在干旱条件下，施氮可以提高作物的光合性能，促进生长发育，减小因水分不足对作物产量造成的不利影响。
水分胁迫也是引起植物光合作用减弱的主要原因，但施肥能够降低水分胁迫所带来的伤害。研究发现，干旱使气孔关闭，蒸腾减少，光合速率降低，但单叶净光合速率随施氮量的增加而增大。这说明严重干旱时，影响单叶净光合速率的主要因素不是气孔，而是叶内光合能力，施氮、钾肥改善了叶片光合机构的生理状况，减少了光合作用的非气孔限制；良好的氮素营养减少了光合器官不同部位受水分胁迫的限制，使叶肉细胞光合活性增强，因而光合效率较大。由此可见，土壤水分状况与作物养分的有效供给有着密切的关系，充足的土壤有效水分促进了作物对养分的有效利用；而合理的养分输入又可提高土壤水分的利用效率，有效增强作物的抗旱能力，从而达到增产的目的。
施钾肥对棉花光合作用也有影响。郭英[9]研究认为施钾增加了棉花株高和单株叶片数，而对单株叶面积的影响不同，当施钾（K2O）量为180 kg/hm2时，叶面积达最大值，继续增施钾肥叶面积减小；施钾促进了叶绿素的合成，同时增加了叶绿素荧光动力学参数Fv/Fo。李伶俐[10]研究表明，棉花群体中期补施钾肥，能延缓叶片衰老，保持生育后期有较高的叶面积，从而提高了后期群体和叶片对光能的利用。
6 “以肥调水”应用实例分析
本文通过试验设置灌水量和施肥量2个因素试验，灌水量设3个水平，灌水量分别为200、280、360 m3/667 hm2；施氮量设3个水平，施纯氮分别为0 、300 、450 kg/667 hm2。由棉花产量进行二元二次回归分析表明，灌水量、施氮量和产量存在真实的回归关系（F = 92.15**），所以进行二次回归分析得到产量的非线性回归方程（表1）： 一次项N和W的系数为正并显著表明，单独增加施氮量（t = 2.52*）和灌水量（t = 15.16**）对棉花有增产作用，2个因素相比，灌水量对棉花产量的影响程度要远大于施氮量的影响（灌水量t > 施氮量t）。交互项的系数为-0.003 0（t = -1.168*，p = 0.25），表示灌水量和施氮量的交互作用是微弱的负效应，说明水肥存在一定相互抑制的效应。二次项Ｎ和Ｗ的系数为负表明，过多的施氮量（t = -2.311*）和灌水量（t = -13.92**）对棉花的增产有减少作用，两因素相比，过量灌溉对棉花产量的影响大于过量施肥的影响，因此，从中寻找适宜灌水量发挥施肥的作用对棉花实际生产具有重要的意义。
进一步分析水氮互作效应（表2），在W1 、W2灌量下，增加氮肥的施用量，棉花经济产量明显增加，而在W3灌量下增加氮肥棉花经济产量增加不大，表明在中低灌量条件下，氮肥与灌量对棉花产量有正互作效应，而高灌量下互作效应不大或有可能是副效应。在相同施氮量条件下，增加灌水量产量有增加趋势，在W2灌量下，经济产量最大，氮肥效率最高，再增加灌水量（W3），经济产量又有所下降。表明在水分不足情况下，增加氮肥对产量促进作用明显，即发挥了以肥调水的作用。
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参考文献
[1]雷咏雯，郭金强，危常州，等.棉花膜下滴灌水氮耦合的初步研究[J] .石河子大学学报（自然科学版），2005，23（1）：43-47.
[2]孙绘健，马富裕，刘浩，等.花铃期水氮互作对膜下滴灌杂交棉花产量与水分利用效率的影响[J] .干旱地区农业研究，2010，28（3）：20-27.
[3]谢志良，田长彦，卞卫国.膜下滴灌水氮对棉花根系构型的影响[J] .棉花学报，2009，21（6）：508-514.
[4]闫映宇，赵成义，盛钰，等. 膜下滴灌对棉花根系、地上部分生物量及产量的影响[J] .应用生态学报，2009，20（4）：970-976.
[5]刘瑞显，王友华，陈兵林，等.花铃期干旱胁迫下氮素水平对棉花光合作用与叶绿素荧光特性的影响[J].作物学报， 2008，34（4）：675-683.
[6]杨志彬，陈兵林，周治国.施氮量对花铃期棉花果枝生物量累积时空变异特征的影响[J].应用生态学报，2008，19（10）：2215-2220.
[7]勾玲，闫洁，韩春丽，等.氮肥对新疆棉花产量形成期叶片光合特性的调节效应[J]. 植物营养与肥料学报2004，10（5）：488-493.
[8]郭文琦，刘瑞显，周治国，等.施氮量对花铃期短期渍水棉花叶片气体交换参数和叶绿素荧光参数的影响. 植物营养与肥料学报，2010，16（2）：236-369.
[9]郭英，孙学振，宋宪亮，等.钾营养对棉花苗期生长和叶片生理特性的影响[J] .物营养与肥料学报2006，12（3）：363-368.
[10]李伶俐，马宗斌，张东林，等.盛铃期补施钾肥对不同群体棉花光合特性和产量品质的影响[J].物营养与肥料学报2006，12（5）：662-666.