水肥耦合

农业生产领域术语

水肥耦合就是根据不同水分条件，提倡灌溉与施肥在时间、数量和方式上合理配合，促进作物根系深扎，扩大根系在土壤中的吸水范围，多利用土壤深层储水，并提高作物的蒸腾和光合强度，减少土壤的无效蒸发，以提高降雨和灌溉水的利用效率，达到以水促肥，以肥调水，增加作物产量和改善品质的目的。

技术原理

作物根系对水分和养分的吸收虽然是两个相对独立的过程，但水分和养分对于作物生长的作用却是相互制约的，无论是水分亏缺还是养分亏缺，对作物生长都有不利影响。这种水分和养分对作物生长作用相互制约和耦合的现象，称为水肥耦合效应。研究水肥耦合效应，合理施肥，达到“以肥调水”的目的，能提高作物的水分利用效率，增强抗旱性，促进作物对有限水资源的充分利用，充分挖掘自然降水的生产潜力。

不同水分胁迫条件下，水肥对作物的生长发育和生理特性有着不同的作用机理和效果。首先，在水分胁迫较轻时，养分能显著促进作物的根系和冠层生长发育，不仅增强了根系对水分和养分的吸收能力，而且提高叶片的净光合速率，降低气孔导度，维持较高的渗透调节功能，改善植株的水分状况，从而促进光合产物的形成，最终表现为产量和WUE的提高。然而，随着水分胁迫的加剧，养分的作用机理和效果发生了不同的变化。氮素的促进作用随水分胁迫的加剧慢慢减弱，在土壤严重缺水时甚至表现为负作用。说明氮肥并不能完全补偿干旱带来的损失。

因此，随干旱胁迫的加重应适当减少氮肥的用量。与氮肥相反，在严重水分亏缺条件下，磷肥能促进作物的生长与抵御干旱胁迫的伤害。氮、磷有很强的时效互补性和功能互补性，合理搭配能显著增产，达到高产、稳产和提高水分利用效率的目的。

对氮素和水分相互关系研究发现，由于含氮化合物需要相对较大的能量用于合成和维持生命，限制氮素的供应则可能导致含氮化合物在老的组织中转移并供同样需要能量的幼嫩组织利用。

在氮素亏缺条件下，植株地上部与地下部比率下降，导致非光合组织相对增加，因而不利于水分利用效率的提高。有研究指出，施肥使冬小麦叶水势下降，增加了深层土壤水分上移的动力，使下层暂时处于束缚状态的水分活化，扩大了土壤水库的容量，提高了土壤水的利用率，达到了“以肥调水”的目的。

通过对一定区域水肥产量效应的研究，同时预测底墒、降水量，就可以根据模型确定目标产量，拟定合理的施肥量，为“以水定产”和“以水定肥”提供依据，就可以在区域内“以肥调水”、“以水促肥”、“肥水协调”，提高水分和肥料的利用效率，对大面积农业增产具有实际指导意义。但因为不同地区水量、热量、土壤肥力等条件不同，其肥水激励机制也存在明显差异。所以在某一区域建立的水肥耦合互馈效应模型，只能在相似地区适用，在另一地区用的效果则不理想或不适用。

技术要点

（1）平衡施肥

平衡施肥是指作物必需的各种营养元素之间的均衡供应和调节，以满足作物生长发育的需要，从而充分发挥作物生产潜力及肥料的利用效率，避免使用某一元素过量所造成的毒害或污染。平衡施肥的技术要领：

a. 采集土样分析；

b. 确定土壤肥力基础产量；

c. 确定最佳元素配比与最佳肥料施用量；

d. 合理施用。

（2）有机肥、无机肥结合施用

有机肥与无机肥配合施用，能提高土壤调水能力，而且增产效果较好。但施用时应根据有机肥料和无机肥料种类的特点，适时、适量运用。使用中应考虑以下几点：

a. 有机肥料含有改良土壤的重要物质，其形成腐殖质后，具有改善土壤水稳结构和增进土壤保水、保肥能力的作用，能提高作物对土壤水的利用率；化学肥料只能提供作物矿质养分，无改土作用，对中下等肥力土壤应尽量多使用有机肥料，并根据土壤矿质养分状况配合施用一定量化肥。

b. 有机肥料在分解过程中会产生各种有机酸和碳酸，可促进土壤中一些难溶性磷养分转化成有效性养分，在一定程度上了提高土壤磷养分总量。因此，可以适当降低使用化肥磷量的标准。

c. 有机肥料供肥时间长，肥效缓慢，化肥肥效快，两者具有互补性。因此，有机肥应适当早施，化肥则可根据作物需肥情况按需施肥。

d. 在施用碳氮比比较高的有机肥（如秸秆还田）时，要适量增施氮肥，防止作物脱氮早衰，避免产量下降。

e. 由于种植作物种类及轮作方式不同，作物所需有机肥与化肥比例会有较大差异。如豆科作物可能需要有机肥、磷肥量多一些，氮肥需要量就很少；对于玉米，有机肥、化肥均应多施一些。所以，有机肥、化肥施用中应根据土壤养分状况、作物需肥和种植方式情况不同而不同。

（3）采用适宜的施肥方式

对密植作物宜用耧播沟施，对宽行稀植作物以穴施为好，施肥后随即浇水；花生、棉花、油菜等作物根据生长需要还可结合运用根外追肥。

（4）控制灌水定额

研究表明，灌水定额超过1050立方米每公顷便容易造成肥料淋失，在畦灌条件下灌水定额宜控制在825立方米/每公顷以内。

适用条件

水肥耦合效应与土壤状况、作物种植方式等密切相关，不同作物在不同的土壤条件下，水肥耦合关系也会不同。

因此，使用水肥耦合技术时应根据当地具体情况，将灌水与施肥技术有机地结合起来，调控水分和养分的时空分布，从而达到以水促肥，以肥调水，进而使作物产量最高，经济效益最好。

与其他节水措施的关联性

水肥耦合技术可以跟各种田间灌水技术、节水高效灌溉制度、以及其他农艺节水措施相结合，进行集成配套，形成节水、增产、增效的综合技术模式。

使用成本

农户使用水肥耦合技术一般不需要增加额外的投入。

综合效果

据中国农科院农田灌溉研究所在河南新乡的研究表明，不同灌水条件下，对冬小麦、玉米、花生等作物进行适宜的水肥管理，与原灌水量相比，地面灌可节水15～20%，喷灌可节水35～60%；主要作物增产幅度为9%～17%，化肥有效利用率提高15%～20%，主要作物的水分生产率达到1.5～2.1千克每立方米。

推广应用

1.推广应用情况：我国从“八五”开始，在水肥交互作用及耦合模式研究方面开展了大量工作，取得了很大的进展，水肥耦合技术在我国南北各地都有一定的应用，但推广面积不大。

2.限制因素：

一是缺乏成熟的技术模式。尽管我国在“八五”以来一直把水肥耦合作为重点攻关课题之一，也取得了一定的研究成果，但是,由于各地区气候、土壤条件不同，在某一地区取得的成果，在另一地区应用的效果则不理想或不适用。二是基层农技服务部门的示范、宣传工作不到位，农民对水肥耦合技术提高产量、节本增效的认识不够。

3.推广措施：

① 领导重视，健全组织：县农业局成立了测土配方施肥工作领导小组，负责整个行动的工作组织协调、技术指导和监督检查。

② 广泛建立示范区：选择有条件的乡、镇建立示范区，化验土样，免费为农民提供技术服务。

③ 加强技术培训：在电视台开办固定节目，在《农民增收致富信息》上办专刊，充分利用举办培训班、专家下乡讲课等形式，加强测土配方施肥技术的宣传、培训力度。

9、技术支撑条件

技术依托单位：各农业高等院校、科研单位、各地农技推广部门、各地土肥所（站）。

技术应用

1、河北省武安市水肥耦合技术

河北省武安市耕地面积5.35万公顷，其中坡耕地3.6万公顷，占全市耕地面积的67.5%，主要农作物有玉米、小麦、棉花、谷子、豆类等。坡耕地土层瘠薄，缺水少肥，生产条件差，粮食单产一般在3375千克/ 公顷，皮棉570 千克/公顷。该市开展了坡耕地测土配方施肥行动，推广测土配方技术0.6万公顷，实现节本增效225万元。其中，为提升耕地地力水平，该市建立玉米核心示范区333公顷，带动0.33万公顷，每公顷节本增效375元以上，农民获益125万元；建立棉花核心示范区133公顷，带动0.133万公顷，皮棉每公顷增产67.5千克，节本增效450元，农民获益60万元；建立谷子核心示范区133公顷，带动0.133万公顷，每公顷增产240千克，节本增效300元，农民获益40万元。通过建立高效节水、测土配方施肥样板，典型示范，辐射带动，形成了武安坡耕地培肥模式，促进了经济、社会、生态效益同步增长。

2、河南新乡小麦、玉米、花生水肥耦合技术

中国农科院农田灌溉研究所“九五”开始对河南新乡地区主要作物开展水肥耦合技术模式研究。结果表明，不同灌水条件下，对冬小麦、玉米、花生等作物进行适宜的水肥管理，与传统灌水量相比，地面灌可节水15～20%，喷灌可节水35～60%；主要作物增产幅度为9%～17%，化肥有效利用率提高15%～20%，主要作物的水分生产率达到1.5～2.1千克每立方米。

3、河南商丘地区冬小麦、夏玉米水肥耦合技术

针对豫东地区水、肥利用效率较低的状况，“八五”期间中国农业科学院农田灌溉研究所在河南商丘开展了氮肥、磷肥和灌水的综合效应试验研究，结果表明：冬小麦、玉米水肥耦合存在阈值反应。冬小麦水肥耦合的阈值是：N(90～240千克每公顷)，P2O5(56.25～221.25千克每公顷)，灌溉定额1500～3750立方米每公顷，夏玉米水肥耦合的阈值是：N(105～255千克每公顷)，P2O5(52.5～127.5千克每公顷)，灌溉定额1500～3000立方米每公顷。低于阈值下限水平，N、P无明显增产效应，水分利用效率(WUE)低；高于阈值上限，水肥互作效应呈减小趋势；在阈值范围，水肥互作增产效应显著。

紫云英苗期影响

1．水肥耦合对紫云英苗期地上部分的影响

测定水肥耦合对紫云英干物质重、株高、叶片叶绿素含量和叶片丙二醛含量的影响。结果表明：不同的水肥条件影响紫云英苗期，湿润条件下紫云英的生长受到胁迫，但促进干物质的积累。高肥条件下紫云英在越冬期出现肥害现象，而常规水肥条件下，紫云英生长正常。干旱条件下，紫云英生长受到胁迫，但是未出现死苗现象。

2．水肥耦合对紫云英苗期地下部分的影响

测定水肥耦合对紫云英根干重、根长、根系表面积、根系吸收活跃表面积的影响，结果表明：水分亏缺和肥料亏缺促进根的生长，但肥料亏缺条件下抑制根干重的积累。轻度降低土壤水分，紫云英根系可以通过提高活跃吸收表面积来适应胁迫环境，但土壤水分过低，活跃吸收表面积会降低。水分过多时紫云英根系活力成先上升后下降的趋势；在土壤水分过低和低肥条件下紫云英的根系活力受到抑制。

3．水肥耦合条件下土壤肥力的变化

测定土壤速效N、P、K含量，结果表明：不同水肥耦合条件下．土壤速效N、P、K含量均有所积累，其中土壤速效P含量增加幅度最大，其增幅为121.39%，土壤速效N增加幅度最小，其增幅为7.22%，说明种植紫云英能有效改善土壤肥力，但水分过多抑制土壤速效N、P、K含量增加。

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