石雄高 裴雪霞 黨建友 張定一

（1山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，030801，山西晉中；2山西農(nóng)業(yè)大學小麥研究所，041000，山西臨汾；3賀州學院黨委辦公室，542899，廣西賀州）

在經(jīng)濟社會發(fā)展的浪潮中，我國農(nóng)業(yè)得到了快速發(fā)展，規(guī)模不斷壯大，產(chǎn)業(yè)不斷升級，效益不斷提高，但農(nóng)業(yè)用水也日益增多，水資源供需矛盾日漸凸顯。目前，缺水已成為制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素，多年來我國農(nóng)業(yè)缺水量維持在300億m3以上[1]。近幾年農(nóng)業(yè)用水量和肥料用量見表1。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中大田漫灌和肥料撒施等粗放的栽培方式存在水資源利用不科學、不合理和化肥過量盲目施用等現(xiàn)象，資源浪費嚴重，利用率低[2-4]，造成氮肥以NO3—N形式淋溶到深層或浸出土壤而被損失，導致土壤板結、肥力下降、質地退化和地下水污染等農(nóng)業(yè)生態(tài)問題[5-8]。同時，施用氮肥和灌溉會促進土壤向大氣排放N2O，增加溫室氣體排放量，其中灌溉可提高N2O排放量50%～140%[9-11]。因此，為實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化可持續(xù)發(fā)展，需要轉變發(fā)展方式，走資源集約且高效利用的綠色發(fā)展道路，水肥一體化技術適用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

表1 2015-2019年我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中水資源和化肥使用情況Table 1 Utilization of water resources and chemical fertilizers in agricultural production in China from 2015 to 2019

小麥作為我國第三大糧食作物，是國民口糧的重要支柱，在國家糧食安全中占有重要位置。統(tǒng)計數(shù)據(jù)[12]顯示，2020年我國小麥播種面積達到2.338×107hm2，占當年全國糧食總播種面積的20.02%。傳統(tǒng)小麥栽培方式在籽粒產(chǎn)量、品質、水肥消耗與利用率上有較大提升和優(yōu)化空間，由于種植區(qū)域主要分布在我國北緯 20°～41°的干旱地區(qū)，大部分地區(qū)年降雨量不能滿足其生長發(fā)育，且農(nóng)業(yè)環(huán)境問題較為突出[13-15]。而被稱為農(nóng)業(yè)“一號技術”[16]的水肥一體化是打破小麥這一生產(chǎn)瓶頸的有效手段，為國家糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻。

1 水肥一體化技術簡述及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 技術簡述

20世紀60年代，水肥一體化技術起源于以色列，隨后廣泛應用于干旱缺水以及經(jīng)濟發(fā)達的國家，目前該技術已逐步向發(fā)展中國家推廣應用[17]。水肥一體化技術是根據(jù)作物每個生長階段不同的水肥需求規(guī)律和土壤水分、養(yǎng)分狀況，將水和所需要的肥料混合成專用營養(yǎng)液，借助灌溉壓力系統(tǒng)均勻、定時、定量地將營養(yǎng)液直接輸送到作物的根部和葉部，為作物生長提供充足的養(yǎng)分和水分[18-20]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應用較為廣泛的水肥一體化技術采用微噴灌和滴灌，相比傳統(tǒng)灌溉和施肥方式，該模式可分別提高水分和肥料利用率40%～60%和30%～50%，省工50%，增產(chǎn)增收達15%～30%，且在減少農(nóng)藥用量、提高作物品質、改善土壤環(huán)境、降低氮肥損失和 N2O排放等方面具有顯著的生產(chǎn)生態(tài)優(yōu)勢[21-25]。作為節(jié)水省肥的高效農(nóng)業(yè)技術，目前水肥一體化已廣泛應用于全世界的溫室、果園和大田等作物[26-29]。

1.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀

國外水肥一體化技術起步較早，發(fā)展較快，在以色列、荷蘭、美國、韓國等沙漠國家和發(fā)達國家已得到廣泛普及和推廣，并研發(fā)出了 NetaJet和Fertikit系列（以色列，NETAFIM公司）、Frtimix系列（以色列，Eldar-Shany公司）、Nutri-line系列（荷蘭，PRIVA公司）和BH系列（韓國，普賢公司）等較為先進且成熟的灌溉施肥機產(chǎn)品[30]。這些產(chǎn)品能夠根據(jù)作物類型、生育時期、土壤性狀、環(huán)境參數(shù)等制定不同的灌溉施肥策略，為作物精準地提供水分和養(yǎng)分，實現(xiàn)作物栽培的智能化[17]。

截至2018年，以色列90%以上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)了水肥一體化智能管理，廣泛應用于溫室育苗、大田栽培和果蔬種植等農(nóng)業(yè)領域，可回收利用75%的農(nóng)用廢水，提高 40%～60%的水分利用率和30%～50%的肥料利用率，達到節(jié)水省肥、增產(chǎn)增效的栽培效果，讓其從“沙漠之國”躍身成為“農(nóng)業(yè)強國”[31]。美國水肥一體化技術已達到國際先進水平，是世界上推廣應用水肥一體化技術面積最大的國家，其中50%的農(nóng)場采用葉面噴灌，43%采用地面滴灌，7%采用其他灌溉方式[32]。水肥一體化技術應用在美國各類作物的生產(chǎn)中，以馬鈴薯應用面積最大，其次是果樹、玉米，所生產(chǎn)的水肥耦合專用肥料占其國內(nèi)肥料總量的38%以上[31]。此外，美國專門成立了水肥一體化相關管理部門，并建立了服務農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的線上平臺，針對不同地理區(qū)域、自然條件、作物種類等制定一系列灌溉制度，有效提高了水肥利用率和生產(chǎn)生態(tài)效益[33]。荷蘭則是根據(jù)作物不同生育時期的水肥需求規(guī)律，開發(fā)出了可進行自動配比水肥的智能水肥一體化灌溉系統(tǒng)，在有限的農(nóng)業(yè)用地上實現(xiàn)了作物產(chǎn)量最大化[34]。

1.3 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國水肥一體化技術發(fā)展起步較晚，20世紀70年代開始從墨西哥引進滴灌設備，并開展滴灌設備與農(nóng)藝栽培技術結合的研究[35]。1980年自主研制了國內(nèi)第1代成套滴灌設備，此后逐漸實現(xiàn)灌溉設備規(guī)?；a(chǎn)，目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用于20多種農(nóng)作物，包括棉花、果樹、蔬菜等經(jīng)濟作物以及小麥、玉米、大豆等糧食作物[17,36]。在技術引進與自主研發(fā)協(xié)同推進的基礎上，近幾年相關企業(yè)、高校與科研單位研發(fā)了大量水肥一體化設備和灌溉技術，其中在新疆地區(qū)應用的棉花膜下滴灌施肥技術已達到國際領先水平[37]。

近年來，國家大力倡導發(fā)展水肥一體化技術，出臺相關政策文件，如《推進水肥一體化實施方案（2016-2020年）》、《國家節(jié)水行動方案》等，并主張從經(jīng)濟作物擴展到糧食作物，為技術推廣應用提供了有力支持和保障[38-39]。截至2016年，我國水肥一體化技術在玉米生產(chǎn)上應用面積超過1.0×106hm2，小麥上超過3.0×105hm2，并提出在2020年作物種植總應用面積達到2.7×106hm2的目標[40]。相較于農(nóng)民傳統(tǒng)灌水施肥模式（表2），水肥一體化技術在我國小麥栽培上可減少31.58%灌水量，節(jié)省氮肥9.01%，產(chǎn)量、水分生產(chǎn)力和氮肥利用效率分別提高1.83%、22.22%和 20.70%，具有節(jié)水省肥、資源高效利用和穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的多重效益[41]。目前，該技術已由小范圍試驗示范發(fā)展為大面積推廣應用，覆蓋東北、華北、西北和南方大部分地區(qū)，近些年，節(jié)水灌溉工程面積不斷擴大（表3），但在技術開發(fā)創(chuàng)新、推廣與應用以及農(nóng)技人才隊伍建設上，與世界先進水平仍有較大差距[31,35]。

表2 水肥一體化技術和農(nóng)民傳統(tǒng)灌水施肥模式在我國小麥栽培上生產(chǎn)效益的比較Table 2 Comparison of production benefits between fertigation and farmers’ traditional irrigation and fertilization practices in wheat cultivation in China

表3 2015-2019年我國耕地灌溉面積和節(jié)水灌溉面積Table3 Irrigation areas of cultivated land and water-saving in China from 2015 to 2019 ×103hm2

2 微噴（滴）灌水肥一體化對小麥產(chǎn)量和品質的影響

2.1 對小麥產(chǎn)量的影響

統(tǒng)計[12]顯示，2020年我國小麥播種面積同比下降1.5%，單位面積產(chǎn)量同比增長2.0%，總產(chǎn)量同比增長0.5%，但進口數(shù)量卻創(chuàng)下1996年以來新高，同比增幅達1.4倍。說明我國小麥產(chǎn)量雖然連年增長，但仍很大程度依賴于進口，因此需要最大程度提高產(chǎn)量。而水肥一體化技術能夠根據(jù)小麥不同生育期水肥需求規(guī)律進行分期灌水施肥，可以有效發(fā)揮水肥協(xié)同作用和提高水肥利用效率，進而實現(xiàn)高產(chǎn)高效栽培。

關于小麥微噴（滴）灌水肥一體化分期灌水施肥的增產(chǎn)機理，前人開展了大量研究。Zhao等[42]研究發(fā)現(xiàn)，小麥水氮一體化生育期內(nèi)灌水施肥3次，產(chǎn)量比不施肥和農(nóng)民施肥模式分別提高 32.5%和15.1%，且氮肥偏生產(chǎn)力較農(nóng)民施肥模式提高29.5%。有研究[43]表明，水肥一體化模式下小麥分次施純氮240kg/hm2（底施60%+拔節(jié)期追施25%+灌漿期追施15%），同時在生育期（拔節(jié)期+開花期+灌漿期）灌3次水，能夠促進營養(yǎng)器官干物質和氮素的積累與轉運及產(chǎn)量的提高，產(chǎn)量較對照提高了31.88%。這與張英華等[44]在微噴灌條件下通過控制灌水頻率（少量多次）和施氮量（分期、適量）來提高冬小麥產(chǎn)量的結果基本一致。究其水氮科學運籌原理，主要是水肥一體化分次施氮減少了小麥生育期總耗水量，提高了水分利用效率，延緩了灌漿期葉片衰老速度，增大了冠層光截獲面積，促進了葉片光合作用及花后干物質的合成與積累，提高了千粒重，進而提高籽粒產(chǎn)量[45-46]。

在作物生育期內(nèi)，向根系提供有效養(yǎng)分和水分對促進生長和提高產(chǎn)量至關重要[47]。小麥根系干重和密度在水肥一體化條件下顯著增加，而其與籽粒產(chǎn)量具有很強的正相關性[48]。分蘗數(shù)和成穗率亦是影響小麥產(chǎn)量的重要因素。與傳統(tǒng)灌溉方式相比，水肥一體化能增加春季冬小麥最大分蘗數(shù)及株高，減少無效分蘗，提高成穗率和千粒重，可顯著增產(chǎn)14.29%～18.96%[49-50]。同時，氮肥種類對小麥產(chǎn)量也有影響。(NH4)2SO4相比于CH4N2O、NH4NO3和Ca(NO3)2，可分別提高小麥產(chǎn)量 11.3%～25.1%、13.7%～46.1%和16.4%～32.7%，是水肥一體化模式下小麥的優(yōu)勢氮源[51]。此外，在適當減水減肥條件下，水肥一體化亦能維持小麥產(chǎn)量穩(wěn)定，甚至增產(chǎn)。在減少灌水方面，Man等[52]研究發(fā)現(xiàn)，在微噴灌條件下，灌水量減少50%與充分灌水相比，小麥產(chǎn)量差異不顯著，水分利用效率提升，說明輕度水分虧缺復水后小麥產(chǎn)量出現(xiàn)補償效應，達到節(jié)水、穩(wěn)產(chǎn)的效果。在減施肥料方面，Zhang等[53]研究表明，雖然水氮一體化減施 25%氮肥會降低小麥凈光合速率和冠層氣孔導度，但產(chǎn)量和水分利用效率沒有明顯下降，能達到很好的穩(wěn)產(chǎn)效果；但也有研究[54]認為，在磷、鉀肥減施30%條件下，采用微噴灌水肥一體化技術可以提高小麥產(chǎn)量并滿足其生育期對氮、磷、鉀肥的需求。

2.2 對小麥品質的影響

隨著國家供給側結構性改革，以及人們生活水平的提高，對綠色、優(yōu)質農(nóng)產(chǎn)品的消費需求越來越大。因此，小麥未來將向綠色、高效、營養(yǎng)、健康的方向發(fā)展，優(yōu)質小麥產(chǎn)業(yè)將得到快速發(fā)展[12]。水肥一體化技術能滿足小麥在關健生育期“吃飽喝足”的養(yǎng)分需要，改善小麥缺素癥狀，進而提高籽粒品質。但目前高產(chǎn)和優(yōu)質仍無法達到平衡[55]，且影響小麥品質的因素較多，也較為復雜，包括土壤、肥料、小麥品種和環(huán)境[56-60]，亟需探尋平衡產(chǎn)量與品質的優(yōu)化路徑。

灌水和施肥模式均能顯著影響小麥品質[61]。籽粒蛋白質含量是小麥的重要品質指標，對其烹飪質量有很大影響[62]。氮肥與小麥籽粒蛋白質含量呈正相關，而磷、鉀肥影響不顯著[63]。平衡氮、磷、鉀和硫肥可以防止由小麥產(chǎn)量增加而導致的籽粒蛋白質含量降低，是實現(xiàn)產(chǎn)量與品質平衡的有效施肥措施[64]。而水肥一體化模式下，適度的水分虧缺和適宜的施肥量有利于小麥對氮、磷、鉀肥的吸收利用，促進籽粒品質提高[65]。張孟妮等[66]基于微噴灌水肥一體化對小麥品質的研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，施氮量與籽粒蛋白質及其各組分含量、面筋含量呈正相關，且以微噴灌4次（越冬水+拔節(jié)水+孕穗水+灌漿水）和優(yōu)化施氮（N 225kg/hm2，60%底施+30%拔節(jié)期追施+10%灌漿期追施）的水氮一體化組合處理下籽粒品質最高。

微噴（滴）灌較傳統(tǒng)漫灌而言，小麥蛋白質含量、沉降值和穩(wěn)定時間均顯著提高，且微噴灌可提高籽粒硬度、面粉吸水率和面筋強度，有利于改善小麥品質[67-69]。武繼承等[70]基于沼肥及其與化肥配施水肥一體化模式對小麥生長影響的研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，小麥蛋白質含量可提高0.30g/100g～1.00g/100g，粗淀粉含量可提高0.57%～2.22%，籽粒品質明顯提升。沉降值是測定小麥品質的綜合指標，與小麥食品加工品質呈顯著或極顯著相關[71]。有研究[67]表明，在磷、鉀肥施用處理相同條件下，滴灌沉降值均高于微噴灌。

3 微噴（滴）灌水肥一體化對小麥水肥利用率的影響

3.1 對水分利用率的影響

傳統(tǒng)的大水漫灌方法水分有效利用率僅為30%～40%[72]。而微噴（滴）灌水肥一體化技術根據(jù)作物生長周期的需水規(guī)律、土壤墑情、根系分布狀況等制定灌溉制度，按需供水，使土壤中的水分含量處于作物生長的最佳狀態(tài)，提高了水分利用率。有研究[73-74]發(fā)現(xiàn)，微噴（滴）灌水肥一體化灌溉模式下，作物對水的利用率高達90%以上，節(jié)水35%～70%，平均節(jié)水率為52.7%，在節(jié)水方面優(yōu)勢明顯。

雖然小麥是高耗水作物，但大量研究結果表明，水肥一體化亦可提高其水分利用率，具有很好的節(jié)水效果。如Wang等[75]連續(xù)3年基于不同灌溉方式對小麥生理特性的研究發(fā)現(xiàn)，滴灌比畦灌節(jié)水14%～35%（約45.9～114.8mm），水分利用效率顯著提高。聶紫瑾等[76]亦研究發(fā)現(xiàn)，與地面澆灌相比，在正常年份和干旱年份下，滴灌可以減少小麥生育期45～105mm灌水量和57.5～86.4mm耗水量，水分利用率提高了6.2%～16.0%。Li等[41]基于Meta分析方法綜述了我國水肥一體化技術的研究進展，其結果亦表明，滴灌可以降低作物蒸騰率11.3%，提高水分生產(chǎn)率26.4%，其中小麥節(jié)水潛力可達22%（約87mm）。亦有研究[77]認為，微噴灌和滴灌節(jié)水效果略有不同，相較于漫灌模式，可分別提高小麥生育期節(jié)水潛力10%～40%和11%，以及水分利用效率83.15%和77.09%。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，土壤具有蓄水保墑的重要作用，可為作物提供生長發(fā)育所必需的水分。傳統(tǒng)畦灌使更多的水分以蒸發(fā)形式流失，微噴灌則可以有效降低田間蒸發(fā)，增加0～20cm土層貯水量，且由于微噴灌霧化程度高，灌水均勻，更有利于深層土壤存蓄水分，為小麥生育期提供充足的水分[78]。有研究[79]發(fā)現(xiàn)，微噴補灌處理亦有利于小麥主要根層水、肥、氣、熱協(xié)調(diào)，增強土層根系密度和活力，促進對土壤水分的吸收和利用，且減施20%氮肥能降低小麥對土壤水分的消耗，明顯提高水分利用效率和灌溉效益。但土壤水分過多易影響小麥根系正常呼吸作用，不利于水肥吸收，通過灌水量和灌水時期的調(diào)控形成適度水分脅迫，反而有利于提高水分利用效率[80-82]。故適當增加水肥一體化灌溉次數(shù)，可有效降低小麥生育期總耗水和花前耗水量，提高花后耗水量和耗水比例，進而提高水分利用效率[44]。而Shen等[83]研究認為，通過調(diào)控灌水量亦可提高小麥水分利用效率，在我國華北平原地區(qū)，水肥一體化模式下定額灌溉36～45mm為最佳推薦量。

3.2 對肥料利用率的影響

根據(jù)2013年《中國三大糧食作物肥料利用率研究報告》顯示，中國小麥氮、磷、鉀肥當季平均利用率分別為32%、19%和44%，已進入國際公認適宜范圍內(nèi)，但仍處于較低水平，還有很大提升空間。2015年，提出力爭到2020年主要農(nóng)作物化肥用量零增長，肥料利用率達40%以上。水肥一體化技術可根據(jù)作物和土壤養(yǎng)分需求狀況，對灌水、施肥量和次數(shù)進行調(diào)控，促進作物對養(yǎng)分的吸收利用，進而提高肥料利用效率[84-86]。

已有研究[79,87]表明，微噴灌水肥一體化處理能顯著改善施肥均勻程度，防止水肥無效蒸發(fā)和深層滲漏，并形成適當養(yǎng)分脅迫，增加0～60cm土層小麥根系密度、根重和根表面積，截獲和吸收更多的有效養(yǎng)分，極大提高了肥料利用效率。陳靜等[88]在黃淮海平原地區(qū)對免耕冬小麥的研究發(fā)現(xiàn)，采用測墑補灌和滴灌施肥相結合的方法，滴灌后水分移至作物根區(qū)內(nèi)，減少了灌溉水深層滲漏的風險，促進了作物對隨水施入肥料的吸收，合理滴灌施肥較常規(guī)施肥總體可節(jié)約氮肥23.47%、磷肥28.33%和鉀肥47.89%。亦有研究[89]認為，在新疆地區(qū)滴灌水肥一體化較常規(guī)施肥相比，春小麥氮和鉀肥利用率分別提高了4.7%和3.2%，但磷肥利用率差異不明顯。

小麥是對氮素反應強烈的谷類作物，而氮是水肥一體化技術中最常用的一種肥料營養(yǎng)元素，通過水肥一體化分期施用氮肥可以有效提高其利用率[51,86,90-91]。與傳統(tǒng)灌溉方式相比，可調(diào)控的小麥動態(tài)水肥一體化氮肥施用模式能在很大程度上影響土壤中養(yǎng)分離子與其他媒介的反應，減少氮肥損失[92-93]。例如，微噴灌和滴灌可減少深層土壤中NO3--N積累，降低氮淋失風險，從而促進小麥對氮肥的充分吸收和高效利用[94]。我國作物對磷肥利用率偏低，為7.3%～20.1%，但適當減施磷肥并不會顯著降低作物產(chǎn)量，反而可以提高磷肥利用率和農(nóng)學效率[95-97]。水肥一體化模式下，適當減量施用氮、磷、鉀肥亦有同樣效果。Bai等[98]對冬小麥的研究發(fā)現(xiàn)，相比于地面澆灌和常規(guī)施肥，在氮、磷肥減施30%（N 235kg/hm2，P 118kg/hm2）條件下，滴灌的肥料偏生產(chǎn)力提高48.5%，是華北平原地區(qū)值得推廣的水肥一體化灌水施肥模式。張晶等[99]試驗結果也表明，與傳統(tǒng)栽培模式相比，微噴灌常量施肥條件下，小麥生育期氮肥施用量不變，磷、鉀肥各減施30%并分期施用，能夠促進氮、磷、鉀間養(yǎng)分協(xié)調(diào)和提高氮素利用率，從而保證穩(wěn)產(chǎn)和品質的提高，實現(xiàn)肥料高效利用。

4 微噴（滴）灌水肥一體化對土壤水肥運移規(guī)律和N2O排放的影響

4.1 對水肥運移規(guī)律的影響

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是全球環(huán)境氮污染的主要來源，有超過50%農(nóng)用氮肥損失到環(huán)境中，其在土壤中主要以NO3--N形式淋失，少量以可溶性有機氮淋溶，每年氮肥深層滲漏損失高達 1.0×103t，造成水資源污染、水體富營養(yǎng)化以及土壤性狀惡化[100-103]。傳統(tǒng)畦灌和漫灌等耕作方式粗放，水肥利用率低，田間蒸發(fā)和深層滲漏嚴重。雖然水肥一體化技術生態(tài)優(yōu)勢顯著，但在干旱半干旱地區(qū)，滴灌施肥模式會提高土壤中的鹽分，形成明顯的積鹽區(qū)和脫鹽區(qū)，從而可能影響作物根系的生長發(fā)育，并導致地下水污染[104]。因此，探尋滴灌條件下土壤水肥運移規(guī)律是非常必要的。

根據(jù)作物生長需要，將水肥耦合協(xié)同供應，不僅可以提高水肥利用率、降低生產(chǎn)成本，對減少水分深層滲漏和降低氮肥淋失風險也發(fā)揮重要作用[105-106]。有關研究[49,107-110]發(fā)現(xiàn)，水肥一體化模式下水肥主要集中分布在0～80cm土層內(nèi)，越靠近耕層，水肥含量越高，且能有效防止水肥田間蒸發(fā)和深層滲漏，進而增加根區(qū)水肥供應量、提高水肥利用率、改善土壤質量、減少農(nóng)業(yè)污染，實現(xiàn)小麥高效生態(tài)栽培。灌溉方式可影響無機氮在0～20cm耕層的含量及分布[111]。滴灌由于水肥用量少、施用次數(shù)多，平均可減少90% NO3--N深層淋失，且在秸稈還田條件下，滴灌比漫灌明顯減少約10倍氮肥淋失量[102,112]。而漫灌因水肥施用過量，導致硝態(tài)氮淋失嚴重，易造成土壤酸化、土壤養(yǎng)分失衡，并破壞土壤微生物群落結構[113-114]。但在干旱地區(qū)，當?shù)喂嗨蜀詈瞎嗨亢褪┓柿砍^一定閾值時，氮肥和鉀肥均可被淋洗到100cm土層以下，而磷肥淋洗不明顯[107]。滴灌條件下，磷、鉀肥減施且隨灌水分次施用，可提高耕層有效磷和速效鉀含量，而微噴灌則差異不顯著，且滴灌較微噴灌和漫灌可提高0～40cm 土層有效磷含量[67]。李亞莉等[115]研究表明，不同滴灌年限小麥土壤速效養(yǎng)分含量的最大值均在耕層，且隨著土層深度的增加而逐漸降低。

滴灌水肥運移方向和運移速度主要受灌水量與施肥量影響，同時也受土壤環(huán)境狀況影響。微噴補灌施肥較為均勻，有利于土壤NO3--N橫向運移和被小麥吸收利用，而滴灌模式下灌水量會影響水、氮的水平和垂直運移，施氮量主要影響氮素的水平運移[87,116]。陳靜[116]研究發(fā)現(xiàn)，灌水量越大，滴灌施肥后水分和NO3--N運移的垂直深度越深，減少灌水量則可以降低灌溉水深層滲漏損失和NO3--N深層淋溶風險；當灌溉系數(shù)為0.5和1時，水分和NO3--N主要向下運移至0～60cm和0～80cm土層，且灌溉系數(shù)為1時可以保持冬小麥―夏玉米整個生育期 0～80cm 土層含水量為田間持水量的75%～80%以上。當膜下滴灌時，水肥運移規(guī)律主要體現(xiàn)在土壤鹽分運移耦合性上。冀雅珍等[117]研究認為，土壤含水量與含鹽量存在負相關性，土壤水分分布不受肥料液濃度影響，肥料液濃度與含鹽量存在正相關性，但隨肥料液濃度增大，表層土壤含鹽量變大，深層土壤變化規(guī)律不明顯。

4.2 對N2O氣體排放的影響

N2O是一種有害的溫室氣體，其效果是CO2的296倍，每年全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排放量高達 0.11×106～6.30×106t，約占人類活動排放N2O的84%[118-121]。土壤產(chǎn)生N2O主要是由于施用氮肥導致NH4+在好氧條件下發(fā)生硝化作用，而灌溉則會增加土壤濕度、降低土壤孔隙度和通氣性，進而加劇 N2O排放[122-124]。當?shù)试谧魑锷捌谌渴┤肭椅绽寐瘦^低時，土壤中的氮很容易在幾周內(nèi)損失掉，包括以N2O的形式排向大氣[125-126]。而在小麥和玉米等作物生育期內(nèi)，少量多次施入氮肥則可以減少N2O排放[125,127]。

基于水肥一體化模式下，現(xiàn)有研究多是聚焦探尋滴灌對 N2O排放的影響，雖然研究結果存在差異，但大多數(shù)認為該模式有利于減少N2O排放。當?shù)屎退诌^剩時，水肥一體化可能會在土壤中形成多重氣壓，從而導致更高的N2O排放風險[128]。故有研究[129-130]認為，滴灌水氮一體化對減少N2O排放效果不顯著，甚至會增加N2O排放。但Kennedy等[131]對溝灌和滴灌的比較發(fā)現(xiàn)，滴灌可以減少近50%的N2O排放量。Leanne等[128]對小麥和油菜進行連續(xù)4年的研究也發(fā)現(xiàn)，相比一次性施入氮肥，生育期內(nèi)滴灌水氮一體化（中、低水平氮肥，總施用量分別為90和60kg/hm2）條件下，N2O平均排放系數(shù)為0.16±0.04%，2種作物N2O排放量總體降低了32%，其中小麥最高可降低59%。Zhang等[132]對我國北方地區(qū)冬小麥―夏玉米輪作模式下探究水氮一體化氮肥施用量對 N2O排放影響的研究亦有類似結果。除了施肥和灌溉方式，N2O排放亦受不同氮肥種類和灌溉方式組合的影響。Tian等[133]研究發(fā)現(xiàn)，在冬小麥―夏玉米輪作模式下，相比漫灌+NH4Cl處理，滴灌+Ca(NO3)2+NH4Cl混合處理可以減少33%的N2O排放量。這些研究結果表明，水肥耦合和少量多次的灌水施肥模式可以有效減少N2O排放。

5 總結與展望

隨著農(nóng)業(yè)科學技術的不斷發(fā)展和普及，水肥一體化技術在我國已經(jīng)得到了廣泛推廣應用，尤其在北方干旱地區(qū)應用最多、效益最大，在實現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質高效生態(tài)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展目標中扮演了重要角色?，F(xiàn)代信息技術的發(fā)展讓水肥一體化技術變得越來越智能化、高效化、生態(tài)化，使現(xiàn)代農(nóng)業(yè)不斷向集約高效和可持續(xù)發(fā)展的方向轉型升級。而小麥作為生育期長、耗水肥多的作物，應用這項先進技術后，產(chǎn)量、品質、水肥和環(huán)境等方面均有明顯優(yōu)勢，生產(chǎn)和生態(tài)效益大大提升，有力保障了國家糧食安全，且對資源高效利用和生態(tài)環(huán)境保護起到了很好的促進作用。

我國小麥水肥一體化栽培取得了明顯成效，但也存在一些問題與不足。在技術開發(fā)與創(chuàng)新方面，技術開發(fā)成本總體較大，設備操作流程較為復雜，且性價比高的智能型水肥一體化灌溉設備較為缺乏，在肥料配方、水肥用量、灌溉頻次、管理方法等方面未能形成一套科學、準確的灌溉決策系統(tǒng)，大多是憑農(nóng)民個人經(jīng)驗進行灌水施肥。在技術推廣與應用方面，小麥多為分散種植，經(jīng)濟效益增加不明顯，且宣傳力度不夠，農(nóng)民認可度低；水溶肥配方較少，收鋪微噴帶機械缺乏，勞動成本增加、效益降低；設備操作方法復雜，開發(fā)和銷售企業(yè)應對農(nóng)民進行技術指導與培訓，提高售后維修服務水平，降低上門維修費用，及時解決設備使用過程中出現(xiàn)的問題。在小麥生理與栽培研究方面，不同氮肥用量對小麥籽粒灌漿速率和氮素吸收利用以及耗水特性的影響機制尚未明確，氮肥后移是否能促進葉面施肥、籽粒蛋白質組成變化以及其他營養(yǎng)與加工品質是否得到改善等還需要進一步研究；現(xiàn)有研究多是針對大量營養(yǎng)元素，而微量營養(yǎng)元素在水肥一體化條件下對小麥生理特性和產(chǎn)量、品質以及環(huán)境的影響機制尚不清楚；對緩解氮肥損失和N2O排放的效果研究結論不一致，且關于N2O的排放多是聚焦對滴灌進行研究，相關研究結果說服力和代表性不足；現(xiàn)有研究大多集中在一個試驗點、有限的灌溉和施肥模式以及某種特定的作物，其結果和數(shù)據(jù)不足以描述和確定全國范圍內(nèi)水肥一體化的總體效益；小麥水肥高效利用的分子水平已是學術界的一大研究前沿，但關于水肥一體化技術下小麥水肥高效利用的分子調(diào)控機制研究鮮有報道。

針對以上問題，需要社會各界共同努力解決，使水肥一體化技術盡快從“高端農(nóng)業(yè)”走向更大面積的應用推廣，從設施農(nóng)業(yè)走向大田。政府可加快完善相關獎勵激勵機制，加大相關建設資金投入和技術推廣力度，加強專業(yè)農(nóng)技人才隊伍建設，組織開展農(nóng)技科普活動，并與有關研發(fā)企業(yè)和單位加強合作，推動技術指導與培訓的普惠化，以及行業(yè)經(jīng)營與服務的規(guī)范化。同時，科研人員應主動對接農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際需要，積極挖掘當前有關科研空白，努力攻關國家重點科研項目，為水肥一體化技術在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學生產(chǎn)上提供理論指導和技術支撐。例如在提升設備智能化水平上，可結合“3S”和人工智能等技術，建立設備科學決策系統(tǒng)和專家遠程可視化決策系統(tǒng)，切實為農(nóng)民提供科學、準確的決策指導。又如在小麥水肥一體化對微量營養(yǎng)元素的響應機制上，通過與傳統(tǒng)水肥施用模式、不同水肥組合及不同肥料組合模式等進行對比，探明水肥一體化條件下微量營養(yǎng)元素對小麥生理特征、產(chǎn)量與品質、水肥利用率以及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的影響特性。在小麥水肥一體化的水肥高效分子調(diào)控機理上，通過利用已發(fā)現(xiàn)的水肥高效基因進行篩選和鑒定，以及通過植株優(yōu)良性狀的篩選對水肥高效基因進行挖掘和利用，并利用植物基因工程、細胞工程和植物組織培養(yǎng)等現(xiàn)代生物技術進行分子育種和推廣種植。種植戶應提升設備操作與維護、水肥用量與濃度配比等農(nóng)業(yè)知識和技能，加快土地流轉和土地承包，抱團成立合作社，確保在自然條件允許的小麥種植區(qū)域能夠實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)和提高經(jīng)濟效益，為水肥一體化技術的推廣應用創(chuàng)造條件。