小麥-玉米滴灌水肥一體化的節(jié)水增產(chǎn)效應

武繼承,楊永輝,潘曉瑩,丁晉利,3,韓偉鋒,何 方

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所,河南 鄭州 450002;2.農(nóng)業(yè)部作物高效用水原陽科學觀測實驗站,河南 原陽 453514; 3.鄭州師范學院,河南 鄭州 450044)

小麥-玉米滴灌水肥一體化的節(jié)水增產(chǎn)效應

武繼承1,2,楊永輝1,2,潘曉瑩1,2,丁晉利1,2,3,韓偉鋒1,2,何 方1,2

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所,河南 鄭州 450002;2.農(nóng)業(yè)部作物高效用水原陽科學觀測實驗站,河南 原陽 453514; 3.鄭州師范學院,河南 鄭州 450044)

在河南省通許縣節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗示范基地開展了滴灌和小白龍水肥一體化的對比研究,氮肥施用設(shè)置一次性底施、底施70%+拔節(jié)期追施30%、底施50%+拔節(jié)期追施50%、底施70%+灌漿期追施30%、底施50%+灌漿期追施50%和底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%，以期找出小麥-玉米周年節(jié)水增效措施。結(jié)果表明，滴灌水肥一體化更有利于改善水肥的協(xié)調(diào)供應，促進小麥-玉米的生長發(fā)育。與小白龍?zhí)幚硐啾?滴灌處理小麥株高增加0.9～7.6 cm，穗長增加0.4～1.6 cm，小穗數(shù)增加1.1～2.8個，穗粒數(shù)增加0.6～5.2粒，不孕穗數(shù)減少1.1～3.3個，千粒質(zhì)量增加0.1～1.4 g；玉米株高增加2.4～8.2 cm，葉片數(shù)增加0.2～0.8片，莖粗增加0.44～0.68 cm，穗行數(shù)增加0.2～1.2行，雙行粒數(shù)增加0.8～7.3粒，有效穗長增加0.04～1.67 cm，穗周長增加0.39～1.40 cm，百粒質(zhì)量增加0.2～2.1 g，總體上，小麥和玉米均以底施50%+灌漿期追施50%處理效果較好。與小白龍?zhí)幚硐啾?滴灌水肥一體化處理小麥顯著增產(chǎn)14.29%～18.96%,灌溉水利用效率顯著提高1.93～2.79 kg/m3;玉米顯著增產(chǎn)21.79%～47.19%,灌溉水利用效率顯著提高3.97～6.07 kg/m3;小麥-玉米周年顯著增產(chǎn)19.98%～33.37%,灌溉水利用效率顯著提高3.26～4.43 kg/m3,均以底施70%+灌漿期追施30%效果最佳。與一次性底施處理相比，滴灌水肥一體化處理小麥、玉米及小麥-玉米周年產(chǎn)量及灌溉水利用效率均以底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理最高。由此可見,滴灌水肥一體化有利于實現(xiàn)節(jié)水增效,氮肥適當后移效果明顯。

滴灌； 小白龍； 水肥一體化； 小麥； 玉米； 產(chǎn)量； 灌溉水利用效率

小麥-玉米兩熟制是河南省的主要種植模式,其播種面積在300萬hm2以上,探討其周年水肥一體化對實現(xiàn)河南省糧食核心區(qū)“一控兩減”和節(jié)水節(jié)肥增效目標具有重要意義。滴灌是最佳的節(jié)水增效灌溉方式,其具有節(jié)水、提肥、增效等多種功效，對于解決水資源缺乏地區(qū)的農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、高效、提質(zhì)持續(xù)發(fā)展具有重要的作用。目前，關(guān)于滴灌對單季作物小麥、玉米的研究主要集中于增產(chǎn)、節(jié)水、生理生態(tài)等方面[1-14]。其中，充分滴灌對小麥生長的促進作用明顯優(yōu)于適量滴灌和漫灌[1]，滴灌較噴灌和漫灌能夠明顯提高玉米產(chǎn)量,且耗水量減少[6]，而滲灌對玉米生長發(fā)育的影響明顯優(yōu)于滴灌和噴灌[7]。關(guān)于滴灌對小麥-玉米周年產(chǎn)量、水分利用的影響研究較少[15-16]，主要集中于小麥-玉米周年滴灌的耗水特征[15]、氮肥滴灌施肥方式對小麥、玉米雙季生物量累積和產(chǎn)量的影響[16]。另外，關(guān)于水肥一體化的研究主要集中于分期灌溉與分期施肥相結(jié)合、灌水次數(shù)與灌水量及水肥互作對小麥-玉米周年產(chǎn)量和水分利用的影響等方面[17-19]。目前，尚未見關(guān)于滴灌水肥一體化對小麥-玉米產(chǎn)量、水分利用影響的研究報道。為此，以小白龍灌溉為對照，探討黃淮海平原糧食核心區(qū)小麥-玉米滴灌水肥一體化的節(jié)水增產(chǎn)效應，以期找出小麥-玉米周年節(jié)水增效措施，進而促進區(qū)域水土資源高效利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗在河南省通許縣節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗示范基地進行,該地區(qū)屬典型的季風氣候,多年平均降水量658 mm,其中7—9月降雨量占全年降水量的60%以上。試驗地土壤為壤質(zhì)潮土,土壤耕層含有機質(zhì)15.6 g/kg、水解氮75.8 mg/kg、速效磷18.5 mg/kg、速效鉀89.4 mg/kg。

1.2 試驗材料

小麥品種為矮抗58,播種量為180 kg/hm2；玉米品種為鄭單958,60 cm等行距播種,播種密度為5 200株/hm2。試驗用肥料分別為尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 50%)。

1.3 試驗設(shè)計

灌溉方式設(shè)置滴灌(DG，總灌水量750 m3/hm2)和小白龍(XBL，總灌水量1 200 m3/hm2)2種方式，分別于拔節(jié)期、灌漿期灌水,各占總灌水量的50%。滴灌帶間隔寬度為40～50 cm，滴頭間距為30 cm,滴頭流量為2～3 L/h，每次灌水量為375 m3/hm2;小白龍采用地面小畦灌溉，每次灌水量為600 m3/hm2。氮肥設(shè)置:一次性底施(1)、底施70%+拔節(jié)期追施30%(2)、底施50%+拔節(jié)期追施50%(3)、底施70%+灌漿期追施30%(4)、底施50%+灌漿期追施50%(5)、底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%(6)。另設(shè)一次性底施不灌水處理(CK)用于計算灌溉水利用效率。試驗總N用量為210 kg/hm2,根據(jù)各處理要求施用,磷、鉀肥一次性底施,P2O5和K2O的用量均為90 kg/hm2。其他管理措施各處理一致。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 灌溉水利用效率 灌溉水利用效率=(灌水處理產(chǎn)量-不灌水處理產(chǎn)量)/灌水量。

1.4.2 生長發(fā)育及產(chǎn)量 成熟期，測定小麥株高、穗長、不孕穗數(shù)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量等；測定玉米可見葉片數(shù)、莖粗、株高、穗行數(shù)、有效穗長、雙行粒數(shù)、穗周長、百粒質(zhì)量、產(chǎn)量等。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌水肥一體化對作物生長發(fā)育的影響

2.1.1 小麥 從表1可以看出,灌溉水肥一體化對改善小麥生長發(fā)育具有積極作用，尤其是滴灌水肥一體化。其中，與一次性底施處理相比，小白龍水肥一體化處理株高增加2.3～8.2 cm，穗長增加0.3～1.3 cm，小穗數(shù)增加0.4～1.8個，穗粒數(shù)增加4.4～9.4粒，不孕穗數(shù)減少0.4～2.8個，千粒質(zhì)量增加1.2～2.8 g;滴灌水肥一體化處理株高增加1.4～5.0 cm，穗長增加0.1～0.3 cm，小穗數(shù)增加0.7～1.6個，穗粒數(shù)增加3.2～5.8粒，不孕穗數(shù)減少0.3～1.4個，千粒質(zhì)量增加0.6～2.0 g。與小白龍?zhí)幚硐啾?滴灌處理株高增加0.9～7.6 cm,以底施50%+灌漿期追施50%處理增加最多；穗長增加0.4～1.6 cm,以底施50%+灌漿期追施50%和一次性底施處理增加最多;小穗數(shù)增加1.1～2.8個，穗粒數(shù)增加0.6～5.2粒,均以底施70%+灌漿期追施30%處理增加最多;不孕穗數(shù)減少1.1～3.3個,以底施50%+拔節(jié)期追施50%處理減少最多,其次為底施50%+灌漿期追施50%處理;千粒質(zhì)量增加0.1～1.4 g,以一次性底施處理增加最多,其次為底施50%+灌漿期追施50%處理。由此可見,采用滴灌水肥一體化更有利于改善水肥的協(xié)調(diào)供應，促進小麥生長發(fā)育，尤其是底施50%+灌漿期追施50%處理。

2.1.2 玉米 從表2 可以看出,灌溉水肥一體化對改善玉米生長發(fā)育具有積極效果，尤其是滴灌水肥一體化。其中，與一次性底施處理相比，小白龍水肥一體化處理株高增加4.4～20.6 cm，葉片數(shù)增加0.2～1.0片，莖粗增加0.10～0.44 cm，穗行數(shù)增加1.6～2.8行，雙行粒數(shù)增加11.8～18.4粒，有效穗長增加1.92～4.48 cm，穗周長增加1.08～1.90 cm，百粒質(zhì)量增加2.5～5.3 g;滴灌水肥一體化處理株高增加7.8～19.8 cm，葉片數(shù)增加0.4～1.4片，莖粗增加0.18～0.40 cm，穗行數(shù)增加1.7～3.4行，雙行粒數(shù)增加10.1～22.4粒，有效穗長增加1.39～5.24 cm，穗周長增加0.23～1.54 cm，百粒質(zhì)量增加1.7～3.4 g。與小白龍?zhí)幚硐啾?滴灌處理株高增加2.4～8.2 cm，葉片數(shù)增加0.2～0.8片，莖粗增加0.44～0.68 cm，穗行數(shù)增加0.2～1.2行，雙行粒數(shù)增加0.8～7.3粒，有效穗長增加0.04～1.67 cm，穗周長增加0.39～1.40 cm，百粒質(zhì)量增加0.2～2.1 g。葉片數(shù)、雙行粒數(shù)和有效穗長均以底施50%+灌漿期追施50%處理增加最多,莖粗和雙行粒數(shù)均以底施70%+拔節(jié)期追施30%處理增加最多,穗周長和百粒質(zhì)量均以一次性底施處理增加最多,株高以底施70%+灌漿期追施30%處理增加最多。綜上,采用滴灌水肥一體化更有利于改善水肥的協(xié)調(diào)供應，促進玉米生長發(fā)育，尤其是底施50%+灌漿期追施50%處理。

表1 滴灌水肥一體化對小麥生長發(fā)育的影響

表2 滴灌水肥一體化對玉米生長發(fā)育的影響

2.2 滴灌水肥一體化對作物產(chǎn)量和灌溉水利用效率的影響

2.2.1 小麥產(chǎn)量和灌溉水利用效率 從表3可以看出,灌溉水肥一體化對提高小麥產(chǎn)量和灌溉水利用效率具有積極影響，尤其是滴灌水肥一體化。其中，小白龍水肥一體化處理較一次性底施處理增產(chǎn)4.63%～8.71%,以底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理最好,顯著增產(chǎn)8.71%;其次為底施70%+拔節(jié)期追施30%處理,顯著增產(chǎn)8.33%。小白龍水肥一體化處理灌溉水利用效率變化趨勢與產(chǎn)量一致，也以底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理最高,灌溉水利用效率為1.38 kg/m3;其次為底施70%+拔節(jié)期追施30%處理,灌溉水利用效率為1.36 kg/m3。滴灌水肥一體化處理較一次性底施處理增產(chǎn)7.87%～11.74%,也以底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理最好,顯著增產(chǎn)11.74%;其次為底施70%+灌漿期追施30%處理,顯著增產(chǎn)11.30%。滴灌水肥一體化處理灌溉水利用效率變化趨勢與產(chǎn)量一致，也以底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理最高,灌溉水利用效率為4.11 kg/m3;其次為底施70%+灌漿期追施30%處理,灌溉水利用效率為4.06 kg/m3。與小白龍?zhí)幚硐啾?滴灌處理顯著增產(chǎn)14.29%～18.96%,灌溉水利用效率顯著提高1.93～2.79 kg/m3,均以底施70%+灌漿期追施30%處理最好。說明小麥拔節(jié)期和拔節(jié)期+灌漿期的水肥一體化增產(chǎn)及水分利用效果明顯,且滴灌水肥一體化有利于實現(xiàn)節(jié)水增產(chǎn)。

表3 滴灌水肥一體化對小麥產(chǎn)量和灌溉水利用效率的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

2.2.2 玉米產(chǎn)量和灌溉水利用效率 從表4可以看出,灌溉水肥一體化對提高玉米產(chǎn)量和灌溉水利用效率具有積極影響，尤其是滴灌水肥一體化。其中，小白龍水肥一體化處理較一次性底施處理增產(chǎn)5.11%～21.29%,以底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理最好,增產(chǎn)21.29%;其次為底施50%+灌漿期追施50%處理,增產(chǎn)17.04%。小白龍水肥一體化處理灌溉水利用效率變化趨勢與產(chǎn)量一致，也以底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理最高,灌溉水利用效率為2.38 kg/m3;其次為底施50%+灌漿期追施50%處理,灌溉水利用效率為2.10 kg/m3。滴灌水肥一體化處理較一次性底施處理增產(chǎn)1.12%～15.50%,也以底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理最好,顯著增產(chǎn)15.50%;其次為底施50%+拔節(jié)期追施50%處理,增產(chǎn)12.42%。滴灌水肥一體化處理灌溉水利用效率變化趨勢與產(chǎn)量一致，也以底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理最高,灌溉水利用效率為8.23 kg/m3;其次為底施50%+拔節(jié)期追施50%處理,灌溉水利用效率為7.77 kg/m3。與小白龍?zhí)幚硐啾?滴灌處理顯著增產(chǎn)21.79%～47.19%,灌溉水利用效率顯著提高3.97～6.07 kg/m3,以底施50%+拔節(jié)期追施50%和底施70%+灌漿期追施30%處理效果較好。說明玉米拔節(jié)期+灌漿期的水肥一體化增產(chǎn)及水分利用效果明顯,且滴灌水肥一體化有利于實現(xiàn)節(jié)水增產(chǎn)。

表4 滴灌水肥一體化對玉米產(chǎn)量和灌溉水利用效率的影響

2.2.3 小麥-玉米周年產(chǎn)量和灌溉水利用效率 從表5可以看出,灌溉水肥一體化對提高小麥-玉米周年產(chǎn)量和灌溉水利用效率具有積極影響，尤其是滴灌水肥一體化。其中，小白龍水肥一體化處理較一次性底施處理增產(chǎn)6.00%～15.19%,以底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理最好,增產(chǎn)15.19%;其次為底施70%+拔節(jié)期追施30%處理,增產(chǎn)11.68%。小白龍水肥一體化處理灌溉水利用效率變化趨勢與產(chǎn)量一致，也以底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理最高,灌溉水利用效率為1.88 kg/m3;其次為底施70%+拔節(jié)期追施30%處理，灌溉水利用效率為1.65 kg/m3。滴灌水肥一體化處理較一次性底施處理增產(chǎn)4.04%～13.87%,也以底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理最好,增產(chǎn)13.87%;其次為底施50%+拔節(jié)期追施50%處理,增產(chǎn)10.91%。滴灌水肥一體化處理灌溉水利用效率變化趨勢與產(chǎn)量一致，也以底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理最高,灌溉水利用效率為6.17 kg/m3;其次為底施50%+拔節(jié)期追施50%處理,灌溉水利用效率為5.78 kg/m3。與小白龍?zhí)幚硐啾?滴灌處理顯著增產(chǎn)19.98%～33.37%,灌溉水利用效率顯著提高3.26～4.43 kg/m3,均以底施70%+灌漿期追施30%處理效果最佳。上述結(jié)果說明，小麥-玉米拔節(jié)期+灌漿期的水肥一體化增產(chǎn)及水分利用效果明顯,且滴灌水肥一體化有利于實現(xiàn)小麥-玉米周年節(jié)水增產(chǎn)。

表5 滴灌水肥一體化對小麥-玉米周年產(chǎn)量及灌溉水利用效率的影響

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，采用滴灌水肥一體化更有利于改善水肥的協(xié)調(diào)供應,促進小麥-玉米的生長發(fā)育。與小白龍?zhí)幚硐啾?滴灌處理株高增加0.9～7.6 cm，穗長增加0.4～1.6 cm，小穗數(shù)增加1.1～2.8個，穗粒數(shù)增加0.6～5.2粒，不孕穗數(shù)減少1.1～3.3個，千粒質(zhì)量增加0.1～1.4 g；玉米株高增加2.4～8.2 cm，葉片數(shù)增加0.2～0.8片，莖粗增加0.44～0.68 cm，穗行數(shù)增加0.2～1.2行，雙行粒數(shù)增加0.8～7.3粒，有效穗長增加0.04～1.67 cm，穗周長增加0.39～1.40 cm，百粒質(zhì)量增加0.2～2.1 g，小麥和玉米均總體以底施50%+灌漿期追施50%處理效果較好。

本研究結(jié)果表明，滴灌水肥一體化有利于實現(xiàn)節(jié)水增產(chǎn)，這與前人研究結(jié)果具有一致性[1，6，12-13,15]。與小白龍?zhí)幚硐啾?滴灌水肥一體化處理小麥顯著增產(chǎn)14.29%～18.96%,灌溉水利用效率顯著提高1.93～2.79 kg/m3;玉米顯著增產(chǎn)21.79%～47.19%,灌溉水利用效率顯著提高3.97～6.07 kg/m3;小麥-玉米周年顯著增產(chǎn)19.98%～33.37%,灌溉水利用效率顯著提高3.26～4.43 kg/m3,均以底施70%+灌漿期追施30%處理效果最佳。與一次性底施處理相比，滴灌水肥一體化處理小麥、玉米及小麥-玉米周年產(chǎn)量及灌溉水利用效率均以底施50%+拔節(jié)期追施30%+灌漿期追施20%處理最高。由此可見,滴灌水肥一體化有利于實現(xiàn)節(jié)水增產(chǎn),氮肥適當后移效果明顯。

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Effect of Drop Irrigation Fertigation on Water-saving and Yield-increasing of Wheat-corn System

WU Jicheng1,2,YANG Yonghui1,2,PAN Xiaoying1,2,DING Jinli1,2,3,HAN Weifeng1,2,HE Fang1,2

(1.Institute of Plant Nutrition & Resource Environment,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China; 2.Yuanyang Experimental Station of Crop Water Use,Ministry of Agriculture,Yuanyang 453514,China; 3.Zhengzhou Normal University,Zhengzhou 450044,China)

In order to reveal the effect of drop irrigation fertigation on water-saving and yield-increasing of wheat and corn,the comparative field experiments of drip irrigation and small white dragon with the integrated management of water and fertilizer was carried out in Tongxu water-saving agriculture demonstration base of Henan province.The application of N fertilizer was set as single basal application (210 kg/ha),basal application 70% and topdressing 30% at jointing stage,basal application 50% and topdressing 50% at jointing stage,basal application 70% and topdressing 30% at the filling stage,basal application 50% and topdressing 50% at the filling stage,basal application 50% and topdressing 30% at jointing stage and 20% at the filling stage.The results showed that the fertigation was more conducive to the improvement of the water supply,and promoted the coordinated growth of wheat and corn.Compared to the corresponding treatments of small white dragon,the wheat plant height of drop irrigation treatment increased by 0.9—7.6 cm,the ear length increased by 0.4—1.6 cm,the number of spikelet increased by 1.1—2.8,the number of grains per spike increased by 0.6—5.2 grains,the sterility spike number reduced by 1.1—3.3,the thousand-grain-weight increased by 0.1—1.4 g;the corn plant height of drop irrigation treatment increased by 2.4—8.2 cm,the number of visible leaves increased by 0.2—0.8,the diameter of stem increased by 0.44—0.68 cm,the number of the rows increased by 0.2—1.2,the number of double rows grains increased by 0.8—7.3 grains,the effective ear length increased by 0.04—1.67 cm,the ear perimeter increased by 0.39—1.40 cm and the 100-grain-weight increased by 0.2—2.1 g.The better treatment of wheat and corn was the treatment with the basal application 50% and topdressing 50% at the filling stage.Compared to the corresponding small white dragon treatments,the yield of wheat increased by 14.29%—18.96% under drop irrigation,the water utilization efficiency of irrigation improved 1.93—2.79 kg/m3;the yield of corn increased by 21.79%—47.19% under drop irrigation,the water use efficiency of irrigation increased by 3.97—6.07 kg/m3;the anniversary yield of wheat and corn increased by 19.98%—33.37% under drop irrigation,the water utilization efficiency of irrigation increased by 3.26—4.43 kg/m3,the best treatment was basal application 70% and topdressing 30% at the filling stage with the integrated management of water and fertilizer.Compared to the treatment of single basal application,the wheat,corn and wheat-corn yield and water utilization efficiency were the highest in the treatment of basal application 50% and topdressing 30% at jointing stage and 20% at the filling stage.Therefore,the fertigation was conducive to yield-increasing and water-saving,and topdressing at later stage was helpful to production.

drop irrigation； small white dragon; fertigation； wheat； corn； yield； irrigation water use efficiency

2016-07-11

公益性行業(yè)農(nóng)業(yè)科研專項(201203077)；河南省農(nóng)業(yè)科學院科研專項(201513105)；國家科技支撐計劃項目(2013BAD07B07-6)

武繼承(1965-)，男，河南通許人，研究員，博士，主要從事節(jié)水農(nóng)業(yè)、土壤肥料和農(nóng)業(yè)生態(tài)等方面的研究。 E-mail:wujc2065@126.com

S512;S513;S143.1

A

1004-3268(2017)02-0016-06