冀西北地區(qū)春玉米膜下滴灌水肥一體化技術(shù)試驗(yàn)

張寶悅+王激清+劉社平+李文杰+張俊平

摘要：針對冀西北地區(qū)水資源匱乏和化肥不合理施用問題，進(jìn)行了春玉米膜下滴灌水肥一體化技術(shù)試驗(yàn)。結(jié)果表明，與農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理措施相比，膜下滴灌水肥一體化技術(shù)可明顯增加春玉米產(chǎn)量，提高春玉米的肥料偏生產(chǎn)力；膜下滴灌水肥一體化技術(shù)雖增加了地膜、滴灌設(shè)備的費(fèi)用，但可實(shí)現(xiàn)播種、施肥、覆膜、鋪設(shè)滴灌帶、噴施除草劑等多道工序一次性完成，可節(jié)省用工費(fèi)和水電費(fèi)。綜合分析結(jié)果表明，春玉米膜下滴灌水肥一體化技術(shù)可提高農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)效益，在冀西北地區(qū)有良好的推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：春玉米；膜下滴灌水肥一體化技術(shù)；產(chǎn)量；經(jīng)濟(jì)效益；冀西北地區(qū)

中圖分類號：S513；S275.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）06-1019-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.06.006

Abstract： Study on integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch for spring maize was carried out to solve the problems of lack of water resources and unreasonable application of fertilizer in northwest Hebei province. The results showed that yield of spring maize and partial factor productivity（PFP） under integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch were higher than those under traditional water and fertilization management. Integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch increased the cost of plastic film and drip irrigation equipment， but this practice could save cost of labor and water through simultaneous realization of sowing， fertilization， mulching， laying drip irrigation， spraying herbicides and other processes. In short， integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch for spring maize could improve the economic benefit of farmer， and had good prospect of application and extension.

Key words： spring maize； integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch； yield； economic benefit； northwest Hebei province

冀西北張家口地區(qū)地處華北平原與內(nèi)蒙高原的過渡地帶，該區(qū)域四季分明、雨熱同季、晝夜溫差大，是北方重要的春玉米生產(chǎn)區(qū)，近5年各類玉米種植面積一直穩(wěn)定在22萬hm2左右，其中子粒用玉米種植面積超過13.4萬hm2。目前冀西北地區(qū)玉米生產(chǎn)逐步由單一糧用型向多元化利用方向轉(zhuǎn)化，玉米成為最主要的糧、經(jīng)、飼兼用作物，不但產(chǎn)量高而且質(zhì)量好，綜合生產(chǎn)能力逐步增強(qiáng)，尤其以鄭單958大面積推廣種植以來，河川區(qū)高產(chǎn)田單位面積產(chǎn)量可達(dá)12 000～16 500 kg/hm2[1]，玉米生產(chǎn)在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收中占有十分重要位置。

膜下滴灌水肥一體化技術(shù)是在地膜覆蓋栽培的基礎(chǔ)上，將施肥與灌溉結(jié)合在一起的一項(xiàng)農(nóng)業(yè)新技術(shù)[2]。該技術(shù)是將可溶性肥料溶于灌溉水，通過滴灌系統(tǒng)把水和肥輸送到作物根際附近土壤，供作物根系直接吸收利用，因此該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)精確控制灌水量、施肥量、灌溉及施肥時間，顯著提高水資源、肥料的利用率。遼西半干旱區(qū)[3]和新疆地區(qū)[4]春玉米膜下滴灌水肥一體化技術(shù)研究表明最適宜的水氮組合將有助于春玉米獲得更高產(chǎn)量和氮肥利用率。冀西北張家口市為干旱半干旱地區(qū)，由于水資源的匱乏，干旱已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的重要制約因素[5]；此外近年來農(nóng)戶化肥不合理施用問題嚴(yán)重，氮肥過量與不足施用同時并存，直接導(dǎo)致氮肥利用率低下[6]，而春玉米膜下滴灌水肥一體化技術(shù)恰好可解決該區(qū)水資源不足和肥料不合理施用這兩大問題。因此，本研究采用大田試驗(yàn)的方法，進(jìn)行春玉米膜下滴灌水肥一體化技術(shù)適應(yīng)性研究，為冀西北地區(qū)春玉米科學(xué)灌溉與施肥提供合理依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2014年在冀西北張家口市宣化縣沙嶺子鎮(zhèn)南興渠村進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)位于北緯40°40′，東經(jīng)114°52′，海拔615 m，無霜期140 d，年日照2 881 h，年均氣溫7.7 ℃，年平均降水量400 mm，春季降水偏少、氣候干旱，雨量主要集中在6～9月份，屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。

試驗(yàn)地土壤類型為灌淤土，表層（0～30 cm）土壤有機(jī)質(zhì)含量22.44 g/kg，全氮含量1.12 g/kg，硝態(tài)氮含量56.57 mg/kg，速效磷含量23.78 mg/kg，速效鉀含量290.93 mg/kg，土壤容重1.19 g/cm3，pH 8.24。

供試的春玉米品種為巡天969，播種時間為4月20日，收獲時間為9月28日。

1.2 方法

試驗(yàn)采用大田試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)兩種不同水肥管理措施，即農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理區(qū)和膜下滴灌水肥一體化管理區(qū)，各管理區(qū)面積均為3.0 hm2，每塊地中隨機(jī)取3個區(qū)域取樣，即為3次重復(fù)。

農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理區(qū)采取傳統(tǒng)的種植管理措施，春季播種前清茬并深翻25 cm，播種采用當(dāng)?shù)氐膱A盤式玉米播種機(jī)進(jìn)行播種，大小行種植，大行70 cm，小行40 cm，平均行距55 cm，種植密度為67 500株/hm2，播后噴施除草劑。農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理區(qū)基肥用18-18-18-1（N-P-K-Zn）的史丹利牌復(fù)合肥，于深翻前撒施于地塊中，用量為750 kg/hm2，在玉米生長大喇叭口期追施尿素（N 46%）750 kg/hm2，全生育期總計(jì)投入N 480 kg/hm2，P2O5 135 kg/hm2，K2O 135 kg/hm2。農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理區(qū)為春播前澆水1次，玉米生長大喇叭口期和抽穗期各澆水1次，每次澆水量為2 250 m3/hm2。

膜下滴灌水肥一體化管理區(qū)利用玉米膜下滴灌專用播種機(jī)實(shí)現(xiàn)播種、施肥、覆膜、鋪設(shè)滴灌帶、噴施除草劑、覆土壓膜等多道工序一次性完成。采用幅寬1.20 m，厚度0.008 mm地膜進(jìn)行全膜覆蓋，玉米種植在壟溝內(nèi)；順玉米行間布置膜下滴灌，一膜一帶，滴灌二行玉米，滴孔間距30 cm；采用大小行種植，大行70 cm，小行40 cm，平均行距55 cm，種植密度為81 000株/hm2，播后噴施除草劑，并進(jìn)行覆土壓膜。膜下滴灌水肥一體化管理區(qū)基肥用18-18-9-1（N-P-K-Zn）的天喜牌春玉米專用肥，用量為1 125 kg/hm2，隨播種機(jī)施入種植小行，追肥分3次施入：第一次在大喇叭口期，追施尿素（N 46%）375 kg/hm2，第二次在抽穗期，追施尿素（N 46%）225 kg/hm2，第三次在灌漿期，追施尿素（N 46%）95 kg/hm2和硫酸鉀（K2O 50%）58 kg/hm2，全生育期總計(jì)投入N 522.2 kg/hm2，P2O5 202.5 kg/hm2，K2O 130.3 kg/hm2。由于播種期至苗期降雨偏多，膜下滴灌水肥一體化管理區(qū)未澆水，只在大喇叭口期、抽穗期、灌漿期結(jié)合3次追肥滴灌澆水3次，每次澆水480 m3/hm2。

1.3 樣品采集及分析測定方法

收獲時對春玉米測產(chǎn)：每個測產(chǎn)區(qū)域取連續(xù)4行玉米，每行5 m，作為測產(chǎn)區(qū)，測產(chǎn)樣方面積為4.00×5.00 m×0.55 m=11.00 m2。根據(jù)肥料用量和春玉米產(chǎn)量計(jì)算肥料偏生產(chǎn)力（Partial factor productivity，PFP），計(jì)算公式為PFP=Y/F，單位為kg/kg；Y為某一種特定的化肥施用下作物的產(chǎn)量，單位為kg/hm2；F代表化肥的投入量，單位為kg/hm2。

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel軟件進(jìn)行計(jì)算，用SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥管理措施下的春玉米產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力

表1為兩種不同水肥管理措施下春玉米產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力比較。從表1中可以看出，膜下滴灌水肥一體化管理措施下春玉米產(chǎn)量為17 107 kg/hm2，與農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理13 349 kg/hm2的產(chǎn)量相比，增產(chǎn)率為28.21%。肥料偏生產(chǎn)力（PFP）指單位投入的肥料所能生產(chǎn)的作物子粒產(chǎn)量，它是一個很重要的指標(biāo)，反映當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用量的綜合效應(yīng)[7]，由表1可知，膜下滴灌水肥一體化管理措施下的春玉米的氮肥偏生產(chǎn)力為32.76 kg/kg，氮磷鉀化肥偏生產(chǎn)力為20.01 kg/kg，均顯著高于傳統(tǒng)施肥管理措施下對應(yīng)的肥料偏生產(chǎn)力。

2.2 不同水肥管理措施下的春玉米水分利用狀況

表2為兩種不同水肥管理措施下水分利用狀況比較。由表2可知，冀西北張家口地區(qū)農(nóng)戶的傳統(tǒng)灌溉方式是播種前澆水1次，用量為2 250 m3/hm2，在春玉米追肥后的大喇叭口期和抽穗期再各灌水1次，每次用量也分別為2 250 m3/hm2，總計(jì)用水量為6 750 m3/hm2。而膜下滴灌水肥一體化管理措施采取膜下滴灌技術(shù)，只在大喇叭口期、抽穗期和灌漿期結(jié)合追肥灌水3次，每次用水量為480 m3/hm2，總計(jì)用水量為1 440 m3/hm2，因此與農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理措施相比，節(jié)水5 310 m3/hm2（2014年春季降雨偏多，播種后未澆出苗水，正常年份如果土壤墑情不足，此次澆水是必需的，澆水量一般為600 m3/hm2，這樣計(jì)算，膜下滴灌水肥一體化管理措施需水為2 040 m3/hm2，與農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理相比仍節(jié)水4 710 m3/hm2）。

2.3 不同水肥管理措施下的用工狀況

表3為兩種不同水肥管理措施下用工狀況比較。由表3可知，農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理和膜下滴灌水肥一體化管理措施下播種前均進(jìn)行土地清理、耕地和土地鎮(zhèn)壓，用工數(shù)分別為4.50、6.56和1.13個/hm2，而農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理措施還需進(jìn)行播前壟溝澆水，用工數(shù)為0.30個/hm2。農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理采用傳統(tǒng)的播種、澆水、施肥和噴施除草劑技術(shù)，用工數(shù)分別為7.50、3.60（3次澆水的總用工數(shù)）、7.50和7.50個/hm2，膜下滴灌水肥一體化管理措施則利用玉米膜下滴灌專用播種機(jī)作業(yè)，播種用工6.60個/hm2，覆膜、鋪設(shè)滴灌帶、施用基肥及噴除草劑均同時完成，不需要單獨(dú)消耗工時，滴灌設(shè)備安裝需要消耗2.25個/hm2，澆水需要消耗1.20個/hm2，追肥和澆水同時完成，也不需要單獨(dú)消耗工時。農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理措施玉米收獲需要13.50個/hm2，而膜下滴灌水肥一體化管理措施下玉米種植密度大，需要15.00個/hm2，還需要花費(fèi)4.50個/hm2用于滴灌管道和地膜的收集?？傊?，農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理措施需52.09個/hm2，而膜下滴灌水肥一體化管理措施只需41.74個/hm2。

2.4 不同水肥管理措施下的投入產(chǎn)出狀況

兩種不同水肥管理措施投入狀況列于表4。由表4可知，農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理措施下投入最多是用工費(fèi)，為4 167.2元/hm2，其次為肥料，為3 600.0元/hm2，其余水電為2 025.0元/hm2，種子為720.0元/hm2，除草劑為180.0元/hm2，總計(jì)投入10 692.2元/hm2。膜下滴灌水肥一體化管理措施下投入最多的是肥料，為4 240.0元/hm2，其次為用工費(fèi)3 339.2元/hm2，其余水電為432.0元/hm2，種子為1 080.0元/hm2，除草劑為180.0元/hm2，最后地膜、滴灌毛管、滴灌干管和支管、施肥罐和過濾器分別投入為1 080.0、 1 920.0、1 500.0、600.0元/hm2，總計(jì)投入14 371.2元/hm2。

表5為兩種不同水肥管理措施下經(jīng)濟(jì)效益狀況比較。由表5可知，膜下滴灌水肥一體化管理措施比農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理措施投入多3 679.0元/hm2；產(chǎn)值是根據(jù)春玉米產(chǎn)量和玉米市場價格計(jì)算得到的，兩種不同水肥管理措施下春玉米產(chǎn)量不同，因此所獲得產(chǎn)值也不一樣，農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理措施為32 037.6元/hm2，膜下滴灌水肥一體化管理措施為41 056.8元/hm2，因此按照投入和產(chǎn)值計(jì)算得到的效益兩種不同水肥管理措施也有明顯差異，農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理措施為21 345.4元/hm2，膜下滴灌水肥一體化管理措施為26 685.6元/hm2，所以冀西北地區(qū)春玉米膜下滴灌水肥一體化技術(shù)可增加春玉米產(chǎn)值，提高農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)效益。

3 小結(jié)與討論

水、肥是制約干旱、半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要因素，適宜的水分條件與合理的養(yǎng)分供應(yīng)是農(nóng)作物獲得高產(chǎn)的重要條件[8，9]。冀西北張家口地區(qū)氣候特點(diǎn)是低溫冷涼，降水量少，蒸發(fā)量大，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民為保濕、保墑，提高作物的產(chǎn)量，促使地膜覆蓋和滴灌技術(shù)在該區(qū)大面積推廣應(yīng)用，因此集覆膜栽培與滴灌于一體的膜下滴灌水肥一體化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)該區(qū)域從大水漫灌向浸潤式灌溉的轉(zhuǎn)變，澆地向澆作物的轉(zhuǎn)變；從單一澆水轉(zhuǎn)向澆水肥一體的營養(yǎng)液，從而使肥料利用率比傳統(tǒng)水肥管理區(qū)明顯提高[5]。

試驗(yàn)結(jié)果表明，與農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理措施相比，膜下滴灌水肥一體化技術(shù)可顯著增加春玉米產(chǎn)量3 758 kg/hm2，增產(chǎn)率為28.21%，同樣可實(shí)現(xiàn)春玉米肥料偏生產(chǎn)力的提高，這與前人的研究結(jié)果一致[4，10]。此外，膜下滴灌水肥一體化技術(shù)將灌溉用水從地上和地下管道網(wǎng)絡(luò)封閉式輸送到根際土壤，減少田間渠系滲漏和田間蒸發(fā)，比農(nóng)戶傳統(tǒng)溝渠灌可明顯節(jié)水。和農(nóng)戶傳統(tǒng)水肥管理措施相比，膜下滴灌水肥一體化技術(shù)需要增加的投入主要是地膜、滴灌帶、施肥罐、過濾器的費(fèi)用，而膜下滴灌水肥一體化技術(shù)利用玉米膜下滴灌專用播種機(jī)播種，該機(jī)可實(shí)現(xiàn)開溝、播種、施肥、覆膜、鋪設(shè)滴灌帶、噴施除草劑、覆土壓膜等多道工序一次性完成，可節(jié)省用工費(fèi)、水電費(fèi)，因此總體計(jì)算，膜下滴灌水肥一體化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)春玉米每公頃增加經(jīng)濟(jì)效益5 340.2元。

總之，隨著節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展，與之相結(jié)合的水肥一體化膜下滴灌技術(shù)極大地提高了水肥利用效率，經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益良好，在冀西北春玉米生產(chǎn)區(qū)推廣前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李 軍，張志鵬，楊少青，等.張家口市玉米生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展對策[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，2007（7）：19-20.

[2] 岳絢麗，宋 超.北方春玉米膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及對策[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013（11）：66-68.

[3] 李文惠，尹光華，谷 健，等.膜下滴灌水氮耦合對春玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志，2015，34（12）：3397-3401.

[4] 朱金龍，危常州，朱齊超，等.膜下滴灌春玉米氮素吸收規(guī)律與增產(chǎn)效應(yīng)[J].玉米科學(xué)，2014，22（6）：121-125.

[5] 屈振華，趙 祥，耿光瑞，等.膜下滴灌在冀西北干旱半干旱區(qū)的應(yīng)用研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（34）：21170-21171，21207.

[6] 王激清，劉社平，韓寶文.施氮量對冀西北春玉米氮肥利用率和土壤硝態(tài)氮時空分布的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2011，25（2）：138-143.

[7] 張福鎖，王激清，張衛(wèi)鋒，等.中國主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑[J].土壤學(xué)報(bào)，2008，45（5）：915-924.

[8] 高亞軍，李生秀，田霄鴻，等.不同供肥條件下水分分配對旱地玉米產(chǎn)量的影響[J].作物學(xué)報(bào)，2006，32（3）：415-422.

[9] 張忠學(xué)，聶堂哲，王 棟.黑龍江省西部半干旱區(qū)玉米膜下滴灌水、氮、磷耦合效應(yīng)分析[J].中國農(nóng)村水利水電，2016（2）：1-4.

[10] 譚 華，鄭德波，鄒成林，等.水肥一體膜下滴灌對玉米產(chǎn)量與氮素利用的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2015，33（3）：18-23.