不同水肥條件對滴灌制種玉米產(chǎn)量 和水分利用效率的影響

張立勤，車宗賢，崔云玲，崔增團(tuán)，萬 倫

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，蘭州 730070；2.甘肅省耕地質(zhì)量建設(shè)管理總站，蘭州 730020)

甘肅灌區(qū)光熱土地資源豐富，自然隔離條件相對優(yōu)越，是我國最大的雜交玉米種子生產(chǎn)基地，制種玉米也是該區(qū)促使農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收的支柱型產(chǎn)業(yè)[1-3]。但由于地處我國西北干旱區(qū)，降水稀少且時空分布不均，蒸發(fā)強(qiáng)度大，缺水一直是限制該區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，也是制約區(qū)內(nèi)制種玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的主要瓶頸。研發(fā)和大面積推廣應(yīng)用農(nóng)田節(jié)水新技術(shù)，有效提高水資源利用效率，是促進(jìn)甘肅灌區(qū)制種玉米產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的重要途徑。近年來，膜下滴灌水肥一體化技術(shù)因節(jié)水、增產(chǎn)、增收效果明顯[4-7]，在甘肅灌區(qū)制種玉米生產(chǎn)中發(fā)展較快。但跟蹤調(diào)查結(jié)果顯示，由于缺乏科學(xué)的水肥利用參數(shù)，技術(shù)在應(yīng)用過程中仍然參照傳統(tǒng)漫灌模式進(jìn)行灌水和施肥，盲目灌溉和過量施肥現(xiàn)象普遍，作物水肥利用效率不高, 生產(chǎn)成本居高不下，在很大程度上影響了技術(shù)應(yīng)用成效，遲滯了水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用。圍繞制種玉米水肥利用以及玉米在滴灌條件下的水肥制度，國內(nèi)已開展了較多研究[8-16]，但在水肥一體化模式下，針對制種玉米水肥利用的報道相對較少。本試驗通過研究不同水肥條件對制種玉米生長和產(chǎn)量的影響，以期為建立制種玉米水肥一體化高效灌溉制度和科學(xué)施肥體系、推動水肥一體化技術(shù)快速推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016年4-10月在甘肅省景泰縣條山農(nóng)場進(jìn)行。試驗地位于103°33′～104°43′E，36°43′～37°38′N，多年平均降雨量185.6 mm，≥10 ℃的有效積溫3 038.4 ℃，通過黃河水提灌實(shí)施灌溉。試驗4月30日播種母本，10月17日收獲，期間降水量192.1 mm，其中≥5 mm的有效降水159.2 mm，具體見圖1。試驗地耕層(0～20 cm)土壤養(yǎng)分含量見表1。

圖1 試驗期間月降雨量

表1試驗地耕層(0～20cm)土壤肥力狀況[甘肅景泰(2016年)]

土層深度/cm有機(jī)質(zhì)/%全氮/%全磷/%全鉀/%水解氮/(mg·kg-1)速效磷/(mg·kg-1)速效鉀/(mg·kg-1)全鹽/%pH0～201.280.0920.0822.3870.345.5165.50.0688.54

1.2 試驗設(shè)計及方法

試驗采用大區(qū)無重復(fù)設(shè)計,共設(shè)6個處理，分別為優(yōu)化灌水、常規(guī)施肥(WMFC)；優(yōu)化灌水、平衡施肥(WMFO)；優(yōu)化灌水、減量施肥(WMFL)；優(yōu)化灌水、充分施肥(WMFH)；充分灌水、平衡施肥(WHF0)；虧缺灌水、平衡施肥(WLFO)。不同處理灌溉定額、施肥量和滴水施肥次數(shù)見表2。各處理均采用免冬灌干播濕出栽培，不灌冬水，母本播種后即刻滴水1次，定額為450 m3/hm2，剩余水量分別在母本出苗-拔節(jié)，拔節(jié)至大喇叭口，大喇叭口至抽雄，抽雄至灌漿中期，灌漿中期至成熟5個生長階段滴入，各階段均滴水2次，灌水定額分別占剩余水量的15%、18%、22%、25%、20%；WMFC處理全部磷肥和30%氮肥基施，其余40%和30%氮肥分別于母本拔節(jié)和抽雄期追施，其他處理不施基肥，所有肥料均通過滴灌系統(tǒng)分10次隨水追施。種植帶幅90 cm，采用幅寬70 cm地膜，實(shí)施條膜覆蓋，膜間距40 cm。親本均在膜面種植，母本行距45cm，株距21 cm，種植密度105 825 株/hm2，父本分兩期播于膜面兩行母本中間，5月12日播種1期，5月17日播種2期，株距30 cm，種植密度37 050 株/hm2。試驗區(qū)面積10.8 m×25 m=270 m2，隨機(jī)排列。供試制種玉米品系為GK163，滴灌帶滴頭間距30 cm，流量1.4 L/h，敷設(shè)于膜下正中。

表2 不同處理灌水及施肥情況

1.3 測定項目與方法

(1)土壤水分。在播種前、收獲后及制種玉米生長期測定0～100 cm土層土壤含水量。每個處理區(qū)內(nèi)沿斜線確定3個采樣點(diǎn)，每個采樣點(diǎn)在膜下滴灌帶滴頭正下方和膜間各確定1個測點(diǎn)，土鉆取土，用烘干法進(jìn)行測定。測定土層依次為0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm。0～100 cm測定值加權(quán)平均。

(2)生育期耗水量及水分利用效率。生育期耗水量：根據(jù)田間水分平衡方程式計算：

ET=P+I+G±ΔW

(1)

式中：ET為制種玉米生育期耗水量，mm；P為播種至收獲期有效降水量，mm；I為生育期灌水量，mm；G為作物利用地下水量，mm。

由于試驗地地下水埋深20 m以上，因此取G=0；ΔW為播種～收獲期0～100 cm土層土壤貯水量的變化(mm)，具體按公式ΔW=(播種前體積含水量-收獲后體積含水量)×1 000 mm計算。

水分利用效率：

WUE=Y/ET

(2)

式中：Y為制種玉米母本籽粒產(chǎn)量，kg；ET為制種玉米生育期耗水量，mm。

(3)收獲時每區(qū)隨機(jī)確定面積27 m2的3個測產(chǎn)區(qū)，分區(qū)計產(chǎn)、考種。

(4)用DPS軟件對測定數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 不同水肥條件下制種玉米的產(chǎn)量表現(xiàn)

滴水和施肥對制種玉米的產(chǎn)量均有重要影響(表3)，不同處理產(chǎn)量在5 640.0～9 360.0 kg/hm2范圍內(nèi)變化，其中WMFH處理產(chǎn)量最高，比其他處理增產(chǎn)120.0～3 720.0 kg/hm2，其次為WMFO處理，比其他處理增產(chǎn)1 395.5～3 600.0 kg/hm2，且與處理WMFH之間的產(chǎn)量差異不顯著。對比分析不同處理的產(chǎn)量結(jié)果可以看出，在平衡施肥(FO)條件下，隨灌溉定額增加，制種玉米產(chǎn)量呈先增加而后降低的變化趨勢，在優(yōu)化灌水(WM)條件下的產(chǎn)量最高，分別比充分灌水(WH)和虧缺灌水(WL)增產(chǎn)1 600.0～2 280.0 kg/hm2，表明在膜下滴灌水肥一體化栽培條件下，并不是灌水越多，制種玉米產(chǎn)量越高，在4 200 m3/hm2基礎(chǔ)上適度降低灌溉定額，制種玉米產(chǎn)量增加，但過度減少灌溉定額至2 700 m3/hm2時，制種玉米產(chǎn)量下降；在優(yōu)化灌水(WM)條件下，傳統(tǒng)施肥(WMFC)處理產(chǎn)量最低，比其他處理減產(chǎn)2 205.0～3 720.0 kg/hm2。在各水肥一體化處理中，隨施肥量的增加，制種玉米產(chǎn)量持續(xù)增加，但施肥量高于N 270 kg/hm2、P2O590kg/hm2、K2O 54 kg/hm2的平衡水平繼續(xù)增大時，肥料對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)力下降，增產(chǎn)效果不再顯著。

表3 不同水肥條件下制種玉米的產(chǎn)量表現(xiàn)

2.2 灌水和施肥對制種玉米水分利用的影響

在滴灌水肥一體化栽培條件下，受灌水次數(shù)多、土面蒸發(fā)劇烈和作物蒸騰多方面因素的共同影響，0～20 cm土層土壤水分變化較為敏感，進(jìn)入拔節(jié)期(6月15日)后，灌水和施肥對其影響較大(圖2)，相同施肥條件下，灌溉定額高的處理，不同生長階段0～20 cm土層的土壤含水量也相對較高，與灌水相比，施肥水平對其影響相對弱化，在相同灌水條件下，盡管不同施肥處理間土壤水分也存在一定差異，但變化規(guī)律不明顯。0～100 cm土層土壤水分含量除受灌水條件的影響外，制種玉米的生長狀況對其影響也較大(圖3)，處理WLF0不同生長階段的土壤含水量均低于WHF0和WMF0，但WHF0和WMF0之間土壤水分差異規(guī)律不明顯。灌溉定額相同的不同施肥處理之間0～100 cm土層土壤水分變化與0～20 cm土層相同，也無明顯規(guī)律。

圖2 不同處理0～20 cm土層田間土壤水分變化

圖3 不同處理0～100 cm土層田間土壤水分變化

2.3 灌水和施肥對制種玉米水分利用效率的影響

在不同水肥條件下，制種玉米生育期耗水量在441.2～575.1 mm范圍內(nèi)變化(表4)，表現(xiàn)出隨灌水定額增加耗水量也隨之增大的變化趨勢。充分灌水處理(WHFO)耗水量最大，虧缺灌水處理(WLFO)耗水量最低。在優(yōu)化灌溉定額(WM)條件下，傳統(tǒng)施肥處理(WMFC)耗水量最大，平衡施肥處理(WMFO)耗水量相對低于減量施肥(WMFL)和充分施肥處理(WMFH)，充分施肥(WMFH)和減量施肥(WMFL)處理二者之間耗水量差異不明顯。

表4 不同水肥條件下制種玉米的水分利用效率

注：降雨量為播種期至收獲期有效降水。

制種玉米產(chǎn)量水平和生育期耗水量直接影響水分利用效率，各處理中，WMFO處理水分利用效率顯著高于其他處理，比其他處理增加1.13～9.38 kg/(mm·hm2)，增幅6.07%～91.02%。在平衡施肥(FO)條件下，灌溉定額從虧缺水平(WL)增加到優(yōu)化水平(WM)時，水分利用效率也顯著增加，繼續(xù)增加灌水量至充分灌溉水平(WH)時，水分對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)力下降，水分利用效率隨之降低。在優(yōu)化灌水(WM)條件下，制種玉米水分利用效率受產(chǎn)量水平的影響較大，除平衡施肥(WMFO)處理外，其他處理均表現(xiàn)出產(chǎn)量水平高、水分利用效率也相對較高的變化趨勢。

2.4 不同水肥條件下制種玉米種植效益比較

產(chǎn)量水平和生產(chǎn)成本直接決定制種玉米的種植收益。在年度試驗中，各處理因施肥及灌水不同，在生產(chǎn)成本方面有所差異，但水肥投入對種植效益的影響相對較小(表5)，不同處理純收益的高低主要受產(chǎn)量水平的影響，產(chǎn)量高的處理純收益也相對較高。各處理中，WMFH純收益最高，為39 762.0 元/hm2，其次為WMFO，純收益僅比WMFH減少130.5 元/hm2，但比其他處理增加7 779.0～21 912.0 元/hm2，產(chǎn)投比變化趨勢與純收益類似，處理WMFO最高，比其他處理增加0.09～1.41。

表5 不同栽培模式下制種玉米收益對比

注：水價:1.00 元/m3(含黃河水提灌和滴灌供水及過濾所用電費(fèi)),玉米種子出售價6元/kg,各處理滴灌系統(tǒng)、地膜及種子投入相同，分別為4 251.0 元/hm2(含滴灌系統(tǒng)折舊450 元/hm2)和1 875.0 元/hm2，在表中投入項沒有列出。

3 結(jié) 語

(1)膜下滴灌水肥一體化栽培條件下，適宜的灌溉定額和施肥量均有利于制種玉米增產(chǎn)，灌溉定額偏低(2 700 m3/hm2)，制種玉米減產(chǎn)明顯；過量增施肥料，增產(chǎn)不顯著。水分利用效率隨灌溉定額的增加先增大后降低，在優(yōu)化灌溉定額(3 450 m3/hm2)水平最高。施肥量高于平衡施肥條件(N 270 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 54 kg/hm2)繼續(xù)增大時，制種玉米水分利用效率下降。

(2) 制種玉米種植收益受產(chǎn)量水平的影響較大，產(chǎn)量高的處理純收益也相對較高。與產(chǎn)量相比，水肥投入帶來的生產(chǎn)成本差異對純收益的影響不明顯。

(3)在灌溉定額3 450 m3/hm2、施N 270 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 54 kg/hm2條件下，制種玉米產(chǎn)量較高，水分利用效果及種植效益相對優(yōu)化。與其他處理相比，增產(chǎn)1 395.5～3 600.0 kg/hm2，水分利用效率提高1.13～9.38 kg/(mm·hm2)，種植純收益增加7 779.0～21 920.0 元/hm2，產(chǎn)投比增加0.09～1.41?？勺鳛榈喂嗨室惑w化條件下制種玉米的優(yōu)化水肥用量進(jìn)行應(yīng)用。