小麥—玉米周年水肥一體化技術(shù)研究

張 健，袁嘉瑋，梁哲軍，張鵬飛，薛琴琴，王玉香，張冬梅，楊印斌

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運(yùn)城044000）

水肥一體化技術(shù)具有提高水分利用率和養(yǎng)分利用效率，增加作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]。在對(duì)糧棉作物的水肥一體化研究中發(fā)現(xiàn)[2-6]，水肥一體化可以在節(jié)水節(jié)肥的同時(shí)提高糯玉米的淀粉和還原性糖的含量，改善玉米的品質(zhì)。通過(guò)水肥一體化控制灌水量和灌溉時(shí)期，利于小麥群體發(fā)育，可提高成穗數(shù)量、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)冬小麥增產(chǎn)，同時(shí)灌溉量和施肥量均減少50%以上。目前，在運(yùn)城地區(qū)小麥—玉米生產(chǎn)過(guò)程中，存在水資源消耗大、化肥施用不合理的問(wèn)題，加上近年來(lái)勞動(dòng)力成本提高等問(wèn)題，增加了糧食作物的生產(chǎn)成本，降低了經(jīng)濟(jì)效益。

本試驗(yàn)以冬小麥—夏玉米輪作體系為對(duì)象，探討不同水肥模式對(duì)小麥—玉米產(chǎn)量、水肥利用效率以及經(jīng)濟(jì)效益的影響，得到一套經(jīng)濟(jì)效益高的水肥一體化灌溉施肥制度，以期為當(dāng)?shù)匦←湣衩姿室惑w化周年管理提供技術(shù)參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)于2016年10月至2017年10月在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所楊包試驗(yàn)基地（35°6′25″N，110°55′39″E）進(jìn)行，試驗(yàn)土質(zhì)為黏土。播前測(cè)定 0～40 cm土層養(yǎng)分含量為：有機(jī)質(zhì)11.49 g/kg，全氮0.867 g/kg，堿解氮 30.70 mg/kg，速效磷 9.31 mg/kg，速效鉀156.5 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試小麥品種為舜麥1718，玉米品種為鄭單958。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為兩季輪作體系，即由2016—2017年冬小麥和2017年夏玉米試驗(yàn)組成。試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，分別為施肥空白（W4N0）、足額微噴（W4N3）、足額減氮（W4N2）、減量微噴（W2N3）、減量減氮（W2N2）（表1）。以漫灌為CK，灌溉量為實(shí)際灌溉量。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為87.5m2（2.5m×35m），4次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)安裝水表與閥門控制灌溉量。冬小麥采用等行種植，每小區(qū)10行，中間放置一根微噴帶。夏玉米采用寬窄行種植（60 cm＋80 cm），微噴帶放置于寬行中。

表1 小麥—玉米周年水肥一體化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 地上部干物質(zhì)積累量 在小麥?zhǔn)斋@期，各處理取3處1 m2的小區(qū)小麥的地上部分，重復(fù)3次，于烘箱中110℃殺青30min，然后將烘箱調(diào)制80℃恒溫，烘干至恒質(zhì)量后稱取質(zhì)量。在收獲期取玉米的地上部分，將葉、莖鞘、苞葉（苞葉＋穗軸）與籽粒4部分分別裝袋，于烘箱中110℃殺青30 min，然后將烘箱調(diào)制80℃恒溫，烘干至恒質(zhì)量后稱取質(zhì)量。

1.4.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素 夏玉米成熟時(shí)，各處理設(shè)3個(gè)重復(fù)取樣區(qū)（取樣面積為1.8 m×5 m）。人工掰取取樣區(qū)里的所有玉米并裝于網(wǎng)兜中，進(jìn)行晾曬。室外風(fēng)干后，統(tǒng)計(jì)每株玉米的行數(shù)、行粒數(shù)，并進(jìn)行脫粒。脫粒完成后稱質(zhì)量，得到各取樣的總質(zhì)量，然后數(shù)取各處理的千粒數(shù)，并稱質(zhì)量得到千粒質(zhì)量。因此，得到各處理的有效穗數(shù)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量等產(chǎn)量要素。小麥成熟時(shí)，各處理取1 m2小麥地上部分，3次重復(fù)取樣。統(tǒng)計(jì)小麥1 m2的穗數(shù)、單株的穗粒數(shù)，脫粒后稱取千粒質(zhì)量，得到各處理的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量等產(chǎn)量要素。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用Micros of t Excel 2010和SPSS對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，用Duncan新復(fù)極差法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥條件對(duì)作物產(chǎn)量、產(chǎn)量因素及收獲指數(shù)的影響

不同水肥條件對(duì)作物產(chǎn)量、產(chǎn)量因素和收獲指數(shù)的影響不同（表2），在小麥生長(zhǎng)季，傳統(tǒng)漫灌（CK）的穗粒數(shù)顯著高于其他水肥一體化處理；W4N3處理的千粒質(zhì)量顯著高于W4N2處理，各處理與CK間差異不顯著；CK單位面積內(nèi)穗數(shù)顯著低于W2N2水肥一體化處理；在產(chǎn)量方面，足額微噴（W4N3）處理顯著高于其他處理，較CK增加2.8%，減量微噴（W2N3）和減量減氮（W2N2）處理與 CK相比顯著降低，可能是由減水減氮造成的。在玉米生長(zhǎng)季，W4N3、W2N3處理的穗粒數(shù)顯著高于其他處理；各處理間千粒質(zhì)量差異不顯著；W4N3和CK的籽粒產(chǎn)量略高于W2N3處理，差異不顯著，但顯著高于其他處理，這與小麥季的數(shù)據(jù)特征一致；水肥一體化處理W2N3和W2N2處理與CK相比，小麥—玉米周年收獲指數(shù)明顯提高，W2N2和W2N3處理的收獲指數(shù)比CK提高了21%。在前人的研究中[7-9]，水肥一體化技術(shù)可以增加作物的干物質(zhì)積累，提高養(yǎng)分在籽粒中的分配比例。本研究通過(guò)各處理間收獲指數(shù)的比較發(fā)現(xiàn)，微噴水肥一體化有利于作物收獲指數(shù)的提高，同時(shí)灌溉量的增加會(huì)導(dǎo)致收獲指數(shù)的降低。雖然增加灌溉量有利于提高作物的干物質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量，但造成了收獲指數(shù)的下降，這說(shuō)明由增加的灌水量用于作物生長(zhǎng)莖稈和葉片，或者說(shuō)增長(zhǎng)的籽粒產(chǎn)量與干物質(zhì)量不成比例，導(dǎo)致收獲指數(shù)下降。這與張震[10]、宋兆云[11]的研究結(jié)果一致。

表2 不同水肥處理下小麥、玉米產(chǎn)量、產(chǎn)量因子及收獲指數(shù)

2.2 不同水肥條件對(duì)小麥—玉米周年水肥利用情況的影響

對(duì)比不同水肥條件下小麥—玉米周年的水分利用效率、灌溉水利用效率以及氮農(nóng)學(xué)效率，結(jié)果如表3所示。CK的WUE低于其他水肥一體化處理，說(shuō)明水肥一體化可以提高水分利用效率，其中，W4N3處理較CK提高了25.3%；足額微噴的2個(gè)處理與減量微噴2個(gè)處理兩兩比較，說(shuō)明在施氮量相同的情況下，減少灌溉量或在灌溉量相同的情況下，增加施氮量均可以提高水分利用效率。

表3 不同水肥處理小麥—玉米周年WUE、IWUE及N農(nóng)學(xué)效率

對(duì)小麥—玉米周年的IWUE進(jìn)行分析可知，各水肥一體化處理的IWUE均高于CK，W4N3、W4N2、W2N3、W2N2處理與CK相比，IWUE分別提高了50.7%，38%，100%，94.3%。

通過(guò)對(duì)小麥—玉米周年的N農(nóng)學(xué)效率分析發(fā)現(xiàn)，各水肥一體化處理的N農(nóng)學(xué)效率均高于CK；W4N3處理的N農(nóng)學(xué)效率高于W2N3處理，W4N2處理高于W2N2處理，這說(shuō)明在施氮量相同的情況下，增加灌溉量有利于N農(nóng)學(xué)效率的提高，同時(shí)，W4N3處理低于W4N2處理，W2N3處理低于W2N2處理，說(shuō)明在灌溉量相同的情況下，減少施氮量有利于N農(nóng)學(xué)效率的提高，這與前人的研究[12]水肥一體化施肥模式下氮肥利用率較常規(guī)施肥都有較大的提升一致。

2.3 不同水肥條件對(duì)小麥—玉米周年經(jīng)濟(jì)效益的影響

表4 不同水肥處理經(jīng)濟(jì)效益分析 元/hm2

對(duì)比各水肥條件下的生產(chǎn)成本投入、總收入和凈收入，結(jié)果如表4所示，各水肥一體化處理與CK相比，雖然增加了灌溉設(shè)施的投入，但其在灌溉、氮肥和人工方面的投入大大降低，故水肥一體化凈收入顯著高于CK。其中，經(jīng)濟(jì)效益最高的是W2N2處理，與CK相比，提高了10%，W4N3處理次之，較CK提高了9.6%。遲桂梅等[13]研究發(fā)現(xiàn)，小麥玉米水肥一體化在6.67 hm2規(guī)模下可實(shí)現(xiàn)每公頃增收3 000元以上，而在本研究中經(jīng)濟(jì)效益最高的處理W2N2與CK相比，每公頃增收2 127.7元，這種差異可能是由于本試驗(yàn)中水肥一體化設(shè)施面積遠(yuǎn)小于6.67 hm2，導(dǎo)致了生產(chǎn)成本的增加，故沒(méi)有達(dá)到更高的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論與討論

山西南部作為山西省主要糧食生產(chǎn)基地，小麥、玉米面積約33.3萬(wàn)hm2，全生育期需澆水3～4次，每公頃需水1.0萬(wàn)～1.5萬(wàn)m3，糧食生產(chǎn)已成為目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要高耗水作物。在實(shí)際生產(chǎn)中[14]，不合理的施肥對(duì)糧食產(chǎn)量和土壤性質(zhì)的惡化影響非常嚴(yán)重。糧食生產(chǎn)上急需一種能夠提高灌溉效率、降低灌溉成本、提高水井使用效率、增加灌溉面積，同時(shí)能夠合理配施化肥起到增產(chǎn)、節(jié)水的灌溉技術(shù)。微噴灌目前在生產(chǎn)中體現(xiàn)出了低成本、低勞動(dòng)力、低耗水的特點(diǎn)[15]。在本研究中，將小麥—玉米輪作作為一個(gè)整體，根據(jù)各生育時(shí)期的需水需肥規(guī)律，有效利用土壤水及自然降水，極大地提高了水分利用率和N農(nóng)學(xué)效率，從而降低了生產(chǎn)成本。在本研究中，增產(chǎn)并非主要目標(biāo)，主要是探究各優(yōu)化模式在保證產(chǎn)量的前提下，節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)約勞動(dòng)力，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。各種水肥處理中，W2N2處理的經(jīng)濟(jì)效益最高，比傳統(tǒng)漫灌增加了10%，可以為運(yùn)城當(dāng)?shù)匦←湣衩字苣贻喿黧w系的水肥一體化管理提供參考。