不同施肥模式對地膜覆蓋玉米水分利用效率影響的研究

韓 萍，李 科

(隴東學院 農林科技學院,甘肅 慶陽 745000)

慶陽，位于甘肅省最東部，地處黃土高原殘塬溝壑區(qū)，遠離海洋，天然降雨量少，時空分布不均勻，加之人口數量逐漸增加，人均占有水資源量都不及周邊的平涼和陜西延安、榆林等地，供需矛盾日漸明顯[1]，為嚴重缺水地區(qū)。玉米是西北地區(qū)主要種植的農作物之一，種植面積和產量僅次于小麥，也是慶陽地區(qū)重要的糧食作物和主要的經濟作物。影響玉米高產的主要因素有水分、肥料、氣象條件、光照等[2],其中，水分對玉米產量有著重要的作用，它是玉米進行光合作用重要的介質，可以促進光合作用產物的積累，還能提高籽粒的轉化率。實際生產中，滿足玉米的水分供應不僅能促進玉米在生育期內各指標的生長，比如株高、干物質量的積累、籽粒大小和飽滿度，還能顯著提高玉米的產量和品質[3]。玉米除了在苗期需要控制水分以外，在玉米拔節(jié)以后，對水分的需求量會越來越大，如果這種需求得不到滿足，生命活動受阻，就會有不同程度的減產。土壤中的水分是玉米中水分的直接來源，土壤水分直接決定玉米生長狀況的好壞。多年來國內外學者對玉米的肥水關系做了大量的研究，主要圍繞地膜覆蓋的保水增值效應進行。胡芬等認為地膜覆蓋能增加地濕，抑制土壤水分蒸發(fā)，保持土壤水分，可以明顯改善土壤水分生態(tài)條件和熱量平衡，從而使作物生長發(fā)育速度加快，增產增收效果明顯[4]。研究還發(fā)現干旱缺水和春季低溫是導致甘肅省中東部雨養(yǎng)農業(yè)區(qū)作物低產的兩個主要原因，所以提高降水利用率是農田管理的關鍵環(huán)節(jié)。為了確定最佳施肥方式，本文就運用田間試驗與室內統計分析相結合的方法，對覆膜條件下的玉米在不同施肥水平下的產量及水分利用率開展研究，也為該地區(qū)的玉米優(yōu)化耕作施肥模式提供理論基礎和技術支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2018年在隴東學院試驗農場進行，該農場位于甘肅省慶陽市西峰區(qū)八里廟，東經108°，北緯38°，平均海拔1400m。該實驗地屬于暖溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，四季分明，多年平均氣溫8.5℃，年平均降雨量547mm，全年降水主要集中在7-9月，年平均日照時數2300h，無霜期140天。前茬作物冬小麥收獲后立即進行秸稈粉碎還田處理。供試土壤土質為黑壚土，微堿性，0-20cm耕作層土壤有機質含量1.11%，全氮0.081%，速效磷0.073%，速效鉀1.94%，綜合土壤肥力為中等偏上。

1.2 試驗材料

供試作物：種植面積大且有代表性的“隴單8號”玉米品種，為甘肅省農科院作物。

供試肥料：尿素(N46.6%)、過磷酸鈣(P2O514%)、硫酸鉀(K2O52%)分別作物氮、磷、鉀肥；施可豐牌商品有機肥料(有機質>30%)作為有機肥。

供試地膜：黑色，140×0.008，聚乙烯吹塑地膜。

1.3 試驗設計

表1 試驗設計及各處理施肥水平 (kg/畝)

該試驗在隴東學院試驗農場進行，采用農業(yè)部《測土配方施肥技術規(guī)范》提出的“3414”設計[5]。在畝施50kg商品有機肥的基礎上，設肥料N、P、K3個因素，4個施肥水平，隨機區(qū)組排列，地膜覆蓋，空白不施肥為對照，重復3次。試驗小區(qū)的長度為3.35m，寬度為2m，面積為6.7m2，周圍設有2.0m保護區(qū)。試驗小區(qū)為4行區(qū)，行距為0.5m，株距為0.3m，區(qū)距為0.5m，走道為1.0m。各處理組的有機肥全部、磷肥全部、鉀肥全部、氮肥的3/5作為基肥一次性施入土壤，其余在玉米的大喇叭口期作為追肥。試驗過程中采取的其他所有的措施與大田一樣。

2 測定內容與方法

2.1 土壤容重

土壤容重指的是一定體積的原狀土壤干土的質量，又叫土壤密度。玉米播種之前用干燥稱量法進行量測：用環(huán)刀(直徑50cm、高50cm)在0-100cm的土層深度挖代表性的原狀土壤進行測量[6]。

2.2 土壤水分

土壤水分又稱土壤濕度，在玉米生長過程中如播種、苗期、小喇叭口期、大喇叭口期、吐絲、灌漿以及成熟等這幾個生育期分別均用烘干法[7]測定玉米全生育期土壤的含水量(鮮土樣在105℃烘箱內烤8h)，每個取樣點的深度為0-20cm。

2.3 土壤水分利用效率

關于水分利用率的概念很多，最基本的就是玉米用單位數量的水生產有機物質的量，表征了玉米有機物質生產與水分之間的關系，是衡量玉米生長程度的一個重要指標。通常用玉米地上部分干物質的量和玉米生育期0-200cm土層總需水量的比值來表示。

土壤水分利用率(kg/畝·mm)=玉米地上部分干物質產量(kg/畝)/玉米總需水量(mm)

土壤的水分利用率還與土壤的儲水量和作物的耗水量有關。土壤儲水量指的是一定厚度的土壤總的含水量。

土壤儲水量(mm)=土層厚度(cm)×土壤容重(g/cm3)×土壤含水量(%)/10

作物耗水量用實際蒸散量來表示，指的是一定產量的玉米實際消耗的水的量，采用農田水量平衡公式對玉米生長期的耗水量進行計算。

Eta=I+P-△W

其中，Eta：作物生長期的耗水量(mm)；I：作物生長期的灌水量(mm)；P：作物生育期內的降水量(mm)；△W：作物生長期土壤儲水的變化量，也就是玉米播種期土壤的儲水量與玉米收獲期土壤的儲量的差值。

2.4 玉米產量

在玉米成熟收獲期進行玉米產量的隨機測定：每一組處理隨機選取10株玉米，分別測定穗長、穗粗、穗行數、行粒數、禿尖程度、穗重，曬干并將谷物脫離后，清潔測定千粒重，計算產量。

2.5 數據處理

試驗結果采用三次重復試驗的算術平均值，并用Excel 2010進行數據處理，SPSS 25.0軟件進行顯著性檢驗。

3 結果與分析

3.1 不同施肥模式對土壤含水量的影響

表2為不同施肥模式下各處理的土壤含水量。從玉米播種到成熟，土壤含水量的平均值介于16.41%～19.34%之間。玉米苗期(從出苗到拔節(jié))，處理14的土壤含水量最高，達20.59%，與對照相比，增加4.08%；其次是處理10，達20.25%，與對照相比，增加3.74%。小喇叭口期，處理10的土壤含水量最高，為16.88%，與對照相比，增加2.83%；其次是處理14，含水量達15.72%，與對照相比，增加1.67%。大喇叭口期，處理10的土壤含水量最高，達21.66%,與對照相比，增加1.57%；其次是處理11，達20.58%，與對照相比，增加0.49%。吐絲期，處理2的土壤含水量最高，達21.81%,與對照相比，增加3.11%；其次是處理3，達21.76%,與對照相比，增加3.06%。灌漿期，處理14的土壤含水量最高，達20.37%，與對照相比，增加3.47%；其次是處理8，達20.01%，與對照相比，增加3.11%。成熟期，處理12的土壤含水量最高，達17.48%，與對照相比，增加5.26%；其次是處理7，達17.30%，與對照相比，增加5.08%。綜上，玉米在小喇叭口期土壤含水量比整個生育期土壤含水量的均值還低，而在苗期、大喇叭口期、吐絲期以及灌漿期土壤的含水量低于生育期含水量的均值。其原因是玉米在從苗期到大喇叭口期，對水的需求量比較大，同時也是玉米干物質累積和生殖生長同期發(fā)育的關鍵時期[8]。

圖1 不同施肥條件下土壤含水量的變化

表2 不同施肥模式對土壤含水量的影響 單位：%

表3 不同施肥模式對玉米水分利用率的影響 單位：%

3.2 不同施肥模式對玉米水分利用率的影響

表3為不同施肥模式下各處理的玉米水分利用率。玉米田間耗水量均值568.59mm，收獲后貯水量均值為39.17mm。其中，田間耗水量相對較大的是處理1、2、13，變化趨勢是處理1>處理2>處理13；土壤貯水量的變化趨勢是處理12>處理7>處理9；水分利用率均值1.43kg/畝·mm，不同處理下水分利用率的變化趨勢是處理6>處理10>處理14。顯然，處理6的玉米水分利用率最高，為1.57kg/畝·mm；其次是處理10，為1.53kg/畝·mm。處理6的玉米產量最大，為887.70kg/畝；其次是處理10，為867.00kg/畝·mm。氮(N)磷(P2O5)鉀(K2O)比例分別為1∶0.75∶0.16、1∶0.75∶0.25，說明施肥條件影響玉米的生長狀況，適宜地調控施肥比例在一定條件下有利于玉米根系發(fā)育，從而影響玉米的干物質產量，最大限度地提高玉米根系對土壤中水分的利用效率[9]。

3.3 產量與水分利用效率的關系

植物進行光合作用合成有機物需要水分，沒有水和光合作用植物是不能正常生長的，玉米亦如此。玉米在生長過程中需要大量的水分，尤其是大喇叭口期、抽穗開花期、結粒期作為玉米的三個關鍵需水期，水分供應不足直接就會影響玉米的產量。表4為玉米產量與耗水量以及水分利用率之間的相關性分析：玉米產量與玉米水分利用率之間相關程度極高，呈正相關關系并達到極顯著水平，相關系數為0.9982；而玉米產量與耗水量、耗水量與水分利用率都沒有明顯的相關程度，表明玉米產量與玉米對土壤水分的利用率也就是與吸收水分的多少有關系，且與土壤耗水量的多少無關。

表4 玉米產量與水分利率的相關性

4 結論與討論

本試驗通過測定玉米在生育期內的水分利用率、產量、土壤含水量，探討了不同施肥比例對玉米土壤水分利用效率的影響，主要結論有：

(1)配方施肥一定程度上明顯有助于增加玉米產量和提高水分利用率，其中，處理6,玉米干物質量和水分利用率都最大，是處理組中的最佳施肥組合，N∶P2O5∶K2O為1∶0.75∶0.16。

(2)玉米產量與水分利用率相關程度極高，呈正相關關系并達到極顯著水平，相關系數為0.9982。玉米產量與耗水量、耗水量與水分利用率都沒有明顯的相關關系。

水是玉米進行光合作用的重要因素，生育期內水分不足會嚴重制約玉米的正常生長，只有滿足各個時期玉米對水分的需求，才能進行正常的生長發(fā)育。一株玉米一生要從土壤中吸收約200kg的水[10]，生長期間玉米根系從土壤中吸收的水主要用于蒸騰作用，一小部分用作光合作用的原料。土壤水的多少直接影響到植物的生長，不同植物對水的需求不同，土壤水含量過低，只有耐旱植物可以正常生長；土壤水分過高，土壤中氧氣濃度就會降低，影響植物根的呼吸，也不能正常生長。通過試驗，不同施肥條件下玉米的水分利用效率研究表明，施肥一定程度上明顯有助于增加玉米產量和提高水分利用率，其中，處理6玉米產量和水分利用率都表現出一定的優(yōu)勢，在各處理中產量最高。

因此，通過本試驗可以得知，當氮磷鉀用量比值為1∶0.75∶0.16時，都可以使地膜覆蓋玉米的水分利用率和產量最高，這為在隴東地區(qū)實形簡化施肥，推廣施肥技術，提供了有力的理論依據，同時也是旱作農業(yè)一直關注探究的技術問題。