不同灌溉方式下養(yǎng)分配置對(duì)小麥、玉米產(chǎn)量和水分利用的影響

潘曉瑩，武繼承，楊永輝，高翠民，張潔梅，王 越，何 方

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營(yíng)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(yáng)科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，河南 原陽(yáng) 453514)

華北平原是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地，小麥、玉米產(chǎn)量分別占全國(guó)小麥、玉米總產(chǎn)量的76%、30%[1-2]。然而，由于該地區(qū)年降雨分布不均及降雨量遠(yuǎn)達(dá)不到作物需求量，故作物生長(zhǎng)過(guò)程中仍需通過(guò)補(bǔ)充灌溉來(lái)滿足生長(zhǎng)需求。結(jié)合農(nóng)業(yè)部制定的“一控兩減”總體戰(zhàn)略，開(kāi)展節(jié)水灌溉及合理施肥技術(shù)研究、提高作物水肥利用效率對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。依“以肥調(diào)水、以水促肥”為核心將節(jié)水灌溉與合理施肥技術(shù)結(jié)合的水肥一體化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究與發(fā)展的重點(diǎn)方向。目前，可用于水肥一體化技術(shù)的灌溉方式有噴灌、移動(dòng)噴灌、滴灌、微噴灌等。其中，噴灌技術(shù)適宜于不同類型的農(nóng)作物生產(chǎn)，具有節(jié)水、省工、適應(yīng)性廣、水肥一體化性能好等特點(diǎn)[3-6]。同時(shí)，與傳統(tǒng)地面灌溉相比，噴灌條件下土壤水分、養(yǎng)分分布[7-8]和農(nóng)田小氣候[9-11]均發(fā)生了明顯的變化，從而促進(jìn)作物籽粒形成，提高作物產(chǎn)量和水分利用效率[12-21]。目前，大量研究表明，噴灌可有效增加小麥[3,15-17]、玉米[18-22]等農(nóng)作物的產(chǎn)量和水分利用效率。但大部分研究主要集中于單一作物小麥或者玉米，對(duì)于小麥—玉米周年效應(yīng)的研究較少[23-26]，而關(guān)于不同灌溉方式與氮磷鉀及控釋肥合理配置的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為此，將灌溉方式與養(yǎng)分配置相結(jié)合，探討其對(duì)小麥、玉米、小麥—玉米周年產(chǎn)量和水分利用的影響，以期尋求適宜小麥、玉米生產(chǎn)的最佳水肥配置模式，為節(jié)水節(jié)肥增效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在河南省通許縣節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)基地進(jìn)行，該區(qū)屬典型季風(fēng)氣候，多年平均降水量658 mm，其中，7—9月降水量占全年降水量的60%以上。試驗(yàn)地土壤為壤質(zhì)潮土，土壤耕層含有機(jī)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，pH值為8.30。

供試小麥品種為百農(nóng)207，玉米品種為鄭單958。試驗(yàn)用肥料分別為尿素(含N 46%)、過(guò)磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)、控釋肥(N-P2O5-K2O為25-5-10)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3種灌溉方式：噴灌(PG)、移動(dòng)噴灌(YDPG)、小白龍(XBL)。根據(jù)土壤墑情變化確定灌水時(shí)期(灌水1次，小麥灌水量600 m3/hm2，玉米灌水量600 m3/hm2)。設(shè)置8個(gè)施肥處理，T1：底施N34P6K8750 kg/hm2，T2：底施N34P6K8750 kg/hm2+追施純N 75 kg/hm2，T3：底施N28P15K5750 kg/hm2，T4：底施N28P15K5750 kg/hm2+追施純N 75 kg/hm2，T5：底施控釋肥600 kg/hm2,T6：底施控釋肥600 kg/hm2+追施純N 75 kg/hm2，T7：底施N28P15K5375 kg/hm2+底施控釋肥300 kg/hm2，T8：底施N28P15K5375 kg/hm2+底施控釋肥300 kg/hm2+追施純N 75 kg/hm2。以不施肥不灌水處理為對(duì)照。灌溉時(shí)期一致，追肥與灌水同步。小區(qū)面積5.0 m×5.6 m，隨機(jī)區(qū)組排列。小麥于10月20日等行距(22 cm)播種，播種量為240 kg/hm2；玉米于次年6月8日等行距(60 cm)播種，播種密度79 500株/hm2。田間管理方式同常規(guī)大田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

于小麥?zhǔn)斋@期，測(cè)定株高、穗長(zhǎng)、不孕穗數(shù)、小穗數(shù)，考察穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量。收獲小麥、玉米計(jì)產(chǎn)，并計(jì)算灌水利用率。灌水利用率=(灌水處理產(chǎn)量-對(duì)照產(chǎn)量)/灌水量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用WPS Office 2019和SPSS 19軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉方式下養(yǎng)分配置對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響

由表1可以看出，相同灌溉方式下，與不追肥處理相比，追肥處理更有利于小麥的生長(zhǎng)發(fā)育，小麥株高、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量具有不同程度的提高，不孕穗數(shù)降低。與小白龍相應(yīng)處理相比，移動(dòng)噴灌處理株高增加0.4～1.8 cm，穗長(zhǎng)增加0.1～0.3 cm，小穗數(shù)增加0.1～1.5個(gè)，穗粒數(shù)增加0.1～7.8粒，千粒質(zhì)量提高0.02～3.84 g；噴灌處理株高增加0.7～5.0 cm，穗長(zhǎng)增加0.1～0.5 cm，小穗數(shù)增加0.3～2.6個(gè)，穗粒數(shù)增加1.7～13.9粒，千粒質(zhì)量增加0.70～5.50 g。

2.2 不同灌溉方式下養(yǎng)分配置對(duì)小麥產(chǎn)量和灌水利用率的影響

由表1和表2可知，與不追肥處理相比，追肥處理小麥在噴灌條件下增產(chǎn)4.19%～5.55%，在移動(dòng)噴灌條件下增產(chǎn)5.90%～8.01%，在小白龍灌溉條件下增產(chǎn)4.13%～7.97%；追肥處理小麥在噴灌、移動(dòng)噴灌、小白龍灌溉條件下灌水利用率相應(yīng)提高0.65～0.90、0.93～1.18、0.60～1.18 kg/m3。與小白龍灌溉處理相比，噴灌、移動(dòng)噴灌各相應(yīng)處理均有明顯增產(chǎn)效果，其中噴灌處理增產(chǎn)1.64%～14.04%，移動(dòng)噴灌處理增產(chǎn)1.37%～12.88%；噴灌處理灌水利用率增加0.26～2.03 kg/m3，移動(dòng)噴灌處理增加0.21～1.96 kg/m3。與對(duì)照(7 535.00 kg/hm2)相比，噴灌、移動(dòng)噴灌、小白龍灌溉處理分別增產(chǎn)22.81%～37.49%、15.65%～36.93%、7.69%～27.99%；噴灌、移動(dòng)噴灌、小白龍灌溉處理灌水利用率分別為2.86～4.71、1.97～4.64、0.97～3.52 kg/m3。3種灌溉方式下，小麥的綜合增產(chǎn)幅度和灌水利用率均以T8處理最高；噴灌條件下的T8處理產(chǎn)量和灌水利用率最高。

表1 不同灌溉方式下養(yǎng)分配置對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響Tab.1 Effects of nutrient allocation on wheat growth and yield under different irrigation methods

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同一灌溉方式下不同處理間的差異達(dá)到顯著(P<0.05)水平。
Note:The different lowercase letters after data within a column mean significant differences(P<0.05) among different treatments under same irrigation mode.

表2 不同灌溉方式下養(yǎng)分配置對(duì)小麥—玉米周年灌水利用率的影響Tab.2 Effects of nutrient allocation on irrigation utilization rate of wheat-maize under different irrigation methods kg/m3

2.3 不同灌溉方式下養(yǎng)分配置對(duì)玉米產(chǎn)量和水分利用的影響

由圖1可知，噴灌條件下，T8處理玉米產(chǎn)量顯著高于其他處理,T5、T6、T7處理顯著高于T1、T2、T3、T4處理,T4處理顯著高于T1、T2處理,T2、T3處理顯著高于T1處理，且兩者間差異不顯著。移動(dòng)噴灌條件下,T7、T8處理玉米產(chǎn)量顯著高于其他處理,T6、T4處理顯著高于T1、T2、T3、T5處理,T3、T5處理顯著高于T1、T2處理,T2處理顯著高于T1處理。小白龍條件下,T7、T8處理玉米產(chǎn)量顯著高于其他處理,T5、T6處理顯著高于T1、T2、T3、T4處理,T3、T4處理顯著高于T1、T2處理,T2處理顯著高于T1處理。由圖1和表2可知，噴灌處理玉米產(chǎn)量較對(duì)照(5 670.00 kg/hm2)增加24.76%～53.98%，灌水利用率為2.34～5.10 kg/m3；追肥處理較相應(yīng)底施處理增產(chǎn)0.21%～9.18%。移動(dòng)噴灌處理玉米產(chǎn)量較對(duì)照增加27.25%～63.71%，灌水利用率為2.58～6.02 kg/m3；追肥處理較相應(yīng)底施處理增產(chǎn)0.03%～7.16%。小白龍?zhí)幚碛衩桩a(chǎn)量較對(duì)照增加18.51%～50.03%，灌水利用率為1.75～4.73 kg/m3；追肥處理較相應(yīng)底施處理增產(chǎn)0.25%～7.73%。與小白龍相應(yīng)處理相比，噴灌、移動(dòng)噴灌處理分別增產(chǎn)1.40%～6.89%、6.81%～16.47%，灌水利用率分別增加0.19～0.90、0.82～2.08 kg/m3。3種灌溉方式下，玉米的綜合增產(chǎn)幅度和灌水利用率均以T8處理最高；移動(dòng)噴灌條件下的T8處理產(chǎn)量和灌水利用率最高。

2.4 不同灌溉方式下養(yǎng)分配置對(duì)小麥—玉米產(chǎn)量和水分利用的影響

由圖1可知，小麥—玉米周年產(chǎn)量與玉米產(chǎn)量的變化趨勢(shì)基本一致。噴灌條件下，T8、T6處理小麥—玉米周年產(chǎn)量顯著高于T1、T2、T3、T4、T5處理，T4、T5處理顯著高于T1、T2、T3處理，T2、T3處理顯著高于T1處理。移動(dòng)噴灌條件下，T8處理小麥—玉米周年產(chǎn)量顯著高于其他處理，T4、T6、T7處理顯著高于T1、T2、T3、T5處理，T5處理顯著高于T1、T2、T3處理，T3處理顯著高于T1、T2處理，T2處理顯著高于T1處理。小白龍條件下，T6、T8理小麥—玉米周年產(chǎn)量顯著高于T1、T2、T3、T5處理，T4處理顯著高于T1、T2、T3、T5處理，T3處理顯著高于T1、T2處理，T2處理顯著高于T1處理。噴灌處理較對(duì)照(13 205.00 kg/hm2)增產(chǎn)23.65%～44.57%，追肥處理較相應(yīng)底施處理增產(chǎn)3.08%～6.35%。移動(dòng)噴灌處理較對(duì)照增產(chǎn)20.63%～48.43%，追肥處理較相應(yīng)底施處理增產(chǎn)3.11%～7.63%。小白龍?zhí)幚磔^對(duì)照增產(chǎn)12.33%～33.64%，追肥處理較相應(yīng)底施處理增產(chǎn)3.24%～6.78%。噴灌處理灌水利用率為2.60～4.90 kg/m3，移動(dòng)噴灌處理為2.27～5.33 kg/m3，小白龍灌溉處理為1.36～3.70 kg/m3(表2)。與小白龍灌溉處理相比，噴灌、移動(dòng)噴灌處理分別增產(chǎn)3.94%～10.07%、6.71%～11.21%，灌水利用率分別增加0.57～1.27、0.91～1.63 kg/m3。3種灌溉方式下，小麥—玉米的綜合增產(chǎn)幅度和灌水利用率均以T8處理最高；移動(dòng)噴灌條件下的T8處理產(chǎn)量和灌水利用率最高。

圖1 不同灌溉方式下養(yǎng)分配置對(duì)玉米產(chǎn)量及小麥—玉米周年產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of nutrient allocation on maize yield and wheat-maize annual yield under different irrigation methods

3 結(jié)論與討論

研究表明，合理灌水和施肥是促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育、增產(chǎn)增效的重要措施[10,13-14,24-28]。本研究結(jié)果表明，與小白龍?zhí)幚硐啾?，噴灌、移?dòng)噴灌處理可促進(jìn)小麥生長(zhǎng)發(fā)育(不孕穗除外)，這與姚素梅等[12]的研究結(jié)果一致。噴灌和移動(dòng)噴灌處理可顯著提高小麥、玉米及小麥—玉米周年產(chǎn)量及灌水利用率，與于利鵬等[14]、崔吉曉等[28]及姚素梅等[29]的研究結(jié)果相似。本研究中玉米及小麥—玉米周年的產(chǎn)量和灌水利用率均以移動(dòng)噴灌條件下的T8處理最佳，小麥產(chǎn)量和灌水利用率均以噴灌條件下的T8處理最佳。基于小麥—玉米周年產(chǎn)量和灌水利用率綜合考慮，本研究推薦的水肥組合為移動(dòng)噴灌結(jié)合底施N28P15K5375 kg/hm2+底施控釋肥300 kg/hm2+追施純N 75 kg/hm2。