水肥調(diào)控對(duì)全膜雙壟溝播糯玉米產(chǎn)量及水分利用率的影響

任 青，馬娟娟，孫西歡,2，郭向紅，段 勇，李若帆

(1.太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024；2.晉中學(xué)院，山西 晉中 030600)

0 引 言

山西省地處黃土高原地區(qū)，農(nóng)業(yè)水土資源空間差異較大，利用效率較低，制約著農(nóng)業(yè)發(fā)展[1]。自然降水的大量流失及無(wú)效蒸發(fā)是導(dǎo)致作物產(chǎn)量低的根本原因，因此增加地面覆蓋、減少無(wú)效蒸發(fā)、合理施肥等均是提高作物水分利用率的有效途徑[2]。覆膜可明顯提高玉米的產(chǎn)量與水分利用效率[7,8]，玉米全膜雙壟溝播栽培是集覆蓋抑蒸、膜面集雨、壟溝種植技術(shù)為一體的旱作農(nóng)業(yè)的突破性技術(shù)[3,4]，具有增加土壤墑情、蓄水保墑、增加作物產(chǎn)量的效果[5,6]。適量的灌水施肥可促進(jìn)玉米的水分利用[9-11]，王紹美等[12]在甘肅地區(qū)不同覆膜模式對(duì)玉米產(chǎn)量及水分利用率的研究表明，全膜雙壟溝播對(duì)玉米產(chǎn)量提高的效應(yīng)最大，王紅麗[13]、陳紅[14]等在甘肅地區(qū)分別研究了全膜雙壟溝播對(duì)玉米季節(jié)性耗水、水分動(dòng)態(tài)變化及產(chǎn)量等調(diào)節(jié)機(jī)制的影響，研究表明玉米全膜雙壟溝播收獲指數(shù)較裸地平作提高132.5%，生育期縮短9 d，且能顯著提高玉米出苗率。相關(guān)研究在山西以及華北其他地區(qū)的研究應(yīng)用較少，本試驗(yàn)根據(jù)山西地區(qū)氣候特點(diǎn)，在全膜雙壟溝播的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了不同水肥處理對(duì)糯玉米水分利用效率及產(chǎn)量的影響研究，以期為山西地區(qū)糯玉米高產(chǎn)、水分高效利用的最佳栽培模式及其配套水肥處理，為糯玉米的高產(chǎn)、水分高效利用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年在山西省農(nóng)科院東陽(yáng)試驗(yàn)示范基地進(jìn)行，該地區(qū)屬晉中盆地瀟河沖積平原區(qū)，基地內(nèi)地形平坦，地面高程在海拔795～800 m之間。該地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促，年平均氣溫9.8 ℃，降雨量418～483 mm，年日照時(shí)數(shù)2 662 h，無(wú)霜期158 d，表層土壤質(zhì)地為中壤土,理化性狀為pH 8.55，土壤全氮0.78 g/kg，有機(jī)質(zhì)10.35 g/kg，堿解氮52 mg/kg，速效磷49.12 mg/kg，速效鉀251.29 mg/kg，田間持水量23.11%(質(zhì)量含水量)，土壤容重1.2 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料：供試糯玉米品種為晉單糯41號(hào)玉米，所施氮肥為尿素，含氮(N)464 g/kg；鉀肥為農(nóng)業(yè)用硫酸鉀，含氧化鉀(K2O)510 g/kg；磷肥為粉狀過磷酸鈣，含有效磷(P2O5)160 g/kg。

試驗(yàn)方法：試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，全膜寬窄行雙壟溝播種植，小區(qū)面積16.8 m2，4次重復(fù)。試驗(yàn)設(shè)不同灌水時(shí)間與次數(shù)和施肥方式2個(gè)因素(見表2)，施肥方式設(shè)F0(肥料在整地前一次性翻施)，F(xiàn)1(基施30%+拔節(jié)期30%追施+大喇叭口期追施40%)，F(xiàn)2(基施30%+大喇叭口期追施70%)3種，灌水時(shí)期與灌水次數(shù)設(shè) I1(播種期、拔節(jié)后期—孕穗期分別控制土壤含水率在適宜含水率水平即(75%～85%) )與I0(即在播種期控制土壤含水率為(75%～85%)、苗期-拔節(jié)前期為(65%～75%)、拔節(jié)后期一孕穗期、孕穗期—開花期均為(70%～80%)) 2個(gè)水平，共6個(gè)灌水施肥組合處理。施肥量根據(jù)土壤的基礎(chǔ)肥力情況確定，N、P、K三要素的比例約為3∶1∶2，各處理的施肥總量相同，其中N、K肥采用基施+追施的方法，P肥全部采用基施。每個(gè)小區(qū)所施尿素總量為0.6 kg,過磷酸鈣0.58 kg，硫酸鉀0.36 kg。灌水量根據(jù)不同時(shí)期的土壤含水率以及土壤適宜含水率進(jìn)行計(jì)算。

2018年糯玉米生育期內(nèi)降雨量如表1所示。

表1 2018年糯玉米生育期降雨情況

表2 全膜雙壟溝播糯玉米灌水施肥處理表

注：表中θf(wàn)為田間持水量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

分別在糯玉米的苗期、拔節(jié)期、孕穗期、和成熟期采用烘干法測(cè)定各小區(qū)土壤含水量，測(cè)定時(shí)在每個(gè)小區(qū)同一水平方向選取7個(gè)點(diǎn)，從種植溝第三行兩株玉米之間，往寬行方向取4個(gè)點(diǎn)，窄行方向取2個(gè)點(diǎn)，每個(gè)水平測(cè)點(diǎn)之間的距離為10 cm，在同一測(cè)點(diǎn)的垂直方向每20 cm為一層，取地下1 m深的土壤測(cè)各層的含水率并求其平均值。

圖1 水平方向取土點(diǎn)

土壤水分利用率(WUE,kg/m3)計(jì)算公式[15]為：

WUE=Y/ET,Et=P+I-ΔW

(1)

灌溉水利用率(IWUE,kg/m3)計(jì)算公式[16]為：

IWUE=Y/I

(2)

式中:Y為糯玉米單位面積產(chǎn)量，kg/hm2；ET為糯玉米生育期耗水量，m3/hm2；P為生育期降水量，mm；I為生育期內(nèi)灌溉量，mm；ΔW為作物生育期內(nèi)土壤蓄水變化量，mm。

在糯玉米的成熟期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取20株進(jìn)行考種，測(cè)定株高、穗位高、莖粗、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、鮮穗重、百粒重6個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因子，并折算14%含水率下的籽粒產(chǎn)量，計(jì)算公式如下：

Y=鮮穗重×出籽率×

[1-(含水率)]÷(1-14%)

(3)

本試驗(yàn)各處理灌水量見表3。

表3 2018年不同水肥處理灌水量表

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析采用Excel，Origin2018進(jìn)行計(jì)算繪圖和SPSS17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)不同時(shí)期土壤含水率的影響

圖2為各處理不同時(shí)期土壤含水率的變化。土壤水分是作物生長(zhǎng)的重要因素之一，從圖中可以看出，不同施肥與灌水對(duì)糯玉米苗期0～100 cm土壤含水量的垂直分布影響不大，變化范圍在2%～5%之間。糯玉米苗期，同一灌水條件下，F(xiàn)0處理的土壤含水率低于F1、F2處理，說明播前N、K肥全部基施可增加苗期糯玉米的水分吸收。至拔節(jié)期，由于連續(xù)降雨的影響，各處理土壤含水量較苗期顯著提高，各個(gè)處理之間的土壤含水率均在18%～21%之間，相差較小，F(xiàn)0I1、F2I1兩種處理土壤含水率有微弱的優(yōu)勢(shì)。拔節(jié)期F1處理的土壤含水率低于F0、F2處理，說明拔節(jié)期追施N、K肥增加了糯玉米的水分消耗。至孕穗期，降雨量為77 mm，植株生長(zhǎng)需水量較多，這一時(shí)期土壤含水率較前期有所下降。同一灌水條件下，不同施肥處理的土壤含水率表現(xiàn)為F0>F1>F2，這是由于F2、F1分別在大喇叭口期追施70%、30%的N、K肥，增加了糯玉米的耗水量。成熟期降雨量為23 mm，土壤水分得到補(bǔ)充，且這一時(shí)期糯玉米耗水較少，0～60 cm土層含水率較孕穗期有所上升。從苗期到成熟期全生育期內(nèi)，各處理0～60 cm土層含水率變化較大，60～100 cm土層含水率變化較小，較為穩(wěn)定，說明糯玉米對(duì)土壤水分的吸收主要集中在0～60 cm土層。

圖2 各處理不同時(shí)期土壤含水率的變化

2.2 不同處理對(duì)糯玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

表4為不同處理對(duì)糯玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響。從表4可以看出，不同灌水施肥方式，糯玉米果穗表現(xiàn)出不同的性狀。N、K肥分多次追施的果穗性狀均優(yōu)于肥料在整地前全部翻施，同一施肥條件，灌水次數(shù)不同，果穗性狀也表現(xiàn)出不同的差異。從表中可知，不同灌水施肥處理對(duì)糯玉米的穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)的影響無(wú)顯著性差異，但F2I1處理下均為最大。F1I0處理的糯玉米莖粗最高，禿尖最短，與其他處理間差異顯著，但與F2I1處理無(wú)顯著差異，F(xiàn)0I1處理的禿尖最長(zhǎng)，行粒數(shù)、鮮穗重均最小，說明禿尖越長(zhǎng)，行粒數(shù)、產(chǎn)量降低。F2I1處理鮮穗重最高，說明有利于提高產(chǎn)量構(gòu)成因子，增加糯玉米鮮穗重。

2.3 不同處理對(duì)糯玉米水分利用率的影響

試驗(yàn)期間6月初到中旬為糯玉米的苗期，6月下旬到7月上旬為拔節(jié)期，7月中旬到下旬為孕穗期，8月上旬為成熟期，降雨量分別為45、28、77、23 mm，總降雨量為173 mm(即1 730 m3/hm2)。

由表5可知，各處理間糯玉米籽粒產(chǎn)量差異顯著，其中F2I0處理糯玉米籽粒產(chǎn)量最高，為5 183.60 kg/hm2；F1I0處理耗水量最高，且與其他處理之間的差異達(dá)到顯著水平。

全膜雙壟溝播條件下不同水肥處理糯玉米的灌溉水利用率以F2I1處理最大，為4.83 kg/m3，F(xiàn)0I0最小，為4.43 kg/m3，總體表現(xiàn)為F2I1處理>F1I1處理>F2I0處理>F0I1處理>F1I0處理>F0I0處理，F(xiàn)2I1處理灌溉水利用率較F0I0處理提高了9.03%，有顯著性差異，同一施肥條件下，I1處理組的灌溉水利用率高于I0處理，相同灌水條件，氮鉀肥基施30%+大喇叭口期追施70%的施肥方式可提高糯玉米的灌溉水利用率。

表4 不同處理對(duì)糯玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

表5 不同處理糯玉米土壤水分利用率

注：采用Duncan’s multiple range test方法分析，同一列不同字母表示顯著性差異(P<0.05)。

全膜雙壟溝播條件下不同水肥處理糯玉米的土壤水分利用率以F2I1處理最高，為2.11 kg/m3,F0I1最低，為1.96 kg/m3,F0、F1兩種施肥方式下，I0處理的土壤水分利用效率均高于I1處理；F2施肥方式，I1處理的土壤水分利用率高于I0處理，說明施肥方式與控制灌水兩者共同影響糯玉米的土壤水分利用率。

2.4 耗水量與鮮穗產(chǎn)量的關(guān)系分析

圖3為不同水肥處理下糯玉米的耗水量與鮮穗產(chǎn)量的關(guān)系擬合。由圖3看出鮮穗產(chǎn)量與耗水量呈二次拋物線關(guān)系，即y=-0.148x2+270.1x-248 864,r2=0.962 5，式中x表示耗水量；y表示糯玉米鮮穗產(chǎn)量，產(chǎn)量隨著耗水量的增加表現(xiàn)出迅速增長(zhǎng)—緩慢增長(zhǎng)—負(fù)增長(zhǎng)，這與汪順生[17]、俞建河[18]等的研究結(jié)果一致，說明過高或過低的耗水量對(duì)糯玉米的產(chǎn)量均會(huì)產(chǎn)生影響。F2I1處理的耗水量較低，但鮮穗產(chǎn)量最高，這是由于在孕穗期追施大比例氮鉀肥且孕穗期水分適宜有利于提高作物產(chǎn)量，增加了糯玉米的水分利用率。

圖3 耗水量與糯玉米鮮穗產(chǎn)量的關(guān)系

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)通過全膜雙壟溝播條件下不同施肥方式與灌水處理對(duì)糯玉米產(chǎn)量及水分利用率的影響研究可得出以下結(jié)論。

(1)在全膜雙壟溝播種植條件下，在糯玉米全生育期內(nèi)，從苗期到孕穗期，F(xiàn)2、F1 的土壤含水率較高，可為糯玉米的生長(zhǎng)提供較好的土壤水分環(huán)境。

(2)全膜雙壟溝播種植條件下，F(xiàn)2I1處理的灌溉水利用率和土壤水分利用率均為最高，分別為2.11、4.83 kg/m3，F(xiàn)0I1處理的土壤水分利用率最小，分別為1.96 kg/m3，F(xiàn)0I0的灌溉水利用率最小，為4.43 kg/m3。

(3)糯玉米產(chǎn)量隨著耗水量的增加表現(xiàn)出迅速增長(zhǎng)—緩慢增長(zhǎng)—負(fù)增長(zhǎng)的變化。F0、F1施肥條件下，I1處理的產(chǎn)量均小于I0處理，F(xiàn)2I0的籽粒產(chǎn)量最大，為5 183.6 kg/hm2,但是與F2I1處理沒有顯著性差異，且2次灌水的灌溉水利用率和土壤水利用率均大于4次灌水。

合理的水肥處理可以達(dá)到以肥促水的效果， 由上述分析可知，F(xiàn)2I0、F2I1處理的產(chǎn)量較高，但F2I1處理的灌溉水利用率和土壤水分利用率均為最高，且能較好地滿足糯玉米生育期的耗水需求，是山西地區(qū)全膜雙壟溝播種植條件下，糯玉米高產(chǎn)及水分高效利用較好的配套水肥處理。