不同灌水方式和施氮量對青貯玉米產(chǎn)量和水氮利用效率的影響

王 寧， 劉玉春， 姜長松， 王 遙， 趙光耀

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院， 河北 保定 071001)

產(chǎn)量和水氮利用效率是作物重要的評價(jià)指標(biāo)，而灌水方式和施氮量會(huì)直接影響作物的產(chǎn)量和水氮利用效率。目前，過量施肥造成的氮肥偏生產(chǎn)力低、資源浪費(fèi)和潛在生態(tài)威脅是我國肥料管理中存在的主要問題[1]。因而，減少化肥施用量、需求相應(yīng)有機(jī)肥替代和根據(jù)作物需肥規(guī)律進(jìn)行合理的管理是提高作物產(chǎn)量、水氮利用效率和農(nóng)田環(huán)境保護(hù)的根本途徑[2]。通過適量的增加或減少水分更加有利于大部分作物對養(yǎng)分的吸收利用，但是部分地區(qū)現(xiàn)在仍然普遍存在采用高水量和高肥量來促進(jìn)作物增產(chǎn)的現(xiàn)象，因此導(dǎo)致土壤中的肥料越來越多，不僅對作物產(chǎn)量增長沒有幫助，而且還造成養(yǎng)分向更深層土壤淋溶，破壞土壤原有結(jié)構(gòu)[3-4]；灌水量和施肥量對作物水分利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力和作物養(yǎng)分累積吸收效率等因素都有顯著的影響[5-7]，因此需要通過合適的灌水方式和適宜的施氮量來解決此類問題。

河北省作為糧改飼試點(diǎn)，其中重點(diǎn)內(nèi)容就是提高青貯玉米種植面積，但是在種植過程中存在著產(chǎn)量低、水氮利用效率低等問題。國內(nèi)外專家學(xué)者關(guān)于對玉米的水氮利用效率方面有很多的研究，其中張富倉等[8]研究得到春玉米產(chǎn)量隨施肥量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，施氮量對玉米水分利用效率、灌溉水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力都有顯著和極顯著的影響；張立勤等[9]研究表明適宜的灌溉定額和施肥量均有利于玉米增產(chǎn)，灌溉定額偏低，制種玉米減產(chǎn)明顯；過量增施肥料，增產(chǎn)不顯著；邵國慶等[10]認(rèn)為在相同灌水條件下，增加施氮量能顯著提高玉米的水分利用效率；馮淑梅等[11]研究表示，隨著氮肥施用量的增加，水分利用效率也隨之提高，但當(dāng)?shù)适┯昧砍^一定量后，水分利用效率降低。于文穎等[12]研究表明適當(dāng)?shù)慕档屯寥赖乃帜軌蚴褂衩兹~片的水分利用效率提高，進(jìn)而使得葉片更好的生長發(fā)育，適應(yīng)更加不好的環(huán)境。Alkaisi 等[13]研究發(fā)現(xiàn)施氮量對水分利用效率的影響十分顯著。通過專家學(xué)者的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施氮量過高過低均會(huì)影響作物生長和水氮利用效率。

以往的研究多是對籽粒玉米的產(chǎn)量和水氮利用效率研究，對青儲(chǔ)玉米在這些方面研究較少，為解決河北省平原區(qū)因不合理的灌水、施肥導(dǎo)致的青貯玉米的產(chǎn)量低、品質(zhì)差等問題，所以進(jìn)行本次試驗(yàn)。本次試驗(yàn)研究是根據(jù)鹿泉區(qū)寺家莊鎮(zhèn)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，以提高鹿泉區(qū)青貯玉米產(chǎn)量和水氮利用效率為主要目標(biāo)，研究在畦灌和溝灌灌水方式和不同施氮量的條件下青貯玉米高產(chǎn)的試驗(yàn)組合，為鹿泉區(qū)寺家莊鎮(zhèn)青貯玉米的生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐和理論指導(dǎo)，同時(shí)一定程度上改善河北省缺水現(xiàn)狀。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本次試驗(yàn)布設(shè)于石家莊市鹿泉區(qū)寺家莊鎮(zhèn)南龍貴村，試驗(yàn)田的地理坐標(biāo)為37°56′N，114°25′E，試驗(yàn)地的農(nóng)田土壤類型是壤土，試驗(yàn)田的初始養(yǎng)分：有機(jī)質(zhì)含量為2%，速效磷含量為11.89 mg/kg，速效鉀含量為158 mg/kg。

本次試驗(yàn)共計(jì)95 d，播種日期為6月27日，收獲日期為9月30日，青貯玉米全生育期內(nèi)降水量206.9 mm(如圖1所示)，根據(jù) 《河北省氣象公報(bào)》 顯示，2018年河北省年均降水量509.2 mm，屬平水年。

圖1 青貯玉米生育期內(nèi)日降水量

1.2 試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)設(shè)置兩個(gè)試驗(yàn)因子分別為不同灌水方式和不同施肥量，灌水方式為畦灌和溝灌兩種當(dāng)?shù)爻Ｓ玫牡孛婀喔燃夹g(shù)水平，分別用英文字母B和F標(biāo)記。兩種灌水方式的試驗(yàn)小區(qū)尺寸分別為：畦長90 m、畦寬4.8 m，溝灌溝長90 m、溝深20 cm。兩端均有1.5 m保護(hù)行，入畦流量為9.72 L/s，入溝流量為2.43 L/s。試驗(yàn)中肥料品種為中華復(fù)合肥，施肥方式是機(jī)施，且與播種同時(shí)進(jìn)行，此次施肥全部作為基肥施用，后期無追肥，肥料的成分為N-P2O5-K2O，比例為28%-6%-6%，結(jié)合當(dāng)?shù)氐?50 kg/hm2～450 kg/hm2的傳統(tǒng)施肥量，并根據(jù)減水減氮要求[14]設(shè)置四個(gè)施肥水平，用量分別為750 kg/hm2、600 kg/hm2、450 kg/hm2和300 kg/hm2，且為N、P、K總量，施氮量分別為210 kg/hm2、168 kg/hm2、126 kg/hm2和84 kg/hm2，并分別記為C1、C2、C3和C4，見表1。試驗(yàn)共計(jì)8個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)(見圖2)。試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)布置。

表1 各處理的施肥用量

圖2 試驗(yàn)小區(qū)布設(shè)圖

試驗(yàn)材料為“科玉188”型青貯玉米，田間種植為單行種植，植株的行距和株距分別為60 cm和30 cm，青貯玉米的密度為7.80 株/m2。為保證青貯玉米的出苗率，在播種的第二天立即進(jìn)行灌溉，灌水量均為1 050 m3/hm2，只進(jìn)行一次灌水，其他生育期無灌水。

1.3 試驗(yàn)觀測項(xiàng)目與方法

(1) 氣象數(shù)據(jù)。由試驗(yàn)田附近小型氣象站獲得。

(2) 土壤含水率。在青貯玉米全生育期內(nèi)，平均每10天在小區(qū)青貯玉米密度適當(dāng)、生長均勻一致處用土鉆取土(灌水后和下雨后需加測一次)每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)設(shè)置1個(gè)取樣點(diǎn)，取土深度為100 cm，每20 cm取1個(gè)土樣，采用烘干法[15]測定所取土壤質(zhì)量含水率。

(3) 青貯玉米鮮重干重。青儲(chǔ)玉米生育期內(nèi)每7 d左右取樣一次；在各處理植株生長均勻且良好處隨機(jī)選取3株～5株進(jìn)行鮮重和干重的觀測。使用精度0.01 g的電子秤測量青貯玉米的干重和鮮重。將測量完鮮重的植株絞碎，然后在105℃的溫度下殺青30 min，在80℃的溫度下烘烤至重量穩(wěn)定時(shí)稱取干重。

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算和分析方法

青貯玉米耗水量[16]、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力[17]計(jì)算公式分別按式(1)、式(2)、式(3)計(jì)算：

ETa=P0+M-D-(Wt-W0)

(1)

WUE=Y/ETa

(2)

PFP=Y/N

(3)

式中：ETa為青貯玉米某個(gè)生育時(shí)期的耗水量，mm；P0為青貯玉米某生育時(shí)期的有效降雨量，mm；W0和Wt分別為青貯玉米某個(gè)生育時(shí)期初始和末尾的土壤儲(chǔ)水量，mm；M為地下水補(bǔ)給量，因?yàn)樵囼?yàn)田所在地區(qū)地下水埋藏較深，所以地下水對青貯玉米的補(bǔ)給量忽略不計(jì)；D為深層滲漏量；WUE為青貯玉米水分利用效率，t/(hm2·mm)；PFP為氮肥偏生產(chǎn)力，kg/(kgN)；Y為青貯玉米產(chǎn)量，t/hm2；N為施氮量，kg/hm2。

觀測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析使用SPSS 18.0軟件，使用CAD 2014和Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水方式和施肥量對青貯玉米干重和鮮重影響

從表2可以看出2018年青貯玉米生長呈現(xiàn)出先增加后趨于穩(wěn)定的趨勢，進(jìn)入拔節(jié)期青貯玉米質(zhì)量迅速增長，到乳熟期青貯玉米質(zhì)量趨于穩(wěn)定。從表2的青貯玉米鮮重均值中可以看出，2018年青貯玉米的鮮重在同一灌水方式下C2處理優(yōu)于C1、C3、C4處理且增幅分別為1.29%～14.07%、1.2%～18.58%和3.47%～29.29%，說明適宜的施氮量對青貯玉米的鮮重有顯著增加的趨勢，過高過低都會(huì)限制青貯玉米的生長；在同一施氮水平下鮮重變化趨勢表現(xiàn)出在抽絲出雄期(播種后47 d)前畦灌鮮重高于溝灌，之后的生育階段溝灌高于畦灌，溝灌的水分集中，能更充分的供給青貯玉米，更有利于青貯玉米的生長，所以在溝灌條件下青貯玉米鮮重產(chǎn)量增加。

2018年青貯玉米全生育期內(nèi)青貯玉米干重變化，在同一個(gè)灌水方式下同樣表現(xiàn)出C2處理優(yōu)于C1、C3、C4處理且增幅分別為0.24%～10.06%、6.94%～14.92%和0.94%～34.19%，在溝灌灌水技術(shù)下青貯玉米的干重均值基本高于畦灌，有增加干重的趨勢，說明適宜的灌水方式和施氮量有增加青貯玉米有機(jī)物的積累的趨勢，對提高最終的產(chǎn)量有一定影響。

由表2可知在同一灌水方式不同施氮量下最終鮮重和干重產(chǎn)量均是在C2處理下最高，鮮重C2處理對其他三個(gè)處理的增幅為8.2%、6.9%、15.3%和3.6%、9.6%、11.2%；鮮重C2處理分別對其他三個(gè)處理增幅5.7%、4.1%、13.8%和6.9%、10.6%、14.8%；可以看出隨著施氮量的增加青貯玉米產(chǎn)量有先增加后減少的趨勢，說明過高過低的施氮量都會(huì)影響青貯玉米的產(chǎn)量。在同一施氮水平下畦灌鮮重和干重產(chǎn)量均值為74.26 t/hm2和28.1 t/hm2，溝灌分別為76.91 t/hm2和27.95 t/hm2，鮮重產(chǎn)量溝灌大于畦灌且增幅為3.6%，干重產(chǎn)量相差不大；說明溝灌有增加鮮重產(chǎn)量的趨勢，促進(jìn)青貯玉米生長。

表2 各試驗(yàn)處理不同生育期青儲(chǔ)玉米干重鮮重

方差分析顯示施氮量影響2018年青貯玉米的鮮重和產(chǎn)量顯著，灌水量影響不顯著，二者交互作用下不顯著。分析認(rèn)為大田試驗(yàn)中降雨對灌水方式處理有一定影響，在青貯玉米抽絲出雄期有一次降雨，使灌水方式對青貯玉米鮮重和干重影響不顯著。

2.2 不同灌水方式和施肥量對青貯玉米耗水量的影響

由表3可知青貯玉米在三個(gè)生育期內(nèi)穗期耗水量最大，因?yàn)檫M(jìn)入穗期為青貯玉米快速生長發(fā)育階段，有機(jī)物迅速積累需要大量的水分。由表3可以看出在一定的范圍內(nèi)隨著施氮量的增加耗水量先增加后減少，在畦灌灌技術(shù)下C1、C2和C4處理分別比C3處理低0.22%、5.0%和5.4%，溝灌技術(shù)下C1、C3和C4處理分別比C2處理低4.3%、4.5%和6.4%，方差分析顯示施氮量影響不顯著；畦灌和溝灌技術(shù)下青貯玉米耗水量均值分別為271.8 mm和274.37 mm，畦灌低于溝灌0.95%，說明適宜的施氮量和灌水方式對青貯玉米耗水量有一定的影響，溝灌對促進(jìn)青貯玉米生長有增加的趨勢，方差分析顯示灌水方式和施氮量不顯著。

表3 2018年青貯玉米全生育期作物耗水量

2.3 不同灌水方式和施肥量對青貯玉米水氮利用效率的影響

由表4可知2018年青貯玉米的水分利用效率隨施氮量的增加先增加后減少，在同一灌水方式下C2處理水分利用效率最高且增幅為10.7%～19.2%，說明適宜的施氮量有顯著提高水分利用效率的趨勢，分析認(rèn)為隨著施氮量的增加會(huì)促進(jìn)作物的水分利用效率，但是過高施氮量可能會(huì)導(dǎo)致植物根區(qū)發(fā)生細(xì)胞失水，導(dǎo)致作物減產(chǎn)量，進(jìn)而導(dǎo)致青貯玉米的水分利用效率降低；在同一施肥水平下畦灌條件下水分利用效率為0.270 t/(hm2·mm)、溝灌條件下分別為0.285 t/(hm2·mm),溝灌條件下比畦灌條件下高5.26%，可以看出溝灌有增加水分利用效率的趨勢，施氮量對青貯玉米水分利用效率的影響達(dá)到顯著水平，灌水方式和二者交互作用下均未達(dá)到顯著水平。說明使用合適的灌水方式和施氮量才能夠提高青貯玉米的水分利用效率。

由表4可知在本次試驗(yàn)條件下青貯玉米氮肥偏生產(chǎn)力隨施氮量的增加而顯著減小，同一施氮水平下畦灌條件下為0.544 t/kgN，溝灌條件下為0.58 t/kgN，可知在氮肥偏生產(chǎn)力溝灌比畦灌提高了6.7%，灌水方式會(huì)影響氮肥偏生產(chǎn)力，因?yàn)橥寥乐械牡貢?huì)隨水運(yùn)移，溝灌水分較為集中，有利于促進(jìn)青貯玉米對氮素的吸收，說明溝灌有利于提高青貯玉米的氮肥偏生產(chǎn)力；在同一灌水技術(shù)下C1、C2、C3和C4處理PFP均值分別為0.363 t/kgN、0.479 t/kgN、0.592 t/kgN和0.848 t/kgN，可以看出C4施肥水平下氮肥偏生產(chǎn)力最高，且說明種植青貯玉米可以適宜的減少肥料的用量。方差分析顯示施氮量對青貯玉米氮肥偏生產(chǎn)力的影響達(dá)到顯著水平。

表4 2018年青貯玉米水氮利用效率

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)討論灌水方式和施氮量對青貯玉米產(chǎn)量和水氮利用效率影響的研究結(jié)果表明：

(1) 從生育期內(nèi)均值來看溝灌鮮重比畦灌鮮重高10.1%，說明畦灌對青貯玉米鮮重有增加的趨勢；施氮量對每個(gè)生育階段鮮重和干重影響顯著，且隨施氮量的增加有限增加后減少的趨勢，說明過高過低施氮量都不利于青貯玉米各階段的鮮重和干重。

(2) 施氮量對青貯玉米產(chǎn)量影響顯著，隨著施氮量的增加呈現(xiàn)增加后減少的趨勢，適宜的施氮量才會(huì)增加青貯玉米產(chǎn)量；從灌水技術(shù)看溝灌產(chǎn)量高于畦灌，有增加產(chǎn)量的趨勢。

(3) 施氮量對青貯玉米的水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力影響顯著，溝灌對青貯玉米水分利用效率有增加的趨勢，氮肥偏生產(chǎn)力隨施氮量的增加而減小。從提高青貯玉米水氮利用效率和最終產(chǎn)量來看試驗(yàn)條件下最優(yōu)的處理為，溝灌條件下且施氮量為168 kg/hm2。

本試驗(yàn)僅研究了不同灌水方式?jīng)]有研究灌水量對青貯玉米產(chǎn)量和水氮利用效率的影響，在以后研究中還需進(jìn)一步考慮。