遼西半干旱區(qū)淺埋滴灌水氮運籌增效模式研究

谷健 孫占祥 尹光華 馬寧寧 王子豪 劉泳圻

摘要：為探究淺埋滴管水氮運籌增效模式，設(shè)滴灌灌水量W（30，45，60 mm）、氮肥運籌方式N（苗期：拔節(jié)期：灌漿期=4：4：2;4：3：3;4：2：4）兩個因素，各三水平，采用二因子完全隨機區(qū)組試驗，以傳統(tǒng)溝灌（灌溉量90 mm）為對照CK。試驗結(jié)果表明：淺埋滴灌條件下，采用滴灌量45 mm，苗期：拔節(jié)期：灌漿期為4：3：3的供氮模式，可以更好地實現(xiàn)氮素供應(yīng)與春玉米養(yǎng)分需求的同步，提高氮肥吸收利用率，達到節(jié)水、增產(chǎn)、增效的目標。

關(guān)鍵詞：淺埋滴灌;玉米;水氮運籌

中圖分類號：S513;S275.6? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2022）01-0010-03

收稿日期：2021-10-20

基金項目：黑土地保護與利用科技創(chuàng)新工程專項資助（XDA28090200，XDA28120100）“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目（2017YFD0300704，2018YFD0300301）;遼寧省“興遼英才計劃”青年拔尖人才項目（XLYC1907106）;遼寧省博士啟動計劃項目（2019-BS-259）;中國博士后基金項目（2018M641708）

作者簡介：谷 ?。?983—），男，副研究員，從事農(nóng)業(yè)水土資源高效利用與管理工作。

通信作者：孫占祥（1967—），男，研究員，從事旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)和農(nóng)作制度研究工作。

遼西地區(qū)屬于大陸性季風氣候，光熱資源豐富，但降雨分布不均，限制該地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展。東北地區(qū)春玉米播種面積占全國30%以上，其中遼西地區(qū)玉米產(chǎn)量占遼寧省玉米總產(chǎn)量的75%以上，可見，遼西地區(qū)春玉米產(chǎn)量對遼寧乃至全國糧食安全至關(guān)重要。遼西地區(qū)肥料利用效率僅為20%～30%，與發(fā)達國家相比差距很大。研究淺埋滴灌等適宜當?shù)氐墓?jié)水灌溉技術(shù)并加以應(yīng)用，可對當?shù)靥嵘r(nóng)田產(chǎn)能、促進養(yǎng)分吸收、提高水分利用率提供技術(shù)支撐。淺埋滴灌是一種將滴灌帶埋設(shè)在地表下3～5 cm的滴灌技術(shù)，可減少地表水分蒸發(fā)，降低薄膜污染。若將該技術(shù)與水肥一體化技術(shù)集成應(yīng)用，則具有節(jié)水、節(jié)肥、增產(chǎn)、增效等突出特點。針對遼西地區(qū)春玉米開展淺埋滴灌水氮運籌模式研究，可為春玉米節(jié)水節(jié)肥、增產(chǎn)增效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

玉米品種：遼單575。磷肥、鉀肥、尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀：市場購買。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2019年5—10月在位于阜新蒙古族自治縣的遼寧省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點實驗室野外試驗基地進行，重點研究不同滴灌量和氮素運籌方式兩個因素對玉米生長效應(yīng)的影響。供試土壤為褐土;滴灌量設(shè)30，45，60 mm三個水平;氮肥運籌方式按苗期、拔節(jié)期、灌漿期分別設(shè)定4∶4∶2，4∶3∶3，4∶2∶4三個水平;以常規(guī)溝灌施氮為對照，設(shè)10個處理，重復(fù)3次。詳見表1。

每個小區(qū)面積30 m2，667 m2施氮量均為13 kg，磷肥、鉀肥用量分別為10 kg、8 kg，肥料品種分別為46%尿素、18%過磷酸鈣、50%硫酸鉀。采用平作寬窄行播種方式，寬行60 cm，窄行40 cm，播種密度

4 000 株/667 m2。試驗小區(qū)滴灌帶間距50 cm，滴頭間距30 cm。水源為地下井水，電動施肥器滴灌施肥。施肥前按各小區(qū)所需氮素量分別加入施肥罐中，將施肥罐充滿水后充分攪拌溶解。先滴清水15 min后開始滴施肥料，施肥后再滴清水15 min，以保證肥料完全施入。

1.3 觀測指標及方法

1） 產(chǎn)量Y（kg/ 667 m2）：在收獲期對不同處理選取小區(qū)中間16 m2的籽粒進行測產(chǎn)。用谷物水分儀測定籽粒含水量，折合成含水率14%。

2） 水分利用效率WUE（kg/（mm·667 m2））：WUE=Y/ET，式中Y為產(chǎn)量，ET為全生育期耗水量。

3） 氮肥偏生產(chǎn)力PFPN（kg/kg）：PFPN=Y/N，式中Y為產(chǎn)量，N為施氮量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮運籌對春玉米產(chǎn)量的影響

各處理產(chǎn)量見表2。

由表2可以看出：1） 田間試驗條件下，不同水氮運籌模式對玉米的增產(chǎn)效果表現(xiàn)不一致。低水條件下，與溝灌施氮相比，施氮比例為4∶4∶2和4∶3∶3的模式增產(chǎn)效果不明顯，甚至有降低的趨勢，而施氮比例為4∶2∶4的模式增產(chǎn)效果顯著，這表明滴灌分期施氮需要適宜的滴灌量來保證氮肥肥效的發(fā)揮;中水條件下，不同水氮運籌模式的產(chǎn)量均有不同程度的增加，其中施氮比例為4∶4∶2和4∶3∶3的模式增產(chǎn)效果顯著，增產(chǎn)幅度分別為10.5%和14.4%，但兩者之間差異不顯著;高水條件下，施氮比例為4∶4∶2和4∶3∶3的模式產(chǎn)量有所增加，而施氮比例4∶2∶4模式的產(chǎn)量還有所降低，但均未達到顯著水平，這表明水分過多會影響分期施氮增產(chǎn)效應(yīng)的發(fā)揮。2） 從滴灌灌溉方面來看，與溝灌相比，產(chǎn)量均有不同程度的提高，且隨著滴灌量的增加，產(chǎn)量呈先增加后降低的變化趨勢，這表明滴灌灌溉具有較好的節(jié)水增產(chǎn)效果，存在較優(yōu)的滴灌量水平。其中，滴灌灌溉量為45 mm的中等水平增產(chǎn)效果達顯著水平，可適于滴灌水氮模式應(yīng)用。3） 從分期施氮方面來看，與溝灌施氮相比，不同施氮比例的玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為不同程度的提高，且隨著施氮比例逐漸后移，產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢，但差異不顯著?？梢姡瑥? 種不同水氮運籌模式來看，本年度降雨條件下，滴灌分期施氮比例為4∶3∶3的模式效果較優(yōu)。從產(chǎn)量結(jié)果看，本年度試驗條件下，水氮運籌模式以滴灌量45 mm，施氮比例4∶3∶3（苗期∶拔節(jié)期∶灌漿期）較為適宜。

2.2 水氮運籌對水分利用效率的影響

各處理水分利用效率見表3。01490030-583D-4933-AD64-4CA8BFF1A8F2

由表3可以看出：1） 田間試驗條件下，不同水氮運籌模式對水分利用效率的影響不一致。低水條件下，與溝灌施氮相比，水分利用效率隨著施氮比例的后移呈逐漸提高的趨勢，且施氮比例為4∶2∶4模式的水分利用效率最高，達顯著水平，這表明低水滴灌條件下，氮素后移有利于水分利用效率的提高;中水條件下，不同水氮運籌模式的水分利用效率均有不同程度的增加，其中施氮比例為4∶4∶2和4∶3∶3模式的水分利用效率提高顯著，幅度分別為8.2%和19.1%，且兩者之間差異顯著，施氮比例為4∶3∶3的水氮運籌模式節(jié)水效果較好;高水條件下，水分利用效率隨著施氮比例的逐漸后移呈先升高后降低的變化趨勢，施氮比例為4∶3∶3模式的水分利用效率顯著增加，而施氮比例為4∶2∶4和4∶4∶2模式的水分利用效率與溝灌差異不大，這表明水分過多影響了滴灌節(jié)水潛力的發(fā)揮。2） 從滴灌灌溉方面來看，與溝灌相比，水分利用效率均有不同程度的提高，且隨著滴灌量的增加，水分利用效率呈先升高后降低的變化趨勢，這表明滴灌灌溉具有較好的節(jié)水效果，存在較優(yōu)的滴灌量水平。其中，滴灌灌溉量為45 mm的中等水平水分利用效率較高，可適于滴灌水氮模式應(yīng)用。3） 從分期施氮方面來看，與溝灌施氮相比，不同施氮比例的水分利用效率表現(xiàn)為不同程度的提高，且隨著施氮比例逐漸后移，水分利用效率呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，但差異不顯著。綜上，本年度降雨條件下，滴灌分期施氮比例為4∶3∶3的模式效果較好。究其原因，可能是本年度降雨量偏多帶來一些影響。從水分利用效率結(jié)果來看，本年度試驗條件下，水氮運籌模式以滴灌量45 mm，施氮比例4∶3∶3（苗期：拔節(jié)期：灌漿期）較為適宜。

2.3水氮運籌對氮肥偏生產(chǎn)力的影響

氮肥偏生產(chǎn)力是指單位投入的肥料氮所能生產(chǎn)的作物籽粒產(chǎn)量。試驗各處理的氮肥偏生產(chǎn)力見表4。

由表4可以看出，田間試驗條件下，不同水氮運籌模式對氮肥偏生產(chǎn)力的影響差異明顯。低水條件下，與溝灌施氮相比，施氮比例為4∶4∶2和4∶3∶3模式的氮肥增產(chǎn)效果不明顯，甚至有降低的趨勢，而施氮比例為4∶2∶4的模式肥效顯著，這表明水分較低條件下，氮肥后移能保證玉米灌漿期需肥需求，提高氮肥利用率;中水條件下，不同水氮運籌模式的氮肥偏生產(chǎn)力均有不同程度的提高，其中施氮比例為4∶4∶2和4∶3∶3模式的氮肥效應(yīng)發(fā)揮顯著，氮肥偏生產(chǎn)力提升幅度分別為10.7%和14.6%，但兩者之間差異不顯著;高水條件下，施氮比例為4∶4∶2與4∶3∶3模式的氮肥偏生產(chǎn)力有所提高，而施氮比例為4∶2∶4的模式有所降低但均未達到顯著水平，這表明水分過多會影響分期施氮肥效的發(fā)揮，對玉米后期氮需求產(chǎn)生影響。

從滴灌灌溉方面來看，與溝灌相比，氮肥偏生產(chǎn)力均有不同程度的提高，且隨著滴灌量的增加，氮肥偏生產(chǎn)力呈先升高后降低的變化趨勢，這表明滴灌分期施氮有利于氮肥肥效的發(fā)揮。其中，滴灌灌溉量為45 mm的中等水平氮肥偏生產(chǎn)力達顯著水平，適于滴灌水氮模式應(yīng)用。

從分期施氮方面來看，與溝灌施氮相比，不同施氮比例的氮肥偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為不同程度的提高，且隨著施氮比例逐漸后移，產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢，但差異不顯著。

可見，從3種不同水氮運籌模式來看，滴灌分期施氮比例為4∶3∶3的模式效果較優(yōu)。從氮肥偏生產(chǎn)力結(jié)果來看，本年度試驗條件下，水氮運籌模式以滴灌量45 mm，施氮比例4∶3∶3（苗期∶拔節(jié)期∶灌漿期）較為適宜。

3 結(jié)論

研究不同滴灌量和氮素運籌方式兩個因素對玉米生長效應(yīng)的影響。結(jié)果表明：根據(jù)玉米需肥規(guī)律，采用滴灌量45 mm，苗期∶拔節(jié)期∶灌漿期為4∶3∶3的供氮模式，可以更好地實現(xiàn)氮素供應(yīng)與玉米養(yǎng)分需求的同步，提高氮肥吸收利用率，達到節(jié)水、增產(chǎn)、增效的目標。

參考文獻

[1] 宋英男，李穎，任學慧，等.1956—2010年遼西地區(qū)玉米氣候適宜度時空分布特征[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2016，24（3）：306-315.

[2] 黃毅，王瑞麗，趙凱.遼西旱農(nóng)區(qū)深層水肥調(diào)控對土壤主要物理性質(zhì)和玉米產(chǎn)量的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2013，31（1）：8-13.

[3] 矯麗娜，張福勝，姚影，等.西遼河流域半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展過程及展望[J].安徽農(nóng)學通報，2021，27（13）：164-165.

Study on Efficiency Enhancement Model of Water and Nitrogen Operation?in Shallow Subsurface Drip Irrigation in Semi-Arid Region of?Western Liaoning Province

GU Jian1，2， SUN Zhanxiang1*， YIN Guanghua2， MA Ningning2， WANG Zihao2，3， LIU Yongqi4

（1. Tillage and Cultivation Research Institute， Liaoning Academy of Agricultural Science， Shenyang 110161， China; 2. Institute of Applied Ecology， Chinese Academy of Sciences， Shenyang 110016， China; 3. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China; 4. Shenyang Agricultural University， Shenyang 110866， China）

Abstract： In order to explore the efficiency enhancement mode of water and nitrogen operation in shallow subsurface drip irrigation， the drip irrigation amount W （30，45，60 mm） and nitrogen operation mode N （seedling stage：jointing stage：filling stage=4∶4∶2; 4∶3∶3; 4∶2∶4） Two factors， three levels of each， a two-factor completely random block experiment was conducted， and traditional furrow irrigation （irrigation volume 90 mm） was used as the control CK. The experimental results showed that： Under shallow subsurface drip irrigation， the nitrogen supply mode of 45 mm drip irrigation， seedling stage：jointing stage：filling stage 4∶3∶3， could better realize the synchronization of nitrogen supply and nutrient demand of spring maize， improve nitrogen absorption and utilization rate， and achieve the goal of water saving， yield increasing and efficiency increasing.

Key words： shallow subsurface drip irrigation; corn; water and nitrogen operation01490030-583D-4933-AD64-4CA8BFF1A8F2