北疆無膜淺埋滴灌對玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

陳江魯，丁變紅，張小偉，張庭軍，孫志遠，陳永生，蔣興星

（1. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第六師農(nóng)業(yè)科學研究所，新疆 五家渠 831300；2. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第六師奇臺農(nóng)場農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，新疆 五家渠 831300；3. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第六師農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，新疆 五家渠 831300）

新疆維吾爾自治區(qū)光熱資源豐富、晝夜溫差大，是灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，非常適宜作物生長[1‐2]。但是該區(qū)氣候干燥、降雨量少、蒸發(fā)量大，水資源短缺是限制該區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。覆膜和滴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)的引入有效提高了該區(qū)作物的產(chǎn)量和灌溉水利用效率[3‐4]。覆膜能有效降低土壤水分蒸發(fā)，提高表層土壤溫度，使土壤保持適宜的水熱條件[5]。滴灌系統(tǒng)可以將肥料隨水施入土壤中，保證適量的水和肥料穩(wěn)定地到達作物根部。覆膜滴灌技術(shù)是將作物覆膜栽培種植技術(shù)與滴灌技術(shù)相結(jié)合的一種高效節(jié)水灌溉技術(shù)[6]，具有節(jié)肥、節(jié)水、省工、增產(chǎn)、增效等諸多優(yōu)點，對促進干旱區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的作用[7‐10]。但是，由于重使用、輕回收，農(nóng)用塑料薄膜的回收率僅為5%[11]，致使我國地膜殘留污染問題日益凸顯[12]。為解決這一難題，2012 年新疆維吾爾自治區(qū)阿勒泰地區(qū)青河縣進行了27 hm2飼草料地淺埋滴灌試驗，該技術(shù)的應(yīng)用減輕了勞動強度，促進了農(nóng)業(yè)發(fā)展[13]。無膜淺埋滴灌技術(shù)是在不覆地膜的前提下，采用寬窄行種植模式，一般窄行35～40 cm，寬行65～70 cm，利用淺埋滴灌專用播種機播種，同時將滴灌帶埋設(shè)于窄行中間深3～5 cm 處，實現(xiàn)播種、施肥、鋪帶、覆土一次完成。全生育期按照作物生長發(fā)育規(guī)律，通過輸水管道定時定量滴水滴肥，從而實現(xiàn)節(jié)本、提質(zhì)增效。自2013 年起，在新疆維吾爾自治區(qū)青河縣阿葦灌區(qū)等地對淺埋滴灌技術(shù)進行示范推廣，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團、新疆農(nóng)業(yè)大學等也開展了有關(guān)淺埋滴灌牧草種植方面的研究工作[14‐15]。新疆維吾爾自治區(qū)在棉花種植過程中將無膜栽培與地下滴灌技術(shù)相結(jié)合，減輕了地膜污染的同時降低了灌溉水的無效消耗[16]。由于淺埋滴灌技術(shù)的不斷革新和完善，其優(yōu)勢愈加明顯，取得了較好的效果[17‐19]，逐漸被廣大農(nóng)牧民認可和接受，其應(yīng)用面積不斷擴大，應(yīng)用作物種類不斷增多。目前，無膜淺埋滴灌技術(shù)應(yīng)用主要集中于牧草[13‐16]、棉花[17]、青貯玉米[18]等作物，在普通玉米上的研究較少，且主要集中于單一玉米品種[19‐21]，對于不同熟期玉米品種覆膜滴灌與無膜淺埋滴灌產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的對比研究鮮見報道。為此，探討無膜淺埋滴灌對玉米生育進程、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響，為北疆干旱地區(qū)玉米的高產(chǎn)、節(jié)水、高效栽培以及灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2019 年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第六師農(nóng)業(yè)科學研究所試驗示范基地（87°25′E、43°18′N）進行，該地海拔為401 m，近10 a玉米生長季（4—10月）內(nèi)年平均降雨量為60.5 mm，日平均溫度為20.8 ℃，日照時間為1 673.3 h，全年≥10 ℃積溫為3 599.5 ℃，年均無霜期為182.6 d。試驗田土質(zhì)為壤土，含堿解氮53.4 mg/kg、速效磷48.1 mg/kg、速效鉀101.7 mg/kg、有機質(zhì)14.2 g/kg，pH值為7.9。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用裂區(qū)設(shè)計，滴灌方式為主區(qū)，設(shè)膜下滴灌（F1）和無膜淺埋滴灌（F2）2 種方式；品種為副區(qū)，玉米品種分別為早熟品種KWS2030（P1，≥10 ℃有效積溫為2 000 ℃）、中熟品種KWS9384（P2，≥10 ℃有效積溫為2 300 ℃）和晚熟品種KWS3564（P3，≥10 ℃有效積溫為2 900 ℃）。試驗小區(qū)面積均為150 m2，設(shè)置3 次重復(fù)。基施65 kg/hm2N、105 kg/hm2P2O5、34.5 kg/hm2K2O，生育期內(nèi)隨水滴灌施271 kg/hm2N。4月27日播種，人工點播，采用70 cm+40 cm 寬窄行配置，密度繩控制株距，株距為20 cm，種植密度為9.0×104株/hm2。適時進行田間化控，防止雜草和病蟲害的發(fā)生，其他管理與大田生產(chǎn)相同。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生育進程 玉米生育進程記載按照李少昆等[22]的方法進行。

1.3.2 農(nóng)藝性狀 吐絲期，選取長勢一致的玉米5株，用直尺測量株高、穗位高、重心高、基部節(jié)間長度。用數(shù)顯游標卡尺測量基部節(jié)間莖粗。計算穗位系數(shù)和重心系數(shù)，穗位系數(shù)=穗位高/株高×100%，重心系數(shù)=重心高/株高×100%。

1.3.3 干質(zhì)量 在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和成熟期），每小區(qū)隨機選取3 株長勢均勻的玉米植株，用剪刀沿土壤表面將植株剪下，去除表面污垢后用剪刀將莖、葉、穗分離，放入烘箱于105 ℃殺青0.5 h，再于75 ℃烘至恒質(zhì)量，最后用電子天平稱質(zhì)量。

1.3.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 在玉米成熟后，各處理去除邊行，收獲全部穗，稱鮮質(zhì)量。按平均穗質(zhì)量取20個穗脫粒稱質(zhì)量，計算出籽率。用谷物水分測定儀（PM-8188）測定籽粒含水量。按國家糧食水分標準14.0%計算產(chǎn)量。通過田間調(diào)查和室內(nèi)考種獲取穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等[23]。并根據(jù)生產(chǎn)成本計算經(jīng)濟效益。具體生產(chǎn)成本見表1。

表1 不同滴灌方式玉米生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本元/hm2Tab.1 Cost of maize production under different drip irrigation methodsYuan/ha

續(xù)表1 不同滴灌方式玉米生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本元/hm2Tab.1（Continued） Cost of maize production under different drip irrigation methodsYuan/ha

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013 進行數(shù)據(jù)處理，利用SPSS 23.0軟件進行方差分析和多重比較（LSD法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 無膜淺埋滴灌對玉米生育進程的影響

由表2 可知，3 個玉米品種同一天播種，與膜下滴灌處理相比，無膜淺埋滴灌處理出苗時間均晚2 d，吐絲日期均晚3 d，成熟日期晚4～5 d，3 個玉米品種都能正常成熟，膜下滴灌處理加速了玉米營養(yǎng)生長和生殖生長，縮短了生育期。膜下滴灌處理生育期最短的品種是P1，從播種到成熟只需要115 d；無膜淺埋滴灌處理生育期最長的品種是P3，從播種到成熟需要151 d。

表2 無膜淺埋滴灌對玉米生育進程的影響Tab.2 Effect of shallow-buried drip irrigation without film on maize growth process

2.2 無膜淺埋滴灌對玉米農(nóng)藝性狀的影響

由表3可知，品種、滴灌方式及其二者交互作用對玉米株高、穗位高、重心高、穗位系數(shù)、重心系數(shù)均有極顯著的影響；另外，品種對基部節(jié)間莖粗、基部節(jié)間長度、基部節(jié)間長粗比均有極顯著影響，滴灌方式對基部節(jié)間莖粗、基部節(jié)間長度均有極顯著影響，品種與滴灌方式的交互作用對基部節(jié)間長粗比有顯著影響。

表3 無膜淺埋滴灌對玉米農(nóng)藝性狀的影響Tab.3 Effects of shallow-buried drip irrigation without film on agronomic characters of maize

由表3可知，無膜淺埋滴灌處理玉米株高、穗位高、重心高、穗位系數(shù)、重心系數(shù)、基部節(jié)間莖粗、基部節(jié)間長度、基部節(jié)間長粗比（P1除外）均高于膜下滴灌處理；早熟玉米品種株高、穗位高、重心高、穗位系數(shù)、重心系數(shù)、基部節(jié)間莖粗均小于晚熟品種，早熟玉米品種基部節(jié)間長度和基部節(jié)間長粗比均大于晚熟品種?？傮w來看，株高、穗位高、重心高、穗位系數(shù)、重心系數(shù)、基部節(jié)間莖粗均以P3F2 處理最高，基部節(jié)間長度、基部節(jié)間長粗比分別以P1F2、P1F1處理最高。

2.3 無膜淺埋滴灌對玉米干質(zhì)量的影響

由表4 可知，拔節(jié)期，品種、滴灌方式及兩者交互作用對玉米干質(zhì)量均無顯著影響。大喇叭口期，品種對干質(zhì)量有極顯著影響，晚熟品種干質(zhì)量高于早熟品種；滴灌方式及其與品種的交互作用對干質(zhì)量均無顯著影響。吐絲期，品種對干質(zhì)量有極顯著影響，晚熟品種干質(zhì)量高于早熟品種；滴灌方式對干質(zhì)量有顯著影響，膜下滴灌處理干質(zhì)量高于無膜淺埋滴灌處理；品種與滴灌方式的交互作用對干質(zhì)量無顯著影響。灌漿期和成熟期，品種對干質(zhì)量均有極顯著影響，總體上晚熟品種干質(zhì)量高于早熟品種；滴灌方式對干質(zhì)量無顯著影響；滴灌方式對干質(zhì)量均無顯著影響；品種與滴灌方式的交互作用對干質(zhì)量均有極顯著影響，灌漿期以P3F1 處理最高，成熟期以P3F2處理最高。

表4 無膜淺埋滴灌對玉米干質(zhì)量的影響Tab.4 Effects of shallow-buried drip irrigation without film on dry quality of maizekg/hm2

2.4 無膜淺埋滴灌對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表5可知，品種、滴灌方式及兩者的交互作用對玉米穗數(shù)均無顯著影響。品種對穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量均有極顯著影響，晚熟品種穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量均高于早熟品種，產(chǎn)量表現(xiàn)為晚熟品種>中熟品種>早熟品種。滴灌方式對穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量均無顯著影響。不同處理間穗數(shù)無顯著差異。無膜淺埋滴灌處理穗粒數(shù)高于膜下滴灌處理，增幅為3.1%～7.3%，但差異不顯著。對于P2、P3 來說，無膜淺埋滴灌處理產(chǎn)量高于膜下滴灌處理，分別提高0.9%、6.0%；對于P1 來說，無膜淺埋滴灌處理產(chǎn)量低于膜下滴灌處理；但差異均不顯著。千粒質(zhì)量的表現(xiàn)趨勢與產(chǎn)量相反。品種與滴灌方式的交互作用對千粒質(zhì)量有顯著影響，以P3F1 處理最高，為370.4 g，顯著高于P1F1、P1F2 處理，與其他處理差異不顯著?？傮w來看，穗粒數(shù)和產(chǎn)量均以P3F2處理最高，分別為606.0 粒和19 471.9 kg/hm2。綜上，與膜下滴灌處理相比，無膜淺埋滴灌可以提高玉米穗粒數(shù)和中晚熟品種產(chǎn)量。

表5 無膜淺埋滴灌對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Tab.5 Effects of shallow-buried drip irrigation without film on maize yield and its components

2.5 無膜淺埋滴灌對玉米經(jīng)濟效益的影響

由表6 可知，不同滴灌方式間比較，3 個玉米品種膜下滴灌處理生產(chǎn)成本均較無膜淺埋滴灌處理提高9.0%，主要用于地膜及機械清理方面；產(chǎn)投比、經(jīng)濟效益均表現(xiàn)為無膜淺埋滴灌處理高于膜下滴灌處理，增幅分別為12.0%～23.1%、2.8%～13.1%；P2、P3產(chǎn)值均表現(xiàn)為無膜淺埋滴灌處理高于膜下滴灌處理，增幅分別為0.6%、5.7%，P1 反之。不同品種間比較，產(chǎn)值、經(jīng)濟效益和產(chǎn)投比均表現(xiàn)為P1

表6 不同滴灌方式下玉米經(jīng)濟效益萬元/hm2Tab.6 Economic benefits of maize under different drip irrigation methods×104 yuan/ha

3 結(jié)論與討論

地膜覆蓋適用于播種出苗期有短期低溫冷害的地區(qū)[24]。研究表明，覆膜比裸地種植玉米能提高0～5 cm 表層地溫2.4～3.6 ℃/d，以苗期增溫效應(yīng)最明顯，隨著玉米生長發(fā)育，群體郁閉程度增加，其增溫效果變差[25]。地膜覆蓋通過改變土壤溫度來促進出苗，加速作物的生長發(fā)育[26‐27]。LI 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，與裸地種植相比，覆膜種植小麥出苗和穗分化顯著提前。本研究發(fā)現(xiàn)，無膜淺埋滴灌處理玉米生育期較膜下滴灌處理延長4～5 d，這與前人[26‐28]研究結(jié)果類似。另外，同一品種在無膜淺埋滴灌條件下，株高、穗位高、重心高、穗位系數(shù)、重心系數(shù)、基部節(jié)間莖粗、基部節(jié)間長度、基部節(jié)間長粗比總體上均高于膜下滴灌處理。

ZHANG 等[29]研究發(fā)現(xiàn)，膜下滴灌處理玉米較露地滴灌處理增產(chǎn)5.9%～8.8%。王罕博等[30]研究發(fā)現(xiàn)，旱作條件下覆膜處理玉米較露地處理增產(chǎn)15.3%。本研究發(fā)現(xiàn)，早熟玉米品種千粒質(zhì)量在無膜淺埋滴灌條件下顯著高于膜下滴灌；無膜淺埋滴灌處理穗粒數(shù)較膜下滴灌處理提高3.1%～7.3%；早熟玉米品種產(chǎn)量在無膜淺埋滴灌條件下略低于膜下滴灌，中、晚熟玉米品種產(chǎn)量較膜下滴灌處理提高0.9%～6.0%。這與前人[29‐30]研究結(jié)果略有不同，可能是因為在作物生長發(fā)育后期地膜覆蓋的增溫效應(yīng)不僅對生長發(fā)育、養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量形成沒有太多實際意義，還會加速作物根系早衰，縮短葉片和根系等營養(yǎng)器官吸收光合同化產(chǎn)物的時間[31]。也有研究表明，短期內(nèi)地膜覆蓋技術(shù)有較好的保墑能力和顯著的增產(chǎn)效果，但是長期使用會造成土壤有機質(zhì)大量分解和養(yǎng)分消耗，降低土壤吸水能力，使土壤水肥含量下降，并且作物產(chǎn)量也有逐年下降的趨勢，且隨著覆膜年份的增加殘膜污染越來越嚴重[32]。本研究發(fā)現(xiàn)，覆膜滴灌處理生產(chǎn)成本比無膜淺埋滴灌處理高，無膜淺埋滴灌處理經(jīng)濟效益較膜下滴灌處理提高2.8%～13.1%，這與梅園雪等[19]研究結(jié)論相似。

綜上所述，與膜下滴灌技術(shù)相比，無膜淺埋滴灌技術(shù)在保證玉米能夠正常成熟的前提下，總體上可以提高玉米穗粒數(shù)和產(chǎn)量，并提高經(jīng)濟效益和產(chǎn)投比，以中晚熟品種表現(xiàn)較好，適宜在中西部半干旱區(qū)大面積推廣應(yīng)用，經(jīng)濟效益可觀、生態(tài)效益明顯，具有極其廣闊的推廣前景。