膜下滴灌水肥耦合設(shè)計對河西灌區(qū)玉米生長指標(biāo)的影響

賈麗炯 王文婷 王多平

摘 要 為探究河西灌區(qū)膜下滴灌玉米的最優(yōu)灌溉定額和施氮水平組合，設(shè)置3個水分處理（T1、T2、T3）及3個氮肥處理（F1、F2、F3），開展不同灌溉量和施氮量對膜下滴灌玉米生長指標(biāo)的影響試驗。結(jié)果表明，不同水氮處理對玉米株高、莖粗、葉面積指數(shù)、冠層覆蓋度和地上干物質(zhì)量均有影響;從全生育期分析，隨著水分和氮肥量的增加，各指標(biāo)整體呈增加趨勢，最大值均出現(xiàn)在高水中肥（T3F2）條件下。

關(guān)鍵詞 玉米;滴灌設(shè)計;水肥耦合;生長特性;甘肅省河西灌區(qū)

中圖分類號：S513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.16.075

甘肅省河西地區(qū)水資源有限，降水量偏少，蒸發(fā)量較大。玉米作為當(dāng)?shù)刂匾拇筇镒魑?，栽培面積大，廣泛應(yīng)用了滴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)[1-2]。在河西地區(qū)玉米栽培中，水氮管理方式較為粗放，最優(yōu)水肥策略尚未明確。為研究膜下滴灌水肥耦合設(shè)計對玉米生長指標(biāo)的影響，在不同水分梯度和氮肥梯度下，探究各生育時期玉米株高、徑粗、葉面積指數(shù)、冠層覆蓋度和地上干物質(zhì)量的變化規(guī)律，分析不同水肥處理對玉米全生育期各生長指標(biāo)的影響，確定合理的灌水量和施氮量組合，為甘肅省河西干旱灌區(qū)玉米膜下滴灌水肥管理和高產(chǎn)栽培提供一定的理論指導(dǎo)和實踐經(jīng)驗[3-5]。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于甘肅省武威市民勤縣勤鋒保護(hù)站，地理位置為東經(jīng)103°01′，北緯38°73′，是典型的荒漠氣候，多年平均氣溫7.8 ℃，多年平均降水量110 mm，蒸發(fā)量2 644 mm，日照時間3 028 h，0 ℃以上積溫為3 550 ℃，無霜期達(dá)162 d，最大凍土埋深115 cm，降雨主要集中在7—9月，占全年降水量的90%以上。試驗區(qū)土質(zhì)為均質(zhì)砂壤土，平均田間持水量和土壤容重分別為20.0%和1.58 g·cm-3。

1.2 試驗設(shè)計

試驗玉米品種為先玉335，設(shè)計3個水分處理（T1、T2、T3）及3個氮肥處理（F1、F2、F3），每個處理設(shè)置1個小區(qū)，共9個小區(qū)，每個小區(qū)設(shè)定3膜，每膜種植3行玉米，行距40 cm、株距30 cm。滴灌帶一膜兩行鋪設(shè)在玉米種植帶中間，T1、T2、T3處理每 667 m2灌水量依次為25 m3、30 m3、35 m3，分別在拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期、開花期和灌漿期灌水1次，通過水表讀取灌水量;各灌水處理分別設(shè)定3個氮肥梯度，F(xiàn)1、F2、F3處理每667 m2純氮量（尿素含氮量46.6%）為10 kg、20 kg、30 kg，按照3∶5∶2的比例分別在拔節(jié)期、大喇叭口期、開花期施加，施氮時直接稱量，然后通過文丘里施肥器施入。2021年4月25日播種，10月2日收獲。

1.3 測試項目及方法

1.3.1 玉米生長指標(biāo)測定

在玉米各生育期用直尺（精度1 mm）測定株高、葉片長度和寬度，用數(shù)顯游標(biāo)卡尺（精度0.01 mm）測定玉米莖稈地上5 cm處的縱莖（mm）、橫莖（mm），利用公式（1）計算徑粗（mm2）。

徑粗=縱莖×橫莖×0.785 （1）

葉面積根據(jù)式（2）計算。

（2）

式（2）中：S為單株葉面積，cm2;K為校正系數(shù);L為葉長，cm;B為葉寬，cm;N為所測株數(shù)。

葉面積指數(shù)LAI按式（3）計算。

（3）

式（3）中：S為單株葉面積，cm2;n為單位土地面積總株數(shù);s為單位土地面積，cm2。

1.3.2 土壤水分測定

利用烘干法測定土壤水分，每次灌水前一天和后一天通過土鉆取土0～100 cm，降雨后加測一次，測試方法同上。

1.3.3 地上干物質(zhì)量測定及函數(shù)擬合關(guān)系

將采摘后玉米嫩稈105 ℃烘箱殺青1 h后，在

75 ℃條件下烘48 h至恒重，測定地上干物質(zhì)質(zhì)量。

采用Logistic函數(shù)模擬各處理下地上干物質(zhì)量與播種后生長天數(shù)之間的關(guān)系，表達(dá)式如（4）所示。

（4）

式（4）中：a、b、k均為擬合參數(shù);y指地上干物質(zhì)量，g;x指干物質(zhì)量對應(yīng)的播種后天數(shù)，d。

1.3.4 冠層覆蓋度計算

冠層覆蓋度（CC）采用Hsiao等推薦的由葉面積指數(shù)轉(zhuǎn)換得到的經(jīng)驗公式進(jìn)行計算。

CC=1.005×[1-exp（-0.6LAI）]1.2（5）

式（5）中：CC為冠層覆蓋度;LAI為葉面積指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用Microsoft Office Excel 2010和Origin Pro 2018進(jìn)行繪圖，IBM SPSS Statistics 22.0對各指標(biāo)進(jìn)行方差分析及顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮耦合對玉米株高的影響

不同水分和氮肥處理對株高的影響較大。從整體株高變化分析，隨著灌水量的增加，株高也隨之增加，如圖1所示。拔節(jié)期高水中肥處理有利于玉米更好生長;大喇叭口期相同氮肥條件下，隨著水分的增加，株高也隨著增加;開花期灌水量增大有利于玉米生長，但氮肥量影響不大;灌漿期隨灌水量的增加株高整體呈增加趨勢。同一水分條件下，氮肥梯度變化對灌漿期玉米株高影響不顯著。

2.2 水氮耦合對玉米徑粗的影響

同一水分處理條件下，隨著玉米生育期的推進(jìn)，玉米徑粗生長呈現(xiàn)先快速增長再逐漸平緩的趨勢，在拔節(jié)期和大喇叭口期增長最明顯。如圖2所示，在T3水分條件下，F(xiàn)2處理玉米的徑粗增長量較其他氮肥處理增長量多。拔節(jié)期保持良好的土壤水分條件有利于玉米徑粗的增長，但增施氮肥對促進(jìn)玉米徑粗增長不明顯;大喇叭口期氮肥量為F3時不利于玉米徑粗的增長，為F2時玉米徑粗最大;開花期T3F2處理條件下作物生長良好，徑粗最大;玉米灌漿期T3F2處理時徑粗最大。灌水量和施氮量增加有利于玉米徑粗的增長，但施氮量偏大，不利于玉米徑粗的增長。

2.3 水氮耦合對玉米葉面積指數(shù)的影響

如圖3所示，在各處理條件下，玉米從拔節(jié)期到灌漿期葉面積指數(shù)變化呈先快速增長，隨后逐漸平緩的趨勢;大喇叭口期隨灌水量和施氮量的增加，葉面積指數(shù)整體呈增加趨勢;開花期T3F2處理較其他各處理有顯著性差異;灌漿期葉面積指數(shù)最大值為T3F2處理。在玉米灌溉不足的情況下，加大氮肥施用量不僅造成肥料的浪費，也不利于玉米正常生長。

2.4 水氮耦合對玉米冠層覆蓋度的影響

冠層覆蓋度表征了玉米葉片生長和地表覆蓋的狀況。如表1所示，在拔節(jié)期冠層覆蓋度均低于0.150，屬于低覆蓋度;大喇叭口期之后，冠層覆蓋度均在0.650以上，具有較高的冠層覆蓋度。不同水氮處理對玉米冠層覆蓋度影響較大，隨著灌水量的增加，冠層覆蓋度呈增加趨勢，最大值均出現(xiàn)在高水中肥（T3F2）處理下。

2.5 水氮耦合對玉米地上干物質(zhì)量的影響

從表2數(shù)據(jù)可知，拔節(jié)期（播種后30～60 d）灌水量和施氮量對玉米地上干物質(zhì)量變化影響不大;大喇叭口期影響較大（播種50～80 d），該生育期是玉米的關(guān)鍵需水期，充足的水分和氮肥供應(yīng)有利于玉米的快速生長;開花期（播種60～90 d）地上干物質(zhì)量隨灌水量和施氮量整體呈增加的趨勢;T3F2處理在玉米灌漿期獲得了最大的地上干物質(zhì)量，是一種較優(yōu)的灌水施氮量組合;Logistic函數(shù)可以較好地模擬各處理下地上干物質(zhì)量與播種后生長天數(shù)之間的關(guān)系，R2均在0.95以上。

3 結(jié)論與討論

基于滴灌節(jié)水灌溉技術(shù)，在甘肅省河西干旱區(qū)開展了不同灌溉定額和施氮水平對膜下滴灌玉米生長指標(biāo)等方面的影響研究。從整體株高變化看，株高隨著灌水量的增加而增加。從全生育期各個水肥處理對徑粗的影響分析，隨著水分和氮肥量的增加，徑粗整體呈增加趨勢，T3F2處理最大。玉米全生育期，葉面積指數(shù)呈先快速增長，隨后逐漸平緩的變化趨勢。隨著灌水量和施氮量的增加，冠層覆蓋度呈增加趨勢，冠層覆蓋度最大值出現(xiàn)在高水中肥（T3F2）處理，從拔節(jié)期到灌漿期，T3F2處理較其他處理差異顯著。各處理玉米地上干物質(zhì)量隨播種后天數(shù)均呈“慢—快—慢”的S型生長曲線，R2均在0.95以上。從整個生育期和處理綜合分析，水分不足將影響玉米地下和地上生物量，在水分供給良好的條件下，中度施氮量更有利于玉米地上和地下生物量的生長。

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（責(zé)任編輯：張春雨）