不同灌溉施肥方式對夏玉米產(chǎn)量和水氮利用的影響

李佳 王義 肖蓉 李亮 王悅 張慧 李宗新 錢欣 王良 蘇玉曉 高英波 劉開昌

關(guān)鍵詞：夏玉米；灌溉施肥方式；水氮利用效率；產(chǎn)量

黃淮海平原是我國夏玉米主產(chǎn)區(qū)，其播種面積和產(chǎn)量分別占全國的31.66%和31.06%，對保障國家糧食安全具有重要意義。該區(qū)夏玉米灌溉方式多以大水漫灌為主，加上“一炮轟”的施肥方式，造成水分和肥料利用率均降低。玉米是黃淮海區(qū)主要農(nóng)作物之一，水分和氮素是影響玉米高產(chǎn)的兩個(gè)關(guān)鍵因素，兩者即相互促進(jìn)又相互制約，合理的水氮措施可促進(jìn)耦合效應(yīng)的發(fā)生，是實(shí)現(xiàn)玉米綠色、高產(chǎn)、高效的重要途徑。因此，針對黃淮海灌溉區(qū)水資源緊缺、水肥利用效率低等問題，亟需優(yōu)化水氮管理措施，最大程度發(fā)揮水氮耦合效應(yīng)的正交互作用，達(dá)到“以水促肥”和“以肥調(diào)水的目的”，以實(shí)現(xiàn)夏玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)。

與傳統(tǒng)畦灌相比，噴灌可精準(zhǔn)控制灌水時(shí)間和灌水量，且灌水均勻度高。研究表明，不同灌溉條件下玉米的干物質(zhì)積累和養(yǎng)分吸收表現(xiàn)為滴灌最優(yōu)，噴灌次之，漫灌最差。與漫灌相比，微噴灌能促進(jìn)玉米干物質(zhì)積累和籽粒灌漿，且微噴灌減肥20%與常規(guī)施肥條件下的玉米干物質(zhì)積累無顯著差異。近年來，關(guān)于水氮互作效應(yīng)對作物生長、產(chǎn)量和水氮利用影響的研究較多1。前人研究表明，水、氮配合可以提高玉米的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，水、肥利用效率也顯著提高。水肥一體化條件下減氮20%仍能獲得與傳統(tǒng)施肥模式（315kg N/hm2）相當(dāng)?shù)挠衩桩a(chǎn)量，可見水肥配合是玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施。前人關(guān)于優(yōu)化玉米水、氮管理措施的研究多集中于常規(guī)灌溉施肥和滴灌水肥一體化上，且多以單因素研究為主，而關(guān)于噴灌水肥一體化對玉米生長發(fā)育及其水氮耦合效應(yīng)的研究鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)就不同灌溉方式和氮肥施用方式對夏玉米生長、產(chǎn)量和水氮利用的影響進(jìn)行研究，旨在為黃淮海灌溉區(qū)夏玉米水肥一體化技術(shù)模式的應(yīng)用推廣提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)概況

供試品種為鄭單958（ZD958）和登海605（DH605）。試驗(yàn)于2019年6月至2020年10月在泰安市東平縣禾豐優(yōu)質(zhì)小麥種植專業(yè)合作社（ 35°57'52"N，116°21'27"E）進(jìn)行。試驗(yàn)地位于溫帶大陸季風(fēng)性氣候區(qū)，土壤類型為褐土，肥力均勻。土壤理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)含量15.6g/kg、全氮1.04mg/g、堿解氮81.21mg/kg、速效鉀213.15mg/kg、速效磷53.29mg/kg。2019年和2020年玉米生育期內(nèi)累計(jì)降雨量分別為273.95mm和482.13mm。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，灌溉施肥方式為主區(qū)，品種為副區(qū)。小區(qū)面積50m2，小區(qū)之間留1.5m走道。設(shè)4個(gè)處理，農(nóng)戶常規(guī)灌溉施肥模式（FP）：大水漫灌+種肥同播，緩控釋肥（N：P，05：K20=26：11：11）750kg/hm2；噴灌+種肥同播（SN）：緩控釋肥（N：P205：K20=26：11：11） 750kg/hm2；噴灌+水肥一體化（SF100%）：磷鉀肥做基肥一次性施人（P20；82.5kg/hm2，K20 82.5 kg/hm2），氮肥尿素（N46%）按4：6分為種肥與大喇叭口期追肥施人：噴灌+水肥一體化+減氮20%（SF80%）：磷鉀肥做基肥一次性施人，氮肥尿素（N46%）按4：6分為種肥與大喇叭口期追肥施人。試驗(yàn)分別于2019年6月23日和2020年6月23日播種，播種密度75000株／hm2，分別于2019年10月5日和2020年10月5日收獲，其他管理措施同常規(guī)大田。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及灌水量和施氮量見表1。

1.3測定項(xiàng)目及方法

1.3.1考種及測產(chǎn)每個(gè)小區(qū)選取有代表性的玉米2行（每行5m），記錄有效穗數(shù)，取回所有果穗脫粒稱重。采用均重法選取30穗用于室內(nèi)考種，測定果穗穗長、禿尖長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)，脫粒后測定千粒重和籽粒含水率，計(jì)算實(shí)際產(chǎn)量（按14%含水率折算）。

1.3.2植株干物質(zhì)積累于播種后35d（大喇叭口期）、50d（吐絲期）和65、80、105d（成熟期）分別選取有代表性的植株3株，于105℃下殺青30min，然后在80℃下烘干至恒重稱重。

1.3.3水分利用效率在播種前和收獲后，每20cm為一層，取0～100cm間共5層土樣，根據(jù)下面公式計(jì)算水分利用效率（WUE）。

1.3.4氮肥偏生產(chǎn)力氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN，kg/kg）=籽粒產(chǎn)量／施氮量。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel和SigmaPlot 12.5軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及作圖，采用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析（P<0.05）。

2結(jié)果與分析

2.1年份、品種及不同灌溉施肥方式及其互作與夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成、氮肥偏生產(chǎn)力和WUE的方差分析

方差分析結(jié)果（表2）表明，除品種對穗粒數(shù)（KN）、穗數(shù)（EN）和水分利用效率（WUE）無顯著影響外，年份、品種和灌溉施肥方式對產(chǎn)量（GY）、千粒重（TGW）、穗粒數(shù)、穗數(shù)、氮肥偏生產(chǎn)力（PF-PN）和水分利用效率均具有極顯著影響?；プ餍?yīng)分析表明，除年份和品種互作對GY、PFPN和WUE，年份和灌溉施肥方式互作對GY、KN、EN和PFPN，年份、品種和灌溉施肥方式互作對GY、EN、PFPN和WUE無顯著影響外，其余年份、品種和灌溉施肥方式間的互作對其他指標(biāo)均具有顯著影響。

2.2不同灌溉施肥方式對夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表3可見，噴灌分次施肥處理（SF）可顯著提高DH605和ZD958的產(chǎn)量，SF80%和SF100%處理間（除2019年的ZD958外）無顯著差異。與FP、SN和SF100%處理相比，SF80%處理下DH605兩年平均產(chǎn)量分別提高14.55%、7.66%和2.26%，ZD958分別提高35.93%、15.24%和7.84%；穗數(shù)和穗粒數(shù)變化均與產(chǎn)量的變化趨勢相同，均表現(xiàn)為SF80%處理高于其他處理。這說明噴灌分次施肥處理通過增加穗數(shù)和穗粒數(shù)，最終增加產(chǎn)量。

2.3不同灌溉施肥方式對夏玉米植株干物質(zhì)積累速率的影響

由圖1可知，夏玉米的植株干物質(zhì)積累速率隨生育進(jìn)程呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在播種后50～65d之間達(dá)到最大值。播種后50～65d，SF80%處理明顯提高DH605和ZD958的干物質(zhì)積累速率，DH605的干物質(zhì)積累速率（兩年平均）較FP、SN和SF100%處理分別提高35.99%、17.59%和11.00%，ZD958（兩年平均）分別提高61.68%、38.26%和12.99%。

2.4不同灌溉施肥方式對夏玉米水分利用效率的影響

由圖2可知，噴灌分次施肥處理（SF）可顯著提高DH605和ZD958的水分利用效率，且SF80%處理顯著高于SF100%處理（2019年的DH605除外）。與FP、SN和SFlOO%處理相比，SF80%處理下DH605的水分利用效率（兩年平均）分別提高23.73%、12.61%和8.86%，ZD958（兩年平均）分別提高40.81%、21.79%和11.13%。

2.5不同灌溉施肥方式對夏玉米氮肥偏生產(chǎn)力的影響

由圖3可知，SF80%處理下，DH605和ZD958的氮肥偏生產(chǎn)力均顯著提高，與FP、SN和SF100%處理相比，DH605（兩年平均）分別提高43.19%．34.58%和27.82%，ZD958（兩年平均）分別提高69.91%、44.05%和34.80%。

3討論

合理的水氮運(yùn)籌可有效發(fā)揮水氮耦合效應(yīng)，促進(jìn)玉米對水分和養(yǎng)分的高效利用，實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。灌溉施肥方式對作物生長發(fā)育具有很大影響，實(shí)際生產(chǎn)中種植戶多采用大水漫灌和“一炮轟”的灌溉施肥方式。該模式加大了肥料淋溶損失，同時(shí)增加植株倒伏和后期脫肥風(fēng)險(xiǎn)，不利于玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)。傳統(tǒng)滴灌方式存在造價(jià)高、噴頭易堵塞和輪作困難等缺點(diǎn)，噴灌水肥一體化技術(shù)同時(shí)兼具節(jié)水、節(jié)肥、輕便、低價(jià)、高效和易推廣等優(yōu)點(diǎn)，對提高夏玉米產(chǎn)量、水肥利用效率和緩解水資源短缺等方面具有重要作用。前人研究表明，適宜灌水量下，減少氮肥投入有利于提高玉米產(chǎn)量及水氮利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥、增產(chǎn)增效?？偸┑繛?40kg/hm2時(shí)，微噴灌水肥一體化處理相比常規(guī)灌溉施肥的小麥產(chǎn)量提高3.32%～9.87%．當(dāng)?shù)蕼p施20%以內(nèi)時(shí)，產(chǎn)量增加1.42%～6.60%。本試驗(yàn)條件下，SF80%和SF100%處理下的穗粒數(shù)、單位面積穗數(shù)和產(chǎn)量顯著高于FP和SN處理．SF80%和SF100%處理間的穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量無顯著差異（2019年的穗粒數(shù)及2019年ZD958的產(chǎn)量除外）。綜上表明，合理的灌溉施肥方式可提高夏玉米單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)，進(jìn)而提高產(chǎn)量。

玉米的干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量有密切聯(lián)系。有研究表明，大水漫灌會(huì)導(dǎo)致中下層土壤保持較高的土壤水分，根區(qū)通透性變差，氧氣擴(kuò)散率降低，從而抑制根系及植株生長。楊明達(dá)等研究表明，噴灌模式顯著提高吐絲后干物質(zhì)積累量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率，而干物質(zhì)積累速率決定著干物質(zhì)積累量的多少。本研究結(jié)果表明，播種后50d（吐絲期）到播種后65d期間各處理的干物質(zhì)積累速率差異顯著，SF80%和SF100%處理的明顯高于FP和SN處理，SF80%和SF100%處理間差異較小。說明水肥一體化噴灌模式可提高玉米的干物質(zhì)積累速率，從而增加玉米的干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量。

水肥一體化可基于作物水肥需求規(guī)律實(shí)現(xiàn)水肥同步供應(yīng)，能有效促進(jìn)作物生長發(fā)育，提高水肥利用效率。研究表明，水肥一體滴灌相對于大水漫灌改善了土壤通透性，提高養(yǎng)分利用效率。杜君、李升東等研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)漫灌相比，采用滴灌水肥一體化技術(shù)可使玉米增產(chǎn)5.32%～6.13%．水分利用效率提高36.10%～39.42%，氮肥利用率提高37.56%～35.29%。本研究中水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)為噴灌（SF80%、SF100%和SN）處理優(yōu)于傳統(tǒng)灌溉施肥模式（FP），說明噴灌及噴灌水肥一體化可促進(jìn)夏玉米水分及氮肥的吸收利用：SF80%處理的水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于FP、SN和SF100%處理（2019年DH605的WUE除外），表明噴灌水肥一體化模式下減氮20%可顯著提高水分和氮肥的利用率。

4結(jié)論

相比傳統(tǒng)灌溉施肥模式，噴灌水肥一體化模式可顯著提高夏玉米的干物質(zhì)積累速率、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力及產(chǎn)量：減氮20%可在保證干物質(zhì)積累速率及產(chǎn)量不降低的同時(shí)顯著提高水分利用效率及氮肥偏生產(chǎn)力。噴灌+水肥一體化+減氮20%可以作為黃淮海區(qū)夏玉米節(jié)水減氮生產(chǎn)的灌溉施肥模式。