不同灌溉施肥方式對夏玉米產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

關鍵詞：夏玉米；灌溉施肥方式；水氮利用效率；產量

黃淮海平原是我國夏玉米主產區，其播種面積和產量分別占全國的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。玉米是黃淮海區主要農作物之一，水分和氮素是影響玉米高產的兩個關鍵因素，兩者即相互促進又相互制約，合理的水氮措施可促進耦合效應的發生，是實現玉米綠色、高產、高效的重要途徑。因此，針對黃淮海灌溉區水資源緊缺、水肥利用效率低等問題，亟需優化水氮管理措施，最大程度發揮水氮耦合效應的正交互作用，達到“以水促肥”和“以肥調水的目的”，以實現夏玉米高產高效生產。

與傳統畦灌相比，噴灌可精準控制灌水時間和灌水量，且灌水均勻度高。研究表明，不同灌溉條件下玉米的干物質積累和養分吸收表現為滴灌最優，噴灌次之，漫灌最差。與漫灌相比，微噴灌能促進玉米干物質積累和籽粒灌漿，且微噴灌減肥20%與常規施肥條件下的玉米干物質積累無顯著差異。近年來，關于水氮互作效應對作物生長、產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量和經濟效益，水、肥利用效率也顯著提高。水肥一體化條件下減氮20%仍能獲得與傳統施肥模式（315kg N/hm2）相當的玉米產量，可見水肥配合是玉米高產穩產的重要措施。前人關于優化玉米水、氮管理措施的研究多集中于常規灌溉施肥和滴灌水肥一體化上，且多以單因素研究為主，而關于噴灌水肥一體化對玉米生長發育及其水氮耦合效應的研究鮮見報道。本試驗就不同灌溉方式和氮肥施用方式對夏玉米生長、產量和水氮利用的影響進行研究，旨在為黃淮海灌溉區夏玉米水肥一體化技術模式的應用推廣提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗概況

供試品種為鄭單958（ZD958）和登海605（DH605）。試驗于2019年6月至2020年10月在泰安市東平縣禾豐優質小麥種植專業合作社（ 35°57'52"N，116°21'27"E）進行。試驗地位于溫帶大陸季風性氣候區，土壤類型為褐土，肥力均勻。土壤理化性質為有機質含量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年玉米生育期內累計降雨量分別為273.95mm和482.13mm。

1.2試驗設計

試驗采用裂區設計，灌溉施肥方式為主區，品種為副區。小區面積50m2，小區之間留1.5m走道。設4個處理，農戶常規灌溉施肥模式（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大田。試驗設計及灌水量和施氮量見表1。

1.3測定項目及方法

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

1.3.2植株干物質積累于播種后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，根據下面公式計算水分利用效率（WUE）。

1.3.4氮肥偏生產力氮肥偏生產力（PFPN，kg/kg）=籽粒產量／施氮量。

1.4數據處理與分析

采用Microsoft Excel和SigmaPlot 12.5軟件對數據進行整理及作圖，采用SPSS 19.0軟件對數據進行差異顯著性分析（P<0.05）。

2結果與分析

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

方差分析結果（表2）表明，除品種對穗粒數（KN）、穗數（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量（GY）、千粒重（TGW）、穗粒數、穗數、氮肥偏生產力（PF-PN）和水分利用效率均具有極顯著影響?；プ餍治霰砻?，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均具有顯著影響。

2.2不同灌溉施肥方式對夏玉米產量及產量構成的影響

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%；穗數和穗粒數變化均與產量的變化趨勢相同，均表現為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和穗粒數，最終增加產量。

2.3不同灌溉施肥方式對夏玉米植株干物質積累速率的影響

由圖1可知，夏玉米的植株干物質積累速率隨生育進程呈現先上升后下降的趨勢，在播種后50～65d之間達到最大值。播種后50～65d，SF80%處理明顯提高DH605和ZD958的干物質積累速率，DH605的干物質積累速率（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力的影響

由圖3可知，SF80%處理下，DH605和ZD958的氮肥偏生產力均顯著提高，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

合理的水氮運籌可有效發揮水氮耦合效應，促進玉米對水分和養分的高效利用，實現玉米高產穩產。灌溉施肥方式對作物生長發育具有很大影響，實際生產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，同時增加植株倒伏和后期脫肥風險，不利于玉米高產高效生產。傳統滴灌方式存在造價高、噴頭易堵塞和輪作困難等缺點，噴灌水肥一體化技術同時兼具節水、節肥、輕便、低價、高效和易推廣等優點，對提高夏玉米產量、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量及水氮利用效率，實現節水節肥、增產增效?？偸┑繛?40kg/hm2時，微噴灌水肥一體化處理相比常規灌溉施肥的小麥產量提高3.32%～9.87%．當氮肥減施20%以內時，產量增加1.42%～6.60%。本試驗條件下，SF80%和SF100%處理下的穗粒數、單位面積穗數和產量顯著高于FP和SN處理．SF80%和SF100%處理間的穗數、穗粒數和產量無顯著差異（2019年的穗粒數及2019年ZD958的產量除外）。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和穗粒數，進而提高產量。

玉米的干物質積累量與產量有密切聯系。有研究表明，大水漫灌會導致中下層土壤保持較高的土壤水分，根區通透性變差，氧氣擴散率降低，從而抑制根系及植株生長。楊明達等研究表明，噴灌模式顯著提高吐絲后干物質積累量及其對籽粒的貢獻率，而干物質積累速率決定著干物質積累量的多少。本研究結果表明，播種后50d（吐絲期）到播種后65d期間各處理的干物質積累速率差異顯著，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積累速率，從而增加玉米的干物質積累量和產量。

水肥一體化可基于作物水肥需求規律實現水肥同步供應，能有效促進作物生長發育，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，提高養分利用效率。杜君、李升東等研究發現，與常規漫灌相比，采用滴灌水肥一體化技術可使玉米增產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力均表現為噴灌（SF80%、SF100%和SN）處理優于傳統灌溉施肥模式（FP），說明噴灌及噴灌水肥一體化可促進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結論

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