水肥耦合對(duì)土壤水分及制種玉米產(chǎn)量的影響

劉風(fēng)

摘要：針對(duì)甘肅河西干旱灌區(qū)水資源不足和高產(chǎn)農(nóng)田長期存在施肥量過高和水資源利用率低下的現(xiàn)狀，以河西走廊干旱灌區(qū)大面積種植的制種玉米為對(duì)象，研究不同水肥處理對(duì)各生育期土壤水分、水肥利用效率和產(chǎn)量等方面的影響。結(jié)果表明，制種玉米在主要生育期耗水量以灌漿-成熟期最高，當(dāng)灌水量增加時(shí)，作物耗水量隨之增加，而水分利用效率逐漸降低，在相同灌水水平下，水分利用效率隨著施氮量的增加而增加。耗水強(qiáng)度在整個(gè)生育期表現(xiàn)出先增后減的趨勢，在抽穗-灌漿期耗水強(qiáng)度最大。根據(jù)制種玉米的耗水規(guī)律，確定了適宜的灌水時(shí)期，分別為拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄吐絲期、灌漿中后期。在相同的施氮水平下，制種玉米的產(chǎn)量隨著的灌水量的增加而增大。在相同灌水水平下，高水高氮處理下制種玉米的產(chǎn)量反而低于高水中氮處理下產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：水肥耦合;土壤水分;制種玉米;產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S513? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：1001-1463（2019）06-0041-05

Abstract：According to the situation of insufficient water resources and high fertilization amount and low utilization rate of water resources in high-yielding farmland of Hexi arid irrigation area in Gansu province， the effects of different water and fertilizer treatments on soil moisture， water and fertilizer use efficiency and yield at different growth stages were studied with corn seed planted in large area in Hexi corridor arid irrigation area. The results showed that the largest water consumption of corn for seed was Grouting-mature stage， when irrigation water increases， crop water consumption increases， while WUE decreases gradually. At the same irrigation level， WUE increased with the increase of nitrogen application. The water consumption intensity first increased and then decreased in the whole growth period， and the water consumption intensity was the highest in the period of heading-filling. According to the water consumption law of seed corn production， the suitable irrigation period was determined， including jointing stage， big trumpet mouth stage， tasseling and silking stage， middle and late stage of grouting. At the same nitrogen level， the yield of seed maize increased with the increase of irrigation water. However， under the same irrigation level， the yield of seed corn under high water and nitrogen treatment was lower than that under high water and nitrogen treatment.

Key words：Coupling of water and fertilizer;Soil Moisture;Producing corn seed;Yield

我國屬于資源性缺水國家，人均水資源只有世界平均水平的一半[1 ]，而西北地區(qū)多年平均水資源量僅占全國總量的5.84%[2 ]。甘肅河西內(nèi)陸河灌區(qū)是西北干旱灌區(qū)的主要組成部分。近年來，我國玉米雜交制種面積不斷擴(kuò)大，其數(shù)量和質(zhì)量安全直接影響全國的玉米生產(chǎn)和糧食安全以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[3 ]。甘肅省是我國最大的玉米種子生產(chǎn)基地，也是國家級(jí)玉米雜交種子生產(chǎn)基地之一，年種子供應(yīng)量占全國年用種量的60%以上，其中河西地區(qū)玉米種子供應(yīng)量占甘肅省的90%以上。河西地區(qū)作為我國重要的雜交玉米種子生產(chǎn)基地，有著得天獨(dú)厚的自然條件。該地區(qū)人均水資源不足全國人均水資源的2/3，僅為世界人均水資源的1/6，且降水量少而蒸發(fā)量大[4 ]。干旱缺水是影響和限制該區(qū)玉米制種產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的主要制約因素，如何發(fā)展高效節(jié)水節(jié)肥農(nóng)業(yè)是該地區(qū)亟待解決的一個(gè)重要問題，如何充分利用有限的水資源，提高水肥利用率是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和發(fā)展節(jié)水增效農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵 [5 ]。

在半干旱區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)中，水肥具有明顯的耦合關(guān)系，肥料的增產(chǎn)作用不僅在于肥料本身，更重要的還在于與土壤水分的互作，水肥耦合對(duì)作物產(chǎn)量的影響主要反映在水肥供應(yīng)水平上，Bray[6 ]研究表明，不同水分條件下施肥的效果存在很大差別，表現(xiàn)出產(chǎn)量的差異。趙炳梓等[7 ]對(duì)玉米和小麥水肥耦合研究的結(jié)果表明，高水、高氮不利于小麥對(duì)N的吸收，而玉米的吸氮量隨施肥量的增加而增加。張鳳翔等[8 ]通過盆栽試驗(yàn)對(duì)冬小麥生物學(xué)特性及產(chǎn)量影響進(jìn)行了研究，探討了水肥藕合對(duì)冬小麥生理性狀及產(chǎn)量的影響和機(jī)制，認(rèn)為水、N存在顯著耦合效應(yīng)，只有在適宜的土壤水分與養(yǎng)分條件下才能獲得較高的產(chǎn)量。旱作農(nóng)田冬小麥水肥耦合增產(chǎn)效應(yīng)相關(guān)研究證實(shí)，肥料減緩了土壤水分對(duì)產(chǎn)量的影響，提高了冬小麥產(chǎn)量和水分利用 率[8 ]。筆者以國家級(jí)雜交玉米制種基地膜下滴灌玉米雜交制種作為研究對(duì)象，以水肥資源高效利用、制種田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、生態(tài)安全為總原則，從玉米—水—產(chǎn)量關(guān)系、水肥耦合及水鹽運(yùn)動(dòng)等機(jī)理入手，進(jìn)行了玉米制種田水肥高效調(diào)控研究，并在此基礎(chǔ)上集成提出調(diào)控模式。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張掖節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站進(jìn)行。該試驗(yàn)站距離張掖市13 km，地理位置為東經(jīng)100° 26′，北緯38° 56′，海拔1 570 m，地下水位100 m。全年日照時(shí)數(shù)3 085 h，平均氣溫7 ℃，≥0 ℃的積溫為? ? 3 380 ℃，≥10 ℃的積溫為2 896 ℃，無霜期153 d，具有較好的光熱條件和較高的光溫生產(chǎn)力。

試驗(yàn)田土質(zhì)為輕壤土，0～200 cm平均土壤容重為1.376 g/cm3，田間最大體積含水量為31.68%，含有機(jī)質(zhì)7.9 g/kg、速效磷24.7 mg/kg、速效鉀82 mg/kg，年蒸發(fā)量? ? ? ?2 075 mm，年降水量不足130 mm，干旱指數(shù)高達(dá)10以上。該區(qū)域是大陸性干旱氣候地帶，屬于典型的無灌溉就無農(nóng)業(yè)的干旱灌溉地區(qū)，具有西北綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)的典型特征。

1.2? ?試驗(yàn)材料

指示玉米品種為“先玉335”，從敦煌種業(yè)先鋒良種有限公司購得。該品種具有耐旱、抗病蟲害能力強(qiáng)，適于密植等優(yōu)點(diǎn)。

1.3? ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，選擇地塊平整，地力均一，茬口一致的耕地作為試驗(yàn)地。試驗(yàn)小區(qū)寬5 m，長6.5 m，面積為32.5 m2，設(shè)1m寬的保護(hù)區(qū)。灌溉水平分別設(shè)置3個(gè)不同的梯度：低水（2 400 m3/hm2）、中水（4 800 m3/hm2）、高水（6 000 m3/hm2）。氮肥用量分別設(shè)置3個(gè)水平：低氮（120 kg/hm2）、中氮（240 kg/hm2）、高氮（360 kg/hm2）。試驗(yàn)共9個(gè)處理， 3次重復(fù)，共27個(gè)小區(qū)。磷肥和鉀肥按當(dāng)?shù)亓?xí)慣用量做為基肥一次性施入。各小區(qū)水肥處理見表1。

于2014年4月1日覆膜，4月13日播種玉米母本，父本分兩次播種，先后于 4 月 17 日和 4 月 20日分別播種。母本采用大小行種植，小行行距為 40 cm，大行為 60 cm，株距為 25 cm。父本點(diǎn)種在母本大行之間，采取插花式點(diǎn)種，株距約為 30 cm，播種深度 6～7 cm，總種植密度約為87 000株/hm2。

1.3? ?測定項(xiàng)目與方法

土壤含水量用烘干稱重法測定，每小區(qū)取2個(gè)樣，按20 cm分層，分別測定0～100 cm土壤含水量。制種玉米耗水量用水量平衡法計(jì)算，依據(jù)相臨2次土壤水分的測定結(jié)果，計(jì)算該時(shí)段內(nèi)的耗水量。

收獲時(shí)隨機(jī)取玉米15株/小區(qū)，測定穗長（第一果穗的長度cm）、穗粗（干果穗中部直徑cm）、單株有效穗數(shù)（小區(qū)總穗數(shù)/小區(qū)總株數(shù)）、禿尖度（cm）、穗行數(shù)（穗中部行數(shù)）、行粒數(shù)（果穗中代表性行內(nèi)的籽粒數(shù)）及千粒重。產(chǎn)量（kg/hm2）=每hm2穗數(shù)×每穗粒數(shù)×千粒重kg/1 000。

1.4? ?數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用SPSS 19.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?不同生育階段土壤含水量的變化

制種玉米在不同生育階段0～100 cm土壤含水率的變化如圖1所示。在播種—拔節(jié)期，0～60 cm土壤含水率介于10%～15%之間，之后隨土壤深度的增加土壤含水量逐漸增高;在拔節(jié)—抽穗期，土壤含水量大小依次為W3N3 > W3N2 > W3N1 > W2N3 > W2N2 > W2N1 > W1N3 > W1N2 > W1N1，表明高定額灌水明顯促進(jìn)土壤水分向深層土壤移動(dòng)，有利于提高土壤深層水分儲(chǔ)藏能力;在抽穗—灌漿期，60～100 cm土壤含水量大小依次為W3N1 > W3N3 > W3N2 > W2N2 > W1N3 > W2N1 > W1N1 > W2N3 > W1N2，此期間灌水定額較大時(shí)，適當(dāng)減少灌水次數(shù)不會(huì)影響土壤含水量;在灌漿—成熟期，各處理土壤水分含量明顯減少，60～80 cm土壤含水量依次為W3N1 > W3N2 > W1N1 > W1N3 > W3N3 > W2N2 > W2N1 > W2N3 > W1N2，這表明高水中氮（W3N2）處理對(duì)作物成熟期土壤深層水分沒有明顯的促進(jìn)作用。

2.2? ?水肥耦合條件下水分利用效率的變化

圖2是制種玉米在水肥耦合條件下其水分利用效率的變化。當(dāng)灌水增加時(shí)，水分利用效率逐漸下降。相同灌水水平下，水分利用效率隨著施氮量的增加而逐漸增加。當(dāng)灌水量大于4 800 m3/hm2時(shí)，隨著施氮量的增加水分利用效率反而下降。

2.3? ?水肥調(diào)控下制種玉米產(chǎn)量的變化

圖3為水肥耦合條件下制種玉米產(chǎn)量的變化。在同一施氮水平下，制種玉米的產(chǎn)量隨著灌水量的增加而增加，產(chǎn)量與灌水量呈極顯著的正相關(guān)。施氮量為240 kg/hm2時(shí)隨著灌水量的增加產(chǎn)量的增加幅度最大，灌水量達(dá)到6 000 m3/hm2時(shí)制種玉米的產(chǎn)量達(dá)到最大值17 000 kg/hm2，施氮量增加至360 kg/hm2時(shí)隨著灌水量的增加產(chǎn)量的增加幅度相對(duì)較小。在同一灌水條件下，制種玉米的產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加。當(dāng)灌水量為6 000 m3/hm2時(shí)，高氮（360 kg/hm2）條件下的產(chǎn)量反而比中氮（240 kg/hm2）條件下低，這說明在水分充足的條件下，過多的氮肥施用量不一定能明顯提高產(chǎn)量，同時(shí)也說明氮肥對(duì)于制種玉米產(chǎn)量的影響需要在一定的水分條件下才能最大限度的發(fā)揮效應(yīng)。

3? ?結(jié)論

研究表明，制種玉米在主要生育期耗水量以灌漿-成熟期最高。當(dāng)灌水量增加時(shí)，作物耗水量隨之增加，而水分利用效率逐漸降低，在相同灌水水平下，水分利用效率隨著施氮量的增加而增加。耗水強(qiáng)度在整個(gè)生育期表現(xiàn)出先增后減的趨勢，在抽穗-灌漿期耗水量最大。根據(jù)制種玉米的耗水規(guī)律，確定適宜的灌水時(shí)期分別為拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄吐絲期、灌漿中后期。

在相同的施氮水平下，制種玉米的產(chǎn)量隨著灌水量的增加而增大。但在相同灌水水平下，高水高氮處理的制種玉米產(chǎn)量反而低于高水中氮處理，說明在一定條件下降低水分或者減少氮肥的施用完全有可能達(dá)到高產(chǎn)的目的。

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（本文責(zé)編：陳? ? 珩）