玉米滴灌水肥一體化條件下土壤水分遷移規(guī)律試驗(yàn)研究

王 柏，孫艷玲，于艷梅

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱 150080)

黑龍江省土地資源豐富，耕地面積在1593.33萬hm2，玉米作為全省主要高產(chǎn)作物，對糧食穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)意義重大。水肥一體化技術(shù)[1-2]是將灌溉與施肥融為一體同步控制的農(nóng)業(yè)新技術(shù)，是現(xiàn)代種植業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)綜合水肥管理措施，具有節(jié)水、節(jié)肥、增效等特點(diǎn)。李仙岳[3]研究表明膜下滴灌灌水后 1 d 濕潤飽和區(qū)主要集中在 0～30 cm 土層，其中 T1、T2、T3 處理的飽和區(qū)面積分別為 559.14，288.61 和 109.78 cm2。灌水 2 d 后，低灌水處理(T3)存在較明顯的水分虧缺。戚迎龍[4]研究結(jié)果顯示覆膜能降低表土在相等時(shí)間間隔內(nèi)水分消耗的差異，可降低表土水分消耗量在 0～60 cm 深耗水總量的占比率、并且削弱了濕潤土體水分消耗的垂向差異。覆膜降低了灌后 1～7 d 滴灌帶處土壤水分消耗量7.59 mm、降低了膜側(cè)處耗水量 9.44 mm。杜紅霞[5]研究表明不同氮肥施用量處理的硝態(tài)氮與土壤剖面水分隨土壤深度的變化趨勢基本是一致的，從控制土壤硝態(tài)氮積累和氮素利用率方面綜合考慮，夏季玉米的適宜施氮量范圍應(yīng)控制在120～240 kg/hm2。謝英荷[6]研究了不同灌水量和施氮量對夏玉米生長狀況、產(chǎn)量構(gòu)成及水、氮利用效率等的影響，結(jié)果表明水分利用效率和灌水生產(chǎn)效率隨灌水量的增加顯著降低，兩者都表現(xiàn)為 900 m3/hm2>1200 m3/hm2>1500 m3/hm2。尹光華[7]等研究表明，施N量對產(chǎn)量影響最大，灌溉量次之，施 P 量最??；耦合作用效應(yīng)大小順序?yàn)?N與P耦合>P與水耦合>N與水耦合。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)研究在黑龍江省水利科技試驗(yàn)研究中心自動感應(yīng)式遮雨棚的測坑內(nèi)進(jìn)行。該基地距哈爾濱市區(qū)16.5 km，總面積55 hm2，多年平均氣溫3.1 ℃，無霜期為130～140 d，年平均降水量多介于400～650 mm，7～9月份的降雨量占全年的70%，多年平均水面蒸發(fā)量796 mm，土壤質(zhì)地為壤土。土壤基本性質(zhì)為：速效氮(N)154.4 mg/kg，速效磷(P2O5)40.1 mg/kg，速效鉀(K2O)376.8 mg/kg，pH值為7.27。1 m土層內(nèi)的平均田間持水率(占干土重)為28.4%和土壤體積質(zhì)量為1.22 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試作物為玉米強(qiáng)盛31號。試驗(yàn)因素選取灌水量和施氮量，單次灌水量設(shè)2個(gè)灌溉水平：10 mm、20 mm；施肥量設(shè)3個(gè)施肥水平：水肥一體化100%施肥、水肥一體化75%施肥、水肥一體化50%。按照完全組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共計(jì)6個(gè)處理。另設(shè)覆膜滴灌不追氮肥的對照處理CK1、CK2，總計(jì)8個(gè)處理(詳見試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)表)，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共24個(gè)小區(qū)，小區(qū)的尺寸為2.0 m×2.5 m，各試驗(yàn)處理隨機(jī)排列。栽培模式采用110 cm大壟雙行，壟內(nèi)小行距40 cm，壟間大行距70 cm，壟臺寬70 cm，壟高15 cm，株距28 cm，種植密度6.3萬株/hm2。覆膜滴灌施肥采用“1/4W—1/2N—1/4W”的模式(前1/4 時(shí)間灌清水，中間1/2 時(shí)間施肥，后1/4 時(shí)間灌清水沖洗管網(wǎng))。玉米各生育期土壤相對水分含量(占田間最大持水量的百分率)控制范圍：播種至出苗65～75%，出苗至拔節(jié)60%～70%左右，拔節(jié)至抽雄70%～75%，抽雄至吐絲80%～85%，吐絲至乳熟75%～80%，完熟期60%左右。

表1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2 結(jié)果與分析

2.1 拔節(jié)期土壤水分遷移規(guī)律

2015年“低水+氮”、“高水+氮”耦合試驗(yàn)處理結(jié)果表明，灌水施肥后的第2天，60 cm土壤深度內(nèi)的土壤含量水平均值達(dá)到最大，隨著時(shí)間的推移，各試驗(yàn)處理土壤質(zhì)量含水量逐漸減小。不同水氮耦合試驗(yàn)處理土壤水分變化趨勢一致，在灌水施肥后的第2天和第4天，“高水+氮”耦合試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水量明顯大于“低水+氮”耦合試驗(yàn)處理，灌水后第2天“高水+氮”耦合試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水量比“低水+氮”耦合試驗(yàn)處理高2.62%；灌水施肥后10 d，高水灌溉試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水量與低水灌溉試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水量無明顯差別，表明不同滴灌灌水量對灌后4 d內(nèi)土壤60 cm深質(zhì)量含水量影響較大，隨著時(shí)間推移，各水氮耦合試驗(yàn)處理的土壤平均含水量變化趨勢一致,如圖1所示。

圖2是2015年拔節(jié)期灌水施肥后10 d內(nèi)0～60 cm土壤深度內(nèi)的土壤水分消退變化情況，灌水后2～4 d土壤水分消退量最大，隨著時(shí)間的推移，土壤水分消退量逐漸減小，不同水氮耦合試驗(yàn)處理在同一時(shí)段內(nèi)差異不顯著。在低水灌溉和不同氮肥耦合條件下，土壤水分消退量2～4 d、4～6 d、6～10 d分別為1.43%/d、0.92%/d、0.45%/d；在高水灌溉和不同氮肥耦合條件下，土壤水分消退量2～4 d、4～6 d、6～10 d分別為1.85%/d、1.10%/d、0.72%/d。“高水+氮”耦合試驗(yàn)處理灌水后2～4 d、4～6 d、6～10 d的土壤水分消退量比“低水+氮”耦合試驗(yàn)處理分別提高了29.7%、20.0%和58.7%，灌水后2～10 d“高水+氮”耦合試驗(yàn)處理的土壤水分消退量比“低水+氮”耦合試驗(yàn)處理提高了36.1%。

圖1 2015年拔節(jié)期不同水氮耦合處理土壤質(zhì)量含水量變化

圖2 2015年拔節(jié)期不同水氮耦合處理土壤水分消退量變化趨勢

2.2 抽雄期土壤水遷移退規(guī)律

2015年“低水+氮”、“高水+氮”耦合試驗(yàn)處理結(jié)果表明，灌水施肥后的第2天，60 cm土壤深度內(nèi)的土壤質(zhì)量含水量值達(dá)到最大，隨著時(shí)間的推移，各試驗(yàn)處理土壤質(zhì)量含水量逐漸減小。不同水氮耦合試驗(yàn)處理土壤水分變化趨勢一致，在灌水施肥后的初期的第2天、4天和第6天，“高水+氮”耦合試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水量明顯大于“低水+氮”耦合試驗(yàn)處理，灌水后第2天“高水+氮”耦合試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水量比“低水+氮”耦合試驗(yàn)處理高3.14%；表明不同滴灌灌水量對灌后6 d內(nèi)土壤60 cm深質(zhì)量含水量影響較大，隨著時(shí)間推移，各水氮耦合試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水量變化趨勢一致。灌水施肥后的10 d內(nèi)，低水低氮和低水高氮試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水量大于低水中氮和低水無氮；高水高氮試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水量大于高水低氮、高水中氮和高水無氮試驗(yàn)處理?！案咚?氮”耦合試驗(yàn)處理灌水后2～4 d、4～6 d、6～10 d的土壤質(zhì)量含水率比“低水+氮”耦合試驗(yàn)處理分別提高了54.8%、27.5%和48.2%，灌水后2～10 d“高水+氮”耦合試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水率比“低水+氮”耦合試驗(yàn)處理提高了43.5%，如圖3所示。

圖4是2015年抽雄期灌水施肥后10 d內(nèi)0～60 cm土壤深度內(nèi)的土壤水分消退變化情況，灌水后2～4 d土壤水分消退量最大，隨著時(shí)間的推移，土壤水分消退量逐漸減小，不同水氮耦合試驗(yàn)處理在同一時(shí)段內(nèi)差異不顯著。在低水灌溉和不同氮肥耦合條件下，土壤水分消退量2～4 d、4～6 d、6～10 d分別為0.83%/d、0.53%/d、0.49%/d；在高水灌溉和不同氮肥耦合條件下，土壤水分消退量2～4 d、4～6 d、6～10 d分別為1.36%/d、0.72%/d、0.66%/d。

圖3 2015年抽雄期不同水氮耦合試驗(yàn)處理土壤質(zhì)量含水量變化

圖4 2015年抽雄期不同水氮耦合試驗(yàn)處理土壤水分消退量變化趨勢

2.3 灌漿期土壤水分遷移變化規(guī)律

2015年“低水+氮”、“高水+氮”耦合試驗(yàn)處理結(jié)果表明，灌水施肥后的第2天，60 cm土壤深度內(nèi)的土壤質(zhì)量含水率達(dá)到最大，隨著時(shí)間的推移，各試驗(yàn)處理土壤質(zhì)量含水量逐漸減小。不同水氮耦合試驗(yàn)處理土壤水分變化趨勢一致，在灌水施肥后的初期的第2天和第4天，“高水+氮”耦合試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水量明顯大于“低水+氮”耦合試驗(yàn)處理，灌水后第2天“高水+氮”耦合試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水量比“低水+氮”耦合試驗(yàn)處理高3.0%；表明不同滴灌灌水量對灌后4 d內(nèi)土壤60 cm深質(zhì)量含水量影響較大，隨著時(shí)間推移，各水氮耦合試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水量變化趨勢一致。灌水施肥后的10 d內(nèi)，低水高肥試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水量大于低水低肥、低水中肥和低水無氮；高水高肥試驗(yàn)處理的土壤質(zhì)量含水量大于高水低肥、高水中肥和高水無氮試驗(yàn)處理，如圖5所示。

圖6是2015年灌漿期灌水施肥后10天內(nèi)0～60 cm土壤深度內(nèi)的土壤水分消退變化情況，灌水后2～4 d土壤水分消退量最大，隨著時(shí)間的推移，土壤水分消退量逐漸減小，不同水氮耦合試驗(yàn)處理在同一時(shí)段內(nèi)差異不顯著。在低水灌溉和不同氮肥耦合條件下，土壤水分消退量2～4 d、4～6 d、6～10 d分別為0.97%/d、0.66%/d、0.34%/d；在高水灌溉和不同氮肥耦合條件下，土壤水分消退量2～4 d、4～6 d、6～10 d分別為1.19%/d、0.76%/d、0.37%/d?！案咚?氮”耦合試驗(yàn)處理灌水后2～4 d、4～6 d、6～10 d的土壤水分消退量比“低水+氮”耦合試驗(yàn)處理分別提高了23.3%、14.1%和10.1%，灌水后2～10 d“高水+氮”耦合試驗(yàn)處理的土壤水分消退量比“低水+氮”耦合試驗(yàn)處理提高了15.8%。

圖5 2015年灌漿期不同水氮耦合試驗(yàn)處理土壤質(zhì)量含水量變化

圖6 2015年灌漿期不同水氮耦合試驗(yàn)處理土壤水分消退量變化趨勢

3 結(jié) 論

(1)灌水施肥后的第2天，60 cm土壤深度內(nèi)的土壤質(zhì)量含水量達(dá)到最大，隨著時(shí)間的推移，各試驗(yàn)處理土壤質(zhì)量含水量逐漸減小。玉米拔節(jié)期和灌漿期水肥一體化灌溉后4～6 d和6～10 d的土壤水分消退速度差異較大；玉米抽雄期水肥一體化灌溉后4～6 d和6～10 d的土壤水分消退速度差異較小，表明玉米抽雄期土壤水分消退速度較大，植株耗水量較大。

(2)不同單次灌水量條件下，玉米拔節(jié)期水肥一體化灌溉后2～4 d的土壤水分消退速度分別比4～6 d、6～10 d的土壤水分消退速度大0.51%～0.75%、0.97%～1.12%；玉米抽雄期水肥一體化灌溉后2～4 d的土壤水分消退分別比4～6 d、6～10 d的土壤質(zhì)量含水率消退速度大0.29%～0.34%、0.64%～0.70%；玉米灌漿期水肥一體化灌溉后2～4 d的土壤質(zhì)量含水率消退速度分別比4～6 d、6～10 d的土壤質(zhì)量含水率消退速度大0.30%～0.62%、0.43%～0.81%。