不同灌溉施肥方式对夏玉米产量和水氮利用的影响

李佳 王义 肖蓉 李亮 王悦 张慧 李宗新 钱欣 王良 苏玉晓 高英波 刘开昌

关键词：夏玉米；灌溉施肥方式；水氮利用效率；产量

黄淮海平原是我國夏玉米主产区，其播种面积和产量分别占全国的31.66%和31.06%，对保障国家粮食安全具有重要意义。该区夏玉米灌溉方式多以大水漫灌为主，加上“一炮轰”的施肥方式，造成水分和肥料利用率均降低。玉米是黄淮海区主要农作物之一，水分和氮素是影响玉米高产的两个关键因素，两者即相互促进又相互制约，合理的水氮措施可促进耦合效应的发生，是实现玉米绿色、高产、高效的重要途径。因此，针对黄淮海灌溉区水资源紧缺、水肥利用效率低等问题，亟需优化水氮管理措施，最大程度发挥水氮耦合效应的正交互作用，达到“以水促肥”和“以肥调水的目的”，以实现夏玉米高产高效生产。

与传统畦灌相比，喷灌可精准控制灌水时间和灌水量，且灌水均匀度高。研究表明，不同灌溉条件下玉米的干物质积累和养分吸收表现为滴灌最优，喷灌次之，漫灌最差。与漫灌相比，微喷灌能促进玉米干物质积累和籽粒灌浆，且微喷灌减肥20%与常规施肥条件下的玉米干物质积累无显著差异。近年来，关于水氮互作效应对作物生长、产量和水氮利用影响的研究较多1。前人研究表明，水、氮配合可以提高玉米的产量和经济效益，水、肥利用效率也显著提高。水肥一体化条件下减氮20%仍能获得与传统施肥模式（315kg N/hm2）相当的玉米产量，可见水肥配合是玉米高产稳产的重要措施。前人关于优化玉米水、氮管理措施的研究多集中于常规灌溉施肥和滴灌水肥一体化上，且多以单因素研究为主，而关于喷灌水肥一体化对玉米生长发育及其水氮耦合效应的研究鲜见报道。本试验就不同灌溉方式和氮肥施用方式对夏玉米生长、产量和水氮利用的影响进行研究，旨在为黄淮海灌溉区夏玉米水肥一体化技术模式的应用推广提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验概况

供试品种为郑单958（ZD958）和登海605（DH605）。试验于2019年6月至2020年10月在泰安市东平县禾丰优质小麦种植专业合作社（ 35°57'52"N，116°21'27"E）进行。试验地位于温带大陆季风性气候区，土壤类型为褐土，肥力均匀。土壤理化性质为有机质含量15.6g/kg、全氮1.04mg/g、碱解氮81.21mg/kg、速效钾213.15mg/kg、速效磷53.29mg/kg。2019年和2020年玉米生育期内累计降雨量分别为273.95mm和482.13mm。

1.2试验设计

试验采用裂区设计，灌溉施肥方式为主区，品种为副区。小区面积50m2，小区之间留1.5m走道。设4个处理，农户常规灌溉施肥模式（FP）：大水漫灌+种肥同播，缓控释肥（N：P，05：K20=26：11：11）750kg/hm2；喷灌+种肥同播（SN）：缓控释肥（N：P205：K20=26：11：11） 750kg/hm2；喷灌+水肥一体化（SF100%）：磷钾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分为种肥与大喇叭口期追肥施人：喷灌+水肥一体化+减氮20%（SF80%）：磷钾肥做基肥一次性施人，氮肥尿素（N46%）按4：6分为种肥与大喇叭口期追肥施人。试验分别于2019年6月23日和2020年6月23日播种，播种密度75000株／hm2，分别于2019年10月5日和2020年10月5日收获，其他管理措施同常规大田。试验设计及灌水量和施氮量见表1。

1.3测定项目及方法

1.3.1考种及测产每个小区选取有代表性的玉米2行（每行5m），记录有效穗数，取回所有果穗脱粒称重。采用均重法选取30穗用于室内考种，测定果穗穗长、秃尖长、穗粗、穗行数、行粒数，脱粒后测定千粒重和籽粒含水率，计算实际产量（按14%含水率折算）。

1.3.2植株干物质积累于播种后35d（大喇叭口期）、50d（吐丝期）和65、80、105d（成熟期）分别选取有代表性的植株3株，于105℃下杀青30min，然后在80℃下烘干至恒重称重。

1.3.3水分利用效率在播种前和收获后，每20cm为一层，取0～100cm间共5层土样，根据下面公式计算水分利用效率（WUE）。

1.3.4氮肥偏生产力氮肥偏生产力（PFPN，kg/kg）=籽粒产量／施氮量。

1.4数据处理与分析

采用Microsoft Excel和SigmaPlot 12.5软件对数据进行整理及作图，采用SPSS 19.0软件对数据进行差异显著性分析（P<0.05）。

2结果与分析

2.1年份、品种及不同灌溉施肥方式及其互作与夏玉米产量及其构成、氮肥偏生产力和WUE的方差分析

方差分析结果（表2）表明，除品种对穗粒数（KN）、穗数（EN）和水分利用效率（WUE）无显著影响外，年份、品种和灌溉施肥方式对产量（GY）、千粒重（TGW）、穗粒数、穗数、氮肥偏生产力（PF-PN）和水分利用效率均具有极显著影响。互作效应分析表明，除年份和品种互作对GY、PFPN和WUE，年份和灌溉施肥方式互作对GY、KN、EN和PFPN，年份、品种和灌溉施肥方式互作对GY、EN、PFPN和WUE无显著影响外，其余年份、品种和灌溉施肥方式间的互作对其他指标均具有显著影响。

2.2不同灌溉施肥方式对夏玉米产量及产量构成的影响

由表3可见，喷灌分次施肥处理（SF）可显著提高DH605和ZD958的产量，SF80%和SF100%处理间（除2019年的ZD958外）无显著差异。与FP、SN和SF100%处理相比，SF80%处理下DH605两年平均产量分别提高14.55%、7.66%和2.26%，ZD958分别提高35.93%、15.24%和7.84%；穗数和穗粒数变化均与产量的变化趋势相同，均表现为SF80%处理高于其他处理。这说明喷灌分次施肥处理通过增加穗数和穗粒数，最终增加产量。

2.3不同灌溉施肥方式对夏玉米植株干物质积累速率的影响

由图1可知，夏玉米的植株干物质积累速率随生育进程呈现先上升后下降的趋势，在播种后50～65d之间达到最大值。播种后50～65d，SF80%处理明显提高DH605和ZD958的干物质积累速率，DH605的干物质积累速率（两年平均）较FP、SN和SF100%处理分别提高35.99%、17.59%和11.00%，ZD958（两年平均）分别提高61.68%、38.26%和12.99%。

2.4不同灌溉施肥方式对夏玉米水分利用效率的影响

由图2可知，喷灌分次施肥处理（SF）可显著提高DH605和ZD958的水分利用效率，且SF80%处理显著高于SF100%处理（2019年的DH605除外）。与FP、SN和SFlOO%处理相比，SF80%处理下DH605的水分利用效率（两年平均）分别提高23.73%、12.61%和8.86%，ZD958（两年平均）分别提高40.81%、21.79%和11.13%。

2.5不同灌溉施肥方式对夏玉米氮肥偏生产力的影响

由图3可知，SF80%处理下，DH605和ZD958的氮肥偏生产力均显著提高，与FP、SN和SF100%处理相比，DH605（两年平均）分别提高43.19%．34.58%和27.82%，ZD958（两年平均）分别提高69.91%、44.05%和34.80%。

3讨论

合理的水氮运筹可有效发挥水氮耦合效应，促进玉米对水分和养分的高效利用，实现玉米高产稳产。灌溉施肥方式对作物生长发育具有很大影响，实际生产中种植户多采用大水漫灌和“一炮轰”的灌溉施肥方式。该模式加大了肥料淋溶损失，同时增加植株倒伏和后期脱肥风险，不利于玉米高产高效生产。传统滴灌方式存在造价高、喷头易堵塞和轮作困难等缺点，喷灌水肥一体化技术同时兼具节水、节肥、轻便、低价、高效和易推广等优点，对提高夏玉米产量、水肥利用效率和缓解水资源短缺等方面具有重要作用。前人研究表明，适宜灌水量下，减少氮肥投入有利于提高玉米產量及水氮利用效率，实现节水节肥、增产增效。总施氮量为240kg/hm2时，微喷灌水肥一体化处理相比常规灌溉施肥的小麦产量提高3.32%～9.87%．当氮肥减施20%以内时，产量增加1.42%～6.60%。本试验条件下，SF80%和SF100%处理下的穗粒数、单位面积穗数和产量显著高于FP和SN处理．SF80%和SF100%处理间的穗数、穗粒数和产量无显著差异（2019年的穗粒数及2019年ZD958的产量除外）。综上表明，合理的灌溉施肥方式可提高夏玉米单位面积穗数和穗粒数，进而提高产量。

玉米的干物质积累量与产量有密切联系。有研究表明，大水漫灌会导致中下层土壤保持较高的土壤水分，根区通透性变差，氧气扩散率降低，从而抑制根系及植株生长。杨明达等研究表明，喷灌模式显著提高吐丝后干物质积累量及其对籽粒的贡献率，而干物质积累速率决定着干物质积累量的多少。本研究结果表明，播种后50d（吐丝期）到播种后65d期间各处理的干物质积累速率差异显著，SF80%和SF100%处理的明显高于FP和SN处理，SF80%和SF100%处理间差异较小。说明水肥一体化喷灌模式可提高玉米的干物质积累速率，从而增加玉米的干物质积累量和产量。

水肥一体化可基于作物水肥需求规律实现水肥同步供应，能有效促进作物生长发育，提高水肥利用效率。研究表明，水肥一体滴灌相对于大水漫灌改善了土壤通透性，提高养分利用效率。杜君、李升东等研究发现，与常规漫灌相比，采用滴灌水肥一体化技术可使玉米增产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产力均表现为喷灌（SF80%、SF100%和SN）处理优于传统灌溉施肥模式（FP），说明喷灌及喷灌水肥一体化可促进夏玉米水分及氮肥的吸收利用：SF80%处理的水分利用效率和氮肥偏生产力显著高于FP、SN和SF100%处理（2019年DH605的WUE除外），表明喷灌水肥一体化模式下减氮20%可显著提高水分和氮肥的利用率。

4结论

相比传统灌溉施肥模式，喷灌水肥一体化模式可显著提高夏玉米的干物质积累速率、水分利用效率和氮肥偏生产力及产量：减氮20%可在保证干物质积累速率及产量不降低的同时显著提高水分利用效率及氮肥偏生产力。喷灌+水肥一体化+减氮20%可以作为黄淮海区夏玉米节水减氮生产的灌溉施肥模式。