水氮耦合对制种玉米生长及产量的影响

张永玲，肖 让，卜一帆，孔维康，冉志为，乔爱霞，刘彦龙

（河西学院土木工程学院，河西走廊水资源保护利用研究所，甘肃 张掖 734000）

0 引言

玉米是我国主要粮食作物，甘肃省中西部的河西走廊属于传统农业建设开发区，灌溉农业发达，土壤肥沃、耕地集中、光照充足、气候干燥、降水量偏低、昼夜温差较大、地势较为平坦及具备机械化耕作条件，近年来已成为全国最大的制种玉米主产区之一[1]。但跟踪调查结果显示，由于缺乏科学的水肥利用参数，灌溉技术在应用过程中仍然参照传统漫灌模式进行灌水和施肥，盲目灌溉和过量施肥现象普遍，作物水肥利用效率较低[2]。国内在制种玉米水肥利用及水或肥某一单一变量对制种玉米的影响方面已开展了较多研究，但在针对水氮交互组合模式下的制种玉米产量及利用效率的研究相对较少，本试验研究不同水氮耦合条件对制种玉米生长和产量的影响，为建立制种玉米水肥一体化高效灌水施氮方案和水氮资源合理利用提供理论依据[3-11]。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021 年4−9 月在甘肃省张掖市甘州区园艺场进行，地理位置北纬38°32′42"，东经100°47′36"，海拔1 474 m，全年日照时数3 085 h，无霜期138～179 d，年平均温度7.1 °C，年平均降雨量128.7 mm。在整地前对试验田块0～30 cm 耕层土壤取样，进行实验室分析，试验田土壤初始理化性质如表1所示。

表1 试验地土壤理化性质Tab.1 Physical and chemical properties of soil in test site

1.2 试验设计

本试验为水分和施氮量两个因素的大田试验。将制种玉米生育期按其生长特点分为5 个阶段：苗期、拔节期、吐丝期、灌浆期和成熟期。土壤水分设3 个梯度：W1低水灌溉（土壤含水量为田间持水量的50%～60%）、W2中水灌溉（土壤含水量为田间持水量的60%～70%）和W3高水灌溉（土壤含水量为田间持水量的70%～80%）。施氮量设3 个水平：N1低氮（340 kg/hm2）、N2中氮（450 kg/hm2）和N3高氮（560 kg/hm2）。尿素为供试氮肥肥料，磷肥和钾肥各处理保持同水平，当地制种玉米的氮肥施用量450 kg/hm2。试验共10 个处理，3 组重复，共30 个小区，每个小区面积36 m2（9 m×4 m），采用随机区组设计，行距50 cm、株距25 cm。灌水方法为膜下滴灌（一膜一管两行），整个生育期内对土壤湿度控制的土层深度为100 cm，水分控制上、下限范围与区域实际较为吻合，具体试验设计如表2 所示。

表2 水氮耦合试验设计Tab.2 Water and nitrogen coupling test design

1.3 农艺措施

供试作物为制种玉米，父本∶母本=1∶6（行比），60 cm×40 cm 宽窄行种植模式。各处理中耕、化控措施相同。

1.4 观测指标及方法

1.4.1 生长指标测定

从播种之后的第15 天开始，在每个试验小区内随机选取5 株无病害、长势差异较小的玉米植株，随后将15 d 作为一个梯度进行取样，取样之后将其带回实验室进行测定。去除植株的根部，其株高用量程为300 cm 的卷尺来测定，测量从茎部的最底端开始直至玉米生长点的最大距离，记录5 组数据，计算平均值即为该试验小区玉米的平均株高。用0.01 mm 游标卡尺来测定植株的茎秆直径，测定部分选取该株玉米茎秆的上、中、下3 个高度的茎秆直径，计算平均值即为该试验小区玉米的茎秆直径。

1.4.2 产量及其构成因子

待玉米成熟后按小区单独收获，晒干、脱粒并计产，各处理的实际产量以3 个重复小区产量的平均值获得。各小区随机取20 株进行室内考种，测定穗径、穗长、无效穗长、穗行数和行粒数等指标。穗长用精度0.1 cm 的刻度尺进行测量；穗粗、秃尖用0.01 mm游标卡尺测量，其中穗径测取穗部上、中、下3 个位置果穗直径，计算平均值即为穗径；穗行数、穗行数采用计数法测定。

2 结果与分析

2.1 植株在不同水氮耦合情况下各小区产量

不同水氮耦合显著影响玉米的产量，同一灌溉条件下，随施氮量的增加，玉米产量呈增长趋势，说明适量增加氮肥施用量，可使玉米产量显著提高，结果如表3 所示。

表3 玉米产量结果Tab.3 Corn yield results

对表3 结果分析可知，W3N2处理玉米产量最高，达0.66 kg/m2；其次是W3N3、W2N3和W1N3，分别为0.62、0.60 和0.58 kg/m2；W1N1处理玉米产量最低，仅为0.52 kg/m2。与CK 处理相比，W3N2、W3N3、W2N3和W1N3分别增产16.10%、10.37%、5.74% 和2.14%，其中W3N2处理增产差异显著（P<0.05）；W1N1、W3N1、W2N1、W1N2和W2N2分别降低7.90%、6.92%、5.04%、3.76%和1.06%，W1N1、W3N1、W2N1产量降低显著，W2N2处理产量降低幅度最小。

从灌溉水平来看，同一施氮水平，不同的灌溉水分显著影响玉米产量。随灌溉水分含量的增加，玉米产量显著增长，由高到低表现为W3>W2>W1；从施氮水平来看，同一灌溉水平，随施氮量的增加，玉米产量显著增长，由高到低表现为N3>N2>N1。

2.2 不同处理玉米经济性状

玉米果穗经济性状如表4 所示。不同水氮耦合下株高最高为W2N3处理，达122.0 cm；其次为W2N2与W3N2，均为119.6 cm；最后为W3N3处理，为119.3 cm。与CK 处理相比，W1N1、W2N1和W3N1处理株高呈现下降趋势，W1N1处理降低程度显著，达7.45%，其次为W2N1处理，降低5.27%；除上述3 个处理之外，其他处理均有所提高，W2N3处理增加最为显著，达到10.91%，差异性显著（P<0.05）。

表4 玉米果穗经济性状Tab.4 Economic characters of corn ears

不同水氮耦合下玉米茎粗最大为W1N3处理，为2.38 cm，其次为W3N2、W3N3和W2N3处理，分别达到2.26、2.23 和2.22 cm；W2N1处理茎粗最小，仅为2.12 cm。与CK 处 理 相 比，W1N3、W3N2、W3N3和W2N3处理茎粗分别增加8.57%、3.36%、1.85%和1.17%；W2N1、W3N1、W1N1、W2N2和W1N2分别降低3.20%、2.85%、1.83%、1.43% 和1.41%，无差异显著（P>0.05）。

不同水氮耦合下玉米穗长表现为W2N3>W3N3>W1N3>W3N2>W2N2>CK>W3N1>W2N1>W1N1，其 中W2N3处理穗长达到15.53 cm，W1N1处理穗长仅为12.30 cm。与CK 处理相比，W1N1、W2N1处理穗长降低分别为14.29%、7.67%。

不同水氮耦合下玉米穗径最大为W3N2处理，达4.32 cm，W1N1处理最小，仅3.63 cm。与CK 处理相比，除W1N1、W2N1处理外，穗径均表现出增长趋势，其中W3N2处理增幅最大，达9.09%，其次为W2N3、W1N2、W1N3、W3N3和W2N2，分别增长7.83%、7.83%、7.49%、6.01%和6.01%；W1N1、W2N处理分别降低8.45%、3.90%，无差异显著（P>0.05）。

不同水氮耦合下玉米穗秃尖的表现形式也不相同，W2N1处理秃尖最长，达2.38 cm，其次是W1N1、W3N1，达到2.22、1.98 cm。与CK 处理相比，W3N2、W2N3和W3N3处理的秃尖表现出缩短趋势，其他处理均呈现增长趋势，其中W2N1处理秃尖涨幅达145.87%，其次为W1N1、W3N1，分别增加129.34%、104.55%，差异显著（P<0.05）；W3N2处理秃尖降低27.69%，差异显著（P<0.05），有利于玉米籽粒产量提高。

不同水氮耦合处理下穗行数的表现形式不一，W2N3>W3N3>W1N3>W3N2>W2N2>CK>W1N2>W3N1>W2N1>W1N1。与CK 处理相比，W2N3、W3N3、W1N3、W3N2和W2N2分别提高8.22%、7.32%、4.81%、0.70%和0.56%，无差异显著（P>0.05）；W1N1、W2N1、W3N1和W1N2分别降低14.29%、7.67%、5.92%和0.49%。

不同水氮耦合下行粒数表现也不同，其中，W3N2处理行粒数最大，达22.00，其次为W2N3、W3N3，分别是21.70、20.00，W1N1处理最小，仅为15.40。与CK处理相比，W1N1、W2N1、W3N1、W2N2、W1N3和W1N2处理均表现下降趋势，分别降低21.43%、10.71%、7.14%、2.04%、1.02% 和0.51%；W3N2、W2N3和W3N3分别增长12.24%、10.71%和2.04%。

3 讨论

相较于常规的农田类灌溉，膜下滴灌更能使作物得到相对高的产量且对水资源能够充分利用，这种灌溉种植技术综合了滴灌技术与地膜栽培技术，属于可控的灌溉方式，种植时可根据作物的生长周期合理地控制水量，有效采用管道输水，通过滴灌全面渗透到玉米根系，从而避免水分过度蒸发和流失[12]。本试验处理结果表明，一膜一管的膜下滴灌方式大幅度提高了水资源利用效率，减少了地面的蒸发量，作物依然能够吸收维系在土壤根系层中的主要养分。增强氮肥的吸收效果，在节约水资源，提高灌溉效率的同时，显著增长玉米产量。

不同水氮耦合往往直接影响玉米的产量，适宜的水氮配比不仅可以使产量最大化，而且能大幅提高水氮的利用效率[13-16]。马建琴等[17]、张赛等[18]通过水肥耦合试验发现，施肥量和灌水量及其交互作用对玉米产量的影响都表现为正效应。本试验设置不同水平的水氮耦合处理，通过不同水分和氮肥使用量的耦合，显著影响玉米的产量、生长状况。W3N2处理的小区玉米产量、株高、茎粗等生长指标的增长效果最好，说明不同的水氮耦合作用下，高水+中氮耦合对玉米的生长效果最好，对玉米生长有显著的促进作用，从而得出较为合理的水氮配比和最佳灌水施氮方案。

研究表明，随着施氮水平的增加，玉米中氮素积累量呈现单峰曲线变化[19-21]。本试验中，中氮高水且施氮量保持在450 kg/hm2时，玉米产量最高，在施氮量为340 kg/hm2的W1N1处理下，玉米产量最低，这可能是由于在低氮水平下，氮素缺乏，不能满足植株生长需求，导致氮素累积量过低，而在高氮水平下，叶片生长比较旺盛，冠层内透光率较低，这将直接导致叶片提前衰老，从而阻碍了氮素的积累，致使玉米产量下降[22]。

4 结束语

试验研究了在膜下滴灌条件下，不同水氮耦合对制种玉米产量及水氮利用效率的影响。

（1）经产量测定和室内考种分析得出，不同水氮耦合下制种玉米果穗长度、果穗直径、行粒数和穗粒数表现各不相同，灌水量和施氮量均可使制种玉米产量增加，施加一定量的氮肥可减少水分对制种玉米胁迫的危害，相反，过量施氮对制种玉米产量增幅会产生逆效果。

（2）水分和氮素是影响制种玉米生长发育、养分吸收、籽粒产量的重要因素，在作物生育前期叶片、茎作为营养器官，生物量大量积累，所以不同生育周期的水氮交互作用对制种玉米株高和叶面积影响均表现为极显著性差异，这与前人研究的水氮互作对玉米的生长产生的影响为前期大于后期的结果类似，可能因为生育前期营养器官为生长中心，光合产物大部分分配给叶片和茎，满足其生长需要，但在生育后期同化物的分配产生了变化。

（3）综合比较不同水氮耦合情况下各区域产量情况及玉米经济形状，建议选择中氮高水且施氮量为450 kg/hm2的W3N2处理作为膜下滴灌制种玉米的灌水施氮方案，该处理所得效果最佳。