寧夏農牧交錯帶青貯玉米滴灌灌溉制度研究

周 乾，鮑子云，王懷博，徐利崗

(寧夏水利科學研究院，銀川 750021)

水肥一體化技術是把灌概與施肥合為一體的農業新技術，通過利用管道灌溉系統，將肥料溶解在水中，同時進行灌溉與施肥，適時、適量地滿足農作物對水分和養分的需求，實現水肥同步管理和水肥高效利用的農業技術。水肥一體化技術可使水、肥同步管理，極大地削減了勞動強度和勞動力[1]。近年大面積示范表明，與傳統方式相比，水肥一體化技術可減少肥料揮發、固定以及淋洗的損失，肥料利用率可提高30%～50%，水分利用率可提高40%～60%，糧食作物單產可提高20%～50%[2]。因此摸清水肥一體化條件下青貯玉米滴灌灌溉制度、水肥協同效應等問題對提高青貯玉米水肥協同效率及產量顯得尤為重要。

寧夏地處西北內陸干旱區，氣候干旱少雨，水資源極為匱乏，針對寧夏農業用水日趨緊張的現狀，為了使水資源得到高效利用，大力推廣滴灌技術是很有必要的[3]。在寧夏農牧交錯帶，滴灌是最為重要的高效節水灌溉方式之一，而能否得出科學合理的青貯玉米滴灌灌溉制度是推廣滴灌灌溉技術的關鍵。本文針對寧夏農牧交錯帶水資源短缺及優化配置不合理的問題，采用滴灌灌溉技術，通過田間試驗，研究了水肥一體化下玉米滴灌灌溉與施肥交互作用機理，探明了水肥協同效應與玉米生長之間的關系，提出了適宜寧夏農牧交錯帶露地滴灌青貯玉米的最優灌溉制度，對提高玉米產量，促進寧夏中部干旱帶農業結構調整，緩解寧夏水資源短缺，提高有限水資源利用效率和效益具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗基地概況

試驗區土壤類型屬砂壤土，具體土壤理化性質見表1。

表1 試驗區土壤理化性質

1.2 試驗設計

本試驗主處理灌溉定額設3個水平，副處理施肥量設3個水平，灌溉定額分別為2 250、2 625、3 000 m3/hm2，滴灌肥施肥量分別為540、675、810 kg/hm2。采用隨機區組排列，共9個處理，重復3次，共27個小區，小區面積88 m2(16 m×5.5 m)，區距80 cm，排距120 cm；青貯玉米栽培方式采用寬窄行裸地滴灌，寬行70 cm，窄行40 cm，株距20 cm，密度為9萬株/hm2，每個小區播種10行青貯玉米，每行80株青貯玉米，試驗區周圍種植4行保護區。供試青貯玉米品種為正大12，供試肥料為滴灌專用肥。具體試驗設計方案見表2和表3。

表2 滴灌青貯玉米水肥一體化灌溉制度試驗因素水平組合設計

表3 滴灌青貯玉米水肥一體化灌溉制度試驗研究灌水施肥方案

1.3 監測指標及方法

(1)土壤含水量測定。選擇PR2/6測量10、20、30、40、60和100 cm 6個層面土壤含水量。播前測定土壤基礎含水量，收獲期測定3個重復土壤遺留的水分含量，生育期一般每隔10 d測一次，播種-出苗期、苗期、拔節期、抽雄-吐絲期、吐絲-灌漿期和成熟期關鍵降雨階段前后、滴灌灌水前后加測一次。

(2)生長指標的測定。采用米尺測定青貯玉米的株高，采用游標卡尺測定青貯玉米的徑粗。

(3)光合指標的測定。在青貯玉米抽雄-吐絲期選擇晴天，8∶00-18∶00每隔2 h對凈光合速率(Pn)等生理指標進行測定，各處理選擇該小區具有代表性的植株進行測定。

(4)產量及構成要素的測定。取樣測產，采用米尺和天平測定單株青貯玉米穗數、穗長、穗粗、禿尖長、每穗粒數、百粒重、根重、莖重、葉重。

2 試驗結果與分析

2.1 不同處理對青貯玉米生長指標的影響

株高生長速率是指在2次測量之間的凈生長量與前一次測量值的比值，并且把前一次測量值看作100%，它是研究植物動態生長的一項重要指標[4]。2015年6月10日對青貯玉米的株高及莖粗進行第1次測量，2015年9月18日進行最后一次測量，一共測量8次，每個處理選定長勢具有代表性的5棵植株作為固定測量對象，剔除最大值、最小值求得平均值。不同處理下青貯玉米株高及莖粗隨時間的變化見圖1和圖2。從圖1可以看出，從6月10日至7月27日，也即為拔節期到抽雄期，這段時間生長最快，平均每天長3.4 cm，生長速度表現為F6>F3>F4>F8>F2>F9> F5>F7>F1，隨后玉米進入吐絲-灌漿期，株高開始緩慢增加，至收獲期，玉米的最終株高表現為F6>F3>F4>F2>F8> F5>F9>F7>F1。從圖2可以看出，在整個生長期內，各處理的莖粗總體規律表現一致，從6月10日至7月8日，也即為拔節期，這段時間莖粗生長最快，平均每天長0.44 mm，快速生長期生長速率表現為F6>F8>F9>F7> F5>F4>F3>2>F1，之后到成熟期莖粗生長速度減緩，到了成熟期，由于干物質積累主要在果實，所以莖粗增長幅度變小，最后莖粗大小表現為F6>F9>F3>F5>F8>F4>F7>F2>F1。

信號發生模塊電路如圖5所示，可由1個外部參考時鐘、1個退耦電容電路、1個低精度數字電位器組成[6]。外部參考時鐘采用的是25M的有源晶振；低精度電阻器采用的是MCP41010數字電位器[7]，用來調節幅度的大小（因為AD9833產生正的弦波只有5V，采用數字電位器可以調節其幅度的大小，便于按鍵調節幅度的輸出）。

圖1 青貯玉米株高隨時間的變化曲線

圖2 青貯玉米莖粗隨時間的變化曲線

2.2 不同處理對青貯玉米耗水量和耗水強度的影響

本次試驗在田間條件下采用水量平衡法對青貯玉米耗水量和耗水過程進行分析。根據水分收支情況，試驗區水量平衡公式如下：

ET=(W0-WE)+M+P+K-D-R

式中：ET為耗水量，mm；W0、WE為生育期某階段初、末100 cm土層的土壤含水量，mm；M為某階段內的灌水量，mm；P為某階段內的降雨量，mm；K為某階段內地下水補給量，mm；D為深層滲漏量，mm；R為徑流量，mm。

由于試驗區地下水位埋藏較深，可不計地下水補給，生育期內降雨量較少，且強度低，降水就地入滲，地表徑流量可以忽略。

采用上式計算生育期內各階段各處理實際耗水量及耗水強度，土壤含水量變化考慮100 cm深土層的含水量變化，不同處理下青貯玉米各生育期耗水量見圖3。從圖3可可知，各處理在播種-出苗期、苗期、拔節期、抽雄-吐絲期、吐絲-灌漿期、成熟期6個階段耗水量大小依次為：抽雄-吐絲期>吐絲-灌漿期>苗期>成熟期>拔節期>播種-出苗期，抽雄-吐絲期和吐絲-灌漿期玉米耗水量較大，說明該時段是青貯玉米需水關鍵期。

圖3 不同處理下青貯玉米各生育期耗水量

耗水強度反映了作物不同生育階段內灌溉、施肥、氣象等對作物生長發育的綜合影響。不同處理下青貯玉米各生育期耗水強度見圖4。由圖4可知，各處理在播種-出苗期、苗期、拔節期、抽雄-吐絲期、吐絲-灌漿期、成熟期6個階段耗水強度大小依次為：吐絲-灌漿期>抽雄-吐絲期 >苗期>成熟期>播種-出苗期>拔節期，抽雄-吐絲期和吐絲-灌漿期青貯玉米耗水強度同樣遠大于其他生育期，說明該時段青貯玉米每天應該比其他生育時段需要灌溉更多的水。由圖4可發現，青貯玉米全生育期內耗水強度從播種-出苗期開始到成熟期呈先上升后后下降再上升最后下降的趨勢，各處理在吐絲-灌漿期耗水強度達到頂峰，為4.77～6.60 mm/d；成熟期耗水強度逐步降低到3.0～3.7 mm/d。從總體來看，各處理耗水強度并不隨著灌水量的變化而有顯著變化。

從生育期不同處理的耗水特征分析可知，在一定的氣候條件下，除青貯玉米自身生理、生態特點外，主要取決于土壤水分條件。由于天然降水資源極為有限，灌溉水量及灌水時期制約著青貯玉米實際水分消耗，同時也控制著青貯玉米的正常生長發育。生育期內不同時段耗水強度的差別，在一定程度上反映其在不同物候期需水特性的不同，以及需水特性與氣候條件、土壤條件之間的組合狀況對青貯玉米生產的影響。

圖4 不同處理下青貯玉米各生育期耗水強度

2.3 不同處理對青貯玉米凈光合速率(Pn)的影響

試驗期間在青貯玉米吐絲-灌漿期典型日(8月25日)于8∶00-18∶00每隔2 h對不同處理青貯玉米凈光合速率(Pn)進行監測，不同處理青貯玉米凈光合速率(Pn)日變化曲線見圖5。

圖5 不同處理青貯玉米凈光合速率(Pn)日變化曲線

光合速率是光合作用固定二氧化碳的速率，光合速率變化曲線同光合有效輻射的雙峰凸拋物線型類似，這也表明光合有效輻射是光合速率的重要影響因素[5-8]。從圖5中可以看到，所有處理光合速率日變化第1個峰值都出現在圖中的12∶00，在監測期間，12∶00數據取自12∶00-13∶00；隨后光合速率開始逐漸減小，到14∶00降低到了1個極小值，14∶00的數據取自14∶00-15∶00，這主要是這段時間太陽輻射較強，光合有效輻射降低和氣溫急劇升高引起氣孔關閉的結果，但是隨后光合速率逐漸升高，到16點，光合速率又回到另一個峰值，之后開始逐漸降低，直到18∶00，只有微弱的光合速率。全天青貯玉米光合光合速率(Pn)整體表現為F6>F8>F5>F4>F7>F3>F2>F9>F1。

2.4 不同處理對青貯玉米產量及其構成要素的影響

青貯玉米干物質的積累是產量提高的前提，試驗在收獲青貯產量時測定了青貯玉米的最終穗長、穗粗、穗鮮重(含玉米心)，同時測定了青貯玉米根鮮重、莖鮮重和葉鮮重。

繪制了青貯玉米各處理穗長和穗粗的對比圖6、圖7。從圖6、圖7可以看出，各處理青貯玉米穗長大小總體表現為F6>F9>F4>F3>F5>F7>F1>F8>F2，穗粗大小總體表現為F4>F6>F8>F9>F3>F5>F7>F2>F1；從青貯玉米穗長和穗粗的大小來看，穗長最大的F6較最小的F2大21.1%，穗粗最大的F14較最小的F8大6.5%，這說明青貯玉米的穗長和穗粗沒有明顯的關系。

圖6 不同處理對青貯玉米穗長的影響

圖7 不同處理對青貯玉米穗粗的影響

繪制了各處理青貯玉米根、莖、葉鮮重的對比圖8、圖9、圖10。從圖8、圖9、圖10可以看出青貯玉米根鮮重總體變現為F6>F4>F3>F9>F5>F8>F2>F1>F7，最大的F6為299.44 g/株，青貯玉米莖鮮重總體變現為F6>F4>F9>F5>F1>F8>F3>F7>F2，最大的F6為557.88 g/株，青貯玉米葉鮮重總體變現為F6>F5>F4> F1>F9> F3>F2> F83>F7，最大的F6為174.51 g/株。

圖9 不同處理對青貯玉米莖鮮重的影響

圖10 不同處理對青貯玉米葉鮮重的影響

繪制了各處理青貯產量的對比圖11，從圖11可以看出，青貯產量最大的是處理F6，為97 365 kg/hm2，其次是F4，為82 290 kg/hm2，產量最小的是F2，為64 665 kg/hm2，青貯產量總體表現為F6>F4>F5>F9>F1>F3>F8>F7>F2。由以上可以知道，青貯玉米青貯產量的大小與根、莖、葉鮮重有緊密聯系。

圖11 不同處理對青貯玉米青貯產量的影響

2.5 不同處理對青貯玉米水分生產效率(WUE)的影響

試驗區4-9月多年平均降雨量275.9 mm。2015年試驗區實測5月份降雨35.2 mm、6月份降雨8.5 mm、7月份降雨4.3 mm、8月份降雨73.2 mm、9月18日前降雨38.8 mm，青貯玉米全生育期降雨160 mm。不同處理青貯玉米水分生產效率見表4。

表4 不同處理青貯玉米水分生產效率(WUE)

注：土壤儲水量計算取土壤深度為1 m。

由表4可知，青貯玉米灌溉水利用效率表現為F6>F1>F3>F4>F5> F2>F9>F8>F7，處理F6最大為37.09kg/m3；水分生產效率表現為F6>F5>F3>F4>F1> F9>F2>F8>F1，處理F6最大為27.77 kg/m3。綜合以上試驗結果，在寧夏農牧交錯帶青貯玉米露地滴灌生產方式下，采用處理F6作為推薦最優水肥組合方式，可以達到更好的節水高產效果。

3 結 語

上述研究主要利用2015年氣象資料和青貯玉米實測數據，綜合分析青貯玉米生長指標、水分指標、光合指標、產量及水分生產效率等指標，得出了寧夏農牧交錯帶青貯玉米露地滴灌水肥一體化灌溉制度。通過上述分析和研究得出如下結論。

(1)不同水肥組合下青貯玉米在拔節期到抽雄期這段時間生長最快，平均每天株高長3.4 cm，莖粗長0.44 mm，在吐絲-灌漿期，株高和莖粗均增加緩慢。

(2)抽雄-吐絲期和吐絲-灌漿期青貯玉米耗水量以及耗水強度均較其他生育期較大，說明該時段是青貯玉米需水關鍵期，耗水強度從播種-出苗期開始到成熟期呈先上升后后下降再上升最后下降的趨勢，各處理在吐絲-灌漿期耗水強度達到頂峰，在4.77～6.60 mm/d；成熟期耗水強度逐步降低到3.0～3.7 mm/d。各處理耗水強度并不隨著灌水量的變化而有顯著變化。

(3)不同處理下全天青貯玉米光合光合速率(Pn)整體表現為F6>F8>F5>F4>F7>F3>F2>F9>F1。

(4)不同處理下青貯玉米水分生產效率表現為F6>F5> F3>F4>F1> F9>F2>F8>F1，處理F6最大為27.77 kg/m3，青貯玉米青貯產量最大的是處理F6，為97 365 kg/hm2，其次是F4，為82 290 kg/hm2，產量最小的是F2，為64 665 kg/hm2，青貯產量總體表現為F6>F4>F5>F9>F1>F3>F8>F7>F2。

(5)綜合青貯玉米生長指標、水分指標、光合指標、產量、水分生產效率等指標，確定寧夏農牧交錯帶露地滴灌青貯玉米最優灌溉制度為：灌溉定額2 625 m3/hm2，灌水次數為12次，滴灌專用肥(N、P、K總含量占50%)施用量810 kg/hm2。

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