冀西北地區春玉米膜下滴灌水肥一體化技術試驗

張寶悅+王激清+劉社平+李文杰+張俊平

摘要：針對冀西北地區水資源匱乏和化肥不合理施用問題，進行了春玉米膜下滴灌水肥一體化技術試驗。結果表明，與農戶傳統水肥管理措施相比，膜下滴灌水肥一體化技術可明顯增加春玉米產量，提高春玉米的肥料偏生產力；膜下滴灌水肥一體化技術雖增加了地膜、滴灌設備的費用，但可實現播種、施肥、覆膜、鋪設滴灌帶、噴施除草劑等多道工序一次性完成，可節省用工費和水電費。綜合分析結果表明，春玉米膜下滴灌水肥一體化技術可提高農戶的經濟效益，在冀西北地區有良好的推廣應用前景。

關鍵詞：春玉米；膜下滴灌水肥一體化技術；產量；經濟效益；冀西北地區

中圖分類號：S513；S275.6 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）06-1019-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.06.006

Abstract： Study on integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch for spring maize was carried out to solve the problems of lack of water resources and unreasonable application of fertilizer in northwest Hebei province. The results showed that yield of spring maize and partial factor productivity（PFP） under integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch were higher than those under traditional water and fertilization management. Integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch increased the cost of plastic film and drip irrigation equipment， but this practice could save cost of labor and water through simultaneous realization of sowing， fertilization， mulching， laying drip irrigation， spraying herbicides and other processes. In short， integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch for spring maize could improve the economic benefit of farmer， and had good prospect of application and extension.

Key words： spring maize； integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch； yield； economic benefit； northwest Hebei province

冀西北張家口地區地處華北平原與內蒙高原的過渡地帶，該區域四季分明、雨熱同季、晝夜溫差大，是北方重要的春玉米生產區，近5年各類玉米種植面積一直穩定在22萬hm2左右，其中子粒用玉米種植面積超過13.4萬hm2。目前冀西北地區玉米生產逐步由單一糧用型向多元化利用方向轉化，玉米成為最主要的糧、經、飼兼用作物，不但產量高而且質量好，綜合生產能力逐步增強，尤其以鄭單958大面積推廣種植以來，河川區高產田單位面積產量可達12 000～16 500 kg/hm2[1]，玉米生產在農業增產、農民增收中占有十分重要位置。

膜下滴灌水肥一體化技術是在地膜覆蓋栽培的基礎上，將施肥與灌溉結合在一起的一項農業新技術[2]。該技術是將可溶性肥料溶于灌溉水，通過滴灌系統把水和肥輸送到作物根際附近土壤，供作物根系直接吸收利用，因此該技術可以實現精確控制灌水量、施肥量、灌溉及施肥時間，顯著提高水資源、肥料的利用率。遼西半干旱區[3]和新疆地區[4]春玉米膜下滴灌水肥一體化技術研究表明最適宜的水氮組合將有助于春玉米獲得更高產量和氮肥利用率。冀西北張家口市為干旱半干旱地區，由于水資源的匱乏，干旱已成為當地農業發展的重要制約因素[5]；此外近年來農戶化肥不合理施用問題嚴重，氮肥過量與不足施用同時并存，直接導致氮肥利用率低下[6]，而春玉米膜下滴灌水肥一體化技術恰好可解決該區水資源不足和肥料不合理施用這兩大問題。因此，本研究采用大田試驗的方法，進行春玉米膜下滴灌水肥一體化技術適應性研究，為冀西北地區春玉米科學灌溉與施肥提供合理依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2014年在冀西北張家口市宣化縣沙嶺子鎮南興渠村進行，試驗區位于北緯40°40′，東經114°52′，海拔615 m，無霜期140 d，年日照2 881 h，年均氣溫7.7 ℃，年平均降水量400 mm，春季降水偏少、氣候干旱，雨量主要集中在6～9月份，屬溫帶半干旱大陸性季風氣候。

試驗地土壤類型為灌淤土，表層（0～30 cm）土壤有機質含量22.44 g/kg，全氮含量1.12 g/kg，硝態氮含量56.57 mg/kg，速效磷含量23.78 mg/kg，速效鉀含量290.93 mg/kg，土壤容重1.19 g/cm3，pH 8.24。

供試的春玉米品種為巡天969，播種時間為4月20日，收獲時間為9月28日。

1.2 方法

試驗采用大田試驗方法，設計兩種不同水肥管理措施，即農戶傳統水肥管理區和膜下滴灌水肥一體化管理區，各管理區面積均為3.0 hm2，每塊地中隨機取3個區域取樣，即為3次重復。

農戶傳統水肥管理區采取傳統的種植管理措施，春季播種前清茬并深翻25 cm，播種采用當地的圓盤式玉米播種機進行播種，大小行種植，大行70 cm，小行40 cm，平均行距55 cm，種植密度為67 500株/hm2，播后噴施除草劑。農戶傳統水肥管理區基肥用18-18-18-1（N-P-K-Zn）的史丹利牌復合肥，于深翻前撒施于地塊中，用量為750 kg/hm2，在玉米生長大喇叭口期追施尿素（N 46%）750 kg/hm2，全生育期總計投入N 480 kg/hm2，P2O5 135 kg/hm2，K2O 135 kg/hm2。農戶傳統水肥管理區為春播前澆水1次，玉米生長大喇叭口期和抽穗期各澆水1次，每次澆水量為2 250 m3/hm2。

膜下滴灌水肥一體化管理區利用玉米膜下滴灌專用播種機實現播種、施肥、覆膜、鋪設滴灌帶、噴施除草劑、覆土壓膜等多道工序一次性完成。采用幅寬1.20 m，厚度0.008 mm地膜進行全膜覆蓋，玉米種植在壟溝內；順玉米行間布置膜下滴灌，一膜一帶，滴灌二行玉米，滴孔間距30 cm；采用大小行種植，大行70 cm，小行40 cm，平均行距55 cm，種植密度為81 000株/hm2，播后噴施除草劑，并進行覆土壓膜。膜下滴灌水肥一體化管理區基肥用18-18-9-1（N-P-K-Zn）的天喜牌春玉米專用肥，用量為1 125 kg/hm2，隨播種機施入種植小行，追肥分3次施入：第一次在大喇叭口期，追施尿素（N 46%）375 kg/hm2，第二次在抽穗期，追施尿素（N 46%）225 kg/hm2，第三次在灌漿期，追施尿素（N 46%）95 kg/hm2和硫酸鉀（K2O 50%）58 kg/hm2，全生育期總計投入N 522.2 kg/hm2，P2O5 202.5 kg/hm2，K2O 130.3 kg/hm2。由于播種期至苗期降雨偏多，膜下滴灌水肥一體化管理區未澆水，只在大喇叭口期、抽穗期、灌漿期結合3次追肥滴灌澆水3次，每次澆水480 m3/hm2。

1.3 樣品采集及分析測定方法

收獲時對春玉米測產：每個測產區域取連續4行玉米，每行5 m，作為測產區，測產樣方面積為4.00×5.00 m×0.55 m=11.00 m2。根據肥料用量和春玉米產量計算肥料偏生產力（Partial factor productivity，PFP），計算公式為PFP=Y/F，單位為kg/kg；Y為某一種特定的化肥施用下作物的產量，單位為kg/hm2；F代表化肥的投入量，單位為kg/hm2。

所有試驗數據均采用Excel軟件進行計算，用SAS統計軟件進行統計檢驗分析。

2 結果與分析

2.1 不同水肥管理措施下的春玉米產量和肥料偏生產力

表1為兩種不同水肥管理措施下春玉米產量和肥料偏生產力比較。從表1中可以看出，膜下滴灌水肥一體化管理措施下春玉米產量為17 107 kg/hm2，與農戶傳統水肥管理13 349 kg/hm2的產量相比，增產率為28.21%。肥料偏生產力（PFP）指單位投入的肥料所能生產的作物子粒產量，它是一個很重要的指標，反映當地土壤基礎養分水平和化肥施用量的綜合效應[7]，由表1可知，膜下滴灌水肥一體化管理措施下的春玉米的氮肥偏生產力為32.76 kg/kg，氮磷鉀化肥偏生產力為20.01 kg/kg，均顯著高于傳統施肥管理措施下對應的肥料偏生產力。

2.2 不同水肥管理措施下的春玉米水分利用狀況

表2為兩種不同水肥管理措施下水分利用狀況比較。由表2可知，冀西北張家口地區農戶的傳統灌溉方式是播種前澆水1次，用量為2 250 m3/hm2，在春玉米追肥后的大喇叭口期和抽穗期再各灌水1次，每次用量也分別為2 250 m3/hm2，總計用水量為6 750 m3/hm2。而膜下滴灌水肥一體化管理措施采取膜下滴灌技術，只在大喇叭口期、抽穗期和灌漿期結合追肥灌水3次，每次用水量為480 m3/hm2，總計用水量為1 440 m3/hm2，因此與農戶傳統水肥管理措施相比，節水5 310 m3/hm2（2014年春季降雨偏多，播種后未澆出苗水，正常年份如果土壤墑情不足，此次澆水是必需的，澆水量一般為600 m3/hm2，這樣計算，膜下滴灌水肥一體化管理措施需水為2 040 m3/hm2，與農戶傳統水肥管理相比仍節水4 710 m3/hm2）。

2.3 不同水肥管理措施下的用工狀況

表3為兩種不同水肥管理措施下用工狀況比較。由表3可知，農戶傳統水肥管理和膜下滴灌水肥一體化管理措施下播種前均進行土地清理、耕地和土地鎮壓，用工數分別為4.50、6.56和1.13個/hm2，而農戶傳統水肥管理措施還需進行播前壟溝澆水，用工數為0.30個/hm2。農戶傳統水肥管理采用傳統的播種、澆水、施肥和噴施除草劑技術，用工數分別為7.50、3.60（3次澆水的總用工數）、7.50和7.50個/hm2，膜下滴灌水肥一體化管理措施則利用玉米膜下滴灌專用播種機作業，播種用工6.60個/hm2，覆膜、鋪設滴灌帶、施用基肥及噴除草劑均同時完成，不需要單獨消耗工時，滴灌設備安裝需要消耗2.25個/hm2，澆水需要消耗1.20個/hm2，追肥和澆水同時完成，也不需要單獨消耗工時。農戶傳統水肥管理措施玉米收獲需要13.50個/hm2，而膜下滴灌水肥一體化管理措施下玉米種植密度大，需要15.00個/hm2，還需要花費4.50個/hm2用于滴灌管道和地膜的收集。總之，農戶傳統水肥管理措施需52.09個/hm2，而膜下滴灌水肥一體化管理措施只需41.74個/hm2。

2.4 不同水肥管理措施下的投入產出狀況

兩種不同水肥管理措施投入狀況列于表4。由表4可知，農戶傳統水肥管理措施下投入最多是用工費，為4 167.2元/hm2，其次為肥料，為3 600.0元/hm2，其余水電為2 025.0元/hm2，種子為720.0元/hm2，除草劑為180.0元/hm2，總計投入10 692.2元/hm2。膜下滴灌水肥一體化管理措施下投入最多的是肥料，為4 240.0元/hm2，其次為用工費3 339.2元/hm2，其余水電為432.0元/hm2，種子為1 080.0元/hm2，除草劑為180.0元/hm2，最后地膜、滴灌毛管、滴灌干管和支管、施肥罐和過濾器分別投入為1 080.0、 1 920.0、1 500.0、600.0元/hm2，總計投入14 371.2元/hm2。

表5為兩種不同水肥管理措施下經濟效益狀況比較。由表5可知，膜下滴灌水肥一體化管理措施比農戶傳統水肥管理措施投入多3 679.0元/hm2；產值是根據春玉米產量和玉米市場價格計算得到的，兩種不同水肥管理措施下春玉米產量不同，因此所獲得產值也不一樣，農戶傳統水肥管理措施為32 037.6元/hm2，膜下滴灌水肥一體化管理措施為41 056.8元/hm2，因此按照投入和產值計算得到的效益兩種不同水肥管理措施也有明顯差異，農戶傳統水肥管理措施為21 345.4元/hm2，膜下滴灌水肥一體化管理措施為26 685.6元/hm2，所以冀西北地區春玉米膜下滴灌水肥一體化技術可增加春玉米產值，提高農戶的經濟效益。

3 小結與討論

水、肥是制約干旱、半干旱地區農業生產的主要因素，適宜的水分條件與合理的養分供應是農作物獲得高產的重要條件[8，9]。冀西北張家口地區氣候特點是低溫冷涼，降水量少，蒸發量大，當地農民為保濕、保墑，提高作物的產量，促使地膜覆蓋和滴灌技術在該區大面積推廣應用，因此集覆膜栽培與滴灌于一體的膜下滴灌水肥一體化技術可實現該區域從大水漫灌向浸潤式灌溉的轉變，澆地向澆作物的轉變；從單一澆水轉向澆水肥一體的營養液，從而使肥料利用率比傳統水肥管理區明顯提高[5]。

試驗結果表明，與農戶傳統水肥管理措施相比，膜下滴灌水肥一體化技術可顯著增加春玉米產量3 758 kg/hm2，增產率為28.21%，同樣可實現春玉米肥料偏生產力的提高，這與前人的研究結果一致[4，10]。此外，膜下滴灌水肥一體化技術將灌溉用水從地上和地下管道網絡封閉式輸送到根際土壤，減少田間渠系滲漏和田間蒸發，比農戶傳統溝渠灌可明顯節水。和農戶傳統水肥管理措施相比，膜下滴灌水肥一體化技術需要增加的投入主要是地膜、滴灌帶、施肥罐、過濾器的費用，而膜下滴灌水肥一體化技術利用玉米膜下滴灌專用播種機播種，該機可實現開溝、播種、施肥、覆膜、鋪設滴灌帶、噴施除草劑、覆土壓膜等多道工序一次性完成，可節省用工費、水電費，因此總體計算，膜下滴灌水肥一體化技術可實現春玉米每公頃增加經濟效益5 340.2元。

總之，隨著節水灌溉技術的發展，與之相結合的水肥一體化膜下滴灌技術極大地提高了水肥利用效率，經濟、生態效益良好，在冀西北春玉米生產區推廣前景廣闊。

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