沙地水肥耦合對(duì)玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

王美榮，閆建文，史海濱，李仙岳，丁宗江

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018)

0 引 言

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)是國(guó)家和自治區(qū)重要的商品糧、油生產(chǎn)基地。水和肥是該地區(qū)發(fā)展農(nóng)業(yè)過(guò)程當(dāng)中兩大關(guān)鍵性限制因子。正確的水肥利用規(guī)劃，對(duì)農(nóng)作物的需水量和吸收養(yǎng)分有所增加，并對(duì)農(nóng)田小環(huán)境有所改變和達(dá)到作物產(chǎn)量提高。前幾年就有研究工作者對(duì)此區(qū)作物需水及養(yǎng)分作了很多試驗(yàn)，且有一定的成就[1,2]。到目前為止大部分研究人員在鹽漬化土壤上進(jìn)行研究有：薛鑄等采用盆栽試驗(yàn)研究不同鹽分作用下對(duì)向日葵的影響確定了水鹽雙重脅迫條件下的水肥配合值[3]，已有研究人員在河套灌區(qū)針對(duì)鹽漬化土壤水肥耦合對(duì)作物的生長(zhǎng)影響做了大田試驗(yàn)[4,5]。得出了相應(yīng)鹽漬化土壤最佳的水肥用量。有研究人員在烏素沙地水肥耦合對(duì)苜蓿、玉米等作物的生長(zhǎng)發(fā)育的研究，得出最優(yōu)水肥用量比[6,7]。但很少有人針對(duì)河套灌區(qū)中的沙丘地做水肥耦合對(duì)作物的生長(zhǎng)影響研究，本文以玉米為研究對(duì)象，探討了河套灌區(qū)中的沙丘地上水肥耦合效應(yīng)，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在木雷灘試驗(yàn)站進(jìn)行，該站位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市磴口縣沙金套海蘇木東南方向，地理坐標(biāo)在東經(jīng)106°56′56″北緯40°31′37″左右，平均海拔為1 059 m左右；試驗(yàn)站屬于烏蘭布和沙漠地區(qū)。試驗(yàn)期間最高氣溫為42.42 ℃，最低氣溫為-21.6 ℃，年降雨量170.9 mm，4月-9月降雨量為141.5 mm，蒸發(fā)量約為381.8 mm，日照時(shí)數(shù)3 209.5 h，作物生長(zhǎng)期光合有效輻射1.68×105 J/cm2，無(wú)霜期136～144 d。平均風(fēng)速2.57 m/s，其特征是冬寒漫長(zhǎng)，春秋短暫，夏季炎熱，降水量少，氣候干燥，風(fēng)沙多，0～100 cm土層土壤體積質(zhì)量平均為1.59 g/cm3左右，耕層土壤田間持水率14.03%，當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)的種植作物種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

玉米品種選用鄭旦958，高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、適應(yīng)性廣。株高240～250 cm，穗位高100～110 cm左右，穗長(zhǎng)24 cm，穗行數(shù)14～16行，籽粒黃色，半馬齒型，果穗簡(jiǎn)型，出籽率88%～90%，千粒重300～350 g,抗倒伏，較耐旱。所使用的氮肥為尿素，含氮量為46%，磷肥為(NH4)2HPO4，含P元素46%～52%。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)中包括灌溉定額及施氮量?jī)蓚€(gè)因素。玉米生育期內(nèi)共灌水3次，灌溉定額分為3個(gè)水平，包括2 925、2 250、1 575 m3/hm2，施氮量分為4個(gè)水平，包括0、125、225和325 kg/hm2，玉米生長(zhǎng)的拔節(jié)期、大喇叭口期和灌漿期進(jìn)行灌水。追肥在拔節(jié)期和灌漿期各追1/2，處理分別W3N0、W2N0、W1NO、W3N1、W2N1、W1N1、W3N2、W2N2、W1N2、W3N3、W2N3和 W1N3共12個(gè)處理。詳見(jiàn)表1 。磷肥作為底肥一次性施入，施用量與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶相同，氮肥和磷肥混合使用，大約為450～600 kg/hm2。試驗(yàn)小區(qū)面積為9×10 m2。試驗(yàn)以株距30 cm，行距50 cm進(jìn)行種植玉米。小區(qū)間由寬50 cm，高30 cm的田壟分隔開(kāi)，防止各小區(qū)水肥互竄，田間農(nóng)業(yè)管理與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶一致，澆灌方式為畦灌，用水表來(lái)控制水量。

表1 水肥試驗(yàn)處理

測(cè)定作物生態(tài)指標(biāo)：株高、莖粗、葉面積。

莖粗使用游標(biāo)卡尺來(lái)測(cè)得，株高、葉面積用卷尺測(cè)量，株高測(cè)定是從植株根部到植株的生長(zhǎng)點(diǎn)，葉面積的測(cè)定是從葉尖到葉基的長(zhǎng)度與離葉基1/3處的葉寬計(jì)算得到；其中，葉面積S=0.75×葉長(zhǎng)A×葉寬B，葉面積指數(shù)LAI=葉片總面積/土地面積,測(cè)定玉米產(chǎn)量：3個(gè)收獲區(qū)中每個(gè)處理都選定4×5 m進(jìn)行收獲，將收獲的玉米按從大到小的順序排定并隨機(jī)挑選15穗進(jìn)行考種，考種包括穗粗、穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重。硝態(tài)氮含量采用紫外分光光度計(jì)測(cè)定，硝態(tài)氮的累積量=土層厚度×土壤容重×土壤硝態(tài)氮含量/10[8]，利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水氮處理對(duì)玉米株高的影響

圖1中表示了在玉米生長(zhǎng)不同日期內(nèi)各種水氮配合比的株高變化。在玉米發(fā)育前期，農(nóng)作物的株高增速極快，到了抽雄期以后它基本沒(méi)有變化。而在相同的水分狀態(tài)下玉米株高在前期有明顯的差異，但是在生育期后期的變化并不是很明顯，說(shuō)明玉米在生育的前期對(duì)水分比較敏感。三個(gè)水分當(dāng)中，低水處理的株高低于其他兩個(gè)處理，說(shuō)明玉米的株高對(duì)水分的供給有一點(diǎn)的要求。施氮肥處理玉米株高明顯比不施肥處理要高，但并不是簡(jiǎn)單的施氮肥量越大就越有利于玉米株高的增加。在玉米的生育期中的抽雄期、灌漿期和成熟期時(shí)，株高都是隨著施氮量的增加而增加。但是施氮量在225～325 kg/hm2時(shí)變化并不是很明顯。玉米在高水處理下施氮量在225～325 kg/hm2之間對(duì)玉米株高的生長(zhǎng)最有利。

圖1 高、中、低水不同氮肥處理玉米株高變化

2.2 不同水氮處理對(duì)玉米莖粗的影響

從圖2中可得到在同一水分狀態(tài)下，玉米莖粗的在生長(zhǎng)過(guò)程當(dāng)中，變化的走勢(shì)：莖粗生長(zhǎng)從苗期到拔節(jié)期迅速的增粗，之后在第三個(gè)階段增粗緩慢，直到莖粗從灌漿期到成熟期幾乎沒(méi)有變化。從整體來(lái)看對(duì)于莖粗來(lái)說(shuō)，不施肥處理的莖粗明顯比施肥的要細(xì)，灌水量都在中水處理下，而氮肥施用量在325 kg/hm2時(shí)莖粗增加效果明顯。不施肥處理的莖粗明顯比施肥要細(xì)。對(duì)于玉米的莖粗的增加在中水高氮即W2N3處理下有利于增加。

圖2 高、中、低水不同氮肥處理玉米莖粗變化

2.3 不同水氮處理對(duì)玉米葉面積指數(shù)的影響

圖3中是玉米在土壤水分差異的情況葉面積的不同，跟著糧食產(chǎn)物的日期的進(jìn)行，葉面積的整體前升后降的趨勢(shì)。在葉面積增長(zhǎng)這一階段(拔節(jié)期-抽雄期)，可以明顯看出高水及中水處理的葉面積數(shù)值遠(yuǎn)高于低水處理，抽雄期到灌漿期是對(duì)整個(gè)春玉米產(chǎn)量形成關(guān)鍵的時(shí)期，中水和高水處理的下降趨勢(shì)較低水處理比較平緩。在灌漿期至成熟期時(shí)，不同水處理的葉面積都急劇下降。在相同水分處理下，氮肥施用量在225～325 kg/hm2之間，玉米的葉面積顯著高于其他處理。在相同的不追肥的處理下，高水處理的玉米的葉面積顯著高于其他兩個(gè)水處理，說(shuō)明肥料不足時(shí)加大灌溉水量有助于葉面積的增加。高水處理的葉面積指數(shù)最大，最高達(dá)到4.77，在不同水處理下葉面積都是隨著施氮量的增加而增加。

圖3 高、中、低水不同氮肥處理玉米葉面積指數(shù)的變化

2.4 不同水氮處理對(duì)玉米籽粒產(chǎn)量與增產(chǎn)率的影響

由圖4的籽粒產(chǎn)量可以看出，在低水處理下，玉米籽粒產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加，而且施加氮肥的增產(chǎn)效果非常明顯。而在施氮量為125～225 kg/hm2之間，籽粒的產(chǎn)量并沒(méi)有太大的變化。在中水處理下玉米籽粒產(chǎn)量,隨著施氮量的增加籽粒產(chǎn)量也是在增加，但是在施氮量在225 kg/hm2之后，反而會(huì)對(duì)籽粒產(chǎn)量造成抑制的情況。是因?yàn)樗值娜笔拗屏说实睦寐?。在高水處理下，玉米籽粒的變化情況與低水處理變化情況基本一樣。在氮肥施用量相同的情況下中水處理的籽粒產(chǎn)量的數(shù)值最大為13 174 kg/hm2。在相同的水分狀態(tài)下，施氮量的增加會(huì)使籽粒產(chǎn)量增加。但是增加氮肥量他們的增產(chǎn)效果不一樣。

圖4 高、中、低水不同氮肥處理玉米籽粒產(chǎn)量和增產(chǎn)率的變化

根據(jù)增產(chǎn)率可以得出：在低水處理下，施氮量為325 kg/hm2時(shí)，比不施氮肥的增產(chǎn)效果最好。在中水處理下，施氮量為225 kg/hm2時(shí)，增產(chǎn)效果明顯且在整個(gè)處理情況下中水中肥的處理產(chǎn)量最高。在高水處理下，施氮量為325 kg/hm2時(shí)，增產(chǎn)率最大達(dá)到32.47%。在使用結(jié)論是必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃Y源的多少來(lái)具體確定施氮量的用量。中水處理當(dāng)中，施氮量為225和325 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量的差異性不大，是因?yàn)槭┑康脑黾?，由于水分供?yīng)不足導(dǎo)致氮肥利用率的降低。另外在高水處理中，施氮量為325 kg/hm2時(shí)，與其上的產(chǎn)量的差異性不大。水分供應(yīng)充足以后，對(duì)于沙地來(lái)說(shuō)，保水性能差，同時(shí)肥料也隨著土壤中的水分被淋溶到地下深層水當(dāng)中，對(duì)于作物來(lái)說(shuō)，導(dǎo)致植物吸收的氮肥減少，從而產(chǎn)量沒(méi)有提高。

2.5 不同水氮處理對(duì)水分利用率的影響

圖5為不同水肥處理的水分利用率變化圖，由圖可知，W2N2的WUE最高，其次是W2N3，W1N0的WUE最低，由水分利用效率W1N0

圖5 高、中、低水不同氮肥處理水分利用率的變化

2.6 土壤中硝態(tài)氮的積累量與產(chǎn)量的關(guān)系

長(zhǎng)期大量施用氮肥會(huì)使土壤中硝態(tài)氮的累積，隨著氮肥的投入量的增加，大田中的硝態(tài)氮的累積含量增大[9-11]。表2中的3個(gè)處理都是隨著土壤的深度加深，土壤中的硝態(tài)氮在隨著深度增加，這說(shuō)明氮肥在提供給植物時(shí)，植物吸收不完全，隨著水分向下運(yùn)動(dòng)。在0～100 cm的3個(gè)不同水分處理硝態(tài)氮累積量分別為11.276、19.454、66.09 kg/hm2。

表2 W1N3、W2N3和W3N3處理硝態(tài)氮累積量

同樣的施氮量，不同的灌水量導(dǎo)致的結(jié)果，對(duì)比其產(chǎn)量看，高水產(chǎn)量為12 284 kg/hm2、中水產(chǎn)量11 638 kg/hm2、低水產(chǎn)量10 312 kg/hm2。施氮量相同時(shí)，說(shuō)明了水分對(duì)植物吸收土壤中的硝態(tài)氮有明顯的作用，水分越高，土壤當(dāng)中的硝態(tài)氮的累積量越少，其植物對(duì)硝態(tài)氮的利用率越高，從而產(chǎn)量也有所增加。從圖6可以看出硝態(tài)氮的累積量和產(chǎn)量的相關(guān)性較好為R2=0.999 5。得出在同一施肥水平下，增加灌水量有利于作物對(duì)氮肥的吸收，但灌水量太大，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分向下遷移。

圖6 高肥不同水處理硝態(tài)氮累積量與產(chǎn)量的關(guān)系

3 結(jié) 論

沙地低壓管道水肥耦合試驗(yàn)研究表明:

(1)土壤質(zhì)地為沙地時(shí)，灌溉水量為2 925 m3/hm2施氮量為225～325 kg/hm2之間的水氮配合比對(duì)玉米的株高 、莖粗、葉面積的生長(zhǎng)最為有利。

(2)土壤質(zhì)地為沙地時(shí)，增加灌溉水量、氮肥的使用量都會(huì)相應(yīng)地提高玉米的籽粒產(chǎn)量，合適的水肥配合比會(huì)使產(chǎn)量最優(yōu)化，節(jié)水灌溉情況下，水分利用率達(dá)到最大。通過(guò)研究表明：在W2N2處理下，即全生育期玉米灌水量為2 250 m3/hm2施氮量為225 kg/hm2為本地域玉米水肥耦合的閾值區(qū)域。

(3)在沙丘地上，施氮量相同時(shí)，水分對(duì)植物吸收土壤中的硝態(tài)氮有明顯的作用，水分越高，其植物對(duì)硝態(tài)氮的利用率越高，從而產(chǎn)量也有所增加。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄧西平,山 侖.旱地春小麥對(duì)有效灌溉水高效利用的研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,1995,13(3):42-46.

[2] 郭富強(qiáng). 河套灌區(qū)間作模式下高效利用試驗(yàn)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào)，2012,31(3):129-131.

[3] 薛 鑄，史海濱.鹽漬化土壤水肥耦合對(duì)向日葵苗期生長(zhǎng)影響的試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007,23(3):91-94.

[4] 閆建文. 氮肥對(duì)不同含鹽土壤水鹽和小麥產(chǎn)量的影響[J]. 灌溉排水報(bào)，2014,33(4):91-94.

[5] 田德龍. 鹽分脅迫下水肥對(duì)向日葵光合特性的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào)，2012,31(5):73-77.

[6] 彭 龍，呂志遠(yuǎn).毛烏素沙地水肥耦合對(duì)玉米的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響 [J]. 節(jié)水灌溉，2016,(4):7-10.

[7] 霍 星，呂志遠(yuǎn).水肥耦合對(duì)毛烏素沙地紫花苜蓿生長(zhǎng)與產(chǎn)量的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào)，2013,32(2):111-115.

[8] 孫占祥，鄒曉錦. 施氮量對(duì)玉米產(chǎn)量和氮素利用效率及土壤硝態(tài)氮累積的影響[J].玉米科學(xué)，2011,19(5):119-123.

[9] 袁新民，楊學(xué)云，同延安，等. 不同施氮量對(duì)土壤硝態(tài)氮累積的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2001,19(1):7-13.

[10] 劉宏斌，李志宏，張維理，等. 露地栽培條件下大白菜氮肥利用率與硝態(tài)氮淋溶損 失研究[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2004,10(3):286-291.

[11] 蔣會(huì)利，溫曉霞，廖允成，等.施氮量對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響及土壤硝態(tài)氮運(yùn)轉(zhuǎn)特性[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2010,16(1):237-241.