河套灌區膜下滴灌高頻施肥促進玉米生長及產量研究

李 哲，屈忠義，任中生，楊少東，續 喆，賈詠林，胡 敏

(內蒙古農業大學水利與土木建筑工程學院，呼和浩特 010018)

滴灌施肥技術作為現代農業發展的綜合管理技術措施之一，也是水肥一體化技術的重要體現形式，可以通過土壤特性、作物根系特征及需水規律靈活而精確地調控土壤水分和養分，具有節水、省工、增產、高效等特點[1,2]。近年來保水、保墑[4]、增加微生物生長活性[3]的覆膜技術也得到了越來越多的關注。河套灌區是中國三大灌區之一，其中玉米產量占全區玉米總產量21%[5]。近年來為加大灌區農業節水力度，提高水分利用效率，控制面源污染，促進灌區農業發展方式轉變，膜下滴灌技術在河套灌區得到大面積推廣。但目前河套灌區對膜下滴灌的研究多集中在灌溉制度[6]、水氮互作[7]、灌溉方式[8]對作物水肥利用、作物系數[9]、土壤水熱鹽[10,11]等的研究。而有研究表明合理的施肥時期[12]、施肥次數[13]、施肥方式[14-17]也顯著影響作物的生長及產量。提高施肥頻次，可顯著提高肥料利用[18]，從而防止土壤和環境污染。玉米生長量大且生長速度較快，整個生育期對水分和養分的需求量較大，在生產上需要多次施肥和灌溉。因此本研究采用張力計指導灌溉，研究相同施肥量下不同施肥頻次對玉米株高、LAI、干物質累積與分配及產量構成要素的影響，揭示不同滴灌施肥頻次對作物生長規律的影響，為河套灌區膜下滴灌水肥一體化的推廣提供理論依據及技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本研究于2016年和2017年在內蒙古巴彥淖爾市臨河區雙河鎮進步村田間小區進行，該地區位于河套平原腹地，東經107°18′，北緯40°41′，海拔1 041～1 043 m，屬中溫帶半干旱大陸性氣候，晝夜溫差大，日照時間長，多年日照均值為3 229.9 h，無霜期130 d左右。

1.2 試驗設計

試驗設計膜下滴灌不同施肥頻率不同施肥頻次LF(當地滴灌習慣施肥，施3次肥)、MF(施6次肥)、HF(每次灌水隨水施肥2016年12次，2017年13次)以及不施肥對照CK總計4個處理。每個處理3個重復，小區面積10 m×6 m=60 m2。供試作物為玉米(西蒙六號)。地膜為白色膜，寬70 cm，采用現行的一膜兩行種植模式。株距25 cm，行距為60 cm，種植密度為6.6 萬株/hm2。2016年和2017年玉米均在5月6日播種和10月2日收割。供試土壤的基本理化性質見表1。

膜下滴灌灌溉制度采用任中生[7]研究成果，灌溉以張力計為指導，灌水下限設為-30 kPa，每次灌水量均為22.5 mm。滴灌系統運行時采用肥料利用率高的1/4-1/2-1/4模式[20]，即前1/4時間灌清水，中間1/2時間施肥，后1/4時間再灌清水沖洗管道，灌溉水利用系數0.95。2016年和2017年玉米全生育期內總計灌水分別為12次和13次。CK處理只灌水不施肥。LF(當地已有施肥方式)和MF處理均基施磷酸二銨(N=16%，P2O5=44%)和鉀肥硫酸鉀(K2O5=50%)，且用量相同，剩余氮肥LF和MF處理在生育期內分別分40%、30%、30%和20%、20%、15%、15%、15%、15%隨水施完(尿素)。所有施肥處理施肥量(N-P2O5-K2O5)參照當地推薦324-145.8-81 kg/hm2。HF處理采用每次灌水隨水追肥形式，以尿素(N=46.4%)、NH4H2PO4(N=12%, P2O5=61%)和硝酸鉀(N=13.5%,K=46%)混合的水溶性肥料為材料。假設全生育期110 d每天都灌水施肥，實際施肥量及頻次按每次灌水間隔隨水施肥，不施基肥。具體灌水施肥情況見表2。

表2 試驗區膜下滴灌灌水施肥情況

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 玉米生長指標及產量的測定

每個小區沿滴灌帶方向按等間距(6.25 m)布置3個測點，在每個測點選生長狀況良好、具有代表性的3株玉米植株掛牌標記，在苗期、拔節期、抽穗期、灌漿期、成熟期測定株高和葉面積指數，其中玉米株高的測定方法為：未抽穗之前量地面到葉片自然伸展時的最高處，抽雄后量地面到雄穗頂端的高度，葉面積指數采用AccuPAR LP-80型植物冠層分析儀進行測定。干物質于成熟期按葉片，莖+葉鞘，苞葉，穗依次分開，105 ℃下殺青1 h烘至恒溫后稱干重。考種取樣在每個小區按等間距(10 m)布置3個觀測點，每個測點取2行，每行取3株，共6株(樣方 1.30 m × 0.99 m)，分別測量穗行數、行粒數，風干后脫粒，測定百粒重、穗粒重、含水率，產量折算為質量含水率14%的標準產量[19]。

1.3.2 數據統計與分析

采用Excel 2013和SPSS 24.0軟件對數據進行數據繪圖、方差分析與多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同施肥頻次對玉米株高的影響

2016年和2017年四個不同施肥頻次條件下玉米株高生育期階段變化如表3，通過方差分析可知，兩年數據施肥頻次對玉米株高的影響均呈極顯著正相關，株高隨施肥頻次的增加而顯著增加。對比不同生育階段F值可以看出，施肥頻次在抽雄期及灌漿期對株高的影響均大于其他生育期。2016年和2017年全生育期CK、LF、MF、HF各處理玉米平均生長速率分別為2.5、3.17、3.27、3.54 cm/d和3.09、3.44、3.51、3.75 cm/d。苗期玉米需肥量小，各施肥頻次株高差異性不顯著。拔節期玉米進入快速生長階段，各處理差異性顯著，如2017年HF較MF、LF、CK分別增加了3.77%、6.06%、25.1%。抽雄期，HF的株高顯著大于其他處理，如2016年HF較MF、LF、CK分別增加了7.24%、9.33%、30.69%。灌漿期2016年HF較MF、LF、CK分別增加了4.62%、7.42%、20.92%。可見河套灌區玉米膜下滴灌不同施肥頻次對株高的影響主要體現在拔節期之后，而HF較MF、LF在抽雄期后顯著影響玉米株高的長勢。這是因為全生育期少量多次的高頻次施肥方式可均衡滿足玉米生長需求，延長玉米株高生長活躍期。

表3 2016年和2017年滴灌不同施肥頻次玉米株高生長過程的影響 cm

注：*、**分別表示在0.05、0.01水平上差異顯著，同一列中不同字母表示在0.05水平下有顯著差異。

2.2 不同施肥頻次對玉米葉面積的影響

2016年和2017年四個不同施肥頻次條件下玉米葉面積指數生育期階段變化如表4，由F值檢驗可以看出不同施肥頻次對LAI的影響在抽雄期最大，呈極顯著水平，其中2016年和2017年HF較MF、LF、CK分別增加了3.83%、8.58%、27.92%和3.13%、9.42%、45.7%。在拔節期及灌漿期不同施肥頻次對LAI的影響達顯著水平，LAI均隨施肥頻率的增加呈增加趨勢。拔節期HF顯著大于MF和LF處理，而MF和LF差異性不顯著。灌漿期施肥頻率對LAI的影響較抽雄期小，這是因為玉米進入營養生殖階段，施加的氮素由葉轉移到籽粒中。就各生育階段看，MF、LF、CK處理的LAI均呈現先降低趨勢，而HF處理葉面積指數于灌漿期仍保持上升趨勢，說明少量多次高頻施肥可以有效延長LAI生長活躍周期，從而促進生育后期玉米的生長。

表4 2016年和2017年滴灌不同施肥頻次對玉米LAI的影響

注：*、**分別表示在0.05、0.01水平上差異顯著，同一列中不同字母表示在0.05水平下有顯著差異。

2.3 不同施肥頻次對玉米干物質累積與分配的影響

如圖1所示，隨施肥頻率的增加，干物質累積量也顯著增加，其中HF處理與其他處理差異性達極顯著水平。2016年和2017年HF處理比MF、LF、CK分別增加7.6%、11.42%、30.2%和7.2%、11.16%、33.77%。就成熟期不同施肥頻率對玉米干物質各器官分配比例可知(表5)，高頻水肥方式HF可顯著提高穗占干物質質量總體的分配水平。不同施肥頻率各器官平均分配比例分別為穗(49.06%)>莖(34.78%)>葉(12.05%)>苞葉(4.11%)。就對各器官分配比例看不同施肥頻率對穗的分配差異性顯著，隨施肥頻率的增加，穗的分配比例顯著增加，HF處理最高達50.47%。而莖稈隨施肥頻率的增加，分配比例降低。說明高頻施肥可以顯著提高莖稈向玉米果實中的運移分配，從而提高籽粒產量。

圖1 成熟期施肥頻率對玉米干物質積累的影響

表5 2016年和2017年成熟期玉米干物質分配比例%

注：同一列中不同字母表示在0.05水平下有顯著差異。

2.4 不同施肥頻次對產量及其構成因素的關系

由兩年數據方差分析可知(表6)，隨施肥頻率的增加，百粒重及產量顯著增加，而增加施肥頻率對玉米穗行數和行粒數無顯著影響。2016年和2017年LF、MF、HF處理較CK不施肥處理的增產率分別為23.15%、24.83%、28.22%和41.98%、43.88%、45.42%。少量多次隨水施肥的高頻施肥方式對產量的影響最大。而造成兩年試驗增產率變化范圍較大的原因可能是CK處理連續兩年不施肥，造成土壤貧瘠，2017年減產明顯，導致各處理第二年增產率相對較高。可見玉米膜下滴灌全生育期內按生育期將肥料平分到每一天，少量多次的高頻施肥方式可以使土壤供氮和作物需氮在時間和空間上同步，促進玉米株高及葉面積生長，提高玉米百粒重從而顯著提高產量。

表6 2016年和2017年不同施肥頻率對玉米產量及其構成要素的影響

注：*、**分別表示在0.05、0.01水平上差異顯著，同一列中不同字母表示在0.05水平下有顯著差異。

由皮爾遜相關系數來評估兩年試驗玉米產量構成要素與生育指標間的線性關系(表7)，可得產量與葉面積、干物質、行粒數及百粒重呈極顯著的正相關關系(p<0.01)，與株高和穗行數呈顯著正相關關系(p<0.05)。百粒重和行粒數對株高、葉面積、干物質均呈極顯著的正相關關系(p<0.01)，且百粒重與行粒數也呈極顯著的正相關關系(p<0.01)，與穗行數呈顯著正相關關系(p<0.05)。干物質、株高和葉面積三者均互成極顯著的正相關關系(p<0.01)。

表7 產量及其構成要素與生育指標相關分析

注：**表示在 0.01 級別(雙尾)，相關性顯著；*表示在 0.05 級別(雙尾)，相關性顯著。

3 討 論

越來越多的研究表明養分分次(期)投入更符合作物的需求規律，同時可以提高養分利用率。而如何與滴灌結合，實現水分和養分的高效管理，從而促進作物生長及產量，是亟需研究的問題。栗巖峰等[20]研究表明，滴灌條件下土壤硝態氮在生育期內的變化會隨施肥頻率降低而劇烈變化，從而影響作物生長。Bijay Singh 等[21]研究表明少量多次滴灌配合氮磷鉀的平衡施入可以提高作物產量，增加水氮利用效率，減少氮淋失。鄒曉錦等[17]研究發現減氮后移可以使根層無機氮供應較好地與作物吸收同步，減少收獲期土層0～100 cm硝態氮殘留，降低環境污染。呂鵬等[12,13]研究得出的分次施氮可顯著提高玉米籽粒產量。周榮等[18]研究發現少量多次的施肥方式可以促進青椒均衡地吸收營養，提高氮肥利用率。王宜倫等[16]研究表明氮肥施用量和追肥時期適當后移能夠降低夏玉米莖和葉片氮素轉運率，維持夏玉米莖和葉片中較高氮素積累，防止葉片過早衰老而有利于生育后期物質的合成，促進晚收夏玉米籽粒灌漿，增加百粒重。這與本文研究成果一致，少量多次的高頻均衡滴灌施肥方式可通過提高百粒重來增加產量。本試驗研究得出河套灌區玉米膜下滴灌增加施肥頻率對玉米株高和葉面積的影響主要在生長中后期，與周艷等[14]研究施肥頻率對春小麥生長的研究結果一致。另外本試驗中CK 葉面積指數出現早衰現象，最終導致減產。可能是因為葉片相對于其他器官，更容易受到氮素供給影響，氮素脅迫加劇時使葉片中的氮素提前外運，致使其率先衰老[15]。

4 結 語

通過2016年和2017年在河套灌區展開的膜下滴灌玉米田間試驗，研究不同施肥頻次對玉米生長過程、干物質積累與分配及產量構成因素的影響，得出：膜下滴灌少量多次的高頻施肥方式可顯著促進作物生長，提高產量。

(1)少量多次的高頻次施肥可以顯著提高株高拔節期之后的長勢，抽雄期和灌漿期較6次施肥、3次施肥和不施肥處理兩年平均增加了5.3%、7.37%、21.94%。

(2)施肥頻次于抽雄期對LAI的影響最大，少量多次的高頻次施肥通過延長生長活躍周期促進玉米生育后期的生長。

(3)少量多次的高頻次施肥可以顯著提高干物質累積，較6次施肥、3次施肥、不施肥處理兩年平均增加7.42%、11.29%、32%。少量多次的高頻次施肥通過提高莖稈向玉米果實中的轉運比例，從而提高籽粒產量。

(4)由皮爾遜相關分析法得產量與葉面積、干物質、行粒數及百粒重呈極顯著的正相關關系(p<0.01)。少量多次的高頻次施肥、6次施肥、3次施肥處理兩年平均增產率分別為36.82%、34.10%、32.56%。高頻次施肥通過提高百粒重從而達到增產的效果。