水肥耦合對土壤水分及制種玉米產量的影響

劉風

摘要：針對甘肅河西干旱灌區水資源不足和高產農田長期存在施肥量過高和水資源利用率低下的現狀，以河西走廊干旱灌區大面積種植的制種玉米為對象，研究不同水肥處理對各生育期土壤水分、水肥利用效率和產量等方面的影響。結果表明，制種玉米在主要生育期耗水量以灌漿-成熟期最高，當灌水量增加時，作物耗水量隨之增加，而水分利用效率逐漸降低，在相同灌水水平下，水分利用效率隨著施氮量的增加而增加。耗水強度在整個生育期表現出先增后減的趨勢，在抽穗-灌漿期耗水強度最大。根據制種玉米的耗水規律，確定了適宜的灌水時期，分別為拔節期、大喇叭口期、抽雄吐絲期、灌漿中后期。在相同的施氮水平下，制種玉米的產量隨著的灌水量的增加而增大。在相同灌水水平下，高水高氮處理下制種玉米的產量反而低于高水中氮處理下產量。

關鍵詞：水肥耦合;土壤水分;制種玉米;產量

中圖分類號：S513? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：1001-1463（2019）06-0041-05

Abstract：According to the situation of insufficient water resources and high fertilization amount and low utilization rate of water resources in high-yielding farmland of Hexi arid irrigation area in Gansu province， the effects of different water and fertilizer treatments on soil moisture， water and fertilizer use efficiency and yield at different growth stages were studied with corn seed planted in large area in Hexi corridor arid irrigation area. The results showed that the largest water consumption of corn for seed was Grouting-mature stage， when irrigation water increases， crop water consumption increases， while WUE decreases gradually. At the same irrigation level， WUE increased with the increase of nitrogen application. The water consumption intensity first increased and then decreased in the whole growth period， and the water consumption intensity was the highest in the period of heading-filling. According to the water consumption law of seed corn production， the suitable irrigation period was determined， including jointing stage， big trumpet mouth stage， tasseling and silking stage， middle and late stage of grouting. At the same nitrogen level， the yield of seed maize increased with the increase of irrigation water. However， under the same irrigation level， the yield of seed corn under high water and nitrogen treatment was lower than that under high water and nitrogen treatment.

Key words：Coupling of water and fertilizer;Soil Moisture;Producing corn seed;Yield

我國屬于資源性缺水國家，人均水資源只有世界平均水平的一半[1 ]，而西北地區多年平均水資源量僅占全國總量的5.84%[2 ]。甘肅河西內陸河灌區是西北干旱灌區的主要組成部分。近年來，我國玉米雜交制種面積不斷擴大，其數量和質量安全直接影響全國的玉米生產和糧食安全以及農業生產的可持續發展[3 ]。甘肅省是我國最大的玉米種子生產基地，也是國家級玉米雜交種子生產基地之一，年種子供應量占全國年用種量的60%以上，其中河西地區玉米種子供應量占甘肅省的90%以上。河西地區作為我國重要的雜交玉米種子生產基地，有著得天獨厚的自然條件。該地區人均水資源不足全國人均水資源的2/3，僅為世界人均水資源的1/6，且降水量少而蒸發量大[4 ]。干旱缺水是影響和限制該區玉米制種產業持續穩定發展的主要制約因素，如何發展高效節水節肥農業是該地區亟待解決的一個重要問題，如何充分利用有限的水資源，提高水肥利用率是提高農業生產水平和發展節水增效農業的關鍵 [5 ]。

在半干旱區灌溉農業中，水肥具有明顯的耦合關系，肥料的增產作用不僅在于肥料本身，更重要的還在于與土壤水分的互作，水肥耦合對作物產量的影響主要反映在水肥供應水平上，Bray[6 ]研究表明，不同水分條件下施肥的效果存在很大差別，表現出產量的差異。趙炳梓等[7 ]對玉米和小麥水肥耦合研究的結果表明，高水、高氮不利于小麥對N的吸收，而玉米的吸氮量隨施肥量的增加而增加。張鳳翔等[8 ]通過盆栽試驗對冬小麥生物學特性及產量影響進行了研究，探討了水肥藕合對冬小麥生理性狀及產量的影響和機制，認為水、N存在顯著耦合效應，只有在適宜的土壤水分與養分條件下才能獲得較高的產量。旱作農田冬小麥水肥耦合增產效應相關研究證實，肥料減緩了土壤水分對產量的影響，提高了冬小麥產量和水分利用 率[8 ]。筆者以國家級雜交玉米制種基地膜下滴灌玉米雜交制種作為研究對象，以水肥資源高效利用、制種田高產穩產、生態安全為總原則，從玉米—水—產量關系、水肥耦合及水鹽運動等機理入手，進行了玉米制種田水肥高效調控研究，并在此基礎上集成提出調控模式。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗區概況

試驗在甘肅省農業科學院張掖節水農業試驗站進行。該試驗站距離張掖市13 km，地理位置為東經100° 26′，北緯38° 56′，海拔1 570 m，地下水位100 m。全年日照時數3 085 h，平均氣溫7 ℃，≥0 ℃的積溫為? ? 3 380 ℃，≥10 ℃的積溫為2 896 ℃，無霜期153 d，具有較好的光熱條件和較高的光溫生產力。

試驗田土質為輕壤土，0～200 cm平均土壤容重為1.376 g/cm3，田間最大體積含水量為31.68%，含有機質7.9 g/kg、速效磷24.7 mg/kg、速效鉀82 mg/kg，年蒸發量? ? ? ?2 075 mm，年降水量不足130 mm，干旱指數高達10以上。該區域是大陸性干旱氣候地帶，屬于典型的無灌溉就無農業的干旱灌溉地區，具有西北綠洲灌溉農業區的典型特征。

1.2? ?試驗材料

指示玉米品種為“先玉335”，從敦煌種業先鋒良種有限公司購得。該品種具有耐旱、抗病蟲害能力強，適于密植等優點。

1.3? ?試驗設計

試驗采用隨機區組設計，選擇地塊平整，地力均一，茬口一致的耕地作為試驗地。試驗小區寬5 m，長6.5 m，面積為32.5 m2，設1m寬的保護區。灌溉水平分別設置3個不同的梯度：低水（2 400 m3/hm2）、中水（4 800 m3/hm2）、高水（6 000 m3/hm2）。氮肥用量分別設置3個水平：低氮（120 kg/hm2）、中氮（240 kg/hm2）、高氮（360 kg/hm2）。試驗共9個處理， 3次重復，共27個小區。磷肥和鉀肥按當地習慣用量做為基肥一次性施入。各小區水肥處理見表1。

于2014年4月1日覆膜，4月13日播種玉米母本，父本分兩次播種，先后于 4 月 17 日和 4 月 20日分別播種。母本采用大小行種植，小行行距為 40 cm，大行為 60 cm，株距為 25 cm。父本點種在母本大行之間，采取插花式點種，株距約為 30 cm，播種深度 6～7 cm，總種植密度約為87 000株/hm2。

1.3? ?測定項目與方法

土壤含水量用烘干稱重法測定，每小區取2個樣，按20 cm分層，分別測定0～100 cm土壤含水量。制種玉米耗水量用水量平衡法計算，依據相臨2次土壤水分的測定結果，計算該時段內的耗水量。

收獲時隨機取玉米15株/小區，測定穗長（第一果穗的長度cm）、穗粗（干果穗中部直徑cm）、單株有效穗數（小區總穗數/小區總株數）、禿尖度（cm）、穗行數（穗中部行數）、行粒數（果穗中代表性行內的籽粒數）及千粒重。產量（kg/hm2）=每hm2穗數×每穗粒數×千粒重kg/1 000。

1.4? ?數據處理與分析

運用SPSS 19.0軟件對試驗數據進行統計分析。

2? ?結果與分析

2.1? ?不同生育階段土壤含水量的變化

制種玉米在不同生育階段0～100 cm土壤含水率的變化如圖1所示。在播種—拔節期，0～60 cm土壤含水率介于10%～15%之間，之后隨土壤深度的增加土壤含水量逐漸增高;在拔節—抽穗期，土壤含水量大小依次為W3N3 > W3N2 > W3N1 > W2N3 > W2N2 > W2N1 > W1N3 > W1N2 > W1N1，表明高定額灌水明顯促進土壤水分向深層土壤移動，有利于提高土壤深層水分儲藏能力;在抽穗—灌漿期，60～100 cm土壤含水量大小依次為W3N1 > W3N3 > W3N2 > W2N2 > W1N3 > W2N1 > W1N1 > W2N3 > W1N2，此期間灌水定額較大時，適當減少灌水次數不會影響土壤含水量;在灌漿—成熟期，各處理土壤水分含量明顯減少，60～80 cm土壤含水量依次為W3N1 > W3N2 > W1N1 > W1N3 > W3N3 > W2N2 > W2N1 > W2N3 > W1N2，這表明高水中氮（W3N2）處理對作物成熟期土壤深層水分沒有明顯的促進作用。

2.2? ?水肥耦合條件下水分利用效率的變化

圖2是制種玉米在水肥耦合條件下其水分利用效率的變化。當灌水增加時，水分利用效率逐漸下降。相同灌水水平下，水分利用效率隨著施氮量的增加而逐漸增加。當灌水量大于4 800 m3/hm2時，隨著施氮量的增加水分利用效率反而下降。

2.3? ?水肥調控下制種玉米產量的變化

圖3為水肥耦合條件下制種玉米產量的變化。在同一施氮水平下，制種玉米的產量隨著灌水量的增加而增加，產量與灌水量呈極顯著的正相關。施氮量為240 kg/hm2時隨著灌水量的增加產量的增加幅度最大，灌水量達到6 000 m3/hm2時制種玉米的產量達到最大值17 000 kg/hm2，施氮量增加至360 kg/hm2時隨著灌水量的增加產量的增加幅度相對較小。在同一灌水條件下，制種玉米的產量隨著施氮量的增加而增加。當灌水量為6 000 m3/hm2時，高氮（360 kg/hm2）條件下的產量反而比中氮（240 kg/hm2）條件下低，這說明在水分充足的條件下，過多的氮肥施用量不一定能明顯提高產量，同時也說明氮肥對于制種玉米產量的影響需要在一定的水分條件下才能最大限度的發揮效應。

3? ?結論

研究表明，制種玉米在主要生育期耗水量以灌漿-成熟期最高。當灌水量增加時，作物耗水量隨之增加，而水分利用效率逐漸降低，在相同灌水水平下，水分利用效率隨著施氮量的增加而增加。耗水強度在整個生育期表現出先增后減的趨勢，在抽穗-灌漿期耗水量最大。根據制種玉米的耗水規律，確定適宜的灌水時期分別為拔節期、大喇叭口期、抽雄吐絲期、灌漿中后期。

在相同的施氮水平下，制種玉米的產量隨著灌水量的增加而增大。但在相同灌水水平下，高水高氮處理的制種玉米產量反而低于高水中氮處理，說明在一定條件下降低水分或者減少氮肥的施用完全有可能達到高產的目的。

參考文獻：

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（本文責編：陳? ? 珩）