尿素濃度對噴灌夏玉米生長和產(chǎn)量的影響

趙偉霞，張 萌，李久生，栗巖峰

尿素濃度對噴灌夏玉米生長和產(chǎn)量的影響

趙偉霞，張 萌，李久生※，栗巖峰

（中國水利水電科學研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100048）

噴灌施肥灌溉時葉片對尿素的直接吸收作用是提高氮肥利用率的潛在因素之一。以地面灌溉、尿素撒施處理為對照（CK），通過設(shè)置不同的尿素噴施濃度，研究夏玉米生理生態(tài)指標和產(chǎn)量的響應(yīng)特征。結(jié)果表明，追施尿素后葉片相對葉綠素含量（SPAD）增加，但不同尿素噴施濃度處理的夏玉米株高、SPAD無顯著差異（>0.05）。尿素噴施濃度對葉面積指數(shù)（leaf area index，LAI）和產(chǎn)量的影響具有較大的年際變化，2017年不同尿素噴施濃度處理的產(chǎn)量差異達到了顯著水平，尿素噴施濃度為0.146%處理的產(chǎn)量（12.5 t/hm2）顯著高于尿素噴施濃度≥0.178%處理的產(chǎn)量（11.3 t/hm2），2018年尿素噴施濃度為0.188%處理的LAI在噴灌施肥后的一段時間內(nèi)出現(xiàn)了顯著降低。噴灌施肥后，葉片吸收尿素對光系統(tǒng)活性和光化學效率的影響與SPAD有關(guān)，2017年SPAD較高時，噴施尿素后光系統(tǒng)活性和光化學效率呈先減小后增大規(guī)律，且尿素噴施濃度≤0.146%處理的抑制作用僅發(fā)生在施肥后1 d，尿素噴施濃度≥0.178%處理的抑制作用持續(xù)至施肥后3～5 d；2018年SPAD較低時，與CK處理相同，噴施尿素后所有處理的光系統(tǒng)活性和光化學效率均呈先增大后穩(wěn)定規(guī)律。與CK處理相比，施氮量小于等于CK的噴灌處理的產(chǎn)量和水分利用效率與CK處理無顯著差異，但氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于CK處理，證明了噴灌施肥灌溉的可行性及其節(jié)肥、增產(chǎn)潛力。

施肥；灌溉；葉綠素熒光；圓形噴灌機；尿素濃度；產(chǎn)量；夏玉米

0 引 言

施肥灌溉是將肥料溶解于水中，經(jīng)注射裝置加入到灌溉系統(tǒng)后隨灌溉水施入土壤的技術(shù)[1-2]，與撒施后進行灌溉的施肥方式相比，施肥灌溉具有以下優(yōu)點[3-4]：1）液態(tài)的肥料有利于作物通過根和葉部吸收利用；2）減少施肥機械通過田間的次數(shù)，保持耕作層的土壤結(jié)構(gòu)不被破壞；3）可以多次少量的按需施肥；4）可以對施肥有困難的高稈作物與株形緊湊的作物進行施肥。理論上講，施肥灌溉可應(yīng)用于各種類型的灌溉系統(tǒng)，但是目前僅在能使作物更集中和有效地利用水分和養(yǎng)分的滴灌系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用[5-6]，而很少應(yīng)用于噴灌系統(tǒng)[1]。

利用噴灌系統(tǒng)進行施肥的設(shè)想始于20世紀50年代，大型噴灌機較高的灌水均勻度為施肥灌溉管理提供了保證[7]。但是截止目前，國內(nèi)外噴灌施肥灌溉技術(shù)發(fā)展仍然相對滯后，主要原因在于：1）其全覆蓋的噴灑形式被認為是另一種形式的撒施，從經(jīng)濟、環(huán)境和技術(shù)角度考慮，理論上均應(yīng)低于滴灌的局部施肥灌溉效果[8]；2）噴灌過程中不僅存在肥液的蒸揮發(fā)漂移損失[9]，還存在冠層截留損失。在噴灌技術(shù)發(fā)展早期，利用再生水和咸水進行噴灌的大量試驗研究表明，冠層截留后葉片對鹽分離子的直接吸收作用是葉片嚴重損傷、減產(chǎn)，甚至造成植株死亡的主要原因[10-13]。但是也有研究表明，作物對鹽分離子的敏感程度與作物類型有關(guān)，取決于作物角質(zhì)層組分和厚度[14]，而作物產(chǎn)量是否降低與鹽分濃度密切關(guān)系[15]。因此，噴灌施肥后冠層對肥液的截留作用可能造成的葉片灼傷和產(chǎn)量降低風險成為限制噴灌施肥灌溉技術(shù)發(fā)展的主要原因。近年來，隨著可溶性肥料和新型液態(tài)肥的出現(xiàn)，以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準化、自動化的發(fā)展需求，噴灌水肥一體化技術(shù)的發(fā)展越來越受到重視[16-17]。為了避免噴灌施肥后產(chǎn)生葉片灼傷，在利用柱塞式、活塞式、隔膜式等噴灌機專用注肥泵[18]進行施肥灌溉后，需要利用噴灌機再次噴灑清水沖洗冠層截留肥液，這不僅增加了操作復雜性，而且?guī)砹说亓苁эL險。

作為可溶性固態(tài)氮肥中含氮量最高的優(yōu)質(zhì)肥料，尿素是肥料市場中最主要的氮肥類型。因為植物葉片及其他幼嫩的營養(yǎng)器官能直接吸收尿素，除基施外，尿素也被廣泛用作葉面施肥[19]。利用噴灌系統(tǒng)進行尿素噴施后，可以充分實現(xiàn)植物根系與葉片的雙重作用，奠定水肥一體化技術(shù)理論基礎(chǔ)[7,20]，這也是噴灌技術(shù)區(qū)別于滴灌技術(shù)實現(xiàn)水肥一體化的優(yōu)勢[21-22]。由此推知，在利用噴灌機進行尿素噴施時，冠層對尿素的截留可能有助于氮肥利用率的改善。因此，本文擬通過玉米生長和產(chǎn)量對不同尿素噴施濃度的響應(yīng)研究，一方面驗證噴灌施肥灌溉應(yīng)用于玉米栽培的可行性，另一方面研究噴灌施肥對玉米氮肥利用率的提高作用。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2017和2018年在國家節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心（北京）試驗研究基地進行（116°15′E、39°39′N、海拔31.3 m）。該基地位于北京市大興區(qū)，屬北溫帶半濕潤大陸季風氣候，多年平均溫度為11.6 ℃，多年平均降水量為556 mm。試驗田塊土壤類型為粉壤土，平均容重為1.41 g/cm3，平均田間持水率和凋萎含水率分別為0.33和0.10 cm3/cm3。

試驗用圓形噴灌機（華泰保爾，DYP-49）由一跨加懸臂組成，配備Nelson D3000低壓折射式非旋轉(zhuǎn)噴頭，每個噴頭上方均安裝壓力調(diào)節(jié)器（美國尼爾森，0.103 MPa），噴頭間距2.92 m，噴頭距地面高度1.5 m，灌水和施肥均勻系數(shù)均大于80%[23]。試驗用注肥泵為JXM-A240/0.7計量隔膜泵（大連銀帆農(nóng)業(yè)噴灌機制造有限公司），儲肥罐內(nèi)肥液原液經(jīng)進水管通過計量隔膜泵后，由出水管注入圓形噴灌機。為保證計量隔膜泵的吸肥流量控制精度，計量隔膜泵的行程調(diào)節(jié)為最大設(shè)計流量的100%[23]。

1.2 試驗設(shè)計及田間布置

試驗于2017年6月12日—9月23日和2018年6月17日—9月27日進行，供試作物為夏玉米（L.）“紀元168號”。夏玉米株距和行距分別為40和50 cm，種植密度為5×104株/hm2。2 a基施N量分別為132和99 kg/hm2，在玉米大喇叭口期（2017年8月4日，2018年8月3日）利用圓形噴灌機施肥系統(tǒng)進行尿素的追施。試驗因素設(shè)置為尿素濃度，2017年共設(shè)置0.048%、0.105%、0.146%、0.178%、0.312% 5個濃度處理（記為N1、N2、N3、N4、N5），對應(yīng)的追施N量為38、83、116、141和248 kg/hm2，總施N量為170、215、248、273和380 kg/hm2，施肥時噴灌灌水定額為20 mm。為了進一步區(qū)分施肥濃度和施肥量對夏玉米生長和產(chǎn)量的影響，根據(jù)2017年試驗結(jié)果，選擇最高產(chǎn)量對應(yīng)處理（總施N量為215 kg/hm2的N2處理），2018年N1～N5處理的尿素濃度設(shè)置為0.090%、0.146%、0.188%、0.219%和0.292%，其中N2和N3處理追施N量相同，N1～N5處理追施N量分別設(shè)計為71、116、116、149和174 kg/hm2，總施N量為170、215、215、248和273 kg/hm2，施肥時噴灌灌水定額為20 mm，為了獲得N2和N3處理不同的尿素濃度，N3處理施肥前先噴灌10 mm的清水，然后再噴灌10 mm的尿素溶液。2 a試驗所有噴灌處理施肥灌溉后均不再利用清水進行葉片沖洗。對照處理（CK）設(shè)置為地面灌溉，大喇叭口期尿素撒施，2017和2018年總施N量分別為248和215 kg/hm2。每個處理設(shè)置3個重復，共18個試驗小區(qū)，其中15個噴灌小區(qū)沿噴灌機桁架方向采用隨機布置，為了獲得各小區(qū)不同的尿素噴施濃度，每個小區(qū)單獨進行施肥灌溉，由圓形噴灌機變量灌溉系統(tǒng)[24-25]進行沿桁架方向不同小區(qū)內(nèi)的噴頭開閉控制。CK處理分布在整塊地的地角處（圖1）。2017年試驗開始前，由于噴灌機水力性能測試試驗，噴灌小區(qū)和CK處理的初始土壤含水率出現(xiàn)了較大差異，CK處理的初始土壤含水率相對較低。

注：N1～N5代表不同尿素濃度的噴灌施肥處理，2017年分別為170、215、248、273和380 kg·hm-2，2018年分別為170、215、215、248和273 kg·hm-2；CK代表地面灌溉對照處理。下同。

Note: N1-N5 are sprinkler fertilization treatment with different urea concentrations of 170, 215, 248, 273, 380 in 2017 and 170, 215, 215, 248, 273 kg·hm-2in 2018; CK represents the control treatment with surface irrigation. Same as below.

圖1 試驗處理田間布置

Fig.1 Field layout of experimental treatment

1.3 灌溉制度

圖2 夏玉米生育期內(nèi)累積有效降雨量和灌水量

1.4 測量指標和方法

為測量夏玉米生長指標和產(chǎn)量，并評估噴灌施肥后不再進行清水沖洗時冠層截留尿素量是否會對葉片組織造成影響，在每個試驗小區(qū)中部均勻布置3個觀測點（圖 1），每個觀測點處選取生長狀況良好具有代表性的植株1株掛牌標記，連續(xù)觀測其生理生態(tài)指標的變化。具體測量指標和方法如下：

1）株高：每10 d用鋼卷尺測定1次。玉米雄穗露出喇叭口前，株高為地面至大喇叭口處的距離，雄穗露出喇叭口后，株高為地面至雄穗頂端的距離。

2）葉面積指數(shù)（leaf area index，LAI）：每10 d用直尺測定1次。采用長寬系數(shù)法通過對標記植株所有綠葉的長寬測量進行計算，系數(shù)為0.75。

3）葉片相對葉綠素含量（soil and plant analyzer development，SPAD）：每10 d用葉綠素儀（日本，SPAD502）在10:00測定1次。夏玉米苗期至抽雄前測定最上部完全展開葉，抽雄后測定穗位葉。

4）葉片光化學參數(shù)：噴灌施肥后利用葉綠素熒光測量儀（捷克，F(xiàn)luorPen FP100）每天測定1次光化學參數(shù)，直至光化學參數(shù)基本保持穩(wěn)定（2017年8月4日—14日，2018年8月3日—13日）。測量位置在玉米倒四葉片中間部位（避開葉脈），15:00在測量部位加上葉夾，進行充分的暗適應(yīng)后于16:00開始測量，測定指標包括PSⅡ光化學效率（F/F）和PSⅡ的潛在活性（F/0）。F/F是可變熒光與最大熒光的比值，反映了光系統(tǒng)最大光能轉(zhuǎn)換效率；F/0是可變熒光與固定熒光的比值，反映了葉片光系統(tǒng)活性，即葉片進行光能轉(zhuǎn)化的能力。F/F和F/0可用于間接評估噴灌施肥后不再進行清水沖洗時冠層截留尿素量對葉片組織的影響。

5）產(chǎn)量及其構(gòu)成要素：玉米蠟熟期（2017年9月23日，2018年9月27日），在每個觀測點選取相鄰2行玉米，連續(xù)收獲6株果穗，數(shù)其穗粒數(shù)并測量每個果穗的穗長、穗行數(shù)和行粒數(shù)。脫粒后烘干至恒質(zhì)量，稱其籽粒干質(zhì)量與百粒質(zhì)量。實際產(chǎn)量按15%水分計算。

6）水氮利用效率：水分利用效率（water use efficiency，WUE）由夏玉米產(chǎn)量和夏玉米生育期內(nèi)的耗水量比值計算得到，氮肥偏生產(chǎn)力（partial factor productivity from applied N，PFPN）由夏玉米產(chǎn)量和N施用量的比值計算得到，其中，耗水量由水量平衡法計算，具體方法詳見參考文獻[28]。

1.5 統(tǒng)計分析方法

尿素濃度對夏玉米株高、LAI、SPAD、產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響均采用單因素方差分析，各處理均值間的差異采用Duncan多重比較確定。

2 結(jié)果與分析

2.1 尿素濃度對夏玉米株高和LAI的影響

2a夏玉米生育期內(nèi)，株高和LAI隨時間的變化如圖 3所示。隨植株生長，株高呈快速增大趨勢，8月中旬所有處理均達到最高值后基本保持恒定，并在后期隨著雄穗的萎蔫略有降低。經(jīng)統(tǒng)計分析，2a夏玉米生育期內(nèi)，噴灌處理間株高差異較小且均未達到顯著水平，表明尿素噴施濃度和施氮量的差異并未對株高產(chǎn)生顯著影響（>0.05）。與2017年株高相比，2018年由于拔節(jié)后降雨量較多，株高有所降低，株高最大值平均降低15%。與噴灌處理相比，2017年尿素追施前地面灌溉CK處理的株高顯著低于噴灌（<0.05），但追肥后各處理間無顯著差異（>0.05）；2018年整個生育期內(nèi)對照處理株高均與噴灌處理差異不顯著（>0.05）。

與夏玉米株高隨時間的變化規(guī)律相似，在LAI達到最大值前，LAI隨植株生長呈快速增大趨勢，且與株高達到最大值的時間基本相同，但后期隨植株衰老，LAI呈減小規(guī)律。2017年夏玉米生育期內(nèi)，每次測量時不同尿素噴施濃度處理的LAI差異均未達到顯著水平（>0.05）。2018年夏玉米生育期內(nèi)，噴灌施肥前，各處理LAI差異未達到顯著水平（>0.05）；噴灌施肥后，8月7日和8月29日測量時，除N3處理的LAI顯著低于N4處理外（<0.05），其他處理的LAI與N4處理無顯著差異（>0.05）；8月18日測量時，除N3處理的LAI顯著低于N5處理外（<0.05），其他處理的LAI與N5處理無顯著差異（>0.05）。與2017年LAI相比，2018年LAI有所降低，LAI最大值平均降低18%。2a試驗結(jié)果表明，噴灌施肥時，尿素噴施濃度對夏玉米LAI的影響大于株高，且受降雨量等氣象因素的影響，尿素噴施濃度對LAI的影響程度在年際間變化較大。與噴灌處理相比，2017年尿素追施前由于地面灌溉CK處理較低的土壤初始含水率，與株高的生長過程相似，LAI也出現(xiàn)了滯后于噴灌處理的現(xiàn)象，且顯著低于噴灌（<0.05），但追肥后隨著降雨對土壤水分的補充，CK處理LAI迅速增加，其達到最大值的時間滯后于噴灌處理，并因此出現(xiàn)了后期由于生長期滯后葉片衰老速度變慢導致的LAI顯著高于噴灌處理的現(xiàn)象（<0.05）。2018年夏玉米整個生育期內(nèi)，CK處理LAI均與噴灌處理無顯著差異。

注：圖中虛豎線表示施肥日期.

2.2 尿素濃度對夏玉米SPAD的影響

葉片相對葉綠素含量SPAD在一定程度上反映了作物氮素的虧缺程度。2a夏玉米生育期內(nèi)，不同測量時間的SPAD均值及其統(tǒng)計分析結(jié)果如表1所示。與施肥前相比，2a追施尿素后所有處理的SPAD均有所增加，且在后期隨植株生長和葉片衰老呈迅速減小趨勢。2017年夏玉米生育期內(nèi)，各尿素濃度處理的SPAD均值均無顯著性差異（>0.05）。由于CK處理生長期的相對滯后，追施尿素前后CK處理的SPAD值一直高于噴灌處理。2018年夏玉米生育期內(nèi)，各尿素濃度處理的SPAD均值大多無顯著差異。除了8月7日剛追施氮肥后CK處理SPAD值相對較低外，其他測量時間CK處理與噴灌處理之間的差異均未達到顯著水平。與2017年同時期的SPAD值相比，除了玉米生長后期（9月18—19日）外，2018年的SPAD值明顯較低。這些結(jié)果表明，2 a試驗不同噴施尿素濃度處理的夏玉米吸氮水平在整個生育期內(nèi)基本保持一致，處理之間并沒有因為總施氮量的不同而產(chǎn)生顯著差異。

表1 2017和2018年夏玉米生育期內(nèi)SPAD均值

注：不同字母表示在0.05水平上處理間差異顯著。

Note: Different letters after values indicate significant difference among treatments at 0.05 level.

2.3 尿素濃度對夏玉米葉綠素熒光參數(shù)的影響

2a夏玉米噴施尿素后，各處理均未觀察到肉眼可見的葉片灼傷現(xiàn)象。2017和2018年追施尿素前后各處理的光系統(tǒng)潛在活性F/0與光化學效率F/F隨時間的變化曲線如圖4所示。

圖4 噴灌施肥后夏玉米葉綠素熒光參數(shù)隨時間變化

2017年噴施尿素后，N1、N2處理葉片F/0和F/F呈先減小后增大趨勢，并于噴施尿素后的2～3 d達到最大值，然后基本保持恒定；N4、N5處理的F/0和F/F則在噴施尿素后有所降低，并在施肥后3～5 d時降到最低值，然后又恢復到與其他處理相同的水平。2018年施肥后所有處理葉片的光系統(tǒng)活性F/0和光化學效率F/F均呈增大趨勢，并在施肥后3 d達到最大值，然后基本保持恒定。除2017年的N4、N5處理F/0和F/F小于施肥前外，2a試驗時F/F均基本穩(wěn)定在0.8附近且高于施肥前，F/0均基本穩(wěn)定在4.0附近且高于施肥前。與噴施尿素進行氮肥追施的處理相比，在撒施地面灌CK處理，追施尿素后F/0和F/F在施肥1 d后就明顯增大，然后穩(wěn)定在和噴施尿素處理相同的水平，說明追施尿素后土壤中氮含量的增加對葉片光系統(tǒng)活性的提高有積極作用，但是葉片和其他幼嫩器官對尿素的直接吸收作用對葉片光系統(tǒng)活性的影響表現(xiàn)出一定的年際變化特征，2017年施肥后1～5 d內(nèi)葉片光系統(tǒng)活性先出現(xiàn)了一定程度的抑制作用，而2018年未觀測到該抑制作用。

關(guān)于葉綠素和光合作用相關(guān)關(guān)系的研究結(jié)果表明，葉綠素是植物進行光合作用的場所，葉綠素含量往往直接影響光合作用速率和光合產(chǎn)物的形成，缺氮時，植物體內(nèi)葉綠素含量下降，光合作用強度減弱[19]。對比2017和2018年葉片相對葉綠素含量SPAD值可知，2018年由于夏玉米進入拔節(jié)期后較大的降雨量，氮素淋失風險增加，SPAD值減小。結(jié)合圖4中的葉綠素熒光參數(shù)可知，在追施尿素前，2018年的光系統(tǒng)活性F/0和光化學效率F/F均小于2017年，與SPAD結(jié)果保持一致。由于2017年追施尿素時夏玉米普遍不缺氮，光合能力較強，所以冠層對尿素的直接吸收作用對光合作用產(chǎn)生了一定程度的抑制，而2018年由于光合能力相對較弱，所以追施尿素后冠層對尿素的直接吸收作用增加了葉片的光合能力。這說明尿素噴施濃度對植株光合作用的影響與噴施時作物的氮素虧缺狀況有關(guān)，為了充分發(fā)揮葉片吸肥作用，提高氮肥利用效率，尿素噴施宜根據(jù)作物生長需肥規(guī)律，在作物剛進入缺氮時期及時進行補肥。

2.4 尿素濃度對夏玉米產(chǎn)量及水氮利用效率的影響

表2為2017和2018年夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成要素、WUE和PFPN的均值和統(tǒng)計分析結(jié)果。2a夏玉米產(chǎn)量變化范圍分別為11.3～12.5和9.8～10.9 t/hm2，均值為11.7和10.3 t/hm2，呈現(xiàn)出較大的年際變化。2018年較低的產(chǎn)量與其較低的株高、LAI和SPAD密切相關(guān)（圖 3、表1）。2017年不同的尿素噴施濃度處理，N2處理的產(chǎn)量最高，并顯著高于較高施氮量和尿素追施濃度的N4和N5處理（<0.05）。N2處理較高的產(chǎn)量與其較大的產(chǎn)量構(gòu)成要素有關(guān)，N2處理穗長顯著高于N3～N5處理，穗粒數(shù)顯著高于N1、N3～N5處理，但百粒質(zhì)量與其他處理無顯著差異。與地面灌溉CK處理相比，具有相同總施氮量的N3處理除百粒質(zhì)量外，穗長、穗粒數(shù)顯著降低，但產(chǎn)量差異未達到顯著水平；CK處理的產(chǎn)量與總施氮量相對較小的N1、N2處理也無顯著差異。2018年各噴灌處理的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素間無顯著差異。與噴灌處理相比，地面灌溉CK處理的產(chǎn)量無顯著差異。2a夏玉米WUE的變化范圍分別為2.7～3.3和2.5～3.3 kg/m3，均值均為3.0 kg/m3，年際間變化較小。2017年不同的尿素噴施濃度處理，除N3處理的WUE顯著低于N1處理外，其他處理的WUE無顯著差異；CK處理的WUE與總施氮量相對較小的N1、N2處理無顯著差異。2018年，不同尿素噴施濃度處理間WUE無顯著差異；CK處理的WUE顯著低于N3、N5處理，但與總施氮量相對較小的N1處理無顯著差異。不同的尿素噴施濃度處理內(nèi)，2a夏玉米PFPN隨施氮量的增加呈顯著減小趨勢。與噴灌處理相比，地面灌溉CK處理的PFPN顯著小于總施氮量相對較小的噴灌處理。

表2 2017和2018年夏玉米產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成要素、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力統(tǒng)計分析

為進一步分析2 a試驗中施氮量為215 kg/hm2時夏玉米均較高的原因，并證明測土配方技術(shù)在未來噴灌水肥一體化技術(shù)中推薦施氮量的可行性，將2 a夏玉米目標產(chǎn)量分別設(shè)置為最高產(chǎn)量12.5和10.9 t/hm2，以100 kg籽粒產(chǎn)量的需氮量為2.3 kg[29]計算，2017和2018年的需氮量分別為287.5和250.7 kg/hm2。播種前經(jīng)土壤剖面取土法測量的0～100 cm土壤NO3--N量分別為78和61 kg/hm2，根據(jù)土壤剖面無機氮法[30]計算的需施氮量分別為209.5和189.7 kg/hm2。對比2 a設(shè)置的施氮量水平170、215、248、273 kg/hm2可知，N2處理的215 kg/hm2與達到目標產(chǎn)量的需氮量最為接近，相對偏差小于15%，證明了測土配方技術(shù)在噴灌水肥一體化管理中的可行性。

3 結(jié)論及討論

為了驗證噴灌施肥灌溉在夏玉米管理中的可行性，本文以地面灌溉、尿素撒施處理為對照，研究了大型噴灌機條件下不同尿素噴施濃度處理夏玉米生理生態(tài)指標的響應(yīng)。主要結(jié)論如下：

1）2a試驗噴灌施肥灌溉處理中施氮量小于CK處理施氮量處理的產(chǎn)量、水分利用效率均與CK處理無顯著差異，且氮肥偏生產(chǎn)力顯著高于CK處理，證明了噴灌施肥灌溉的可行性及其節(jié)肥、增產(chǎn)潛力。

2）在噴灌施肥灌溉處理，不同尿素噴施濃度對夏玉米株高、SPAD的影響較小，對葉面積指數(shù)和產(chǎn)量的影響相對較大。2017年夏玉米生育期內(nèi)，處理間葉面積指數(shù)無顯著差異，尿素噴施濃度為0.146%處理的產(chǎn)量顯著高于尿素噴施濃度≥0.178%處理的產(chǎn)量；2018年，尿素噴施濃度為0.188%處理的葉面積指數(shù)在噴灌施肥后的一段時間內(nèi)出現(xiàn)了顯著降低，處理間的產(chǎn)量差異未達到顯著水平，這表明尿素噴施濃度對夏玉米生態(tài)指標和產(chǎn)量的影響具有年際變化。

3）與CK處理光系統(tǒng)活性和光化學效率在施肥后呈先增大后穩(wěn)定的規(guī)律不同，噴灌施肥灌溉處理的F/0和F/F在施肥后的變化規(guī)律與SPAD密切相關(guān)。2017年SPAD較高時，噴施尿素后不同處理的葉片光合能力均出現(xiàn)了抑制現(xiàn)象，且尿素噴施濃度≤0.146%處理的抑制作用僅發(fā)生在施肥后1 d，尿素噴施濃度≥0.178%處理的抑制作用持續(xù)至施肥后3～5 d，隨后又恢復到與CK處理相同的水平；2018年SPAD較低時，噴施尿素后所有處理的光系統(tǒng)活性和光化學效率均未出現(xiàn)抑制現(xiàn)象，變化規(guī)律與CK處理相同，這說明葉片吸收尿素后對光合能力的影響程度與作物氮素的虧缺水平有關(guān)，為了充分發(fā)揮葉片吸收尿素后對植株光合能力的促進作用，建議噴灌追施尿素時間宜根據(jù)作物需肥規(guī)律，在作物剛發(fā)生氮肥虧缺時及時噴施補肥。

4）與測土配方施肥推薦的施氮量結(jié)果保持一致，2a試驗時夏玉米最高產(chǎn)量均在N2處理（總施氮量215 kg/hm2）獲得的結(jié)果證明了測土配方施肥技術(shù)在噴灌水肥一體化中進行施氮量推薦的可行性。

在2017和2018年的試驗中，無論是噴灌施肥灌溉處理與地面灌溉撒施處理之間，還是不同尿素噴施濃度處理之間，夏玉米株高、LAI、SPAD、葉片的光系統(tǒng)活性和光化學效率、產(chǎn)量、水分利用效率的差異均在2a試驗中發(fā)生了變化，說明受不同年份氣象條件（降雨分布）、土壤條件（土壤初始含水率和基礎(chǔ)養(yǎng)分）等的差異影響，即使同一試驗區(qū)的作物生長和產(chǎn)量也將產(chǎn)生年際間的變化。因此，試驗結(jié)果中關(guān)于尿素噴施濃度對玉米生長和產(chǎn)量影響的結(jié)論在其他地區(qū)的適用性還有待進一步驗證。另外，為了明確玉米適宜的尿素噴施濃度，并保證總施N量在合理的施用范圍內(nèi)，僅在夏玉米的大喇叭口期進行了1次噴灌施肥，不同生育階段玉米的適宜尿素噴施濃度，考慮噴灌肥液蒸揮發(fā)漂移損失、冠層截留和土壤中氨揮發(fā)損失后的適宜N肥追施次數(shù)、追施量等優(yōu)化施肥灌溉制度還有待進一步研究，以更好的發(fā)展噴灌水肥一體化技術(shù)。結(jié)合測土配方施肥技術(shù)、作物生育期內(nèi)需肥規(guī)律和大型噴灌機技術(shù)特點進行噴灌水肥一體化的研究代表了噴灌水肥一體化技術(shù)的發(fā)展方向。

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Effects of urea concentration on summer maize growth and yield with sprinkler fertigation

Zhao Weixia, Zhang Meng, Li Jiusheng※, Li Yanfeng

(,,100048,)

The direct absorption of leaf to urea is one of the main potential factors improving the nitrogen use efficiency with sprinkler fertigation. To verify the feasibility of sprinkler fertigation for summer maize, the crop growth parameters, including plant height, leaf area index (LAI), leave relative chlorophyll content (SPAD), chlorophyll fluorescence characteristics, and yield were compared among sprinkler fertigation treatments with different urea concentrations and the comparison treatment of surface irrigation with broadcast fertilization (CK). This experiment was conducted at the experimental station of China Institute of Water Resources and Hydropower Research in Daxing District, Beijing City (39.65°N and 116.25°E) in 2017 and 2018. Five solution concentrations of 0.048%, 0.105%, 0.146%, 0.178%, and 0.312% in 2017 and 0.090%, 0.146%, 0.188%, 0.219%, and 0.292% in 2018 (referred to as N1, N2, N3, N4, and N5) were used in the sprinkler fertigation of summer maize. The corresponding total N application amount in these 5 treatments was 170, 215, 248, 273, and 380 kg/hm2in 2017 and 170, 215, 215, 248, and 273 kg/hm2in 2018, respectively. There were 6 treatments in total, and all the treatments had 3 replicates and the same irrigation schedules. The irrigation was triggered when the difference between cumulative crop water requirement and effective rainfall was not less than 20 mm. In 2017 season, the effective rainfall was 175 mm and the irrigation amount was 70 mm. Because the precipitation (200 mm) mainly happened after the elongation stage of summer maize, the irrigation amount 150 mm was applied in 2018 season. The fertilization was applied in the flare opening stage of summer maize. The results showed that the SPAD increased in all the treatments after the fertilization, while there were no significant differences in plant height and SPAD among sprinkler fertigation treatments. There were great inter-annual variations in urea concentration effects on leaf area index (LAI) and yield. The yield of N2 treatment (12.5 t/hm2) was significantly greater than treatments with higher urea concentrations in 2017. In these two seasons, the greatest yield of summer maize was obtained in treatment with 215 kg/hm2, which was consistent with the N application amount recommended by soil testing and fertilization recommendation technology. After the sprinkler fertigation, the influences of leave absorption to urea on PSII photosystem activity and photochemical efficiency of plant had relationship with SPAD content. In 2017 season with high SPAD value, photosystem activity and photochemical efficiency decreased firstly and then increased. When the urea concentration was less than and equal to 0.146%, the decreasing of photosystem activity and photochemical efficiency happened on the 1stday after the fertigation. While it lasted until 3 to 5 days for treatments with urea concentration greater than and equal to 0.178%. In 2018 season with low SPAD value, photosystem activity and photochemical efficiency increased firstly and then kept constant in all the treatments like in CK treatment in these two seasons. Compared with CK treatment, the sprinkler fertigation treatments with less N application than CK had similar yield and water use efficiency, and significant greater partial factor productivity from applied N. These results demonstrated that the sprinkler fertigation was feasible and had the potential to save N fertilizer and sustain yield of summer maize. To develop the sprinkler fertigation schedule, the nitrogen amount could be calculated according to soil testing and fertilization recommendation technology.

fertigation; irrigation; chlorophyll fluorescence; center pivot irrigation system; urea concentration; yield; summer maize

趙偉霞，張 萌，李久生，栗巖峰. 尿素濃度對噴灌夏玉米生長和產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2020，36(4)：98－105.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.04.012 http://www.tcsae.org

Zhao Weixia, Zhang Meng, Li Jiusheng, Li Yanfeng. Effects of urea concentration on summer maize growth and yield with sprinkler fertigation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(4): 98－105. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.04.012 http://www.tcsae.org

2019-07-10

2019-12-10

國家自然科學基金項目（51679255）；“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目（2016YFC0400104）；流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室自由探索課題（SKL2018TS06）

趙偉霞，教授級高工，博士，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)方面的研究。Email：zhaowx@iwhr.com

李久生，研究員，博士，主要從事節(jié)水灌溉理論及技術(shù)方面的研究。Email：lijs@iwhr.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.04.012

S275.5；TQ441.41

A

1002-6819(2020)-04-0098-08