膜下滴灌水氮耦合對(duì)玉米水分產(chǎn)量的影響研究

王文婷，賈麗炯，王多平

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州 730021）

0 引言

甘肅省河西地區(qū)水資源有限，降雨偏少，蒸發(fā)量大。玉米作為當(dāng)?shù)刂匾拇筇镒魑?，栽培面積較大，廣泛采用了滴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)。在該地區(qū)玉米栽培中，水氮管理比較粗放，最優(yōu)水肥策略尚未明確。為了研究膜下滴灌水肥耦合設(shè)計(jì)對(duì)玉米水分產(chǎn)量的影響，在不同水分梯度和施氮梯度下，探究各生育時(shí)期玉米土壤平均耗水量變化特征、不同處理對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素及水分利用效率WUE的影響、產(chǎn)量構(gòu)成因素及水分利用效率WUE的變化規(guī)律、玉米耗水量ET與產(chǎn)量關(guān)系等，分析不同水肥處理對(duì)玉米水分產(chǎn)量的影響，確定合理的灌水量和施肥量組合。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)位于在甘肅省武威市民勤縣勤鋒保護(hù)站，屬典型的大陸性荒漠氣候。多年平均氣溫7.80℃，多年平均降雨量為110 mm，蒸發(fā)量為2 644 mm，日照時(shí)效3 028 h，0℃以上積溫為3 550℃，無(wú)霜期達(dá)162 d，最大凍土埋深115 cm，降雨主要集中在7、8、9三個(gè)月，占全年的90%以上。試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)為均質(zhì)砂壤土，平均田間持水量和容重分別為20%和1.58g/cm3。年度降雨量為100.70 mm，玉米生育期降雨量為82.50 mm，有效降雨量為42.20 mm，8 月份降雨量最大為26 mm，依次是6 月份為20.70 mm，9月份16.50 mm。玉米生育期最高氣溫為37.70℃，月平均最高氣溫在7月份為34.40℃，月最低氣溫在4月份為6.10℃。

1.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)玉米品種為“先玉335”，共設(shè)置9個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)設(shè)定3膜，每膜種植3行玉米，玉米行、株距為40 DN 30 cm，共設(shè)置3個(gè)水分處理（T1、T2、T3）及3個(gè)氮肥處理（F1、F2、F3），滴灌帶一膜兩行鋪設(shè)在玉米種植帶中間，T1、T2、T3 處理灌水量依次為375、450、525 kg/hm2，分別在苗期，拔節(jié)期，大喇叭口期，抽雄期，開(kāi)花期，灌漿期各灌水1 次，通過(guò)水表可讀取灌水量；各個(gè)灌水處理分別設(shè)定F1、F2、F3 三個(gè)氮肥梯度，純氮量（尿素含氮量46.6%）分別為150、300、450 kg/hm2，按拔節(jié)期：大喇叭口期：開(kāi)花期為3∶5∶2施肥，施肥時(shí)直接稱(chēng)量通過(guò)文丘里施肥器施入，分別在拔節(jié)期和大喇叭口期施入。2021 年4 月25 日播種，10月2日收獲。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤水分測(cè)定利用烘干法測(cè)定土壤水分，每次灌水前、后1 天通過(guò)土鉆取土0～100 cm，降雨后加測(cè)一次。

1.3.2 產(chǎn)量測(cè)定玉米收獲后，測(cè)定每個(gè)小區(qū)產(chǎn)量。主要確定玉米穗重（g）、百粒重（g）、穗粒數(shù)、和地上干物質(zhì)重量（g）等指標(biāo)。

1.3.3 玉米生育期耗水量計(jì)算

式中：ET—耗水量；T—生育期內(nèi)灌水量（mm）；P—有效降水量（mm）；U—生育期內(nèi)地下水補(bǔ)給量（mm）；地下水埋深較大，一般為0；D—生育期內(nèi)排水量，無(wú)地下排水量，取0；△W—時(shí)段內(nèi)土壤水分的變化量（mm）。

1.3.4 水分利用效率計(jì)算

水分利用效率（WUE）即每單位耗水量的玉米籽粒產(chǎn)量，由下式表示：

式中：ET—作物耗水量，（mm）；Y—單位面積上的作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量（kg/hm2）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用Microsoft Office Excel 2010 軟件和Origin Pro 2018 軟件進(jìn)行繪圖，IBM SPSS Statistics22.0 軟件對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行方差分析及顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理土壤平均耗水量變化特征

作物水分的消耗途徑主要為蒸騰蒸發(fā)量和棵間蒸發(fā)，一般旱田地下滲漏和地表徑流可忽略，降雨是補(bǔ)充作物需水的重要途徑。研究表明，隨著灌溉水量的增加，玉米耗水量也在相應(yīng)增加。對(duì)于低水平灌水量，其平均耗水量為282.94 mm，中水平灌水量，其平均耗水量為327.51 mm，高水平灌水量，其平均耗水量為368.34 mm；高水平灌水出現(xiàn)了最大耗水，低水平灌水表現(xiàn)出了最小的耗水量。對(duì)于同一灌水水平，不同施肥量對(duì)玉米耗水量影響不顯著，說(shuō)明灌水量是影響玉米耗水大小的主要因素。

2.2 不同處理對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素及水分利用效率WUE的影響

灌水和施肥均對(duì)玉米穗粒重、穗粒數(shù)和產(chǎn)量影響顯著，但對(duì)百粒重影響不顯著；灌水對(duì)水分利用效率影響不顯著，施肥對(duì)水分利用效率影響顯著。穗粒重隨著灌水量的增加呈增加趨勢(shì)（115.43～161.22 g），高水平灌水的平均穗粒重分別比中水平和低水平增加40%和15.50%。同一灌水條件下，隨著施肥量的增加，穗粒數(shù)也在增加；同一施肥條件下，灌水量增加，穗粒數(shù)增加，高水平灌水分別比中水平和低水平增加7.47%和36%。隨著灌水量的增加，玉米產(chǎn)量平均增加20.93%和15.50%。對(duì)于水分利用效率WUE，中水低肥處理T2F1 最小，高水處理T3F2最高。

2.3 產(chǎn)量構(gòu)成因素及水分利用效率WUE相關(guān)分析

穗粒重、穗粒數(shù)、百粒重對(duì)產(chǎn)量及水分利用效率呈正相關(guān)關(guān)系，百粒重和穗粒重之間相關(guān)性不顯著，但與穗粒數(shù)相關(guān)，穗粒數(shù)和穗粒重之間呈極顯著的正相關(guān)。由此可知，產(chǎn)量的增加是受到穗粒重、穗粒數(shù)和百粒重共同影響的結(jié)果，增加穗粒重、穗粒數(shù)和百粒重都有利于增加作物產(chǎn)量。

2.4 玉米耗水量ET與產(chǎn)量關(guān)系

隨著ET的增加，產(chǎn)量逐漸增加且趨于平緩，ET（mm）～產(chǎn)量（kg·hm-2）之間的關(guān)系可用二次函數(shù)y=-0.28x2+220.08x-30559.69 表示，R2=0.8235，說(shuō)明該函數(shù)能夠較好地?cái)M合ET（mm）～產(chǎn)量（kg·hm-2）之間的關(guān)系。根據(jù)水量平衡方程，作物耗水量主要增加值為灌水量、降雨量與土壤水分的變化量，有效降雨量是一定的，土壤水分變化量是較小的，因此，灌水量大小直接決定了作物耗水量的大小。由此可知，增加灌水量在一定程度上可以增加作物產(chǎn)量，當(dāng)增加到一定程度時(shí)反而不利于作物的增產(chǎn)，甚至造成灌溉水分的浪費(fèi)。

2.5 水肥耦合對(duì)產(chǎn)量Y和水分利用效率WUE的回歸模型

基于最小二乘法原理，建立單目標(biāo)的二元二次回歸模型，得出玉米產(chǎn)量、水分利用效率WUE（因變量）與灌溉量T（自變量）與施肥量F（自變量）之間的回歸模型。研究表明，Y=－0.001T2－0.001TF－0.018F2+ 7.208T + 15.052F－6256.413 可較好的擬合產(chǎn)量與施肥量及灌溉量之間的函數(shù)關(guān)系，且R2達(dá)到了0.966；WUE= 4.167 10-6T2－1.815 10-6F2－0.027T +0.107F + 45.788可較好的擬合水分利用效率WUE與施肥量與灌溉量之間的函數(shù)關(guān)系，且R2達(dá)到了0.934。因此，通過(guò)求解產(chǎn)量與灌溉量與施肥量之間的回歸模型的極值，確定了理論的灌水量為3 436.65 kg/hm2，施肥量為322.50 kg/hm2。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)不同水氮處理下土壤水分變化特征、玉米耗水量、產(chǎn)量和水分利用效率影響的研究，研究表明：對(duì)于玉米產(chǎn)量，隨著灌水量的增加，產(chǎn)量平均增加20.93%和15.50%，灌水對(duì)玉米產(chǎn)量的影響程度大于施肥。另外，灌水和施肥均對(duì)玉米穗粒重、穗粒數(shù)和產(chǎn)量影響顯著，但對(duì)百粒重影響不顯著；隨著灌水量的增加，產(chǎn)量增加，但隨著施肥量的持續(xù)增加，并不利于玉米產(chǎn)量的提高。