水氮耦合對制種玉米生長及產量的影響

張永玲，肖 讓，卜一帆，孔維康，冉志為，喬愛霞，劉彥龍

（河西學院土木工程學院，河西走廊水資源保護利用研究所，甘肅 張掖 734000）

0 引言

玉米是我國主要糧食作物，甘肅省中西部的河西走廊屬于傳統農業建設開發區，灌溉農業發達，土壤肥沃、耕地集中、光照充足、氣候干燥、降水量偏低、晝夜溫差較大、地勢較為平坦及具備機械化耕作條件，近年來已成為全國最大的制種玉米主產區之一[1]。但跟蹤調查結果顯示，由于缺乏科學的水肥利用參數，灌溉技術在應用過程中仍然參照傳統漫灌模式進行灌水和施肥，盲目灌溉和過量施肥現象普遍，作物水肥利用效率較低[2]。國內在制種玉米水肥利用及水或肥某一單一變量對制種玉米的影響方面已開展了較多研究，但在針對水氮交互組合模式下的制種玉米產量及利用效率的研究相對較少，本試驗研究不同水氮耦合條件對制種玉米生長和產量的影響，為建立制種玉米水肥一體化高效灌水施氮方案和水氮資源合理利用提供理論依據[3-11]。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021 年4?9 月在甘肅省張掖市甘州區園藝場進行，地理位置北緯38°32′42"，東經100°47′36"，海拔1 474 m，全年日照時數3 085 h，無霜期138～179 d，年平均溫度7.1 °C，年平均降雨量128.7 mm。在整地前對試驗田塊0～30 cm 耕層土壤取樣，進行實驗室分析，試驗田土壤初始理化性質如表1所示。

表1 試驗地土壤理化性質Tab.1 Physical and chemical properties of soil in test site

1.2 試驗設計

本試驗為水分和施氮量兩個因素的大田試驗。將制種玉米生育期按其生長特點分為5 個階段：苗期、拔節期、吐絲期、灌漿期和成熟期。土壤水分設3 個梯度：W1低水灌溉（土壤含水量為田間持水量的50%～60%）、W2中水灌溉（土壤含水量為田間持水量的60%～70%）和W3高水灌溉（土壤含水量為田間持水量的70%～80%）。施氮量設3 個水平：N1低氮（340 kg/hm2）、N2中氮（450 kg/hm2）和N3高氮（560 kg/hm2）。尿素為供試氮肥肥料，磷肥和鉀肥各處理保持同水平，當地制種玉米的氮肥施用量450 kg/hm2。試驗共10 個處理，3 組重復，共30 個小區，每個小區面積36 m2（9 m×4 m），采用隨機區組設計，行距50 cm、株距25 cm。灌水方法為膜下滴灌（一膜一管兩行），整個生育期內對土壤濕度控制的土層深度為100 cm，水分控制上、下限范圍與區域實際較為吻合，具體試驗設計如表2 所示。

表2 水氮耦合試驗設計Tab.2 Water and nitrogen coupling test design

1.3 農藝措施

供試作物為制種玉米，父本∶母本=1∶6（行比），60 cm×40 cm 寬窄行種植模式。各處理中耕、化控措施相同。

1.4 觀測指標及方法

1.4.1 生長指標測定

從播種之后的第15 天開始，在每個試驗小區內隨機選取5 株無病害、長勢差異較小的玉米植株，隨后將15 d 作為一個梯度進行取樣，取樣之后將其帶回實驗室進行測定。去除植株的根部，其株高用量程為300 cm 的卷尺來測定，測量從莖部的最底端開始直至玉米生長點的最大距離，記錄5 組數據，計算平均值即為該試驗小區玉米的平均株高。用0.01 mm 游標卡尺來測定植株的莖稈直徑，測定部分選取該株玉米莖稈的上、中、下3 個高度的莖稈直徑，計算平均值即為該試驗小區玉米的莖稈直徑。

1.4.2 產量及其構成因子

待玉米成熟后按小區單獨收獲，曬干、脫粒并計產，各處理的實際產量以3 個重復小區產量的平均值獲得。各小區隨機取20 株進行室內考種，測定穗徑、穗長、無效穗長、穗行數和行粒數等指標。穗長用精度0.1 cm 的刻度尺進行測量；穗粗、禿尖用0.01 mm游標卡尺測量，其中穗徑測取穗部上、中、下3 個位置果穗直徑，計算平均值即為穗徑；穗行數、穗行數采用計數法測定。

2 結果與分析

2.1 植株在不同水氮耦合情況下各小區產量

不同水氮耦合顯著影響玉米的產量，同一灌溉條件下，隨施氮量的增加，玉米產量呈增長趨勢，說明適量增加氮肥施用量，可使玉米產量顯著提高，結果如表3 所示。

表3 玉米產量結果Tab.3 Corn yield results

對表3 結果分析可知，W3N2處理玉米產量最高，達0.66 kg/m2；其次是W3N3、W2N3和W1N3，分別為0.62、0.60 和0.58 kg/m2；W1N1處理玉米產量最低，僅為0.52 kg/m2。與CK 處理相比，W3N2、W3N3、W2N3和W1N3分別增產16.10%、10.37%、5.74% 和2.14%，其中W3N2處理增產差異顯著（P<0.05）；W1N1、W3N1、W2N1、W1N2和W2N2分別降低7.90%、6.92%、5.04%、3.76%和1.06%，W1N1、W3N1、W2N1產量降低顯著，W2N2處理產量降低幅度最小。

從灌溉水平來看，同一施氮水平，不同的灌溉水分顯著影響玉米產量。隨灌溉水分含量的增加，玉米產量顯著增長，由高到低表現為W3>W2>W1；從施氮水平來看，同一灌溉水平，隨施氮量的增加，玉米產量顯著增長，由高到低表現為N3>N2>N1。

2.2 不同處理玉米經濟性狀

玉米果穗經濟性狀如表4 所示。不同水氮耦合下株高最高為W2N3處理，達122.0 cm；其次為W2N2與W3N2，均為119.6 cm；最后為W3N3處理，為119.3 cm。與CK 處理相比，W1N1、W2N1和W3N1處理株高呈現下降趨勢，W1N1處理降低程度顯著，達7.45%，其次為W2N1處理，降低5.27%；除上述3 個處理之外，其他處理均有所提高，W2N3處理增加最為顯著，達到10.91%，差異性顯著（P<0.05）。

表4 玉米果穗經濟性狀Tab.4 Economic characters of corn ears

不同水氮耦合下玉米莖粗最大為W1N3處理，為2.38 cm，其次為W3N2、W3N3和W2N3處理，分別達到2.26、2.23 和2.22 cm；W2N1處理莖粗最小，僅為2.12 cm。與CK 處 理 相 比，W1N3、W3N2、W3N3和W2N3處理莖粗分別增加8.57%、3.36%、1.85%和1.17%；W2N1、W3N1、W1N1、W2N2和W1N2分別降低3.20%、2.85%、1.83%、1.43% 和1.41%，無差異顯著（P>0.05）。

不同水氮耦合下玉米穗長表現為W2N3>W3N3>W1N3>W3N2>W2N2>CK>W3N1>W2N1>W1N1，其 中W2N3處理穗長達到15.53 cm，W1N1處理穗長僅為12.30 cm。與CK 處理相比，W1N1、W2N1處理穗長降低分別為14.29%、7.67%。

不同水氮耦合下玉米穗徑最大為W3N2處理，達4.32 cm，W1N1處理最小，僅3.63 cm。與CK 處理相比，除W1N1、W2N1處理外，穗徑均表現出增長趨勢，其中W3N2處理增幅最大，達9.09%，其次為W2N3、W1N2、W1N3、W3N3和W2N2，分別增長7.83%、7.83%、7.49%、6.01%和6.01%；W1N1、W2N處理分別降低8.45%、3.90%，無差異顯著（P>0.05）。

不同水氮耦合下玉米穗禿尖的表現形式也不相同，W2N1處理禿尖最長，達2.38 cm，其次是W1N1、W3N1，達到2.22、1.98 cm。與CK 處理相比，W3N2、W2N3和W3N3處理的禿尖表現出縮短趨勢，其他處理均呈現增長趨勢，其中W2N1處理禿尖漲幅達145.87%，其次為W1N1、W3N1，分別增加129.34%、104.55%，差異顯著（P<0.05）；W3N2處理禿尖降低27.69%，差異顯著（P<0.05），有利于玉米籽粒產量提高。

不同水氮耦合處理下穗行數的表現形式不一，W2N3>W3N3>W1N3>W3N2>W2N2>CK>W1N2>W3N1>W2N1>W1N1。與CK 處理相比，W2N3、W3N3、W1N3、W3N2和W2N2分別提高8.22%、7.32%、4.81%、0.70%和0.56%，無差異顯著（P>0.05）；W1N1、W2N1、W3N1和W1N2分別降低14.29%、7.67%、5.92%和0.49%。

不同水氮耦合下行粒數表現也不同，其中，W3N2處理行粒數最大，達22.00，其次為W2N3、W3N3，分別是21.70、20.00，W1N1處理最小，僅為15.40。與CK處理相比，W1N1、W2N1、W3N1、W2N2、W1N3和W1N2處理均表現下降趨勢，分別降低21.43%、10.71%、7.14%、2.04%、1.02% 和0.51%；W3N2、W2N3和W3N3分別增長12.24%、10.71%和2.04%。

3 討論

相較于常規的農田類灌溉，膜下滴灌更能使作物得到相對高的產量且對水資源能夠充分利用，這種灌溉種植技術綜合了滴灌技術與地膜栽培技術，屬于可控的灌溉方式，種植時可根據作物的生長周期合理地控制水量，有效采用管道輸水，通過滴灌全面滲透到玉米根系，從而避免水分過度蒸發和流失[12]。本試驗處理結果表明，一膜一管的膜下滴灌方式大幅度提高了水資源利用效率，減少了地面的蒸發量，作物依然能夠吸收維系在土壤根系層中的主要養分。增強氮肥的吸收效果，在節約水資源，提高灌溉效率的同時，顯著增長玉米產量。

不同水氮耦合往往直接影響玉米的產量，適宜的水氮配比不僅可以使產量最大化，而且能大幅提高水氮的利用效率[13-16]。馬建琴等[17]、張賽等[18]通過水肥耦合試驗發現，施肥量和灌水量及其交互作用對玉米產量的影響都表現為正效應。本試驗設置不同水平的水氮耦合處理，通過不同水分和氮肥使用量的耦合，顯著影響玉米的產量、生長狀況。W3N2處理的小區玉米產量、株高、莖粗等生長指標的增長效果最好，說明不同的水氮耦合作用下，高水+中氮耦合對玉米的生長效果最好，對玉米生長有顯著的促進作用，從而得出較為合理的水氮配比和最佳灌水施氮方案。

研究表明，隨著施氮水平的增加，玉米中氮素積累量呈現單峰曲線變化[19-21]。本試驗中，中氮高水且施氮量保持在450 kg/hm2時，玉米產量最高，在施氮量為340 kg/hm2的W1N1處理下，玉米產量最低，這可能是由于在低氮水平下，氮素缺乏，不能滿足植株生長需求，導致氮素累積量過低，而在高氮水平下，葉片生長比較旺盛，冠層內透光率較低，這將直接導致葉片提前衰老，從而阻礙了氮素的積累，致使玉米產量下降[22]。

4 結束語

試驗研究了在膜下滴灌條件下，不同水氮耦合對制種玉米產量及水氮利用效率的影響。

（1）經產量測定和室內考種分析得出，不同水氮耦合下制種玉米果穗長度、果穗直徑、行粒數和穗粒數表現各不相同，灌水量和施氮量均可使制種玉米產量增加，施加一定量的氮肥可減少水分對制種玉米脅迫的危害，相反，過量施氮對制種玉米產量增幅會產生逆效果。

（2）水分和氮素是影響制種玉米生長發育、養分吸收、籽粒產量的重要因素，在作物生育前期葉片、莖作為營養器官，生物量大量積累，所以不同生育周期的水氮交互作用對制種玉米株高和葉面積影響均表現為極顯著性差異，這與前人研究的水氮互作對玉米的生長產生的影響為前期大于后期的結果類似，可能因為生育前期營養器官為生長中心，光合產物大部分分配給葉片和莖，滿足其生長需要，但在生育后期同化物的分配產生了變化。

（3）綜合比較不同水氮耦合情況下各區域產量情況及玉米經濟形狀，建議選擇中氮高水且施氮量為450 kg/hm2的W3N2處理作為膜下滴灌制種玉米的灌水施氮方案，該處理所得效果最佳。